梳棉机弹性盖板针布设计的分析与思考

陈利国

(金轮针布(江苏)有限公司, 江苏 南通 226143)

梳棉机用弹性盖板针布是梳棉机关键梳理元件，其与锡林针布共同完成对纺织纤维的开松、梳理、均匀混和、排除棉结杂质和短绒等处理，使纤维得到充分梳理并形成平行、伸直的单纤维，为后续纺纱打下良好的基础。

1834—1880年期间，回转盖板梳棉机被创造出来并得到逐步完善，弹性盖板针布在参与纤维分梳和均匀混和方面发挥重要作用，具有清除纤维中杂质、棉结和短绒的能力，对梳棉机的发展起到了很大的推动作用[1]。

弹性盖板针布由底布、梳针、边夹和尾夹组成。人们对底布的结构、梳针的排列以及尺寸参数做了大量的研究，形成数十种型号的弹性盖板针布来满足各种纺织纤维的不同梳理需求。这些研究都是先设计弹性盖板针布梳针排列形式并通过植针机实现，然后通过梳理效果验证其是否满足一定条件下的梳理要求，与梳理原理只有间接的对应关系。本研究分析了弹性盖板针布植针组织形式对应的梳针针尖分布、针布尺寸参数的作用，提出根据纤维特性、梳理指标要求对弹性盖板梳针针尖纵、横向排列进行合理组合的设计思路，来满足不同的梳理需求。

1 弹性盖板针布的梳针排列

弹性盖板针布的梳针排列称为植针组织形式，主要有斜纹与锻纹两种，由两种植针形式又衍生出纵向均密和纵向稀密两种，组合起来为四种植针形式，即斜纹均密形、斜纹稀密形、锻纹均密形和锻纹稀密形(见图1)。

由图1可知：

(1)斜纹均密形与锻纹均密形的植针组织形式，其梳针在纵向上都是均匀排列的，即针根间的距离是相同的。这类弹性盖板针布型号中代表密度数值的10倍即是其密度的实际值。如MCC36代表的是锻纹均密，其密度即为360针/(25.4mm)2；MCB30代表的是斜纹均密，其密度为300针/(25.4mm)2。这类植针组织形式的梳理力度在纵向上是均匀不变的。

(2)斜纹稀密形与锻纹稀密形植针在纵向上有若干行梳针由稀到密排列，而另一部分呈均布排列(如图1所示)。这种排列形式的密度在纵向是变化的，其型号所标密度数值指的是均布排列部分的密度代号(即踵端密度)，因此这类弹性盖板针布平均密度要小于均密型植针的密度。如MCH52代表的是锻纹稀密形，其密度小于520针/(25.4mm)2(实际密度在480针/(25.4mm)2左右)；MCBH55代表的是斜纹稀密形，其密度小于550针/(25.4mm)2(实际密度在500针/(25.4mm)2左右)。这类植针组织形式的梳理力度在纵向上是变化的，即梳理力度由趾端到踵端逐渐增强。这种逐渐增强的梳理方式为业内普遍所认同，除了纺涤纶等化纤外，纺其他纤维基本都是采用这种植针组织形式。

目前，国内弹性盖板针布主要采取模仿进口产品的植针组织形式与尺寸参数进行设计的。由于机械式植针机难实现植针组织的随意改变，从而限制了弹性盖板针布的设计。随着植针机自动化、智能化技术发展，植针组织可以通过编程来进行组合实现，解决了机械传动限制，以梳针针尖合理排列来满足日益变化的梳理要求变得可行。

2 弹性盖板针布的尺寸参数

弹性盖板针布的梳理能力除了与针齿密度密切相关外，还与针尖锐度、表面粗糙度有一定关系。就盖板针布的单个梳针而言，影响梳理效果的参数主要有总高h1、针布前角α、植角δ、上膝高h2、下膝高h3。如图2所示[2]。

(1)在同规格钢丝的前提下，总高h1越大，梳针越容易向受力反方向发生弯曲变形，梳针对纤维的握持能力下降、梳理力变小，对梳理质量不利；但总高大，能够容纳纤维的空间增加，对短绒、结杂排除有利。目前，国内外弹性盖板针布的总高有8.0mm和7.5mm两种，随着梳棉机台时产量的提高，针布的梳理力增加，总高向小的方向转变，目前多数弹性盖板针布总高以7.5mm为主，并有进一步向小的方向变化的趋势。不过，总高过小容纤量不足会制约产量的提高，也会影响短绒与结杂的排除，因此总高的减小是有限度的。

(2)在密度相同的前提下，针布前角α(国内梳理器材企业习惯以前角的余角来进行设计，称之为动角或工作角)越大，梳针对纤维的握持能力越强，梳理能力增加，但前角大使其释放纤维的能力下降，纤维沿着梳针工作面向针根方向下沉，容易出现盖板花重、可纺纤维被浪费的现象，严重时还会出现盖板充塞。反之，针布前角α小，梳针对纤维的握持能力下降，梳理能力减弱，对梳理质量不利。因此针布前角设计要兼顾对纤维的握持能力与释放能力，目前纺棉时针布前角一般在18°～22°之间，纺化纤时针布前角一般在10°～14°之间，纺纤维素纤维时针布前角一般在12°～17°之间。

(3)植角δ与针布前角α存在一定的关系，前提条件是梳针针尖受纤维作用力产生绕针根向后方弹性变形时，针布总高h1不能增加，否则会使得弹性盖板针布与锡林针布之间隔距减小而发生接针。植角影响梳针握持能力，也影响盖板花量的多少。植角大，盖板花的清洁相对比较困难，易出现盖板充塞，不利于排除结杂与短绒。目前弯膝型盖板针布的植角δ与针布前角α之和约在115°～120°之间，确定针布前角后可以得到植角的大小。

(4)弯膝设计是基于增加梳针刚度来影响梳理效果，通常希望盖板花位于上膝部位而不是下沉到弯膝以下，否则短绒杂质及可用纤维沉入弯膝以下影响盖板花的清洁，增加可纺纤维损失的几率；总高h1确定后，上膝高h2与下膝高h3大小存在反向关系。目前一般设计下膝高h3时，以下膝与上膝相交点高出底布橡胶面不超过1.5mm为准。

3 弹性盖板针布研发思路

3.1 基于调整梳针针尖分布的设计改进思路

众所周知，对纤维的梳理过程需要遵循逐步增强的原则，无论哪种针布，梳理通道要有利于气流的有序流动；弹性盖板针布梳理通道是由纵向若干根针尖连成的相邻两直线构成(如图3中两根相邻平行线间为梳理通道，从踵端或趾端观察可以看到通道的存在)，其纵向针尖数量决定了弹性盖板针布对纤维的控制能力，两直线间形成的空间通道决定了对纤维的梳理能力、吸纳结杂与短绒能力，因此弹性盖板针布设计应基于梳理原理来排列通道上的针尖，再通过植针形式实现针尖的排列。下面以现有两种同密度规格典型弹性盖板针布针尖布置来分析设计思路，图3所示为MCH55与MCBH55两种植针组织下的针尖的纵向和横向分布。

注：图中水平方向线以上是均密布置、以下是稀密布置，水平与垂直线是为了看图方便绘制的辅助线。

由图3可以看出，两种同密度规格的典型植针组织的针尖分布以及形成的梳理通道有比较大的差别，前者纵向针数(5根)明显少于后者(10根)，而前者的两排针间的距离(MCH55为0.282mm)明显小于后者(MCBH55为0.795mm)，因此，同密度规格时MCH对纤维的控制能力相对MCBH要弱，但由于其横向距离远小于后者使得其他排的梳针参与对纤维的控制得到弥补。MCBH纵向针数是MCH的双倍，虽然其横向距离大，但由于纵向针数多使其对纤维的控制能力并不弱。

由图3还可以看出，同密度规格时，MCH纵向通道明显小于MCBH，所以其梳理能力要强。但当密度高时，两排针之间的距离更小，纺高含杂纤维时容易出现结杂与短绒嵌于其间现象，造成充塞，因此MCH在纺含杂相对低的棉纤维具有较大的优势；而MCBH两排针间距离比较大，不易产生充塞，但是在锡林针布等其他配置基本一致的情况下，MCBH的梳理效果往往会弱于MCH，其原因可能在于针间距离大的缘故，所以MCBH在纺含杂高的棉纤维(如机采棉)以及无结杂的纤维(如粘胶)时有较大的优势。笔者对现有MCH、MCBH、MCB植针组织下的针尖分布进行了统计，其梳理通道上纵向针数和两排针尖间距离数据以及纵向针尖行数见表1。

表1 MCH、MCBH、MCB针尖分布数据统计

由表1不难看出，MCBH很大程度上与MCB的设计思路接近，两者纵向针数都比较多，只是纵向上针尖距离一部分是由大到小布置；而MCH的纵向针数无论密度如何变化，其纵向针数基本不变(4～5根针)，改变的只是排与排间的针尖距离，因此两种设计才有了上述不同的优缺点。

从上面对同密度规格的两种典型植针组织的针尖分布分析，可以看到两种植针组织下的针尖分布基本呈相反的设计特点，两者各有优缺点，为此，提出以下的设计思路：

(1)将两种针尖分布进行调整，适当改变纵向针尖数和横向针尖间距离，综合针尖对纤维的控制能力和梳理能力。如上述典型植针组织MCH和MCBH，MCH可适当增加纵向针数和加大排与排间距离，MCBH可适当减少纵向针数和减小排与排间距离，从而改变针尖对纤维的控制能力和梳理能力，或许能够从中产生综合能力比较强的弹性盖板针布规格品种，形成一些客户想要的通用型盖板针布，改变纺不同纤维原料时需要不断更换盖板针布的状况。

(2)弹性盖板针布针尖密度与锡林针布密度进行合理比例搭配，对弹性盖板纵向针数与锡林针布纵向密度、排与排间距离与锡林针布横向密度进行比例适配设计，寻找适合不同纤维特性的弹性盖板针布纵横向密度与锡林针布纵横向密度的合理搭配，形成弹性盖板针布设计规则。

(3)目前单根弹性盖板针布从趾端到踵端针尖纵向有均密和稀密分布两类。基于梳理原理，还可以思考弹性盖板针布纵向密度上的变化，如纵向密度可以为“稀密+稀密”、“稀密+均密”等方式进行分布[3]，进一步改变对纤维的梳理方式；甚至两根或多根弹性盖板针布间采取由稀到密的分布或也可以尝试。

3.2 基于调整前角变化的设计改进思路

我们知道，目前一根或一套弹性盖板针布的所有前角α都是相同的，从梳理角度来讲不是非常合理。一根弹性盖板的针布由趾端到踵端可以考虑采用不同的前角来改变对纤维的控制能力，如图4所示，α1到αn逐渐增大[4]；特别是当束状纤维大或束状纤维多时，以较小的前角来逐渐向较大的前角过渡，使其对纤维控制能力随着束状纤维的分解逐渐增加，减少针布对纤维的损伤，也许是一个研究方向。

3.3 基于弹性盖板针布用底布与钢丝性能的设计改进思路

(1)在模仿设计中，主要是在植针组织、底布结构与尺寸、梳针截面形状与尺寸参数这些方面，但与同样规格的进口弹性盖板针布相比，国产针布在使用效果与寿命上还有一定差距，这些表明我们在设计参数上可能存在问题。目前在设计时会测绘进口产品参数作为参考，但是实际测得的参数并不一定是进口产品的设计参数，其中包含了其制造误差和测量误差，如果实际测得的参数是进口产品设计的极限偏差，以此作为设计参数并绘出制造产品参数可能超出进口产品设计的极限偏差，从而可能出现上述使用效果与寿命的差异。

(2)我们可能忽视了底布和梳针性能与各项尺寸参数的关系。我们所用的底布结构和梳针规格看上去与进口产品一样，但实际上由于制造底布与梳针的原材料、制造工艺上的不同，底布与梳针在性能上与进口产品存在一定差异。底布性能差异会影响底布对梳针的握持能力以及帮助梳针在受力释放后的弹性恢复。梳针性能差异会影响其抵抗变形及变形后的自我恢复能力。因此，设计尺寸参数参照进口产品，而这些尺寸参数与我们所用的底布和梳针的性能并不匹配，导致实际使用效果变差。因此，我们有必要对所用的底布和梳针的性能做深刻的了解，基于它们的性能设计合适的尺寸参数，经过大量验证，走出我们弹性盖板针布自主研发之路。

4 结语

弹性盖板针布在梳理过程中起到至关重要的作用，相对于金属针布开发的数量来说要少得很多，且我们在弹性盖板针布产品开发上落后于国外标杆。所以，在弹性盖板针布的开发思路需要进一步打开，从植针组织设计思路走出来，系统地考虑底布和梳针性能、针尖排列及其参数设计，真正自主开发出满足不同需求的弹性盖板针布。