清梳联主要工艺和控制系统问题探讨（上）
日期：2008-12-8 21:14:23 来源：中国自动化网
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国产清梳联经过近十年的研发、完善，已臻成熟。国产清梳联加工品种，从纯棉粗、中、细号普梳纱、细号精梳纱、转杯纱扩展到化纤、麻等非棉纤维，最近已可加工生产长绒棉特细号纱。国产清梳联机电一体化水平有了进一步提高，目前已向信息化、智能化水平发展，抓棉机、轴流开棉机、精清棉机等可以在线调整工艺，使原先一条生产线仅可加工单一品种发展到适应多品种生产，可以生产相同原料但品级差异较大的二个品种。
清梳联的技术经济效果和传统棉卷工艺相比，具有明显的优势，据“99全国清梳联学术研究交流会”总结资料，清梳联比传统棉卷工艺降低用工58%；节约用电9%～14%；在生条质量指标相当条件下，配棉品级可降低0.5级～1级；减少回卷提高制成率3%左右；车间含尘量1.1 mg/m3，比传统棉卷工艺降低62.5%，噪声降低8%；还可腾出厂房面积70 m2以上，可安装精梳设备，有利于调整产品结构。
清梳联生条质量，在正常原料条件下，经优化工艺、优选器材元件、合理配套，清梳联可以达到的水平为：
（1）生条内不匀率：H（5m）≤1.0%；
（2）生条不匀率：H（5m）≤1.5%；
（3）生条条干CV≤3.5%；
（4）开清棉棉结增长率≤80%（AFIS仪检测）；
（5）梳棉棉结去除率≥85%（AFIS仪检测）；
（6）清梳棉结总去除率≥70%；
（7）开清棉短绒增长率<1%（FⅢ测试，16mm以下）；
（8）清梳短绒总增长率<6%（FⅢ测试，16mm以下）；
（9）清梳总除杂效率>96%。
由于清梳联具有以上优势，在国内用户中的信任度与日俱增，尤其近几年国产清梳联得以长足发展，据调查进入21世纪以来，每年均以200多条生产线递增，截止2004年年底国产清梳联已超过1000条，加上进口300多条，全国共有清梳联生产线1300多条，约可供应2000万枚棉纺纱锭，占全部棉纺纱锭的25%左右（按8000万锭计算）。
现就大家所关心的清梳联工艺质量问题进行探讨。
1 关于混棉均匀
对清梳联质量，大家最为关心的是棉结和短绒，但对混棉不匀造成的后果--色花色差，成纱强力低，成纱强力CV低等则关注甚少。
自动抓棉机的出现， 改变了传统的人工混棉方法，彻底改善了工人的劳动强度和劳动环境，但也带来了混棉不匀的问题。
1.1 自动抓棉机改变了混棉效果
自动抓棉机改变了混棉效果的原因，主要表现在以下几个方面。
1.1.1 由“立体混棉”变为“时差混和”
由“立体混棉”（也称棉堆混棉）变为“时差混和”，破坏了输出棉流瞬时都要按比例全成分混棉的要求。“立体混棉”在人工铺棉堆时，就按照配棉成分的要求逐个成分按比例一层层铺设，在喂棉时从上到下切块抱起棉堆中一部分喂入输棉帘，因此从喂入开始就做到按比例全成分的要求。
“时差混和”在自动抓棉机瞬间所抓取的3~5个棉包仅为配棉成分中一部分，因此喂入多仓混棉机逐个棉仓的原棉本身就不是按比例全成分的，各仓不同成分的原棉通过时差效应再混和以达到按比例全成分的混和要求。
1.1.2 由传统的“开混结合”变成“开混分离”
传统开清棉流程使用混开棉机，一方面喂入原棉是全成分的，在混开棉机中是开混结合，混合较充分；而清梳联的开清棉流程是抓棉[FY>开棉[FY>混棉，是顺序抓取，顺序输出，因此开棉机只能使瞬时输入的棉流做到“开混结合”，而全成分的混合主要由多仓混棉机来完成，因此它是局部的开混结合而整体是“开混分离”的。
1.1.3 快速自动平包，造成混棉质量的不稳定
快速平包即对较高的棉包，在设定次数内增加抓棉罗拉抓取深度，直到使其达到正常棉包高度，所以在快速平包过程中，某种成分是超量抓取和某种成分空缺同时存在，棉块开松度也不稳定，所以平包过程是往复抓棉机混棉质量的不稳定时期。这个不稳定期较长，BDT019为例一般在22分到54分，将近1个~2个条筒，虽经并条也很难补偿其缺陷。
1.2 对清梳联中开清棉流程混棉效果分析
在20世纪80年代曾有文献报导，对开清棉梳程中混棉效果进行探讨和分析。主要原因如下。
1.2.1 用混合比来评价开清棉机的混棉效果
混合比是评价抓棉机和混棉机的混合性能，比值越大，说明各混棉单元之间混和机会越多。混合比可表示为
ρ=Q/u （1）
其中，Q为混棉机实际生产状态下的存棉量；u为一个混棉单元所抓取的棉量。
混棉单元可用下式表示：
u（kg）=NL/V·P/60 （2）
其中，P为抓棉机产量(kg/小时)；L为每混棉单元棉包堆放长度（m）；N为常数，大单元混棉双向抓取为2，单向为1，小单元混棉为1；V为抓棉小车行走速度（m/min）。
从方程(1)、(2)可见，提高混棉机的储存量（Q）或减少混棉单元（u），可以提高混合比，因此过于放长抓棉机长度并采用大单元排包混棉方式，对混棉效果不利，往复抓棉机排50包～70包，基本上能满足配棉的要求。采取降低生产线总量（P）或提高抓棉小车行走速度（V），尤其采取小单元排包混棉方式，不仅有利于清棉，也有利于混棉。小单元排包即把一个大单元按混棉成分分为若干个小单元（2个～3个）排包，每个小单元就是基本的全成分混棉；采用宽幅抓臂，由于横向排包数由3个增加到5个，因此在小单元混棉包数相同时，棉包堆放长度（L）可减小，有利于混棉；采用圆盘抓棉机，由于排包量小，相当于往复抓棉机小单元排包，对混棉效果极为有利，如采用并联时效果更明显。
1.2.2 用缺包率和混棉不匀周期评价混棉效果
由于往复抓棉机和多仓混棉机都是顺序输入，顺序输出，各仓之间没有混和作用，仅在各仓输出的棉层进行并合混和；同时各仓每单位棉层中仅含有自动抓棉机每次抓取若干个棉包的原棉，只有抓完一个全程，才能抓取一个按比例的全成份的混棉单元，因此多仓混棉机输出棉流的混棉成份是不完全的，而且是周期性的。
1.2.2.1 缺包率Y
Y=〖（1-（Kn-b）/N）×100 （3）
其中，N 为一个混棉单元的配棉包数（混棉包数）；K 为抓棉机瞬时混和包数；b 为排包图中重复包数；n 为多仓的仓数即并合数。
当往复抓棉机一个混棉单元的配棉包数（N）为72包，瞬时抓取棉包数（K）为3包，六仓混棉机n为6，如b为0，则混棉机输出棉流的任何截面中仅含有3×6=18包的纤维成分，而要求达到配棉要求的成分和比例，必须包含72包纤维，现只用18/72=25%，因之缺包率为75%。
圆盘抓棉机，尤其双圆盘要好于往复式抓棉机。
1.2.2.2 混棉不匀周期
混棉不匀周期的长短，即为一个全程抓取棉包数的时间，混棉不匀周期的棉量即每个混棉单元的棉量u。按大单元排包，抓棉臂宽1.7 m，抓棉机长20.4 m，每个混棉单元量为32 kg，折合棉卷长度为32/0.42=76.2 m（棉卷定量为0.42 kg/m）,这就反映混和不匀的周期很长。
这种长周期的缺包、混和不匀是目前抓棉机、多仓混棉机混棉工作的一大缺点。
1.2.3 用数学方法分析多仓混棉机的混棉效果
前纺织工业部及上海纺织科学研究院，曾对FA022-10型多仓混棉机的混和效能用数学方法进行解析。由于各种因素使各棉仓水平方向的同一截面上的混棉单元各不相同，且呈随机排列状态，又由于各仓底部的输出罗拉在同一水平线上，所以各对罗拉输出的原棉来自不同时刻，不同单元的混合体，罗拉在输出过程中每一瞬时混和原棉的组成单元和配比也都不一样，在这千变万化的过程中，试用数学方法、排列定义，来讨论混和原棉中的组成单元及其出现的机率，便于对多仓混棉机的混和效能有所了解和认识。
现将6仓混棉机混和原棉中可能出现的各种组成成分（单元）及几率如表1所示。
通过以上计算，可看出：
（1）通过多仓混棉机后，原棉混和情况有了很大改善，瞬时输出单一混棉成分的机率很少，仅0.04%，克服了原来抓棉机瞬时单点抓取造成单一成分喂入的缺点；
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清梳联的技术经济效果和传统棉卷工艺相比，具有明显的优势，据“99全国清梳联学术研究交流会”总结资料，清梳联比传统棉卷工艺降低用工58%；节约用电9%～14%；在生条质量指标相当条件下，配棉品级可降低0.5级～1级；减少回卷提高制成率3%左右；车间含尘量1.1 mg/m3，比传统棉卷工艺降低62.5%，噪声降低8%；还可腾出厂房面积70 m2以上，可安装精梳设备，有利于调整产品结构。
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清梳联生条质量，在正常原料条件下，经优化工艺、优选器材元件、合理配套，清梳联可以达到的水平为：
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（1）生条内不匀率：H（5m）≤1.0%；
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（2）生条不匀率：H（5m）≤1.5%；
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（3）生条条干CV≤3.5%；
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（4）开清棉棉结增长率≤80%（AFIS仪检测）；
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（5）梳棉棉结去除率≥85%（AFIS仪检测）；
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（6）清梳棉结总去除率≥70%；
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（7）开清棉短绒增长率<1%（FⅢ测试，16mm以下）；
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（8）清梳短绒总增长率<6%（FⅢ测试，16mm以下）；
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（9）清梳总除杂效率>96%。
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由于清梳联具有以上优势，在国内用户中的信任度与日俱增，尤其近几年国产清梳联得以长足发展，据调查进入21世纪以来，每年均以200多条生产线递增，截止2004年年底国产清梳联已超过1000条，加上进口300多条，全国共有清梳联生产线1300多条，约可供应2000万枚棉纺纱锭，占全部棉纺纱锭的25%左右（按8000万锭计算）。
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1 关于混棉均匀
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1.1 自动抓棉机改变了混棉效果
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自动抓棉机改变了混棉效果的原因，主要表现在以下几个方面。
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1.1.1 由“立体混棉”变为“时差混和”
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由“立体混棉”（也称棉堆混棉）变为“时差混和”，破坏了输出棉流瞬时都要按比例全成分混棉的要求。“立体混棉”在人工铺棉堆时，就按照配棉成分的要求逐个成分按比例一层层铺设，在喂棉时从上到下切块抱起棉堆中一部分喂入输棉帘，因此从喂入开始就做到按比例全成分的要求。
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“时差混和”在自动抓棉机瞬间所抓取的3~5个棉包仅为配棉成分中一部分，因此喂入多仓混棉机逐个棉仓的原棉本身就不是按比例全成分的，各仓不同成分的原棉通过时差效应再混和以达到按比例全成分的混和要求。
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1.1.2 由传统的“开混结合”变成“开混分离”
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传统开清棉流程使用混开棉机，一方面喂入原棉是全成分的，在混开棉机中是开混结合，混合较充分；而清梳联的开清棉流程是抓棉[FY>开棉[FY>混棉，是顺序抓取，顺序输出，因此开棉机只能使瞬时输入的棉流做到“开混结合”，而全成分的混合主要由多仓混棉机来完成，因此它是局部的开混结合而整体是“开混分离”的。
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1.1.3 快速自动平包，造成混棉质量的不稳定
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快速平包即对较高的棉包，在设定次数内增加抓棉罗拉抓取深度，直到使其达到正常棉包高度，所以在快速平包过程中，某种成分是超量抓取和某种成分空缺同时存在，棉块开松度也不稳定，所以平包过程是往复抓棉机混棉质量的不稳定时期。这个不稳定期较长，BDT019为例一般在22分到54分，将近1个~2个条筒，虽经并条也很难补偿其缺陷。
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1.2 对清梳联中开清棉流程混棉效果分析
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1.2.1 用混合比来评价开清棉机的混棉效果
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混合比是评价抓棉机和混棉机的混合性能，比值越大，说明各混棉单元之间混和机会越多。混合比可表示为
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ρ=Q/u （1）
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其中，Q为混棉机实际生产状态下的存棉量；u为一个混棉单元所抓取的棉量。
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混棉单元可用下式表示：
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u（kg）=NL/V·P/60 （2）
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其中，P为抓棉机产量(kg/小时)；L为每混棉单元棉包堆放长度（m）；N为常数，大单元混棉双向抓取为2，单向为1，小单元混棉为1；V为抓棉小车行走速度（m/min）。
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从方程(1)、(2)可见，提高混棉机的储存量（Q）或减少混棉单元（u），可以提高混合比，因此过于放长抓棉机长度并采用大单元排包混棉方式，对混棉效果不利，往复抓棉机排50包～70包，基本上能满足配棉的要求。采取降低生产线总量（P）或提高抓棉小车行走速度（V），尤其采取小单元排包混棉方式，不仅有利于清棉，也有利于混棉。小单元排包即把一个大单元按混棉成分分为若干个小单元（2个～3个）排包，每个小单元就是基本的全成分混棉；采用宽幅抓臂，由于横向排包数由3个增加到5个，因此在小单元混棉包数相同时，棉包堆放长度（L）可减小，有利于混棉；采用圆盘抓棉机，由于排包量小，相当于往复抓棉机小单元排包，对混棉效果极为有利，如采用并联时效果更明显。
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1.2.2 用缺包率和混棉不匀周期评价混棉效果
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由于往复抓棉机和多仓混棉机都是顺序输入，顺序输出，各仓之间没有混和作用，仅在各仓输出的棉层进行并合混和；同时各仓每单位棉层中仅含有自动抓棉机每次抓取若干个棉包的原棉，只有抓完一个全程，才能抓取一个按比例的全成份的混棉单元，因此多仓混棉机输出棉流的混棉成份是不完全的，而且是周期性的。
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1.2.2.1 缺包率Y
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其中，N 为一个混棉单元的配棉包数（混棉包数）；K 为抓棉机瞬时混和包数；b 为排包图中重复包数；n 为多仓的仓数即并合数。
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当往复抓棉机一个混棉单元的配棉包数（N）为72包，瞬时抓取棉包数（K）为3包，六仓混棉机n为6，如b为0，则混棉机输出棉流的任何截面中仅含有3×6=18包的纤维成分，而要求达到配棉要求的成分和比例，必须包含72包纤维，现只用18/72=25%，因之缺包率为75%。
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圆盘抓棉机，尤其双圆盘要好于往复式抓棉机。
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1.2.2.2 混棉不匀周期
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混棉不匀周期的长短，即为一个全程抓取棉包数的时间，混棉不匀周期的棉量即每个混棉单元的棉量u。按大单元排包，抓棉臂宽1.7 m，抓棉机长20.4 m，每个混棉单元量为32 kg，折合棉卷长度为32/0.42=76.2 m（棉卷定量为0.42 kg/m）,这就反映混和不匀的周期很长。
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这种长周期的缺包、混和不匀是目前抓棉机、多仓混棉机混棉工作的一大缺点。
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1.2.3 用数学方法分析多仓混棉机的混棉效果
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前纺织工业部及上海纺织科学研究院，曾对FA022-10型多仓混棉机的混和效能用数学方法进行解析。由于各种因素使各棉仓水平方向的同一截面上的混棉单元各不相同，且呈随机排列状态，又由于各仓底部的输出罗拉在同一水平线上，所以各对罗拉输出的原棉来自不同时刻，不同单元的混合体，罗拉在输出过程中每一瞬时混和原棉的组成单元和配比也都不一样，在这千变万化的过程中，试用数学方法、排列定义，来讨论混和原棉中的组成单元及其出现的机率，便于对多仓混棉机的混和效能有所了解和认识。
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现将6仓混棉机混和原棉中可能出现的各种组成成分（单元）及几率如表1所示。
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通过以上计算，可看出：
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（1）通过多仓混棉机后，原棉混和情况有了很大改善，瞬时输出单一混棉成分的机率很少，仅0.04%，克服了原来抓棉机瞬时单点抓取造成单一成分喂入的缺点；
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