一、梳理机后部梳理工艺与结构现状
梳理机后部喂棉梳理工艺与结构的发展，以棉纺流程为例，经历了喂入方式（棉卷、棉层）、握持方式（加压、给棉罗拉直径、给棉罗拉表面结构、顺向喂棉）、后部梳理元件和附加分梳元件、落棉在线控制等改进变革，这些都是装备和工艺革新带来的技术进步。但是对于喂入棉层的厚度和定量，却经历了从棉卷到棉层，棉层加厚、定量加重变化的过程，这是一种消极和粗劣的梳理机喂棉工艺，是与高质量精细梳理理念背道而驰的。由于设置了较大的棉层定量，对梳理过程有着多方面弊端，对品质的不利影响，主要体现在这三个方面：
（1）在梳理机产量与刺辊部分梳理度相同的情况下，刺辊的线速度不变，假如喂入棉层定量增加100%，则给棉罗拉喂入线速度降低50%，相同长度内棉层或棉束经受刺辊锯齿梳理的时间和齿数将增加100%，这样可能导致很多纤维或棉束处于过度梳理的状态。虽然计算到每根纤维梳理的齿数一样，就是说理论计算的刺辊部分梳理度相同，但是棉层内外层的纤维，所受到的梳理量离散性极大，实际的梳理度差异率就很大。其中棉层靠近刺辊一侧的梳理量和梳理力大，处于过度打击梳理的状态；而棉层靠近给棉板一侧的梳理量小和梳理力小，处于欠梳理的状态。处于过度梳理的纤维受损或断裂，导致短绒率上升；而处于欠梳理的纤维则会分梳不足。这种梳理度和梳理力的不匀对生条及至成纱的品质影响很大。这种状况正是实践中经常碰到的，即便刺辊工艺速度并不太高，还是可以适当降低刺辊速度，使生条短绒率降低的一个要因。实际上这就是一种常用的粗劣工艺配置。
（2）在棉层从喂棉钳口进入刺辊梳理区时，较厚的棉层同时与刺辊锯齿侧面及刺辊辊体表面发生紧密接触，内外棉层的状况具有很大的差异。无论是嵌入式还是自锁式刺辊的锯齿，齿形的高度都约有5毫米，当1000毫米左右机幅的棉层定量为500～600克/米时，受喂棉钳口加压后的厚度2.5～3.0毫米左右，但是棉层离开喂棉钳口而进入刺辊梳理区时，棉层厚度急速松弛释放，大幅度超过5毫米，并与刺辊辊体表面和齿条基部以及锯齿侧面发生摩擦性接触，棉层厚度越大，受到的摩擦力越大；棉层输出线速度越低，摩擦接触的时间就越长，这样的摩擦不可避免地导致纤维损伤与棉结增加。实践中经常采用放大刺辊与给棉板的隔距来相对改善生条品质的措施，这实际上也可以称为粗劣工艺配置。
（3）目前普遍应用的给棉罗拉两端点加压结构中，在较大棉层密度且棉层横向密度差异大的情况下，较薄的部位处于握持不良的状态，喂棉梳理时常有大棉束或棉块被刺辊拉扯带入锡林梳理区，在实际生产中经常可以在后部固定盖板或活动盖板处，感觉到盖板的跳动并发出声响。这种棉束或棉块未被给棉罗拉给棉板良好握持和刺辊精细梳理，直接进入主梳理区，一方面增加了主梳理区的梳理负担，更重要的是破坏了梳理的均匀度，造成大幅度偏差的纤网结杂与短绒离散度，严重影响纤网、生条乃至成纱质量。
二、梳理机后部梳理工艺优化方案
在上述偏轻的棉层定量不利于握持、偏重的棉层定量不利于梳理，这样两难的梳理机后部工艺配置现实情况下，基于工艺和装备角度的观察，事实上存在着对这个问题认识的不足，使得其成为行业的一个“隐痛”点。假如纯粹从梳理工艺考量，偏轻的棉层定量对分梳是大为有利的，即较薄的喂棉棉层有利于刺辊甚至于锡林盖板间的精细梳理，并且可以直接改善上述影响梳理品质的三个方面。
设定一个工艺条件：梳理机产量与刺辊梳理度不变，刺辊线速度也是不变的，假如棉层定量降低50%，则给棉罗拉线速度增大100%，相同长度的一段棉层或棉束受到刺辊梳理的时间与梳理的齿数就减少50%，计算到每根纤维的梳理齿数是相同的，这个喂棉工艺可以称为“薄喂快进”，“薄喂快进”的喂棉工艺方式，使棉层内外纤维受到梳理的均匀度大幅度改善，实际刺辊梳理度差异率显著减小。与现有 “厚喂慢进”的工艺相比较，在计算刺辊梳理度等同的条件下，纤维和棉束受到损伤的可能性降低。同时棉层与刺辊锯齿侧面及辊体表面的接触压力大幅度降低，从而减少纤维的损伤及附加棉结的产生。
以一个棉纺梳理机后部梳理工艺为例：棉层定量为500克/米，棉纤维平均长度为29毫米，纤维平均细度为6000公支，梳理机产量为50千克/小时，刺辊的直径为250毫米，刺辊梳理区实际工作宽度为900毫米，刺辊速度为800转/分钟，刺辊锯齿的高度为5毫米，刺辊锯齿的齿距为5.3毫米，齿条行距为3.17毫米，锯齿密度为38齿/(25.4mm)2=0.058齿/mm2，由计算得棉层喂入速度为每秒28毫米，每秒喂入棉层14克，刺辊表面线速度为每秒钟10467毫米，那么相关的三种梳理度平均值计算如下：
A）每克纤维的梳理齿数＝(10467×900×0.058)/14=39027齿
B）每根纤维的梳理齿数＝39027/(6000/29/1000)=0.189齿
C）每根纤维长度棉层的梳理齿数＝(10467/5.3)×(29/28)=2045齿
当梳理机后部其余工艺不变，采用减轻棉层定量的“薄喂快进”喂棉工艺方式，假定棉层定量改为250克/米时，可以得到棉层喂入速度为56毫米/秒，那么相关的三种梳理度平均值计算如下：
A’）每克纤维的梳理齿数＝ (10467×900×0.058)/14=39027齿
B’）每根纤维的梳理齿数＝39027/(6000/29/1000)=0.189齿
C’）每根纤维长度棉层的梳理齿数＝(10467/5.3)×(29/56)=1023齿
从上述计算可知，与“厚喂慢进”工艺相比，“薄喂快进”的喂棉方式，工艺技术所表征的刺辊梳理度是不变的，即以纤维重量或纤维根数计算的刺辊梳理齿数两者是相等的；而以每根纤维长度内棉层或单位棉层长度计算的梳理齿数，后者降低了50%。这就可以大幅度改善内外棉层梳理均匀度，减少梳理过度和梳理不足的问题。
三、梳理机后部棉层加压握持喂棉技术变革
那么，现有技术情况下能否实施梳理机后部“薄喂快进”的精细梳理工艺呢？答案是不能的。因为偏轻的棉层定量不利于现有后部握持钳口的握持，甚至可以说无法很好地握持。一方面基于目前棉层横向的分布状况，偏轻的棉层定量很容易暴露出棉层的横向不匀，甚至会出现棉层破洞；另一方面给棉罗拉给棉板组成的近1000毫米（棉纺梳理机）甚至于3500毫米以上（非织造梳理机）宽度的刚性握持钳口，无法保证在机幅横向的每一个部位都能很好地握持棉层，对于存在着横向不匀的薄形棉层，更加难以均衡握持。只有在具有足够棉层厚度的情况下，依靠棉层的弹性滑移和横向挤压对棉层进行握持。即便如此，理论上来说横向幅宽内也只有数个点承载了喂棉钳口的最大压力和大部分加压力。
梳理机“薄喂快进” 的喂棉工艺，其实施需要对现有技术的加压、握持与喂棉方式作大幅度的改造，使得喂棉握持钳口对随机变化的厚薄棉层能够可靠握持。对棉层横向厚度不匀的情况，也需满足幅宽内每单位宽度分段棉层都能受到良好的握持，使得握持力大于梳理力，并且不会受到相邻分段、以致于整个棉层横向厚度变化的影响。
为了大幅度改善对棉层的握持效应，提出了一个细分段加压握持的喂棉工艺概念和技术方案，其加压握持喂棉具体实施方案，是采用压缩空气气压加压原理作用于细分段的加压握持面，成为类似于琴键式的细分段给棉板，对机幅宽度内的棉层进行分段式的加压握持，由于气压加压的特殊性，使每一分段均受到近乎相同的加压力。细分段加压握持喂棉技术，就是符合“薄喂快进”喂棉工艺需求的一种先进的加压握持喂棉技术结构。
细分段加压握持喂棉技术，就是将给棉板的横向分割为若干小段的加压握持块，实施分段加压和分段握持喂棉棉层的技术方案。细分段加压握持系统在棉纺梳理机上的典型应用可以为20～100分段（对1000毫米机幅的梳理机，理论上讲最大可达1000分段以上），这样细分段给棉板握持单元的宽度为10～50毫米，即在横向10～50毫米内的棉层是独立加压和握持的，局部棉层的厚度变化不会影响到其他分段的加压握持，握持钳口的隔距也在气压加压系统的加压下自动动态调整，每一分段的棉层都受到基本相同的加压握持力。
实施方案以梳理机气囊式气压加压握持喂棉细分段技术方案为例，对于梳理机顺向喂棉方式，是在给棉罗拉的上方设置一套与给棉罗拉平行的气囊式气压加压机构：包括内置气囊的加压握持腔、连通压力源的气囊，与气囊接触的细分段加压握持块。细分段加压握持块下部为喂棉棉层握持面，细分段加压握持块由并列的加压块组成，加压块的横向集合即为给棉板，压力源提供的气压通过控制系统，由气囊推动加压块对喂棉棉层加压。
由于气囊式气压加压使机幅的横向均衡加压，将现有技术的横向刚性握持钳口，变成为一种类似于横向柔性的握持钳口，并且每个分段的加压基本上相等和恒定，使得对棉层的加压过盈或加压不足得以消除，纤维与给棉板的滑动摩擦损伤大幅度降低。由于整个横向握持钳口加压的均衡得到保证，以及给棉罗拉弹性变形对加压影响的消除，给棉罗拉直径也可减小，甚至可采用空心罗拉。
在压缩空气源的作用下，加压块握持钳口中的棉层，获得稳定一致的握持力，且不受喂入棉层横向厚度不匀的影响，从而可以为“薄喂快进”喂棉工艺提供合理而均衡的握持力。握持力通过压力源的气压值无级可调。
四、梳理机后部棉层检测技术现状与创新
4.1 棉层平均密度检测技术现状
在现有技术中，大部分高产梳理机都采用了棉层密度检测的自调匀整技术，自调匀整技术能改善纤网和棉条线密度均匀度的关键技术结构，是喂棉棉层密度的检测。
4.1.1 棉纺梳理机棉层密度检测
在棉纺梳理机中，绝大部分喂棉棉层线密度不匀的检测方法，是在假定加压后棉层横向密度一致的情况下，在线实时检测横向棉层的平均厚度。通过对给棉罗拉两端与给棉板相对位移量的检测，利用给棉罗拉两端点的位移参数，表征整个幅宽内棉层的横向平均厚度。事实上，该检测方式是将横向幅宽内棉层的两个最高点位移值及其变化率，视为棉层横向平均厚度的度量值及其变化率，这在原理上就偏离了棉层横向平均厚度及其波动；从另一个视角看，棉层横向厚度的不均匀使得幅宽内棉层的加压和密度是不一致的，棉层厚的地方承压大，棉层密度大，棉层薄的地方承压小，棉层密度小，加压后棉层横向密度的不一致加剧了棉层横向平均厚度检测的不准确。这两个因素使得两端点位移检测法，无法获得与实际情况相一致的棉层平均线密度及其变化率信号。
也有采用刺辊梳理作用力矩检测棉层平均线密度及其变化率信号的方法，这属于中片段闭合环检测反馈技术。但与一般检测输出棉条的方式不同，检测与匀整点都在喂入棉层处。将刺辊梳理作用力矩用作棉层平均厚度检测的技术原理是：梳理机刺辊采用单独伺服驱动或者变频电机驱动，刺辊伺服器或变频器作为棉层平均厚度检测元件，给棉罗拉为执行元件，利用棉层厚度与刺辊旋转梳理作用力矩及刺辊电机功率正相关的关系，通过非电量电测法进行电量的检测和转换。刺辊施加在握持钳口输出棉层上的作用力负荷，通过刺辊伺服器或变频器的电流或功率间接检测出来，通过电量转换表征为喂入刺辊棉层横向平均厚度及其变化率信号。这是一种不增加附加检测元件的设计方案，完成定性叠加棉层横向厚度信息，这在棉层横向厚度不变或变化不大的情况下，可以近似地得到棉层横向平均厚度的信号。但是这种检测反馈模式存在着如下三个方面的问题，使得针对自调匀整主扰因素的匀整精度和效果，受到不可忽视的影响：
（1）在梳理机刺辊与给棉板的隔距间，棉层的厚度与刺辊旋转作用力矩存在着非线性关系，大致是指数为2左右的函数关系。这一点，在理论上假定棉层横向厚度是均匀一致的情况下，可以通过软件的运算模型来修正的。但是事实上，幅宽内棉层横向的随机不匀是确实存在且不可忽略的，而这种棉层横向厚度随机不匀使棉层横向平均厚度与刺辊作用力矩之间没有确定的逻辑关系，因而无法通过软件运算得到准确的检测信号，这就是刺辊作用力矩检测反馈法，不可能精确匀整的关键性因素。
（2）由于为闭环式的自调匀整，检测点位于匀整点下游，使得检测信号滞后于匀整执行动作，虽然滞后量不大，但是经过梳理机上百倍的牵伸，即使是30毫米的棉层长度，到生条的输出已变成了3米左右的长度了。
（3）刺辊及其传动系统自身较大的转动惯量，使检测信号进一步延迟，甚至淹没了棉层截面的随机瞬态信息，使得检测的响应频率低、检测的灵敏度不高。
采用刺辊梳理作用力矩，检测棉层平均线密度及其变化率信号的方法，较早在20世纪80年代的英国Crosrol公司MK4机型梳理机上开始应用，并沿用到上海Crosrol产品上。
喂入棉层线密度客观上存在着不可忽视的随机不匀，这是因为：一方面棉层的纵向线密度不匀直接造成输出棉条的线密度不匀；另一方面棉层的横向线密度随机不匀，也在相当程度上影响到棉层的纵向不匀。因此，上述两种棉层厚度检测方法，均是在假定喂入棉层横向厚度完全均匀一致的理想条件下得出的棉层动态参数，严格来说只是一种定性的非电量电测，其离开符合实际工况的电量转换与精确定量检测相去甚远。两种检测方法中后者的检测误差可能更大。这些方法历史性和广泛性应用的根源，既在于对梳理机输出棉条线密度均匀度的不够重视，更在于对梳理机后部工艺改善方向认识的不足，手段匮乏。从而不得不依赖后续工序对棉条的并合，甚至于后续工序的匀整手段来加以修正。
4.1.2 非织造梳理机棉层密度检测
非织造生产的工艺采用数层纤网并合技术来改善输出纤网和纵横向均匀度，由于并合数不大，又没有后续工序对纤网均匀度进行补偿，加之梳理机的幅宽较大，相较棉纺工程对喂入棉层的匀整提出了更高的要求。因而非织造梳理机在自调匀整结构方面，采用了特殊的设计结构，目前主要采用皮带称重式和X射线检测式两种开环式自调匀整技术，通过检测喂入棉层的平均面密度来控制输出纤网的均匀度。
皮带称重式自调匀整检测机构设置在棉箱与给棉罗拉之间，是一种对传送中的棉层进行连续称重的皮带秤，获得以机幅宽度乘以皮带秤长度的面密度信号及其动态变化率，经过运算反馈控制给棉罗拉线速度。由于检测到的面密度长度较长，采样信息只能表征该长度内平均面密度的变化率，而不能准确反馈喂入梳理机梳理区域的实时面密度或线密度，因而实时响应较差，匀整效果不好。
X射线检测式自调匀整检测机构的检测点设置在棉箱与给棉罗拉之间，采用对传送中的棉层两侧进行X射线照射和接收的方法，X射线穿透发射器和接收器之间的棉层，由于棉层对X射线的吸收和衰减，接收器接收到的剩余X射线及其变化率可以表征棉层面密度或线密度及其变化率，与皮带称重式自调匀整检测机构比，X射线检测式自调匀整检测机构检测精度较高，实时响应的效果较好。但不同纤维品种和不同回潮率棉层的X射线吸收衰减率不同，不利于对多纤维混纺和有回潮率波动状态的检测。同时X射线检测式自调匀整检测机构投资成本较高，并且具有放射性射线，相对存在安全性问题，因此仅有少量国外机型上有所应用。
4.2并条机自调匀整存在的必要性思考
棉条生产中的自调匀整技术是改善纺纱纱条线密度均匀度的重要技术手段。在纺纱生产中头道或末道并条机工序上都有选用，虽然自调匀整大部分设置在末道并合工序（末并并条机）上，但也有应用在头道并合工序（头并并条机）上，两种应用方式各有侧重点，实际应用中似乎也没有显著性差异，并条工艺的特征是并合有利于改善线密度均匀度，牵伸破坏线密度均匀度，特别是移距偏差造成的短片段线密度均匀度。但是如果并合和牵伸工艺配置得当的话，整体上还是改善了线密度均匀度，特别是中长片段线密度均匀度。
高速并条机上的自调匀整是以开环形式进行检测反馈执行的。由于输出线速度较高，没有也不可能将匀整结果再次反馈给执行系统，由于高速出条的特征，无法采用闭环方式来反馈控制。从匀整效应的角度看，主要是改善中长片段的不匀率，短片段不匀率则主要依靠并合作用来改善。所以将自调匀整设置在末道或头道并条机的效应是接近的，都是针对喂入棉条的线密度均匀度进行匀整，而喂入棉条——生条是带来不匀的主要因素。同时并条机向着高速化的发展，也带来了检测反馈响应度和匀整精度方面的难度。
从这样的认知来思考，如果生条线密度均匀度控制好的话，就是说梳理机自调匀整精度足够高的话，普梳流程的并条机也许就没有必要配置自调匀整系统了。那么，多少年来梳理机的技术进步，从不配置自调匀整系统，逐渐发展到高产梳理机标配自调匀整系统，梳理机自调匀整系统也从单纯的开环或闭环发展到混合环，甚至于匀整结构整合到了喂棉箱喂棉量的检测控制，以及梳理机组合式牵伸结构（IDF）上去了，而结果是生条线密度均匀度还是不尽如人意，究其原因是梳理机自调匀整的检测机理不完善、检测方法过于粗糙，使匀整精度难以进一步提高。
4.3棉层厚度精确检测技术创新
梳理机喂棉棉层厚度检测技术的一项创新，是利用上节梳理机气囊式气压加压细分段加压握持喂棉技术方案，将给棉板横向细分割成10~50毫米的加压握持面单元，并采用压缩空气气动加压，使每一分段均得到相同的加压握持力，对横向幅宽内喂棉棉层进行可靠的细分段加压握持喂棉。在这个基础上，再在气囊中注入检测用液体介质，用传感器间接测量出气囊腔体内容积的变化率，换算出棉层的横向密度变化率。其物理原理两者的线性相关性完全一致，从而可以为自调匀整提供一致性良好的棉层线密度信号，实现喂棉棉层平均厚度的精确检测和控制。
上述细分段加压握持喂棉系统在梳理机上的典型应用为握持和检测单元的宽度为10~50毫米，这样对1000毫米机幅的棉纺梳理机来说是20~100分段，也就是说，在横向10~50毫米内都是相对独立的加压、握持和检测单元，其棉层的厚度及其变化率，也是相对独立的反馈信号，液流流体均衡地合并了所有分段单元的棉层厚度及其变化率信息，实时输出整个棉层的横向平均厚度信号。这样的信号很好地消除了棉层横向不匀或加压不匀对横向平均厚度的影响。握持隔距也是在气压加压下恒压力或者近似恒压力的动态调整，从而使每一分段的棉层获得相同的加压握持力。最终，在恒定加压下精确的厚度信号有利于纤网或生条线密度的匀整、良好的分段握持有利于系统分梳对生条单纤维状态、纤维受损率和棉结杂质变异的改善，从总体上优化梳理机生产质量。
细分段加压握持液流传导检测喂棉技术检测信息与棉层实际平均厚度信息相关性高，瞬态响应好。
五、梳理机后部喂入预牵伸技术革新
结合上述“薄喂快进”工艺和细分段加压握持检测喂棉结构，在给棉罗拉握持钳口上游再设置一个预牵伸区，组成棉层预牵伸结构，这样增加的后部工艺技术结构具有以下几个方面的效应：
（1）有利于减小从棉箱输送来棉层的厚度，以便实施“薄喂快进”喂棉工艺。
（2）改善喂入棉层中纤维对行进方向的取向度，可以更进一步有利于后续的梳理，大幅度降低刺辊和锡林梳理过程中的梳理不匀及对纤维的损伤。
（3）预牵伸区握持钳口对较厚的喂入棉层具有一定的弹性滑移和横向挤压的横向均匀效应，可以在一定程度上改善棉层的横向不匀。
（4）不改变喂棉箱的工艺和结构，降低由于棉层定量减小对棉层形成和输送的工艺要求。
由于细分段加压握持检测喂棉结构的优势，可以握持较薄的棉层，因而预期设置一定的预牵伸倍数，可以同时满足匀薄棉层与改善棉层纤维取向度的喂入条件。
预牵伸工艺和结构的设置，除了改善喂入棉层中纤维的取向度外，增加了一个对较厚喂入棉层的刚性握持点。
由于同时运用了后部棉层预牵伸、细分段握持钳口、握持钳口气压加压、棉层平均厚度液流传导检测等技术，兼顾了牵伸、加压、握持、检测和喂棉工艺技术结构的共同完善，系统性地升级了梳理机后部工艺技术结构和功能。
六、结 语
梳理机气囊式气压加压喂棉棉层细分段握持和棉层线密度液流传导检测技术，再结合梳理机后部喂入预牵伸的三项组合工艺技术结构，可以大幅度改观历史性和广泛性的梳理机后部握持梳理弊端，优化原有的粗劣梳理工艺为精细梳理工艺，产生四大有益效果：
（1）喂入棉层预牵伸技术在实现“薄喂快进”工艺的同时，大幅度改善棉束和纤维的顺向排列取向度，既可以减少纤维损伤，又可以使单纤维化更加提前和充分。
（2）细分段的加压握持有利于实施“薄喂快进”的工艺，使梳理机后部的刺辊梳理工艺得到优化，梳理机整机的从喂棉开始实现精细梳理，减少了对纤维的损伤。
（3）细分段的加压与握持，改善了对棉层的横向握持效能，有利于后部刺辊梳理区乃至锡林盖板主梳理区的梳理，有效地降低了梳理不足和梳理过度造成的梳理度变异系数，减少了对纤维的损伤。
（4）细分段握持和横向加压密度均衡有利于实施棉层横向平均厚度的精确检测，通过棉层横向平均厚度与液流传导的精准转换，改善匀整精度和提高匀整幅度。
因此，棉层预牵伸与“薄喂快进”工艺从两个方向上实现精细梳理，减少纤维损伤；细分段气动均衡加压与精确检测从两个方向上提高了检测精度。
在行业普遍认同优势纺纱工艺技术的柔和均衡梳理相关理念态势下，创新的梳理机后部梳理工艺技术机理和相关结构，有望将生条线密度和纤网均匀度、单纤维状态、梳理短绒率和棉结杂质变异程度的改善，提高到一个新的水平，从而为生条和纤网品质、后续工艺配置及至成品质量的更优化创造软硬件条件。
本技术可以用于梳理机新机和老机改造，更适于宽幅梳理机的应用，特别适于非织造梳理机的应用，能显示出在薄喂快进、均衡握持、精细梳理与精确检测工艺技术方面的优势。
（本文的形成得到了刘古立和陆惠文先生的帮助，在此一并致谢！）
作者：倪远 纺之远（上海）纺织工作室
编辑：中国纱线网新媒体团队
