高效工艺的创新实践及Crosrol梳棉机与高效工艺的因缘SHFZKJ.docx
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高效工艺的创新实践及Crosrol梳棉机与高效工艺的因缘SHFZKJ
棉纺高效工艺的创新实践成果
及Crosrol梳棉机与高效工艺的因缘
倪远
摘要：
高效工艺突破了传统纺纱工艺的理论和实践应用，科学地挖掘现代纺纱设备的功能潜力，以创新和变革的思路与手段，提出了行业所向的高产与优质共存的解决方案，发明并成功实践了以前纺重定量、细纱大牵伸为主的高效率、高效益的新时代纺纱系统工程，为纺纱企业探索出了一种资源节约的管理模式、一条利润增长的崭新途径。
经过理论探索和长时间实践运行的检验，上海Crosrol的梳棉机已被证实是最适于高效工艺应用的梳棉机。
关键词：
高效工艺；高效率；高效益；重定量；大牵伸；高产优质；解决方案；管理模式；利润增长
0、环锭纺纱工艺现状概述
在环锭纺纱前纺流程中，传统的纺纱工艺各工序半制品的定量大部分以相对较轻设置，特别是纺制较高品质要求的纱线时一般均以轻定量为工艺配置原则。
由于前纺各工序定量特别是粗纱定量的较轻设置，所以纺纱经验用语中针对细纱牵伸倍数有不超过“一英支一倍”的说法，即细纱线密度每一英支，细纱牵伸倍数为一倍左右配置，也就是说细纱牵伸倍数受制于细纱的细度。
长时期来无论是纺纱理论还是实际生产对定量与品质之间关系的认定一直是统一的，即较轻的半制品定量有利于纱线品质的提高。
现代纺纱设备的应用中，由于设备性能的改善，工艺定量的应用已有偏高应用的趋势，特别是针对环锭纺的中粗支纱线和自由端纺纱。
但在环锭纺纺制14.8tex以下的高品质纱线时，业界还是普遍崇尚轻定量、慢速度的工艺原则。
而且，优质纱纺制厂商中的典范，无一不是采用这样的工艺原则。
多少年来的纺纱实践，已经给高品质纱线的工艺原则＝轻定量＋慢速度烙下了深深的印痕。
国际上先进纺机设备厂商，有时也对某道工序推荐使用重定量，如立达公司的技术人员在G33细纱机上设定精梳14.8tex棉纱工艺时，也曾推荐粗纱定量在700tex左右，以显示其新型细纱机的牵伸能力。
但从国际上主流的纺纱工艺应用情况看，迄今为止，尚未见纺部工艺全流程重定量的应用实例发布。
表1是立达公司推荐的纺制精梳纱的各工序定量：
细纱
粗纱
末并
精梳
条卷
梳棉
细纱重量牵伸
tex
Ne
tex
G/m
G/m
G/m
G/m
倍
19.5
30
583
4.858
4.858
64
4.858
30.0
14.5
40
486
4.164
4.164
60
4.164
33.5
10
60
486
3.644
3.644
60
4.164
48.6
6
100
233
3.239
3.239
56
3.644
38.8
5
120
167
2.915
2.915
52
3.239
33.4
（本文所说的条卷除了注明卷幅的外，都是指卷幅为300毫米的条卷，对于卷幅不等于300毫米的条卷，定量可按比例折算。
）
可以看到这基本上仍是当前普遍应用的较轻定量的工艺配置，其细纱牵伸倍数仍符合小于“一英支一倍”的纺纱经验用语。
因此，在采用当今国际先进水平纺机设备的情况下，工艺方面并未有突破性的进展。
当然，与20年前相比，纺部各工序的定量已有了明显的增加。
表2是《棉纺手册》1987年版有关精梳14.5tex棉纱的工艺设计定量：
表2：
细纱
粗纱
末并
精梳
条卷（卷幅230毫米）
梳棉
细纱重量牵伸
tex
Ne
tex
G/m
G/m
G/m
G/m
倍
14.5
40
369
2.87
3.06
43.4
3.60
25.4
目前的纺纱工艺与八十年代比，各道定量已经有了20~40％的增量，但不妨回顾一下八十年代的纺纱设备，上表中除了精梳机和条卷机为国产的A201B和A191外，其余全部都是十分陈旧的老机。
“工艺跟着设备走”，此话不假。
软件必定依据硬件而编制。
但是，当设备的进步已经能够承载更大的负荷时，工艺的革命就应当发生。
那么，谁去完成这个革命呢？
是纺机厂商吗？
应该不是。
纺机厂商把太多的精力放在纺纱设备的“设备”上，一般的纺机制造厂商并不十分注重有关纺纱设备的“工艺”。
而且纺纱工艺应该属于对设备应用的软件，因此，纺纱工艺创新和变革的责任不可回避地落到纺纱工艺技术人员的肩上。
现在可以剖析一下，是否到了“设备的进步已经能够承载更大的负荷”之时。
首先，“设备的进步”是有目共睹的，国际国内的纺机和器材厂商作了大量的努力，加之新材料、新工艺、新技术的应用，纺机设备的进步可谓日新月异；其次，“承载更大的负荷”该如何确认呢？
看来这必须、也只能由纺纱工艺技术人员去确认。
这就需要进行工艺技术方面的尝试，不能因为设备的渐进变化而看不到工艺能力的跃进、不能因为以往曾经的尝试所经历的失败而延用过时的定论。
经验由经历所产生和积累，经验的正确运用可以帮助和指导变革进行，经验的错误运用会阻止和毁灭创新思维。
因此，经验给了我们什么，全在于我们如何去掌控经验。
1、高效工艺的创新实践
高效工艺是指在现代纺纱设备上，主动发掘现代新型设备的潜能，以设备和专件的技术进步带动工艺创新应用，实践以前纺重定量、细纱大牵伸为主的高效率、高效益的纺纱系统工程。
高效工艺应用的实质是前纺全流程重定量纺纱，相对于传统的纺纱工艺，高效工艺全流程定量的增量基本上在＋50~100%。
表3为18~13tex精梳棉纱典型实施例的定量范围，已经过发明人三年时间的实践检验。
表3：
工序
细纱
粗纱
末并
精梳
条卷
梳棉
清棉
线密度
tex
Ne
tex
G/m
G/m
G/m
G/m
G/m
本发明
实施例工艺
18~
13
32~
45
900
±100
6.2
±0.5
6.2
±0.5
95
±5
6.2
±0.5
800
±80
表4为18~13tex普梳棉纱典型实施例的定量范围。
表4：
工序
细纱
粗纱
末并
梳棉
清棉
线密度
tex
Ne
tex
G/m
G/m
G/m
本发明
实施例工艺
18~
13
32~
45
800
±100
6.0
±0.5
6.0
±0.5
750
±80
表5为一组典型的传统工艺与高效工艺前纺设备产能比较表。
表5：
工艺
普通工艺
高效工艺
单机
产量
比
工
序
各道
定量
主要
速度
单机理论
产量kg/hr
各道
定量
主要
速度
单机理论
产量kg/hr
清棉
400g/m
13r/min
272
800g/m
13r/min
544
1:
2.00
梳棉
20g/5m
140m/min
33.6
32g/5m
145m/min
55.0
1:
1.64
预并
22g/5m
160m/min
84
30g/5m
220m/min
158
1:
1.88
条卷
50g/m
37m/min
111
73g/m
42m/min
184
1:
1.66
精梳
20g/5m
145r/min
9.8
30g/5m
190r/min
19.0
1:
1.94
并条
20g/5m
280m/min
134.4
32g/5m
280m/min
215.0
1:
1.60
粗纱
5g/10m
900r/min
69.0
8.4g/10m
900r/min
150.0
1:
2.17
有关说明：
1）并条机为双眼/台，粗纱机为120锭/台；
2）条卷卷幅为230mm；
3）单机理论产量未计算运转效率。
表6为江苏民企A厂三个精梳品种成纱2004年11月1-30日实测最低最高值与Uster2001公报5％水平的比较。
表6：
项目
2004年11月1-30日最低-最高值
Uster2001公报5％水平区间
品种
tex
27.8
19.7
14.5
28
19.5
14.5
百米重不匀
%
0.62-0.92
0.80-0.94
0.83-0.95
0.74-0.82
0.82-0.92
0.88-0.98
条干CV值
%
10.11-10.23
11.21-11.65
12.2-12.5
10.0-10.3
11.1-11.4
12.1-12.5
－40细节
P/km
2-5
17-25
43-57
5.29-6.71
22.8-28.8
75-95
－50细节
P/km
0
0
0-1
0
0
1.40-1.68
＋35粗节
P/km
33-56
115-145
210-269
63-77
125-154
220-270
＋50粗节
P/km
4-8
6-15
10-16
5.92-6.98
9.12-10.8
13.0-15.3
＋140棉结
P/km
22-38
48-77
98-125
53-65
110-135
200-245
＋200棉结
P/km
4-10
13-23
27-32
11.6-14.0
24.1-29.1
44-53
有关说明：
1）三个品种采用同一配棉成份,同一前纺工艺；
2）配棉平均等级2.5级，平均长度29毫米；精梳落棉平均14.5％；
3）本示例产品2004年专供上海三枪针织集团用于针织产品。
表7为江苏民企C厂在高效工艺技术的基础上，进行了并条、粗纱轻重定量的专纺试验。
表7：
品种
tex
熟条定量
g/5m
粗纱定量g/10m
CVm
％
－50％细节/km
＋50％粗节/km
＋200％棉结/km
粗纱重量牵伸
细纱重量牵伸
原工艺J14.6
16.5
4.6
13.19
3.8
32.8
65.5
7.17
31.5
新工艺J14.6
30.0
8.4
11.89
1
10
34
7.14
57.5
+/-值
＋13.5
＋3.8
-1.3
-2.8
-22.8
-31.5
＋26
+/-%
＋81.8
＋82.6
-9.9
-73.7
-69.5
-48.1
＋82.6
J14.5texUster2001公报5%水平
12.1-12.5
1.40-1.68
13.0-15.3
44.0-53.0
新工艺J18.2
16.5
4.6
12.76
1.3
27
56
7.17
25.3
原工艺J18.2
30.0
8.4
11.14
0
4
23.3
7.14
46.2
+/-值
＋13.5
＋3.8
-1.62
-1.3
-23
-26.7
＋20.9
+/-%
＋81.8
＋82.6
-12.7
-100
-85.2
-47.7
＋82.6
J18.5texUster2001公报5%水平
11.4-11.7
1.00-1.20
10.0-11.9
28.4-34.3
试验日期050722，试验条件：
1）平均配棉：
标称229，公检328；
2）前纺设备：
梳棉机为MK5/MK6，A201E精梳机，采用二道精后并（无自调匀整），熟条以前各道工艺条件相同；粗纱设备机台状态相同；
3）细纱设备：
国产主机，国产弹簧摇架平面牵伸，后牵伸1.25倍。
仅从上面的情况看，新工艺的应用可以得到如下效果：
1）可以至少节省40％的并条机、50％的粗纱机；
2）成纱CVm和IPI全面从Uster2001公报25%水平上升为比公报5％更高的水平。
表8为全面应用高效工艺的江苏民企B厂近期日常的质量数据。
表8：
品种
CVm
%
细节
-40％
细节
-50％
粗节
+35％
粗节
+50％
棉结
+140％
棉结
+200％
JC18.2tex管纱
10.8
5
0
107
11
108
24
JC18.2tex筒纱
11.0
9
0
108
8
117
25
JC18.5tex管纱
Uster2001公报5%水平
11.4-
11.7
31.5-
40.0
1.00-
1.20
146-
179
10.0-
11.9
130-
159
28.4-
34.3
2、高效工艺的应用基础
高效工艺的实质是纺纱全流程重定量高产量，概括地说是前纺全流程重定量纺纱。
由于纺纱工艺的定量比传统增加了50~100%，产生了对原有各道系统工艺配置的变革，由此带来的不仅是工艺设计、工艺与设备的配合协调，更重要的是产生了技术人员对纺纱硬件、软件及品质理念的认识更新，产生了对传统“低产优质”转变为“高产优质”观念冲击、产生了在优质要求的情况下我们现在所使用的设备是否确实能“承载更大的负荷”的识别迷茫。
增加纺纱工艺的定量，看起来是一件比较简单的事，在纺纱技术发展的历程中也不断有人进行尝试和探索，但要么产生了对品质的不利影响、要么不能进行有效而系统的应用。
高效工艺的应用特征是：
高产量、高质量即“高产优质”。
这里牵涉到对很多传统纺纱理论、观念和经验与习惯的背离和叛逆。
高效工艺不单单是纺纱流程中重定量工艺设计的应用，重定量只是一种手段，而真正的目的是“高产优质”，有了“高产优质”才能最后体现出高效工艺的效果，即高效率、高效益。
从前纺流程的各工序看，其功能大致为开清、梳理、除疵、牵伸、并合、匀整等。
对于梳理和除疵来说，是发生在清花、梳棉和精梳工序，牵伸则几乎发生在每一个工序。
无论是梳理、除疵还是牵伸，依照经验理论，重定量和高产量必然带来对品质的负面效应。
那么高效工艺的实践和探索中是如何避开负面效应甚至于将负面效应转化为正面效应的呢？
归纳性地说，高效工艺是在以下几方面具有创造性的突破：
1）能动而科学地发挥现代纺纱设备的应用潜力；
2）巧妙与活用地设置纺纱系统工艺参数；
3）创造性地从纺纱理论和实践操作方面对纺纱系统弱环提出新思维和新手段。
因此，高效工艺的应用是基于这样两大基础：
硬件基础：
现代纺纱设备的开清、梳理、除疵、牵伸、匀整等综合能力的发掘；
软件基础：
活用的棉纺基础理论和创新发展了的应用理论。
在此基础上，打破传统规律，发掘设备潜能，导致了纺纱工艺革命的发生。
创新发展了的应用理论和手段包括：
高速梳理和除结杂方面、重定量牵伸机理方面、重定量匀整方面等，提出了高速梳理中附面层气流参与梳理、高速梳理中结杂排除手段、重定量牵伸中须条的匀整控制、重定量牵伸中须条分层的控制、细纱重定量牵伸中粗纱定量/粗纱捻度/细纱后隔距/细纱后牵伸四个工艺参数互动应对、毛羽控制以及高品质纱线纱体结构分析方法等一系列棉纺工艺新观点、新思路、新手段，解决了很多在以往重定量尝试中难以解决的老问题、大问题，为高产低成本与优质难以协调和共存的历史性难题提供了适于时代发展和行业进步的解决方案。
3、高效工艺与Crosrol梳棉机
在现代纺纱设备给我们带来的但却尚未完全发掘功能和潜力的设备中，清梳设备是一套相当重要的设备，清梳工序担负的开清、梳理、除疵、牵伸、匀整等功能，其中尤以梳棉机的梳理、除疵和匀整等功能为整个棉纺流程中最重要的单纤维处理阶段，完成纤维与纤维、纤维与结杂的分离、纤维的顺直和排列均匀。
发掘梳棉机的功能潜力，是以梳棉机已经具有某些功能和潜力为基础。
完整的高效工艺应用是指梳棉机在重定量、高产量的基础上完成高质量的梳理，这就需要梳棉机具备与梳理产量相匹配的梳理能力、排除棉结杂质的能力、包容输入输出重定量范围的能力和对棉条的匀整能力。
经过理论探索和长时间实践运行的检验，上海CrosrolMK系列（MK5D和MK6）高产梳棉机已被证实是最适于高效工艺应用的梳棉机。
高效工艺实践的初始阶段，实际上是从清梳工序开始的，梳棉机的梳理结构决定了其能否适于重定量的棉卷喂入、重定量的生条输出以及最关键的能否承担高产量和高质量的梳理。
高效工艺的成功实施与CrosrolMK5D和MK6高产梳棉机的优异性能是分不开的，到目前为止，完整实施高效工艺的流程中，均使用了CrosrolMK5D和MK6高产梳棉机。
依据CrosrolMK5D和MK6高产梳棉机以下特征的分析，其具备与梳理产量相匹配的梳理能力、排除棉结杂质的能力、包容输入输出重定量范围的能力和对棉条良好的匀整能力：
1）适于重定量喂入，实际喂入的棉卷或棉筵定量可重达每米900克，目前高效工艺应用的棉卷定量为每米850克左右；
2）适于重定量输出，实际输出的生条定量可重达每米7克，目前高效工艺应用的生条定量为每米6.4克左右；
3）适于超高速梳理，锡林实际运行速度高达每分钟780转，梳理线速度高达每秒钟41.5米，满足高产条件下需要的梳理效果；
4）高速梳理加上较小的锡林直径具有较高离心力，从而具有强力排除和分解尘杂与棉结的能力，MK6梳棉机的离心力是50英寸直径锡林每分钟400转速度时的2.5倍；
5）高速梳理加上较小的锡林直径具有较高的纤维转移和梳理能力，具有利用高速气流附面层参与柔性梳理的功能，既有利于梳理又能减少纤维损伤还可以延长针布使用寿命；
6）轻型可调式滚动轴承盖板系统具有独特的单根盖板无级调节、曲轨六点调节和曲轨整体调节功能，固定盖板具有横向六点可调功能，满足极高的梳理精度；
7）轻型滚动轴承盖板系统具有轻便运转、高效快速的排杂能力，活动盖板运行线速度可高达每分钟1000毫米；
8）双片段自调匀整系统具有棉卷横向棉层不匀的检测功能，具有1～100米片段±25％的匀整能力。
这些性能都是普通梳棉机所无法比拟的，特别是高速高精度的梳理和高效快速的分解排除杂结杂的能力，是优质梳理的必要条件。
表9是近期统计的世界上几款著名的高产梳棉机在国内运行的梳理速度情况。
表9：
厂商
Truetzschler
Rieter
Crosrol
机型
TC03
C60
MK6
锡林直径mm
1290
814
1016
标称最高转速r/min
600
900
770
实际运行转速r/min
560
900
780
实际运行线速度m/sec
37.8
38.3
41.5
所纺品种tex
OE58
JC14.8
JC14.8
国产梳棉机一般运行的锡林速度为400RPM左右，梳理线速度为每秒钟27米。
表10为MK6高产梳棉机锡林速度的对比试验，试验品种为JC18.2tex。
表10：
项目
锡林速
rpm
出条速
mpm
产量
kg/hr
CVm
%
细节
-30％
细节
-50％
粗节
+35％
粗节
+50％
棉结
+140％
棉结
+200％
方案一
635
110
42.24
10.52
284
1
67
8
112
27
方案二
780
110
42.24
10.56
330
0
62
4
86
18
方案三
780
150
57.60
10.60
320
0
72
8
111
26
JC18.5tex
Uster2001公报5%水平
11.4-
11.7
1.00-
1.20
146-
179
10.0-
11.9
130-
159
28.4-
34.3
试验原则：
遵循同机台、同眼、同锭，同一流程的纺纱工艺试验原则。
对以上数据的分析如下：
1）当MK6棉卷式梳棉机实测锡林速度780rpm、实测盖板速度440mm/min、出条速度110m/min时，条干水平无显著变化，短小细节虽小幅增加，但粗节（+35％/+50%）和棉结（+140%/+200%）都有着不同程度的减少，其中与方案一的棉结（+140％）相比，减少率达到23.21％，这为棉结（+200％）的减少打下了基础。
2）方案二、三明显优于方案一，因为锡林和盖板速度的提高，锡林主分梳区单位时间内的总齿数和单根的工作齿数都有所增加，增强了活动盖板和锡林工作区的梳理度；同时，由于刺辊速度未提高，增大了锡林与刺辊之间的速度比，这一点有利于纤维从刺辊向锡林的转移，减少了刺辊返花现象，但由于产量的提高方案三又稍差于方案二，这是由于产量提高后，梳理度有所降低的缘故。
3）方案二与方案一比，在锡林和盖板速度提高15％、出条速度和台时产量不变的情况下，千米棉结（+140%/+200%）改善率达23～33％，其改善率大于锡林速度的提高率；
4）方案三与方案二比，在锡林和盖板速度不变、出条速度和台时产量提高36％的情况下，千米棉结（+140%/+200%）恶化率为30～40％，基本上与产量的提高成正比；
5）方案三与方案一比，在锡林和盖板速度提高15％、出条速度和台时产量提高36％的情况下，成纱线密度品质未见显著性差异，说明MK6梳棉机确实具有梳理和生产能力等方面的潜力和余量。
下面是MK6高产梳棉机在高速下又一次成纱测试数据及其分析报告，测试日期2005年10月8日。
表11为梳棉机的生产工艺条件。
表11：
纺纱品种
锡林速
锡林盖板隔距
出条速
生条定量
梳棉机产量
JC17.4tex
（34s针织用纱供三枪集团）
780
10,8,8,8,10
120
6.4
46
r/min
0.001”
m/min
g/m
kg/hr
重要提示：
全流程采用高效纺纱工艺。
梳棉机针布为ECC，使用期约为150吨产量。
表12为成纱测试数据。
表12：
项目
CVm
-30%
-40%
-50%
+35%
+50%
+70%
+140%
+200%
单位
%
/km
/km
/km
/km
/km
/km
/km
/km
JC17.4tex
10.53
294
4
0
66
4
1
50
10
JC18.5tex（32s）
Uster2001-5%
11.4-
11.7
31.5-
39.9
1.00-
1.20
146-
179
10.0-
11.9
130-
159
28.4-
34.3
分析结论
1）本试验为MK6高产梳棉机高速梳理的纤维须条，其梳理线速度达到780×1016×3.14＝2488000毫米/分钟＝41.5米/秒钟，是目前世界上纺制精梳棉纱的梳棉机中线速度最高的生产工艺。
2）梳棉机采用生条定量6.4克/米（32克/5米）、台时产量46公斤，也是目前世界上纺制高品质精梳棉纱的梳棉机中定量和产量较高的生产工艺。
3）在梳棉机高产量重定量和采用高效工艺的情况下，成纱多项测试指标都远远优于Uster2001公报5％水平，充分体现了MK6梳棉机优异的梳理性能和高效工艺带来的出乎意外的品质改善。
4、高效工艺与普通工艺的对比认识
分析高效工艺的应用，应该有几个关键工艺点和主要工艺点。
关键工艺点：
一是梳棉机的单产，纺JC14.5tex，普通梳棉机单产达50多公斤是困难的；
二是小卷的定量，每米70多克，
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