紙漿梳理作用的力學分析

紙漿梳理作用的力學分析

許多科學家和工程技術人員在長期的研究和實驗中進行了研究和體驗，這些結果表明對理論的分類做出了重要貢獻。然而，在近年來的教材和各種主要文獻中，板層結構的理論仍然處于20世紀50年代和60年代的水平。進步還很慢。由于舊的堅持，它被混淆，問題增加了。例如，基于目前的一般理論概念，由于涂層中存在彈性銷布等基本問題，因此無法解釋寬容問題。蓋板梳理研究的困難,在客觀上是因為纖維和纖維束的分梳和運動都在蓋沒的針齒內進行,難以觀察和進行直接的測定與試驗.紅白棉卷示蹤纖維以及棉條顏色與質量變化等試驗,大都是以紅白纖維數(shù)量的變化來推測作用的機理.梳理過程中纖維數(shù)量的變化是不穩(wěn)定的,而且在試驗中很難立即剎停錫林和分開蓋板,因而使針齒上的纖維負荷發(fā)生相當程度的變化和誤差.另外,纖維在針齒間的交替轉移或分梳都必須有作用力的條件.沒有力的條件,纖維怎能在錫林蓋板間上下交替產生梳理作用呢?這在許多分析中都沒有說明.因此,筆者認為,應該在主觀上改變或更新分析的方法,重新審視這些不易取得的數(shù)據(jù),以便從中得出實事求是的新結論和新概念.1平行針面間纖維的交替整理錫林、蓋板、道夫的梳理作用是兩個針(齒)面做相對運動時對纖維和纖維束所起的分梳、除雜等作用,不能簡單地從“梳”字來理解成梳頭發(fā)或其他.兩個針面間產生分梳作用的條件在一般教科書上都做了詳細敘述,即幾何條件是兩針面間的距離很小,兩針尖傾斜相對,相對運動的方向是逆向針尖的;而力的條件是在分梳作用中兩針面都有握持纖維的能力.即當一個針面對另一針面上所接觸纖維進行分梳時,纖維受到針齒的摩擦產生張力,使纖維尾端梳直或者產生繞針運動,或者產生向針布內運動或因針齒的摩擦阻留在針齒上.因為兩針面都有這樣的受力條件,所以它們相對運動以后,各抓取一部分纖維,形成所謂分配率或轉移率.由喂入的針面(假設是下面的針面)向相對的(上面)針面轉移,上一針面轉移過來的纖維是否可能再回到下針面上呢?在沒有相應力的條件下,這種可能性很小.只有伸出該針面的纖維端與下面后繼的針面接觸,才有可能把該纖維拉走.但拉走的可能性也是很小的,因為分梳時已拉動過,故可能仍留在原處.因此,平行的上下兩針面間纖維一次分梳作用以后,分配在兩針面上的纖維很少能在上下交替轉移.這種簡單平行針面間的分梳只是一次性的分梳,是一種接觸分梳,不可能把纖維束分成單纖維狀態(tài).用這樣的理論來解釋錫林蓋板間的交替梳理作用顯然是不能成立的.2錫林邊界的轉移分梳徹底梳理纖維和纖維束,一次分梳是不夠的,必須在針面間上下運動,反復分梳.所以要先分析纖維在這些針面間的運動、上下交替和反復轉移的規(guī)律.從刺棍喂給錫林的纖維和纖維束,經(jīng)后固定蓋板分梳后,進入蓋板梳理區(qū)時由于離心力使其與蓋板接觸,經(jīng)蓋板抓取,或棉束、雜質等拋向蓋板.后區(qū)蓋板上的纖維量迅速增加,到10根蓋板左右以后,蓋板上纖維量才平穩(wěn)少變.從紅白棉卷的試驗中可以看到開始6根蓋板全為紅纖維,白纖維從第7根蓋板開始才迅速增加,到第16~20根左右白纖維量才比較穩(wěn)定.即在第10或13根左右的蓋板中,纖維層逐漸積累起來,產生彈性力,纖維才能下移,纖維量才能穩(wěn)定.在積聚成纖維層以前,即后區(qū)10根左右的蓋板上纖維是沒有作用力使之向錫林轉移或交替的.這些蓋板迅速抓取刺棍喂給的纖維和纖維束,因而是蓋板吸收纖維的主要區(qū)域.在這個過程中,每次喂給的纖維或纖維束被第一次分梳后,一部分填充在蓋板上,但仍有部分纖維留在錫林針齒上.由于離心力的作用,留在錫林上的纖維仍能與前面的蓋板接觸而產生分梳作用,其纖維數(shù)量則逐漸減少,這種分梳為接觸分梳.10根之后,即中前區(qū)蓋板上有積聚的纖維層,于是產生彈性力使蓋板上的纖維向錫林轉移.在轉移過程中,纖維被高速的錫林針齒分梳,可迅速分解為單纖維狀態(tài),像發(fā)撲克牌一樣.蓋板錫林的這種分梳作用可稱為轉移分梳,即在蓋板轉移纖維時進行良好的分梳.錫林上纖維被蓋板分梳時易成為前彎鉤,而轉到蓋板上被錫林分梳時又轉變?yōu)楹髲濄^.所以纖維在錫林蓋板間交替接觸分梳時,經(jīng)常改變彎鉤方向,容易使纖維雜亂,搓成棉結、白星,而轉移分梳就沒有這種現(xiàn)象,并且可以迅速把棉束單纖維化.錫林上喂入的纖維到中前區(qū)蓋板時逐漸減少,而中前區(qū)向下轉移的纖維增多.所以中前區(qū)放出纖維進行反復分梳,直至走到梳理區(qū),將前上罩板剝離的蓋板花部分纖維交給錫林,然后向道夫轉移.道夫接受錫林上一部分纖維,其余由錫林帶回,加上喂入的纖維再進入蓋板梳理區(qū).以上說明了纖維和纖維束在錫林蓋板、道夫間運動及分梳的全過程.整個運動過程產生兩種平衡:一是蓋板吸收纖維與放出纖維量的平衡,否則移向道夫的纖維量就會變化;二是喂入和輸出,即與轉移給道夫的纖維量取得平衡(除去落物),否則又使蓋板和錫林上纖維量變動.例如梳棉機產量為20kg/h,錫林轉速為180r/min,則輸出纖維量為333g/min.錫林每一轉輸出纖維量1.85g,則每一轉蓋板中前區(qū)放出的纖維量亦應為1.85g.前中區(qū)約30根蓋板的總纖維量約為40g,故錫林每一轉放出的纖維量約為總量的1/20.經(jīng)過蓋板的纖維大約只有1/10被轉移,大部分成為落棉.蓋板必須貯存纖維,組成纖維層形成轉移分梳,也必須有一定量的纖維才能放出必需的纖維量.這就是蓋板沿用彈性針布的原因.錫林針齒則不然,毋須積聚較厚的纖維負荷,它可依靠離心力向蓋板轉移纖維.因此,可以應用金屬針布,避免原來用彈性針布時纖維充塞較厚必須及時抄針的麻煩.在金屬針布錫林上可以減少纖維負荷,因此針齒可以淺矮且加密,尤其在錫林高速時.但一定的纖維負荷可以幫助錫林蓋板間纖維的轉移和向道夫的轉移.齒深1mm多,可以容納三四十層纖維,也可以形成轉移分梳,因此,針齒還應有必要的深度.所謂蓋板錫林間的動態(tài)平衡,不是一般所說的整個蓋板梳理區(qū)上下交替的平衡,而是后區(qū)吸收和前中區(qū)放出的平衡.筆者以及許多研究者都做過紅白棉卷及抬高蓋板等試驗.一個較簡單的現(xiàn)象是當改喂紅棉層時,棉條不立刻變紅而是逐漸變紅;在開始生產時,棉條也不立刻形成而是逐漸有棉條輸出,并愈來愈粗地到達定量.這些都說明蓋板積聚纖維及逐漸輸出纖維的過程.當蓋板上纖維向錫林轉移時,受力情況如圖1所示.以纖維層分析,FR為纖維層彈性回復力(resilientforce);FC為錫林上纖維在回轉時對纖維層的作用力,是纖維張力和離心力的合力,阻止纖維向下轉移.針的摩擦阻力也在纖維下移時產生阻力.因此,蓋板上纖維向下轉移,并非自由而是有一定阻力的.當停車或停止喂入時,FC=0,于是纖維轉移加快,使棉條一段變粗.這種現(xiàn)象也反過來證明運轉生產時存在對蓋板纖維層的阻力.當提高生產率時就必須增加單位時間蓋板向錫林、道夫的轉移量.例如,產量為60kg/h時,錫林轉速為360r/min,則生產率為1kg/min,蓋板錫林每一轉向道夫的轉移量為2.8g,比低產時要大54%,而且用時更短.這就需要較大的纖維層量和向下轉移的力.3錫林后區(qū)板式纖維轉移一般所指的自由纖維量是針齒內部能轉移的纖維總量.前面已經(jīng)論述過,后區(qū)10根左右蓋板中,由錫林喂入而被蓋板迅速吸收的纖維是沒有能力向錫林轉移的,因而不存在自由纖維量.當進行停止喂入并剎停錫林同時抬高蓋板時,剎停錫林約20s,抬高蓋板使之離開錫林約5s,則錫林在與蓋板分離過程中回轉了約15轉(原錫林轉速為180r/min).這15轉使蓋板前中區(qū)向下轉移的纖維都轉到后區(qū)蓋板上,也有一部分再回到前中區(qū),但后區(qū)截留的比較多,因此出現(xiàn)后區(qū)蓋板纖維較多.實際上,自由纖維或能交替轉移的纖維量主要是在前中區(qū)的蓋板以及錫林上.留在錫林上的纖維自錫林再轉移到蓋板以后,又移向錫林,成為反復轉移,但未能在試驗中表現(xiàn)出來.因此,所謂自由纖維的概念是模糊的,分不清而且難以測定或計算.比較確定的是蓋板最后轉移給錫林而輸向道夫的纖維量,或由蓋板輸出的自由纖維量,因為它應該等于機器輸入量減去落棉,也等于道夫輸出量,否則會引發(fā)不平衡而向動態(tài)平衡轉化.4疊壓中接枝板與規(guī)范駁岸的關系對蓋板踵趾面有許多不同的概念,筆者認為應該從蓋板的作用和纖維在蓋板上的運動來研究討論.既然它是先吸收然后放出纖維成為轉移分梳的主體,首先在吸收纖維進行第一次接觸分梳時,踵趾面有過去所提出的緩和或順序分梳作用的功效.如果沒有踵趾差,那么當喂入的纖維和纖維束在進入蓋板梳理的后區(qū)時,都充塞在蓋板針布入口處的針隙間,亂哄哄地交錯疊塞,顯然是不利于分梳也不利于以后的釋放,所以踵趾差是完全必要的.可以觀察現(xiàn)在蓋板花的狀態(tài)基本上是有序的彎鉤狀并尾端近乎伸直地充填在針間.后繼喂入的纖維和纖維束有序而有張力地填充在針間,然后逐步形成彈性回復力.層層纖維有序地積累疊壓才能形成向下的彈性回復力,而無序雜亂的纖維層是不能產生的.纖維層的彈性回復力是逐漸增大的,到一定程度才能使蓋板上的纖維向下移動,也要克服梳針摩擦及前述錫林上纖維回轉時對它產生的阻力.踵趾差大小和彈性回復力的方向相關.踵趾差大時,彈性回復力與錫林針面成的角度θ較小,向下的分力也較小,如圖2所示.當梳棉機生產率增大時,蓋板在錫林每轉應轉移給錫林并移向道夫的纖維量必須相應增加,于是首先必須增大彈性回復力,也應設法減小纖維向下轉移的阻力.由圖2可知,減小踵趾差可以增加彈性回復力的向下分力,而且錫林也易于抓取蓋板下移的纖維,經(jīng)后固定蓋板分梳后棉束變小是踵趾差減小的客觀基礎.這應在維持必要的踵趾差,順序分梳作用使纖維有序地充填在蓋板針間為基本條件下改變踵趾差.以棉纖維來說,0.1mm的間隙可以容納約4層纖維.棉纖維充填在蓋板上后,其尾端常伸出蓋板而與前一蓋板相連.故踵趾面的空隙中,尾端就較自由,這些鄰近錫林的纖維能以較小的阻力向錫林轉移.蓋板針布的其他規(guī)格也應在纖維吸放和使纖維回復力易于形成及向下轉移來考慮.5錫林上纖維在板式吸放過程中的負荷變化特性錫林、蓋板、道夫針齒內積聚的纖維層成為針面.錫林針布上纖維層可分為兩層:一層可稱為工作層,是錫林向道夫轉移的纖維層,處于錫林纖維層的表面;另一層是轉移給道夫后剩下的纖維層,可稱為返回層,當?shù)婪蚪邮苻D移來纖維的能力強時,該部分也可參與轉移到道夫上.蓋板上纖維層可分為3層,即表面向錫林轉移的工作層、可參與轉移的機動層和沉積內部無法轉移而成為落棉的內積層.機器停喂后,蓋板機動層和錫林返回層纖維沒有了阻力,故仍繼續(xù)向道夫轉移纖維.道夫針齒上則僅有一層工作層,剝離后成為纖維網(wǎng)輸出.在第2節(jié)中敘述過這些纖維層負荷有兩種動態(tài)平衡,即喂入與輸出及蓋板吸放的平衡.這都是從連續(xù)定律得出的數(shù)量概念,但形成這些纖維變化的還有它們的力學條件與運動.喂入的纖維和纖維束,或梳理區(qū)錫林上纖維向蓋板轉移都須有離心力和錫林負荷彈性力的作用,否則就只能成為一次分梳.在進入蓋板梳理區(qū)并與后區(qū)蓋板第一次分梳以后,部分纖維和纖維束留在錫林表面針內,再在離心力的作用下向蓋板移動進行再次分梳,此時與第一次分梳的蓋板要相隔一段距離或兩次之間是跳躍式的.這時的離心力也包括返回負荷的離心力,即返回負荷并不是無所作為,而是幫助錫林上纖維和纖維束向蓋板轉移和分梳.跳躍式的再次分梳使各根蓋板的負荷不穩(wěn)定,而留在錫林上的喂入纖維愈向前愈少.當梳棉機產量為20kg/h時,蓋板上總的纖維量約為40g,即每根蓋板平均1g左右.如果喂入的纖維都迅速充塞到蓋板上,則因錫林每轉喂入1.85g,故僅需22轉即7~8s就可充滿,再計入錫林返回負荷,也僅需15s左右.在這段時間中蓋板上纖維由彈性回復力向錫林轉移分梳并被錫林針齒抓取后,其線速度由蓋板的低速變?yōu)殄a林的高速,然后再在錫林負荷的離心力作用下跳躍式地向前方蓋板上轉移.這種跳躍式的相互作用,也使各根蓋板的纖維負荷不穩(wěn)定,向上轉移的那根蓋板就不能放出纖維.因此,吸放的平衡主要是蓋板后區(qū)吸收纖維和前中區(qū)放出纖維的總體動態(tài)平衡,不是各根蓋板自成的動態(tài)平衡.錫林對單纖維應持握持狀態(tài),離心力僅使其自由端外蹺,否則在向道夫移送過程中拋開針面而形成亂纖維.因此,錫林上纖維是以蓋板針面相接觸而產生的分梳而后轉移,也有部分纖維在錫林負荷彈性力幫助下向上轉移時被分梳,即在梳理區(qū)內產生轉移分梳.6qf對測定現(xiàn)行針織率的影響道夫轉移率曾引起許多學者、工程技術人員的關注,并明確了道夫轉移率的重要性.道夫單位時間接收的纖維量等于vD×qD,即等于單位時間的產量.其中:vD為道夫線速度;qD為道夫單位圓周長度所接收的纖維量,與針齒規(guī)格有關,也與錫林上纖維層負荷所產生的離心力和彈性力有關.qD=qC1×vC/vD(1)式中:qC1為錫林負荷QC轉移給道夫的那一部分,QC=qC1+qC2,qC2為返回負荷;vC為錫林線速度.如果蓋板前中區(qū)轉移給錫林并移向道夫的纖維負荷為QF,則在平衡條件下QF=qC1.但生產中會出現(xiàn)下列情況:(1)QF>qC1,即可以轉移給道夫的纖維量較多,于是QC增加,離心力也增大,qD有所增加,棉條變粗,返回負荷也有所增加.但如果喂入量沒有增加,蓋板前中區(qū)纖維負荷減小,使放出的纖維量隨之減少達到新的平衡.當QF<qC1時,則出現(xiàn)相反的情況.(2)當針布與隔距保持不變,而生產率增大時,vD相應增大.此時按式(1)必須增加qC1或vC.當生產率增加1倍而vC也增加1倍,則qC1可以不變,而且由于QC的離心力增大,道夫接受纖維轉移的能力增強,在qD相同時,QC或qC2還可以減少,即蓋板在前中區(qū)向錫林放出的纖維負荷或錫林負荷,可以減少但時間較快,所以蓋板纖維層彈性回復力還必須增大.因此,當提高梳理機生產率時,增大錫林轉速及道夫轉移率是一個必要的措施,否則必須增加qC1,使蓋板纖維層負荷必須有較大增加.當錫林上纖維向蓋板分梳轉移時,蓋板接收纖維的能力就很差,纖維就容易在針面間浮動而搓成棉結疵點.同時,當qC1增大,道夫也一時難以接受,必須增大QC或qC2以增加離心力,但都不利于梳理質量.(3)放大錫林與道夫間隔距,使道夫接收纖維的能力降低,因而在其他相同的條件下,必須增大錫林纖維負荷QC,蓋板負荷也因而增大,均不利于梳理質量.因此,一般都盡可能減小這一隔距.(4)當?shù)婪蛩俣仍黾佣渌麠l件不變時,棉條定量減輕,而生產率不變時,qD減小,QC可以減少,因而錫林負荷及蓋板負荷均相應減小,道夫轉移率增大,有利于提高梳理質量.7針面纖維層結構(1)蓋板梳理是針面間一種特殊的梳理,它由錫林的離心力和蓋板針面纖維層的彈性回復力使纖維產生相互交替的梳理作用,達到單纖維化及除雜的目的.(2)纖維和纖維束在錫林蓋板之間的運動有兩類:一是喂入纖維和纖維束在喂入蓋板梳理區(qū)后,一部分向蓋板充填迅速形成纖維彈性層,產生彈性回復力,是充填的纖維層向下運動,部分纖維被高速錫林針齒分梳,形成轉移分梳;二是喂入梳理區(qū)后,仍被錫林抓取的那部分纖維,在離心力作用下再次接觸蓋板跳躍式進行分梳并轉移,其數(shù)量則愈來愈少,稱為接觸分梳.轉移分