綠色理念指導下的紡織機械設計研究
——評《紡織機械設計基礎》

作者：陳革 孫志宏

紡織業擁有悠久的發展歷史，其在工業革命之后依托技術改進獲得生產效率的大幅提升，儼然成為國民支柱產業之一。但紡織業的高污染特性對其發展進程造成了很大影響，尤其是在著力倡導“綠色環保”理念的今天，紡織業更是面臨高壓，如何降低紡織業污染性成為重要研究課題。紡織機械是紡織業的硬件載體，基于綠色理念研究紡織機械設計對于降低紡織業污染性具有重要價值。由陳革、孫志宏編寫，中國紡織出版社2021年出版的《紡織機械設計基礎》一書對紡織機械組成結構進行了詳細介紹，并分析了紡織機械各部分結構的設計過程，為紡織機械走綠色設計道路提供理論與實踐兩方面支持，進而為紡織業摘掉“高污染”帽子以及獲得更好發展奠定基礎。

《紡織機械設計基礎》共分為11個章節。第1章為“紡絲成形裝置”，主要介紹紡絲箱體、計量泵、紡絲組件、冷卻成形裝置等內容；第2章為“梳理機構”，主要介紹蓋板式梳棉機、精梳機等內容；第3章為“羅拉牽伸機構”，主要介紹羅拉牽伸原理、羅拉牽伸型式、牽伸機構傳動形式、牽伸比的計算和變換齒輪的選配等內容；第4章為“自調勻整系統”，主要介紹成卷機均勻給棉裝置、梳棉機自調勻整系統、并條機自調勻整系統等內容；第5章為“圈調機構”，主要介紹圈條機構原理、圈條機構的設計參數分析等內容；第6章為“紗線卷繞機構”，主要介紹紗線卷繞概述、粗紗卷繞、細紗卷繞、絡筒卷繞等內容；第7章為“紡織機械中的氣流”，主要介紹管道內氣力輸送、渦流在紡紗機械中的應用等內容；第8章為“針織成圈機構”，主要介紹針織成圈概述、織針的設計、三角的設計等內容；第9章為“紡織引緯機構”，主要介紹劍桿織機引緯機構、圓織機引緯機構等內容；第10章為“織機打緯機構”，主要介紹四連桿打緯機構、六連桿打緯機構、共軛凸輪打緯機構等內容；第11章為“多電機同步控制技術”，主要介紹多電動機同步控制理論、染整機械的多電動機同步控制系統、漿紗機多單元同步控制系統等內容。

通過閱讀《紡織機械設計基礎》一書，可以了解到紡織機械包括多個組成結構，如梳理機構、牽伸機構、卷繞機構、氣流輸送設備、同步傳動機構、烘干裝置、紡絲成形裝置、自調勻整系統、針織成圈機構、往復運動機構等，每部分各具作用且缺一不可。這就要求綠色設計必須符合以下原則：一是整體性原則。具體到紡織機械設計中，綠色設計不能只從某個結構或某個部分入手，而是要整體考量，從整體入手構思設計方案，如為了降低有害物質的排放量，需要在每個輸出環節做好截留與篩查工作，如果只在某幾個環節進行設計，則會影響到整體降污效果，還可能使前面所取得的成果付之東流。二是功能性原則。紡織機械每部分功能不同，通過緊密配合才能實現整體功能的發揮。綠色設計過程中除了要追求綠色環保，還要保證紡織機械功能正常發揮，如果以削弱功能為代價，則會對紡織業發展造成阻礙，也會使綠色設計意義與價值大打折扣。三是“以人為主”原則。紡織機械綠色設計是諸多方面得到優化改善的過程，但機械始終是要靠人來操作與指揮，紡織機械是否綠色運行、綠色設計成果是否達到預期等均要由人來做出判斷，因此設計過程中必須設置為人服務的操作位和觀察位，讓人通過自主調節助力紡織機械在綠色道路上獲得更好效果。

基于以上原則，紡織機械綠色設計具體要從以下幾個方面入手：

一是材料選擇。在綠色理念指導下，紡織機械材料選擇要遵循以下要求，如材料符合機械運行需求、材料生產符合環保要求、材料可以實現循環利用等。例如，紡織機械骨架材料可以選擇H型鋼，這種材料機械性能良好，其獨特斷面既使自身重量有所降低，也能通過改善結構設計內力而增強承重能力，有利于強化紡織機械骨架強度，為其安全穩定運轉提供支持。H型鋼在生產時耗鋼量較低，能夠節約大量資源，而在加工過程中，相較于其他鋼材不僅在焊接材料的選擇上沒有太高要求，而且加工工作量也更少。生產成本與加工成本的雙重優勢使得H型鋼得到了廣泛使用，也使其在綠色材料中占據一席之地。紡織機械傳動部分由于運轉頻率與總時間較高，因此磨損程度相對也會更強，在選擇傳統部分材料時要選擇具備抗磨、抗壓、抗拉等特性的材料。從目前情況看，新型高分子材料應是最優選擇。在新型高分子材料中，合成塑料、合成纖維、合成橡膠依托其優良性能得到了廣泛應用。紡織機械傳動部分可以使用阻燃合成纖維制成傳動皮帶，在保證使用強度的同時也能提高安全性，避免傳動過程中因受熱發生火災的現象。隨著材料生產技術的發展與革新，現在很多非金屬材料如碳釬維、玻璃鋼等在強度上與金屬材料相差無二，并且在某些方面還有一定優勢，如抗腐蝕等，如果能夠將紡織機械中的部分金屬替換為非金屬，不僅能節約成本，還能延長使用壽命。

二是技術革新。技術是紡織業走向機械化的支撐，而在注重環保的今天，紡織業同樣需要依托技術走綠色發展之路。紡織業已經形成了一套完整的生產流程，想要改變其高污染缺陷，技術革新是重中之重。具體到紡織機械設計中，技術革新主要包括裝配技術、密封技術、污染處理技術、維修技術等。裝配技術是以聯結機械、完成機械安裝為目標，該項技術革新方向為提升裝配效率與拆卸效率，如在聯結紡織機械各個部分時，要根據材料性能與實際工作要求選擇最為適宜的聯結方式，如震動環境下可以使用鍵連接和螺紋連接相結合的方式，并要預留足夠的拆卸空間，為故障處理以及后期回收利用提供便利；密封技術主要用于防止油類物質泄露。紡織機械轉動部分需要潤滑油減少摩擦，做好密封可以避免潤滑油泄露，既能避免資源浪費，也能避免潤滑油對生產環節造成不良影響。除此之外，密封技術還包括粉塵等污染物的密閉處理，減低其擴散到工作環境中的幾率；污染處理技術主要是對紡織機械運轉過程中產生的廢棄物進行處理，避免其進入環境中造成污染。該技術革新方向為全面處理和閉環處理，廢氣、廢水、廢料等均要得到控制，并且形成完整的閉環處理系統，為紡織業污染處理持續提供服務；維修技術是以處理故障、確保紡織機械正常運轉為目標。該技術既要貫徹節約成本理念，也要做到不產生新污染。現代化故障診斷技術如振動信號監測技術、溫度信號監測技術等均要得到積極應用，在提升故障診斷效率的同時也為維修過程直達病灶提供依據。

三是污染指標清晰透明。在紡織機械設計中要設置污染監測渠道，讓工作人員及時了解當前污染情況。紡織生產一般會用到酸堿物質，在經過一系列反應后會生成硫磺、硫酸、硫酸鹽等有害物質，處理這些有害物質通常是采用相關溶劑進行中和。設置污染監測渠道能讓工作人員了解有害物質處理程度，如果達不到標準，則需要對溶劑進行調節，這個過程可以通過人工與自動方式實現。在“以人為主”原則下，人工監測和人工調節不可或缺，這是確保有害物質得到更好處理、避免其排放到環境中的重要支撐。污染指標清晰透明既是對紡織機械設計的基本要求，也是立足于紡織業大格局下確保污染治理有的放矢以及實現動態調整的重要要求。

四是外在環境營造。紡織機械與外在環境具有密切聯系，紡織機械處于良好外在環境中有利于提升其運轉效率，如外在環境吸震、吸噪、降塵等能力強，則可以為紡織機械保持穩定運行提供支撐；反之，紡織機械設計中也要做好這些工作，如接地處采用防震設計以及灰塵產生處產設除塵網、噴霧裝置等。綠色理念下的外在環境營造要以實現“綠色、健康”為目標，這不僅是降低紡織業污染程度的需要，也是為工作人員營造良好工作環境的必然。粉塵、噪聲等對人體健康有著諸多害處，如人體長期吸入粉塵可能會得矽肺病；噪聲會對人體神經系統造成傷害，導致聽覺、視覺等方面出現障礙，甚至引發精神疾病。由此可以看出，紡織機械綠色設計可謂意義重大，必須得到足夠重視。

五是外觀設計。紡織機械綠色設計中也要注重外觀，從人體工程學角度分析，單一的外觀形狀、色彩等會使人產生視覺疲勞，可能會使工作人員出現注意力不集中，進而埋下安全隱患。外觀設計中可以使用混合色進行裝飾，如果藍白相間、灰綠相間等。外觀設計所使用的材料要確保健康環保，如油漆材料要選擇低甲醛或無甲醛產品，避免這類有害物質對工作人員造成傷害。

《紡織機械設計基礎》一書能夠為紡織機械綠色設計提供重要參考，其詳細到位的介紹有利于設計者全方位進行考量，使得設計結果既能推動紡織機械更新換代，也能確保其基本功能與生產流程的穩定發揮。該書主要用作紡織機械專業的專業課教材或者作為紡織機械行業技術人員參考書籍，因此閱讀該書需要具備一定的專業基礎，對于普通讀者想要對紡織機械有所了解，應循序漸進從基本知識書籍入手。(作者簡介：封冰，副教授，博士，南京工業職業技術大學藝術設計學院；姚江，副教授，博士，常州大學美術與設計學院。基金項目：江蘇省社會科學基金項目(20YSB010)。)