起毛機概況及其工作原理分析

唐考成，張昊

（連云港如年實業有限公司，江蘇 連云港 222000）

18世紀中期，英國紡織品行業興起，手工工場的產品供應不足。為了提高紡織品產量及生產技術，人們發明了一種織布工具——飛梭，大大加快了織布的速度，也刺激了市場對棉紗的需求。18世紀60年代，織工哈格里夫斯發明了“珍妮紡紗機”，極大地提高了生產效率。

19世紀初，隨著市場需求的變化，絨類產品興起，歐美率先推出歐式起毛機和美式起毛機用于絨類產品的生產加工，歐美紡織行業發展也到達巔峰。20世紀90年代以來，歐美發達國家受產業結構調整、勞動力成本提升等因素影響，開始朝著資金及技術密集型方向發展，紡織業遷移到東亞國家，如日本、韓國等。

中國是紡織大國，具有龐大的市場及消費群體，對紡織機械制造企業提出了“智改數轉”要求，并提供了專項研發資金，以促進紡織業高質量發展，尤其是起毛機產品，通過國家扶持及企業自主研發創新，結合現代化智能控制技術和物聯網技術，將傳統落后的紡織制造業升級成高端數字化行業，部分產品已經達到甚至超過國外技術水平。

1 起毛機概況

1.1 起毛機的主要組成部分

起毛機主要由錫林、順針輥、逆針輥、前牽引輥、后牽引輥等部分組成，如圖1所示。

圖1 起毛機結構

1.2 起毛機控制系統

起毛機控制系統由觸摸屏、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、變頻器和其他輔助器件組成，通過以太網和RS485串行協議與PLC進行通信，實現各單元電機的運轉，如圖2所示。

圖2 起毛機電器控制原理

1.3 起毛機分類

起毛機源于歐美國家，按工作方式的不同分為歐式起毛機和美式起毛機。其中，歐式起毛機針輥采用皮帶傳動，錫林的運轉方向既可以和織物運行方向保持一致，也可以反向運行，順針輥和逆針輥起毛針布都采用彎針。歐式起毛機最大的優點是清理針輥容易以及針輥受到超大負荷時皮帶打滑可以保護針輥，在棉、毛、化纖、混紡等梭織、經編、緯編織物起絨方面得到廣泛應用，如荷蘭絨等。美式起毛機針輥采用齒輪傳動，錫林的運轉方向和織物運行方向相反，起毛針輥分蹲毛輥和起毛針輥，針布采用直針和彎針，直針起蹲毛作用，彎針起起毛作用。美式起毛機最大的優點是齒輪傳動沒有打滑系數以及輸出功率大，在棉、化纖、混紡等針織物起絨方面得到廣泛應用，如搖粒絨等。

歐式起毛機根據針輥數量分為24輥、28輥、32輥、36輥、42輥、48輥、50輥、60輥等，美式齒輪機根據針輥數量分為24輥、28輥等。

錫林根據數量分為單層和雙層，單層錫林根據針輥數量分為24輥、28輥、32輥、36輥、42輥、48輥、50輥、60輥等，雙層錫林根據針輥數量分為24輥+24輥、28輥+28輥等。

2 織物起絨的影響因素

2.1 針輥數量及錫林直徑對起絨的影響

起絨是一個動態的物理變化過程，針輥通過機械將織物面紗進行穿刺、勾起、拉高、切斷、松解，實現織物表面絨感及風格。起絨針輥的數量對起毛的風格影響很大，針輥數量越多，錫林直徑越大，針尖和織物接觸面減小，起絨點增多，起毛風格短密；反之，錫林直徑小，針尖和織物接觸面增大，起絨點減少，起絨后的織物表面長而稀疏，如表1所示。

表1 不同數量針輥對織物起絨的影響

2.2 針輥轉速對起絨的影響

織物由前后牽引輥牽引并包裹在錫林上，通過針布的針尖與織物運行的相對速度不同造成起絨。雖然順針輥和逆針輥的針尖方向相反，但速度的計算方式相同，針輥一邊隨著錫林公轉一邊自轉，針尖速度是公轉速度和自轉速度的合成速度，逆針公轉時產生的針尖速度如下：

式中：V為針尖速度；n錫林為錫林轉速；R錫林為錫林半徑；R皮帶輪為皮帶輪半徑；r針輥為針輥半徑。

逆針輥自轉時的針尖速度如下：

因為起毛輥自轉方向與在錫林上的公轉方向相反，以針尖方向為正，逆針的合成速度如下：

起毛速度就是逆針針尖速度與織物運行的相對速度，逆針輥針尖方向與織物的運行方向相反，逆針輥的起毛速度用V逆起表示，以逆針針尖方向為正，V布方向為反，即負值，得到V逆起=V逆針尖+V布。當V逆起＞0時，逆針輥在起毛，V逆起數值越大，起毛力越大；當V逆起=0時，逆針針尖速度和布速相等，兩者之間無相對運動，不起毛，即零點；當V逆起＜0時，逆針輥針尖背向織物布面滑動，逆針輥在梳毛，V逆起負值越大，梳毛力越大，如圖3所示[1]。

圖3 起毛運轉示意

2.3 錫林轉速對起絨的影響

錫林轉速對織物起絨效果具有一定影響。通常情況下，錫林轉速越快，相對單位長度的織物所接觸到的針輥次數越多，每根針輥與織物每次接觸的時間越短，針尖和織物之間的作用力減小，容易出現短、密、勻風格的絨毛。反之錫林轉速慢易出現長毛，如錫林轉速太慢容易出現鉤針現象。

2.4 起毛針布結構與參數對起絨的影響

2.4.1 起毛針布鋼絲形狀和規格對起絨的影響

起毛針布一般采用防銹效果較好的不銹鋼絲，鋼絲普遍采用三角形鋼絲，還有圓形、橢圓形和菱形鋼絲。針布的形狀和鋼絲的規格是由被起毛的織物特性而定。起毛針布鋼絲形狀及規格如表2所示[2]。

表2 起毛針布用鋼絲形狀及規格

2.4.2 針布鋼絲對起絨的影響

在起毛過程中，鋼針需要不斷重復刺入、勾起、拉高和切斷纖維的動作。目前，市場上大多數起毛面料含化纖成分，而化纖的強力高于植物纖維和動物纖維，其作用于鋼針上的力比較大，會使鋼針出現斷針和翻針情況，需要充分考慮鋼針的材料強度及抗疲勞性能，否則斷針和翻針將無法起毛或達不到起毛效果要求。

2.4.3 針布平整度和粗糙度對起絨的影響

針布針面平整能充分保證針尖和面料之間的插入深度一致、起絨均勻、風格一致。針布平整度差，矮針則很難有效刺入織物，而高針有可能刺透織物，不僅起絨不均勻、效果差，還會影響針布本身壽命、損傷織物。

針布表面粗糙度是造成起絨過程中掉毛的主要原因，針布表面越光滑越不容易掉毛，越粗糙越容易掉毛。掉毛率是起毛質量的關鍵指標之一，掉毛不僅影響起毛質量，還會增加織物損耗，達不到克重要求。為了降低織物起絨時的掉毛率，新針布在出廠前就增加了一道針尖拋光處理工序，并在起絨前用厚的織物進行磨針，使針尖更加鋒利、光滑。

3 起毛機的工作原理

3.1 錫林、針輥和織物的運動關系及運轉方向

在織物起毛過程中，首先錫林通過自轉帶動針輥公轉，針輥公轉方向和錫林自轉方向相反；其次針輥通過自轉實現針輥加速對織物起絨，針輥自轉方向和錫林自轉方向相反，織物的運行方向和錫林自轉方向相同。

3.2 起毛零點的作用

起毛零點轉速是調整針布起毛力大小的基準及依據，指導織物的起毛工藝。

3.3 起毛零點的計算

起毛零點是起毛過程中針尖和織物不發生相對作用時的針輥轉速，與錫林轉速、錫林和針輥直徑及布速等參數有關。

根據起毛運動原理得出一個結論：錫林自轉產生的線速度－錫林帶動針輥公轉的線速度－針輥自轉的線速度=織物的運行速度。針輥自轉的線速度即零點線速度。

以連云港如年實業有限公司生產的RN331型36輥70起毛機為例，錫林直徑為1 120 mm、針輥直徑為89 mm、針輥帶輪中徑為183 mm。零點時針輥的自轉線速度（m/min）=錫林轉速×錫林盤直徑含針輥×π－錫林轉速×錫林盤直徑含針輥帶輪×π×針輥直徑/針輥帶輪－V布，如式（4）所述；零點時針輥的自轉轉速（r/min）=針輥自轉的線速度/針輥周長，如式（5）所述。

根據客戶使用連云港如年實業生產的RN331型36輥70起毛機做氨綸超柔產品起毛工藝設置：錫林轉速75 r/min、布速30 m/min，通過公式（5）算出零點速度=75×6.462 5－30×3.578 3≈377 r/min。當逆針輥速度大于377 r/min時，處于起毛狀態，小于377 r/min時，處于梳毛狀態；當順針輥速度大于377 r/min時，處于梳毛狀態，小于377 r/min時，處于起毛狀態；當順逆針輥轉速約等于377 r/min時，針尖和織物處于相對靜止狀態，既不起毛也不梳毛。

上文所述的零點是在理想情況下得出的，正常情況下要考慮以下幾點：（1）驅動電機采用三相異步電機，異步電機輸出轉速本身就有一定誤差；（2）帶傳動的打滑系數；（3）電機在負載情況下輸出扭矩發生變化，輸出轉速出現偏差，為了保證起毛零點的精準性，在程序里設置零點手動微調功能修正零點。

4 結語

起毛機是織物后整理加工過程中的主要設備，起絨工序也是整理過程中的關鍵工序，因為起絨后的織物不能修復，所以起絨的質量基本決定整個產品的風格和品質。在織物起絨的過程中，不僅要了解織物的紗線成分和織造方式，還要了解起毛機的結構和運行原理。通過對起毛機結構的概述及起毛原理的分析，讓更多工藝人員及操作人員更深入地了解起毛原理并掌握起毛技術；通過對起毛零點的計算，為工藝編制和工藝指導提供依據；通過針布參數選型及針布對織物起絨影響因素的分析，有效避免針布在起絨過程中的質量隱患，指導起絨工藝的實施，提升起絨品質。