開(kāi)松作用的原理和形式：自由開(kāi)松和握持開(kāi)松、撕扯、打擊和分割開(kāi)松

開(kāi)松作用的原理和形式：自由開(kāi)松和握持開(kāi)松、撕扯、打擊和分割開(kāi)松

開(kāi)松作用就是利用表面帶有角釘、鋸齒、梳針或刀片的運動(dòng)機件對纖維塊進(jìn)行撕扯、打擊、分割，將大的纖維塊逐步松解成小的纖維塊、纖維束的作用。

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開(kāi)松過(guò)程中要注意可紡纖維的損傷問(wèn)題，因為開(kāi)松過(guò)程中的機械作用不可避免地會(huì )造成纖維的斷裂，需要在開(kāi)松過(guò)程中合理配置工藝，在實(shí)現原料充分開(kāi)松的基礎上，盡可能減少纖維損傷。

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根據原料喂給方式的不同，開(kāi)松可分為自由開(kāi)松和握持開(kāi)松兩種形式；按機械作用方式的不同可分為三種形式。

一、自由開(kāi)松

原料在無(wú)握持狀態(tài)下受到開(kāi)松機件的作用稱(chēng)自由開(kāi)松，按對原料的作用方式分為自由撕扯和自由打擊。

1.自由撕扯

自由撕扯包括由一個(gè)運動(dòng)著(zhù)的角釘機件或兩個(gè)相對運動(dòng)著(zhù)的角釘機件對處于自由狀態(tài)下的纖維塊進(jìn)行撕扯作用。撕扯的先決條件是角釘具有抓取纖維的能力。

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（1）一個(gè)角釘機件對原料的撕扯作用。如圖1（b）所示為自動(dòng)混棉機的角釘簾在抓取和撕扯棉塊時(shí)的受力情況，圖1(b)中P為棉堆壓向角釘的垂直壓力，與植釘平面平行；A為角釘簾向上運動(dòng)時(shí)周?chē)迚K的阻力，也與植釘平面平行；T為水平簾輸送的原料對角釘簾的水平推力，與植釘平面垂直。設三力的合力為W，它可分解為沿著(zhù)角釘工作面方向的分力S和垂直角釘工作面的分力N，分力S指向釘內，稱(chēng)為抓取力，分力N與角釘及棉塊的摩擦作用形成抓取阻力。若角釘工作面與植釘面間的夾角為角釘工作角α，則有：

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S=Pcosα+Acosα+Tsinα

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N=Psinα+Asinα-Tcosα

由以上兩式知：α減小，則抓取力S增加，N減小，有利于角釘刺入棉堆抓取纖維塊 。

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圖1角釘簾的結構及一個(gè)角釘抓取和撕扯棉塊時(shí)的受力情況

（2）兩個(gè)角釘機件對原料產(chǎn)生的撕扯作用。如圖2所示為自動(dòng)混棉機的角釘簾和均棉羅拉之間的作用情況。由于兩個(gè)機件間隔距較小，所以它們之間能形成對棉塊的撕扯作用。圖2中a、b兩點(diǎn)分別代表角釘簾與均棉羅拉對棉塊的作用點(diǎn)。將角釘對棉塊的撕扯力F分解，則可得沿角釘方向的分力S（抓取力）與垂直角釘方向的分力N（正壓力），其大小為：

S=Fcosα

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N=Fsinα

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式中：α──角釘與簾子平面間夾角，即角釘的工作角。

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圖2兩個(gè)角釘的扯松作用

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S為使棉塊沉入角釘根部的分力，N為棉塊壓向角釘產(chǎn)生的正壓力，P是由N引起的摩擦阻力，阻止棉塊向角釘根部移動(dòng)，其值為：

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P=μN=μFsinα

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式中：μ──棉塊與角釘間的摩擦系數。

要使角釘具有抓取能力，則必須使S>P，即：

Fcosα>μFsinα

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或cotα>μ                                          （3-1）

由式（3-1）可見(jiàn)，減小角釘工作角α，可使角釘抓取棉塊的作用增強，但α過(guò)小，棉塊被抓入釘內過(guò)深，則影響纖維脫離角釘簾。棉紡中，α一般采用30°～50°。由于纖維長(cháng)度和狀態(tài)的差異，不同紡紗系統中角釘簾子的α角不同，如毛紡系統的自動(dòng)喂毛機角釘簾子中α為45°～60°。
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2.自由打擊

原料在無(wú)握持狀態(tài)下受到高速打擊機件（如帶有刀片、角釘等的回轉機件）的打擊作用而實(shí)現纖維塊松解的過(guò)程，稱(chēng)為自由打擊。如軸流開(kāi)棉機打手的作用及三錫林開(kāi)毛機錫林之間的作用。通常情況是纖維塊在氣流中運動(dòng)，由于打擊機件的運動(dòng)速度遠遠大于纖維塊的運動(dòng)速度，因而產(chǎn)生自由打擊（撞擊）作用，引起振蕩，使纖維塊松解。

如圖3所示為纖維塊受到自由打擊時(shí)的受力情況。設纖維塊是由彼此相互聯(lián)系著(zhù)的兩部分組成，質(zhì)量中心分別在A、B處。P為機件對纖維塊的打擊力，其方向沿著(zhù)打擊機件運動(dòng)軌跡的切線(xiàn)方向，可分解為P1與P2，P1在A和B的連線(xiàn)上，對纖維塊起到開(kāi)松的作用。當P1大于纖維塊A、B間的聯(lián)系力時(shí)，纖維塊被分解成兩部分；當P1小于纖維塊聯(lián)系力時(shí)，纖維塊沿打手速度方向運動(dòng)或在P2力作用下繞B點(diǎn)旋轉，避開(kāi)打手的作用，因而可減少纖維損傷。

自由開(kāi)松的作用較緩和，纖維損傷少，雜質(zhì)破碎也少，適用于開(kāi)松的初始階段。

圖3纖維塊受自由打擊時(shí)的受力情況

二、握持開(kāi)松

原料在被握持狀態(tài)下，受到開(kāi)松機件的作用稱(chēng)握持開(kāi)松。開(kāi)棉機、清棉機的打手與給棉羅拉之間，開(kāi)毛錫林與喂毛羅拉之間以及絹紡開(kāi)綿機的喂綿刺輥與持綿刀之間等，均為握持狀態(tài)下的開(kāi)松作用。按對原料的作用方式，握持開(kāi)松可分為握持打擊和握持分割。

1.握持打擊

采用高速回轉的刀片打手對握持狀態(tài)下的原料進(jìn)行打擊，使原料獲得沖量而被開(kāi)松，稱(chēng)為握持打擊。

如圖4所示為棉紡清棉成卷機上給棉羅拉與打手之間的開(kāi)松狀態(tài)。給棉羅拉慢速將棉層喂入機內，高速回轉的打手打擊給棉羅拉鉗口外露的棉層，打擊力P沿打手運動(dòng)軌跡的切線(xiàn)方向。棉層受到打手的打擊，使外露纖維須叢獲得打擊強度而被松解為較小的纖維束，一些雜質(zhì)被分離出來(lái)。打擊強度通常用打擊次數來(lái)衡量。

圖4握持狀態(tài)下打手打擊力分析

打擊次數是指單位重量纖維層上接受刀片的打擊次數。打擊次數多，則開(kāi)松作用好。其計算式為：

S=(K×n)/(vn×W)

式中：S──打擊次數，次/g；

K──打手刀片數；

n──打手轉速，r/min；

vn──纖維層每分鐘喂入長(cháng)度，cm/min；

W──喂入纖維層每厘米重量，g/cm。

由上可以看出，打擊次數與打手轉速、刀片數成正比，與纖維層每分鐘喂入長(cháng)度成反比。每次喂入的定量輕、長(cháng)度短，則扯下的纖維束小，也有利于開(kāi)松，但產(chǎn)量會(huì )降低。

握持打擊對原料作用劇烈，開(kāi)松與除雜作用比自由開(kāi)松強，但纖維損傷與雜質(zhì)破碎比自由開(kāi)松嚴重。握持打擊時(shí)，刀片不能深入纖維層內部，打擊后纖維塊重量差異較大，故握持打擊后還需進(jìn)行細致的開(kāi)松。

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2.握持分割

握持分割是靠鋸齒或梳針刺入被握持的纖維層內，對纖維層進(jìn)行分割，使纖維束獲得較細致的開(kāi)松。分割機件常采用表面包有金屬針布或植有梳針的打手或滾筒。

（1）鋸齒刺入纖維層的條件。鋸齒能否順利刺入纖維層，是決定開(kāi)松效果的首要條件。如圖3-5所示為鋸齒刺入纖維層時(shí)受力情況，當鋸齒刺入纖維層時(shí)，纖維層對鋸齒有沿滾筒圓周切向的反作用力P，可分解為垂直于鋸齒工作面的分力N和平行于鋸齒工作面的分力Q。分力Q有使纖維沿鋸齒工作面向針根運動(dòng)的趨勢，當纖維沿鋸齒工作面運動(dòng)時(shí)，分力N便會(huì )產(chǎn)生阻止纖維運動(dòng)的摩擦阻力T，方向與Q相反。若Q≥T時(shí)，纖維沿鋸齒工作面向齒根運動(dòng)，鋸齒能刺入纖維層進(jìn)行分割。鋸齒刺入纖維層時(shí)的具體分析如下。

圖5鋸齒刺入纖維層時(shí)的受力情況

N=Pcosβ

Q=Psinβ

T=μN

式中：β──鋸齒工作角的余角，即鋸齒工作面與鋸齒頂點(diǎn)至鋸齒滾筒軸心連線(xiàn)間夾角，α+β=90°；

μ──鋸齒與纖維間的摩擦系數。

要使鋸齒順利刺入纖維層進(jìn)行撕扯，必須滿(mǎn)足Q≥T。即：

Psinβ≥μPcosβ

tanβ≥μ

tanβ≥tanφ

β≥φ

式中：φ──纖維與鋸齒摩擦角。

可見(jiàn)，減小工作角α（即增大β），對鋸齒刺入纖維層進(jìn)行開(kāi)松有利；但α過(guò)小，對鋸齒排雜和纖維轉移不利，易造成返花（即纖維隨著(zhù)打手的回轉又回到喂入處）。

（2）鋸齒握持纖維的條件。鋸齒不僅對纖維層進(jìn)行分割，而且還要求鋸齒能攜帶纖維向前輸送，避免纖維束脫離鋸齒而成為落纖。要實(shí)現鋸齒攜帶纖維前進(jìn)，鋸齒必須滿(mǎn)足握持纖維的條件。

鋸齒握持的纖維束所受的力有沿鋸齒滾筒半徑方向的離心力F、垂直于鋸齒滾筒半徑方向的空氣阻力R、鋸齒對纖維的作用力N（方向與鋸齒工作面垂直）和阻止纖維被拋出的摩擦力T（圖6）。

圖6鋸齒握持纖維的受力情況

由力的平衡可知：

Fsinβ+Rcosβ=N

Rsinβ+T=Fcosβ

且T=μN

故鋸齒能握持住纖維束的條件為：

Rsinβ+T≥Fcosβ

Rsinβ+μFsinβ+μRcosβ≥Fcosβ

又由于μ=tanφ

則tan（β+φ）≥F/R

β≥arctanF/R-φ

因此，當鋸齒工作角α≤90°-arctanF/R+φ時(shí)，有利于針齒握持住纖維束。

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