随着人力成本的大幅提高，国产新疆棉机械化采收率由2014年的35%提升至2023年的85%以上，在提高采棉效率的同时，亦为纺纱生产公司能够带来了如棉结增多、长度损失等质量上的问题，严重影响了企业的正常生产。梳棉工序作为排除棉结、短绒的关键工序，其工艺参数对纺纱半制品及成纱质量具有非常非常重要的影响。在梳棉机上，除了针布规格及各部件转速之外，对梳理质量有决定影响的是相关隔距的设置是不是合理。笔者曾对梳棉机主要工艺速度进行过实验分析，而作为完整实验的一部分，本文旨在通过对梳棉相关隔距的优化设计为企业加工机采棉提供必要的工艺参考。
纺纱品种：JC14.6tex。纺纱原料：新疆农八师机采棉，技术品级3.55级，技术长度28.16mm，上半部长度28.18mm，短绒率9.4%，马克隆值4.29，成熟度0.87，整齐度82.5%，纤维断裂比强度2.9cN/dtex，断裂伸长率5.9%，回潮率7.3%。
对机采棉来说，梳棉机的最大的作用是对纤维进行自由梳理使纤维单纤化，同时排除棉结与杂质，落棉率可较低掌握。为了研究梳棉机隔距对生条质量的影响，以梳棉生条中棉结、重量短绒率、重量平均长度及落棉率为评价指标，在其他工艺条件一定的情况下，分别选取锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距、锡林与前棉网清洁器导棉板隔距、锡林与盖板隔距、除尘刀角度作为因素，各因素分别取3个水平不考虑交互作用的多指标有重复值进行正交试验，每组试验重复4次（落棉率取平均值）。正交试验设计及试验结果分别见表1及表2。
由于均值k1、k2、k3所产生的差异是由各个因素取3个不同的水平引起的，因此，可根据极差R确定各因素对测试指标的影响主次顺序，并且确定较优工艺方案。极差的大小直接反映各个因素对试验指标影响的变化幅度，极差大表明该因素的影响越大，是重要的因素；反之，极差小，表明该因素的作用不大，属于次要因素。根据试验方案的要求做梳棉试纺，利用minitab16软件，对梳棉生条主要质量指标进行极差分析，并对影响质量的重要的因素进行排序。根据不同的目标要求，各水平的最优水平分为三种类型：望小特征期望响应值越小越好；望大特征期望响应值越大越好；望目特征期望响应值与自己拟定的目标值尽量一致，文中梳棉生条考察质量指标中棉结、短绒含量采用望小特征，长度采用望大特征。极差分析结果见表3。
通过对表3进行极差分析表明，对机采棉梳棉工艺来说，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距对生条棉结有十分显著影响，锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距亦具有非常明显影响，除尘刀角度对棉结的影响比较小，锡林与盖板隔距影响最小。各因素对棉结指标的最优水平由图1所示，与之对应的最优工艺方案为锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距11，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距45，锡林与盖板隔距8、7、7、6、6、6，除尘刀角度14°。从以上结果能够准确的看出，前棉网清洁器对排除棉结具有非消极作用，为了更好的提高排除棉结效果，可以将其除尘刀与锡林的隔距适当放小，有利于分割纤维与棉结；而其导棉板与锡林隔距适当放大，有利于保持气流畅通，改善涡流现象，便于纤维从锡林转移到道夫上；采用大的除尘刀角度亦对改善生条棉结有积极作用。
通过对表3进行极差分析根据结果得出，锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距对短绒率影响十分显著，除尘刀角度亦具有非常明显影响，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距对短绒率的影响比较小，锡林与盖板隔距影响最小。各因素对短绒率指标的最优水平由图2所示，与之对应的最优工艺方案为锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距13，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距35，锡林与盖板隔距8、7、7、6、6、6，除尘刀角度14°。由分析结果知，生条短绒含量对锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距和除尘刀角度的调整十分敏感，除尘刀采用紧隔距、大角度工艺有利于减少短绒含量，由于前上罩板下口与锡林隔距不变，则吸风口处锡林附面层气流厚度一定，当除尘刀至锡林隔距变小时，除尘刀刀口就会分割较多的附面层气流，这样就会有较多的杂质和短绒被阻留而清除。
通过对表3进行极差分析根据结果得出，除尘刀角度对平均长度影响十分显著，锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距亦具有非常明显影响，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距对平均长度的影响比较小，锡林与盖板隔距影响最小。各因素对平均长度指标的最优水平由图3所示，与之对应的最优工艺方案为锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距11，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距45，锡林与盖板隔距9、8、8、7、7、7，除尘刀角度14°。由分析结果知，生条中纤维平均长度对除尘刀角度和锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距的调整十分敏感，除尘刀采用大角度、紧隔距工艺有利于排除锡林盖板工作区锡林带过来的短绒，提高转移到道夫上的纤维伸直平行度，从而有利于提高生条中纤维的平均长度。
通过对表3进行极差分析根据结果得出，除尘刀角度对落棉率影响十分显著，锡林与盖板隔距及锡林与前棉网清洁器导棉板隔距对落棉率都有显著影响，锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距对落棉率影响最小。各因素对落棉率指标的最优水平由图4所示，与之对应的最优工艺方案为锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距13，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距40，锡林与盖板隔距9、8、8、7、7、7，除尘刀角度12°。由分析结果知，除尘刀角度的改变对落棉率的影响敏感，除尘刀采用大角度，其他工艺采用中间值落棉率处于较低水平，更加有助于降低生产成本。
在纺纱生产中，同一个生产的基本工艺往往需要对多个指标综合优化。在多指标的优化试验中，有些指标欲求其最大值，而有些指标则越小越好。大多情况下，这些指标之间可能互相矛盾，即在使一个指标得到优化的同时，可能会对另一个指标产生相反的作用，所以，在优化过程中需对各个指标做综合考虑和权衡，才能反映所纺产品的质量是不是符合生产要求。
综合平衡法是先对每个指标分别进行单指标的直观分析，然后根据理论知识和实际经验，对各指标的分析结果做综合比较和分析，得出较优方案，其综合平衡的原则是：某个隐私可能对某个指标是重要的因素，但对另外的指标可能是次要因素，那么在确定该因素的水平时，应首先选取作为重要的因素时的优水平；若某因素对各指标的影响程度相差不大，这是可按少数服从多数的原则，选取出现次数比较多的水平；当因素各水平相差不大时，可依据降低消耗、提高效率的原则选取合适水平。
因素A锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距：对平均长度、落棉率两个指标取A3好，而对棉结、短绒率取A1好，对短绒率来说，因素A是起最大的作用的因素，对棉结和纤维长度来说，因素A的作用也比较大，而对棉结指标选择A1水平较好，对纤维长度指标选择A3水平较好，因此根据控制梳棉质量的主要指标为原则，选取A1水平。
因素B对棉结指标为重要的因素，而对其他指标的影响比较小，因此选取B3水平。
对棉结、纤维长度及短绒率来说，因素C的改变几乎影响不大，而仅仅与因素B对落棉率有稍许影响，因此在保证落棉率较低的情况，能结合生产实际调整方便的原则，选取C2水平。
因素D对纤维长度、落棉率和短绒率有显著影响，对棉结指标亦有一定的影响，采用较大的除尘刀角度更加有助于提高梳棉生条的质量，因此在保证一定的落棉率下，选取D3水平。
综合以上分析，通过对梳棉工艺的优化实验，认为最优工艺组合条件为：A1B3C2D3，即在梳棉其他工艺参数一定的条件下，锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距为11mm，锡林与前棉网清洁器导棉板隔距为45mm，锡林与盖板隔距为9、8、8、7、7、7mm，除尘刀角度为14°时，梳棉机输出生条的质量指标都有明显改善。
由于机采棉原料与传统手摘棉的各项性能有较大差异，利用正交试验，通过对部分试验结果的分析，能将复杂问题简单化，有利于抓住纺纱过程中影响半制品质量的主要矛盾，并对其进行重点考察。同时，减少了试验的工作量，能较为准确而迅速地得到针对机采棉的最佳工艺条件。
通过对多指标做综合平衡分析，影响纺纱质量的重要的因素是锡林与前棉网清洁器除尘刀隔距和除尘刀角度，说明在梳棉机加工机采棉提高梳棉质量时，应给与重点考虑。对整个梳棉工序来说，尽管锡林与盖板的隔距是影响生条质量的重要工艺参数，但是梳棉机前部工艺来说反而作用任务有所减弱，这也为重新考虑各梳理区任务分配提供了一定的思路。
来源：冯清国、任家智、陈宇恒、尚龙飞 中原工学院 智能纺织与织物电子学院