我国梳棉机的研究发展开始较早，建国初期就已经开始，但在上世纪70~90年代期间发展十分缓慢。从我国梳棉机的结构特点来看，可以简单将其分为四个阶段。1950年起，我国通过对日本丰田CM型和英国泼拉脱梳棉机的研究，设计生产了1181系列梳棉机，其间机型经历了1181A、1181B、1181C、1181D、1181E、1181F、1182等几种。其中1181E和1181F型生产量相对要稍高一些，产量从最初5.5kg/h增加到15kg/h，并于1956年开始援外出口。1955 ~1957年，原纺织部纺科院牵头组织北京、天津、上海、青岛等专家和技术工人组成金属针布实验工作组，对金属针布的工艺特性及其包卷与使用进行了系统实验研究工作，1957年又对青岛纺机生产的金属针布进行了包卷实验工作，开创了我国金属针布在梳棉机上的应用。1958年纺织部根据纺织工业发展状况，在青岛组成高产梳棉机试验工作组。由纺织部纺织科学研究院、山东省纺织科学研究所、青岛纺织机械厂和青岛第四、五、六棉纺织厂等参加，集中了一批科研技术专家、技术工人和试验人员，开展了清梳联、高产梳棉机的科研、设计、制造、生产、试验等工作。于1964年前后研制成功A185型、A186型梳棉机，梳棉机最高产量提升到25kg/h。随后我国又相继推出了A186C型、A186D型、A186F型，直到1990年前后新型FA系列梳棉机研发成功后，才慢慢开始退出历史舞台。上世纪80年代中期，郑州纺机和青岛纺机在国家的大力扶持下，在借鉴国外先进技术的基础上，陆续研发了FA系列梳棉机，梳棉机采用大锡林结构，铸铁活动盖板链条传动，反向旋转，理论产量最高可达80kg/h左右。比较经典的机型分别为郑州纺机的FA221/A/B/D/E、FA225系列清梳联高产梳棉机，FA224/D系列棉卷喂入梳棉机，青岛纺机的FA203/A/B、FA231系列梳棉机等。这个阶段的梳棉机除郑州纺机外，机架、锡林道夫筒体基本上都采用铸铁材质，给棉以逆向喂棉为主，锡林周围分梳元件配置少不灵活，刺辊、锡林周围吸口以及锡林周围罩板也多采用钢板加工而成。这个阶段初期吸落棉为靠机上风机、落棉收集箱、板阀配合的间歇式吸落棉方式，后期逐步过渡到了集中连续吸落棉方式。
步入本世纪后，我国纺织行业开始迅猛发展，纺织机械装备也迅速壮大，国产梳棉机在经过借鉴、摸索等阶段之后，陆续研发了具有中国特色的新一代F12xx系列高产梳棉机，最具典型的是郑州纺机于2004年率先推出的JWF1204梳棉机，通过抬高锡林中心和首次将机幅增加至1220mm宽度，以及重新分布固定盖板与棉网清洁器配置来提高梳棉质量和产量。随后的10年来，郑州纺机又相继推出了抬高锡林的三刺辊JWF1206、JWF1206A型梳棉机、抬高锡林的1500mm机幅1000mm直径小锡林的JWF1208梳棉机，特别是JWF1208型梳棉机首度提出了宽幅梳棉机双出条理念，为梳棉机在保证质量前提下进一步提升产量提出了新方法和思路。青岛纺机相继推出了抬高锡林的JWF1205、JWF1207、JWF1211梳棉机和1500mm机幅的JWF1209梳棉机。卓郎金坛推出了抬高锡林的1280mm机幅的JSC326梳棉机。
这个阶段的梳棉机，广泛采用铝合金型材和铸铝合金件，主要包括铝合金基体的活动盖板骨，固定盖板骨，锡林道夫周围罩板，铝合金型材吸口，铝合金道夫、三罗拉墙板，广泛采用整体吸塑吸风罩，活动盖板单独传动，固定盖板和棉网清洁器工艺配置灵活，在线监测及网络监控技术应用，锡林、活动盖板、道夫等针布寿命显著提高，适宜高产、改善梳理性能等新型针布应用等等，以上这些新措施、新发展使设备可靠稳定性显著提高，梳棉机理论和实际产量也得到较大提升。从国内外梳棉机的发展历程来看，梳棉机的发展一直紧紧围绕着“产量”和“质量”两个核心，如何提高梳棉机的梳理质量和产量是梳理技术研究的重点。相同的核心和目标使现代高产梳棉机在发展过程中出现了严重的同质化现象，主要表现为：（1）给棉部件顺向喂棉技术的广泛应用。在梳理技术中，顺向喂棉能有效减少纤维损伤，提高生条和纱线质量已经成为业内共识；同时顺向喂棉装置有效解决了下喂棉结构中纤维握持点到始梳点（分梳长度）不可调的难题，这使梳棉机在加工不同长度纤维时具有更广泛的适应性。（2）增强刺辊部件的分梳作用。刺辊的预开松作用主要有两点：一是尽可能地将大棉束分解成小棉束，甚至是单纤维，二是在分梳过程中尽可能去除原料中的杂质等异物，但同时不能过渡损伤纤维。现代梳棉机通过在刺辊部件增加预分梳板、除尘刀以及落棉吸口等装置，来提升刺辊的分梳和除杂作用。但有资料表明，单刺辊在开松过程中，常存在棉束头尾端梳理差异，棉束内外层梳理差异，这种梳理差异在随着梳棉机产量上升时，导致分梳效果急剧下降，进入锡林区域的棉束不均匀程度的加大会导致生条质量指标急剧恶化，从现在的生产经验来看，单刺辊梳棉机在加工中高支纱线时，产量不宜高于60kg/h。当单刺辊结构不能满足梳棉机高产状态下的开松要求时，三刺辊结构应运而生。通过不同排列结构、不同针齿形状及密度的三个刺辊渐进开松，能够有效解决刺辊开松过程中的棉束差异，可以满足梳棉机在高产状态下所需的开松要求。但是从生产使用效果看，高产梳棉机即使采用三刺辊结构，其开松效果也不是无限增大。经验表明，当三刺辊梳棉机产量≥80kg/h时（标准机幅），梳棉机生条质量明显下降，梳棉机生条比较适用于环锭纺Ne21~Ne40；当梳棉机产量≥100kg/h时，梳棉机生条只适用Ne21以下的气流纺或者喷气纺。（3）通过提升梳棉机锡林的有效梳理面积，来增加梳棉机产量。无论是立达公司提出的有效梳理指数（ACI），还是李妙福先生的“锡林针面负荷及梳理度”理论，其关键都离不开梳理度这一基本概念，既如果要保证高产下的梳理质量，就必须保证纤维在单位时间内所受到的单位针齿数不发生巨大变化。因此现代高产梳棉机为了保证纤维的梳理度，从纵向、横向以及旋转速度等三个方面扩展锡林的有效梳理面积。纵向扩展，相对抬高了锡林中心，降低刺辊和道夫中心，使锡林上部梳理圆弧角度从190º拓展到250º，甚至是290º；横向扩展，工作幅宽从1000mm增加到1200mm和1500mm；锡林旋转速度提升至600r/min左右，个别型号梳棉机达到900r/min。（4）活动盖板是主要的分梳元件，其分梳作用是不可替代的，固定盖板和棉网清洁器具有较强的辅助分梳功能，通过增加前后固定盖板和棉网清洁器数量，能改善梳棉机的预分梳、再分梳以及微尘去除效果。这一点与张文赓教授的梳理理论基本吻合，即固定盖板的预分梳、再分梳功能属于接触分梳，只能辅助改善纤维的分梳效果，对生条质量起决定作用的还是活动盖板的转移分梳。（5）铝合金活动盖板及齿形带传动方式的广泛应用极大减轻了工人的劳动强度，这一技术特点已经成为现代高产梳棉机的基本要求。但是在生产使用中，部分用户反映铝合金活动盖板的梳理效果相对于铸铁盖板要差；也有部分专家认为，铝合金活动盖板较轻，在工作过程中通过两端加压，很难保证锡林横向梳理的均匀性，以及当锡林高速旋转时，附面层气流对铝合金活动盖板产生的向上分力会影响梳理质量。关于这一点，我们采用在铝合金盖板骨空腔内填充材料，以使铝合金盖板重量略高于铸铁盖板进行对比单纺试验跟踪，实际成纱质量并无差异。（6）梳棉机传动控制部件的精确检测和控制，尤其是喂棉箱给棉罗拉、梳棉机给棉罗拉、道夫、大压辊、圈条器小压辊之间牵伸伺服控制更加精确。（7）在线智能化控制进一步加强，尤其是德国特吕茨勒TC系列梳棉机的在线检测、在线识别、在线调整和在线控制等技术的日益成熟，已经成为新一代梳棉机的主要技术优势。（8）整体吸落棉已经成为梳棉机标准配置，现代高产梳棉机全封闭的连续吸结构，吸风罩采用吸塑或注塑结构，光滑美观，梳棉机全机吸点从最初的10个增加到20个以上甚至更多，单台梳棉机吸落棉风量在4000~5000m3/h之间。（9）梳棉机的人性化设计、操作简单、易保养维修的设计理念进一步得到增强。进入21世纪，梳棉机在经过多年的快速发展后步入成熟期，梳棉机的结构和功能被进一步挖掘完善，并向着高速度、高质量、高产量、稳定可靠、自动化、智能化、模块化、生产管理高效化、低耗能、少用工、操作简单的趋势发展。（1）1200~1300mm机幅的梳棉机将成为新常态。从本世纪初立达公司推出1500mm机幅的C60以来，世界各国主要的梳棉机制造商，纷纷推出了宽幅梳棉机。但从近10年国内市场实际应用情况看，尽管1500mm机幅梳棉机在产量方面具有较大优势，但是设备在高产下的生条质量呈下降趋势，产量越高这种下降的趋势越明显，目前高产梳棉机的理论产量已经达到260kg/h以上，但是国内现阶段使用进口梳棉机纺精梳Ne40纱线的用户，能够将梳棉机产量稳定在60kg/h，成纱质量稳定在2013公报5~25%左右的几乎没有。同时1500mm机幅梳棉机的配套件及维护成本较高，其综合优势并不突出。与此对应的是1200~1300mm机幅的梳棉机在制造维护成本上与1000mm的梳棉机相差不大，通过小幅度增加梳棉机工作机幅，使得梳棉机产量提升10~20%左右，梳棉机生条质量保持基本不变，梳棉机制造维护成本小幅上升，其综合优势较为明显。因此预测在未来一段时间内，1200mm档次机幅的梳棉机将成为新常态。（2）梳棉机的差异化会越来越明显。有资料表明，未来十年内，纺织品的消耗量还会继续增长，但是棉花产量不但不会增长甚至还会下降，这就使人造纤维的产量和使用范围会越来越大。各种新型化学纤维、纤维素纤维的广泛应用，必然要求梳棉机从结构上进行差异化配置，以满足不同特性原料的加工需求。例如，色纺的需求是小批量、多品种，翻改频繁；高端动植物蛋白纤维成本高，要求制成率高，梳棉机以分梳和改善纤维状态为主；超细旦纤维纤维细，不易分梳，容易缠绕等等。这些产品的附加值远高于普通纱线，它们对梳棉机的性能要求已经从产量转移到质量和稳定性上。（3）梳棉机活动盖板的核心功能将被进一步加强。从梳棉机结构发展历程和梳理技术的角度来看，活动盖板的梳理区域是减少生条棉结和短绒含量、改善生条条干的重要部位。同等条件下，活动盖板中工作盖板的数量、盖板根差、盖板针布的平整度、锋利度、密度、针布排列形式等都会直径影响梳棉机生条乃至纱线的质量。从已有的生产数据看，活动盖板在工作中尽管在进入锡林区域第七根时，盖板内已经嵌满纤维，但是仍然具有分梳作用，其分梳作用远大于固定盖板，因此有些专家提出双活动盖板结构，或者是增加活动盖板的梳理面积，其目的都是进一步增加活动盖板的分梳效果。（4）新型铝合金材料在梳棉机上的应用会越来越广泛。新型铝型材的应用不仅能够优化梳棉机结构，提高旋转部件的装配精度，还能大幅减轻工人的劳动强度，降低梳棉机的能耗。根据德国特吕茨勒的相关资料，大量新型铝合金材料的应用，相对铸铁件每台梳棉机每小时能够降低500~800m3的系统风耗。2014年国际纺机展上，11家制造商展出的12台梳棉机，只有青岛东昌、青岛胶南和江苏晨阳三家的梳棉机仍然采用铸铁活动盖板，其余全部采用铝合金龙骨活动盖板。其中德国Truetzschler公司梳棉机主体材料的铝合金化在本世纪初已经超过了90%；郑州纺机新一代梳棉机的锡林、刺辊周围分梳元件及道夫墙板等也都已采用铝合金材料。（5）梳棉机针布的细化研究进一步增强。针布是梳棉机的关键梳理部件，以锡林针布为例：锡林针布在刺辊区域时，要尽可能的将刺辊上的棉束转移剥取过来，保证抓取的纤维不被刺辊针布再次转移，要求针布对纤维的抓取牢靠度为100%；在活动盖板区域，为了保证分梳质量，要求锡林针布对纤维即要有一定的抓取度，又不能完全控制，让纤维可以在锡林和活动盖板之间完成数次交替分梳；在道夫区域，为了提高道夫一次转移率，要使锡林针布对纤维的抓取牢靠度尽可能低。同时随着梳棉机产量的增加，针布纤维负荷和容纤率增加，梳理度下降，这就对锡林针布提出了更高的使用要求。最近有针布制造商推出的驼峰形锡林针布，对纯棉原料在加工高支纱线时，增加分梳，改善纤维握持力度，以提高梳棉机生条的产量和质量。同时贝卡尔特针布公司试验推出的0.7mm厚、密度450的弧形齿道夫针布用来纺细特黏胶产品，据说在改善棉网状态、提高转移率、降低成纱棉结等方面效果不错。随着新材料，新工艺以及整体社会的技术进步和协作水平的提高，针布齿形，针布密度，针布结构，针布材料，针布热处理方法和效果，针布梳理性能，锡林、道夫、盖板、给棉、刺辊、预分梳等针布兼顾发展，科学搭配等方面的细化研究会越来越深入。（6）在线自动化控制及网络技术的应用范围逐步扩大。精确控制和在线检测系统一直是国外高端梳棉机制胜的重要法宝之一，Truetzschler落棉识别、落杂区长度在线调整、棉结在线监测、盖板隔距检测调整、锡林道夫等隔距监测等技术，Rieter机上磨锡林针布等技术，与之相比，国产设备差距较大，但随着国内电气控制检测技术的升级进步，国产清梳联梳棉机锡林、道夫传动部件的电气化控制精度和准确性进一步加强，梳棉机在线检测技术的应用也得到深化，清梳联联网监测控制技术日益成熟并得到较广泛应用。进入21世纪以来，我国纺织工业得到了快速发展，国产梳棉机在经历了自我摸索、借鉴模仿等发展阶段后，已经迅速蓬勃发展起来。国产梳棉机的许多技术及理念已经达到甚至超越了发达国家，国产梳棉机也得到了越来越多的国内外用户的认可，但是不得不看到，国产梳棉机尽管在某些技术和理论研究方面达到了国际先进水平，但是在加工、制造、装配等环节虽有显著进步却还与国外梳棉设备存在一代甚至两代的巨大差距，因此，在未来很长一段时间内是大幅提高国产梳棉机可靠性和稳定性，是提高国产梳棉机国际竞争力的关键。
作者：郭东亮 董志强 郑州宏大新型纺机有限责任公司
