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摘要：本文介绍了一种无纺布自动化生产线的设计方案及关键装备的研究，通过对现有无纺布自动化生产线的技术分析，提出了一种全新的无纺布自动化生产线设计方案，并结合本研究设计出一种全新的无纺布自动化生产线，并对关键装备进行了研究。该方案实现了对非织造布原料进行加工生产，包括对无纺布原料进行上料、压料、成型和包装等过程，该设备在生产过程中实现了自动化控制和智能检测，能够大大提高生产效率和产品质量。

关键词：无纺布；无纺布自动化；关键装备

随着科学技术的不断进步，人们对无纺布产品的需求量越来越大，传统的手工作业方式已经不能满足企业生产需求，无纺布自动生产线能够实现对非织造布原料进行加工生产，并提高生产效率和产品质量。因此，本文提出了无纺布自动生产线的设计方案，为我国无纺布自动化生产线开发提供了理论基础和技术支持。

一、无纺布自动化生产线总体方案设计思路

无纺布自动化生产线的总体方案设计应当综合考虑生产线的工艺流程、关键装备、技术创新以及环保和自动化等特点。首先，根据无纺布的特性，如价格低廉、可循环性强且无毒无刺激性，设计时应确保生产线能够高效、连续地生产出高质量的无纺布产品。其次，无纺布自动化生产线的工艺流程分为连续式和间断式两种模式，前者通过直线辊道和转弯辊道连接所有机器用于传输半成品，形成完整的流水线格局；后者则需要布置两台独立的预针刺机及主针刺机，根据布匹的纺织要求和种类将退卷纤网送入不同的针刺机。

技术创新方面，维美德推出的热风穿透粘合技术和其他高性能无纺布生产线后段设备，展示了无纺布生产领域的技术进步和创新解决方案。同时，安德里茨作为领先的无纺布系统供应商，提供的交钥匙工程包括直铺线和交叉铺网线的梳理机、交叉铺网机、牵伸机和针刺机，进一步证明了通过技术创新可以显著提升无纺布生产线的性能和效率。

最后，考虑到环保和自动化的重要性，VR智游工厂解决方案和自动化包装生产线系统的设计案例表明，采用无污染、自动化、数字化、智能化的生产线设计，不仅能提高生产效率，还能减少环境污染，符合可持续发展的要求。

因此，无纺布自动化生产线方案设计应综合考虑工艺流程的优化、关键装备的选择、技术创新以及环保和自动化的要求，以实现高效生产、高质量产品和可持续发展目标。

二、无纺布自动化生产线总体方案设计

（一）无纺布生产工艺概述

无纺布的生产工艺主要有以下几种：1.热合法：热合法是以热熔法将纤维原料粘合在一起，形成无纺布。热合法的优点在于能够将多种纤维材料粘合在一起，所以生产出来的产品更具有多样性，适合多种行业的发展。2.水刺法：水刺法是采用针刺加固方法对纤维进行加固，使其形成网状结构，然后将其固结于纺粘布或者熔喷布之上，制成无纺布。水刺法的优点在于制作出的产品具有较高的强度、柔软性，还可以对产品进行多次加工。3.熔喷法：熔喷法是将聚合物加热熔融后形成纤维状物质，然后通过纤维状物质之间的相互融合，形成无纺布。具体的生产工艺流程如下图一所示：

1.开松与混合

开清是开松与混合的总称，其作用是将纤维原料分离，为下一道工序打下基础。开松主要指的是在纤维原料中添加棉籽、杂质和其他纤维，促使其产生自然的分离和移动，将原本纠缠在一起的纤维分离开来，为后续工序打下基础。混合指的是将开松后的纤维絮状物进行混合，并按照比例重新整合，促使纤维絮状物可有序排列。

2.梳理均匀

在开清工序之后，并进入梳理环节。在开清工序中，纤维已经被分开，但其表面仍存在很多细小的纤维絮状物，这些絮状物会降低产品的质量，因此需要通过梳理工序将这些纤维絮状物梳理开来。

3.铺网牵伸

为了生产满足不同行业的无纺布要求，在生产过程中往往会采用不同的铺网方式，如交叉铺网机铺叠的纤网，纤维在纤网中大体呈现横向排列，为改善纤网结构的杂乱度，缩小其纵横向断裂强力的差异，在交叉铺网机后可以配置一台杂乱牵伸机，使纤网中纤维分布呈现“Z”字形结构。同时，为了消除纤维在交叉铺网机上的重叠现象，还需要配置一台缠绕式铺网机，从而使纤网更加细密。

4.针刺固结及表面平整

刺针固植于针刺机针板上，针刺可以使纤维表面更光滑，并使其纤维网面分布更均匀。在生产过程中，需要控制针刺的频率，针刺频率和纤维表面的毛羽呈正相关，频率过快会导致纤维相互摩擦，降低纤维的使用寿命。针刺次数过少时，不利于纤维的分离与转移。

（二）分析总体方案设计中的关键问题

1. 纤维原料开清

纤维原料的开清工作在无纺布自动化生产线中占据重要地位，该环节包括了辊筒、辊筒与锡林三个部分，且从开清过程看，还需要深入研究辊筒内部打手的分布状况，通常情况下，原料经振动盘或者辊筒处理后，均会出现粘连的现象，且从外观看纤维原料呈现团状。为规避此类问题，应选择适宜的打手种类，从而使得纤维原料更好地完成开清环节。

2.针板固植刺针

针刺工序一般会选择使用高针刺频率穿刺纤维网，其目的是使纤维原料更加紧密，从而有效提高无纺布的质量。高针刺频率会使无纺布产品的针刺效率更高，能够更快速地对纤维原料进行固植，提高纤维原料的利用率，降低无纺布生产成本，并提高生产效率。

3.梳理成网和针刺机速度比

一般生产针刺法无纺布，需保持梳理机输出网帘与针刺机输入网帘的同步性，同时要保证成网和针刺过程的一致性。针刺速度与网帘速度的调整是影响产品质量的关键因素。在生产过程中，当梳理成网与针刺速度比达到最大值时，即为最佳速度，此时纤维的梳理效果和产品质量较好，生产效率也比较高。

4.刺针排列方式、密度

刺针排列方式以及刺针密度的选择，主要取决于无纺布的原料、纱线、织物的特性以及织物组织结构等。其中，通过调整刺针排列方式，可以使纤维网的密度更均匀，提高无纺布的质量。在生产过程中，需要将刺针排列成网格状，而不是平行状，这样可以使纤维网更加细密。

5.优化研究针刺机振动问题

针刺机属于无纺布生产线的关键设备，其工作原理为通过机械传动原理，利用针轴将刺针与纤维网接触，进而完成纤维刺入。针刺机工作过程中，需持续对刺针与纤维网接触位置进行检测，如果刺针与纤维网之间存在缝隙，则会降低刺针的穿刺频率。因此，为生产合格的无纺布产品，需通过开展计算机仿真验证方案，进而优化针刺机主传动机构的振动问题。

三、无纺布自动化生产线流程方案设计

（一）无纺布自动化生产线工艺流程分析

无纺布自动化生产线工艺流程分为两种模式，连续式和间断式。其工艺流程为：原料准备→经高速混合→上料→成卷→热压→退卷→分切→分切后的纤网整理→检验包装。连续式按照连续式排列方式，运用直线辊道、转弯辊道将所有机器连接用于传输半成品，串联所有工序环节，从而形成完整的流水线格局，使整个生产线布局紧凑、运行流畅。由于无纺布自动化生产线是由多台机器组成，这些机器按照一定的顺序相互配合、相互协调工作，从而完成生产任务。

间断式模式需布置两台独立的预针刺机以及主针刺机，是指在这种模式下，生产线上的机器和工序之间没有连续的连接，而是通过布置两台独立的预针刺机和主针刺机，根据布匹的纺织要求及种类，将退卷纤网送入不同的针刺机进行加工。

（二）关于无纺布自动化生产线设备

无纺布自动化生产线构成包括开清、梳理、针刺、传输装置以及卷绕装置。其中开清设备主要用于开出成品，梳理设备主要用于整理已成半成品，针刺设备主要用于刺穿成品，传输装置是用来将成品传输到下一工序的机器，卷绕装置是将成品卷绕为成品，其作用是实现无纺布自动化生产线的连续生产。具体设备的作用如下表所示，图三是关于无纺布自动化生产线设备示意图。

1.开清装置

开清装置，主要包括角钉打手等设备，这些设备能够将块状纤维原料撕扯成蓬松的絮状物，以提高原料的利用率和纱线质量。在设计时，还需要考虑到纤维原料在开清环节时可能形成团状的线球，以及原料的密度和厚度不均匀等问题，通过控制辊筒与辊筒、辊筒与锡林之间的距离，以及深入研究辊筒内部打手的分布状况，选择适宜的打手种类来解决这些问题。此外，VARIOline柔性开清理念强调实现效果最佳的纤维开清，确保最高的纱线质量水平，同时具有良好的运行性能和节能效果。

2.梳理装置

梳理装置的设计需要考虑到工艺流程的不同模式以及设备的模块化设计，以适应不同的生产需求和要求。梳理装置主要作用是整理已成半成品，将原棉、杂质、短纤维等杂质进行清除，使其成为单纤维状，从而提高成纱质量，满足下游生产工艺要求。

无纺布自动化生产线梳理装置的设计采用的是梳理箱+锡林+道夫的组合结构形式，梳理箱的作用是将原棉、杂质、短纤维等杂物进行清除。通过梳理箱将原棉、杂质、短纤维等杂物进行清除，实现对原棉、杂质的初步梳理，再通过锡林将粗纤梳理成单纤维状，然后经过道夫对单纤维进行梳理。该设备的优势在于其实现了对原棉、杂质、短纤维等杂物进行有效清除，使其成为单纤维状，实现了对无纺布自动化生产线的初步梳理。

3.针刺部分

针刺加固的工艺流程为：传输辊将纤维絮状物传递至针刺区，主传动机构针板和刺针同时做往复运动，反复穿刺纤维层，便可有效加固纤维层[7]。首先将原料放在喂入机构中，喂入机构的喂入部分将原料输送到主传动机构，中间的针板与刺针分别做往复运动，将原料从两个方向穿入到针刺区，随后主传动机构开始工作，刺针和原料之间会产生一个相对运动，从而在针板上形成一层纤维絮状物，这个过程需要反复进行。通过上述的分析，可以得出在针刺机的实际工作过程中，主传动机构主要起到了传递作用。

在实际生产过程中，针刺部分所用到的材料主要是聚丙烯（PP）、丙纶（PP）、涤纶（P）以及芳纶（A）等多种材料，同时由于无纺布生产线中的原料具有多样性和复杂性，所以所需针刺部分材料也具有多样性。

4、电气部分

自动化无纺布生产线电气部分采用西门子S7-300系列 PLC及 SIEMENSS7-300系列 PLC作为核心，西门子S7-300系列 PLC具有性能稳定、控制精度高、功能强大，可靠性高等特点，具有较强的信号处理能力，能完成各种复杂的控制任务，而且它具有编程灵活方便、方便修改程序等特点。SIEMENSS7-300系列 PLC主要用于控制自动化生产线中的伺服电机驱动单元、伺服驱动器和 PLC之间的数据通信，这些单元能够实现对多轴运动的同步控制。SIEMENSS7-300系列 PLC与驱动单元之间采用串行通信方式进行数据交互。

（三）无纺布自动化生产线的组成及设备的布局

1.无纺布自动化生产线并列式排列

该种排列方式既有优势也有劣势，优势在于其纤维网的分布较为均匀，能够保证产品的质量水平；而劣势则是在生产过程中会产生较大的幅宽，且受到针板宽度限制，不能生产无纺布产品种类。这种排列方式主要运用于连续式生产过程当中，具体做法为在某一台针刺机的前方布置一排针板，由针板将纤维网与刺针连接在一起，在后方布置一排针板，由针板将纤维网与刺针连接在一起，通过多个针板将纤维网与刺针连接在一起，实现对纤维网的加固。同时，此种排列方式可以自动调节幅宽，通过调节幅宽可适应不同规格的无纺布产品种类，且能够减少生产过程中的能源消耗。

2.无纺布自动化生产线串联式排列

无纺布自动化生产线采用串联式排列的方式进行生产，这种排列方式可以通过直线辊道、转弯辊道连接所有机器用于传输半成品，形成完整的流水线格局。此外，无纺布自动化生产线的设计还包括开清装置、梳理装置以及针刺装置结构，旨在实现无纺布原料自动化生产流程，降低人工成本和人工强度。无纺布自动化生产线采用串联式排列，将所有设备集中到一条无纺布自动化生产线中，这样可以实现多台设备共同生产，并在生产线上设置检测装置，实时监控所有设备的运行状态，提高生产效率和产品质量。

四、结论

综上所述，无纺布自动化生产线的总体方案设计将使无纺布生产线实现自动化，不仅降低生产成本，而且可以提高生产效率。在实际生产过程中，采用传统的无纺布生产工艺，往往会出现大量的断头、断纤维、不均匀等问题，而采用无纺布自动化生产线可以有效解决这些问题。另外，由于无纺布自动化生产线中所用到的原料具有多样性和复杂性，所以在进行无纺布自动化生产线的设计时，需要考虑到生产线中各个设备之间的布局，合理配置生产线中各设备的工作时间，并在此基础上设置检测装置，从而实现对无纺布自动化生产线设备的优化。

参考文献：

[1]黄乐安.德国工业4.0对中国制造2025战略的启示[D].中外企业家，2016（34）：265-267.

[2]武筱婷.纺机31项目入围2017中纺联科技指导性项目[J].纺织机械， 2017（10）：12-12.

[3]瞿飞，冯学本.加快非织造技术装备的开发提升-安德里茨（无锡）无纺布给我们的启示[J]，纺织机械2014（2）：7-9.