纺织机械
基本介绍
把天然纤维或化学纤维加工成为纺织品所需要的各种机械设备。生产化学纤维的机械虽然包括多种化工机械，现在已被认为是纺织机械的延伸，属广义的纺织机械。把棉、麻、丝、毛等不同的纤维加工成纺织品所需要的工序不尽相同,有的完全不同,所以需要的机器也各式各样，种类繁多。纺织机械通常按生产过程分类，计有：纺纱设备、织造设备、印染设备、整理设备、化学纤维抽丝设备、缫丝设备和无纺织布设备。纺纱设备又分为加工短纤维和加工长纤维两类。棉和棉型化纤属短纤维类，毛、麻、绢及其混纺化纤属长纤维类。两类纤维的加工工序不同，设备也不能通用，只不过某些机器的设计原理相近。即使同一类设备，机器的结构也相类似，但由于原料的性质和对织物的最终要求不同，一般也不能通用。
纺织机械是纺织工业的生产手段和物质基础，它的技术水平、质量和制造成本，都直接关系到纺织工业的发展。
发展历史
人类最初用天然纤维作原料纺纱织布，早于文字的发明（见世界纺织史、中国纺织史）。中国在春秋战国时已经使用手摇纺车纺纱，到了宋代已经发明了30多个锭子的水力大纺车。1769年英国人R.阿克赖特制造水力纺纱机。1779年英国人S.克朗普顿发明走锭纺纱机。传入美国后，1828年美国人J.索普发明环锭纺纱机，因采用连续纺纱使生产率提高数倍。中国战国时期的织机已经运用杠杆原理，以脚踏连杆带动综框完成开口动作。1733年英国人J.凯发明飞梭，打击梭子，使其高速飞行，织机生产率得以成倍提高。1785年英国人E.卡特赖特发明动力织机，同年英国建成世界上第一个用蒸汽机为动力的棉纺织厂，是纺织工业由工场手工业向大工业生产过渡的一个转折点。人类社会的进步和人口的增加，促进了纺织工业的发展，相应地推动了纺织机械的改进。能源改革（以蒸汽动力代替人力、畜力）则奠定了现代纺织机械的基础。
19世纪末人造纤维问世,拓宽了纺织机械的领域,增添了化学纤维机械一个门类。人们对合成纤维需要的增长，推动合成纤维纺丝设备向大型化（纺丝螺杆直径达200毫米,单台纺丝机的日产量达到100吨）和高速化(纺丝速度达3000～4000米/分)方向发展。世界合成纤维工业发展最快的国家,几乎在5～6年内设备更新一次,机台数量在10年内就增长一倍。近20年的纺纱织造设备，为适应化学纤维纯纺或与天然纤维混纺作了不少局部改进，如扩大牵伸机构适纺纤维长度的范围、消除纤维上静电等。在染整方面发展了高温高压染色设备、热定形设备、树脂整理设备以及松式整理设备等。
人类用传统方法纺纱织布，已有6000多年的历史。至今根据传统原理设计的纺纱织布机器，仍是世界纺织工业的主要设备。但是50年代以来，已经创造出一些新的工艺方法，部分地取代了传统方法，以高得多的效率生产纺织物，如转杯纺纱、无纺织布等。新的工艺方法孕育着新的纺织设备,新的纺织设备成熟与推广,又促使纺织工业进一步向前发展。
机械特点
工艺性、连续性、成套性；高速度、高效率、省维护;标准化、系列化、通用化;低能耗、低噪声、低公害，是现代纺织机械的特点和方向。
工艺性、连续性、成套性
近代，人们对纤维的结构和物理、化学性能的认识不断深化，因而创造出更多、更先进的工艺方法，这就能更充分地发挥纤维和织物的特性。为了配合这个发展，现代纺织机械运用机械技术、电气技术，特别是弱电技术创造出门类繁多、性能各异的加工机器。例如，工业用涂层织物的制备工艺有涂布法、辊压法和层压法三种，设计的机器也相应地有三种不同结构。又如合成纤维对染料的亲和力较小，针对这一点就创造出能缩短染色时间并取得良好染色牢度的高温(130℃)、高压（2.7公斤/厘米）染色设备。
纺织机械的连续性是服从工艺流程的。例如：纺制20.8～27.8号棉纱,从棉花到细纱的总牵伸倍数为13900～19000倍。工艺过程需要经过清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱等工序，因此必须将牵伸分配于各工序的相应设备去完成。又如树脂加工过程（见防皱整理），织物先在浸轧机中浸渍树脂，然后在焙烘机中经高温处理使树脂在纤维间缩合，最后在平洗机中经皂洗、水洗去除未结合的树脂残余物，再用干燥机烘干。整个过程由工艺要求决定，不能颠倒、无条件地省略或合并工序。
纺织机械的成套性也从属于工艺性。例如按棉纺工艺流程配置成套机器，机种排列先后次序、机台数量之间的固定关系都由工艺要求决定。又如一定工作幅度的织机织出的产品，需要配置相应工作幅度的验布、量布以及染整设备，也属于成套性。因此，纺织机械的成套性不仅存在于一个工厂中，也存在于厂与厂之间。
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高速度、高效率、省维护
现代纺织机械的一个主要发展特征是不断提高机器的运转速度，从而获得高产量，以减少设备的配台数，缩减厂房面积，节省投资和劳动力,以较少的资金取得较大的效果。表1、表2 、表3 中的数字说明了纺织机械高速度的趋向。
提高纺织机械运转速度的主要措施是更合理地设计零部件结构，采用优良性能材料和提高加工精度。
纺织机械的高效率是在高速度的基础上加上相应的其他措施实现的。如排气棉箱和梳棉机自调匀整装置的研制成功,实现了清棉与梳棉的联合,从而取消成卷工序和清棉成卷装置,节省大量搬运工作,提高了效率。精梳毛纺由于采用自调匀整装置(见牵伸自调匀整)使前纺工艺道数由40年代的7～10道缩减为4～7道,减少了机器配台,节省了厂房面积,节约了投资和劳动力，降低了成本。用机械化、自动化装置逐步取代繁重的体力劳动和减少操作工人，是提高纺织机械工作效率的又一措施。现代的细纱机配有自动落纱插管生头装置，代替了繁重的人工落纱操作；自动接头装置代替了人工巡回接头。纺织机械原来就是模拟人的动作不断完善起来的，现在已成为带有艺术性和精巧性的高度自动化的机械。由于大规模集成电路发展而产生的微电子技术、微处理机和电子计算机，开始渗透到单台和成套的纺织机械中来。高速自动络筒机配有电子清纱器，能自动检出纱疵和粗细节，自动切除并自动打结,还可以与微处理机接口作纱疵、粗细节的分类统计。配有微处理机的验布机能用显示屏将有关疵点类别的统计数、疵点位置、每卷布的长度（扣除坏布部分）和重量以统计表格形式显示出来，并能在一批布验完后输出本批布的总卷数、分类的疵点数和坏布扣除量的报告，还能打印出结果或记录在磁带上供日后检查之用。
现代纺织机械在设计上充分注意减少维护保养和延长使用寿命。在选用材料和制订热处理工艺方面经过周密考虑，保证零件的使用寿命长、动作可靠。有的采用部件装配时一次加足润滑剂，在若干年内无须加油；有的采用检测装置预防事故；有的采用特殊加工使零件具有镜面光洁度，等等。
标准化、系列化、通用化
每台机器同一零件的重复系数大是纺织机械的另一特点。以细纱机为例，每台有400锭,同时纺制400根纱线,就需要相同的钢领、锭子等各400只。至于针织机用针数量就更为庞大。6.6米工作幅度的高速经编机每台需要7280枚槽形织针。生产这些零件的机械厂需要根据零件批量大小设计相应的工具、夹具、模具直至专用的多工位自动机床或专用流水线，以保证这些零件生产的高效率、高质量和低成本。纺织机械零件的复杂性还表现在种类上，因为加工对象不同，需要按棉、麻、毛、丝、化纤等不同原料设计制造不同种类的零件。例如毛纺细纱锭子就要有比棉纺锭子更大的尺寸,但结构相似。再如,因织物门幅多样就必须有结构原理完全相同而工作幅度不同的机种。如果听任上述零件和机台参数任意发展，就会给纺织机械厂产品设计效率、生产管理和生产成本等带来不利的影响，而且会使纺织厂设备管理、易损零件储备、维修和替换增加工作量，甚至造成工厂管理的紊乱。标准化的目的就是在满足不同工艺要求的原则下以尽量简化的、数值间距分布恰当的主要技术参数作为一组不同容量的机器的设计依据。如细纱机按锭距、织机和印染机按工作幅度、针织机按针筒直径，各自形成系列化设计。在按系列化设计的一组机器中有一部分与机器系列参数无关的零件或部件,可以在一定范围内适用于本系列的各机,如细纱机车头部分、升降部分的零部件等。另外，某些零部件在不同的机种上发挥同样的机能，如印染机的导布辊、轧辊等。这些零部件称作通用件或通用装置，在印染机中还进一步发展成通用单元机。在机械产品设计中，除尽量采用通用件、通用装置、通用单元机之外，人们还有意识地将结构布局作适当修正，尽可能多地贯彻通用化原则。纺织机械的标准化、系列化、通用化已开始跨出国与国之间的界限而走向国际化，如牵伸机构零部件和织针、针布等，在许多国家都已采用相同的参数。
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低能耗、低噪声、低公害
纺织机械节约能源重点在染整设备上，因为这方面的潜力很大。例如在台时产量为1000公斤的平洗机上，利用排出温度为98℃的废水加热本身所需要的新鲜进水，仅按单班计算年可节约数万元。采用喷射染色机，可以使染浴比从普通染色机的1:20～1:30降低到 1:5～1:15，染色时间可以缩短50%。虽然机器中喷射染液需用大容量的泵而增加电耗，但总的能源还是节约的。转移印花在70年代已应用于生产实际，它的特点是低散发、节能、少污染。采用溶剂上浆可以减少水量和能耗。
纺织机械在使用过程中产生的公害主要有噪声、尘屑、有毒有害气体和含有害物质的废水。原因有设备因素和工艺因素两个方面。噪声是由空气作为载体的一种机械振动波。纺织厂的绝大部分车间中，特别是织造车间中机械噪声很大。在纺织机械方面能采取的措施有：罩壳内壁衬消音材料、用柔性有齿形的传动带取代链条传动和齿轮传动、提高运动零部件的精度和动平衡性、在高速零件与机架之间加装消震垫圈等。但某些消声措施也带来消极因素，如加装防音罩后操作维护不便。创造性地改进机械设计是减少噪声的根本措施，例如无梭织机（见机织）的噪声已渐接近环境保护的要求。为减少设备运转过程中的微尘外扬，可以改进纺机设计，如提高外罩的密封性，也可以采用空调装置吸取车间含尘空气集中过滤，再将新鲜空气送回车间；或采用二级滤尘设备用于清棉、梳棉、精梳等机器，将排放的含尘空气过滤并将落棉回收，使空气达到环境保护条例的规定。
此外，纺织机械材料组成的改变也是现代纺织机械发展的特点。铸铁原来是纺织机械的主要结构材料，因为它资源丰富，价格便宜，加工容易，可以铸成复杂形状，相对来说比较耐腐蚀，还具有良好的消震性，但是近年来逐渐被型钢件、焊接件、合金压铸件所取代，在每台机器中所占重量的百分比显著降低。木材原来也是纺织机械的主要结构材料，由于森林砍伐过量，资源日趋短缺，逐渐被工程塑料和轻金属所取代，而复合工程塑料更具有木材所没有的优异性能，如强度高、耐腐蚀、耐水、耐气候、耐磨耗等。优质钢也更多地被用作传动轴、齿轮坯、连杆、凸轮等材料。为了抗染化料的酸性腐蚀和有机物的高温腐蚀，染整机械多采用含钼、含钛的镍铬不锈钢作容器、机房壁、导布辊以及其他与织物和介质接触的零件。化纤机械更广泛采用耐热耐酸高级合金钢制做喷丝板、螺杆挤压机、计量泵以及其他与聚合物接触的零件和高温下在含有有机溶剂的液体中工作的零件。
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相关产业
纺织机械制造业分为两类：一类是制造整台机器的,另一类是制造专用零配件的(如锭子、摇架、钢领、钢丝圈、织针、针布、综丝、停经片等)。制造整台的纺织机械厂专用设备占全厂设备的比例不大，因此在一定条件下可以变换品种生产其他机械。制造专用零配件的工厂专用设备、专用流水线的比例较大（特别是织针、针布），变换品种比较困难。在各加工工种中，铸工比例在逐步缩小，冷冲压、磨削、电镀、抛光等所占比重在逐步增加。数控机床、多工位自动机床局部取代专用机床，使生产的适应性、灵活性增强。
纺织机械的工艺性强，结构复杂、零件多，在出厂前都需要进行预装配或部分装配，然后进行生产试验或局部生产试验，以保证机器质量符合要求。纺织机械厂均设有设备完善的试验部门。
纺织机械的零件种类繁多，如双针筒圆袜机零件达1200～1500种，零件的加工工序多道多样。如果一个工厂同时生产多种机器，则需妥善安排零件的生产节奏和前后衔接，保证最终在装配线上能如期提供整台机装配所需的零件品种和数量。现代的纺织机械业多采用计算机、系统工程等新的管理手段和方法管理企业。
纺织机械业与其他许多工业部门是相互依存和相互促进的。例如制造织针的钢材要求有较好的延伸性、韧性、必要的硬度、刚性和弹性，这就需要冶金工业为之冶炼轧制专用的钢材。纺织机械配套需要电机工业提供特殊功能的电动机,如力矩电机、步进电机;高起动转矩、高工作时间率、能耐受恶劣环境的纺织专用电机；调速性能良好的直流电机、变频电机等。要求电子电器工业提供经得起每年8000小时连续运转的优质元件和较复杂的自动控制装置和微处理机、微计算机。需要石油化学工业提供长期浸泡在润滑油脂中不变性变形并优于有色金属的耐油合成树脂，用以制做传动件、轴承和密封件等；还需要各种性能优良的工程塑料、增强塑料代替资源日益短缺的木材，或代替金属以减轻重量和惯性、提高抗腐蚀性、抗磨耗等性能。需要橡胶工业提供各种传动带、皮辊包覆材料、皮圈、各种缓冲零件等，还需要其他机械工业提供通用减速器、通用传动件、通用离合器、联轴节、制动器等机械零件。此外，为满足航天技术、汽车工业、兵器工业需要发展起来的新技术、新材料、新结构，如高精度、高转速滚动轴承、碳纤维增强塑料、微型压缩空气管路和阀件、液力转矩变换器、液力传动和射流技术等，也开始用于纺织机械以促进其高速化、高效化。
世界纺织机械制造业
第二次世界大战前，世界纺织机械的出口国主要是英、美、瑞士和德国。战后的30年中,随着经济的发展纺织机械工业已有相当的发展,法、意、荷、比、日等国也相继成为纺织机械的重要出口国。在竞争中此消彼长、相互渗透是世界纺织机械业的一个特点。例如，1964年世界主要纺织机械出口国按出口额占贸易总额的百分比大小排列的次序是：联邦德国、英、瑞士、日、法。到1974年这个次序的变化是：联邦德国、瑞士、日、英、法。纺织机械工业的发展结果，是各主要生产国对某一门类或几个门类的机械具有了不同的特长。根据1981年的统计资料，各机种的主要生产国家如表。 通过商业合同取得国外厂商某一产品的专利和专有技术使用权在本国生产，以双方的商标联合使用的方式并划定一定的销售区域，是近年来国际纺织机械经营的另一方式。另一种方式是双方合并，在联合名牌下经营，在为主的一家所在国设总部，把世界市场根据地理区域划分成几片，分工经营。
世界纺织机械同业公会和国际展览会 在纺织机械工业比较发达的国家中，都有由各企业参加的同业协会，如美国的美国纺机协会(ATMA)，联邦德国的德国纺机协会(VDMA)、英国的英国纺机协会(BTMA)和意大利的纺机协会(ACIMIT)等。此外，还有按地理区域组成的国际性纺机组织，如历届国际纺织机械展览会(ITMA)的主持者之一欧洲纺织机械协会（CEMATEX）。这些协会的目的是保护会员国或会员厂的利益，交流管理经验和市场信息。协会的活动方式大体有两种：一种是定期举行同业会议，交流管理和研究开发经验，如两年一度的英国纺机制造商集团会议；另一种是定期举办纺织机械展览会，如美国纺机协会主办的美国纺机展览会，日本大阪国际贸易商会主办的大阪国际纺织机械展览会等。展览会的目的是推销产品，各展览会之间也存在相互竞争和争夺市场的情况。展览会的积极作用是通过参观交流，直观地了解世界纺织机械新技术的发展动向，这往往是情报资料文献所难以取代的。通过展览会还可以掌握世界纺织工业的投资意向，因此还受到非纺织机械从业者的重视。
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中国的纺织机械制造业
纺织机械工业何时在中国开始形成，从现有文献资料中尚找不到明确的记载。但在17世纪清朝就设立了官办的京内织造局和江南宁、苏、杭三个织造局。当时中国的手工业资本主义生产已经初步形成，已有作为手工业商品的纺织机器的生产和销售。尽管这些机器是铁木结构，简单而且粗糙,效率不高,但可以看作是幼年时期的中国纺织机械工业。19世纪70年代，外资和华资缫丝厂和纺织厂开始在上海等通商口岸建立，设备均从国外进口。为提供这些工厂所需要的修配零件，从1894年起，上海出现了公兴、协泰等铁工厂，规模很小，设备简陋，工人仅数人至数十人。这是现代中国纺织机械工业的先驱。直到1949年，全国棉纺锭子达到了 500万锭。在一些纱锭比较集中的城市遂出现了纺织机械修配厂,仅上海一地就有480多家。工厂规模不大，一般人数仍不过十余人到数十人。个别是外商投资的,极少数是官僚资本的。这两类资本所经营的工厂,人数大多不过百人,近500人的不过1～2家，均以提供配件为主要业务。较大的工厂也只是为纺织厂仿制成台设备，成批生产织布机和简单的袜机，尚不能生产任何成套纺织设备。
1950年，中华人民共和国纺织工业部着手建立自己的纺织机械制造工业，首先对上海、天津和青岛原有的6家较大的纺织机械修配厂进行整顿和扩建,并在郑州和榆次新建两座大厂。在全国统一规划下分机种生产多种成套机器。此后陆续在沈阳和内地新建了几个中型纺织机械厂，同时把上海的一些小厂合并为几个中型工厂。到60年代初，全国已经组成了一个具有相当规模的纺织机械生产体系。1979年全国的重要纺织机械厂已有24个，共有职工6.2万余人。30多年来,中国依靠自己的纺织机械工业，装备了国内的纺织工业。还以援助或贸易方式，出口相当数量的纺织机器。50年代初，第一个完全以国产机器装备的5万锭棉纺织厂和160台织机的麻袋厂分别在咸阳和杭州正式投产。50年代中期，第一个完全以国产机器装备的年产300万匹的印染厂在西安正式投产。50年代末期，第一个完全以国产机器装备的精梳毛纺织厂在北京正式投产；第一个以国际援助方式在缅甸兴建的5万锭棉纺织厂正式投产。60年代中期,第一批完全以国产机器装备的大型粘胶纤维厂在丹东、新乡和南京正式投产。70年代中期，第一批完全以国产机器装备的大型涤纶厂、大型腈纶厂和大型维纶厂在全国各地相继投产。中国纺织机械产品的开发工作，已经从仿制阶段进入到以自己的革新和研究成果为主要设计根据的阶段。棉纺用的开清棉机(见开清机械)经过三次较大的改进后，每一种机台都具有较好的混棉、开棉或清棉的性能和较高的自动化程度。开清棉联合机可以根据世界各地棉花的不同特性和不同含杂率，挑选单台配合成线，末端的自动成卷机制成棉卷（或借气流直接输送到梳棉机刺辊上的混和棉）产量每小时为500～750公斤,不匀率在1%以下。梳棉机（见梳理机）也经历过三次全面的更新设计，台时产量从最初的4、5公斤上升到40公斤。细纱机由一种型式发展成棉、毛、麻、绢、化纤等37个基本型式，锭距、卷装系列齐全。细纱机噪声可控制在85分贝左右。棉织机方面仍以自动换梭式(见自动换梭织机)为主。自动换纡织机和喷气织机(见喷射织机)也已批量生产。棉布印染设备经过三次重大改进已发展成能适应各种纯棉和化纤混纺织物的漂染整各种后处理，并逐步向低能耗、小浴比和积木式单元机器的方向发展。毛纺针梳机也经过多次全面更新设计，不仅提高了速度而且提高了条干均匀度。毛织机方面正在发展剑杆织机。合成纤维设备中的长丝纺丝机已进入第二代设计，纺丝速度约为1000米/分，纤度可达75旦。短丝设备在70年代经过连续更新到80年代初达到了2600孔板，1200米/分的纺丝速度。
纺织机械是纺织工业的生产手段和物质基础，其技术水平、质量和制造成本，直接关系到纺织工业的发展。近年来，中国纺织机械行业发展非常迅速。
2005年，纺织机械行业经济运行情况总体仍保持增长，各项经济指标较2004年同期都有所提高。到2005年12月底，全行业完成工业总产值（现行价格）474.99亿元，比2004年同期增长23.51%；产品销售收入458.85亿元，比2004年同期增长22.74%；利润总额23.49亿元，比2004年同期增长14.25%，实现利税总额为42.0亿元，同比增长19.04%；人均利润13263元，同比增长7.06%。
2006年中国纺机行业主要经济指标由全国748家生产纺织机械、器材企业的综合统计资料汇总。截止到12月底，全行业完成工业总产值（现行价格）528.44亿元，同比增长16.55%；主营业务收入510.40亿元，同比增长18.02%；利润总额28.10亿元，同比增长26.92%。亏损企业94家，同比增长8.05%；亏损面为12.57%，同比增长0.94个百分点；亏损额为2.41亿元，同比增长104.19%；产值利润率为5.32%，同比增长0.43个百分点；人均利润16501元，同比增长25%。
中国纺织机械行业经过几十年的发展，有了很大进步。但与世界先进技术相比，还存在着一定的差距和一些较严重的问题。纺织机械总体技术水平低，产品自主开发和创新能力薄弱，研制开发资金投入不足。企业技改力度不够，制造技术落后。国内基础工业薄弱，基础配套件跟不上，影响到纺织机械产品的质量和机电一体化水平的提高。纺机产品开发缺少与工艺的有机配合，影响到纺机产品的使用效果。政策不配套，影响了国产纺机产品的竞争力。针对这些问题，中国纺机行业采取了一系列措施，大力发展纺机基础件设施，引进国外纺机技术，差别化发展战略，以及国家出台相应政策支持纺机的发展，取得了很好的成效。
2008-2010年，随着世界和中国纺织业的迅速发展，对纺机的需求越大越来，中国纺机行业发展面临着很好的机遇。预计到2010年，受纺织机械升级的推动，中国纺织机械工业新产品产值率将由2005年的25%提高到2010年的50%；纺织机械产品的出口额将占到同期产值的30%以上；纺织机械工业装备全行业数控化率将达到10%以上，其中骨干重点企业将达到15%-20%；主要纺织机械产品的关键零件、新型专用基础件的精加工工序能力指数将达到1-1.25。因此，中国纺机行业发展空间是巨大的。
