纺纱，是纤维、纺纱、织造、染整、成品制备全产业链的最基础工序，其将无序、含杂的多维纤维材料，制成洁净、有序的一维材料——纱线。梳理决定了成纱的质量，故梳棉工序就是纺纱的“关键”；而生条质量取决于梳理，故梳理件又有纺纱“心脏”之称。梳棉机将毫克级的纤维束基本梳理成单纤维，同时除去开清残留的杂质，反复混合成生条供后道使用。梳理件的规格参数和使用寿命等问题使之以及以其为条件的高速梳理成为现代高产梳棉机提产、提质的两大要素，并成为梳棉机研究重点问题之一。目前新型梳理件在材质和尺寸已达技术瓶颈的背景下，梳理件齿形革新也逐渐应用。在目前的观测技术下，难以在不影响梳理过程的前提下对封闭而微窄的梳理通道内作用过程进行观测；针对梳理过程的研究主要仍停留在理论限定情况下的公式推导，也导致梳理件的开发及其使用效果判定主要通过产品质量对比试验进行验证，而非开发阶段的有效预判。因而，结合现代计算机数值计算、模型推演等手段，能从理论上了解针布在机件运转过程中与纤维及介质（气流）间相互作用情况以及这些情况对梳理质量和梳理效率带来的影响，也是梳理研究中亟待解决的理论问题。
　　基于上述背景，本课题从梳棉机主要梳理件——刺辊锯条和锡林针布——入手，讨论上述两种类型的传统梳理件在装机后的空间形态和排布在实际梳理过程中存在的问题，通过受力分析及数值模型的建立，从齿形空间形态对现有梳理件进行改进设计，设计了具有预倾角的刺辊用沟槽式扭齿锯条、锡林用错位金属针布这两种新型差别化梳理件；并分别设计了适应于上述特殊针齿形态的连续加工装置以制作符合生产要求的梳理件，通过车间系列试验验证其梳理效果。
　　(1)刺辊-给棉板之间是梳棉机内唯一一处握持分梳区域，其中纤维与针齿间作用对短绒指标影响显著，针对其中纤维分布密度高、针齿冲击作用强度高的特点，主要工作围绕纤维与锯齿间作用，形成如下三方面分析：基于沟槽式刺辊锯条AT5610×05611的基本结构，进行纤维与针齿的几何建模，认为目前沟槽式刺辊锯条在上机后存在螺旋倾角，并可能引发对梳理过程产生负面影响。其后，建立给棉板-刺辊梳理区间内纤维集合体与针齿间的梳理状态的有限元模型，选择显式算法对动力学方程求解，直观表征了针齿插入纤维块的动态过程，指出压缩应力及应变在接触初期达到极大值，而后存在应力逐渐转移的过程；通过对比得出结论认为针齿上机后螺旋倾角越大，纤维块整体受力不均及形变极值越大、应力集中现象也更严重，从而证明了螺旋倾角在生产中的负面效果。再后，建立给棉板-刺辊区间弯钩纤维受针齿冲击后弯钩脱离纤维束的有限元模型，同样采取显式动力学方式求解，结果证明在梳理过程中锯齿接触纤维后是通过其表面与纤维的摩擦力作为驱动力，带动纤维克服与周围纤维之间的摩擦力；脱离周围纤维束缚的纤维自由头端会具有较高的速度而在离心的作用下产生圆周运动，甚至反向甩出，但在实际过程中受到周围其他纤维的阻止。对比倾角为0°及1.85°时的梳理状况，认为在上机后倾角为0°的锯齿对纤维的工作效率更高，而非0°倾角导致纤维与锯齿倾斜侧面间的相互摩擦作用增强，可能会产生纤维的搓揉。
　　(2)锡林-盖板间形成的窄长梳理空间是梳棉机的主梳理区，其中针齿对纤维的梳理效率决定整体梳棉质量及效率。因此，针对区域内作用针齿尺寸小、密度高、空气介质含量高的特点，基于AC2030×1550型锡林金属针布，对主梳理区的梳理概率、三维流场分布及该特殊流场中纤维的受力、针齿对纤维作用效果变化三个方面分别进行分析：首先，建立二维DPM（Discrete Phase Model）离散模型表征纤维流与针齿之间接触概率的变化，证明在普通针布梳理过程中，气流在针周流动状态类似圆柱绕流现象；普通金属针布中针齿的整齐排列，使头排针齿与纤维流在接触后，后排针齿与纤维来流梳理效率降低；当针齿以错位排列时，气流速度极值提高13.7%，纤维来流与针齿接触效率提升1.3倍。其后，通过有限体积法首次对梳棉机内自由梳理区内具有高密度针齿结构的复杂转动表面气流进行建模分析，表明在主梳理区的三维空间内，整体上气流的速度分布与针齿分布形态有较密切的关系：低速气流分布在盖板区域，高速气流主要在锡林针布附近，且流速分布与针齿的形态分布相关。分解针齿表面气流，认为切向速度为气流主要速度，轴向为次要速度，两者均随针齿分布在空间呈现规律的波峰波谷。对比错位程度分别为1/2及1/3的错位针布与普通针布，针齿通道位置中的纤维在错位针布中更容易受绕流甚至针齿的直接作用；在错位程度越大的针布表面，气流波峰的分布更为均匀。基于上述讨论，提出错位程度为1/2的错位针布设计理念。再后建立两种长度的纤维自由头端模型，认为当纤维处于通道中时，较同型号普通针布，纤维在错位针布表面的轴向漂移量更大，达37.5%，并且其形变量能满足接触邻排针齿。最后，对纤维-针齿间受力进行分析，认为在错位针布作用下，就刺辊部分的剥取转移效果而言，错位针布有利于纤维从刺辊向主梳理区的转移；就梳理过程而言，针齿对纤维的重复作用次数降低，但单针齿对纤维控制力更强。
　　(3)实践阶段分别设计上述具有预倾角的刺辊扭齿锯条及锡林错位针布的样品试制方案及连续化加工装置，并通过单因素及组合试验验证了其梳理效能：
　　①在针对本文的差别化梳理件制作中，通过联动的步进喂给-轧齿装置设计，实现了对最小针齿尺寸在1.5mm×0.25mm下的稳定齿形重塑。制作的具有预倾角的刺辊扭齿锯条外部形貌较好且均匀针齿倾角间偏差在10%以内；错位针布中，错位特征准确、均匀，倾斜角度的变异系数＜3%。差别化梳理件装置的设计同时为目前梳理件加工市场提供了齿形差别化处理全新的实现方式；差别化梳理件的顺利制作为后续试验提供了较好的准备条件。
　　②在单因素试验中，分别通过对照试验对刺辊扭齿锯条及锡林错位针布的梳理作用进行验证。结果证明扭齿锯条在生条的纤维整体长度、短纤含量等具有显著改善；结合熟条棉结含量，认为对棉结去除影响显著。扭齿锯条上机后由于柔性梳理使后车肚落棉降低12.15%，生条制成率显著提升0.96%。扭齿锯条对应细纱在粗节50%和棉结280%指标显示出显著降低，在细节-40%、棉结140%和棉结200%指标中，显示出极显著降低；细纱断裂强度极显著提升6.76%。在错位针布作用验证的单因素对比试验中，生条中纤维整体长度、短纤含量等具有显著改善效果；结合熟条棉结含量，认为对棉结去除影响显著。错位针布梳理力测定值（5.13N）约为普通针布（3.00N）的1.7倍。错位针布对应细纱在条干CVm及粗细节和部分棉结指标显示极显著优化。
　　③设置组合差别化梳理件与普通梳理件对照试验。组合差别化梳理件生条中纤维棉结数量在较高产速档显著降低，生条短绒含量显著低于同档产速下的对照组，降幅在6%-10%间，并认为Y-5档产速是错位针布在该定量下的梳理饱和点。差别化梳理件组合梳理耗能（总梳理力）在测定中显示较高，且在不同产速下生条制成率均略高于对照组普通梳理件，增长幅度范围在1.6-1.02个百分点。细纱条指标中，其条干不匀率CVm及毛羽值H、纱疵方面均得到优化，细纱强力稳定提升5.91%-7.82%。因此，对照差别化梳理件组合前后的各项指标，证明两种梳理件组合后效能实现叠加。
　　④除产品质量外，进行组合梳理件在梳理工序的产业经济分析。同档产速下，差别化梳理件组合后除生条及细纱质量优化外，梳理工序生产成本较普通组合降低1%-2%。进一步对比在产速提档至上述论证饱和点Y-5档位下与车间目前使用普通梳理件组合生产所采用档位Y-2对比，产品质量不恶化，梳棉车间产速提升48%，梳棉车间日产值提升至1.49倍。
　　上述研究从理论过程中的纤维与针齿相互作用关系，为梳理研究提供了新的研究方法；通过实践研究提出了差别化梳理件设计及实现方式；系列试验有效证明了课题所提出的差别化梳理件在生产中对产品质量指标、车间生产成本等的改善。因此，对梳理理论研究及梳理件的产品开发都具有积极意义。