智能籽棉清理機(jī)的設(shè)計(jì)探討

■ 李向陽(yáng)王澤武胡之浩孫亞楠

〔1恒天重工股份有限公司，河南鄭州450053〕〔2鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州450004〕〔3鄭州人造金剛石及制品工程技術(shù)研究中心有限公司，河南鄭州450001〕

智能籽棉清理機(jī)的設(shè)計(jì)探討

■ 李向陽(yáng)1王澤武2胡之浩3孫亞楠3

〔1恒天重工股份有限公司，河南鄭州450053〕
〔2鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州450004〕
〔3鄭州人造金剛石及制品工程技術(shù)研究中心有限公司，河南鄭州450001〕

目前機(jī)采棉的加工工藝、加工設(shè)備已經(jīng)和國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的較為接近了，但機(jī)采棉質(zhì)量卻與之存在較大差距。我國(guó)機(jī)采棉雜質(zhì)是進(jìn)口機(jī)采棉的2倍。在流程近似、主要設(shè)備類同的情況下，主要是種植、采摘方式和加工的非智能化造成的。

一、智能籽棉清理機(jī)的應(yīng)用是提高機(jī)采棉質(zhì)量的必由之路

目前的加工生產(chǎn)線清理力度不夠，在清理雜質(zhì)工藝環(huán)節(jié)沒有智能化的設(shè)計(jì)是主要原因。絕大多數(shù)生產(chǎn)線上沒有在線檢測(cè)雜質(zhì)并反饋信號(hào)的設(shè)備，無(wú)論籽棉含雜多少、狀況如何都采用一種加工模式。極個(gè)別生產(chǎn)線試點(diǎn)配置了在線檢測(cè)雜質(zhì)的設(shè)備，其也只能提供數(shù)據(jù)參考，因?yàn)楝F(xiàn)在的清理機(jī)沒有根據(jù)加工情況適時(shí)在線調(diào)整的功能，其最終清理的結(jié)果無(wú)法掌控，所以應(yīng)在清理階段增加信息、智能化設(shè)計(jì)，開發(fā)在線測(cè)雜裝置，研制出可根據(jù)信號(hào)自動(dòng)調(diào)控清理力度的新型智能籽棉清理機(jī)。

二、目前的籽棉清理機(jī)簡(jiǎn)介

圖1 六輥筒式籽棉清理機(jī)

圖2 回收六輥筒式籽棉清理機(jī)

機(jī)采棉的籽棉清理設(shè)備有很多形式。圖1、圖2是六輥筒籽棉清理機(jī)和具有回收功能的六輥筒籽棉清理機(jī)，是國(guó)內(nèi)棉花加工企業(yè)在機(jī)采棉中應(yīng)用最廣泛的籽棉清理設(shè)備。籽棉清理設(shè)備的核心是清理單元，籽棉清理單元中的輥筒形式主要是刺釘輥筒，其必須結(jié)合周圍部件形成清理單元來(lái)完成清理目的。與刺釘輥筒相結(jié)合的塵格形式也多種多樣，如：編織篩網(wǎng)、鋼板沖孔篩網(wǎng)、圓鋼格條篩網(wǎng)、扁鋼格條篩網(wǎng)、鋼板網(wǎng)等。

圖3 刺釘輥筒與格條柵塵格

目前市場(chǎng)上的機(jī)采籽棉清理機(jī)的清理單元幾乎全是圓鋼格條篩網(wǎng)+刺釘輥筒的型式（見圖3、圖4），這也導(dǎo)致了在刺釘輥直徑、數(shù)量、幅寬一致的情況下，各棉機(jī)制造廠生產(chǎn)出的各型清理設(shè)備在除雜率上幾乎雷同，沒有明顯特色。圓鋼格條篩網(wǎng)設(shè)計(jì)容易、制造簡(jiǎn)單、成本低廉、耐用度高且不易鉤掛纖維。以上優(yōu)點(diǎn)使得圓鋼格條篩網(wǎng)廣泛應(yīng)用于目前的籽棉清理設(shè)備。清理系數(shù)（μ）是衡量清理效率的關(guān)鍵指標(biāo)，在已有的研究結(jié)果中（見表1），圓鋼格條篩網(wǎng)式清理單元與其它形式的篩網(wǎng)在清理系數(shù)（μ）方面的比較不占優(yōu)勢(shì)，也使得皮棉最終含雜率較高。圓鋼格條篩網(wǎng)（見圖4）雖然在兩端部設(shè)計(jì)有長(zhǎng)圓孔以供調(diào)整距刺輥的距離，但是在實(shí)際應(yīng)用中不能夠在線調(diào)節(jié)。

圖4 圓鋼格條篩網(wǎng)

表1 籽棉清理設(shè)備中塵格形式

所有的圓鋼格條篩網(wǎng)兩端都用螺栓上緊在墻板上，為了增加幅寬方向的強(qiáng)度，每?jī)山M清理單元在幅寬方向的側(cè)板也用螺栓上緊，這樣導(dǎo)致調(diào)格距困難。各軋花廠一般在軋季前維修時(shí)，將其隔距調(diào)整成15 mm后就不再調(diào)整了，致使所有工況的籽棉清理都使用一個(gè)工藝隔距，其最終清理的結(jié)果無(wú)法掌控。筆者認(rèn)為選擇清理系數(shù)（μ）較高的篩網(wǎng)形式，改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其能在線調(diào)整，甚至能智能控制是提高機(jī)采棉質(zhì)量的必由之路。

三、智能籽棉清理機(jī)的設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思路

長(zhǎng)久以來(lái)軋花廠所使用的籽棉清理機(jī)清雜篩網(wǎng)清理系數(shù)（μ）較低，在處理手摘棉時(shí)尚能滿足要求，而在處理機(jī)采棉時(shí)，由于產(chǎn)量大、清雜效率低，因此造成皮棉雜質(zhì)超標(biāo)。降低皮棉含雜率必須找準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)，而提高篩網(wǎng)清理系數(shù)（μ）能有效降低皮棉含雜率。筆者選用了三角形除雜刀4，試驗(yàn)三角形除雜刀組成的篩網(wǎng)的清理系數(shù)（μ）遠(yuǎn)大于圓鋼塵棒的篩網(wǎng)0.54，最高可超過(guò)菱形鋼板網(wǎng)的0.77。清理系數(shù)（μ）的提高將直接提高清理機(jī)的除雜率。設(shè)計(jì)的三角形塵棒篩網(wǎng)中每根三角形塵棒可繞自己的軸心翻轉(zhuǎn)，通過(guò)翻轉(zhuǎn)調(diào)整距刺釘?shù)母艟?，此時(shí)可根據(jù)皮棉的具體工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，很輕松地在線調(diào)節(jié)排雜量。若籽（皮）棉在線雜質(zhì)分析儀8研制成功，就可與可在線調(diào)節(jié)的三角形除雜刀4組成閉環(huán)智能籽棉清理系統(tǒng)。

圖5 智能籽棉清理機(jī)結(jié)構(gòu)及控制原理

（二）工作過(guò)程

智能籽棉清理機(jī)的清理部分由刺釘輥筒1、三角除雜刀2組成，三角除雜刀2通過(guò)端頭小軸與除雜刀座板4連接。三角除雜刀2可繞軸進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)的角度不同。刀尖距刺釘頂部的隔距不同，對(duì)籽棉的清理力度也不同，當(dāng)翻轉(zhuǎn)到最小角度時(shí)，除雜刀組形成封閉漏底，此時(shí)籽棉清理機(jī)只起開松的作用，而旋轉(zhuǎn)一定角度，除雜刀尖正對(duì)刺釘時(shí)，漏底間隙最大，隔距最小，此時(shí)除雜強(qiáng)度最大。當(dāng)皮棉通過(guò)皮棉管道7時(shí)，被皮棉在線雜質(zhì)分析儀8實(shí)時(shí)檢測(cè)到皮棉的含雜量，將信號(hào)隨時(shí)傳輸給工控機(jī)9。工控機(jī)9根據(jù)信號(hào)計(jì)算出含雜量及需要調(diào)整的數(shù)據(jù)，通過(guò)信號(hào)10傳輸給步進(jìn)電機(jī)6。步進(jìn)電機(jī)6是驅(qū)動(dòng)除雜刀旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)6上裝有偏心盤5，通過(guò)連桿4推動(dòng)除雜刀座板3，使三角除雜刀2翻轉(zhuǎn)來(lái)在線改變除雜效率。在生產(chǎn)中同時(shí)可根據(jù)皮棉在線雜質(zhì)分析儀8對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修正，在線動(dòng)態(tài)完成調(diào)整，直到達(dá)到所需效果?？紤]到在線籽棉雜質(zhì)分析儀更難開發(fā)，相對(duì)皮棉雜質(zhì)分析儀8開發(fā)較容易些，在生產(chǎn)線中建議用皮棉雜質(zhì)分析儀。由于其工藝點(diǎn)在生產(chǎn)線的下游位置，所檢測(cè)結(jié)果與籽棉清理有一定的滯后性，但考慮到信號(hào)傳輸?shù)难杆龠h(yuǎn)大于籽棉在管道和設(shè)備中的速度，這點(diǎn)誤差是可以忽略不計(jì)的。筆者所設(shè)計(jì)的籽棉清理機(jī)每個(gè)輥筒篩網(wǎng)都有一套智能執(zhí)行系統(tǒng)，可以根據(jù)信號(hào)只調(diào)節(jié)其中的一個(gè)或幾個(gè)篩網(wǎng)，也可以同時(shí)調(diào)節(jié)。

四、結(jié)語(yǔ)

提高機(jī)采棉質(zhì)量是一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，相對(duì)地在籽棉智能清理工藝階段較易先行突破，智能籽棉清理是提高機(jī)采棉質(zhì)量的必由之路。