高效低損皮棉清理機的研究實踐

■ 劉 平 張 坤 陳昊婷

〔1奎屯銀力棉油機械有限公司，新疆奎屯833200〕

〔2江蘇鑫德隆環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇鹽城224100〕

一、皮棉清理機簡介

皮棉清理機簡稱皮清機，用來清理鋸齒軋花機軋出的皮棉，降低皮棉的含雜率、疵點，改善皮棉外觀形態(tài)，提高皮棉質量。皮清機是經過軋花機將皮棉與棉籽分離后對皮棉進行單獨清理的機器。經過軋花機加工出來的皮棉，一般還要經過氣流式皮清機，再經過一到兩次的鋸齒皮清機，才能達到清理的目的。

（一）氣流式皮清機

氣流式皮清機也稱離心式皮棉清理機，以前是在輸棉通道上設置一個在轉彎處開口、截面突然變大的彎道，靠原棉和雜質質量不同產生的離心力不一樣來進行除雜，對纖維沒有撕扯和拉伸，所以對纖維強力、長度沒有任何損傷，但其除雜效果較差，只能去除部分較大的雜質。后來生產出了專門的氣流式皮清機，在機框內設置了可調節(jié)縫隙的排雜口，提高了對皮棉雜質的清理效率，且對纖維的損傷極小?？豌y力棉油機械有限公司針對其研發(fā)的雙鋸筒鋸齒軋花機，配套設計了雙氣流皮清機，除了上下排雜口以外，還設計了排雜絞龍來輸出雜質，對軋花機上下鋸片輥筒軋出的皮棉，分別進行雜質清理并對應輸送到兩臺鋸齒皮棉清理機中，雖然除雜效率與普通氣流式皮清機相同，但是生產效率可成倍提高。

（二）鋸齒式皮清機

鋸齒皮棉清理機是利用高速旋轉的齒條刺輥對給棉羅拉與給棉板夾持的棉纖維進行鉤拉分解梳理，并使雜質產生的離心力大于雜質與纖維的黏結力，通過除塵棒對雜質的沖擊刮剝等作用將雜質從棉纖維中分離，并排出機外。

具體過程如下：皮棉在軋花機毛刷風力和皮棉清理機引風機的吹吸作用下，通過四通閥、變徑管、直角管進入集棉塵籠，并被吸附在塵籠網表面上。含塵氣流從塵籠兩側進入分配風管，經風機排入除塵部分。隨著塵籠的旋轉，塵籠表面的松散棉纖維被前、后剝棉羅拉壓實并剝落，并將其喂給牽伸羅拉和牽伸光輥。由于牽伸羅拉和牽伸光輥轉速較高，棉層被牽伸變薄，并喂給給棉羅拉和給棉板，因此，在給棉羅拉和給棉板的共同作用下，棉層變得更薄并被夾持在兩者之間，同時喂給齒條刺輥。刺輥對皮棉進行充分的鉤拉和分解梳理。被鉤持的棉纖維隨清棉刺輥做高速旋轉運動，當與毛刷輥筒相遇時，被毛刷刷入皮棉道，送往集棉機進行打包。不孕籽等雜質的密度較大，在隨齒條刺輥高速運動的過程中，因離心力的作用而使其向外移至刺輥表面；并在其未遇毛刷輥筒之前被除塵棒沖擊排除，待落入排雜箱后由吸雜風機吸出機外。

二、普通鋸齒皮清機的性能特點

因為鋸齒皮清機使用高速旋轉的齒條刺輥對握持纖維進行撕扯，在有效清除雜質的同時，對纖維的損傷也非常大，所以，盡管皮棉清理能夠明顯改善原棉的黃度指標，并使其色特征級增加，外觀質量得到較大提高，卻降低了纖維的長度和強力，增加了短絨率，降低了原棉的可紡系數。特別是經過兩次鋸齒皮清機后，對原棉的內在品質傷害更大，其所紡出的紗線質量更差。為此新疆推行棉花機械化采收后，原棉品質下降已經成為困擾業(yè)內的一大難題，越來越多的專家提出不要采用“雙皮清”工藝。但在目前的棉花交易模式下，市場都是重外觀輕內在質量，普通機采棉只有經過兩次皮棉清理，才能賣出一個相對較好的價錢。另外，不論是“單皮清”工藝還是“雙皮清”工藝對棉纖維的損傷都不容忽視，市場更需要低損傷的鋸齒皮清機。

三、高效低損鋸齒皮清機的研發(fā)實踐

奎屯銀力棉油機械有限公司通過對機采棉軋花工藝與設備的試驗分析，探索出了一條簡潔高效的機采棉軋花新工藝，該工藝以公司自主研發(fā)的復式籽棉清理機和雙鋸筒鋸齒軋花機為關鍵主機設備，其他設備可以選用市場上常用機型。但為了達到更好的配套效果，系統地提升棉花加工質量，也針對性地研發(fā)了專門的籽棉大雜清理機、籽棉異纖清理機和皮棉清理機。在研發(fā)的皮棉清理機中，創(chuàng)新程度較高的針釘式皮棉清理機的研究成果尚不成熟，而創(chuàng)新程度較低的鋸齒式皮棉清理機則已經產品化，并得到了市場的認可。

公司最初生產的鋸齒皮清機是仿造市場上其他機型制造的，作為其后研制新型鋸齒皮清機的對照樣機。新研制的“銀力”牌鋸齒皮清機在對照樣機結構的基礎上，主要改進調整了以下幾個方面。

（一）格條柵的改良

皮清機的核心功能就是清雜，根據對照樣機的性能現狀，研發(fā)小組進行了深刻分析，認為皮清機的主要問題是清雜效率，而影響清雜效率的主要部件就是刺釘輥和格條柵，其中最關鍵的是格條柵形狀與結構參數。通過現場試驗我們取得了一些經驗，針對樣機格條柵存在的一些問題進行改進。

1.格條之間凈間隔的調整。

鋸齒皮清機各機型格條柵粗細、密度都不相同，經過現場的試驗表明，格條之間凈間隔25 mm左右是比較合適的，此時排雜效率較高，落棉率很低。當格條之間凈間隔過小時，排雜效率降低；當格條之間凈間隔過大時，格條柵下部明顯掛花，機器無法正常運轉。

從機理上講，在有限的排雜區(qū)域內，格條直徑越小則越有利于排雜，原來直徑?8 mm，如果改為直徑?6 mm，適當增加加強筋的數量防止振動和變形，相同的中心距則凈間隙可增加2 mm，加大了排雜面積。

前期試驗的格條柵都是間隔相等的均勻分布模式，實踐證明這種結構不夠合理。因為棉花從格條柵入口運行到出口過程中所受的離心力、重力及其合力的大小和方向是不斷變化的，越是運行到中下部，棉花受重力影響越大，越是容易滑脫到格條柵表面造成掛花或落棉，所以應設計成上部間隔最寬、中部間隔適當、下部間隔較窄這種結構，即上半部間隔27～28 mm，中部間隔26～27 mm，下半部間隔25～26 mm。這一點我們有大量的試驗結果來證明，而且軋花廠及合作單位技術人員也有相同的觀點。

2.減少格條柵加強筋。

目前樣機格條柵加強筋的間隔在250 mm，共13個（含兩邊）加強筋，試車時掛花都發(fā)生在加強筋處，主要是加強筋與格條電焊時留下焊渣，需要很好的打磨。其實即使做到光滑了也容易掛花，這是有加強筋的必然結果，但沒有加強筋又不行?？紤]到格條的直徑是8 mm，強度可以滿足要求，我們將加強筋間隔擴大到375 mm，格條柵一共只有9個（含兩邊）加強筋，明顯減少了掛花幾率，也不影響整體強度。需要注意的是，在保證加強筋光滑的同時，格條根部焊接處也必須打磨好。

（二）格條柵與壓棉羅拉輥之間堵塞問題

試驗發(fā)現，較長時間（超過1小時）工作時，格條柵上部與壓棉羅拉輥之間很容易堵塞棉花，形成堆積現象，機器無法正常運行，格條也容易鉤掛棉花，盡管后期在其上部安裝了密封膠條壓在壓棉輥表面，但仍有堆積現象。當時現場分析認為是壓棉羅拉局部表面有毛刺所致，但經過砂紙打磨后，此現象仍然存在，而且不止一處出現。后來我們減小了壓棉羅拉和剝棉羅拉的直徑，縮小了二者與鋸齒輥之間的積棉三角區(qū)，同時也降低了壓棉羅拉與格條柵之間的棉層厚度，大幅度降低了堵塞和掛花的幾率。另外由于壓棉輥是運轉件，最好的辦法是使用彈性良好的橡膠板來密封。

（三）皮棉出口尺寸及風量配置

鋸齒皮清機樣機皮棉出口高度230 mm，機器幅寬3 000 mm，目前最大風量16 000 m3/h，風速約6.4 m/s，顯然當棉花產量達到1 000 kg/h以上時就會堵塞。而我們這臺皮清機皮棉實際處理量不低于1 500 kg/h，按照氣力輸送皮棉風速要求計算，此處風速應不低于12 m/s。有鑒于此，樣機安裝到生產線時，我們將出口高度收縮到125mm左右，此時風速則可以滿足生產要求。

（四）塵籠網面回棉問題

在我公司的軋花試驗中，鋸齒皮清機皮棉進口下部塵籠網面防回棉密封皮處有回棉現象（兩臺均有），分析原因是進口下淌板太長、密封皮太硬容易噎住棉團，另外也與下部的剝棉羅拉與塵籠網面間隙、皮棉產量有關。經過更換密封皮、調整間隙、提高產量后，回棉現象已經消失。

（五）格條柵下部掛花問題

格條柵最下部掛花不單純是光滑度問題，還有結構設計問題。從排雜機理分析，90%的排雜均在刺釘輥45°范圍完成，少量在90°處完成，超過90°排雜極少，因為刺釘剛開始掛住纖維后是在刺釘根部，隨著高速旋轉，棉纖維很快從根部移向尖部，甚至脫落。目前一般的格條柵排雜弧面約160°，按理論分析，135°時就基本停止排雜了，之后棉纖維就可能脫落到格條柵表面并依靠格條柵托持棉花前進，格條柵凈間隔25 mm很容易造成掛花。改進方案是減小排雜弧面角度，只保留135°，相當于去掉下部4根格條，前伸皮棉出口下淌板，使其前端達到刺釘輥筒子午線處，與刺釘間隙10 mm，與格條柵最近距離50 mm，這樣下淌板前端與刺釘輥筒表面形成補風口，并產生較強的負壓區(qū)，50 mm附近的棉花受到刺釘輥本身風力的攜帶和推送再加上前面的吸附，不會脫落就能順利排出，同時可排出一定量的短纖維。排短纖維時掌握的尺度是，只要不孕籽含棉率不大于50%就是好的，反之如果不孕籽含棉率很低在20%以下，就說明皮棉中的短纖維率太高，影響棉花質量。

四、新型鋸齒皮清機的優(yōu)點

（一）降低了皮棉纖維的損傷

其一采用自鎖式密細齒條代替?zhèn)鹘y的鋸齒齒條，不易將棉纖維割斷，不易產生清理死角，不易摩擦起火。其二不再使用給棉羅拉與給棉板，使棉纖維一直處于松散、自由狀態(tài)下被齒輥鉤拉梳理。

（二）提高了清雜效率

通過合理配置齒輥的轉速、排雜刀（格條柵）數量以及排雜刀（格條柵）與齒輥鋸齒相對位置，使清雜效率和棉纖維損耗這些關鍵指標得到優(yōu)化。

（三）運行更加穩(wěn)定，操作調整簡單方便

本產品簡化了給棉板及給棉羅拉，使調整維護更加簡便，降低了對工人技術能力的要求，減少了調整維修的時間和配件維護費用，同時降低了故障率，解決了皮清機的堵塞問題，使設備運轉穩(wěn)定可靠。

（四）提高了加工效率

本機由于簡化了結構，調整了齒輥轉速，相應提高了整機產量。使鋸齒皮清機對高產、新型鋸齒軋花機的配套適應性更強，有利于挖掘整條棉花加工生產線的潛力，并方便棉花加工流程的智能化管控。