一種基于管道排雜理念的氣流式籽棉清理機(jī)的研究

〔新疆天鵝現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備有限公司，新疆五家渠831300〕

近幾年，我國(guó)采摘棉花的工人越來(lái)越少，作為主要產(chǎn)棉區(qū)的新疆，正在大力推廣機(jī)采棉，機(jī)采棉的比例逐年增大。棉花采摘的效率較手摘棉的效率有了很大的提高，但國(guó)內(nèi)機(jī)采棉普遍存在的問(wèn)題是：異性纖維（地膜）含量高、短纖維率高、含雜率較大、品級(jí)較差。針對(duì)這樣的結(jié)果，籽棉預(yù)清理設(shè)備也在不斷更新，并逐漸地應(yīng)用于棉花加工生產(chǎn)線上。從棉花加工企業(yè)的生產(chǎn)線上調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下市場(chǎng)上的籽棉預(yù)清理設(shè)備多以機(jī)械式清理設(shè)備為主，機(jī)械式清理設(shè)備清理雜質(zhì)效率雖高，但同時(shí)對(duì)棉花的棉纖維損傷極大。

為此筆者設(shè)計(jì)出一種基于管道排雜理念（利用空氣流在物料輸送管道的運(yùn)動(dòng)學(xué)及氣體流動(dòng)學(xué)原理）的產(chǎn)品——?dú)饬魇阶衙耷謇頇C(jī)。

一、設(shè)備在棉花加工工藝過(guò)程中的理論安裝位置（詳見(jiàn)圖1）

圖1 棉花加工工藝過(guò)程中設(shè)備理論安裝位置

二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)

（一）氣流輸送

空氣流在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)主要形成三種輸送系統(tǒng)類(lèi)型，即正壓、負(fù)壓及正負(fù)壓混合系統(tǒng)。這些系統(tǒng)一般均采用通風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)作為動(dòng)力源。而棉花加工工藝過(guò)程中的外吸棉過(guò)程多采用負(fù)壓輸送系統(tǒng)。

（二）空氣流在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)壓力狀態(tài)及其他理論概念

1.空氣在管道中流動(dòng)時(shí)存在著兩種壓力，即靜壓力和動(dòng)壓力。

（1）靜壓力（H靜）

靜壓力有空氣分子做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生，它表明了空氣受壓縮的程度，在管道中對(duì)各個(gè)方向都作用力相等。

（2）動(dòng)壓力（H動(dòng)）

空氣分子做定向運(yùn)動(dòng)時(shí)而產(chǎn)生的壓力，只作用在空氣的前進(jìn)方向。動(dòng)壓力實(shí)際上是運(yùn)動(dòng)空氣具有的動(dòng)能，永遠(yuǎn)為正值，靜止的空氣，動(dòng)壓為0。

動(dòng)壓與風(fēng)速的關(guān)系：H動(dòng)=（ρ∕2）V2（ρ=1.2 kg∕m3）

（3）全壓力（H全）

靜壓力和動(dòng)壓力的代數(shù)和為全壓力，靜壓有正、負(fù)之分，全壓也有正、負(fù)之分。

（4）壓力損失（H損）

根據(jù)能量守恒定律，則應(yīng)有：H動(dòng)1+H靜1=H動(dòng)2+H靜2+H損；這種能量損失表現(xiàn)為壓力的變化，叫壓力損失。

2.氣流輸送流量。

單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或設(shè)備某一截面的空氣量?？諝饬恳泽w積計(jì)算，稱為體積流量。以符號(hào)Q表示，立方米/小時(shí)；理論公式：Q=V×S。

（三）籽棉及各種雜質(zhì)（下面統(tǒng)稱物料）在通有空氣流管道內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)

物料在外吸棉管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有以下情況：①當(dāng)氣流速度很大時(shí)，物料全部懸浮，均勻地分布在氣流中，呈懸浮狀態(tài)；②當(dāng)氣流速度降低時(shí)，較重雜質(zhì)會(huì)沉積在管的下部，但沒(méi)有落在管壁上，整個(gè)截面上部物料稀松，下部物料密集，此時(shí)稱為兩相流動(dòng)狀態(tài)，即懸浮輸送的極限狀態(tài)；③當(dāng)氣流速度進(jìn)一步降低，將有部分脫離氣流懸浮層，沉積管壁上向前滑動(dòng)。

參考籽棉的懸浮速度及輸送速度：籽棉懸浮速度一般在9 m/s～12 m/s，輸送速度一般在18 m/s～20 m/s。

三、設(shè)備基本構(gòu)成及原理解析

（一）設(shè)備外形圖示及內(nèi)部構(gòu)造裝配圖示（詳見(jiàn)圖2、圖3）

圖2 氣流式籽棉清理機(jī)外形平面圖

圖3 氣流式籽棉清理機(jī)原理圖

（二）原理解析

1.工作原理。

貨場(chǎng)籽棉由自動(dòng)喂花機(jī)喂入管道，在通風(fēng)機(jī)形成的負(fù)壓輸送系統(tǒng)下，籽棉被吸入管道，在氣流的壓力（H動(dòng)）作用下，物料將繼續(xù)沿管道輸送，并加速到物料輸送速度。當(dāng)物料進(jìn)入氣流式籽棉清理機(jī)時(shí)，由于管道截面積（S）瞬間增大，因此，氣流速度（V1）急速降低，并在設(shè)備管道形成的彎頭作用下有壓力地?fù)p失（H損1），氣流速度（V2）再次降低。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)備轉(zhuǎn)彎處時(shí)，物料在管道內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到第二個(gè)階段并通過(guò)彎口的離心作用，底層物料接觸排雜刀，此時(shí)一些比較重的雜質(zhì)（如塵土、秸稈、碎石等）被迫分離出籽棉。

籽棉轉(zhuǎn)彎后氣流速度（V3）再次降低，此時(shí)物料在管道內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到第三個(gè)階段，物料將沿排雜網(wǎng)板滑行，這樣籽棉充分和網(wǎng)板接觸。在物料與板網(wǎng)摩擦的過(guò)程中，籽棉中的部分雜質(zhì)（如破籽、碎小秸稈、塵土、碎葉等）再次被迫排出籽棉。最后被分離出的雜質(zhì)落入真空塵雜室內(nèi)，由閉風(fēng)排雜轉(zhuǎn)子排出。

2.排雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

（1）排雜刀（詳見(jiàn)圖4）

一臺(tái)設(shè)備裝有兩套排雜刀，而排雜刀與排雜刀之間，排雜刀與封閉弧板之間的調(diào)節(jié)間隙為6 mm～8 mm。主要是利用物料在管道內(nèi)輸送方向發(fā)生改變時(shí)，物料輸送速度降低，達(dá)到物料輸送第二個(gè)階段時(shí)底層物料接觸排雜刀，通過(guò)排雜刀刀刃與前后間隙作用將雜質(zhì)清理出籽棉。

圖4 排雜刀三維結(jié)構(gòu)圖

（2）排雜網(wǎng)板（詳見(jiàn)圖5）

排雜網(wǎng)板是在不銹鋼板或鍍鋅板上制作出6 mm×30 mm的長(zhǎng)圓孔作為排雜孔，每個(gè)長(zhǎng)圓孔之間的間隙在6 mm～8 mm。當(dāng)物料沿網(wǎng)板滑行時(shí)，物料輸送到第三個(gè)階段，較重及浮在籽棉表面的雜質(zhì)（塵土、碎葉、破籽等）在摩擦作用下被分離出籽棉。

圖5 排雜網(wǎng)板結(jié)構(gòu)放大圖

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)采棉的不斷推廣與發(fā)展，并結(jié)合近幾年市場(chǎng)及各單位對(duì)棉花加工質(zhì)量的要求不斷提高，籽棉預(yù)處理工藝顯得更加重要。筆者在此從理論上設(shè)計(jì)了一種基于管道排雜理念的氣流式籽棉清理機(jī)，目前理論產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)投入生產(chǎn)，并將逐漸地推廣到棉花加工生產(chǎn)線中去。以上僅限于理論推論及計(jì)算，當(dāng)產(chǎn)品投入使用后我們將不斷采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)據(jù)，并不斷提升、完善設(shè)備各方面性能，爭(zhēng)取讓理論的產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)，為棉花加工行業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。☆