大型機采棉生產(chǎn)線烘干清理一體機的設(shè)計分析

■ 王殿欽 王澤武 夏 彬

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

一、前言

機采棉加工技術(shù)在新疆棉區(qū)得到迅速推廣，在北疆多數(shù)兵團已經(jīng)普及。機采棉比手摘棉具有高效、低成本、高收益的顯著優(yōu)勢。機采棉和手摘棉加工生產(chǎn)線最主要的工藝區(qū)別是機采棉生產(chǎn)線對籽棉和皮棉增加了烘干和清理的次數(shù)，甚至在個別棉區(qū)還需要增加籽棉和皮棉加濕工藝。在設(shè)備上，大型地坑或地面式自動喂棉機和清鈴機、除異纖機是針對機采棉工藝特制的設(shè)備，而其它設(shè)備在原理設(shè)計上與手摘棉生產(chǎn)線沒有明顯差別。由于機采棉生產(chǎn)線要適應(yīng)較大的產(chǎn)量，因此，相比手摘棉的加工設(shè)備在幅寬方面和鋸片數(shù)量上有較大增加。

圖1 六輥筒籽棉清理機

機采棉的含雜量與水分遠大于手摘棉，籽棉纖維品質(zhì)也稍遜色于手摘棉?；跈C采棉的這些特點，人們對機采棉的籽棉烘干和清理工藝日益重視，應(yīng)運而生了一批針對機采棉籽棉烘干的技術(shù)和設(shè)備，而清理設(shè)備仍然沿用了手摘棉工藝的清理機。六輥筒籽棉清理機、回收式六輥筒籽棉清理機（如圖1、2），是國內(nèi)棉花加工企業(yè)應(yīng)用最廣泛的籽棉清理設(shè)備。這兩種清理機在手摘棉和機采棉生產(chǎn)線中都在應(yīng)用，只是針對機采棉雜質(zhì)量大的情況，在生產(chǎn)線中進行了二次布置。

圖2 回收式六輥筒籽棉清理機

二、制約機采棉清雜質(zhì)量的工藝與設(shè)備因素

實際情況證明，在機采棉加工生產(chǎn)線中增加了籽棉與皮棉的清理次數(shù)后，最終打包皮棉的含雜率還是普遍高于手摘棉軋制的皮棉。筆者認為要降低機采籽棉的含雜率及回潮率，同時想要獲得不遜色于手摘棉軋制的皮棉，籽棉清理是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

當(dāng)前的籽棉清理設(shè)備比較成熟，但應(yīng)用在機采棉中還存在一些問題。

（一）籽棉清理設(shè)備本身的問題

1.如塵格漏底的包角不夠，這樣雖然不易堵車，但是籽棉與塵棒的撞擊次數(shù)不夠，降低了清雜效率。2.回收式六輥筒籽棉清理機塵格漏底兩塵棒的間距和六輥筒籽棉清理機塵棒的間距做得大小一樣，這樣在設(shè)備生產(chǎn)時便于組織，但降低了回收式六輥筒籽棉清理機的清雜效率。3.還有車速不能調(diào)節(jié)、塵格漏底不能在線調(diào)節(jié)的問題。以上問題在手摘棉生產(chǎn)線中不明顯，在產(chǎn)量大、含雜量大的機采棉生產(chǎn)線中就反映出清理機除雜能力不足。如圖3中垛位上的手摘棉（前）與機采棉（后）對比明顯，從色澤上就能看出機采棉的雜質(zhì)含量要遠遠大于手摘棉。如圖4，在機采棉軋花機棉籽卷中撿拾出了大量棉稈，到軋花環(huán)節(jié)時，該清理出的棉稈沒有被清理出，勢必會破碎成更多的小的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)增加了皮棉清理機的負擔(dān)，最終使機采棉的含雜率大于手摘棉。

圖3 垛位上的手摘棉（前）與機采棉（后）

圖4 機采棉中軋花機棉籽卷中撿拾出的大量棉稈

（二）機采棉清理工藝的問題

圖5 清理單元清雜效率和生產(chǎn)率、速度的關(guān)系圖

由圖5清理單元清雜效率和生產(chǎn)率、速度的關(guān)系圖可知，當(dāng)刺釘輥筒速度在9.42 m/s，回潮率9.8%，產(chǎn)量在500 kg/h時，清理機的清雜效率約為38%；產(chǎn)量在2 000 kg/h時，清雜效率約為26%；產(chǎn)量在6 000 kg/h時，清雜效率約為11%；而產(chǎn)量在8 000 kg/h時，清雜效率約為8%。由此可以看出清理機的清雜效率隨著加工量的增加銳減迅速。手摘棉本身所含水分低、雜質(zhì)較少，產(chǎn)量又較小。若6 t生產(chǎn)線，每條支線是3 t的產(chǎn)量，清理部分是一套六輥筒+回收六輥筒的組合，經(jīng)過六輥筒清理機時除雜20%，經(jīng)過回收六輥筒清理機時將在之前的基礎(chǔ)上再除雜20%，疊加后除雜效率為36%。機采棉目前普遍是標(biāo)配15 t/h的產(chǎn)量，但根據(jù)多數(shù)15 t生產(chǎn)線每小時打包產(chǎn)量推算，每小時籽棉加工量已經(jīng)大于16 t，按每條支線是8 t的產(chǎn)量，清理部分是兩套六輥筒+回收六輥筒的組合計算，經(jīng)過六輥筒清理機時除雜8%，經(jīng)過回收六輥筒清理機時將在之前的基礎(chǔ)上再除雜7.36%，疊加后除雜效率為15.36%，再經(jīng)過一組清理組合，總的除雜效率是28.36%。由以上簡單的計算可知，清理環(huán)節(jié)因產(chǎn)量不同，在相同的清理條件下（相同清理機），機采棉經(jīng)過兩道清理機后的除雜效率比手摘棉還是低了7.64%。進場的機采棉含雜率遠高于手摘棉，同時進場的機采棉含水率也遠高于手摘棉，水分較高使機采棉的清理更加困難。實際的棉檢結(jié)果也說明了機采籽棉軋制的皮棉含雜率一直高于手摘棉軋制的皮棉含雜率。同時經(jīng)過較多的打擊，機采籽棉軋制的皮棉在長度、長度整齊度等多個指標(biāo)方面也一直弱于手摘棉。通過上述定性不定量的計算分析和實際棉檢情況可以推斷出，在機采棉清理工藝中，皮棉含雜率高于手摘棉是清理工序的能力不足造成的。

為了使機采棉更加接近手摘棉的品質(zhì)，我們要不斷在各個方面進行研究。在清理環(huán)節(jié)，不但要完善現(xiàn)有清理機的品質(zhì)使之能適應(yīng)機采棉的生產(chǎn)，而且應(yīng)考慮增加相應(yīng)設(shè)備加強清理環(huán)節(jié)，同時增加的清理設(shè)備應(yīng)避免對籽棉強力打擊造成的棉纖維損傷。

三、大型機采棉生產(chǎn)線開松烘干一體機的探討與設(shè)計

大型機采棉生產(chǎn)線在噸皮棉耗電量、用工量、加工時間、生產(chǎn)管理方面均有顯著優(yōu)勢。這種優(yōu)勢適應(yīng)了地方特別是兵團棉花加工設(shè)備大型化、生產(chǎn)規(guī)模化、管理集約化的需求。

提高機采棉品質(zhì)能直接提升我國棉紡織品的質(zhì)量，提高棉農(nóng)和團場的經(jīng)濟效益。筆者認為美國的機采棉工藝與設(shè)備是目前世界上比較先進的，緊跟先進技術(shù)能起到事半功倍的效果。

近幾年，美國切諾基公司出品的棉花加工設(shè)備異軍突起，目前世界最大產(chǎn)量的244片軋花機就是該公司的產(chǎn)品，單臺都具有超過30包/h的生產(chǎn)能力。切諾基公司機采棉工藝中使用了一種設(shè)備，此前在拉瑪斯和大陸鷹的設(shè)備及流程中沒出現(xiàn)過。這臺設(shè)備是在機采棉中給244片軋花機配套使用的。根據(jù)圖片發(fā)現(xiàn)此機安裝在六輥筒清理組合之前，和我們常用工藝流程中烘干機的位置一致，筆者根據(jù)外觀分析此設(shè)備的功能是烘干和對籽棉的輕度開松、除雜，所以筆者暫給其定名為“烘干清理一體機”。

（一）塔狀烘干單元結(jié)構(gòu)、功能的分析探討

根據(jù)圖6、圖7設(shè)備外觀截圖，筆者嘗試分析了此設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，將此設(shè)備分為兩大單元：塔狀烘干單元和清理單元。

圖6 烘干清理一體機側(cè)視截圖

圖7 烘干清理一體機斜側(cè)截圖

圖8 國內(nèi)葉片輥式烘干機結(jié)構(gòu)原理圖

塔狀烘干單元的原理及設(shè)計探討：塔狀烘干單元應(yīng)和國內(nèi)的葉片輥式烘干機（圖8）原理和結(jié)構(gòu)類似，具有烘干功能，從外觀看都是有7根葉片輥。籽棉在正壓干熱風(fēng)和負壓的作用下進入烘干單元。籽棉進入由斜板和刺釘輥組成的“V”形箱內(nèi)。籽棉進入“V”形箱后空間變大，流速變慢，籽棉順斜板下滑，在一側(cè)斜板盡頭有刺釘輥將適度擁堵的籽棉用機械力強行轉(zhuǎn)運到下組“V”形箱內(nèi)，此時干熱風(fēng)速度高于籽棉流速度，干熱風(fēng)強行穿透籽棉流，如此反復(fù)多次，完成烘干的功能。

（二）清理單元結(jié)構(gòu)、功能的分析探討

清理單元的原理及設(shè)計探討：清理單元由大的腔體和15根輥子組成。目前筆者只有模糊的外觀圖片，從圖片外觀分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能有兩種情況。

一種是類似國內(nèi)的棉葉清理機，也是使用了刺釘輥+塵格漏底的清理單元（圖9）。籽棉從塔狀烘干單元落入清理單元大的腔體中，速度繼續(xù)降低，此時熱風(fēng)繼續(xù)對籽棉進行烘干。籽棉進入15組刺釘輥+塵格漏底的清理單元，邊烘干邊開松清理。刺釘輥將籽棉轉(zhuǎn)至出口，籽棉被負壓連同熱風(fēng)一起吸走，完成開松、烘干、清理的功能。清理中產(chǎn)生的雜質(zhì)落入塵箱，由箱底的絞龍將其推向一頭，經(jīng)避風(fēng)器后由風(fēng)機抽走。

圖9 清理單元

另一種情況是沒有塵格漏底，而輥子也不是刺釘輥，筆者推測輥子可能使用了花盤輥的結(jié)構(gòu)，如圖10、11所示。之前分析了清理機處理機采棉的清雜率比手摘棉低了7.64%，若是其他工藝不變，只將烘干機換成本機時直接增加15組刺釘輥+塵格漏底的清理單元，相當(dāng)于單支線又增加了2.5臺清理機，這樣對籽棉會不會過度清理？含雜率會不會降低？而經(jīng)過多次打擊后棉纖維長度和強度指標(biāo)是否下降？為此，筆者傾向于此設(shè)備采用花盤輥的結(jié)構(gòu)。如圖10、11在一根軸上均勻排列花盤，多根花盤輥的花盤交錯排列，這樣布置不會使籽棉從空隙中掉落；沒有塵格漏底的配合，不會強行開松除雜導(dǎo)致?lián)p傷纖維；花片輥的速度比較慢或逐步牽伸開松，只要不堵車就行，低速也避免了索絲的產(chǎn)生；花盤對籽棉有較大的摩擦力，能更好地運送籽棉；這樣籽棉在花盤輥上波浪抖動前行的同時還能被熱風(fēng)繼續(xù)穿透烘干，籽棉被運送至出口時被負壓吸走。在抖動中去掉一部分雜質(zhì)落入塵箱，由箱底的絞龍將其推向一頭，經(jīng)避風(fēng)器后由風(fēng)機抽走。

圖10 花盤輥正面結(jié)構(gòu)圖

圖11 花盤輥俯視旋轉(zhuǎn)圖

四、總結(jié)

花盤輥的結(jié)構(gòu)原理決定了其對籽棉不會有任何損傷，其能在烘干的同時進行開松和去除部分雜質(zhì)，彌補了目前常規(guī)機采棉清理工藝的不足。將烘干和清理結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在生產(chǎn)中達到了事半功倍的效果。以上是筆者根據(jù)圖片的分析，望業(yè)界同仁能提供更詳細資料以共同提高?！?/p>