機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)

■ 鐘 珂

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

目前我國(guó)新疆棉花種植、采收以機(jī)采棉為主，在對(duì)機(jī)采棉試樣進(jìn)行試軋分析判定含雜率時(shí)，需要提前手工挑揀出來(lái)機(jī)采棉中的棉鈴殼、棉稈進(jìn)行含雜測(cè)定，增加了棉花檢驗(yàn)員的工作量，不利于籽棉收購(gòu)工作的快速開(kāi)展。筆者認(rèn)為需要研發(fā)一種機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理設(shè)備，清理棉鈴殼等大雜質(zhì)并進(jìn)行收集，便于后續(xù)試樣的衣分試軋與雜質(zhì)分析。這樣既減少了棉檢員的工作量，又縮短了籽棉檢驗(yàn)時(shí)間，能夠有效保證籽棉收購(gòu)工作的快速開(kāi)展。

一、研發(fā)思路

（一）對(duì)機(jī)采棉加工工藝中的開(kāi)松清理原理進(jìn)行研究分析

在機(jī)采棉加工工藝中，通過(guò)多道工序?qū)ψ衙捱M(jìn)行開(kāi)松和除雜，一道氣流皮棉清理和兩道鋸齒皮棉清理來(lái)保證最終皮棉的含雜率不超標(biāo)。因?yàn)樽衙耷謇碓匠浞?，后道工序含雜率越小，還可減少皮棉清理的次數(shù)來(lái)降低鋸齒對(duì)纖維的損傷，所以在機(jī)采棉生產(chǎn)工藝中非常重視籽棉清理。所有的機(jī)采棉生產(chǎn)線(xiàn)都配備了籽棉烘干設(shè)備，大部分都配備了二道烘干工藝，降低籽棉回潮率能使纖維和雜質(zhì)易于分離。棉花加工生產(chǎn)線(xiàn)中的傾斜式清理機(jī)（圖1）和回收式清理機(jī)（圖2）主要開(kāi)松和清除棉稈、棉葉、沙石等雜質(zhì)。籽棉清理機(jī)的主要清理部件是刺釘輥筒（圖3）和格條柵，筆者認(rèn)為該原理成熟、結(jié)構(gòu)可靠，可以用在機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)中，根據(jù)產(chǎn)量對(duì)比來(lái)初步確定雜質(zhì)清理機(jī)的幅寬、輥徑、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

圖1 傾斜式清理機(jī)

圖2 回收式清理機(jī)

圖3 刺釘輥筒

（二）對(duì)機(jī)采棉加工工藝中鈴殼清理原理進(jìn)行研究分析

在機(jī)采棉加工工藝中設(shè)置有提凈式籽棉清理機(jī)（圖4），其主要清理部件是鋼絲刷、U形齒條輥與塵棒（圖5），鋼絲刷將棉層壓附在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的U形齒條輥上，齒條帶動(dòng)棉纖維高速轉(zhuǎn)動(dòng)與U形齒條輥周邊布置的多組塵棒進(jìn)行多次強(qiáng)力沖擊，將籽棉中所含的棉鈴殼抖落，達(dá)到去除棉鈴殼的目的。在籽棉收購(gòu)檢驗(yàn)過(guò)程中，因?yàn)樵谧衙拊囓埱靶枰褬悠分械拿掴彋ぬ崆笆止とコ?，所以在機(jī)采棉試樣大雜清理機(jī)中必須包含去除鈴殼的功能。筆者通過(guò)考察機(jī)采棉加工工藝中的提凈式籽棉清理機(jī)，認(rèn)為除鈴殼原理成熟、結(jié)構(gòu)可靠、效果明顯，可運(yùn)用到機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)的設(shè)計(jì)中。在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到處理的檢驗(yàn)棉樣質(zhì)量不大，可減小U形齒條輥的幅寬等參數(shù)合理地利用到雜質(zhì)清理機(jī)的設(shè)計(jì)中。

圖4 提凈式籽棉清理機(jī)

圖5 鋼絲刷、U形齒條輥與塵棒

（三）對(duì)軋花機(jī)等設(shè)備的喂棉原理進(jìn)行研究分析

在棉花加工工藝中，籽棉從外部或上道工序喂給軋花機(jī)進(jìn)行加工的過(guò)程就是喂棉。在機(jī)采棉生產(chǎn)線(xiàn)中，籽棉是由卸料器直接通過(guò)輸棉管道輸送入清理機(jī)的，喂棉方式比較簡(jiǎn)單直接；軋花機(jī)則有明顯的喂棉裝置，由一組翼片式給棉羅拉（圖6）組成，兩輥相向低速轉(zhuǎn)動(dòng)，將儲(chǔ)棉箱中的棉層均勻握持送入軋花機(jī)。筆者認(rèn)為機(jī)采棉雜質(zhì)清理機(jī)應(yīng)設(shè)置給棉裝置，理由如下：為了避免大團(tuán)的籽棉突然進(jìn)入造成堵車(chē)和增加設(shè)備負(fù)荷，籽棉逐步進(jìn)入機(jī)體可使下一步的工序平穩(wěn)有序，開(kāi)松、除雜、除棉鈴殼效果也會(huì)更好，給棉羅拉喂給速度較慢且遮蔽了下面的高速開(kāi)松輥，能夠保證人員在喂棉時(shí)的安全。經(jīng)過(guò)研究分析，筆者認(rèn)為軋花機(jī)的喂棉裝置結(jié)構(gòu)可以在雜質(zhì)清理機(jī)中合理應(yīng)用。

圖6 軋花機(jī)給棉羅拉

二、研發(fā)難點(diǎn)

（一）除雜效果的確定

由于機(jī)采棉生產(chǎn)工藝中籽棉清理部分是多臺(tái)機(jī)組、多道工序先開(kāi)松再除雜層層遞進(jìn)的組合，除雜工藝復(fù)雜、設(shè)備相對(duì)多、空間大、籽棉滯留時(shí)間長(zhǎng)。棉檢室使用的機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)需要在一臺(tái)規(guī)格有限制的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)喂棉、除雜、除棉鈴殼等多種功能，受設(shè)備空間和滯留時(shí)間有限的影響，理論上比生產(chǎn)線(xiàn)效率低。如何使這樣一臺(tái)小型設(shè)備的效率盡量貼近生產(chǎn)線(xiàn)的效率是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，需要仔細(xì)研究。

（二）設(shè)備尺寸的確定

機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)使用環(huán)境是棉花檢驗(yàn)室。目前，新疆大部分棉花檢驗(yàn)室的空間有限，清理機(jī)的寬度應(yīng)適應(yīng)大部分門(mén)框，整機(jī)最大寬度應(yīng)小于800 mm。棉花檢驗(yàn)員多半為女性，考慮到身高問(wèn)題，在喂籽棉試樣時(shí)將籽棉入口的高度不應(yīng)設(shè)計(jì)太高，這樣就限制了整機(jī)的高度，在初步設(shè)計(jì)時(shí)，由于含有去棉鈴殼和除雜功能，因此設(shè)備高度較高，若要降低高度就必須壓縮U形齒輥的直徑，則塵棒的配置較少降低了除鈴殼效果。

（三）試樣棉花品質(zhì)一致性的保護(hù)

在棉花加工工藝中，籽棉在各種清理設(shè)備中被清理時(shí)，品質(zhì)并不會(huì)受到太大的影響。因?yàn)樵嚇映s后還要進(jìn)行衣分試軋、纖維長(zhǎng)度測(cè)定等檢驗(yàn)操作，所以對(duì)試樣棉花品質(zhì)的一致性保護(hù)也是研究的難點(diǎn)，需要以棉花加工工藝上籽棉清理設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整找到合適的解決方法。

三、機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)的工作原理

機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)（如圖7所示）工作原理：試樣籽棉從上方籽棉入口進(jìn)入設(shè)備，通過(guò)給棉羅拉1、2開(kāi)松，將籽棉握持均勻地送入U(xiǎn)形齒條輥3、6、10，經(jīng)過(guò)鋼刷4、7、11的梳壓，使籽棉均勻、緊密地鉤拉在U形齒條輥上，帶動(dòng)籽棉高速轉(zhuǎn)動(dòng)與U形齒條輥周邊布置的多組塵棒5、8、9、12、13進(jìn)行多次強(qiáng)力沖擊，達(dá)到去除部分棉鈴殼、棉稈等雜質(zhì)的目的，清除掉的棉鈴殼等雜質(zhì)通過(guò)下方的雜質(zhì)收集盒1收集待用。為了防止籽棉一直纏繞在U形齒條輥上，毛刷輥14、15在除雜過(guò)程中會(huì)盡量減少籽棉在設(shè)備內(nèi)駐留，減少設(shè)備堵塞的可能。經(jīng)過(guò)U形齒條輥清理后的籽棉隨后進(jìn)入傾斜刺釘輥組16，配合格條柵17進(jìn)行雜質(zhì)清理并把清理完成的籽棉送到籽棉出口，清理出的雜質(zhì)進(jìn)入下方的雜質(zhì)收集盒2，機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理工作完成。

圖7 機(jī)采棉試樣大雜清理機(jī)剖面圖

綜上所述，機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)的主要工作流程分為三步：第一步，試樣籽棉喂給入口后通過(guò)一組給棉羅拉進(jìn)行開(kāi)松；第二步，籽棉在進(jìn)行開(kāi)松的同時(shí)通過(guò)3組U形齒條輥和塵棒的配合去除棉鈴殼；第三步，通過(guò)5個(gè)傾斜刺釘輥和格條柵的組合去除葉雜和其他較小的雜質(zhì)。這三步把成團(tuán)的試樣籽棉開(kāi)松為顆粒狀的籽棉，既保護(hù)了籽棉纖維長(zhǎng)度，又去除了大量雜質(zhì)，為后面的衣分試軋和含雜分析工作減少了干擾，提高了機(jī)采棉試樣的含雜檢驗(yàn)精度。

四、存在的問(wèn)題和解決辦法

經(jīng)過(guò)機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)的樣品試制（圖8）以及后期的調(diào)試實(shí)驗(yàn)（圖9），主要發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題并予以解決。

圖8 機(jī)采籽棉試樣大雜清理機(jī)試機(jī)

圖9 機(jī)采棉試樣除雜前后對(duì)比

（一）通過(guò)調(diào)整U形齒條輥和塵棒的間距解決除棉鈴殼不盡的問(wèn)題。

（二）通過(guò)更改塵棒的粗細(xì)解決棉花纖維在塵棒上纏繞淤積的情況。

（三）通過(guò)拆解機(jī)器檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備安裝不到位以及機(jī)箱內(nèi)壁加工問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)籽棉樣品質(zhì)量減少，需要打磨內(nèi)壁和調(diào)整毛刷輥與齒條輥間距。

（四）刺釘輥有棉纖維纏繞，設(shè)備帶試樣籽棉運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生短纖維，排查原因時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用的籽棉回潮率過(guò)低，更換高回潮率籽棉后問(wèn)題得以改善，后面還需繼續(xù)試驗(yàn)徹底解決問(wèn)題。

五、結(jié)語(yǔ)

機(jī)采棉試樣雜質(zhì)清理機(jī)的使用便于試樣的衣分確定與雜質(zhì)分析，減少了人為因素的干擾，縮短了收購(gòu)檢驗(yàn)的時(shí)間，提高了機(jī)采棉試樣含雜檢驗(yàn)的精度，有利于棉花加工廠(chǎng)籽棉收購(gòu)工作的快速開(kāi)展，值得在新疆以及兵團(tuán)的棉花加工廠(chǎng)棉花檢驗(yàn)室中推廣使用。