锯齿轧花机工作箱工作原理解析
2010-09-12朱瑞峰
■ 朱瑞峰
〔邯郸金狮棉机有限公司，河北邯郸056009〕
锯齿轧花机工作箱工作原理解析
■ 朱瑞峰
〔邯郸金狮棉机有限公司，河北邯郸056009〕
锯齿轧花机是目前世界上应用最广泛的轧花机具，是决定棉花加工产能和棉花加工质量的关键设备之一。除锯片片数外，工作箱的差别是决定轧花机性能不同的主要原因。因此，正确解析锯齿轧花机工作箱工作原理，合理设计轧花机工作箱成为提高轧花机工作性能的关键。
锯齿轧花机；工作箱；原理解析
轧花工序的主要设备是轧花机。锯齿轧花机是目前世界上应用最广泛的轧花机具，在我国绝大多数轧花厂都在使用它。轧花机的品种很多，仅我国就有十几种。区别这些品种除了锯片片数外，工作箱的差别是决定轧花机性能不同的主要原因。
1 概述
对工作箱的基本要求是实现纤维和棉籽的分离，但仅仅满足这一基本要求是不够的，还必须使籽棉纤维分离过程连续不断。轧花时，工作箱的几何形状为进入其中的籽棉提供运动的轨道，使它们形成棉卷。锯齿作用于棉卷，使棉卷受到力矩的作用而转动。正是因为棉卷的转动，使得棉卷内的棉花被锯齿钩拉产生纤维和棉籽分离，实现轧花过程。在这个过程中，工作箱的工作是非常复杂的，一般很难进行具体描述。本文重点对工作箱工作原理进行探究，抛砖引玉，与同行交流商榷，为棉花加工实现“安全、高效、优质”的目标提供有效的帮助。
2 工作箱棉卷的受力分析
工作箱棉卷是一个由籽棉与棉籽及游离纤维等组成的混合体，从断面看各区域密度不同。对于运动中的棉卷，可看成是一个整体，这个整体是介于刚体与弹性体之间的一种具有柔韧性的物体，它转则成型，不转则散。如何正确认识工作箱的工作原理和运动状态，我们可通过受力分析来研究它。
图1是工作箱棉卷的受力分析图。棉卷在运动中受重力、正压力、锯齿作用力、工作箱摩擦力及前抱合板的切向阻力等作用。
2.1 重力
棉卷受重力的大小为：
式中：G—棉卷所受重力；
m—棉卷质量；
g—重力加速度。
重力通过棉卷的中心不产生力矩，只在排籽中起一定的作用，对棉卷的运动不起作用。
2.2 正压力
工作箱前后抱合板壁对棉卷运动时提供的正压力，方向指向棉卷中心，前抱合板压力N1小，后抱合板压力N2大。合力大小N可表示为：
式中：N—棉卷所受正压力的合力；
N1i，N2i，Ni—单位籽棉所受的正压力；
n—单位籽棉数量。
该合力作用线通过棉卷中心，不产生转动力矩，但是产生摩擦阻力的主要作用力。
2.3 锯片的作用力
锯片的作用力是产生棉卷转动的原动力，它对棉卷产生转动力矩。锯片对棉卷的作用力，除了锯齿的直接钩拉力P1外，还有锯片与棉卷接触的摩擦力P2，而其中P1由多个锯齿的钩拉力P11，P12…P1n组成。因此，锯片的作用力为：
由此看出，锯片作用力的大小与锯片转速、锯齿齿形、锯齿的作用时间及作用齿数有关，还与棉卷密度有关。
2.4 锯片的转速
锯片的转速决定着单位时间通过工作箱棉卷锯齿的数量，决定着轧花机的产量。
式中：m—锯片单位时间钩拉棉花质量；
Z—锯片单位时间通过工作箱的齿数；
Z锯—标准锯片齿数；
n—锯片转速；
mi—锯片单齿钩拉棉花质量。
锯片的转动，在钩拉棉花的同时对棉卷产生强烈的冲击，冲击会使得棉卷与锯片摩擦加剧，棉纤维因此断裂，与棉籽分离。
2.5 工作箱摩擦阻力
轧花机工作箱壁对棉卷存在摩擦阻力F，它的大小与正压力N成正比。
式中：f—籽棉与工作箱壁的摩擦系数。
摩擦阻力产生阻力矩，是阻碍棉卷运转的力矩。工作箱摩擦阻力大小与工作箱形状、工作表面状况、棉卷密度及其运转速度有关。
2.6 切向阻力
切向阻力F′主要在前抱合板C处产生，它直接阻碍棉卷的转动，它的大小与前、后抱合板的弧度R1、R2有关。
3 结论
由以上分析可知，轧花机工作箱内棉卷的存在及锯片辊筒的作用，还不能完全决定棉卷的运动，要使棉卷正常运动，还必须具备下列条件：
3.1 足够的动力
锯片辊筒给予棉卷的作用力矩必须大于工作箱壁给予棉卷的反向摩擦力矩，即：
式中：F1、F2—前后抱合板的摩擦阻力；
F′—所受的力臂，近似为R2；
M—工作箱两侧壁摩擦阻力矩，可不计。
因此，要使棉卷转动顺利，就要使工作箱的内表面尽量光滑，减少阻碍物，并有足够的动力配备。
3.2 适合的工作箱几何形状
棉卷能否转动及其转动时的运动速度均与工作箱的几何形状有关。目前，各种轧花机的性能不同，主要区别在于工作箱的几何形状。通过分析可知，工作箱的几何形状应尽量容纳更多的棉花，棉卷切向阻力应尽量减小，使棉卷运转更加顺畅。
3.3 适宜的棉花回潮率
多年生产实践和大量的实验数据说明，籽棉回潮率过高对加工非常不利。从理论分析可知，籽棉回潮率高，棉花与工作箱内壁的摩擦系数增加，使得摩擦力增大，由此可消耗更多的动力，也可能使得棉卷停转。因此，要保证轧花产能，必须从工艺上控制付轧籽棉的回潮率。
