一种基于管道排杂理念的气流式籽棉清理机的研究

〔新疆天鹅现代农业机械装备有限公司，新疆五家渠831300〕

近几年，我国采摘棉花的工人越来越少，作为主要产棉区的新疆，正在大力推广机采棉，机采棉的比例逐年增大。棉花采摘的效率较手摘棉的效率有了很大的提高，但国内机采棉普遍存在的问题是：异性纤维（地膜）含量高、短纤维率高、含杂率较大、品级较差。针对这样的结果，籽棉预清理设备也在不断更新，并逐渐地应用于棉花加工生产线上。从棉花加工企业的生产线上调查发现，当下市场上的籽棉预清理设备多以机械式清理设备为主，机械式清理设备清理杂质效率虽高，但同时对棉花的棉纤维损伤极大。

为此笔者设计出一种基于管道排杂理念（利用空气流在物料输送管道的运动学及气体流动学原理）的产品——气流式籽棉清理机。

一、设备在棉花加工工艺过程中的理论安装位置（详见图1）

图1 棉花加工工艺过程中设备理论安装位置

二、产品设计理论基础

（一）气流输送

空气流在管道内流动时主要形成三种输送系统类型，即正压、负压及正负压混合系统。这些系统一般均采用通风机或鼓风机作为动力源。而棉花加工工艺过程中的外吸棉过程多采用负压输送系统。

（二）空气流在管道内流动时压力状态及其他理论概念

1.空气在管道中流动时存在着两种压力，即静压力和动压力。

（1）静压力（H静）

静压力有空气分子做不规则热运动所产生，它表明了空气受压缩的程度，在管道中对各个方向都作用力相等。

（2）动压力（H动）

空气分子做定向运动时而产生的压力，只作用在空气的前进方向。动压力实际上是运动空气具有的动能，永远为正值，静止的空气，动压为0。

动压与风速的关系：H动=（ρ∕2）V2（ρ=1.2 kg∕m3）

（3）全压力（H全）

静压力和动压力的代数和为全压力，静压有正、负之分，全压也有正、负之分。

（4）压力损失（H损）

根据能量守恒定律，则应有：H动1+H静1=H动2+H静2+H损；这种能量损失表现为压力的变化，叫压力损失。

2.气流输送流量。

单位时间内流过管道或设备某一截面的空气量。空气量以体积计算，称为体积流量。以符号Q表示，立方米/小时；理论公式：Q=V×S。

（三）籽棉及各种杂质（下面统称物料）在通有空气流管道内的运行状态

物料在外吸棉管道内运动状态有以下情况：①当气流速度很大时，物料全部悬浮，均匀地分布在气流中，呈悬浮状态；②当气流速度降低时，较重杂质会沉积在管的下部，但没有落在管壁上，整个截面上部物料稀松，下部物料密集，此时称为两相流动状态，即悬浮输送的极限状态；③当气流速度进一步降低，将有部分脱离气流悬浮层，沉积管壁上向前滑动。

参考籽棉的悬浮速度及输送速度：籽棉悬浮速度一般在9 m/s～12 m/s，输送速度一般在18 m/s～20 m/s。

三、设备基本构成及原理解析

（一）设备外形图示及内部构造装配图示（详见图2、图3）

图2 气流式籽棉清理机外形平面图

图3 气流式籽棉清理机原理图

（二）原理解析

1.工作原理。

货场籽棉由自动喂花机喂入管道，在通风机形成的负压输送系统下，籽棉被吸入管道，在气流的压力（H动）作用下，物料将继续沿管道输送，并加速到物料输送速度。当物料进入气流式籽棉清理机时，由于管道截面积（S）瞬间增大，因此，气流速度（V1）急速降低，并在设备管道形成的弯头作用下有压力地损失（H损1），气流速度（V2）再次降低。当到达设备转弯处时，物料在管道内的运行状态达到第二个阶段并通过弯口的离心作用，底层物料接触排杂刀，此时一些比较重的杂质（如尘土、秸秆、碎石等）被迫分离出籽棉。

籽棉转弯后气流速度（V3）再次降低，此时物料在管道内的运行状态达到第三个阶段，物料将沿排杂网板滑行，这样籽棉充分和网板接触。在物料与板网摩擦的过程中，籽棉中的部分杂质（如破籽、碎小秸秆、尘土、碎叶等）再次被迫排出籽棉。最后被分离出的杂质落入真空尘杂室内，由闭风排杂转子排出。

2.排杂系统结构构成。

（1）排杂刀（详见图4）

一台设备装有两套排杂刀，而排杂刀与排杂刀之间，排杂刀与封闭弧板之间的调节间隙为6 mm～8 mm。主要是利用物料在管道内输送方向发生改变时，物料输送速度降低，达到物料输送第二个阶段时底层物料接触排杂刀，通过排杂刀刀刃与前后间隙作用将杂质清理出籽棉。

图4 排杂刀三维结构图

（2）排杂网板（详见图5）

排杂网板是在不锈钢板或镀锌板上制作出6 mm×30 mm的长圆孔作为排杂孔，每个长圆孔之间的间隙在6 mm～8 mm。当物料沿网板滑行时，物料输送到第三个阶段，较重及浮在籽棉表面的杂质（尘土、碎叶、破籽等）在摩擦作用下被分离出籽棉。

图5 排杂网板结构放大图

四、结束语

随着机采棉的不断推广与发展，并结合近几年市场及各单位对棉花加工质量的要求不断提高，籽棉预处理工艺显得更加重要。笔者在此从理论上设计了一种基于管道排杂理念的气流式籽棉清理机，目前理论产品设计已经投入生产，并将逐渐地推广到棉花加工生产线中去。以上仅限于理论推论及计算，当产品投入使用后我们将不断采集设备现场使用数据，并不断提升、完善设备各方面性能，争取让理论的产品成为现实，为棉花加工行业创造更多的经济效益。☆