刺钉辊筒式籽棉清理机结构功能及清杂效率分析

张亚欢 张禄坤

〔邯郸金狮棉机有限公司技术中心，河北邯郸 056046〕

随着机采棉技术的不断发展，机采棉采净率不断提高，但同时也有更多的杂质如棉秆、铃壳混入籽棉之中，使得机采棉含杂率非常高。机采棉加工工艺日趋完善，针对不同杂质配套使用不同的机采籽棉清理设备，目前基本采用异纤棉叶清理机、倾斜式籽棉清理机、回收式籽棉清理机、清铃机及组合式籽棉清理机等。籽棉清理设备的构成不外乎刺钉辊筒与格条栅、齿条辊筒与排杂棒两种基本清理单元的不同的排列组合。各清理设备在整个机采棉加工过程中分别承担着不同的作用，相互衔接配合，完成对机采籽棉的清理加工。六个刺钉辊筒与格条栅按照一定的角度排列，组成倾斜式籽棉清理机。倾斜式籽棉清理机是籽棉清理设备中比较简单、可靠的机型，其功能、作用往往被忽视，本文以倾斜式籽棉清理机为例，对刺钉辊筒式籽棉清理机的结构功能及清杂效率进行分析。

一、倾斜式籽棉清理机的结构

（一）倾斜式籽棉清理机（卸料器喂入式）结构（如图1所示）

（二）倾斜式籽棉清理机（负压引风喂入式）结构（如图2所示）

图2 倾斜式籽棉清理机（负压引风喂入式）结构图

二、倾斜式籽棉清理机的结构工作原理

倾斜式籽棉清理机（卸料器喂入式）由籽棉卸料器经进棉口将籽棉喂入清理机；倾斜式籽棉清理机（负压引风喂入式）由风机吸入籽棉，经进棉口喂入清理机。喂入的籽棉在刺钉辊筒的冲击作用下被打击由下至上滚动向前。与此同时，籽棉被开松、振动，黏附在籽棉表面的外附杂质在重力、离心力的作用下，经过格条栅的磨擦、撞击后，从格条栅间隙中排出，排出的杂质给卸料器喂入溜杂斗进入排杂绞龙排出机外。负压引风喂入式的杂质随引风经风机排至沙克龙，经过清理的籽棉进入下一道工序，完成整个清理过程。

三、倾斜式籽棉清理机的功能作用

（一）清杂

籽棉在刺钉辊筒的冲击及格条栅的摩擦撞击等作用下，籽棉中的碎叶、尘土、部分不孕籽等细小杂质被排出。

（二）开松

众所周知，只有物料蓬松才有利于异物的排出和水分的去除，该机工作时籽棉经进棉口进入，沿刺钉辊筒上沿被刺钉辊筒打击抖动至最低的刺钉辊筒，再在刺钉辊筒的打击下从刺钉辊筒与格条栅之间，由下至上排落部分杂质后进入下道清理，期间籽棉在刺钉的打击下变得蓬松，为后续提高清杂效率和烘干效果打下了基础。

（三）轴向均布

只有物料沿设备轴向分布均匀时，才能充分发挥设备的性能，达到设备的最佳效能。当籽棉经过该机时，若因为引风跑偏造成籽棉轴向分布不均时，在刺钉辊筒的旋转打击作用下经过辊筒与格条栅的定间隙，基本能够保证籽棉进入下序时的轴向均匀分布，为下序清理提供方便。尤其是当下序是清铃机时，受清铃机本身的设备结构特性影响，轴向分布越均匀，清铃效果越好。

（四）卸料与排尘

前些年受钢材、风机等其它因素的影响，机采棉加工大多采用卸料器喂入式倾斜式籽棉清理机。近几年随着人们对皮棉质量和环保要求的提高，为提高清杂效率和降低车间的粉尘含量，负压引风喂入式倾斜式籽棉清理机逐步受到用户的青睐。当籽棉经过该机时在刺钉辊筒及气流的双重作用下，附着在籽棉上的叶杂及尘土被更多地排出，同时在风机的作用下设备内部为负压，为此减少了因设备密封不严造成的尘土溢出，改善了车间环境。

（c）截面边长10 mm 的方形格条和6.5 mm 的间隙

四、影响籽棉清杂效率的因素分析

（一）籽棉品种、杂质特性和含水、含杂量的影响

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（二）生产率高低的影响

在籽棉沿设备轴向分布均匀的情况下，单位时间内清理籽棉的数量越多，清杂效能越低；反之，生产率低，清杂效能就高，但成本增加。

在籽棉清理过程中，除籽棉本身含杂率、品种特性、杂质性质等因素的影响外，含水率的高低对清杂效率的高低影响最大。对于含水率低的籽棉，籽棉和杂质间的黏附力小，杂质容易清除，则清杂效率高；反之，籽棉含水率高，清杂效率低。对于含杂率高的籽棉，清花机的清杂效率高；反之，籽棉含杂率低，清杂效率就低。

（三）设备本身辊筒数量、转速、直径、布置方式等因素的影响

实验结果如表1所示。

（四）设备本身零部件的结构对清杂效率及纤维损伤的影响

1.刺钉的结构形状（如图3所示）。

籽棉清理设备的清理网面经历了从手摘籽清用的铁丝编织筛网到钢板冲孔筛网（有圆孔或长孔）、格条栅（圆钢或扁钢组成的条孔）的发展变化。一般来说，钢板冲孔网的清理系数最低，铁丝编织网矩形孔的清理系数最高，但是需要保持网面的清洁畅通，同时保证网面不变形，这样才能维持辊筒与网面的间隙，达到清杂效率。格条栅的清理系数虽然不是最高，但是实际清杂效能却比铁丝编织的清杂效能高。原因是杂质、僵瓣比较容易从条孔中排出，格条栅的表面不易堵塞且刚度好不变形，另外格条栅与籽棉间的摩擦要大于铁丝编织网。目前，机采清理设备全部采用格条栅的形式。

图3 刺钉的结构

以前机采棉清理设备辊筒的刺钉均采用平头形式，而随着技术的发展及对皮棉质量和纤维损伤及精细化要求的提高，通过比对发现采用圆头锥钉对提高清杂效率、减少纤维损伤有一定的影响，为此近年推出的所有设备的刺钉辊筒均采用圆头锥钉。

（a）截面直径10 mm的圆形格条和8 mm的间隙

平头（图a），圆头锥钉（图b）。

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在近些年的生产和实践过程中，针对不同的格条栅结构形式（如图4所示）做了大量的实验。

2.格条栅的结构形式。

（b）截面边长6.5 mm 的方形格条和10 mm 的间隙（平面朝上布置）

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（d）截面边长6.5 mm 的方形格条和10 mm 的间隙（方尖角朝上布置）

（e）截面边长10 mm 的方形格条和6.5 mm 的间隙（方尖角朝上布置）

图4 不同类型的格条栅结构

这些参数在设备研发时，设计人员均已进行了最优化设计，一般对于定型产品，其清杂效率是相对稳定的。

表1 不同类型的格条栅的实验数据

通过实验数据对比，我们可以看出格条间隙的增大，虽然提高了清杂效率，但是会造成纤维损耗。选用圆形隔条既可以保证清杂效率，又能减少纤维损耗，保证加工利益的最大化。目前，与刺钉辊筒配套的全部采用圆形格条栅结构形式。

3.刺钉辊筒结构形式（如图5所示）。

图5 刺钉辊筒结构

目前清花辊筒大多为圆形辊筒，因其冲压成型表面光滑且刚度好，所以普遍应用。两片连接板扳边既保证了辊筒的密封又起到了加强筋的作用，同时形成了刺钉辊筒的扶板，在辊筒旋转过程中起到拨棉作用，防止棉花滞留阻塞。同时，加大了辊筒表面气流，在气流经过格条栅时对黏附在籽棉表面的尘杂起到吹刷作用，同时清理格条栅表面，保证辊筒与格条栅之间清洁畅通，以达到最佳清理效果。

由图6可知，附加一个闭环零点，超调量增大，上升时间和峰值时间下降。并且闭环零点越远离虚轴，系统超调量越小。

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通过实验数据对比，再在其它位置增加扶板数量并不能提高清杂效率，反而增加了成本，为此目前的刺钉辊和圆形隔条配套是比较理想的。

以上是笔者在工作中对机采棉籽棉清理方面的一点体会，总结出来与大家共享，不当之处请指正。

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