带智能自适应跟随控制系统的低损伤皮棉清理机技术研究

2020-09-07

中国棉花加工 2020年2期

〔邯郸金狮棉机有限公司技术中心，河北邯郸056046〕

锯齿皮棉清理机是机采棉加工工艺中的重要加工设备，在棉花加工生产线中与锯齿轧花机相连，用于清除皮棉中的杂质与疵点，改善皮棉的外观形态，提高皮棉质量。评价锯齿皮棉清理机性能最关键的技术指标是产量、清杂效率、棉纤维损耗、棉纤维损伤和吨皮棉耗电等指标，而直接影响皮棉质量的是清杂效率、棉纤维损耗、棉纤维损伤等指标。根据锯齿皮棉清理机的工作原理，这些指标之间既有一定的关联性，又是矛盾体。提高清杂效率会增加棉纤维损耗和棉纤维损伤；提高关键部件刺辊的表面线速度可以提高清杂效率，但是会增加棉纤维损伤。本次技术研究旨在通过创新锯齿皮棉清理机的结构，优化关键零部件的结构参数和运行参数，全面采用现代计算机技术、自动检测技术和智能控制技术，创建智能自适应跟随控制系统，寻找清杂效率、棉纤维损耗、棉纤维损伤三个关键指标的平衡点，达到保持棉纤维原生品质、降低纤维损伤、提高皮棉质量的目标。

一、关键结构及主要部件技术参数研究

锯齿式皮棉清理机整体结构主要由集棉给棉部、清理部、刷棉部组成。清理部是影响棉纤维损耗、棉纤维损伤和含杂率高低的关键部位，见图1。我们将重点研究刺辊排杂区域的控制和排杂刀的布置。

图1 皮棉清理机清理部主要结构

按照锯齿皮棉清理机的结构原理，刺辊的直径大小决定了刺辊排杂区域空间的大小，也决定了排杂刀位置、数量及角度等结构参数。选择刺辊直径大小要基于以下几点：一是为了减少刺辊钩拉对棉纤维的损伤，应避免采用双刺辊或多刺辊的结构，通过多次钩拉棉纤维来降低含杂率；二是在刺辊一次钩拉棉纤维的情况下，应尽量选择较大的刺辊直径来获得较大的排杂区域空间，但应同时考虑设备的整体结构不能太庞大以及设备的制造成本等因素，使设备具有较高的性价比。

（一）刺辊直径的选择

我们总结了刺辊直径为400 mm的传统产品的使用经验和效果，在此基础上提高清杂效率，通过模拟分析计算并进行了试验台试验验证，兼顾设备性价比等因素，认为选择600 mm的刺辊直径可以达到较好的效果。

（二）刺辊转速的选择

锯齿皮棉清理机的刺辊是高速旋转的部件，皮棉在被刺辊齿条钩拉和与排杂刀撞击的过程中，在排除杂质的同时纤维会受到不同程度的损伤，同时也会排出少量棉纤维，造成棉纤维的损耗。本技术研究以追求棉纤维低损伤为核心出发点，开展皮棉清理加工机理的深入研究，为实现皮棉清理优质和低损平衡的目标，我们反复试验比对刺辊的转速，最终确定合理的技术参数范围。

（三）排杂区域内排杂刀的布置

沿刺辊圆周方向布置的排杂刀的数量和相互之间的间距，构成了排杂区域。排杂区域的大小是影响皮棉加工质量的重要因素。排杂区域大有利于杂质的排除，但可能造成纤维与刺辊的脱离，增加棉纤维损耗；排杂区域小，杂质难以与皮棉分离，造成皮棉含杂率高。

试验表明，在一定空间内，排杂刀的分布和位置布置非常关键，第一把排杂刀离给棉罗拉越远，或排杂刀之间距离越远，排杂区域将越长，刺辊钩拉的棉纤维和带动的气流层随排杂区长度的增大而逐步远离刺辊，杂质越易运动至外层，在遇到排杂刀时越易被切割冲击下来，提高排杂率。

排杂刀与刺辊齿条的间距越小，排杂刀对杂质的切割冲击作用越强烈，杂质越易排出，但也易排落纤维，增加纤维损耗。我们以与刺辊齿条0.8 mm和1.6 mm两种间隙的排杂刀位置进行实验，最终结论是0.8 mm的间隙会对棉纤维造成更大的损害，皮棉损伤更大，而清理效果并没有提高很多，经过实验对比，平衡各影响因素，排杂刀刀刃与刺辊齿条间距一般选定为1～1.6 mm为宜。

根据排杂区域空间的大小，结合上述排杂刀布置所形成的两刀之间空间大小对排杂和纤维损耗的影响分析，在现有空间内采用8把排杂刀能够达到较为理想的效果，见图2。

图2 新型皮棉清理机排杂区域示意图

二、智能自适应跟随控制系统研究

集棉给棉部的作用是为清理部输送一定厚度的棉胎，其均匀程度与厚薄影响清理部刺辊对棉纤维的钩拉效果，进而影响刺辊齿条对棉纤维的分梳效果，最终影响到清杂效果和皮棉质量。如果棉胎不连续或厚薄不均匀，还极易造成刺辊齿条对棉纤维钩不实、钩不牢，棉纤维随刺辊高速旋转时随杂质被甩出，造成棉纤维损耗。本次研究的重点方向是把轧花机与皮棉清理机关联起来，创建智能自适应电气控制系统。该系统能根据轧花机产量的高低，自动调整皮棉清理机集棉给棉部的棉胎厚薄和给棉速度；根据皮棉在线质量检测工作站反馈的质量数据，自动调整刺辊钩拉棉纤维的强度和速度，达到棉纤维低损伤的目标，使皮棉清理机关键性能指标更加优化平衡。

现代监测与检测技术、变频技术、现代计算机控制技术为智能自适应跟随控制系统的创建提供了保障，皮棉在线质量检测工作站监测的皮棉质量数据也为该智能控制系统提供了数据支撑。