下吸风工艺在机采棉加工生产线中的应用

■ 刘宪坤 王韶斌 窦志鹏 侯秀祯 贾 杰

〔山东天鹅棉业机械股份有限公司，山东济南250032〕

随着人工成本的持续攀升和技术的迭代升级，机采棉种植面积迅速扩大，机采棉产量逐渐增高，机械采摘和清理加工等配套技术水平不断提高，加工工艺越来越完善，相应的机采棉加工的提质增效日益显现。与手摘棉相比，机采棉有很多棉秆、棉叶、铃壳会随着籽棉一同被采摘，具有杂质多、水分高、地膜等异性纤维含量高的特点，机采棉含杂率一般在10%～15%，回潮率一般在12%左右，给机采棉的清理及加工带来困难。为此机采棉的加工需使用不同于手稿棉的工艺及设备，使加工后的皮棉达到棉花标准的要求。

在机采棉加工行业规模扩大，加工速度大幅度提升的环境下，人们对棉花加工中的籽棉清理环节提出了更高的要求。2020年之前的下吸风籽棉清理工艺虽然保证了籽棉清杂的效果，但是杂质中掺杂了小花头造成籽棉的浪费。随着科技的进步、棉机设备质量的提升和棉花加工工艺的逐步完善，逐渐从根本上解决了下吸风籽棉清理机的漏风率高、格条栅掉小花头、排杂箱和吸风管道堵塞，风机叶轮磨损严重等问题，实现了高效、高质量清理籽棉的目的。

一、传统上进花工艺简介

传统上进花工艺是通过籽棉分离器里面的尘笼实现籽棉与气流分离，籽棉受自身重力作用进入下一道清理设备的机采棉加工工艺流程，风机用于籽棉分离器。上进花工艺是机采棉的传统工艺，也是从手摘棉生产线到机采棉生产线演变的一种经得起验证又适应市场需求的工艺。机采棉加工工艺中，一般配备异性纤维清理机（三丝机）、四至六道籽棉清理机、一或两道烘干、一或两道锯齿皮棉清理机，也可以根据实际加工要求和客户需求选择配置。同时，实现了籽棉从种植、采摘、储运、喂料到加工全程机械化、车间设备的初步自动化和管理的信息化。

二、下吸风工艺简介

传统的带籽分离器的上进花工艺是籽棉依靠风力吸入，通过分离器尘笼网的隔离以及闭风阀的阻风和旋转使籽棉落入籽棉清理机，籽棉是正压状态进入下一级籽棉清理机。下吸风工艺区别于传统的上进花工艺，不使用籽棉分离器设备，而用倾斜式籽棉清理机代替籽棉分离器，风力通过格条栅的间隙使籽棉清理机内形成负压状态，把籽棉吸入到设备中经过格条栅的阻挡和刺钉辊筒的打松，籽棉通过闭风阀的阻风和旋转排出籽棉清理机，籽棉在籽棉清理机中处于负压状态，杂质通过格条栅被吸入到卸料器（扩散箱或沙克笼）统一回收，风机直接作用于籽棉清理机。

三、下吸风工艺优势

与传统上进花工艺相比，下吸风工艺具有以下优势：

1.籽棉中的叶杂、尘土等从格条栅中被吸走一部分，减轻后续清理设备的负担，加工的白棉二级比例多；

2.设备是负压状态，工作环境较干净；

3.进风机之前，杂质物料先进入沙克笼或扩散箱沉降，干净的空气进入风机，减轻风机叶轮和外壳的磨损，降低除尘器的压力；

4.减少籽棉分离器数量，在同等籽棉清理道数的前提下，少制作一层平台，既减少了设备故障点，也降低了车间的高度，节约投资费用。

四、下吸风倾斜式籽棉清理机的结构特点

下吸风倾斜式籽棉清理机具体结构及组成部分如图1所示。

图1 下吸风倾斜式籽棉清理机结构图

（一）进花口

进花口截面积占籽棉清理机密封盖板的三分之一，截面积的突然扩大降低了籽棉的速度，减少了对棉籽的冲击，同时降低破籽率。

（二）格条栅

倾斜式籽棉清理机格条栅间隙距离为7.5 mm～8 mm，既保证透风率使籽棉顺利地进入设备内部，又可以让杂质被风吸走，同时尽可能地避免掉落小花头。格条栅表面采用冷拔圆钢喷塑工艺处理，保证了光滑性，不勾挂籽棉。格条栅的隔板与隔条相交处全部焊接处理，大大减小了隔条变形，减少了籽棉或石子卡住的情况。为使籽棉与隔条栅接触更加顺滑无阻碍，格条与隔板相对位置调整，隔板半包围格条，使格条完全露出，隔板不与籽棉接触，既减少了刺钉和隔板的间隙损坏棉籽的可能性，又保证了刺钉和格条的间距。格条栅格条与隔板位置关系及格条栅结构如图2和图3所示。

图2 格条栅格条与隔板位置关系图

图3 单件格条栅结构图

（三）吸杂口

两侧挡板往里倾斜，形成一个收口状态，目的是减少两侧的杂质沉积。根据伯努利原理：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大的特性，气流走直线的时候风速最高，两侧的风速较低，风压增高可以带动杂质往中间移动。

（四）出花口

为保持倾斜式籽棉清理机内部负压状态，设备出花口必须与闭风阀直接连接，依靠闭风阀转子的密封胶板起到密封作用，再通过转子的转动把籽棉输送出设备。闭风阀的结构非常重要，一般要做到上进花的口大，下出花的口小，才能起到良好的闭风作用。同时，密封胶板的选择也非常重要，密封胶板太软难以闭住风，胶皮磨损厉害；太硬则增大了转子的阻力，时间长了容易把壳体磨坏。

五、下吸风工艺的结构特点

要提高设备的清理性能，达到设备的最佳工作状态，进花管道和排杂管道的选择是关键因素。

（一）进花管道的选择

为了使倾斜式籽棉清理机的进花更加均匀，需要采用双管道进花，在进花口设置分配组件——双进花可调式三角箱，根据籽棉在双管道中的具体分配情况进一步调节籽棉的走向。双进花可调式三角箱与水平方向呈30°～40°夹角，成团籽棉在落入下吸风倾斜式籽棉清理机前受到冲击打散，形成天女散花状态的单粒籽棉更有利于清理。倾斜式籽棉清理机上盖也可做成隆起形，进花口在隆起最高处，两边逐渐降低，可使籽棉进入籽棉清理机时风速迅速降低，出花口不回吸籽棉。

（二）排杂管道的选择

倾斜式籽棉清理机排杂箱连接吸风管道，使用双三角箱吸风可保证吸风的均匀性，且在双三角箱之间留有约10 mm宽的长条补风口，通过补风的方式防止杂质沉积于三通分叉处。排杂管道补风口如图4所示。

图4 排杂管道补风口示意图

（三）倾斜式籽棉清理机排杂口与风机进风口连接方式的选择

整条机采棉加工生产线中，倾斜式籽棉清理机安装于原内吸棉分离器的位置，可根据具体工艺选择配置一道下吸风或二道下吸风。倾斜式籽棉清理机与风机进风口在工艺中的连接方式有以下两种：

1.物料先过风机。

籽棉经过倾斜式籽棉清理机清理后排出的杂质，先经过物料直板风机，再进入沉降器，如图5所示。沉降器一般有沙克笼和扩散箱供选择。为统一比较，暂以沙克笼示意。

图5 物料先过风机的连接方式

倾斜式籽棉清理机与风机以第1种方式连接，虽然风机直接吸走杂质，但杂质通过了风机叶片，为此须选用更为耐磨的直板风机，风机出口排出的杂质进入沙克笼沉降后排出。

2.物料先过沉降器。

倾斜式籽棉清理机排出的杂质，先经过沙克笼，再进入高压风机，这种连接方式沙克笼下口必须配置闭风阀以保证系统内部不泄压，如图6所示。

图6 物料先过沉降器的连接方式

倾斜式籽棉清理机与风机以第2种方式连接，杂质先通过沙克笼沉降，风机吸走不含杂质的气流，既减少了风机叶轮和外壳的磨损，又避免了风机叶轮挂杂质或棉绒引起风机震动情况的发生，延长了风机的使用寿命。风机出口可直接连接除尘器或沙克笼，干净的气流对除尘器也起到一定的保护作用。由于此种连接方式中的沙克笼前置于风机，气流压降大于第1 种连接方式，因此须选用压力大于5 000 Pa的高压风机。

六、下吸风工艺提升方向

自2020年开始，机采棉加工下吸风工艺已在南北疆逐步推广开来，结合其他先进设备和自动化控制，如自动开模机、自动喂花系统、烘干温度在线调整、高速皮棉清理机、快速打包机、自动码包机等应用于机采棉加工生产线上，既提升了籽棉清理效率，提高了皮棉加工质量，又减少了人工、降低了工作强度，改善了轧花车间内工作环境，取得了良好的经济和社会效益。虽然下吸风工艺已推广两年多，得到了绝大多数用户的认可，但是因安装不规范，如进花管道和排杂管道安装不标准、沙克笼制作材料的选用和尺寸的把握不到位、管路直径和路线导致的杂质沉积等，无法使籽棉清理机和下吸风工艺达到其应有的效果。我们将继续制定实施规范化、标准化的下吸风工艺安装要求，并进一步优化杂质沉降器的结构，使下吸风工艺趋于成熟完善，更好地应用于机采棉加工生产线，大幅提升棉花加工质量。