机采棉试样杂质清理机的设计与研发

2023-12-11■钟珂

中国棉花加工 2023年5期

■ 钟珂

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州 450004〕

目前我国新疆棉花种植、采收以机采棉为主，在对机采棉试样进行试轧分析判定含杂率时，需要提前手工挑拣出来机采棉中的棉铃壳、棉秆进行含杂测定，增加了棉花检验员的工作量，不利于籽棉收购工作的快速开展。笔者认为需要研发一种机采棉试样杂质清理设备，清理棉铃壳等大杂质并进行收集，便于后续试样的衣分试轧与杂质分析。这样既减少了棉检员的工作量，又缩短了籽棉检验时间，能够有效保证籽棉收购工作的快速开展。

一、研发思路

（一）对机采棉加工工艺中的开松清理原理进行研究分析

在机采棉加工工艺中，通过多道工序对籽棉进行开松和除杂，一道气流皮棉清理和两道锯齿皮棉清理来保证最终皮棉的含杂率不超标。因为籽棉清理越充分，后道工序含杂率越小，还可减少皮棉清理的次数来降低锯齿对纤维的损伤，所以在机采棉生产工艺中非常重视籽棉清理。所有的机采棉生产线都配备了籽棉烘干设备，大部分都配备了二道烘干工艺，降低籽棉回潮率能使纤维和杂质易于分离。棉花加工生产线中的倾斜式清理机（图1）和回收式清理机（图2）主要开松和清除棉秆、棉叶、沙石等杂质。籽棉清理机的主要清理部件是刺钉辊筒（图3）和格条栅，笔者认为该原理成熟、结构可靠，可以用在机采棉试样杂质清理机中，根据产量对比来初步确定杂质清理机的幅宽、辊径、转速等参数。

图1 倾斜式清理机

图2 回收式清理机

图3 刺钉辊筒

（二）对机采棉加工工艺中铃壳清理原理进行研究分析

在机采棉加工工艺中设置有提净式籽棉清理机（图4），其主要清理部件是钢丝刷、U形齿条辊与尘棒（图5），钢丝刷将棉层压附在高速转动的U形齿条辊上，齿条带动棉纤维高速转动与U形齿条辊周边布置的多组尘棒进行多次强力冲击，将籽棉中所含的棉铃壳抖落，达到去除棉铃壳的目的。在籽棉收购检验过程中，因为在籽棉试轧前需要把样品中的棉铃壳提前手工去除，所以在机采棉试样大杂清理机中必须包含去除铃壳的功能。笔者通过考察机采棉加工工艺中的提净式籽棉清理机，认为除铃壳原理成熟、结构可靠、效果明显，可运用到机采棉试样杂质清理机的设计中。在具体设计时考虑到处理的检验棉样质量不大，可减小U形齿条辊的幅宽等参数合理地利用到杂质清理机的设计中。

图4 提净式籽棉清理机

图5 钢丝刷、U形齿条辊与尘棒

（三）对轧花机等设备的喂棉原理进行研究分析

在棉花加工工艺中，籽棉从外部或上道工序喂给轧花机进行加工的过程就是喂棉。在机采棉生产线中，籽棉是由卸料器直接通过输棉管道输送入清理机的，喂棉方式比较简单直接；轧花机则有明显的喂棉装置，由一组翼片式给棉罗拉（图6）组成，两辊相向低速转动，将储棉箱中的棉层均匀握持送入轧花机。笔者认为机采棉杂质清理机应设置给棉装置，理由如下：为了避免大团的籽棉突然进入造成堵车和增加设备负荷，籽棉逐步进入机体可使下一步的工序平稳有序，开松、除杂、除棉铃壳效果也会更好，给棉罗拉喂给速度较慢且遮蔽了下面的高速开松辊，能够保证人员在喂棉时的安全。经过研究分析，笔者认为轧花机的喂棉装置结构可以在杂质清理机中合理应用。

图6 轧花机给棉罗拉

二、研发难点

（一）除杂效果的确定

由于机采棉生产工艺中籽棉清理部分是多台机组、多道工序先开松再除杂层层递进的组合，除杂工艺复杂、设备相对多、空间大、籽棉滞留时间长。棉检室使用的机采棉试样杂质清理机需要在一台规格有限制的设备中实现喂棉、除杂、除棉铃壳等多种功能，受设备空间和滞留时间有限的影响，理论上比生产线效率低。如何使这样一台小型设备的效率尽量贴近生产线的效率是设计的难点，需要仔细研究。

（二）设备尺寸的确定

机采棉试样杂质清理机使用环境是棉花检验室。目前，新疆大部分棉花检验室的空间有限，清理机的宽度应适应大部分门框，整机最大宽度应小于800 mm。棉花检验员多半为女性，考虑到身高问题，在喂籽棉试样时将籽棉入口的高度不应设计太高，这样就限制了整机的高度，在初步设计时，由于含有去棉铃壳和除杂功能，因此设备高度较高，若要降低高度就必须压缩U形齿辊的直径，则尘棒的配置较少降低了除铃壳效果。

（三）试样棉花品质一致性的保护

在棉花加工工艺中，籽棉在各种清理设备中被清理时，品质并不会受到太大的影响。因为试样除杂后还要进行衣分试轧、纤维长度测定等检验操作，所以对试样棉花品质的一致性保护也是研究的难点，需要以棉花加工工艺上籽棉清理设备的经验数据为基准，多次进行实验调整找到合适的解决方法。

三、机采棉试样杂质清理机的工作原理

机采棉试样杂质清理机（如图7所示）工作原理：试样籽棉从上方籽棉入口进入设备，通过给棉罗拉1、2开松，将籽棉握持均匀地送入U形齿条辊3、6、10，经过钢刷4、7、11的梳压，使籽棉均匀、紧密地钩拉在U形齿条辊上，带动籽棉高速转动与U形齿条辊周边布置的多组尘棒5、8、9、12、13进行多次强力冲击，达到去除部分棉铃壳、棉秆等杂质的目的，清除掉的棉铃壳等杂质通过下方的杂质收集盒1收集待用。为了防止籽棉一直缠绕在U形齿条辊上，毛刷辊14、15在除杂过程中会尽量减少籽棉在设备内驻留，减少设备堵塞的可能。经过U形齿条辊清理后的籽棉随后进入倾斜刺钉辊组16，配合格条栅17进行杂质清理并把清理完成的籽棉送到籽棉出口，清理出的杂质进入下方的杂质收集盒2，机采棉试样杂质清理工作完成。

图7 机采棉试样大杂清理机剖面图

综上所述，机采棉试样杂质清理机的主要工作流程分为三步：第一步，试样籽棉喂给入口后通过一组给棉罗拉进行开松；第二步，籽棉在进行开松的同时通过3组U形齿条辊和尘棒的配合去除棉铃壳；第三步，通过5个倾斜刺钉辊和格条栅的组合去除叶杂和其他较小的杂质。这三步把成团的试样籽棉开松为颗粒状的籽棉，既保护了籽棉纤维长度，又去除了大量杂质，为后面的衣分试轧和含杂分析工作减少了干扰，提高了机采棉试样的含杂检验精度。