熱風(fēng)伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機(jī)的設(shè)計(jì)

■王殿欽 王澤武

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

機(jī)采棉相比手摘棉具有高效、低成本、高收益的顯著優(yōu)勢。機(jī)采棉和手摘棉生產(chǎn)線的最主要工藝區(qū)別是對(duì)籽棉和皮棉增加了烘干和清理的次數(shù)，而在過度干燥的情況下還需要增加加濕工藝。目前，新疆發(fā)展機(jī)采棉生產(chǎn)的勢頭強(qiáng)勁，機(jī)采棉加工技術(shù)也在新疆棉區(qū)得到迅速推廣。

一、機(jī)采棉加工技術(shù)存在的問題

在初步掌握機(jī)采棉加工技術(shù)后，對(duì)機(jī)采棉籽棉如何保持棉纖維原生品質(zhì)成為棉花加工關(guān)鍵技術(shù)的瓶頸。通過對(duì)棉花加工過程中影響棉纖維原生品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，減少棉纖維損傷、疵點(diǎn)和短纖維率，降低棉花中的雜質(zhì)含量，有效保護(hù)棉花資源，最大限度地提高棉花資源的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。最終通過對(duì)影響棉纖維原生品質(zhì)的籽棉干燥、籽棉清理、軋花、皮棉清理環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)研究開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)棉花精細(xì)化加工，減少加工過程對(duì)棉纖維原生品質(zhì)的損傷，提高棉花加工質(zhì)量，降低紡織用棉成本。

機(jī)采棉的含雜量與回潮率遠(yuǎn)大于手摘棉，在棉纖維品質(zhì)上也稍遜色于手摘棉。基于機(jī)采棉的這些特點(diǎn)，人們認(rèn)識(shí)到機(jī)采棉的籽棉烘干和清理工藝的合理與否，設(shè)備本身性能的優(yōu)劣及配置的合理與否將直接影響到棉纖維原生品質(zhì)。對(duì)機(jī)采籽棉的烘干和清理工藝的研究與相應(yīng)新型設(shè)備的開發(fā)也將是目前急迫的任務(wù)。

二、目前機(jī)采棉的烘干與清理工藝

1.目前的機(jī)采棉烘干工藝。

由于機(jī)采棉的含雜量與回潮率遠(yuǎn)大于手摘棉，因此，機(jī)采棉加工工藝中的籽棉烘干環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵。軋花過程對(duì)籽棉的回潮率非常敏感，回潮率的增大會(huì)導(dǎo)致軋花困難，產(chǎn)量降低。在軋花環(huán)節(jié)應(yīng)用烘干，就是為了控制付軋籽棉的回潮率。烘干過的棉花加工成皮棉后外觀形態(tài)非常好，色澤、手感等主觀因素表現(xiàn)較好，品級(jí)較高。但過度的烘干會(huì)使棉纖維水分過低，在纖維體積、比重、摩擦系數(shù)、導(dǎo)電性、彈性、強(qiáng)度、色澤等方面也會(huì)發(fā)生一系列變化。這些變化均可直接或間接影響軋花工藝的正常運(yùn)行和皮棉質(zhì)量。

圖1 機(jī)采棉軋花工藝流程圖閥

圖1是目前廣泛應(yīng)用的機(jī)采棉軋花工藝流程，籽棉經(jīng)通大氣閥1、重雜物分離器2、籽棉分離器3和籽棉自控箱4進(jìn)入脈沖—擱板增熱式烘干機(jī)5進(jìn)行第一道烘干。由于機(jī)采籽棉中的雜質(zhì)與水分含量較大，雜質(zhì)與纖維通過水的作用黏結(jié)力較強(qiáng)，盡早地烘干籽棉利于清理雜質(zhì)。被初步烘干的籽棉進(jìn)入傾斜式籽棉清理機(jī)6、提凈式籽棉清鈴機(jī)7進(jìn)行清理，烘干氣體帶走籽棉中的部分水分通過塵籠脫離籽棉排入沙克籠。貨場籽棉存放在不同的垛位、放置的時(shí)間長短等原因會(huì)導(dǎo)致長時(shí)間進(jìn)入生產(chǎn)線的籽棉回潮率差異較大。如果頭道的烘干還達(dá)不到軋花機(jī)所適合的7%～9%的水分，就應(yīng)進(jìn)行二次烘干，使籽棉回潮率均勻，通過進(jìn)一步清理后穩(wěn)定地喂給軋花機(jī)12。

當(dāng)然，也不是說烘干時(shí)間越長、烘干溫度越高，烘干效果就越好。因?yàn)楝F(xiàn)有籽棉干燥系統(tǒng)（如圖1）烘干時(shí)間越長，系統(tǒng)風(fēng)運(yùn)路程越長，風(fēng)運(yùn)阻力也就越大；同時(shí)塔體表面積增大，散熱就越多，結(jié)果是耗費(fèi)的電能及熱能也越多，成本增大。要想減少烘干時(shí)間并達(dá)到烘干的效果則只有提高烘干的溫度，而現(xiàn)有的籽棉干燥系統(tǒng)工作溫度高時(shí)會(huì)損傷甚至破壞棉纖維原生蠟質(zhì)層，導(dǎo)致棉花可紡性差，所以研究保持蠟質(zhì)層不被破壞的中低溫干燥技術(shù)及新型烘干設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急。

2.目前的機(jī)采棉清理工藝。

圖1中機(jī)采棉比手摘棉增加了籽棉預(yù)清理系統(tǒng)。一般的情況是增加傾斜式籽棉清理機(jī)6和提凈式籽棉清鈴機(jī)7的應(yīng)用。傾斜式籽棉清理機(jī)6與手摘棉中的傾斜式籽棉清理機(jī)是完全一樣的；針對(duì)機(jī)采棉鈴殼較多的情況，在籽棉預(yù)處理系統(tǒng)中特設(shè)了提凈式籽棉清鈴機(jī)。近幾年，各種自動(dòng)喂花機(jī)、清異纖機(jī)也加入了機(jī)采棉的工藝流程。這些自動(dòng)喂花機(jī)、清異纖機(jī)也大都兼具對(duì)籽棉的開松與清理功能。

由于機(jī)采棉的成熟度不如手摘棉，因此，纖維強(qiáng)度也低于手摘棉。而機(jī)采棉在生產(chǎn)線中又經(jīng)過了遠(yuǎn)多于手摘棉的刺釘輥的反復(fù)打擊、搓揉和齒條輥的多次強(qiáng)力鉤拉，這個(gè)過程造成了棉纖維干體的損傷及纖維長度的變短，同時(shí)索絲、疵點(diǎn)和短纖維率也大量增加，嚴(yán)重影響了棉纖維原生的品質(zhì)。減少機(jī)采棉加工過程對(duì)棉纖維原生品質(zhì)的損傷，實(shí)現(xiàn)棉花精細(xì)化加工，提高棉花加工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)最大限度地提高棉花資源的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，也要求我們對(duì)機(jī)采棉的清理進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出新型高效的適合機(jī)采棉的清理設(shè)備。

三、熱風(fēng)伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機(jī)的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路。

若機(jī)采棉生產(chǎn)線中的籽棉清理機(jī)具有烘干功能。籽棉在清理時(shí)烘干、烘干時(shí)清理，使籽棉能在開松、翻滾時(shí)受熱均勻并及早落雜；烘干、開松、清理互相促進(jìn)達(dá)到事半功倍的效果，這樣效率會(huì)超過順序配置烘干機(jī)+清理機(jī)的效果，達(dá)到高效的可能。在生產(chǎn)線中減少刺輥對(duì)籽棉的打擊次數(shù)是減少纖維長度的變短、損傷，降低索絲、疵點(diǎn)、短纖維含量，保持棉纖維原生品質(zhì)的主要手段。若機(jī)采棉生產(chǎn)線中的籽棉清理機(jī)同時(shí)具有烘干和清理的高效功能，在生產(chǎn)線中可減少普通傾斜式籽棉清理機(jī)的配置，減少刺釘輥筒的數(shù)量以降低對(duì)籽棉纖維質(zhì)量的不良影響。

2.總體結(jié)構(gòu)及工作原理。

圖2 總體結(jié)構(gòu)示意圖

籽棉經(jīng)進(jìn)棉口1被吸入卸料器2中完成氣纖分離。籽棉下落至本機(jī)，被分流板5分成兩路喂給刺釘輥筒11，在刺釘輥筒11與格條漏底12的相互作用下對(duì)籽棉進(jìn)行清理。每個(gè)刺釘輥筒11和格條漏底12是一個(gè)清理單元，一個(gè)清理單元清理完成后會(huì)將籽棉拋射向下一個(gè)清理單元；熱風(fēng)從熱風(fēng)進(jìn)口3（2處）進(jìn)入本機(jī)，對(duì)籽棉進(jìn)行伴隨烘干，在清理單元將籽棉拋射向下一個(gè)清理單元時(shí)，熱風(fēng)對(duì)籽棉流進(jìn)行穿透烘干。經(jīng)過清理單元和熱風(fēng)反復(fù)作用，多次加強(qiáng)烘干和清理的效果；雜質(zhì)從格條漏底12漏出，通過落雜斜板13滑入落雜箱7中，通過排雜絞龍15、排雜閉風(fēng)器16經(jīng)雜質(zhì)出口17排出本機(jī)。在清理時(shí)會(huì)有部分熱氣通過格條漏底12進(jìn)入落雜箱7，落雜箱7的外箱體覆有保溫層8，其實(shí)落雜箱7兼具了落雜箱和保溫箱的作用。保溫氣體在落雜箱7中形成動(dòng)態(tài)的保溫層，保溫氣體通過可調(diào)余熱出口4排出本機(jī)。

經(jīng)多次伴隨、穿透式烘干及多組清理單元清理后，籽棉落入本機(jī)下方的儲(chǔ)棉箱19內(nèi)。儲(chǔ)棉箱19暫時(shí)儲(chǔ)存一定量的籽棉，通過給棉羅拉20達(dá)到均勻喂給下臺(tái)機(jī)的目的。同時(shí)儲(chǔ)存箱19中的一定量的籽棉也起到閉風(fēng)的作用，籽棉在儲(chǔ)存箱19中可繼續(xù)被烘干。

籽棉在完成清理和烘干后隨熱氣進(jìn)入落棉斗21，在落棉斗21處被后方的風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽吸至下臺(tái)卸料器，在下臺(tái)卸料器塵籠處水蒸氣與籽棉徹底分離，烘干工作結(jié)束。

3.本機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

（1）本機(jī)綜合了擱板式烘干機(jī)和傾斜式清理機(jī)的原理，使籽棉能在一臺(tái)設(shè)備中既烘干又清理，實(shí)現(xiàn)2臺(tái)不同設(shè)備的功能。

（2）根據(jù)烘干理論，烘干氣流與物料的速差越大則烘干效果越好。傳統(tǒng)的烘干機(jī)對(duì)籽棉是全程伴隨式，在輸送物料的同時(shí)進(jìn)行烘干，速差很小。本機(jī)中清理時(shí)，籽棉運(yùn)行速度9～11 m/s，進(jìn)熱風(fēng)速度按16 m/s計(jì)算時(shí)有近5 m/s的伴隨速差。同時(shí)熱風(fēng)還不斷對(duì)籽棉流進(jìn)行穿透式烘干，進(jìn)行穿透式烘干時(shí)速差理論上接近熱風(fēng)速度16 m/s；相同溫度下烘干時(shí)間越長烘干效率就越高。傳統(tǒng)的烘干機(jī)需要用熱風(fēng)運(yùn)送籽棉，需要較高的風(fēng)速，風(fēng)速低時(shí)會(huì)造成籽棉在機(jī)體內(nèi)的堵塞。本機(jī)內(nèi)的籽棉靠機(jī)械撥轉(zhuǎn)、拋射行進(jìn)，速度較低，可使籽棉以較長的時(shí)間留在機(jī)體內(nèi)，利于烘干。所以本機(jī)的設(shè)計(jì)符合烘干原理，效果較好。

籽棉在清理時(shí)不斷翻滾并被開松、拋射，若此時(shí)對(duì)籽棉烘干能使籽棉各個(gè)部位受熱均勻，達(dá)到較好的烘干效果；較好的烘干效果同時(shí)也促使雜質(zhì)更容易與籽棉脫離，達(dá)到比相同數(shù)量刺輥高得多的清理效果。本機(jī)內(nèi)熱風(fēng)的風(fēng)向與落雜方向一致，利于雜質(zhì)在刺輥與格條柵的作用下脫離籽棉，利于雜質(zhì)排向圖2中的落雜箱7。

（3）傳統(tǒng)的籽棉烘干需要大的風(fēng)量和風(fēng)速來運(yùn)送籽棉，這將配備較大的供熱風(fēng)機(jī)致使耗能較大。因?yàn)楸緳C(jī)的烘干熱風(fēng)不進(jìn)行風(fēng)運(yùn)籽棉的工作，所以選擇較小的風(fēng)機(jī)即可滿足工作，節(jié)省大量電能。

由于本機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，籽棉在機(jī)體內(nèi)受熱時(shí)間較長、烘干效果較強(qiáng)，因此，為了不“過烘”損傷甚至破壞棉纖維表面的原生蠟質(zhì)層，進(jìn)熱風(fēng)的溫度可比傳統(tǒng)烘干機(jī)降低一些。熱風(fēng)溫度的降低也將大大節(jié)省熱源的消耗。

（4）本機(jī)采用中低溫（85℃～100℃）烘干。中低溫烘干不但能有效保持棉纖維表面的原生蠟質(zhì)層，而且能使生產(chǎn)線的水分變化幅度變小。生產(chǎn)線能在輔助設(shè)備（在線測水）的控制下更加穩(wěn)定。

圖3 熱風(fēng)伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機(jī)在流程中的應(yīng)用示意圖

（5）由于本機(jī)的設(shè)計(jì)能達(dá)到高效的目的，因此在生產(chǎn)線應(yīng)用中，圖1所示流程中的擱板增熱式烘干機(jī)8后的傾斜式籽棉清理機(jī)9和傾斜回收式籽棉清理機(jī)10可取消，以免造成對(duì)籽棉的過度開松（如圖3）。圖3中的熱風(fēng)伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機(jī)8后接籽棉分離器10，將籽棉通過配棉絞龍分配給軋花機(jī)12。軋花機(jī)的U形刺輥可代替被取消的回收式清理機(jī)實(shí)現(xiàn)回收的功能。

在應(yīng)用本機(jī)的流程中取消了2臺(tái)傳統(tǒng)籽棉清理機(jī)，此工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.減少了刺釘輥的總數(shù)量，直接減少了刺輥對(duì)籽棉的打擊次數(shù)。因?yàn)閷?duì)籽棉打擊次數(shù)的減少是有效保持纖維長度，避免損傷，減少索絲、疵點(diǎn)，保持棉纖維原生品質(zhì)的主要手段。

b.減化了加工流程，節(jié)約了設(shè)備投資，減輕了工人維修、操作的工作強(qiáng)度，同時(shí)也大幅降低了能耗。

c.降低了基礎(chǔ)、基建的投資成本。應(yīng)用本機(jī)時(shí)軋花機(jī)上只需一層鋼架平臺(tái)放置籽棉分離器和配棉絞龍即可，比傳統(tǒng)的三層平臺(tái)降低了成本，并使工人上下方便。由于軋花機(jī)上方高度的降低，軋花廠房除打包機(jī)處的梁下12 m的要求外，其余梁下9 m即可，比傳統(tǒng)的廠房節(jié)省了基建的投資。

（6）本機(jī)的設(shè)計(jì)具有防堵車功能。籽棉進(jìn)入本機(jī)即被分流板5分成兩路以降低對(duì)第一、二組清理單元的沖擊，利于第一、二組清理單元對(duì)籽棉的開松。本機(jī)的格條漏底均可單獨(dú)調(diào)節(jié)隔距，從上到下隔距逐步減小，逐漸增加清理力度，不易產(chǎn)生堵車現(xiàn)象。本機(jī)的傳動(dòng)采用同步帶，在使用中避免了使用普通三角皮帶“打滑”、“丟轉(zhuǎn)”導(dǎo)致的堵車。本機(jī)的傳動(dòng)速度從上至下漸快，利于籽棉的轉(zhuǎn)移，不易產(chǎn)生堵車。在本機(jī)的儲(chǔ)棉箱19處設(shè)置有光電限位14。當(dāng)儲(chǔ)棉箱內(nèi)的儲(chǔ)棉量到達(dá)光電限位14時(shí)，光電限位14傳遞信號(hào)打開通大氣閥1，暫停吸入籽棉，防止了儲(chǔ)棉箱的堵車。

（7）本機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便拆裝。可以根據(jù)清理、烘干的情況增加或減少清理單元。

（8）本機(jī)設(shè)計(jì)的落雜箱內(nèi)有保溫氣體，落雜箱外又覆有保溫層可有效防止熱量散失，最大程度地節(jié)約能源。

四、結(jié)束語

綜上所述，把熱風(fēng)伴隨、穿透式高效籽棉烘干清理機(jī)應(yīng)用于機(jī)采棉軋花生產(chǎn)線是提高效率、保持棉纖維原生品質(zhì)的籽棉清理與烘干的有效方法。