應用于機采棉工藝的新型多功能自動喂棉機的設計

■王殿欽 韓瓏芝 王澤武 黃志西

〔1鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南 鄭州 450004〕

〔2河南省纖維檢驗局，河南 鄭州 450004〕

〔3第一師十六團棉花加工廠，新疆 阿克蘇 843000〕

傳統的手摘棉生產線中，籽棉主要是由人工喂入的，人工喂棉無疑是軋花生產線中最臟、最累的工作。近幾年，在疆勞工短缺，各軋花廠在軋季都存在招工難的情況，特別是喂花工，普遍存在難招、難留的情況。人工喂棉受體力所限，普遍不能發揮生產線的潛能。人工喂棉時快時慢，造成生產線的產量也忽高忽低，不僅無法保證產量，對皮棉的質量也有一定的影響。機采棉比手摘棉具有高效、低成本、高收益的顯著優勢。目前，新疆發展機采棉生產的勢頭強勁，機采棉生產線的產量較傳統的手摘棉生產線高得多，必須使用自動喂棉機來滿足生產線大產量喂棉的要求。國內各棉機制造廠家通過幾年的摸索和實踐也研制了多款應用于機采棉生產線的喂棉機。

一、機采棉生產線中的幾種具有代表性的喂棉機及其特點

圖1.模機

圖2.模機的刺釘輥筒

圖1所示的開模機也可稱作喂棉機，是機采棉推廣初期使用的具有代表性的機型。圖1所示的開模機在地軌道上行進，利用圖2中的一組排列成一定角度的刺釘輥筒的旋轉，將籽棉開松并打入箱體中，通過絞龍將籽棉排出機箱淌到與地軌道平行的輸送帶上，輸送帶將籽棉輸送至一頭，由外吸風機吸入車間內的生產線中。開模機由中控臺自動控制，當軋花機上的棉箱滿時，棉箱上的光電傳遞信號提示開模機停止前進，停止喂給；軋花機需喂棉時，開模機啟動開始喂棉。喂棉量的多少由開模機前進的速度決定。早期開模機的使用在一定程度上解決了機采棉喂棉的難題，為機采棉工藝的迅速推廣奠定了基礎。開模機在使用時需把機采的籽棉預先打制成棉模，所以在使用開模機時需配套多臺打棉模機和更多的運模車，成本較高。由于棉模不能類似棉垛的堆放，因此，待喂棉模需占用較大的場地存放。

圖3.坑式喂棉機

圖3所示的是地坑式喂棉機，是目前應用最廣泛的喂棉機。其主要的特征是利用地坑存放籽棉，在多排鏈條向輥筒方向的拉動下完成進給喂棉的動作。開松喂棉部分和圖2基本類似，被開松的籽棉被轉至前箱，由吸棉管吸入車間內的生產線中。喂棉量的多少由鏈條的拉動速度決定，中控臺可完成自動控制。此機最大的優點是適應性廣，不必打棉模，適合散料喂棉。應用該機雖然需要配置推土機將籽棉推或鏟入地坑，但是節省了多臺打棉模機和更多運模車的投資，相對來說成本較低。該機在使用中也存在一定的問題，由于石頭類大雜排不出，在與石頭擊打中，刺釘經常被彎曲、折斷；石頭與高速旋轉的刺釘硬接觸時產生火花，繼而引發火災的現象也頻繁發生。然而地坑較深，不易施救，火災損失較大。庫爾勒某軋花廠因石頭問題多次發生火災，被迫重新啟用人工喂棉，大大影響了產量。

圖4.面導軌式喂棉機

圖4與圖3所示的地坑式喂棉機的最大區別：圖4所示的喂棉機在地面放置；拉動籽棉進給用的不是鏈條，而是液壓推動的鋁合金成型導軌。該機利用導軌的向前運動完成喂棉的動作，喂棉量的多少由導軌的推進速度決定，由中控臺可完成自動控制。開松喂棉部分和圖2基本類似，被開松的籽棉被轉至前箱，由吸棉管吸入車間內的生產線中。該機由于設置在地面，工人較易接觸待喂籽棉，在聽到較大撞擊聲或發現火情時立即停機，工人可將籽棉清出處理石塊或火情。該機在一定程度上解決了地坑式著火不易施救、石塊不易清理的狀況。但這都是發生問題后的補救措施，無法提前預防。該機可開棉模也可開散料。在實際使用中開棉模的較少，主要原因是：1.由于開棉模時需配多臺的打棉模機和更多的運模車，配置和用人工的成本較高。2.開棉模時需現場存一定量的棉模備用，占的場地較大；運模車也需較大的場地拐彎和倒車。3.運模車在向導軌卸模時不容易放得很準確。一般廠家使用時會在喂棉機導軌兩側加裝擋板，使之用于散料喂棉。

二、新型多功能自動喂棉機的設計

（一）新型多功能自動喂棉機的設計思路

1.避免旋轉件與石塊的高速硬性撞擊是防自身損壞、防火的關鍵。

目前在軋花廠最常見到的喂棉機是圖3所示的地坑式喂棉機，地坑式喂棉機適應性廣，可以散料喂棉。其地坑較深，地坑內有待喂籽棉或運轉時人不能進入清理石塊等重雜，在被刺釘高速打擊時易產生火災，且著火時不易施救。圖4的地面式喂棉，將地坑式喂棉機轉為地上，在停機時，人工可進行一些清雜的工作。地坑式著火時雖不易施救，但在地坑的約束下，最多損失一坑的籽棉；地面式喂棉雖易于施救，但其著火點與貨場籽棉處于同一平面，受風的影響，蔓延的危險性更大。目前看來，籽棉原料中混有石塊是損毀喂棉機輥筒刺釘、引發火災的主要原因。石塊的來源分析：1.機采時采棉頭放得過低，將石塊卷入籽棉。2.棉模在田間地頭存放，再啟運時將地面的石塊混入。3.籽棉在轉場加工時，推土機也易將地面的石塊磋起混入原料。庫爾勒某軋花廠在加工轉場來的籽棉時，曾4天在地坑中清出3 t磚石，最下面一根刺釘輥筒的刺釘幾乎全被打掉，多次發生火災險情。4.近年來棉花價格疲軟，導致棉農收益下降。機采籽棉水雜扣除的比例也較大，在散料交棉時，有人工故意混入的不良行為。

筆者認為加強機采棉規范性采摘、存儲、轉運，加強對摻雜使假行為的糾察措施和處罰力度，是有效減少籽棉原料中石塊的有效方法。國內已經有棉機廠家針對籽棉中夾雜石塊的問題，研制出了龍門架式異物探測機，就是為了在交售籽棉時，提前發現籽棉中的大型異物。石塊的存在是客觀事實，再完善的規章制度和嚴厲的懲罰措施也不能完全避免。目前的喂棉機無法清除石塊，在籽棉中裹挾的堅硬石塊被高速旋轉的輥筒刺釘打擊，損壞刺釘甚至產生火災。在設計新的喂棉機時，筆者的思路是避免喂棉機高速旋轉類部件與石塊的硬性撞擊，以防止部件自身的損壞與火災的發生。

2.新型喂棉機要考慮保持棉纖原生態的設計。

機采棉的成熟度不如手摘棉，纖維強度也低于手摘棉。而機采棉在生產線中又經過了遠多于手摘棉的刺釘輥的反復打擊、搓揉和齒條輥的多次強力鉤拉，這個過程造成了棉纖維干體的損傷及纖維長度的變短，同時索絲、疵點和短纖維率也大量增加，嚴重影響了棉纖維原生的品質。降低對棉纖維的打擊力度，減少生產線中對棉纖的打擊次數，是減少機采棉加工過程對棉纖維原生品質損傷的重要手段。在新的喂棉機的設計時，筆者的思路是放棄使用高速旋轉的輥筒類部件，這樣既能避免與石塊的高速硬性撞擊，以防輥筒類部件自身的損壞與火災的發生，又能減少生產線中刺釘輥的總數，減少打擊次數，從而減少對棉纖維原生品質的損傷。

3.新型喂棉機要考慮除地膜、異性纖維的設計。

異性纖維（俗稱三絲）是籽棉或皮棉中所含有的非棉纖維。它主要包括：編袋絲（也稱丙綸絲）、化纖絲束、有（染）色線、人畜毛發、塑料薄膜、布條（塊）、家禽羽毛、繩索等。異性纖維產生的主要原因與傳統的人工采摘、多渠道流通方式有關。各種異性纖維的混入是從棉花采摘、晾曬、儲存、運輸、交售、上垛6個階段逐步混入的。

“三絲”問題是近年來影響我國棉花質量和制約我國棉花、棉紡織品市場競爭力的最突出問題。多年來，棉花中的異性纖維，削弱了國產棉花、棉織品在國際市場上的競爭力，致使棉花、棉紡企業都投入了大量的人力物力進行挑揀。盡快攻克棉花異性纖維頑癥是推進我國棉花質量與國際接軌的當務之急。

在機采棉中雖然異性纖維的問題比手摘棉少了些人為因素，但形勢依然嚴峻。我國人多地少，棉花種植區緊挨著生活區，塑料袋等生活垃圾很容易隨風飄散進棉田成為異性纖維。用過的地膜、滴灌帶也很容易進入采摘環節形成異性纖維。機采棉的異性纖維以地膜、滴灌帶、塑料袋等為主。筆者認為，越早清除生產線中的異性纖維越好，否則“三絲”會被清理機打得更細碎，更難于清理。在新型喂棉機設計時應具有除“三絲”的功能，使地膜、滴管帶、塑料袋類異性纖維在大塊未被打擊時盡早脫離籽棉。

（二）新型多功能自動喂棉機的設計原理

圖5.型多功能自動喂棉機原理圖

圖5是新型多功能自動喂棉機的原理圖，放置在地面，也可以用做地坑式，地坑的四壁可代替箱體擋板16。待喂籽棉18被堆放在平簾17上，平簾的結構類似于地坑式喂棉的排鏈結構。平簾17帶動待喂籽棉18向車頭部緩慢移動。待喂籽棉18在遇到提升簾14時，被提升簾14上的刺釘鉤掛向上運動。提升簾14的角度較陡，超過了較大塊磚石的靜壓角，使得較大塊磚石類不能隨簾而上，最終從平簾17和提升簾14間的縫隙中落入儲雜坑22；可調勻棉輥15和提升簾14的距離可調，也是控制產量和開松度的重要機構。當提升簾14上的待喂籽棉過厚時，調勻棉輥15逆時針轉動將其又打回棉箱。待喂籽棉18在提升簾14轉彎處，被高速順時針旋轉的可調皮翼剝棉輥12剝下進入前箱。可調皮翼剝棉輥12由可調軸承座、皮翼剝棉輥護板11、補風調節板13共同組成，對提升簾14上的籽棉形成連打帶吹的剝棉效果，使籽棉具有一定動能及較高的初速度被拋向前箱；除異性纖維氣流由除異性纖維進風口6進入前箱體內，除異性纖維氣流與被拋向前箱的籽棉流相遇形成渦流，被高速氣流再次開松，使籽棉流中的異性纖維充分暴露。高速氣流將其中的地膜、塑料袋類較輕雜質向上吹頂向卷繞輥10，卷繞輥10將大塊的異性纖維纏附，剩余氣流從圓弧鋼絲網9排出，小的碎塊薄膜類異性纖維會從從圓弧鋼絲網9的網孔中隨氣流排出或黏附在網上。由于除異性纖維氣流較強勁，有部分籽棉會被帶向圓弧鋼絲網9處（網孔小于單粒籽棉直徑），圓弧鋼絲網9處空間變大又有較大排風面積，氣流速度會突然降低，使籽棉順斜板滑落回前箱。被清除過異性纖維的籽棉順振動擋板7滑落，振動擋板7由振動電機8控制振動頻率，在振動中籽棉能初步與一些沙土、小碎石類雜質分離。這些細雜通過格條柵3落入儲細雜坑2中，籽棉落入儲棉坑1中被籽棉吸管4吸入車間。

本機的控制和地坑式類似，通過前方軋花機的要棉情況自動啟停平簾17。正常開機時要先開提升簾14、可調皮翼剝棉輥12和可調勻棉輥15，以免被平簾17上的籽棉垛擠死。關機時要先關平簾17。

（三）新型多功能自動喂棉機的設計特點

1.安裝適應面廣。

本機可在地面使用，也可在地坑中使用。

2.解決了刺釘輥筒式喂棉易出現火災的現象。

本機的喂給機構是將目前國內刺釘輥筒高速打擊喂棉改成了提升簾14的提升式喂棉。提升簾14的線速度遠低于刺釘輥筒，上面的鋼制刺釘與石塊的沖擊力較弱，不會產生火花進而引起火災。

3.有一定的排石功能，耐用度高。

本機采用提升簾14的角度較陡，超過了大塊磚石的靜壓角，使得大塊磚石類不能隨簾而上，最終從平簾17和提升簾14間的縫隙中落入儲雜坑22，在使用中不需專門停車清石。提升簾14的線速度遠低于刺釘輥筒，在與石塊遭遇時自身不會受損傷，提高了設備的耐用度。

4.具有開松功能，保護棉纖維原生品質。

提升簾14的提升喂棉、開松方式，對籽棉是低速強力撕扯開松。改變了常用的刺釘輥筒高速旋轉打擊喂棉、開松的模式，對保護棉纖維原生品質起到一定的作用。

5.具有混棉功能。

如圖5所示，三級籽棉19、二級籽棉20、三級籽棉21疊放時，提升簾14垂直提取，這種“平鋪直取”的方式也是棉紡中混棉的重要手段。本機具有的混棉功能使軋花廠能更靈活的運用本機，提升皮棉等級。

6.具有較強的除異性纖維功能。

本機在地膜類異性纖維未遭受強力打碎前清除，能有效地防止大異性纖維變成難清除的細碎異性纖維，減少皮棉異性纖維含量。其卷繞輥10由3根卷繞輥組成，將國內常用的圓柱形刺釘改進成了鐮刀狀，使其抓取異性纖維的能力更強。在靠近圓弧鋼絲網9內側空腔內，設置有氣壓檢測探頭，當圓弧鋼絲網9上黏附異性纖維較多排氣不暢時，空腔內氣壓增高，檢測探頭將信號傳遞給總操作臺，提醒及時清除網面的異性纖維。圓弧鋼絲網9是活門設計，可方便打開清除網上及卷繞輥上纏附的異性纖維。

7.本機是振動給棉。

被開松和清除異性纖維的籽棉在振動給棉板7的振動下流向儲棉坑1，經振動的籽棉更蓬松、更均勻。在振動中，籽棉能與一些沙土、小碎石類雜質初步分離，減輕了后續設備的清雜壓力和對設備的磨損。在給棉板7處的儲棉箱側設有觀察窗和光電裝置，在籽棉擁堵時，光電裝置發出信號減緩平簾17的喂給速度以防堵車。

三、結束語

綜上所述，筆者認為新型多功能自動喂棉機應用到機采棉工藝中能起到事半功倍的效果。