智能籽棉清理機的設計探討

■ 李向陽王澤武胡之浩孫亞楠

〔1恒天重工股份有限公司，河南鄭州450053〕〔2鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕〔3鄭州人造金剛石及制品工程技術研究中心有限公司，河南鄭州450001〕

智能籽棉清理機的設計探討

■ 李向陽1王澤武2胡之浩3孫亞楠3

〔1恒天重工股份有限公司，河南鄭州450053〕
〔2鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕
〔3鄭州人造金剛石及制品工程技術研究中心有限公司，河南鄭州450001〕

目前機采棉的加工工藝、加工設備已經(jīng)和國外先進國家的較為接近了，但機采棉質(zhì)量卻與之存在較大差距。我國機采棉雜質(zhì)是進口機采棉的2倍。在流程近似、主要設備類同的情況下，主要是種植、采摘方式和加工的非智能化造成的。

一、智能籽棉清理機的應用是提高機采棉質(zhì)量的必由之路

目前的加工生產(chǎn)線清理力度不夠，在清理雜質(zhì)工藝環(huán)節(jié)沒有智能化的設計是主要原因。絕大多數(shù)生產(chǎn)線上沒有在線檢測雜質(zhì)并反饋信號的設備，無論籽棉含雜多少、狀況如何都采用一種加工模式。極個別生產(chǎn)線試點配置了在線檢測雜質(zhì)的設備，其也只能提供數(shù)據(jù)參考，因為現(xiàn)在的清理機沒有根據(jù)加工情況適時在線調(diào)整的功能，其最終清理的結果無法掌控，所以應在清理階段增加信息、智能化設計，開發(fā)在線測雜裝置，研制出可根據(jù)信號自動調(diào)控清理力度的新型智能籽棉清理機。

二、目前的籽棉清理機簡介

圖1 六輥筒式籽棉清理機

圖2 回收六輥筒式籽棉清理機

機采棉的籽棉清理設備有很多形式。圖1、圖2是六輥筒籽棉清理機和具有回收功能的六輥筒籽棉清理機，是國內(nèi)棉花加工企業(yè)在機采棉中應用最廣泛的籽棉清理設備。籽棉清理設備的核心是清理單元，籽棉清理單元中的輥筒形式主要是刺釘輥筒，其必須結合周圍部件形成清理單元來完成清理目的。與刺釘輥筒相結合的塵格形式也多種多樣，如：編織篩網(wǎng)、鋼板沖孔篩網(wǎng)、圓鋼格條篩網(wǎng)、扁鋼格條篩網(wǎng)、鋼板網(wǎng)等。

圖3 刺釘輥筒與格條柵塵格

目前市場上的機采籽棉清理機的清理單元幾乎全是圓鋼格條篩網(wǎng)+刺釘輥筒的型式（見圖3、圖4），這也導致了在刺釘輥直徑、數(shù)量、幅寬一致的情況下，各棉機制造廠生產(chǎn)出的各型清理設備在除雜率上幾乎雷同，沒有明顯特色。圓鋼格條篩網(wǎng)設計容易、制造簡單、成本低廉、耐用度高且不易鉤掛纖維。以上優(yōu)點使得圓鋼格條篩網(wǎng)廣泛應用于目前的籽棉清理設備。清理系數(shù)（μ）是衡量清理效率的關鍵指標，在已有的研究結果中（見表1），圓鋼格條篩網(wǎng)式清理單元與其它形式的篩網(wǎng)在清理系數(shù)（μ）方面的比較不占優(yōu)勢，也使得皮棉最終含雜率較高。圓鋼格條篩網(wǎng)（見圖4）雖然在兩端部設計有長圓孔以供調(diào)整距刺輥的距離，但是在實際應用中不能夠在線調(diào)節(jié)。

圖4 圓鋼格條篩網(wǎng)

表1 籽棉清理設備中塵格形式

所有的圓鋼格條篩網(wǎng)兩端都用螺栓上緊在墻板上，為了增加幅寬方向的強度，每兩組清理單元在幅寬方向的側板也用螺栓上緊，這樣導致調(diào)格距困難。各軋花廠一般在軋季前維修時，將其隔距調(diào)整成15 mm后就不再調(diào)整了，致使所有工況的籽棉清理都使用一個工藝隔距，其最終清理的結果無法掌控。筆者認為選擇清理系數(shù)（μ）較高的篩網(wǎng)形式，改進結構設計使其能在線調(diào)整，甚至能智能控制是提高機采棉質(zhì)量的必由之路。

三、智能籽棉清理機的設計

（一）設計思路

長久以來軋花廠所使用的籽棉清理機清雜篩網(wǎng)清理系數(shù)（μ）較低，在處理手摘棉時尚能滿足要求，而在處理機采棉時，由于產(chǎn)量大、清雜效率低，因此造成皮棉雜質(zhì)超標。降低皮棉含雜率必須找準關鍵點，而提高篩網(wǎng)清理系數(shù)（μ）能有效降低皮棉含雜率。筆者選用了三角形除雜刀4，試驗三角形除雜刀組成的篩網(wǎng)的清理系數(shù)（μ）遠大于圓鋼塵棒的篩網(wǎng)0.54，最高可超過菱形鋼板網(wǎng)的0.77。清理系數(shù)（μ）的提高將直接提高清理機的除雜率。設計的三角形塵棒篩網(wǎng)中每根三角形塵棒可繞自己的軸心翻轉(zhuǎn)，通過翻轉(zhuǎn)調(diào)整距刺釘?shù)母艟?，此時可根據(jù)皮棉的具體工藝要求進行調(diào)節(jié)，很輕松地在線調(diào)節(jié)排雜量。若籽（皮）棉在線雜質(zhì)分析儀8研制成功，就可與可在線調(diào)節(jié)的三角形除雜刀4組成閉環(huán)智能籽棉清理系統(tǒng)。

圖5 智能籽棉清理機結構及控制原理

（二）工作過程

智能籽棉清理機的清理部分由刺釘輥筒1、三角除雜刀2組成，三角除雜刀2通過端頭小軸與除雜刀座板4連接。三角除雜刀2可繞軸進行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)的角度不同。刀尖距刺釘頂部的隔距不同，對籽棉的清理力度也不同，當翻轉(zhuǎn)到最小角度時，除雜刀組形成封閉漏底，此時籽棉清理機只起開松的作用，而旋轉(zhuǎn)一定角度，除雜刀尖正對刺釘時，漏底間隙最大，隔距最小，此時除雜強度最大。當皮棉通過皮棉管道7時，被皮棉在線雜質(zhì)分析儀8實時檢測到皮棉的含雜量，將信號隨時傳輸給工控機9。工控機9根據(jù)信號計算出含雜量及需要調(diào)整的數(shù)據(jù)，通過信號10傳輸給步進電機6。步進電機6是驅(qū)動除雜刀旋轉(zhuǎn)的動力源和執(zhí)行機構，步進電機6上裝有偏心盤5，通過連桿4推動除雜刀座板3，使三角除雜刀2翻轉(zhuǎn)來在線改變除雜效率。在生產(chǎn)中同時可根據(jù)皮棉在線雜質(zhì)分析儀8對數(shù)據(jù)實時修正，在線動態(tài)完成調(diào)整，直到達到所需效果?？紤]到在線籽棉雜質(zhì)分析儀更難開發(fā)，相對皮棉雜質(zhì)分析儀8開發(fā)較容易些，在生產(chǎn)線中建議用皮棉雜質(zhì)分析儀。由于其工藝點在生產(chǎn)線的下游位置，所檢測結果與籽棉清理有一定的滯后性，但考慮到信號傳輸?shù)难杆龠h大于籽棉在管道和設備中的速度，這點誤差是可以忽略不計的。筆者所設計的籽棉清理機每個輥筒篩網(wǎng)都有一套智能執(zhí)行系統(tǒng)，可以根據(jù)信號只調(diào)節(jié)其中的一個或幾個篩網(wǎng)，也可以同時調(diào)節(jié)。

四、結語

提高機采棉質(zhì)量是一個長期復雜的系統(tǒng)性工程，相對地在籽棉智能清理工藝階段較易先行突破，智能籽棉清理是提高機采棉質(zhì)量的必由之路。