一種基于管道排雜理念的氣流式籽棉清理機的研究

〔新疆天鵝現代農業機械裝備有限公司，新疆五家渠831300〕

近幾年，我國采摘棉花的工人越來越少，作為主要產棉區的新疆，正在大力推廣機采棉，機采棉的比例逐年增大。棉花采摘的效率較手摘棉的效率有了很大的提高，但國內機采棉普遍存在的問題是：異性纖維（地膜）含量高、短纖維率高、含雜率較大、品級較差。針對這樣的結果，籽棉預清理設備也在不斷更新，并逐漸地應用于棉花加工生產線上。從棉花加工企業的生產線上調查發現，當下市場上的籽棉預清理設備多以機械式清理設備為主，機械式清理設備清理雜質效率雖高，但同時對棉花的棉纖維損傷極大。

為此筆者設計出一種基于管道排雜理念（利用空氣流在物料輸送管道的運動學及氣體流動學原理）的產品——氣流式籽棉清理機。

一、設備在棉花加工工藝過程中的理論安裝位置（詳見圖1）

圖1 棉花加工工藝過程中設備理論安裝位置

二、產品設計理論基礎

（一）氣流輸送

空氣流在管道內流動時主要形成三種輸送系統類型，即正壓、負壓及正負壓混合系統。這些系統一般均采用通風機或鼓風機作為動力源。而棉花加工工藝過程中的外吸棉過程多采用負壓輸送系統。

（二）空氣流在管道內流動時壓力狀態及其他理論概念

1.空氣在管道中流動時存在著兩種壓力，即靜壓力和動壓力。

（1）靜壓力（H靜）

靜壓力有空氣分子做不規則熱運動所產生，它表明了空氣受壓縮的程度，在管道中對各個方向都作用力相等。

（2）動壓力（H動）

空氣分子做定向運動時而產生的壓力，只作用在空氣的前進方向。動壓力實際上是運動空氣具有的動能，永遠為正值，靜止的空氣，動壓為0。

動壓與風速的關系：H動=（ρ∕2）V2（ρ=1.2 kg∕m3）

（3）全壓力（H全）

靜壓力和動壓力的代數和為全壓力，靜壓有正、負之分，全壓也有正、負之分。

（4）壓力損失（H損）

根據能量守恒定律，則應有：H動1+H靜1=H動2+H靜2+H損；這種能量損失表現為壓力的變化，叫壓力損失。

2.氣流輸送流量。

單位時間內流過管道或設備某一截面的空氣量。空氣量以體積計算，稱為體積流量。以符號Q表示，立方米/小時；理論公式：Q=V×S。

（三）籽棉及各種雜質（下面統稱物料）在通有空氣流管道內的運行狀態

物料在外吸棉管道內運動狀態有以下情況：①當氣流速度很大時，物料全部懸浮，均勻地分布在氣流中，呈懸浮狀態；②當氣流速度降低時，較重雜質會沉積在管的下部，但沒有落在管壁上，整個截面上部物料稀松，下部物料密集，此時稱為兩相流動狀態，即懸浮輸送的極限狀態；③當氣流速度進一步降低，將有部分脫離氣流懸浮層，沉積管壁上向前滑動。

參考籽棉的懸浮速度及輸送速度：籽棉懸浮速度一般在9 m/s～12 m/s，輸送速度一般在18 m/s～20 m/s。

三、設備基本構成及原理解析

（一）設備外形圖示及內部構造裝配圖示（詳見圖2、圖3）

圖2 氣流式籽棉清理機外形平面圖

圖3 氣流式籽棉清理機原理圖

（二）原理解析

1.工作原理。

貨場籽棉由自動喂花機喂入管道，在通風機形成的負壓輸送系統下，籽棉被吸入管道，在氣流的壓力（H動）作用下，物料將繼續沿管道輸送，并加速到物料輸送速度。當物料進入氣流式籽棉清理機時，由于管道截面積（S）瞬間增大，因此，氣流速度（V1）急速降低，并在設備管道形成的彎頭作用下有壓力地損失（H損1），氣流速度（V2）再次降低。當到達設備轉彎處時，物料在管道內的運行狀態達到第二個階段并通過彎口的離心作用，底層物料接觸排雜刀，此時一些比較重的雜質（如塵土、秸稈、碎石等）被迫分離出籽棉。

籽棉轉彎后氣流速度（V3）再次降低，此時物料在管道內的運行狀態達到第三個階段，物料將沿排雜網板滑行，這樣籽棉充分和網板接觸。在物料與板網摩擦的過程中，籽棉中的部分雜質（如破籽、碎小秸稈、塵土、碎葉等）再次被迫排出籽棉。最后被分離出的雜質落入真空塵雜室內，由閉風排雜轉子排出。

2.排雜系統結構構成。

（1）排雜刀（詳見圖4）

一臺設備裝有兩套排雜刀，而排雜刀與排雜刀之間，排雜刀與封閉弧板之間的調節間隙為6 mm～8 mm。主要是利用物料在管道內輸送方向發生改變時，物料輸送速度降低，達到物料輸送第二個階段時底層物料接觸排雜刀，通過排雜刀刀刃與前后間隙作用將雜質清理出籽棉。

圖4 排雜刀三維結構圖

（2）排雜網板（詳見圖5）

排雜網板是在不銹鋼板或鍍鋅板上制作出6 mm×30 mm的長圓孔作為排雜孔，每個長圓孔之間的間隙在6 mm～8 mm。當物料沿網板滑行時，物料輸送到第三個階段，較重及浮在籽棉表面的雜質（塵土、碎葉、破籽等）在摩擦作用下被分離出籽棉。

圖5 排雜網板結構放大圖

四、結束語

隨著機采棉的不斷推廣與發展，并結合近幾年市場及各單位對棉花加工質量的要求不斷提高，籽棉預處理工藝顯得更加重要。筆者在此從理論上設計了一種基于管道排雜理念的氣流式籽棉清理機，目前理論產品設計已經投入生產，并將逐漸地推廣到棉花加工生產線中去。以上僅限于理論推論及計算，當產品投入使用后我們將不斷采集設備現場使用數據，并不斷提升、完善設備各方面性能，爭取讓理論的產品成為現實，為棉花加工行業創造更多的經濟效益。☆