帶智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)的低損傷皮棉清理機(jī)技術(shù)研究

〔邯鄲金獅棉機(jī)有限公司技術(shù)中心，河北邯鄲056046〕

鋸齒皮棉清理機(jī)是機(jī)采棉加工工藝中的重要加工設(shè)備，在棉花加工生產(chǎn)線中與鋸齒軋花機(jī)相連，用于清除皮棉中的雜質(zhì)與疵點(diǎn)，改善皮棉的外觀形態(tài)，提高皮棉質(zhì)量。評(píng)價(jià)鋸齒皮棉清理機(jī)性能最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)是產(chǎn)量、清雜效率、棉纖維損耗、棉纖維損傷和噸皮棉耗電等指標(biāo)，而直接影響皮棉質(zhì)量的是清雜效率、棉纖維損耗、棉纖維損傷等指標(biāo)。根據(jù)鋸齒皮棉清理機(jī)的工作原理，這些指標(biāo)之間既有一定的關(guān)聯(lián)性，又是矛盾體。提高清雜效率會(huì)增加棉纖維損耗和棉纖維損傷；提高關(guān)鍵部件刺輥的表面線速度可以提高清雜效率，但是會(huì)增加棉纖維損傷。本次技術(shù)研究旨在通過創(chuàng)新鋸齒皮棉清理機(jī)的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，全面采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和智能控制技術(shù)，創(chuàng)建智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)，尋找清雜效率、棉纖維損耗、棉纖維損傷三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的平衡點(diǎn)，達(dá)到保持棉纖維原生品質(zhì)、降低纖維損傷、提高皮棉質(zhì)量的目標(biāo)。

一、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及主要部件技術(shù)參數(shù)研究

鋸齒式皮棉清理機(jī)整體結(jié)構(gòu)主要由集棉給棉部、清理部、刷棉部組成。清理部是影響棉纖維損耗、棉纖維損傷和含雜率高低的關(guān)鍵部位，見圖1。我們將重點(diǎn)研究刺輥排雜區(qū)域的控制和排雜刀的布置。

圖1 皮棉清理機(jī)清理部主要結(jié)構(gòu)

按照鋸齒皮棉清理機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，刺輥的直徑大小決定了刺輥排雜區(qū)域空間的大小，也決定了排雜刀位置、數(shù)量及角度等結(jié)構(gòu)參數(shù)。選擇刺輥直徑大小要基于以下幾點(diǎn)：一是為了減少刺輥鉤拉對(duì)棉纖維的損傷，應(yīng)避免采用雙刺輥或多刺輥的結(jié)構(gòu)，通過多次鉤拉棉纖維來降低含雜率；二是在刺輥一次鉤拉棉纖維的情況下，應(yīng)盡量選擇較大的刺輥直徑來獲得較大的排雜區(qū)域空間，但應(yīng)同時(shí)考慮設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)不能太龐大以及設(shè)備的制造成本等因素，使設(shè)備具有較高的性價(jià)比。

（一）刺輥直徑的選擇

我們總結(jié)了刺輥直徑為400 mm的傳統(tǒng)產(chǎn)品的使用經(jīng)驗(yàn)和效果，在此基礎(chǔ)上提高清雜效率，通過模擬分析計(jì)算并進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證，兼顧設(shè)備性價(jià)比等因素，認(rèn)為選擇600 mm的刺輥直徑可以達(dá)到較好的效果。

（二）刺輥轉(zhuǎn)速的選擇

鋸齒皮棉清理機(jī)的刺輥是高速旋轉(zhuǎn)的部件，皮棉在被刺輥齒條鉤拉和與排雜刀撞擊的過程中，在排除雜質(zhì)的同時(shí)纖維會(huì)受到不同程度的損傷，同時(shí)也會(huì)排出少量棉纖維，造成棉纖維的損耗。本技術(shù)研究以追求棉纖維低損傷為核心出發(fā)點(diǎn)，開展皮棉清理加工機(jī)理的深入研究，為實(shí)現(xiàn)皮棉清理優(yōu)質(zhì)和低損平衡的目標(biāo)，我們反復(fù)試驗(yàn)比對(duì)刺輥的轉(zhuǎn)速，最終確定合理的技術(shù)參數(shù)范圍。

（三）排雜區(qū)域內(nèi)排雜刀的布置

沿刺輥圓周方向布置的排雜刀的數(shù)量和相互之間的間距，構(gòu)成了排雜區(qū)域。排雜區(qū)域的大小是影響皮棉加工質(zhì)量的重要因素。排雜區(qū)域大有利于雜質(zhì)的排除，但可能造成纖維與刺輥的脫離，增加棉纖維損耗；排雜區(qū)域小，雜質(zhì)難以與皮棉分離，造成皮棉含雜率高。

試驗(yàn)表明，在一定空間內(nèi)，排雜刀的分布和位置布置非常關(guān)鍵，第一把排雜刀離給棉羅拉越遠(yuǎn)，或排雜刀之間距離越遠(yuǎn)，排雜區(qū)域?qū)⒃介L，刺輥鉤拉的棉纖維和帶動(dòng)的氣流層隨排雜區(qū)長度的增大而逐步遠(yuǎn)離刺輥，雜質(zhì)越易運(yùn)動(dòng)至外層，在遇到排雜刀時(shí)越易被切割沖擊下來，提高排雜率。

排雜刀與刺輥齒條的間距越小，排雜刀對(duì)雜質(zhì)的切割沖擊作用越強(qiáng)烈，雜質(zhì)越易排出，但也易排落纖維，增加纖維損耗。我們以與刺輥齒條0.8 mm和1.6 mm兩種間隙的排雜刀位置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終結(jié)論是0.8 mm的間隙會(huì)對(duì)棉纖維造成更大的損害，皮棉損傷更大，而清理效果并沒有提高很多，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，平衡各影響因素，排雜刀刀刃與刺輥齒條間距一般選定為1～1.6 mm為宜。

根據(jù)排雜區(qū)域空間的大小，結(jié)合上述排雜刀布置所形成的兩刀之間空間大小對(duì)排雜和纖維損耗的影響分析，在現(xiàn)有空間內(nèi)采用8把排雜刀能夠達(dá)到較為理想的效果，見圖2。

圖2 新型皮棉清理機(jī)排雜區(qū)域示意圖

二、智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)研究

集棉給棉部的作用是為清理部輸送一定厚度的棉胎，其均勻程度與厚薄影響清理部刺輥對(duì)棉纖維的鉤拉效果，進(jìn)而影響刺輥齒條對(duì)棉纖維的分梳效果，最終影響到清雜效果和皮棉質(zhì)量。如果棉胎不連續(xù)或厚薄不均勻，還極易造成刺輥齒條對(duì)棉纖維鉤不實(shí)、鉤不牢，棉纖維隨刺輥高速旋轉(zhuǎn)時(shí)隨雜質(zhì)被甩出，造成棉纖維損耗。本次研究的重點(diǎn)方向是把軋花機(jī)與皮棉清理機(jī)關(guān)聯(lián)起來，創(chuàng)建智能自適應(yīng)電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能根據(jù)軋花機(jī)產(chǎn)量的高低，自動(dòng)調(diào)整皮棉清理機(jī)集棉給棉部的棉胎厚薄和給棉速度；根據(jù)皮棉在線質(zhì)量檢測(cè)工作站反饋的質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整刺輥鉤拉棉纖維的強(qiáng)度和速度，達(dá)到棉纖維低損傷的目標(biāo)，使皮棉清理機(jī)關(guān)鍵性能指標(biāo)更加優(yōu)化平衡。

現(xiàn)代監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)、變頻技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)的創(chuàng)建提供了保障，皮棉在線質(zhì)量檢測(cè)工作站監(jiān)測(cè)的皮棉質(zhì)量數(shù)據(jù)也為該智能控制系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐。

三、結(jié)束語

全面研究棉纖維被刺輥一次鉤拉的情況下排雜區(qū)域空間的優(yōu)化設(shè)置、刺輥直徑和轉(zhuǎn)速、排雜刀的數(shù)量及位置布置對(duì)皮棉質(zhì)量的影響，對(duì)開發(fā)MQP-600×2000A新型皮棉清理機(jī)工程樣機(jī)提供了理論基礎(chǔ)，該樣機(jī)已安裝于機(jī)采棉生產(chǎn)線進(jìn)行全面試驗(yàn)驗(yàn)證，將為提升我國棉花加工工業(yè)的技術(shù)水平，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步提供技術(shù)保障。☆