機采棉試樣雜質清理機的設計與研發

■ 鐘 珂

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州 450004〕

目前我國新疆棉花種植、采收以機采棉為主，在對機采棉試樣進行試軋分析判定含雜率時，需要提前手工挑揀出來機采棉中的棉鈴殼、棉稈進行含雜測定，增加了棉花檢驗員的工作量，不利于籽棉收購工作的快速開展。筆者認為需要研發一種機采棉試樣雜質清理設備，清理棉鈴殼等大雜質并進行收集，便于后續試樣的衣分試軋與雜質分析。這樣既減少了棉檢員的工作量，又縮短了籽棉檢驗時間，能夠有效保證籽棉收購工作的快速開展。

一、研發思路

（一）對機采棉加工工藝中的開松清理原理進行研究分析

在機采棉加工工藝中，通過多道工序對籽棉進行開松和除雜，一道氣流皮棉清理和兩道鋸齒皮棉清理來保證最終皮棉的含雜率不超標。因為籽棉清理越充分，后道工序含雜率越小，還可減少皮棉清理的次數來降低鋸齒對纖維的損傷，所以在機采棉生產工藝中非常重視籽棉清理。所有的機采棉生產線都配備了籽棉烘干設備，大部分都配備了二道烘干工藝，降低籽棉回潮率能使纖維和雜質易于分離。棉花加工生產線中的傾斜式清理機（圖1）和回收式清理機（圖2）主要開松和清除棉稈、棉葉、沙石等雜質。籽棉清理機的主要清理部件是刺釘輥筒（圖3）和格條柵，筆者認為該原理成熟、結構可靠，可以用在機采棉試樣雜質清理機中，根據產量對比來初步確定雜質清理機的幅寬、輥徑、轉速等參數。

圖1 傾斜式清理機

圖2 回收式清理機

圖3 刺釘輥筒

（二）對機采棉加工工藝中鈴殼清理原理進行研究分析

在機采棉加工工藝中設置有提凈式籽棉清理機（圖4），其主要清理部件是鋼絲刷、U形齒條輥與塵棒（圖5），鋼絲刷將棉層壓附在高速轉動的U形齒條輥上，齒條帶動棉纖維高速轉動與U形齒條輥周邊布置的多組塵棒進行多次強力沖擊，將籽棉中所含的棉鈴殼抖落，達到去除棉鈴殼的目的。在籽棉收購檢驗過程中，因為在籽棉試軋前需要把樣品中的棉鈴殼提前手工去除，所以在機采棉試樣大雜清理機中必須包含去除鈴殼的功能。筆者通過考察機采棉加工工藝中的提凈式籽棉清理機，認為除鈴殼原理成熟、結構可靠、效果明顯，可運用到機采棉試樣雜質清理機的設計中。在具體設計時考慮到處理的檢驗棉樣質量不大，可減小U形齒條輥的幅寬等參數合理地利用到雜質清理機的設計中。

圖4 提凈式籽棉清理機

圖5 鋼絲刷、U形齒條輥與塵棒

（三）對軋花機等設備的喂棉原理進行研究分析

在棉花加工工藝中，籽棉從外部或上道工序喂給軋花機進行加工的過程就是喂棉。在機采棉生產線中，籽棉是由卸料器直接通過輸棉管道輸送入清理機的，喂棉方式比較簡單直接；軋花機則有明顯的喂棉裝置，由一組翼片式給棉羅拉（圖6）組成，兩輥相向低速轉動，將儲棉箱中的棉層均勻握持送入軋花機。筆者認為機采棉雜質清理機應設置給棉裝置，理由如下：為了避免大團的籽棉突然進入造成堵車和增加設備負荷，籽棉逐步進入機體可使下一步的工序平穩有序，開松、除雜、除棉鈴殼效果也會更好，給棉羅拉喂給速度較慢且遮蔽了下面的高速開松輥，能夠保證人員在喂棉時的安全。經過研究分析，筆者認為軋花機的喂棉裝置結構可以在雜質清理機中合理應用。

圖6 軋花機給棉羅拉

二、研發難點

（一）除雜效果的確定

由于機采棉生產工藝中籽棉清理部分是多臺機組、多道工序先開松再除雜層層遞進的組合，除雜工藝復雜、設備相對多、空間大、籽棉滯留時間長。棉檢室使用的機采棉試樣雜質清理機需要在一臺規格有限制的設備中實現喂棉、除雜、除棉鈴殼等多種功能，受設備空間和滯留時間有限的影響，理論上比生產線效率低。如何使這樣一臺小型設備的效率盡量貼近生產線的效率是設計的難點，需要仔細研究。

（二）設備尺寸的確定

機采棉試樣雜質清理機使用環境是棉花檢驗室。目前，新疆大部分棉花檢驗室的空間有限，清理機的寬度應適應大部分門框，整機最大寬度應小于800 mm。棉花檢驗員多半為女性，考慮到身高問題，在喂籽棉試樣時將籽棉入口的高度不應設計太高，這樣就限制了整機的高度，在初步設計時，由于含有去棉鈴殼和除雜功能，因此設備高度較高，若要降低高度就必須壓縮U形齒輥的直徑，則塵棒的配置較少降低了除鈴殼效果。

（三）試樣棉花品質一致性的保護

在棉花加工工藝中，籽棉在各種清理設備中被清理時，品質并不會受到太大的影響。因為試樣除雜后還要進行衣分試軋、纖維長度測定等檢驗操作，所以對試樣棉花品質的一致性保護也是研究的難點，需要以棉花加工工藝上籽棉清理設備的經驗數據為基準，多次進行實驗調整找到合適的解決方法。

三、機采棉試樣雜質清理機的工作原理

機采棉試樣雜質清理機（如圖7所示）工作原理：試樣籽棉從上方籽棉入口進入設備，通過給棉羅拉1、2開松，將籽棉握持均勻地送入U形齒條輥3、6、10，經過鋼刷4、7、11的梳壓，使籽棉均勻、緊密地鉤拉在U形齒條輥上，帶動籽棉高速轉動與U形齒條輥周邊布置的多組塵棒5、8、9、12、13進行多次強力沖擊，達到去除部分棉鈴殼、棉稈等雜質的目的，清除掉的棉鈴殼等雜質通過下方的雜質收集盒1收集待用。為了防止籽棉一直纏繞在U形齒條輥上，毛刷輥14、15在除雜過程中會盡量減少籽棉在設備內駐留，減少設備堵塞的可能。經過U形齒條輥清理后的籽棉隨后進入傾斜刺釘輥組16，配合格條柵17進行雜質清理并把清理完成的籽棉送到籽棉出口，清理出的雜質進入下方的雜質收集盒2，機采棉試樣雜質清理工作完成。

圖7 機采棉試樣大雜清理機剖面圖

綜上所述，機采棉試樣雜質清理機的主要工作流程分為三步：第一步，試樣籽棉喂給入口后通過一組給棉羅拉進行開松；第二步，籽棉在進行開松的同時通過3組U形齒條輥和塵棒的配合去除棉鈴殼；第三步，通過5個傾斜刺釘輥和格條柵的組合去除葉雜和其他較小的雜質。這三步把成團的試樣籽棉開松為顆粒狀的籽棉，既保護了籽棉纖維長度，又去除了大量雜質，為后面的衣分試軋和含雜分析工作減少了干擾，提高了機采棉試樣的含雜檢驗精度。

四、存在的問題和解決辦法

經過機采棉試樣雜質清理機的樣品試制（圖8）以及后期的調試實驗（圖9），主要發現了以下幾個問題并予以解決。

圖8 機采籽棉試樣大雜清理機試機

圖9 機采棉試樣除雜前后對比

（一）通過調整U形齒條輥和塵棒的間距解決除棉鈴殼不盡的問題。

（二）通過更改塵棒的粗細解決棉花纖維在塵棒上纏繞淤積的情況。

（三）通過拆解機器檢查發現設備安裝不到位以及機箱內壁加工問題會出現籽棉樣品質量減少，需要打磨內壁和調整毛刷輥與齒條輥間距。

（四）刺釘輥有棉纖維纏繞，設備帶試樣籽棉運行時會產生短纖維，排查原因時發現實驗用的籽棉回潮率過低，更換高回潮率籽棉后問題得以改善，后面還需繼續試驗徹底解決問題。

五、結語

機采棉試樣雜質清理機的使用便于試樣的衣分確定與雜質分析，減少了人為因素的干擾，縮短了收購檢驗的時間，提高了機采棉試樣含雜檢驗的精度，有利于棉花加工廠籽棉收購工作的快速開展，值得在新疆以及兵團的棉花加工廠棉花檢驗室中推廣使用。