應(yīng)用于機采棉工藝的新型多功能自動喂棉機的設(shè)計

■王殿欽 韓瓏芝 王澤武 黃志西

〔1鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)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(tǒng)的手摘棉生產(chǎn)線中，籽棉主要是由人工喂入的，人工喂棉無疑是軋花生產(chǎn)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(fā)揮生產(chǎn)線的潛能。人工喂棉時快時慢，造成生產(chǎn)線的產(chǎn)量也忽高忽低，不僅無法保證產(chǎn)量，對皮棉的質(zhì)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(yōu)勢。目前，新疆發(fā)展機采棉生產(chǎn)的勢頭強勁，機采棉生產(chǎn)線的產(chǎn)量較傳統(tǒng)的手摘棉生產(chǎn)線高得多，必須使用自動喂棉機來滿足生產(chǎn)線大產(chǎn)量喂棉的要求。國內(nèi)各棉機制造廠家通過幾年的摸索和實踐也研制了多款應(yīng)用于機采棉生產(chǎn)線的喂棉機。

一、機采棉生產(chǎn)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(zhuǎn)，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(fēng)機吸入車間內(nèi)的生產(chǎn)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(chǔ)。開模機在使用時需把機采的籽棉預(yù)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(yīng)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(zhuǎn)至前箱，由吸棉管吸入車間內(nèi)的生產(chǎn)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(yōu)點是適應(yīng)性廣，不必打棉模，適合散料喂棉。應(yīng)用該機雖然需要配置推土機將籽棉推或鏟入地坑，但是節(jié)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(jīng)常被彎曲、折斷；石頭與高速旋轉(zhuǎn)的刺釘硬接觸時產(chǎn)生火花，繼而引發(fā)火災(zāi)的現(xiàn)象也頻繁發(fā)生。然而地坑較深，不易施救，火災(zāi)損失較大。庫爾勒某軋花廠因石頭問題多次發(fā)生火災(zāi)，被迫重新啟用人工喂棉，大大影響了產(chǎn)量。

圖4.面導(dǎo)軌式喂棉機

圖4與圖3所示的地坑式喂棉機的最大區(qū)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(dǎo)軌。該機利用導(dǎo)軌的向前運動完成喂棉的動作，喂棉量的多少由導(dǎo)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(zhuǎn)至前箱，由吸棉管吸入車間內(nèi)的生產(chǎn)線中。該機由于設(shè)置在地面，工人較易接觸待喂籽棉，在聽到較大撞擊聲或發(fā)現(xiàn)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(fā)生問題后的補救措施，無法提前預(yù)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(xiàn)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?qū)к壭赌r不容易放得很準確。一般廠家使用時會在喂棉機導(dǎo)軌兩側(cè)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(shè)計

（一）新型多功能自動喂棉機的設(shè)計思路

1.避免旋轉(zhuǎn)件與石塊的高速硬性撞擊是防自身損壞、防火的關(guān)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(yīng)性廣，可以散料喂棉。其地坑較深，地坑內(nèi)有待喂籽棉或運轉(zhuǎn)時人不能進入清理石塊等重雜，在被刺釘高速打擊時易產(chǎn)生火災(zāi)，且著火時不易施救。圖4的地面式喂棉，將地坑式喂棉機轉(zhuǎn)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(fēng)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(fā)火災(zāi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fā)生火災(zāi)險情。4.近年來棉花價格疲軟，導(dǎo)致棉農(nóng)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(guī)范性采摘、存儲、轉(zhuǎn)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(nèi)已經(jīng)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(fā)現(xiàn)籽棉中的大型異物。石塊的存在是客觀事實，再完善的規(guī)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(zhuǎn)的輥筒刺釘打擊，損壞刺釘甚至產(chǎn)生火災(zāi)。在設(shè)計新的喂棉機時，筆者的思路是避免喂棉機高速旋轉(zhuǎn)類部件與石塊的硬性撞擊，以防止部件自身的損壞與火災(zāi)的發(fā)生。

2.新型喂棉機要考慮保持棉纖原生態(tài)的設(shè)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(chǎn)線中又經(jīng)過了遠多于手摘棉的刺釘輥的反復(fù)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(zhì)。降低對棉纖維的打擊力度，減少生產(chǎn)線中對棉纖的打擊次數(shù)，是減少機采棉加工過程對棉纖維原生品質(zhì)損傷的重要手段。在新的喂棉機的設(shè)計時，筆者的思路是放棄使用高速旋轉(zhuǎn)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(zāi)的發(fā)生，又能減少生產(chǎn)線中刺釘輥的總數(shù)，減少打擊次數(shù)，從而減少對棉纖維原生品質(zhì)的損傷。

3.新型喂棉機要考慮除地膜、異性纖維的設(shè)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(fā)、塑料薄膜、布條（塊）、家禽羽毛、繩索等。異性纖維產(chǎn)生的主要原因與傳統(tǒng)的人工采摘、多渠道流通方式有關(guān)。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(zhì)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(chǎn)棉花、棉織品在國際市場上的競爭力，致使棉花、棉紡企業(yè)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(zhì)量與國際接軌的當務(wù)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(qū)緊挨著生活區(qū)，塑料袋等生活垃圾很容易隨風(fēng)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(huán)節(jié)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(chǎn)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(shè)計時應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)類似于地坑式喂棉的排鏈結(jié)構(gòu)。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(diào)勻棉輥15和提升簾14的距離可調(diào)，也是控制產(chǎn)量和開松度的重要機構(gòu)。當提升簾14上的待喂籽棉過厚時，調(diào)勻棉輥15逆時針轉(zhuǎn)動將其又打回棉箱。待喂籽棉18在提升簾14轉(zhuǎn)彎處，被高速順時針旋轉(zhuǎn)的可調(diào)皮翼剝棉輥12剝下進入前箱。可調(diào)皮翼剝棉輥12由可調(diào)軸承座、皮翼剝棉輥護板11、補風(fēng)調(diào)節(jié)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(fēng)口6進入前箱體內(nèi)，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(zhì)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(wǎng)9排出，小的碎塊薄膜類異性纖維會從從圓弧鋼絲網(wǎng)9的網(wǎng)孔中隨氣流排出或黏附在網(wǎng)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(wǎng)9處（網(wǎng)孔小于單粒籽棉直徑），圓弧鋼絲網(wǎng)9處空間變大又有較大排風(fēng)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(zhì)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(diào)皮翼剝棉輥12和可調(diào)勻棉輥15，以免被平簾17上的籽棉垛擠死。關(guān)機時要先關(guān)平簾17。

（三）新型多功能自動喂棉機的設(shè)計特點

1.安裝適應(yīng)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(xiàn)火災(zāi)的現(xiàn)象。

本機的喂給機構(gòu)是將目前國內(nèi)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(chǎn)生火花進而引起火災(zāi)。

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(shè)備的耐用度。

4.具有開松功能，保護棉纖維原生品質(zhì)。

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(zhuǎn)打擊喂棉、開松的模式，對保護棉纖維原生品質(zhì)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(nèi)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(wǎng)9內(nèi)側(cè)空腔內(nèi)，設(shè)置有氣壓檢測探頭，當圓弧鋼絲網(wǎng)9上黏附異性纖維較多排氣不暢時，空腔內(nèi)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(wǎng)面的異性纖維。圓弧鋼絲網(wǎng)9是活門設(shè)計，可方便打開清除網(wǎng)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(jīng)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(zhì)初步分離，減輕了后續(xù)設(shè)備的清雜壓力和對設(shè)備的磨損。在給棉板7處的儲棉箱側(cè)設(shè)有觀察窗和光電裝置，在籽棉擁堵時，光電裝置發(fā)出信號減緩平簾17的喂給速度以防堵車。

三、結(jié)束語

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