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、加工設備已經和國外先進國家的較為接近了，但機采棉質量卻與之存在較大差距。我國機采棉雜質是進口機采棉的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量的必由之路

目前的加工生產線清理力度不夠，在清理雜質工藝環節沒有智能化的設計是主要原因。絕大多數生產線上沒有在線檢測雜質并反饋信號的設備，無論籽棉含雜多少、狀況如何都采用一種加工模式。極個別生產線試點配置了在線檢測雜質的設備，其也只能提供數據參考，因為現在的清理機沒有根據加工情況適時在線調整的功能，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，開發在線測雜裝置，研制出可根據信號自動調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，是國內棉花加工企業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、鋼板沖孔篩網、圓鋼格條篩網、扁鋼格條篩網、鋼板網等。

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+刺釘輥筒的型式（見圖3、圖4），這也導致了在刺釘輥直徑、數量、幅寬一致的情況下，各棉機制造廠生產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。以上優點使得圓鋼格條篩網廣泛應用于目前的籽棉清理設備。清理系數（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），圓鋼格條篩網式清理單元與其它形式的篩網在清理系數（μ）方面的比較不占優勢，也使得皮棉最終含雜率較高。圓鋼格條篩網（見圖4）雖然在兩端部設計有長圓孔以供調整距刺輥的距離，但是在實際應用中不能夠在線調節。

圖4 圓鋼格條篩網

表1 籽棉清理設備中塵格形式

所有的圓鋼格條篩網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，這樣導致調格距困難。各軋花廠一般在軋季前維修時，將其隔距調整成15 mm后就不再調整了，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（μ）較高的篩網形式，改進結構設計使其能在線調整，甚至能智能控制是提高機采棉質量的必由之路。

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清理系數（μ）較低，在處理手摘棉時尚能滿足要求，而在處理機采棉時，由于產量大、清雜效率低，因此造成皮棉雜質超標。降低皮棉含雜率必須找準關鍵點，而提高篩網清理系數（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的清理系數（μ）遠大于圓鋼塵棒的篩網0.54，最高可超過菱形鋼板網的0.77。清理系數（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中每根三角形塵棒可繞自己的軸心翻轉，通過翻轉調整距刺釘的隔距，此時可根據皮棉的具體工藝要求進行調節，很輕松地在線調節排雜量。若籽（皮）棉在線雜質分析儀8研制成功，就可與可在線調節的三角形除雜刀4組成閉環智能籽棉清理系統。

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，翻轉的角度不同。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根據信號計算出含雜量及需要調整的數據，通過信號10傳輸給步進電機6。步進電機6是驅動除雜刀旋轉的動力源和執行機構，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翻轉來在線改變除雜效率。在生產中同時可根據皮棉在線雜質分析儀8對數據實時修正，在線動態完成調整，直到達到所需效果。考慮到在線籽棉雜質分析儀更難開發，相對皮棉雜質分析儀8開發較容易些，在生產線中建議用皮棉雜質分析儀。由于其工藝點在生產線的下游位置，所檢測結果與籽棉清理有一定的滯后性，但考慮到信號傳輸的迅速遠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都有一套智能執行系統，可以根據信號只調節其中的一個或幾個篩網，也可以同時調節。

四、結語

提高機采棉質量是一個長期復雜的系統性工程，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量的必由之路。