下吸風(fēng)工藝在機采棉加工生產(chǎn)線中的應(yīng)用

■ 劉憲坤 王韶斌 竇志鵬 侯秀禎 賈 杰

〔山東天鵝棉業(yè)機械股份有限公司，山東濟南250032〕

隨著人工成本的持續(xù)攀升和技術(shù)的迭代升級，機采棉種植面積迅速擴大，機采棉產(chǎn)量逐漸增高，機械采摘和清理加工等配套技術(shù)水平不斷提高，加工工藝越來越完善，相應(yīng)的機采棉加工的提質(zhì)增效日益顯現(xiàn)。與手摘棉相比，機采棉有很多棉稈、棉葉、鈴殼會隨著籽棉一同被采摘，具有雜質(zhì)多、水分高、地膜等異性纖維含量高的特點，機采棉含雜率一般在10%～15%，回潮率一般在12%左右，給機采棉的清理及加工帶來困難。為此機采棉的加工需使用不同于手稿棉的工藝及設(shè)備，使加工后的皮棉達到棉花標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在機采棉加工行業(yè)規(guī)模擴大，加工速度大幅度提升的環(huán)境下，人們對棉花加工中的籽棉清理環(huán)節(jié)提出了更高的要求。2020年之前的下吸風(fēng)籽棉清理工藝雖然保證了籽棉清雜的效果，但是雜質(zhì)中摻雜了小花頭造成籽棉的浪費。隨著科技的進步、棉機設(shè)備質(zhì)量的提升和棉花加工工藝的逐步完善，逐漸從根本上解決了下吸風(fēng)籽棉清理機的漏風(fēng)率高、格條柵掉小花頭、排雜箱和吸風(fēng)管道堵塞，風(fēng)機葉輪磨損嚴(yán)重等問題，實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量清理籽棉的目的。

一、傳統(tǒng)上進花工藝簡介

傳統(tǒng)上進花工藝是通過籽棉分離器里面的塵籠實現(xiàn)籽棉與氣流分離，籽棉受自身重力作用進入下一道清理設(shè)備的機采棉加工工藝流程，風(fēng)機用于籽棉分離器。上進花工藝是機采棉的傳統(tǒng)工藝，也是從手摘棉生產(chǎn)線到機采棉生產(chǎn)線演變的一種經(jīng)得起驗證又適應(yīng)市場需求的工藝。機采棉加工工藝中，一般配備異性纖維清理機（三絲機）、四至六道籽棉清理機、一或兩道烘干、一或兩道鋸齒皮棉清理機，也可以根據(jù)實際加工要求和客戶需求選擇配置。同時，實現(xiàn)了籽棉從種植、采摘、儲運、喂料到加工全程機械化、車間設(shè)備的初步自動化和管理的信息化。

二、下吸風(fēng)工藝簡介

傳統(tǒng)的帶籽分離器的上進花工藝是籽棉依靠風(fēng)力吸入，通過分離器塵籠網(wǎng)的隔離以及閉風(fēng)閥的阻風(fēng)和旋轉(zhuǎn)使籽棉落入籽棉清理機，籽棉是正壓狀態(tài)進入下一級籽棉清理機。下吸風(fēng)工藝區(qū)別于傳統(tǒng)的上進花工藝，不使用籽棉分離器設(shè)備，而用傾斜式籽棉清理機代替籽棉分離器，風(fēng)力通過格條柵的間隙使籽棉清理機內(nèi)形成負壓狀態(tài)，把籽棉吸入到設(shè)備中經(jīng)過格條柵的阻擋和刺釘輥筒的打松，籽棉通過閉風(fēng)閥的阻風(fēng)和旋轉(zhuǎn)排出籽棉清理機，籽棉在籽棉清理機中處于負壓狀態(tài)，雜質(zhì)通過格條柵被吸入到卸料器（擴散箱或沙克籠）統(tǒng)一回收，風(fēng)機直接作用于籽棉清理機。

三、下吸風(fēng)工藝優(yōu)勢

與傳統(tǒng)上進花工藝相比，下吸風(fēng)工藝具有以下優(yōu)勢：

1.籽棉中的葉雜、塵土等從格條柵中被吸走一部分，減輕后續(xù)清理設(shè)備的負擔(dān)，加工的白棉二級比例多；

2.設(shè)備是負壓狀態(tài)，工作環(huán)境較干凈；

3.進風(fēng)機之前，雜質(zhì)物料先進入沙克籠或擴散箱沉降，干凈的空氣進入風(fēng)機，減輕風(fēng)機葉輪和外殼的磨損，降低除塵器的壓力；

4.減少籽棉分離器數(shù)量，在同等籽棉清理道數(shù)的前提下，少制作一層平臺，既減少了設(shè)備故障點，也降低了車間的高度，節(jié)約投資費用。

四、下吸風(fēng)傾斜式籽棉清理機的結(jié)構(gòu)特點

下吸風(fēng)傾斜式籽棉清理機具體結(jié)構(gòu)及組成部分如圖1所示。

圖1 下吸風(fēng)傾斜式籽棉清理機結(jié)構(gòu)圖

（一）進花口

進花口截面積占籽棉清理機密封蓋板的三分之一，截面積的突然擴大降低了籽棉的速度，減少了對棉籽的沖擊，同時降低破籽率。

（二）格條柵

傾斜式籽棉清理機格條柵間隙距離為7.5 mm～8 mm，既保證透風(fēng)率使籽棉順利地進入設(shè)備內(nèi)部，又可以讓雜質(zhì)被風(fēng)吸走，同時盡可能地避免掉落小花頭。格條柵表面采用冷拔圓鋼噴塑工藝處理，保證了光滑性，不勾掛籽棉。格條柵的隔板與隔條相交處全部焊接處理，大大減小了隔條變形，減少了籽棉或石子卡住的情況。為使籽棉與隔條柵接觸更加順滑無阻礙，格條與隔板相對位置調(diào)整，隔板半包圍格條，使格條完全露出，隔板不與籽棉接觸，既減少了刺釘和隔板的間隙損壞棉籽的可能性，又保證了刺釘和格條的間距。格條柵格條與隔板位置關(guān)系及格條柵結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。

圖2 格條柵格條與隔板位置關(guān)系圖

圖3 單件格條柵結(jié)構(gòu)圖

（三）吸雜口

兩側(cè)擋板往里傾斜，形成一個收口狀態(tài)，目的是減少兩側(cè)的雜質(zhì)沉積。根據(jù)伯努利原理：流體的流速越大，壓強越??；流體的流速越小，壓強越大的特性，氣流走直線的時候風(fēng)速最高，兩側(cè)的風(fēng)速較低，風(fēng)壓增高可以帶動雜質(zhì)往中間移動。

（四）出花口

為保持傾斜式籽棉清理機內(nèi)部負壓狀態(tài)，設(shè)備出花口必須與閉風(fēng)閥直接連接，依靠閉風(fēng)閥轉(zhuǎn)子的密封膠板起到密封作用，再通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動把籽棉輸送出設(shè)備。閉風(fēng)閥的結(jié)構(gòu)非常重要，一般要做到上進花的口大，下出花的口小，才能起到良好的閉風(fēng)作用。同時，密封膠板的選擇也非常重要，密封膠板太軟難以閉住風(fēng)，膠皮磨損厲害；太硬則增大了轉(zhuǎn)子的阻力，時間長了容易把殼體磨壞。

五、下吸風(fēng)工藝的結(jié)構(gòu)特點

要提高設(shè)備的清理性能，達到設(shè)備的最佳工作狀態(tài)，進花管道和排雜管道的選擇是關(guān)鍵因素。

（一）進花管道的選擇

為了使傾斜式籽棉清理機的進花更加均勻，需要采用雙管道進花，在進花口設(shè)置分配組件——雙進花可調(diào)式三角箱，根據(jù)籽棉在雙管道中的具體分配情況進一步調(diào)節(jié)籽棉的走向。雙進花可調(diào)式三角箱與水平方向呈30°～40°夾角，成團籽棉在落入下吸風(fēng)傾斜式籽棉清理機前受到?jīng)_擊打散，形成天女散花狀態(tài)的單粒籽棉更有利于清理。傾斜式籽棉清理機上蓋也可做成隆起形，進花口在隆起最高處，兩邊逐漸降低，可使籽棉進入籽棉清理機時風(fēng)速迅速降低，出花口不回吸籽棉。

（二）排雜管道的選擇

傾斜式籽棉清理機排雜箱連接吸風(fēng)管道，使用雙三角箱吸風(fēng)可保證吸風(fēng)的均勻性，且在雙三角箱之間留有約10 mm寬的長條補風(fēng)口，通過補風(fēng)的方式防止雜質(zhì)沉積于三通分叉處。排雜管道補風(fēng)口如圖4所示。

圖4 排雜管道補風(fēng)口示意圖

（三）傾斜式籽棉清理機排雜口與風(fēng)機進風(fēng)口連接方式的選擇

整條機采棉加工生產(chǎn)線中，傾斜式籽棉清理機安裝于原內(nèi)吸棉分離器的位置，可根據(jù)具體工藝選擇配置一道下吸風(fēng)或二道下吸風(fēng)。傾斜式籽棉清理機與風(fēng)機進風(fēng)口在工藝中的連接方式有以下兩種：

1.物料先過風(fēng)機。

籽棉經(jīng)過傾斜式籽棉清理機清理后排出的雜質(zhì)，先經(jīng)過物料直板風(fēng)機，再進入沉降器，如圖5所示。沉降器一般有沙克籠和擴散箱供選擇。為統(tǒng)一比較，暫以沙克籠示意。

圖5 物料先過風(fēng)機的連接方式

傾斜式籽棉清理機與風(fēng)機以第1種方式連接，雖然風(fēng)機直接吸走雜質(zhì)，但雜質(zhì)通過了風(fēng)機葉片，為此須選用更為耐磨的直板風(fēng)機，風(fēng)機出口排出的雜質(zhì)進入沙克籠沉降后排出。

2.物料先過沉降器。

傾斜式籽棉清理機排出的雜質(zhì)，先經(jīng)過沙克籠，再進入高壓風(fēng)機，這種連接方式沙克籠下口必須配置閉風(fēng)閥以保證系統(tǒng)內(nèi)部不泄壓，如圖6所示。

圖6 物料先過沉降器的連接方式

傾斜式籽棉清理機與風(fēng)機以第2種方式連接，雜質(zhì)先通過沙克籠沉降，風(fēng)機吸走不含雜質(zhì)的氣流，既減少了風(fēng)機葉輪和外殼的磨損，又避免了風(fēng)機葉輪掛雜質(zhì)或棉絨引起風(fēng)機震動情況的發(fā)生，延長了風(fēng)機的使用壽命。風(fēng)機出口可直接連接除塵器或沙克籠，干凈的氣流對除塵器也起到一定的保護作用。由于此種連接方式中的沙克籠前置于風(fēng)機，氣流壓降大于第1 種連接方式，因此須選用壓力大于5 000 Pa的高壓風(fēng)機。

六、下吸風(fēng)工藝提升方向

自2020年開始，機采棉加工下吸風(fēng)工藝已在南北疆逐步推廣開來，結(jié)合其他先進設(shè)備和自動化控制，如自動開模機、自動喂花系統(tǒng)、烘干溫度在線調(diào)整、高速皮棉清理機、快速打包機、自動碼包機等應(yīng)用于機采棉加工生產(chǎn)線上，既提升了籽棉清理效率，提高了皮棉加工質(zhì)量，又減少了人工、降低了工作強度，改善了軋花車間內(nèi)工作環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。雖然下吸風(fēng)工藝已推廣兩年多，得到了絕大多數(shù)用戶的認(rèn)可，但是因安裝不規(guī)范，如進花管道和排雜管道安裝不標(biāo)準(zhǔn)、沙克籠制作材料的選用和尺寸的把握不到位、管路直徑和路線導(dǎo)致的雜質(zhì)沉積等，無法使籽棉清理機和下吸風(fēng)工藝達到其應(yīng)有的效果。我們將繼續(xù)制定實施規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的下吸風(fēng)工藝安裝要求，并進一步優(yōu)化雜質(zhì)沉降器的結(jié)構(gòu)，使下吸風(fēng)工藝趨于成熟完善，更好地應(yīng)用于機采棉加工生產(chǎn)線，大幅提升棉花加工質(zhì)量。