不损伤纤维环保型皮棉清理机研制

1问题的提出
皮棉清理机在我国的发展时间很短，但在近几年的棉检体制改革推动下发展很快，在各改大包的棉花加工企业已普及。目前，新疆建设兵团正在大力发展机采棉，根据加工工艺的要求，为提高皮棉等级质量，必须配置皮棉清理机设备。但是，传统的皮棉清理机在现有手摘棉和机采棉生产线应用中发现有以下缺点，亟需解决和完善。
1.1传统皮棉清理机损伤纤维长度，降低纤维强度，增加棉结和短纤含量
据国外有关文献报道，皮清机会使棉纤维长度变短，在棉纤维回潮率是4.1%、5.5%、8.4%时，HVI长度分别为27.9mm、28.2mm和28.4mm，皮清机使棉纤维长度降低约0.25mm，经过3道皮清后由Ptyer101测量的平均棉纤维长度为21.8mm，不经过皮清时为23.4mm。棉纤维回潮率从8.4%降到4.1%时，平均长度从23.3mm降到22.1mm，短纤维含量（以质量计）从4.6%上升到8.7%。在使用一、二、三道皮清机时，皮清机使短纤含量分别增至6.8%，8.8%和9.6%。当使用2道皮清时，棉结数量从2.8个/100cm2上升到5.3个/100cm2。W.S.Anthony还指出，当皮棉回潮率为4.1%和8.4%时，棉结平均为2.0和1.0（单位:个/100cm2），当旁通1道和2道皮清后，棉结分别减少15%和42%。在机采棉清理工艺中，皮清机在降低皮棉含杂、改善棉纤外观方面，可以说是效果最好的设备。但皮清机同时也会破坏棉纤维品质、损失衣分、增加棉结含量（Mangialardi，1985年）。经过皮清机清理的皮棉原料，在纺纱时改善了纱线外观，但同时破坏了纱线强度，增加了纺纱的断头率。我国的机采棉加工工艺一般是配置两道皮清机。经检测，皮棉经过第一道皮清机后棉纤维的长度降低约0.25mm，经过第二道皮清机后，纤维长度总体降低了1mm~1.2mm。笔者参观的几个含轧花厂的棉纺企业，皮棉自用时是不过皮清机的，为的是最大限度的保持纤维长度，同时也节省了能耗。
1.2能耗高
普通的手摘棉皮棉清理机以MPQ-600×3200为例，主机功率20.5kW，所配吸棉风机在手摘棉生产线中为7.5kW，所耗总功率为28kW。将两台同机型皮棉清理机应用于机采棉生产线中，两台主机功率为2×20.5kW=41kW，风机为15kW，在机采线中（每组）普通皮棉清理机所耗功率为56kW。各轧花厂都认为皮清机的电耗是巨大的负担，但又无可奈何。
1.3粉尘大，不环保
我国现有棉花加工厂近五千家，有几十万棉花加工工人，轧花企业的粉尘已经严重影响到他们的健康。粉尘的一般刺激性作用可能引起呼吸道、眼睛、皮肤、消化道等器官的病变。棉花加工企业的粉尘对人体的危害主要是纤维性粉尘吸入人体后在肺内沉积，引起纤维性病变，使肺部组织逐渐硬化，严重损害呼吸功能，形成尘肺。堆积的粉尘也将加速机器运动部件的磨损，从而影响机器的精度和寿命。当空气中的粉尘浓度达到一定程度（25.2g/m3），容易引起爆炸事故，危及生命财产安全。国家各有关部门都对轧花厂粉尘的危害给予了高度关注。由郑州棉麻工程技术设计研究所牵头实施的国家质检公益性行业科研专项项目，对我国棉花加工企业粉尘现状进行了详尽的研究和分析。部分结果如图
1．从图中可以看出，皮棉清理机是粉尘污染的主要“发源地”。
2传统皮清机缺陷产生的原因分析
2.1损伤纤维长度的原因笔者认为，传统皮清机损伤纤维长度的主要原因是其握持给棉的方式。皮棉在经过第一道皮清机给棉部分时，在给棉罗拉与给棉板的夹持下，由锯齿辊筒强力开松，使纤维长度降低的同时也减弱了其强度；在经第二道皮清时，纤维又遭到了重复性的强力开松，使原本强度已经减弱的纤维不堪重负，长度降低量剧增，短纤含量和棉结数量也大幅度增加。
2.2能耗高的原因
传统皮清机由于其复杂的结构及辊筒的高转速决定了其高能耗。在机采棉加工工艺配置中，风机的能耗也很大。
2.3粉尘量大、不环保的原因
皮清机给棉罗拉与给棉板对皮棉纤维强力夹持，当锯齿快速钩拉皮棉纤维时，皮棉纤维得到充分的分解与梳理，并使杂质暴露。锯齿钩拉住皮棉纤维与除杂刀连续“撞击”，使杂质和皮棉脱离并被甩离刺辊。在除杂的过程中也产生了大量游离纤维、粉尘。这些游离纤维、粉尘脱离刺辊时具有了一定的动能，当其从皮清机的观察窗、缝隙中跑出机体后，随着轧花车间的空气流动，带动粉尘污染至整个车间。如果皮清机是全密封结构，粉尘则无法外溢。传统皮清机由于其结构、排杂方式做不到全密封结构，成为轧花车间的主要污染源。皮棉纤维的品质直接影响成纱质量，其中皮棉纤维长度对成纱质量是最为重要的。在先进棉纺技术中，已公认对皮棉处理应“细抓、轻开、柔清”，实施“自由打击、逐步开松、柔和清理”的原则。这些做法就是尽量保留纤维长度及减少对纤维强度的损失。然而，从籽棉到成条过程中，对皮棉纤维长度损失最严重的节点就是皮棉清理机。若对其改进，使其不损伤或只微弱损伤纤维，对提高成纱质量将达到事半功倍的效果。不损伤纤维、低能耗、环保型皮棉清理机的设计应具有重大的意义。笔者对普通皮棉清理机进行研究，汲取了清梳联先进工艺及设计理念，提出了不损伤纤维、低能耗、环保型皮棉清理机的设计方案。
3不损伤纤维、低能耗、环保型皮棉清理机的设计
3.1总体结构及工作原理
轧花机轧出的皮棉被负压吸入进棉口1进入工作区，在工作区遇到两个刺钉辊4的打击，两个刺钉辊4对棉流作用方向相反，形成大的速差（两辊本身转数也有差异，防止反复打击某一点），从而对皮棉进行初步撕扯、开松并使杂质暴露。每个刺钉辊各自带着附着的皮棉3经开松刀8后进入可调漏底11进行除杂。可调漏底11由调节手柄12控制，调至最大间隙时每根除杂刀尖距刺钉辊的钉尖最近，此时，在离心力作用下皮棉与每根除杂刀作用而达到最大除杂效果；在最大除杂效果时可能会排出有效纤维，此时，可根据对皮棉的具体工艺要求，操作可调漏底11进行相应的调整；若将可调漏底11调至最小间隙时，此时可调漏底11相当于封闭漏底，无除杂功能。由于抽吸气流的轴向作用，棉流3沿着两个刺钉辊4的表面成螺旋前进，在前进中不断被刺钉辊4表面的刺钉打击、撕扯、开松，在可调漏底11处进行多次除杂，除杂后的皮棉由出棉口进入皮棉管道被吸至集棉机。所除杂质沿斜板滑入落杂箱，被负压经出杂管6抽至清弹机处理。调节风门17可调节负压抽杂的风量。
3.2本机性能特点分析
3.2.1被负压抽吸的棉流速度与刺钉辊的线速度合成计算可得，棉流从进口至出口在辊子上被自由打击有5到6圈。每个刺钉辊下有除杂刀23把，也就是皮棉至少经过了115到138次除杂，一台本机的除杂点远高于两台普通皮清机的12或14个除杂点。本机摒弃了传统皮清机的握持打击、强力开松的设计，符合“自由打击、逐步开松、柔和清理”的清梳联先进工艺理念，从而能最大程度地保护棉纤维的品质。同时，握持打击可增加棉结20%，而自由打击只增加10%。
3.2.2由于转动件少，速度慢，本机功率消耗极低，经概算约为3kW~5.5kW；同时，本机不需另配风机，直接利用集棉风机即可，比机采棉皮清机每组节约能耗约50kW以上，仅为机采棉皮清机能耗的5.4%。
3.2.3全封闭的结构设计使灰尘无从外溢，杜绝了污染的发生。
3.2.4由于本机全封闭的结构设计，使得本机能在通入热空气后对皮棉进行清理的同时还能够同时对皮棉进行烘干。由于刺钉的打击阻滞和棉流的绕辊轴向流动，使皮棉在机箱内存留的时间较长，有利于烘干。棉流的绕辊径向运动与热风的轴向穿透形成了大的速差，这对皮棉的烘干也是非常有利的。
3.2.5整机结构设计简单，没有专用的易损件（例如普通皮清机的齿条、给棉板等），使整机容易维护。整体购机成本低于普通皮棉清理机。
3.2.6本机可根据对皮棉的质量要求，很轻松地在线调节排杂量。普通皮清机调整复杂且必须停机调节。
3.2.7本机的设计由于简化了给棉方式，所以在生产中发生堵车的几率很低。
3.2.8产量大，能与目前各型号高产轧花机配套。
3.2.9普通锯齿皮清机在实际应用中一般需要气流皮清机加以辅助排杂。本机的设计由于除杂、开松点多，在实际应用中可不必使用气流皮清机，可节省设备投资成本。
4结语
综上所述，在棉纺行业对皮棉品质日益重视的今天，作为原料供应方，棉花加工行业也应汲取棉纺行业的先进理念，做用户之所需，努力在源头把好皮棉的品质关，这样才能达到事半功倍的效果。不损伤纤维、低能耗、环保型皮棉清理机的设计符合目前下游客户要求，有巨大的市场空间。