智能籽棉清理机的设计探讨

■ 李向阳王泽武胡之浩孙亚楠

〔1恒天重工股份有限公司，河南郑州450053〕〔2郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕〔3郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司，河南郑州450001〕

智能籽棉清理机的设计探讨

■ 李向阳1王泽武2胡之浩3孙亚楠3

〔1恒天重工股份有限公司，河南郑州450053〕
〔2郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕
〔3郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司，河南郑州450001〕

目前机采棉的加工工艺、加工设备已经和国外先进国家的较为接近了，但机采棉质量却与之存在较大差距。我国机采棉杂质是进口机采棉的2倍。在流程近似、主要设备类同的情况下，主要是种植、采摘方式和加工的非智能化造成的。

一、智能籽棉清理机的应用是提高机采棉质量的必由之路

目前的加工生产线清理力度不够，在清理杂质工艺环节没有智能化的设计是主要原因。绝大多数生产线上没有在线检测杂质并反馈信号的设备，无论籽棉含杂多少、状况如何都采用一种加工模式。极个别生产线试点配置了在线检测杂质的设备，其也只能提供数据参考，因为现在的清理机没有根据加工情况适时在线调整的功能，其最终清理的结果无法掌控，所以应在清理阶段增加信息、智能化设计，开发在线测杂装置，研制出可根据信号自动调控清理力度的新型智能籽棉清理机。

二、目前的籽棉清理机简介

图1 六辊筒式籽棉清理机

图2 回收六辊筒式籽棉清理机

机采棉的籽棉清理设备有很多形式。图1、图2是六辊筒籽棉清理机和具有回收功能的六辊筒籽棉清理机，是国内棉花加工企业在机采棉中应用最广泛的籽棉清理设备。籽棉清理设备的核心是清理单元，籽棉清理单元中的辊筒形式主要是刺钉辊筒，其必须结合周围部件形成清理单元来完成清理目的。与刺钉辊筒相结合的尘格形式也多种多样，如：编织筛网、钢板冲孔筛网、圆钢格条筛网、扁钢格条筛网、钢板网等。

图3 刺钉辊筒与格条栅尘格

目前市场上的机采籽棉清理机的清理单元几乎全是圆钢格条筛网+刺钉辊筒的型式（见图3、图4），这也导致了在刺钉辊直径、数量、幅宽一致的情况下，各棉机制造厂生产出的各型清理设备在除杂率上几乎雷同，没有明显特色。圆钢格条筛网设计容易、制造简单、成本低廉、耐用度高且不易钩挂纤维。以上优点使得圆钢格条筛网广泛应用于目前的籽棉清理设备。清理系数（μ）是衡量清理效率的关键指标，在已有的研究结果中（见表1），圆钢格条筛网式清理单元与其它形式的筛网在清理系数（μ）方面的比较不占优势，也使得皮棉最终含杂率较高。圆钢格条筛网（见图4）虽然在两端部设计有长圆孔以供调整距刺辊的距离，但是在实际应用中不能够在线调节。

图4 圆钢格条筛网

表1 籽棉清理设备中尘格形式

所有的圆钢格条筛网两端都用螺栓上紧在墙板上，为了增加幅宽方向的强度，每两组清理单元在幅宽方向的侧板也用螺栓上紧，这样导致调格距困难。各轧花厂一般在轧季前维修时，将其隔距调整成15 mm后就不再调整了，致使所有工况的籽棉清理都使用一个工艺隔距，其最终清理的结果无法掌控。笔者认为选择清理系数（μ）较高的筛网形式，改进结构设计使其能在线调整，甚至能智能控制是提高机采棉质量的必由之路。

三、智能籽棉清理机的设计

（一）设计思路

长久以来轧花厂所使用的籽棉清理机清杂筛网清理系数（μ）较低，在处理手摘棉时尚能满足要求，而在处理机采棉时，由于产量大、清杂效率低，因此造成皮棉杂质超标。降低皮棉含杂率必须找准关键点，而提高筛网清理系数（μ）能有效降低皮棉含杂率。笔者选用了三角形除杂刀4，试验三角形除杂刀组成的筛网的清理系数（μ）远大于圆钢尘棒的筛网0.54，最高可超过菱形钢板网的0.77。清理系数（μ）的提高将直接提高清理机的除杂率。设计的三角形尘棒筛网中每根三角形尘棒可绕自己的轴心翻转，通过翻转调整距刺钉的隔距，此时可根据皮棉的具体工艺要求进行调节，很轻松地在线调节排杂量。若籽（皮）棉在线杂质分析仪8研制成功，就可与可在线调节的三角形除杂刀4组成闭环智能籽棉清理系统。

图5 智能籽棉清理机结构及控制原理

（二）工作过程

智能籽棉清理机的清理部分由刺钉辊筒1、三角除杂刀2组成，三角除杂刀2通过端头小轴与除杂刀座板4连接。三角除杂刀2可绕轴进行翻转，翻转的角度不同。刀尖距刺钉顶部的隔距不同，对籽棉的清理力度也不同，当翻转到最小角度时，除杂刀组形成封闭漏底，此时籽棉清理机只起开松的作用，而旋转一定角度，除杂刀尖正对刺钉时，漏底间隙最大，隔距最小，此时除杂强度最大。当皮棉通过皮棉管道7时，被皮棉在线杂质分析仪8实时检测到皮棉的含杂量，将信号随时传输给工控机9。工控机9根据信号计算出含杂量及需要调整的数据，通过信号10传输给步进电机6。步进电机6是驱动除杂刀旋转的动力源和执行机构，步进电机6上装有偏心盘5，通过连杆4推动除杂刀座板3，使三角除杂刀2翻转来在线改变除杂效率。在生产中同时可根据皮棉在线杂质分析仪8对数据实时修正，在线动态完成调整，直到达到所需效果。考虑到在线籽棉杂质分析仪更难开发，相对皮棉杂质分析仪8开发较容易些，在生产线中建议用皮棉杂质分析仪。由于其工艺点在生产线的下游位置，所检测结果与籽棉清理有一定的滞后性，但考虑到信号传输的迅速远大于籽棉在管道和设备中的速度，这点误差是可以忽略不计的。笔者所设计的籽棉清理机每个辊筒筛网都有一套智能执行系统，可以根据信号只调节其中的一个或几个筛网，也可以同时调节。

四、结语

提高机采棉质量是一个长期复杂的系统性工程，相对地在籽棉智能清理工艺阶段较易先行突破，智能籽棉清理是提高机采棉质量的必由之路。