高效低损皮棉清理机的研究实践

■ 刘 平 张 坤 陈昊婷

〔1奎屯银力棉油机械有限公司，新疆奎屯833200〕

〔2江苏鑫德隆环保科技有限公司，江苏盐城224100〕

一、皮棉清理机简介

皮棉清理机简称皮清机，用来清理锯齿轧花机轧出的皮棉，降低皮棉的含杂率、疵点，改善皮棉外观形态，提高皮棉质量。皮清机是经过轧花机将皮棉与棉籽分离后对皮棉进行单独清理的机器。经过轧花机加工出来的皮棉，一般还要经过气流式皮清机，再经过一到两次的锯齿皮清机，才能达到清理的目的。

（一）气流式皮清机

气流式皮清机也称离心式皮棉清理机，以前是在输棉通道上设置一个在转弯处开口、截面突然变大的弯道，靠原棉和杂质质量不同产生的离心力不一样来进行除杂，对纤维没有撕扯和拉伸，所以对纤维强力、长度没有任何损伤，但其除杂效果较差，只能去除部分较大的杂质。后来生产出了专门的气流式皮清机，在机框内设置了可调节缝隙的排杂口，提高了对皮棉杂质的清理效率，且对纤维的损伤极小。奎屯银力棉油机械有限公司针对其研发的双锯筒锯齿轧花机，配套设计了双气流皮清机，除了上下排杂口以外，还设计了排杂绞龙来输出杂质，对轧花机上下锯片辊筒轧出的皮棉，分别进行杂质清理并对应输送到两台锯齿皮棉清理机中，虽然除杂效率与普通气流式皮清机相同，但是生产效率可成倍提高。

（二）锯齿式皮清机

锯齿皮棉清理机是利用高速旋转的齿条刺辊对给棉罗拉与给棉板夹持的棉纤维进行钩拉分解梳理，并使杂质产生的离心力大于杂质与纤维的黏结力，通过除尘棒对杂质的冲击刮剥等作用将杂质从棉纤维中分离，并排出机外。

具体过程如下：皮棉在轧花机毛刷风力和皮棉清理机引风机的吹吸作用下，通过四通阀、变径管、直角管进入集棉尘笼，并被吸附在尘笼网表面上。含尘气流从尘笼两侧进入分配风管，经风机排入除尘部分。随着尘笼的旋转，尘笼表面的松散棉纤维被前、后剥棉罗拉压实并剥落，并将其喂给牵伸罗拉和牵伸光辊。由于牵伸罗拉和牵伸光辊转速较高，棉层被牵伸变薄，并喂给给棉罗拉和给棉板，因此，在给棉罗拉和给棉板的共同作用下，棉层变得更薄并被夹持在两者之间，同时喂给齿条刺辊。刺辊对皮棉进行充分的钩拉和分解梳理。被钩持的棉纤维随清棉刺辊做高速旋转运动，当与毛刷辊筒相遇时，被毛刷刷入皮棉道，送往集棉机进行打包。不孕籽等杂质的密度较大，在随齿条刺辊高速运动的过程中，因离心力的作用而使其向外移至刺辊表面；并在其未遇毛刷辊筒之前被除尘棒冲击排除，待落入排杂箱后由吸杂风机吸出机外。

二、普通锯齿皮清机的性能特点

因为锯齿皮清机使用高速旋转的齿条刺辊对握持纤维进行撕扯，在有效清除杂质的同时，对纤维的损伤也非常大，所以，尽管皮棉清理能够明显改善原棉的黄度指标，并使其色特征级增加，外观质量得到较大提高，却降低了纤维的长度和强力，增加了短绒率，降低了原棉的可纺系数。特别是经过两次锯齿皮清机后，对原棉的内在品质伤害更大，其所纺出的纱线质量更差。为此新疆推行棉花机械化采收后，原棉品质下降已经成为困扰业内的一大难题，越来越多的专家提出不要采用“双皮清”工艺。但在目前的棉花交易模式下，市场都是重外观轻内在质量，普通机采棉只有经过两次皮棉清理，才能卖出一个相对较好的价钱。另外，不论是“单皮清”工艺还是“双皮清”工艺对棉纤维的损伤都不容忽视，市场更需要低损伤的锯齿皮清机。

三、高效低损锯齿皮清机的研发实践

奎屯银力棉油机械有限公司通过对机采棉轧花工艺与设备的试验分析，探索出了一条简洁高效的机采棉轧花新工艺，该工艺以公司自主研发的复式籽棉清理机和双锯筒锯齿轧花机为关键主机设备，其他设备可以选用市场上常用机型。但为了达到更好的配套效果，系统地提升棉花加工质量，也针对性地研发了专门的籽棉大杂清理机、籽棉异纤清理机和皮棉清理机。在研发的皮棉清理机中，创新程度较高的针钉式皮棉清理机的研究成果尚不成熟，而创新程度较低的锯齿式皮棉清理机则已经产品化，并得到了市场的认可。

公司最初生产的锯齿皮清机是仿造市场上其他机型制造的，作为其后研制新型锯齿皮清机的对照样机。新研制的“银力”牌锯齿皮清机在对照样机结构的基础上，主要改进调整了以下几个方面。

（一）格条栅的改良

皮清机的核心功能就是清杂，根据对照样机的性能现状，研发小组进行了深刻分析，认为皮清机的主要问题是清杂效率，而影响清杂效率的主要部件就是刺钉辊和格条栅，其中最关键的是格条栅形状与结构参数。通过现场试验我们取得了一些经验，针对样机格条栅存在的一些问题进行改进。

1.格条之间净间隔的调整。

锯齿皮清机各机型格条栅粗细、密度都不相同，经过现场的试验表明，格条之间净间隔25 mm左右是比较合适的，此时排杂效率较高，落棉率很低。当格条之间净间隔过小时，排杂效率降低；当格条之间净间隔过大时，格条栅下部明显挂花，机器无法正常运转。

从机理上讲，在有限的排杂区域内，格条直径越小则越有利于排杂，原来直径ϕ8 mm，如果改为直径ϕ6 mm，适当增加加强筋的数量防止振动和变形，相同的中心距则净间隙可增加2 mm，加大了排杂面积。

前期试验的格条栅都是间隔相等的均匀分布模式，实践证明这种结构不够合理。因为棉花从格条栅入口运行到出口过程中所受的离心力、重力及其合力的大小和方向是不断变化的，越是运行到中下部，棉花受重力影响越大，越是容易滑脱到格条栅表面造成挂花或落棉，所以应设计成上部间隔最宽、中部间隔适当、下部间隔较窄这种结构，即上半部间隔27～28 mm，中部间隔26～27 mm，下半部间隔25～26 mm。这一点我们有大量的试验结果来证明，而且轧花厂及合作单位技术人员也有相同的观点。

2.减少格条栅加强筋。

目前样机格条栅加强筋的间隔在250 mm，共13个（含两边）加强筋，试车时挂花都发生在加强筋处，主要是加强筋与格条电焊时留下焊渣，需要很好的打磨。其实即使做到光滑了也容易挂花，这是有加强筋的必然结果，但没有加强筋又不行。考虑到格条的直径是8 mm，强度可以满足要求，我们将加强筋间隔扩大到375 mm，格条栅一共只有9个（含两边）加强筋，明显减少了挂花几率，也不影响整体强度。需要注意的是，在保证加强筋光滑的同时，格条根部焊接处也必须打磨好。

（二）格条栅与压棉罗拉辊之间堵塞问题

试验发现，较长时间（超过1小时）工作时，格条栅上部与压棉罗拉辊之间很容易堵塞棉花，形成堆积现象，机器无法正常运行，格条也容易钩挂棉花，尽管后期在其上部安装了密封胶条压在压棉辊表面，但仍有堆积现象。当时现场分析认为是压棉罗拉局部表面有毛刺所致，但经过砂纸打磨后，此现象仍然存在，而且不止一处出现。后来我们减小了压棉罗拉和剥棉罗拉的直径，缩小了二者与锯齿辊之间的积棉三角区，同时也降低了压棉罗拉与格条栅之间的棉层厚度，大幅度降低了堵塞和挂花的几率。另外由于压棉辊是运转件，最好的办法是使用弹性良好的橡胶板来密封。

（三）皮棉出口尺寸及风量配置

锯齿皮清机样机皮棉出口高度230 mm，机器幅宽3 000 mm，目前最大风量16 000 m3/h，风速约6.4 m/s，显然当棉花产量达到1 000 kg/h以上时就会堵塞。而我们这台皮清机皮棉实际处理量不低于1 500 kg/h，按照气力输送皮棉风速要求计算，此处风速应不低于12 m/s。有鉴于此，样机安装到生产线时，我们将出口高度收缩到125mm左右，此时风速则可以满足生产要求。

（四）尘笼网面回棉问题

在我公司的轧花试验中，锯齿皮清机皮棉进口下部尘笼网面防回棉密封皮处有回棉现象（两台均有），分析原因是进口下淌板太长、密封皮太硬容易噎住棉团，另外也与下部的剥棉罗拉与尘笼网面间隙、皮棉产量有关。经过更换密封皮、调整间隙、提高产量后，回棉现象已经消失。

（五）格条栅下部挂花问题

格条栅最下部挂花不单纯是光滑度问题，还有结构设计问题。从排杂机理分析，90%的排杂均在刺钉辊45°范围完成，少量在90°处完成，超过90°排杂极少，因为刺钉刚开始挂住纤维后是在刺钉根部，随着高速旋转，棉纤维很快从根部移向尖部，甚至脱落。目前一般的格条栅排杂弧面约160°，按理论分析，135°时就基本停止排杂了，之后棉纤维就可能脱落到格条栅表面并依靠格条栅托持棉花前进，格条栅净间隔25 mm很容易造成挂花。改进方案是减小排杂弧面角度，只保留135°，相当于去掉下部4根格条，前伸皮棉出口下淌板，使其前端达到刺钉辊筒子午线处，与刺钉间隙10 mm，与格条栅最近距离50 mm，这样下淌板前端与刺钉辊筒表面形成补风口，并产生较强的负压区，50 mm附近的棉花受到刺钉辊本身风力的携带和推送再加上前面的吸附，不会脱落就能顺利排出，同时可排出一定量的短纤维。排短纤维时掌握的尺度是，只要不孕籽含棉率不大于50%就是好的，反之如果不孕籽含棉率很低在20%以下，就说明皮棉中的短纤维率太高，影响棉花质量。

四、新型锯齿皮清机的优点

（一）降低了皮棉纤维的损伤

其一采用自锁式密细齿条代替传统的锯齿齿条，不易将棉纤维割断，不易产生清理死角，不易摩擦起火。其二不再使用给棉罗拉与给棉板，使棉纤维一直处于松散、自由状态下被齿辊钩拉梳理。

（二）提高了清杂效率

通过合理配置齿辊的转速、排杂刀（格条栅）数量以及排杂刀（格条栅）与齿辊锯齿相对位置，使清杂效率和棉纤维损耗这些关键指标得到优化。

（三）运行更加稳定，操作调整简单方便

本产品简化了给棉板及给棉罗拉，使调整维护更加简便，降低了对工人技术能力的要求，减少了调整维修的时间和配件维护费用，同时降低了故障率，解决了皮清机的堵塞问题，使设备运转稳定可靠。

（四）提高了加工效率

本机由于简化了结构，调整了齿辊转速，相应提高了整机产量。使锯齿皮清机对高产、新型锯齿轧花机的配套适应性更强，有利于挖掘整条棉花加工生产线的潜力，并方便棉花加工流程的智能化管控。