長絨棉皮棉清理機的試驗與應用

高小龍，李斌※，高海強，劉向新，王士國，劉洋，王濤

（1.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆 石河子 832000；2.山東天鵝棉業機械股份有限公司）

0 引言

新疆長絨棉是我國高端色織、家紡和特種紡織品的主要原材料，其纖維柔長，被稱為“棉中極品”[1]。新疆作為我國唯一的長絨棉商業化生產區，2016 年長絨棉的種植面積達到14.89萬hm2，主要種植在阿瓦提縣、沙雅縣以及兵團第一師部分團場[2]。

近年來新疆地區長絨棉種植面積逐漸縮小，2020年長絨棉的種植面積下降至3.7萬hm2，相比2016年下降了75.15%[3,4]。除了受價格和紡織企業需求等影響外，長絨棉種植面積還因人工采收成本的增加而逐年縮小[5,6]，因此，長絨棉機械化采收是解決當前困境的有效途徑。

機采長絨棉含雜率較高，而現有棉花清理設備多為細絨棉清理設備，直接用于長絨棉清理會導致棉纖維損耗過大，為此，山東天鵝棉業機械股份有限公司研發出一款適用于長絨棉清理的皮棉清理機，在清雜的過程中降低了機械對纖維的損傷，并通過試驗測試了皮棉清理機的清雜效率以及對纖維長度的損耗，為機采長絨棉規?；l展提供基礎。

1 設備結構與工作原理

1.1 設備結構

皮棉清理機由塵籠、前后剝棉羅拉、給棉板、給棉羅拉、牽伸羅拉、牽伸光輥、刺輥、排雜刀和毛刷等組成，結構如圖1。

圖1 皮棉清理機結構示意

1.2 工作原理

皮棉清理機工作時，皮棉通過風機引風作用從皮棉入口進入，與自轉的塵籠撞擊并吸附在塵籠網面上形成棉膜，當棉膜達到一定厚度時，前剝棉羅拉和后剝棉羅拉將棉膜剝落下來并向下輸送至牽伸羅拉與牽伸光輥，完成第一次清雜。牽伸羅拉與牽伸光輥通過高于剝棉羅拉的轉速將排出的棉層變薄并喂入棉板與給棉羅拉，隨后刺輥在棉板與給棉羅拉的握持下將棉層鉤拉梳理并高速旋轉，在離心力作用下，雜質懸浮在刺輥外層并被排雜刀切割下來落入排雜箱，完成第二次清雜。雜質在機器下端通過管道被風吸走，刺輥上剩余纖維被毛刷刷入皮棉出口，在總集棉引風的吸引下運輸到后方。

2 主要技術特點

（1）牽伸羅拉與牽伸光輥的轉速（線速度）大于前剝棉羅拉和后剝棉羅拉，將排出的棉層變薄并送向后方。

（2）毛刷輥的直徑大于刺輥的直徑，直徑比為3:2，此結構能夠減輕振動，確保裝置的平穩運行。

（3）第一次清雜過程不涉及鋸齒形刺輥和其他刺輥，不會損傷皮棉纖維長度。

（4）皮棉出口下方開有補風口，可提供一定量的風力，彌補引風不足產生的問題。

（5）調節板可調節風口大小，根據不同的清理等級提供不同大小的風量。

（6）給棉板弧形結構的軸線與給棉羅拉的軸線相同，能進一步握持棉層，將厚度相對均勻的棉層提供給刺輥，以便刺輥進行相對均勻的鉤拉。

（7）順棉板的三角結構能防止皮棉出口以及刺輥回帶棉花，保證風運通暢。

3 主要部件

第二次清雜的工作過程如圖2，主要部件為除雜刀與刺輥。工作時刺輥順時針高速旋轉，刺輥上的針刺勾拉住含雜質的棉纖維，雜質由于離心作用懸浮在刺輥外層，除雜刀向左上角微傾固定在機具上，與旋轉的棉纖維發生碰撞，此時雜質會脫離棉纖維并順著除雜刀傾角滑落，但此時棉纖維會與除雜刀產生碰撞，造成棉纖維損傷，這也是影響長絨棉纖維長度的主要環節[7,8]。

圖2 除雜刀清雜示意

圖3為皮棉清理機中除雜刀、給棉板與刺輥的位置示意，這3個部件是影響皮棉清理機清雜效率以及導致纖維長度損耗的主要部件。

圖3 除雜刀、給棉板與刺輥位置示意

除雜刀的清理效果與兩個因素相關，一是除雜刀相對于給棉板的距離L1，二是除雜刀與刺輥的距離L2。當L1大L2小時，除雜效果理想但降低衣分，損耗較多；當L1小L2大時，損耗較少，但除雜梳理效果差，雜質較多，因此需要根據具體情況確定除雜刀合適的相對位置[9]。

除雜刀的數量也影響皮棉的除雜效果，除雜刀數量越多，排出雜質越多，但排出的有效纖維也越多，本設備除雜刀的數量為4 個，數量太多會影響其他部件的安裝位置，數量太少則影響除雜效果[10]。

當刺輥與除雜刀進行第二次清雜時，需要雜質的轉動慣量大于棉層產生的轉動慣量，因此，考慮到設備尺寸及產生合適的轉動慣量，將刺輥的直徑定為400 mm，毛刷的直徑定為600mm，此時毛刷受力與刺輥受到的沖擊都較小，相對延長了二者的使用壽命。

4 應用與試驗

為驗證皮棉清理機的實際使用效果，2023 年3 月在阿克蘇地區的永華棉業有限責任公司開展長絨棉清理試驗，清理樣品為機采長絨棉，加工工藝按照長絨棉清理加工工藝執行，試驗采集指標為含雜率和纖維長度。

4.1 清雜效率試驗方案

試驗前，從清前（清后）皮棉取樣處（圖4）隨機取樣約1000g，并從中取出50 g 樣品通過YG041 型原棉雜質分析機進行皮棉與雜質的分離，取出雜質后稱重并按式（1）計算得出清雜效率，試驗共進行7 組，去除兩個極端值，計算出皮棉清理機平均清雜效率。清雜試驗數據與結果如表1。

表1 清雜試驗數據與結果

圖4 清前（清后）皮棉取樣處

式中m1--清前皮棉試樣雜質質量，g；m2--清后皮棉試樣雜質質量，g。

通過計算，皮棉清理機平均清雜效率為49.3%。

4.2 纖維長度試驗方案

試驗前從清前（清后）皮棉取樣處隨機取樣50g，通過YG041 型原棉雜質分析機進行皮棉與雜質的分離，并使用粗、密梳棉針進行梳理，用鑷子隨機夾取3 根棉纖維測量長度，得出清雜前后的皮棉纖維長度，試驗共進行3 組，纖維長度測試結果見表2。

表2 纖維長度測試結果

通過測量比較，皮棉清理機在清雜過程中對長絨棉的纖維長度損耗較小，滿足使用要求。

5 結論

通過對皮棉清理機的清雜效率與纖維長度損耗的測量，驗證該設備在長絨棉上的實際使用效果。經過試驗測量，皮棉清理機的清雜總效率約為49.3%，對纖維長度的損耗較低，能夠應用在機采長絨棉的后續清雜過程中。該設計為新疆機采長絨棉的發展提供了技術性支持，加快了我國主要農作物全程機械化的進程。