■ 朱瑞峰

〔邯鄲金獅棉機(jī)有限公司，河北邯鄲056009〕

鋸齒軋花機(jī)工作箱工作原理解析

■ 朱瑞峰

〔邯鄲金獅棉機(jī)有限公司，河北邯鄲056009〕

鋸齒軋花機(jī)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的軋花機(jī)具，是決定棉花加工產(chǎn)能和棉花加工質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備之一。除鋸片片數(shù)外，工作箱的差別是決定軋花機(jī)性能不同的主要原因。因此，正確解析鋸齒軋花機(jī)工作箱工作原理，合理設(shè)計(jì)軋花機(jī)工作箱成為提高軋花機(jī)工作性能的關(guān)鍵。

鋸齒軋花機(jī)；工作箱；原理解析

軋花工序的主要設(shè)備是軋花機(jī)。鋸齒軋花機(jī)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的軋花機(jī)具，在我國(guó)絕大多數(shù)軋花廠都在使用它。軋花機(jī)的品種很多，僅我國(guó)就有十幾種。區(qū)別這些品種除了鋸片片數(shù)外，工作箱的差別是決定軋花機(jī)性能不同的主要原因。

1 概述

對(duì)工作箱的基本要求是實(shí)現(xiàn)纖維和棉籽的分離，但僅僅滿足這一基本要求是不夠的，還必須使籽棉纖維分離過程連續(xù)不斷。軋花時(shí)，工作箱的幾何形狀為進(jìn)入其中的籽棉提供運(yùn)動(dòng)的軌道，使它們形成棉卷。鋸齒作用于棉卷，使棉卷受到力矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。正是因?yàn)槊蘧淼霓D(zhuǎn)動(dòng)，使得棉卷內(nèi)的棉花被鋸齒鉤拉產(chǎn)生纖維和棉籽分離，實(shí)現(xiàn)軋花過程。在這個(gè)過程中，工作箱的工作是非常復(fù)雜的，一般很難進(jìn)行具體描述。本文重點(diǎn)對(duì)工作箱工作原理進(jìn)行探究，拋磚引玉，與同行交流商榷，為棉花加工實(shí)現(xiàn)“安全、高效、優(yōu)質(zhì)”的目標(biāo)提供有效的幫助。

2 工作箱棉卷的受力分析

工作箱棉卷是一個(gè)由籽棉與棉籽及游離纖維等組成的混合體，從斷面看各區(qū)域密度不同。對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的棉卷，可看成是一個(gè)整體，這個(gè)整體是介于剛體與彈性體之間的一種具有柔韌性的物體，它轉(zhuǎn)則成型，不轉(zhuǎn)則散。如何正確認(rèn)識(shí)工作箱的工作原理和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們可通過受力分析來研究它。

圖1是工作箱棉卷的受力分析圖。棉卷在運(yùn)動(dòng)中受重力、正壓力、鋸齒作用力、工作箱摩擦力及前抱合板的切向阻力等作用。

2.1 重力

棉卷受重力的大小為：

式中：G—棉卷所受重力；

m—棉卷質(zhì)量；

g—重力加速度。

重力通過棉卷的中心不產(chǎn)生力矩，只在排籽中起一定的作用，對(duì)棉卷的運(yùn)動(dòng)不起作用。

2.2 正壓力

工作箱前后抱合板壁對(duì)棉卷運(yùn)動(dòng)時(shí)提供的正壓力，方向指向棉卷中心，前抱合板壓力N1小，后抱合板壓力N2大。合力大小N可表示為：

式中：N—棉卷所受正壓力的合力；

N1i，N2i，Ni—單位籽棉所受的正壓力；

n—單位籽棉數(shù)量。

該合力作用線通過棉卷中心，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，但是產(chǎn)生摩擦阻力的主要作用力。

2.3 鋸片的作用力

鋸片的作用力是產(chǎn)生棉卷轉(zhuǎn)動(dòng)的原動(dòng)力，它對(duì)棉卷產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。鋸片對(duì)棉卷的作用力，除了鋸齒的直接鉤拉力P1外，還有鋸片與棉卷接觸的摩擦力P2，而其中P1由多個(gè)鋸齒的鉤拉力P11，P12…P1n組成。因此，鋸片的作用力為：

由此看出，鋸片作用力的大小與鋸片轉(zhuǎn)速、鋸齒齒形、鋸齒的作用時(shí)間及作用齒數(shù)有關(guān)，還與棉卷密度有關(guān)。

2.4 鋸片的轉(zhuǎn)速

鋸片的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著單位時(shí)間通過工作箱棉卷鋸齒的數(shù)量，決定著軋花機(jī)的產(chǎn)量。

式中：m—鋸片單位時(shí)間鉤拉棉花質(zhì)量；

Z—鋸片單位時(shí)間通過工作箱的齒數(shù)；

Z鋸—標(biāo)準(zhǔn)鋸片齒數(shù)；

n—鋸片轉(zhuǎn)速；

mi—鋸片單齒鉤拉棉花質(zhì)量。

鋸片的轉(zhuǎn)動(dòng)，在鉤拉棉花的同時(shí)對(duì)棉卷產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，沖擊會(huì)使得棉卷與鋸片摩擦加劇，棉纖維因此斷裂，與棉籽分離。

2.5 工作箱摩擦阻力

軋花機(jī)工作箱壁對(duì)棉卷存在摩擦阻力F，它的大小與正壓力N成正比。

式中：f—籽棉與工作箱壁的摩擦系數(shù)。

摩擦阻力產(chǎn)生阻力矩，是阻礙棉卷運(yùn)轉(zhuǎn)的力矩。工作箱摩擦阻力大小與工作箱形狀、工作表面狀況、棉卷密度及其運(yùn)轉(zhuǎn)速度有關(guān)。

2.6 切向阻力

切向阻力F′主要在前抱合板C處產(chǎn)生，它直接阻礙棉卷的轉(zhuǎn)動(dòng)，它的大小與前、后抱合板的弧度R1、R2有關(guān)。

3 結(jié)論

由以上分析可知，軋花機(jī)工作箱內(nèi)棉卷的存在及鋸片輥筒的作用，還不能完全決定棉卷的運(yùn)動(dòng)，要使棉卷正常運(yùn)動(dòng)，還必須具備下列條件：

3.1 足夠的動(dòng)力

鋸片輥筒給予棉卷的作用力矩必須大于工作箱壁給予棉卷的反向摩擦力矩，即：

式中：F1、F2—前后抱合板的摩擦阻力；

F′—所受的力臂，近似為R2；

M—工作箱兩側(cè)壁摩擦阻力矩，可不計(jì)。

因此，要使棉卷轉(zhuǎn)動(dòng)順利，就要使工作箱的內(nèi)表面盡量光滑，減少阻礙物，并有足夠的動(dòng)力配備。

3.2 適合的工作箱幾何形狀

棉卷能否轉(zhuǎn)動(dòng)及其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度均與工作箱的幾何形狀有關(guān)。目前，各種軋花機(jī)的性能不同，主要區(qū)別在于工作箱的幾何形狀。通過分析可知，工作箱的幾何形狀應(yīng)盡量容納更多的棉花，棉卷切向阻力應(yīng)盡量減小，使棉卷運(yùn)轉(zhuǎn)更加順暢。

3.3 適宜的棉花回潮率

多年生產(chǎn)實(shí)踐和大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，籽棉回潮率過高對(duì)加工非常不利。從理論分析可知，籽棉回潮率高，棉花與工作箱內(nèi)壁的摩擦系數(shù)增加，使得摩擦力增大，由此可消耗更多的動(dòng)力，也可能使得棉卷停轉(zhuǎn)。因此，要保證軋花產(chǎn)能，必須從工藝上控制付軋籽棉的回潮率。