■王殿欽 韓瓏芝 王澤武 黃志西

〔1鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南 鄭州 450004〕

〔2河南省纖維檢驗(yàn)局，河南 鄭州 450004〕

〔3第一師十六團(tuán)棉花加工廠，新疆 阿克蘇 843000〕

傳統(tǒng)的手摘棉生產(chǎn)線中，籽棉主要是由人工喂入的，人工喂棉無(wú)疑是軋花生產(chǎn)線中最臟、最累的工作。近幾年，在疆勞工短缺，各軋花廠在軋季都存在招工難的情況，特別是喂花工，普遍存在難招、難留的情況。人工喂棉受體力所限，普遍不能發(fā)揮生產(chǎn)線的潛能。人工喂棉時(shí)快時(shí)慢，造成生產(chǎn)線的產(chǎn)量也忽高忽低，不僅無(wú)法保證產(chǎn)量，對(duì)皮棉的質(zhì)量也有一定的影響。機(jī)采棉比手摘棉具有高效、低成本、高收益的顯著優(yōu)勢(shì)。目前，新疆發(fā)展機(jī)采棉生產(chǎn)的勢(shì)頭強(qiáng)勁，機(jī)采棉生產(chǎn)線的產(chǎn)量較傳統(tǒng)的手摘棉生產(chǎn)線高得多，必須使用自動(dòng)喂棉機(jī)來(lái)滿足生產(chǎn)線大產(chǎn)量喂棉的要求。國(guó)內(nèi)各棉機(jī)制造廠家通過(guò)幾年的摸索和實(shí)踐也研制了多款應(yīng)用于機(jī)采棉生產(chǎn)線的喂棉機(jī)。

一、機(jī)采棉生產(chǎn)線中的幾種具有代表性的喂棉機(jī)及其特點(diǎn)

圖1.模機(jī)

圖2.模機(jī)的刺釘輥筒

圖1所示的開(kāi)模機(jī)也可稱作喂棉機(jī)，是機(jī)采棉推廣初期使用的具有代表性的機(jī)型。圖1所示的開(kāi)模機(jī)在地軌道上行進(jìn)，利用圖2中的一組排列成一定角度的刺釘輥筒的旋轉(zhuǎn)，將籽棉開(kāi)松并打入箱體中，通過(guò)絞龍將籽棉排出機(jī)箱淌到與地軌道平行的輸送帶上，輸送帶將籽棉輸送至一頭，由外吸風(fēng)機(jī)吸入車間內(nèi)的生產(chǎn)線中。開(kāi)模機(jī)由中控臺(tái)自動(dòng)控制，當(dāng)軋花機(jī)上的棉箱滿時(shí)，棉箱上的光電傳遞信號(hào)提示開(kāi)模機(jī)停止前進(jìn)，停止喂給；軋花機(jī)需喂棉時(shí)，開(kāi)模機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始喂棉。喂棉量的多少由開(kāi)模機(jī)前進(jìn)的速度決定。早期開(kāi)模機(jī)的使用在一定程度上解決了機(jī)采棉喂棉的難題，為機(jī)采棉工藝的迅速推廣奠定了基礎(chǔ)。開(kāi)模機(jī)在使用時(shí)需把機(jī)采的籽棉預(yù)先打制成棉模，所以在使用開(kāi)模機(jī)時(shí)需配套多臺(tái)打棉模機(jī)和更多的運(yùn)模車，成本較高。由于棉模不能類似棉垛的堆放，因此，待喂棉模需占用較大的場(chǎng)地存放。

圖3.坑式喂棉機(jī)

圖3所示的是地坑式喂棉機(jī)，是目前應(yīng)用最廣泛的喂棉機(jī)。其主要的特征是利用地坑存放籽棉，在多排鏈條向輥筒方向的拉動(dòng)下完成進(jìn)給喂棉的動(dòng)作。開(kāi)松喂棉部分和圖2基本類似，被開(kāi)松的籽棉被轉(zhuǎn)至前箱，由吸棉管吸入車間內(nèi)的生產(chǎn)線中。喂棉量的多少由鏈條的拉動(dòng)速度決定，中控臺(tái)可完成自動(dòng)控制。此機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性廣，不必打棉模，適合散料喂棉。應(yīng)用該機(jī)雖然需要配置推土機(jī)將籽棉推或鏟入地坑，但是節(jié)省了多臺(tái)打棉模機(jī)和更多運(yùn)模車的投資，相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較低。該機(jī)在使用中也存在一定的問(wèn)題，由于石頭類大雜排不出，在與石頭擊打中，刺釘經(jīng)常被彎曲、折斷；石頭與高速旋轉(zhuǎn)的刺釘硬接觸時(shí)產(chǎn)生火花，繼而引發(fā)火災(zāi)的現(xiàn)象也頻繁發(fā)生。然而地坑較深，不易施救，火災(zāi)損失較大。庫(kù)爾勒某軋花廠因石頭問(wèn)題多次發(fā)生火災(zāi)，被迫重新啟用人工喂棉，大大影響了產(chǎn)量。

圖4.面導(dǎo)軌式喂棉機(jī)

圖4與圖3所示的地坑式喂棉機(jī)的最大區(qū)別：圖4所示的喂棉機(jī)在地面放置；拉動(dòng)籽棉進(jìn)給用的不是鏈條，而是液壓推動(dòng)的鋁合金成型導(dǎo)軌。該機(jī)利用導(dǎo)軌的向前運(yùn)動(dòng)完成喂棉的動(dòng)作，喂棉量的多少由導(dǎo)軌的推進(jìn)速度決定，由中控臺(tái)可完成自動(dòng)控制。開(kāi)松喂棉部分和圖2基本類似，被開(kāi)松的籽棉被轉(zhuǎn)至前箱，由吸棉管吸入車間內(nèi)的生產(chǎn)線中。該機(jī)由于設(shè)置在地面，工人較易接觸待喂籽棉，在聽(tīng)到較大撞擊聲或發(fā)現(xiàn)火情時(shí)立即停機(jī)，工人可將籽棉清出處理石塊或火情。該機(jī)在一定程度上解決了地坑式著火不易施救、石塊不易清理的狀況。但這都是發(fā)生問(wèn)題后的補(bǔ)救措施，無(wú)法提前預(yù)防。該機(jī)可開(kāi)棉模也可開(kāi)散料。在實(shí)際使用中開(kāi)棉模的較少，主要原因是：1.由于開(kāi)棉模時(shí)需配多臺(tái)的打棉模機(jī)和更多的運(yùn)模車，配置和用人工的成本較高。2.開(kāi)棉模時(shí)需現(xiàn)場(chǎng)存一定量的棉模備用，占的場(chǎng)地較大；運(yùn)模車也需較大的場(chǎng)地拐彎和倒車。3.運(yùn)模車在向?qū)к壭赌r(shí)不容易放得很準(zhǔn)確。一般廠家使用時(shí)會(huì)在喂棉機(jī)導(dǎo)軌兩側(cè)加裝擋板，使之用于散料喂棉。

二、新型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)的設(shè)計(jì)

（一）新型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)的設(shè)計(jì)思路

1.避免旋轉(zhuǎn)件與石塊的高速硬性撞擊是防自身?yè)p壞、防火的關(guān)鍵。

目前在軋花廠最常見(jiàn)到的喂棉機(jī)是圖3所示的地坑式喂棉機(jī)，地坑式喂棉機(jī)適應(yīng)性廣，可以散料喂棉。其地坑較深，地坑內(nèi)有待喂籽棉或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)人不能進(jìn)入清理石塊等重雜，在被刺釘高速打擊時(shí)易產(chǎn)生火災(zāi)，且著火時(shí)不易施救。圖4的地面式喂棉，將地坑式喂棉機(jī)轉(zhuǎn)為地上，在停機(jī)時(shí)，人工可進(jìn)行一些清雜的工作。地坑式著火時(shí)雖不易施救，但在地坑的約束下，最多損失一坑的籽棉；地面式喂棉雖易于施救，但其著火點(diǎn)與貨場(chǎng)籽棉處于同一平面，受風(fēng)的影響，蔓延的危險(xiǎn)性更大。目前看來(lái)，籽棉原料中混有石塊是損毀喂棉機(jī)輥筒刺釘、引發(fā)火災(zāi)的主要原因。石塊的來(lái)源分析：1.機(jī)采時(shí)采棉頭放得過(guò)低，將石塊卷入籽棉。2.棉模在田間地頭存放，再啟運(yùn)時(shí)將地面的石塊混入。3.籽棉在轉(zhuǎn)場(chǎng)加工時(shí)，推土機(jī)也易將地面的石塊磋起混入原料。庫(kù)爾勒某軋花廠在加工轉(zhuǎn)場(chǎng)來(lái)的籽棉時(shí)，曾4天在地坑中清出3 t磚石，最下面一根刺釘輥筒的刺釘幾乎全被打掉，多次發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情。4.近年來(lái)棉花價(jià)格疲軟，導(dǎo)致棉農(nóng)收益下降。機(jī)采籽棉水雜扣除的比例也較大，在散料交棉時(shí)，有人工故意混入的不良行為。

筆者認(rèn)為加強(qiáng)機(jī)采棉規(guī)范性采摘、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)運(yùn)，加強(qiáng)對(duì)摻雜使假行為的糾察措施和處罰力度，是有效減少籽棉原料中石塊的有效方法。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有棉機(jī)廠家針對(duì)籽棉中夾雜石塊的問(wèn)題，研制出了龍門(mén)架式異物探測(cè)機(jī)，就是為了在交售籽棉時(shí)，提前發(fā)現(xiàn)籽棉中的大型異物。石塊的存在是客觀事實(shí)，再完善的規(guī)章制度和嚴(yán)厲的懲罰措施也不能完全避免。目前的喂棉機(jī)無(wú)法清除石塊，在籽棉中裹挾的堅(jiān)硬石塊被高速旋轉(zhuǎn)的輥筒刺釘打擊，損壞刺釘甚至產(chǎn)生火災(zāi)。在設(shè)計(jì)新的喂棉機(jī)時(shí)，筆者的思路是避免喂棉機(jī)高速旋轉(zhuǎn)類部件與石塊的硬性撞擊，以防止部件自身的損壞與火災(zāi)的發(fā)生。

2.新型喂棉機(jī)要考慮保持棉纖原生態(tài)的設(shè)計(jì)。

機(jī)采棉的成熟度不如手摘棉，纖維強(qiáng)度也低于手摘棉。而機(jī)采棉在生產(chǎn)線中又經(jīng)過(guò)了遠(yuǎn)多于手摘棉的刺釘輥的反復(fù)打擊、搓揉和齒條輥的多次強(qiáng)力鉤拉，這個(gè)過(guò)程造成了棉纖維干體的損傷及纖維長(zhǎng)度的變短，同時(shí)索絲、疵點(diǎn)和短纖維率也大量增加，嚴(yán)重影響了棉纖維原生的品質(zhì)。降低對(duì)棉纖維的打擊力度，減少生產(chǎn)線中對(duì)棉纖的打擊次數(shù)，是減少機(jī)采棉加工過(guò)程對(duì)棉纖維原生品質(zhì)損傷的重要手段。在新的喂棉機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)，筆者的思路是放棄使用高速旋轉(zhuǎn)的輥筒類部件，這樣既能避免與石塊的高速硬性撞擊，以防輥筒類部件自身的損壞與火災(zāi)的發(fā)生，又能減少生產(chǎn)線中刺釘輥的總數(shù)，減少打擊次數(shù)，從而減少對(duì)棉纖維原生品質(zhì)的損傷。

3.新型喂棉機(jī)要考慮除地膜、異性纖維的設(shè)計(jì)。

異性纖維（俗稱三絲）是籽棉或皮棉中所含有的非棉纖維。它主要包括：編袋絲（也稱丙綸絲）、化纖絲束、有（染）色線、人畜毛發(fā)、塑料薄膜、布條（塊）、家禽羽毛、繩索等。異性纖維產(chǎn)生的主要原因與傳統(tǒng)的人工采摘、多渠道流通方式有關(guān)。各種異性纖維的混入是從棉花采摘、晾曬、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、交售、上垛6個(gè)階段逐步混入的。

“三絲”問(wèn)題是近年來(lái)影響我國(guó)棉花質(zhì)量和制約我國(guó)棉花、棉紡織品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的最突出問(wèn)題。多年來(lái)，棉花中的異性纖維，削弱了國(guó)產(chǎn)棉花、棉織品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，致使棉花、棉紡企業(yè)都投入了大量的人力物力進(jìn)行挑揀。盡快攻克棉花異性纖維頑癥是推進(jìn)我國(guó)棉花質(zhì)量與國(guó)際接軌的當(dāng)務(wù)之急。

在機(jī)采棉中雖然異性纖維的問(wèn)題比手摘棉少了些人為因素，但形勢(shì)依然嚴(yán)峻。我國(guó)人多地少，棉花種植區(qū)緊挨著生活區(qū)，塑料袋等生活垃圾很容易隨風(fēng)飄散進(jìn)棉田成為異性纖維。用過(guò)的地膜、滴灌帶也很容易進(jìn)入采摘環(huán)節(jié)形成異性纖維。機(jī)采棉的異性纖維以地膜、滴灌帶、塑料袋等為主。筆者認(rèn)為，越早清除生產(chǎn)線中的異性纖維越好，否則“三絲”會(huì)被清理機(jī)打得更細(xì)碎，更難于清理。在新型喂棉機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具有除“三絲”的功能，使地膜、滴管帶、塑料袋類異性纖維在大塊未被打擊時(shí)盡早脫離籽棉。

（二）新型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)的設(shè)計(jì)原理

圖5.型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)原理圖

圖5是新型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)的原理圖，放置在地面，也可以用做地坑式，地坑的四壁可代替箱體擋板16。待喂籽棉18被堆放在平簾17上，平簾的結(jié)構(gòu)類似于地坑式喂棉的排鏈結(jié)構(gòu)。平簾17帶動(dòng)待喂籽棉18向車頭部緩慢移動(dòng)。待喂籽棉18在遇到提升簾14時(shí)，被提升簾14上的刺釘鉤掛向上運(yùn)動(dòng)。提升簾14的角度較陡，超過(guò)了較大塊磚石的靜壓角，使得較大塊磚石類不能隨簾而上，最終從平簾17和提升簾14間的縫隙中落入儲(chǔ)雜坑22；可調(diào)勻棉輥15和提升簾14的距離可調(diào)，也是控制產(chǎn)量和開(kāi)松度的重要機(jī)構(gòu)。當(dāng)提升簾14上的待喂籽棉過(guò)厚時(shí)，調(diào)勻棉輥15逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)將其又打回棉箱。待喂籽棉18在提升簾14轉(zhuǎn)彎處，被高速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的可調(diào)皮翼剝棉輥12剝下進(jìn)入前箱?？烧{(diào)皮翼剝棉輥12由可調(diào)軸承座、皮翼剝棉輥?zhàn)o(hù)板11、補(bǔ)風(fēng)調(diào)節(jié)板13共同組成，對(duì)提升簾14上的籽棉形成連打帶吹的剝棉效果，使籽棉具有一定動(dòng)能及較高的初速度被拋向前箱；除異性纖維氣流由除異性纖維進(jìn)風(fēng)口6進(jìn)入前箱體內(nèi)，除異性纖維氣流與被拋向前箱的籽棉流相遇形成渦流，被高速氣流再次開(kāi)松，使籽棉流中的異性纖維充分暴露。高速氣流將其中的地膜、塑料袋類較輕雜質(zhì)向上吹頂向卷繞輥10，卷繞輥10將大塊的異性纖維纏附，剩余氣流從圓弧鋼絲網(wǎng)9排出，小的碎塊薄膜類異性纖維會(huì)從從圓弧鋼絲網(wǎng)9的網(wǎng)孔中隨氣流排出或黏附在網(wǎng)上。由于除異性纖維氣流較強(qiáng)勁，有部分籽棉會(huì)被帶向圓弧鋼絲網(wǎng)9處（網(wǎng)孔小于單粒籽棉直徑），圓弧鋼絲網(wǎng)9處空間變大又有較大排風(fēng)面積，氣流速度會(huì)突然降低，使籽棉順斜板滑落回前箱。被清除過(guò)異性纖維的籽棉順振動(dòng)擋板7滑落，振動(dòng)擋板7由振動(dòng)電機(jī)8控制振動(dòng)頻率，在振動(dòng)中籽棉能初步與一些沙土、小碎石類雜質(zhì)分離。這些細(xì)雜通過(guò)格條柵3落入儲(chǔ)細(xì)雜坑2中，籽棉落入儲(chǔ)棉坑1中被籽棉吸管4吸入車間。

本機(jī)的控制和地坑式類似，通過(guò)前方軋花機(jī)的要棉情況自動(dòng)啟停平簾17。正常開(kāi)機(jī)時(shí)要先開(kāi)提升簾14、可調(diào)皮翼剝棉輥12和可調(diào)勻棉輥15，以免被平簾17上的籽棉垛擠死。關(guān)機(jī)時(shí)要先關(guān)平簾17。

（三）新型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.安裝適應(yīng)面廣。

本機(jī)可在地面使用，也可在地坑中使用。

2.解決了刺釘輥筒式喂棉易出現(xiàn)火災(zāi)的現(xiàn)象。

本機(jī)的喂給機(jī)構(gòu)是將目前國(guó)內(nèi)刺釘輥筒高速打擊喂棉改成了提升簾14的提升式喂棉。提升簾14的線速度遠(yuǎn)低于刺釘輥筒，上面的鋼制刺釘與石塊的沖擊力較弱，不會(huì)產(chǎn)生火花進(jìn)而引起火災(zāi)。

3.有一定的排石功能，耐用度高。

本機(jī)采用提升簾14的角度較陡，超過(guò)了大塊磚石的靜壓角，使得大塊磚石類不能隨簾而上，最終從平簾17和提升簾14間的縫隙中落入儲(chǔ)雜坑22，在使用中不需專門(mén)停車清石。提升簾14的線速度遠(yuǎn)低于刺釘輥筒，在與石塊遭遇時(shí)自身不會(huì)受損傷，提高了設(shè)備的耐用度。

4.具有開(kāi)松功能，保護(hù)棉纖維原生品質(zhì)。

提升簾14的提升喂棉、開(kāi)松方式，對(duì)籽棉是低速?gòu)?qiáng)力撕扯開(kāi)松。改變了常用的刺釘輥筒高速旋轉(zhuǎn)打擊喂棉、開(kāi)松的模式，對(duì)保護(hù)棉纖維原生品質(zhì)起到一定的作用。

5.具有混棉功能。

如圖5所示，三級(jí)籽棉19、二級(jí)籽棉20、三級(jí)籽棉21疊放時(shí)，提升簾14垂直提取，這種“平鋪直取”的方式也是棉紡中混棉的重要手段。本機(jī)具有的混棉功能使軋花廠能更靈活的運(yùn)用本機(jī)，提升皮棉等級(jí)。

6.具有較強(qiáng)的除異性纖維功能。

本機(jī)在地膜類異性纖維未遭受強(qiáng)力打碎前清除，能有效地防止大異性纖維變成難清除的細(xì)碎異性纖維，減少皮棉異性纖維含量。其卷繞輥10由3根卷繞輥組成，將國(guó)內(nèi)常用的圓柱形刺釘改進(jìn)成了鐮刀狀，使其抓取異性纖維的能力更強(qiáng)。在靠近圓弧鋼絲網(wǎng)9內(nèi)側(cè)空腔內(nèi)，設(shè)置有氣壓檢測(cè)探頭，當(dāng)圓弧鋼絲網(wǎng)9上黏附異性纖維較多排氣不暢時(shí)，空腔內(nèi)氣壓增高，檢測(cè)探頭將信號(hào)傳遞給總操作臺(tái)，提醒及時(shí)清除網(wǎng)面的異性纖維。圓弧鋼絲網(wǎng)9是活門(mén)設(shè)計(jì)，可方便打開(kāi)清除網(wǎng)上及卷繞輥上纏附的異性纖維。

7.本機(jī)是振動(dòng)給棉。

被開(kāi)松和清除異性纖維的籽棉在振動(dòng)給棉板7的振動(dòng)下流向儲(chǔ)棉坑1，經(jīng)振動(dòng)的籽棉更蓬松、更均勻。在振動(dòng)中，籽棉能與一些沙土、小碎石類雜質(zhì)初步分離，減輕了后續(xù)設(shè)備的清雜壓力和對(duì)設(shè)備的磨損。在給棉板7處的儲(chǔ)棉箱側(cè)設(shè)有觀察窗和光電裝置，在籽棉擁堵時(shí)，光電裝置發(fā)出信號(hào)減緩平簾17的喂給速度以防堵車。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，筆者認(rèn)為新型多功能自動(dòng)喂棉機(jī)應(yīng)用到機(jī)采棉工藝中能起到事半功倍的效果。