在籽棉管道上增加排棉秆装置的可行性

■ 王韶斌 刘宪坤 侯胜同 窦志鹏

〔山东天鹅棉业机械股份有限公司，山东济南 250032〕

一、棉秆的来源

棉花主要生长在植株主干的果枝（俗称棉秆）上，果枝上长有叶片和棉桃，叶片起到制造糖类和光合作用促进果实的发育和生长。棉花开花成熟后需要收获，随着机械化采摘的普及，在北疆地区棉花采摘已达到80%以上的机械采摘率，机械采摘主要依靠采棉机摘锭的旋转把开花的棉花缠绕下来被风力吸走。摘锭旋转缠绕棉花的过程中，机械容易碰到棉秆而同棉花一起缠绕下来混合到棉花中。机械采摘后的籽棉含杂率在12%左右，通过对杂质检测分析，铃壳约占1%，棉秆约占0.5%，棉叶及纤维杂质约为4%，其中叶片及疵点纤维杂质占总杂质量的75%，其它为尘土、异性纤维等。

二、棉秆的危害

采摘下来的棉花中包含的棉秆具有不规则性、长短不一，长的棉秆在15 mm 左右，短的在3 mm 左右，粗细不同、粗的棉秆直径在8 mm 左右，细的直径在4 mm 左右，有直有弯，还有的呈钩型，与棉花缠绕在一起给清理带来困难，同时还会出现以下危害。

（一）增加索丝数量影响清理效率

在棉花加工过程中，棉花主要靠风力输送进入清理设备和轧花机中，在输送过程中棉秆的不规则运动和棉花进一步缠绕，造成索丝的增加甚至堵塞清理设备格条的间隙，影响清理效率。索丝就是指多根棉纤维相互纠缠呈条索状，从纵向难以扯开的纤维束。

（二）引起火灾影响加工效率

棉秆最终会进入轧花机的工作箱内和籽棉一同形成籽棉卷被锯片钩拉，这就容易堵塞在两肋条之间，长时间和锯片摩擦后引起发热甚至着火，轧花厂是甲级防火单位，最担心的就是火灾问题，这会影响整条生产线的加工效率。

（三）对锯片产生磨损，影响使用寿命

棉秆比棉纤维的硬度大，锯片钩拉棉秆后对锯齿产生一定的磨损，降低了锯片的使用寿命。

（四）影响加工产量

棉秆在工作箱内被籽棉卷裹挟着旋转，因为没有纤维最终会被籽棉包围着旋转到籽棉卷的中心，所以比较蓬松的棉纤维占据着一定的位置，影响了籽棉卷内的棉花数量。

（五）影响后序的棉籽加工

棉秆长时间停留在工作箱内会陆续随着棉籽一块掉落下去，造成棉籽中的杂质含量增多，影响后序的棉籽加工。

三、清理棉秆的方法和意义

（一）清理棉秆的方法

机采棉的轧花工艺中，对籽棉的清理达4 次～6次，纤维表面上的杂质依靠刺钉辊筒的拨打和U 型齿条辊的钩拉进行清除，而棉秆和籽棉的纤维紧紧地缠绕在一起且棉秆形状不规则，多次的清理也难以全部清理掉棉秆，同时增加清理部件的磨损。籽棉在从货场进入到轧花机的期间，除去在设备内的清理就是依靠风力作用在管道内移动，管道有时在空中有时在地面上。在籽棉管道中有弯头的地方增加排棉秆的装置，从籽棉进入管道开始就着手解决排棉秆的问题，一直延伸到轧花机，期间弯头大约有5 个～7 个。管道排棉秆的两个优点：其一，不管是空中的弯头还是地面以下或者地面上的弯头，有弯头的地方就可以增加排棉秆装置，不增加动力，排棉秆的区域多了就会极大地降低籽棉中的棉秆；其二，由于棉秆的形状不规则，较难通过一种设备就完全排出，而依靠弯头和风力作用形成的离心力外加剪切力的合力排出的几率会高一些。

（二）清理棉秆的意义

1.降低了索丝数量。

籽棉主要通过风力输送进入车间，然后经过清理设备进入轧花机，在风力输送过程中棉秆会钩拉缠绕纤维，造成索丝的增多。

2.减少了加工过程中着火的几率。

纤维与棉籽主要靠锯片的钩拉和肋条阻挡进行分离，在钩拉过程中容易一并钩拉住棉秆，由于其有一定的可塑性，因此会卡在两肋条之间的缝隙内，长时间和锯片摩擦容易引起火灾，进而影响整条生产线的运行。

3.降低了纤维的杂质含量。

因棉秆的形状不规则，所以在风力输送和清理过程中棉秆会经过反复的撞击。在籽棉卷的转动过程中，棉秆的毛刺会被磨掉黏附在纤维上一并被锯片钩拉走，同时棉秆会在锯片钩拉的过程中被钩断，增加了杂质含量。

4.提升了皮棉品质。

不只清除棉秆，还会排出铃壳、叶片、不孕籽之类的杂质，提升皮棉的质量。

四、工作原理

该装置应与90°弯头配合使用，因为它需要借助弯头产生的离心力来完成棉秆的清除工作。具体来说，排棉秆装置的进口端连接90°弯头，籽棉以25 m/s左右的速度进入弯头后，籽棉会贴着弯头的外侧内壁移动形成巨大的离心力，而重的棉秆更会贴着弯头的外侧内壁移动。当运动到弯头的出口时，籽棉会贴着整个弯头圆截面的上部快速进入直形圆管，直形圆管和弯头的直径相同，在直形圆管里面有个弧形调节板低于弯头的上部内壁，形成一个剪切力顺势把棉秆从弧形调节板和直形圆管的间隙排出，冲击到储存箱内，沉降下来汇集回收。

图1 排棉秆装置

该装置的另一种方法是：在90°弯头的中间位置离心力最大的区域留有一个长形孔，在籽棉行进方向的弯头里面安装一个比弯头外圆小的非同心圆舌头形状的调节板，对籽棉进行剪切，棉秆依靠强大的离心力从舌头和长形孔的缝隙排出。

图2 弯头排杂装置

五、结构构成

排棉秆装置主要由90°弯头、直形圆管、弧形调节板、棉秆储存箱组成。

图3 地面排棉秆结构

（一）90°弯头的构成

90°弯头一般用2.5 mm 钢板卷圆焊接而成，90°的弯头分成两端5°的小弯头和中间8 个10°的大弯头，目的是增加圆弧平滑的过渡，两端有法兰以方便连接，不至于使籽棉产生紊流状态，有利于离心力的形成。

（二）直形圆管

直形圆管是排棉秆的主要构成。在直形圆管上留有一个长270 mm～300 mm，弧形宽370 mm～400 mm 的缺口，缺口两边轴向上留有4 个孔，直形圆管两端留有40 mm 角钢样式的法兰，圆管的端面不能凸出法兰平面，一端法兰上焊接有3 个调整螺栓，螺母直接焊接在预留的法兰圆弧面上，螺栓可以旋转。

图4 空中排棉秆内部零配件示意图

（三）弧形调节板

弧形调节板排棉秆的关键部件。弧形调节板的圆心要和直形圆管上保持同轴心，同时弧度还要贴近直形圆管的内壁，调节板的厚度不能低于3 mm，必须保证调整后不能变形，调节板上焊接4 个螺柱，焊接后底面不能有凸起，以免钩拉损伤纤维。装配到直形圆管时，弧形调节板与直管进籽棉口的间距控制在7 mm～9 mm，把4个螺柱穿到直形圆管的4 个孔里用螺母固定，在调整螺栓的压力下增加调节板和直管之间的密封垫，锁紧弧形调节板的4个螺柱。

（四）棉秆储存箱

棉秆储存箱有两种，一种是应用于空中排棉秆的储存箱A；一种是应用于地面上排棉秆的储存箱B，虽然结构不同，但是两种都是由上下部组成。A的结构是垂直于直形圆管，上部有观察窗和检修门，下部主要进行汇集回收。B 的结构是平行于直形圆管，上部有观察窗，下部留有检修门。

图5 地面排棉秆储存箱B示意图

六、具体实施方式

带有棉秆的籽棉从弯头一端进入，依靠风力作用沿着弧线形成的离心力进入直形圆管。

直形圆管：形成的离心力遇到直形圆管内的弧形调节板的剪切力，靠近弯头内壁移动的重的棉秆与纤维之间的缠绕瞬间被截断，通过弧形调节板与直形圆管之间的间隙排出。

弧形调节板：主要起拦截棉秆的作用，形成剪切力，通过离心力和剪切力的合力，把棉秆和纤维分离，促使棉秆的排出。

棉秆储存箱：主要起到汇集棉秆的作用。☆