■王殿钦 韩珑芝 王泽武 黄志西

〔1郑州棉麻工程技术设计研究所，河南 郑州 450004〕

〔2河南省纤维检验局，河南 郑州 450004〕

〔3第一师十六团棉花加工厂，新疆 阿克苏 843000〕

传统的手摘棉生产线中，籽棉主要是由人工喂入的，人工喂棉无疑是轧花生产线中最脏、最累的工作。近几年，在疆劳工短缺，各轧花厂在轧季都存在招工难的情况，特别是喂花工，普遍存在难招、难留的情况。人工喂棉受体力所限，普遍不能发挥生产线的潜能。人工喂棉时快时慢，造成生产线的产量也忽高忽低，不仅无法保证产量，对皮棉的质量也有一定的影响。机采棉比手摘棉具有高效、低成本、高收益的显著优势。目前，新疆发展机采棉生产的势头强劲，机采棉生产线的产量较传统的手摘棉生产线高得多，必须使用自动喂棉机来满足生产线大产量喂棉的要求。国内各棉机制造厂家通过几年的摸索和实践也研制了多款应用于机采棉生产线的喂棉机。

一、机采棉生产线中的几种具有代表性的喂棉机及其特点

图1.模机

图2.模机的刺钉辊筒

图1所示的开模机也可称作喂棉机，是机采棉推广初期使用的具有代表性的机型。图1所示的开模机在地轨道上行进，利用图2中的一组排列成一定角度的刺钉辊筒的旋转，将籽棉开松并打入箱体中，通过绞龙将籽棉排出机箱淌到与地轨道平行的输送带上，输送带将籽棉输送至一头，由外吸风机吸入车间内的生产线中。开模机由中控台自动控制，当轧花机上的棉箱满时，棉箱上的光电传递信号提示开模机停止前进，停止喂给；轧花机需喂棉时，开模机启动开始喂棉。喂棉量的多少由开模机前进的速度决定。早期开模机的使用在一定程度上解决了机采棉喂棉的难题，为机采棉工艺的迅速推广奠定了基础。开模机在使用时需把机采的籽棉预先打制成棉模，所以在使用开模机时需配套多台打棉模机和更多的运模车，成本较高。由于棉模不能类似棉垛的堆放，因此，待喂棉模需占用较大的场地存放。

图3.坑式喂棉机

图3所示的是地坑式喂棉机，是目前应用最广泛的喂棉机。其主要的特征是利用地坑存放籽棉，在多排链条向辊筒方向的拉动下完成进给喂棉的动作。开松喂棉部分和图2基本类似，被开松的籽棉被转至前箱，由吸棉管吸入车间内的生产线中。喂棉量的多少由链条的拉动速度决定，中控台可完成自动控制。此机最大的优点是适应性广，不必打棉模，适合散料喂棉。应用该机虽然需要配置推土机将籽棉推或铲入地坑，但是节省了多台打棉模机和更多运模车的投资，相对来说成本较低。该机在使用中也存在一定的问题，由于石头类大杂排不出，在与石头击打中，刺钉经常被弯曲、折断；石头与高速旋转的刺钉硬接触时产生火花，继而引发火灾的现象也频繁发生。然而地坑较深，不易施救，火灾损失较大。库尔勒某轧花厂因石头问题多次发生火灾，被迫重新启用人工喂棉，大大影响了产量。

图4.面导轨式喂棉机

图4与图3所示的地坑式喂棉机的最大区别：图4所示的喂棉机在地面放置；拉动籽棉进给用的不是链条，而是液压推动的铝合金成型导轨。该机利用导轨的向前运动完成喂棉的动作，喂棉量的多少由导轨的推进速度决定，由中控台可完成自动控制。开松喂棉部分和图2基本类似，被开松的籽棉被转至前箱，由吸棉管吸入车间内的生产线中。该机由于设置在地面，工人较易接触待喂籽棉，在听到较大撞击声或发现火情时立即停机，工人可将籽棉清出处理石块或火情。该机在一定程度上解决了地坑式着火不易施救、石块不易清理的状况。但这都是发生问题后的补救措施，无法提前预防。该机可开棉模也可开散料。在实际使用中开棉模的较少，主要原因是：1.由于开棉模时需配多台的打棉模机和更多的运模车，配置和用人工的成本较高。2.开棉模时需现场存一定量的棉模备用，占的场地较大；运模车也需较大的场地拐弯和倒车。3.运模车在向导轨卸模时不容易放得很准确。一般厂家使用时会在喂棉机导轨两侧加装挡板，使之用于散料喂棉。

二、新型多功能自动喂棉机的设计

（一）新型多功能自动喂棉机的设计思路

1.避免旋转件与石块的高速硬性撞击是防自身损坏、防火的关键。

目前在轧花厂最常见到的喂棉机是图3所示的地坑式喂棉机，地坑式喂棉机适应性广，可以散料喂棉。其地坑较深，地坑内有待喂籽棉或运转时人不能进入清理石块等重杂，在被刺钉高速打击时易产生火灾，且着火时不易施救。图4的地面式喂棉，将地坑式喂棉机转为地上，在停机时，人工可进行一些清杂的工作。地坑式着火时虽不易施救，但在地坑的约束下，最多损失一坑的籽棉；地面式喂棉虽易于施救，但其着火点与货场籽棉处于同一平面，受风的影响，蔓延的危险性更大。目前看来，籽棉原料中混有石块是损毁喂棉机辊筒刺钉、引发火灾的主要原因。石块的来源分析：1.机采时采棉头放得过低，将石块卷入籽棉。2.棉模在田间地头存放，再启运时将地面的石块混入。3.籽棉在转场加工时，推土机也易将地面的石块磋起混入原料。库尔勒某轧花厂在加工转场来的籽棉时，曾4天在地坑中清出3 t砖石，最下面一根刺钉辊筒的刺钉几乎全被打掉，多次发生火灾险情。4.近年来棉花价格疲软，导致棉农收益下降。机采籽棉水杂扣除的比例也较大，在散料交棉时，有人工故意混入的不良行为。

笔者认为加强机采棉规范性采摘、存储、转运，加强对掺杂使假行为的纠察措施和处罚力度，是有效减少籽棉原料中石块的有效方法。国内已经有棉机厂家针对籽棉中夹杂石块的问题，研制出了龙门架式异物探测机，就是为了在交售籽棉时，提前发现籽棉中的大型异物。石块的存在是客观事实，再完善的规章制度和严厉的惩罚措施也不能完全避免。目前的喂棉机无法清除石块，在籽棉中裹挟的坚硬石块被高速旋转的辊筒刺钉打击，损坏刺钉甚至产生火灾。在设计新的喂棉机时，笔者的思路是避免喂棉机高速旋转类部件与石块的硬性撞击，以防止部件自身的损坏与火灾的发生。

2.新型喂棉机要考虑保持棉纤原生态的设计。

机采棉的成熟度不如手摘棉，纤维强度也低于手摘棉。而机采棉在生产线中又经过了远多于手摘棉的刺钉辊的反复打击、搓揉和齿条辊的多次强力钩拉，这个过程造成了棉纤维干体的损伤及纤维长度的变短，同时索丝、疵点和短纤维率也大量增加，严重影响了棉纤维原生的品质。降低对棉纤维的打击力度，减少生产线中对棉纤的打击次数，是减少机采棉加工过程对棉纤维原生品质损伤的重要手段。在新的喂棉机的设计时，笔者的思路是放弃使用高速旋转的辊筒类部件，这样既能避免与石块的高速硬性撞击，以防辊筒类部件自身的损坏与火灾的发生，又能减少生产线中刺钉辊的总数，减少打击次数，从而减少对棉纤维原生品质的损伤。

3.新型喂棉机要考虑除地膜、异性纤维的设计。

异性纤维（俗称三丝）是籽棉或皮棉中所含有的非棉纤维。它主要包括：编袋丝（也称丙纶丝）、化纤丝束、有（染）色线、人畜毛发、塑料薄膜、布条（块）、家禽羽毛、绳索等。异性纤维产生的主要原因与传统的人工采摘、多渠道流通方式有关。各种异性纤维的混入是从棉花采摘、晾晒、储存、运输、交售、上垛6个阶段逐步混入的。

“三丝”问题是近年来影响我国棉花质量和制约我国棉花、棉纺织品市场竞争力的最突出问题。多年来，棉花中的异性纤维，削弱了国产棉花、棉织品在国际市场上的竞争力，致使棉花、棉纺企业都投入了大量的人力物力进行挑拣。尽快攻克棉花异性纤维顽症是推进我国棉花质量与国际接轨的当务之急。

在机采棉中虽然异性纤维的问题比手摘棉少了些人为因素，但形势依然严峻。我国人多地少，棉花种植区紧挨着生活区，塑料袋等生活垃圾很容易随风飘散进棉田成为异性纤维。用过的地膜、滴灌带也很容易进入采摘环节形成异性纤维。机采棉的异性纤维以地膜、滴灌带、塑料袋等为主。笔者认为，越早清除生产线中的异性纤维越好，否则“三丝”会被清理机打得更细碎，更难于清理。在新型喂棉机设计时应具有除“三丝”的功能，使地膜、滴管带、塑料袋类异性纤维在大块未被打击时尽早脱离籽棉。

（二）新型多功能自动喂棉机的设计原理

图5.型多功能自动喂棉机原理图

图5是新型多功能自动喂棉机的原理图，放置在地面，也可以用做地坑式，地坑的四壁可代替箱体挡板16。待喂籽棉18被堆放在平帘17上，平帘的结构类似于地坑式喂棉的排链结构。平帘17带动待喂籽棉18向车头部缓慢移动。待喂籽棉18在遇到提升帘14时，被提升帘14上的刺钉钩挂向上运动。提升帘14的角度较陡，超过了较大块砖石的静压角，使得较大块砖石类不能随帘而上，最终从平帘17和提升帘14间的缝隙中落入储杂坑22；可调匀棉辊15和提升帘14的距离可调，也是控制产量和开松度的重要机构。当提升帘14上的待喂籽棉过厚时，调匀棉辊15逆时针转动将其又打回棉箱。待喂籽棉18在提升帘14转弯处，被高速顺时针旋转的可调皮翼剥棉辊12剥下进入前箱。可调皮翼剥棉辊12由可调轴承座、皮翼剥棉辊护板11、补风调节板13共同组成，对提升帘14上的籽棉形成连打带吹的剥棉效果，使籽棉具有一定动能及较高的初速度被抛向前箱；除异性纤维气流由除异性纤维进风口6进入前箱体内，除异性纤维气流与被抛向前箱的籽棉流相遇形成涡流，被高速气流再次开松，使籽棉流中的异性纤维充分暴露。高速气流将其中的地膜、塑料袋类较轻杂质向上吹顶向卷绕辊10，卷绕辊10将大块的异性纤维缠附，剩余气流从圆弧钢丝网9排出，小的碎块薄膜类异性纤维会从从圆弧钢丝网9的网孔中随气流排出或黏附在网上。由于除异性纤维气流较强劲，有部分籽棉会被带向圆弧钢丝网9处（网孔小于单粒籽棉直径），圆弧钢丝网9处空间变大又有较大排风面积，气流速度会突然降低，使籽棉顺斜板滑落回前箱。被清除过异性纤维的籽棉顺振动挡板7滑落，振动挡板7由振动电机8控制振动频率，在振动中籽棉能初步与一些沙土、小碎石类杂质分离。这些细杂通过格条栅3落入储细杂坑2中，籽棉落入储棉坑1中被籽棉吸管4吸入车间。

本机的控制和地坑式类似，通过前方轧花机的要棉情况自动启停平帘17。正常开机时要先开提升帘14、可调皮翼剥棉辊12和可调匀棉辊15，以免被平帘17上的籽棉垛挤死。关机时要先关平帘17。

（三）新型多功能自动喂棉机的设计特点

1.安装适应面广。

本机可在地面使用，也可在地坑中使用。

2.解决了刺钉辊筒式喂棉易出现火灾的现象。

本机的喂给机构是将目前国内刺钉辊筒高速打击喂棉改成了提升帘14的提升式喂棉。提升帘14的线速度远低于刺钉辊筒，上面的钢制刺钉与石块的冲击力较弱，不会产生火花进而引起火灾。

3.有一定的排石功能，耐用度高。

本机采用提升帘14的角度较陡，超过了大块砖石的静压角，使得大块砖石类不能随帘而上，最终从平帘17和提升帘14间的缝隙中落入储杂坑22，在使用中不需专门停车清石。提升帘14的线速度远低于刺钉辊筒，在与石块遭遇时自身不会受损伤，提高了设备的耐用度。

4.具有开松功能，保护棉纤维原生品质。

提升帘14的提升喂棉、开松方式，对籽棉是低速强力撕扯开松。改变了常用的刺钉辊筒高速旋转打击喂棉、开松的模式，对保护棉纤维原生品质起到一定的作用。

5.具有混棉功能。

如图5所示，三级籽棉19、二级籽棉20、三级籽棉21叠放时，提升帘14垂直提取，这种“平铺直取”的方式也是棉纺中混棉的重要手段。本机具有的混棉功能使轧花厂能更灵活的运用本机，提升皮棉等级。

6.具有较强的除异性纤维功能。

本机在地膜类异性纤维未遭受强力打碎前清除，能有效地防止大异性纤维变成难清除的细碎异性纤维，减少皮棉异性纤维含量。其卷绕辊10由3根卷绕辊组成，将国内常用的圆柱形刺钉改进成了镰刀状，使其抓取异性纤维的能力更强。在靠近圆弧钢丝网9内侧空腔内，设置有气压检测探头，当圆弧钢丝网9上黏附异性纤维较多排气不畅时，空腔内气压增高，检测探头将信号传递给总操作台，提醒及时清除网面的异性纤维。圆弧钢丝网9是活门设计，可方便打开清除网上及卷绕辊上缠附的异性纤维。

7.本机是振动给棉。

被开松和清除异性纤维的籽棉在振动给棉板7的振动下流向储棉坑1，经振动的籽棉更蓬松、更均匀。在振动中，籽棉能与一些沙土、小碎石类杂质初步分离，减轻了后续设备的清杂压力和对设备的磨损。在给棉板7处的储棉箱侧设有观察窗和光电装置，在籽棉拥堵时，光电装置发出信号减缓平帘17的喂给速度以防堵车。

三、结束语

综上所述，笔者认为新型多功能自动喂棉机应用到机采棉工艺中能起到事半功倍的效果。