开棉机的工作原理和工艺参数设计

开棉机的共同特点是利用打手（角钉、刀片或针齿）对原棉进行打击，使之继续开松和除杂。开棉机的打击方式有两种，即自由打击和握持打击。合理选用打手形式、工艺参数和运用气流，对充分发挥打手机械的开松与除杂作用、减少纤维损伤和杂质破碎有重要意义。开棉机是清梳联工艺流程中的主要设备之一，它将抓棉机抓取的纤维束进一步开松成更小的纤维束，使尘杂、籽屑等能够充分暴露在纤维束的表面，在打手、尘格、气流及其他辅助元件的共同作用下，使部分尘杂、籽屑等被除去，尤其是较大、较重的杂质在此被除去，达到大杂早落少碎的目的，并为均匀混和与精细开松、除杂奠定了基础。开棉机要求能够实现“自由打击、大杂早落少碎、少伤纤维”的工艺原则。
1.打手形式和特点
各种开棉机的目的与要求不同，其采用的打手形式也各不相同，可以分别使用刀片式打手、梳针式打手、锯齿打手、综合打手等。

; k7 b6 j9 W: O" A4 r5 U+ V8 L2.打手机械的工艺设计
7 `. L: T5 t) P2 O' m, [（1）自由打击开棉机
* Q0 L/ `2 a: w) l$ d# j7 J自由打击的开棉机有轴流开棉机、多刺辊开棉机和多滚筒开棉机。
六滚筒开棉机的除杂作用以第一、第二、第三只滚筒最强，第四、第五只滚筒较弱，具体内容见下表。第六只滚筒近出口端，由于下台机器凝棉器的吸引，此部分有气流补入，在滚筒下方采用托板代替尘格，因此第六只滚筒几乎没有除杂作用。调整六滚筒开棉机的工艺参数，要结合各只滚筒的除杂特点，充分发挥各只滚筒的开松、除杂效能。影响六滚筒开棉机开松与除杂作用的工艺因素主要有以下几个方面。
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六滚筒开棉机的除杂作用   单位：%

# H/ U2 i6 J3 T0 B% v$ |8 f①各只滚筒的转速
为使开松与除杂作用逐渐加强，有利于棉块输送，并减少滚筒返花，一般六只滚筒的转速依次递增，相邻两滚筒线速比约为1∶1.1。滚筒转速增加，开松、除杂作用增强，但过高易造成滚筒返花而产生束丝，也使落棉含杂率降低。滚筒转速应根据原棉品级和纤维线密度决定，一般纺中、粗特纱使用的原棉品级比纺细特纱的差，为增加除杂作用，滚筒转速可快些；加工纺特细特纱的原棉时，滚筒转速应降低。
  |4 E1 b3 n+ ^0 D( b②滚筒与尘棒间隔距
减小此隔距可增强开松与除杂作用，但当喂入原棉较多时，隔距过小，易造成阻塞和打坏尘棒。
由于尘棒的曲率半径大于打手半径，滚筒与尘格的进、出口隔距比中部都大，因此滚筒与尘棒隔距以中部最小处表示。该隔距从第一到第六只滚筒随原棉的逐步松解应逐渐增大，第一至第三只滚筒隔距为8mm，第四、第五只滚筒为12mm，第六只滚筒为18mm。滚筒与尘棒隔距可利用升降滚筒轴承的方法进行调节，调整后应校核滚筒与剥棉刀的隔距，此处隔距过大易造成返花，但隔距过小易碰剥棉刀。因此，要求滚筒角钉与剥棉刀的隔距以小为宜，一般为1.5mm左右。
  Z, ~% E$ \5 @2 Z# e* U. Y$ B. p③尘棒间隔距
( [9 [( N. s5 }& r尘棒间隔距增大，落棉增加，除杂作用加强，但过大会造成落白花，除杂效率降低。为实现先落大杂、后落小杂的工艺要求，尘棒间隔距配置应由大到小，一般第一、第二、第三只滚筒下尘棒间的隔距采用10mm，第四、第五只滚筒下尘棒间的隔距采用8mm。

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（2）握持打击开棉机和清棉机：
) d5 e! h4 d5 @! }% n1 e1 K①打手转速
5 k) [3 v$ a  Z打手转速的高低直接影响打手对棉层的打击或分割强度。当给棉量一定时，打手转速高，开松、除杂作用强，落棉多，但打手转速增加到一定程度后，落棉率增加幅度减小。打手转速过高会造成长纤维损伤增多，杂质破碎增多，落棉含杂率降低，输出的纤维中丝束增多。打手转速的选择要视加工原料的性能、采用打手的形式以及在开清棉流程中所处的位置进行综合考虑。加工纤维长度长、含杂少或成熟度较差的原棉，为减少纤维损伤，应采用较低的打手转速；加工化纤比加工同线密度原棉的转速要低，这不仅能减少纤维损伤，而且还会避免因化纤开松过度而造成纤维层的粘连。豪猪式开棉机打手转速一般为500～600r/min。加工棉时，清棉机打手的转速一般为900～1000r/min；加工化纤时，采用梳针滚筒时的转速为600r/min左右，采用锯齿滚筒则应控制在400～500r/min。
$ N. [( Q( v; U- H②打手至给棉罗拉的隔距
/ Q5 V( t7 @  ?+ b( ~此隔距小，受打击的棉块被给棉罗拉握持的多，棉层被击落的阻力大，开松作用加强，但较长纤维易损伤或击落后易扭结，特别是弹性伸长大的纤维更易造成扭结现象，因此在理论上此隔距最大限度应小于棉层厚度，最小限度应使打击点距棉层握持线的距离大于纤维主体长度。当喂入棉层内纤维较短、含杂较多、棉层较薄时，隔距宜小，反之宜大。豪猪式开棉机加工不同长度纤维时，打手至给棉罗拉的隔距见下表。清棉机打手至天平罗拉表面的隔距一般在8.5～10.5mm内调节。隔距确定后，一般不常改变。
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豪猪式开棉机加工不同长度纤维时打手至给棉罗拉隔距      单位：mm
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纤维长度	打手至给棉罗拉隔距
<38	6～7
38～51	8～9
51～76	10～11

: `5 b8 ~; k1 {2 b) O, Q4 x, q$ L③打手至尘棒的隔距
随着棉块在打手室被打击而逐渐松解，其体积也逐渐增大，因此打手至尘棒间的隔距自入口到出口也应逐渐放大。隔距小，棉块受尘棒阻扯作用强，在打手室内受打手与尘棒的作用次数增多，且棉块在打手室内停留时间长，故开松作用好，落棉多；反之，开松作用差，落棉少。此隔距的调整应根据原料含杂及机台产量综合考虑，当原料含杂高及机台产量较低时，应采用较小隔距，以充分发挥机台的开松除杂效能。加工棉时，豪猪式开棉机打手与尘棒间隔距入口一般为10～14mm，出口为14.5～18.5mm；清棉机此隔距入口为9～12mm，出口为16～20mm。加工化纤时，由于化纤比较蓬松，且只含少量疵点，不含杂质，所以此隔距应适当放大。
7 y- c# L: W3 C0 L9 O! M( w④尘棒间的隔距
( m, O- S# s# q" L尘棒间隔距要根据尘棒所处的位置及喂入原料的含杂情况而定，隔距大，机台落棉率和除杂效率提高，但过大会造成落白花。此隔距一般的规律是进口部分较大，可补入气流，也便于大杂先落，以后随着杂质颗粒的减小，可收小尘棒间隔距，近出口部分的隔距可适当放大或反装尘棒，以补入部分气流回收纤维，节约用棉。但是，若出口部分要求少回收时，也可采用从入口到出口隔距逐渐收小的工艺。加工棉时，豪猪式开棉机尘棒间隔距入口一组一般为11～15mm，中间两组为6～10mm，出口一组为4～7mm；清棉机尘棒间隔距入口一般为4～8mm，出口为4～7mm。加工化纤时，尘棒间隔距应减小或采用全封闭。
⑤打手与剥棉刀间的隔距
' @7 e1 W9 T  J此隔距以小为宜，以打手不返花为准，一般为1.5～2mm，过大，打手易返花，产生束丝。加工化纤时，此隔距应收小到0.8～1mm。
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" k  @+ y; ~/ j- q$ g3 D（3）气流的运用：
①豪猪式开棉机打手室内气流的控制
# Y+ g5 ~9 x# c  r1 @# e4 x豪猪式开棉机的开松与除杂效果，除决定于打手、尘棒等主要机件的结构和工艺配置外，在很大程度上还取决于打手室内的气流情况，如图所示。

尘棒间气流运动规律

（a）加工普通含杂原棉：一般将落杂区分为死箱与活箱两个落杂区，并开设前、后进风和侧进风。死箱以落杂为主，活箱以加强回收纤维为主。当原棉含杂较少时，应增加侧进风，减少前、后进风；反之，应减少侧进风，增加前、后进风，以使车肚落杂区扩展，适当增加落棉和减少回收，达到除杂目的。
/ j  I3 j  y1 {3 v" y% ^（b）加工高含杂原棉：此时应考虑少回收或不回收，前、后进风应加大，并放大入口附近尘棒间隔距，减小出口附近尘棒间隔距；将前、后箱都封闭成死箱，来扩大落棉区，增加排杂作用。值得注意的是，豪猪式开棉机主要除杂部位是入口附近的10多根尘棒间，以后排杂较弱，故对前后尘棒隔距的调节要有侧重。
（c）加工化纤：由于化纤无杂质，纤维含疵率也比原棉少得多，因此为减少落棉，不宜采用前、后进风，而应适当采用侧进风，以加强纤维的回收。若将尘棒采用全封闭时，应考虑空气的补给，以免阻碍气流，影响纤维顺利输送。
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②喷嘴管道气流除杂的使用
管道气流的除杂具体如图所示。
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管道气流的除杂

（a）进入喷嘴管道的纤维与杂质的分离程度：纤维与杂质分离好，除杂作用强。为保证开松效果，在混开棉机中配有角钉帘子扯松和两个平行打手及一个小豪猪打手的自由开松机件，使原料获得较充分的开松。一般平行打手转速为680～800r/min，小豪猪打手转速为1000～1100r/min。
  o5 Q# W* i( s6 ^9 L（b）风量：喷口部分的落棉和除杂效率与增压风机的风量和前方机台凝棉器的吸风量有关。凝棉器吸风量过大，喷口落棉率减少，影响除杂；吸风量过小，喷口易凝白花，管道易堵塞。增压风机的风量增加，喷口落棉率增加，除杂作用增加，但落棉含杂率低，纤维损耗多。一般增压风机转速为1620～1800r/min。
1 t4 ^. C9 z& ]/ D9 a（c）喷口高度：喷口高度h可通过移动分离刀的位置来改变，一般为25～40mm。喷口高度大，落棉率增加，落棉含杂率低，除杂效率高，但过大易落白花，对节约用棉不利。
（d）渐缩管道最小处通道高度：渐缩管道全长一般为500mm左右，以保证纤维与杂疵的增速和分层时间。管道渐缩率大，气流增速快，有利除杂，但渐缩管道最小处的高度H应不小于20mm，否则影响机台产量，甚至产生堵塞管道现象。一般H为40～55mm。
喷嘴管道除杂能有效地排除原料中较大杂疵，排除原棉中不孕籽的含量占落棉的40%左右，排除化纤中僵板、硬并丝效果也很显著。
1 Z  @# [, @: `+ A( x③尘笼和风机

尘笼与风机如图所示，上、下尘笼1均由网眼钢板弯制而成，两端的出风口与风道2相连，风机4在尘笼下方，排风口5通过管道与滤尘设备相连。在调节板3的作用下打手室输出的棉流被均匀地吸附在上、下尘笼的表面，并合成一定厚度的棉层输出，部分短绒和细小尘杂随气流排出。

尘笼与风机图

为防止棉卷粘连，上、下尘笼吸棉厚度比例为3∶2或7∶3。尘笼与打手通道的横向气流速度分布与打手的形式和速度、风机速度、吸风方式有关。气流的速度不等于风机和打手单独运转时速度的叠加，如图1-4所示。为了均匀输送棉流，要求通道内保持一定的负压，一般要保持-19.6～-49Pa的静压，在靠近风机的尘笼风道保持-196～-294Pa的静压。为使尘笼凝棉均匀，风机速度应大于综合打手速度的10%～25%。风机速度过大，通道横向两边气流速度高、中间低，棉层两边厚、中间薄；风机速度小，产生不了足够的静压，也会导致棉层横向不匀。

综合打手空车运转时尘笼通道气流横向分布