软摘锭采棉机清杂试验台的研制

软摘锭采棉机清杂试验台的研制

0清花装置的设计新疆作为中国的主要棉花产区，棉花产量的增加对新疆的经济起着重要作用。新疆棉花基本是矮小、密植、早熟的品种,且新疆属于光照不稳定、气候变化明显的地区,这对棉花的种植产生较大影响。棉花收获期短而集中,一般在霜前收获,所以机械化采收必然成为趋势。在采棉机的设计中,对其可靠性要求较高,要达到采净率95%以上,籽棉含杂率低于10%,落地棉小于2%,清杂后的籽棉含杂率要小于3.0%。项目组研究的4MBR-2采棉机属于统收机,采净率较高,在95%以上,但含杂率也高,杂质主要成分包括大杂(铃壳、棉秆等)和小杂(碎棉叶、不孕籽等)。为减少籽棉在装卸、运输过程中碎棉叶片的再度污染以及满足棉花加工企业对轧花籽棉要求,故在采收机上进行一次初步清理工作,设计了清花装置。目前,清花机构的清除原理主要有刺钉筛分和锯齿式两大类。参考现行棉花加工企业的清花过程,经过对比性研究,选用多滚刺钉式清花装置。在近几年的田间试验研究中发现,机载清杂装置的清杂效率不高(含杂率大于4%,总损失率在3%左右),因此为使得六辊清杂更加高效,清杂装置趋于完善,对其不断进行结构优化,以确定理想的性能参数。在此基础上建立试验台,并通过喂入量和滚筒线速度来进行调整,以满足清杂的要求。1不同组件的结构和参数优化1.1籽棉清花装置结构采摘头采摘下来的棉花在输棉系统输送下进入六辊清杂装置中(六辊依次以一定角度排列并且以逆时针旋转),此时棉花由入料口落在滚筒上方,在刺钉滚筒分梳松散的过程中,籽棉会被运行至滚筒与格条栅之间,同时籽棉在运行中被抖动。由于籽棉与栅条之间的摩擦作用,加之杂质与籽棉间由于形状不同和质量不同作用其上的力也不同的关系,使得黏附在籽棉表面的一些杂质从格条栅中排出,从而达到初步清杂的目的。清花装置结构示意图如图1所示。在采棉絮的过程中,会将部分铃壳、棉叶、杂草和枝条采下,并混杂在所采籽棉中。通过试验发现,清杂装置并没有达到原先的田间技术要求,因此参考现有棉花加工设备的刺钉式清花机技术规格,初步确定参数如下:刺滚数/个:6刺滚排列角度/(°):30刺滚外径/mm:208刺滚齿辊长度/mm:1300刺钉行数/行:12刺钉行距/mm:80(弧长)刺钉间距/mm:50(两相邻行错开排列)刺钉长度/mm:47.5刺钉直径/mm:88两刺滚钉端间距/mm:19.9格条筛包角/(°):130格条直径/mm:7格条净间距/mm:10.6刺钉端与格条筛的净间距/mm:20刺滚工作长度/mm:13001.2主要设备的结构设计1.2.1辊筒直径及长度为d,d辊筒是六钉辊筒清杂装置的主要结构,直接影响清杂装置的效率与应用,如图2所示。其结构长度决定了刺钉的排列数量,而辊筒直径则决定了其圆周上刺钉数量。这里设直径为D,长度为L,则有D=MSπ+2hL=a(zk−1)+2ΔlD=ΜSπ+2hL=a(zk-1)+2Δl式中h—钉齿高度;S—相邻钉齿间距;M—滚筒一周上钉齿数量;a—齿迹距,a=2(b+δ);b—钉齿厚度;δ—齿侧间隙;Δl—钉齿齿距杆端部的距离。1.2.2钉齿排列形式的确定钉齿是刺钉辊筒的主要组成部分,对采收的籽棉起到梳分及传送的作用。钉齿要求表面光滑,在击打籽棉过程中不勾拉,减少对棉花纤维的破损程度,提高清杂质量。可以选择钉齿直径为12mm的圆钢,其结构如图3所示。钉齿的排列形式对清杂性能有很大的影响,如果在滚筒圆周方向和径向钉齿排列过多,一方面对棉花击打次数增多,对棉花纤维的损伤程度加大,另一方面会增加生产成本和加工难度,所以对钉齿数量和排列形式的研究是至关重要的。设M为圆周上齿钉数量,则有M=π(D−2h)SΜ=π(D-2h)S式中D—滚筒直径;h—为钉齿的高度;S—相邻钉齿间的距离。将滚筒直径和钉齿的高度尺寸带入后,可以得到M=8～12。2试验方法和试验设施2.1装置的清杂性1)启动模拟试验台,使滚筒保持一定转速,物料由物料口经过实际风送模拟进入六辊清杂装置中,经过六辊对籽棉的冲击与格条栅的摩擦,使清理后的棉花进入接棉箱中,而清理后的杂质落入到排杂箱中。通过对杂质和籽棉的后续处理,可以得到一定的试验数据,通过对数据的分析,得到对清杂因素的影响。2)为减少误差,重复多次试验,使得数据更具说服力。2.2测试安装除了必要的试验台之外,还需要电子秤等工具对杂质与籽棉进行称量分析。试验装置如图4所示。3试验结果3.1市场及辊筒转速与清杂效率、确定设定拖拉机行走速度为3km/h(由于此种采棉机配置2个采摘头,即收取2个小双行),滚筒角度为30°,喂入量为1.1kg/s。取刺钉端线速度为6,7,8,9,10m/s,得到刺钉端线速度与清杂效率、滚筒转速、损失率的试验结果,如表1所示。辊筒转速与刺钉端线速度之间的关系式为n=v×60π×dn=v×60π×d式中n—辊筒转速(r/min);v—刺钉端线速度(m/s);d—刺辊直径(mm)。由表1可知,在行走速度和喂入量一定的情况下,刺钉端线速度从6m/s到9m/s时,清杂效率在逐渐上升约15.6%左右,损失率上升约0.96%。这表明,速度增加对清杂有一定影响。可以看出:随着速度的递增,清杂效率在升高,得含杂率在下降;由于群体分离速度加快,清杂率加快的同时也导致损失率随着转速增大而有所增加;但是,随着速度的继续递增,清杂效率下降,使得损失率也有所减小。3.2含杂率和损失率设定滚筒角度为30°,刺钉端线速度为9m/s,喂入量分别为0.5,0.7,0.9,1.1,1.3,1.5kg/s,得到其与含杂率和损失率之间的关系,如表2所示。由表2可知,随着喂入量的增加,含杂率上升,损失率在下降。辊筒转速和送风量一定的情况下,物料输送阻力增大,使物料抖动、籽棉与杂质分离难度变高,因此含杂率在上升,并且群体分离速度较慢,杂质不易从格条栅中分离,使得损失率降低。4筒转速和喂入量对清杂率的影响1)通过试验,设计并改进了清杂装置