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小棉块开松机(MTO)的开松、混和与除杂作用

2019/3/25 9:31:07      点击:
一、机构和作用原理小棉块开松机MTO(MieroTuftOpener)为日本小原铁工厂生产、西德黑格特厂专利的开棉机械,它采用四个包覆锯齿条的工作辊,在棉块成自由状态下进行工作,具有细致的开松和良好的混和作用。其机构、主要部件规格和工艺配置如图1、表1~2所示。
(一)开松作用
开松作用主要在两个开松辊及开松辊和回击辊间进行,由于齿面间隔距较小,松解到一定程度的棉块才能通过,较大的棉块则被留在箱内继续松解,作用较为细致。
对本机的开松作用进行了对比试验,用示踪纤维束手拣称重法测得的棉束平均重量比跳过本机的减少近一半(表3),开松度提高近一倍,用重量容积法测得的棉块加压体积,不论是初试加压或测容加压,均以经本机的为小(表4)。由于开松作用是在棉块呈自由状态下进行,通过筵棉和棉卷中的纤维长度分析,经本机或跳本机均无显著差别。
(二)混和作用由于各工作辊间的开松作用,使两个开松辊和回击辊表面都分配到一定数量的棉块,回击辊由于锯齿的工作角较大(n3.so),同时速度高达800转/分,其表面的棉块由于离心力的作用而被抛回箱内,沿档板下落在喂棉帘子上,一形成不断运行的棉流。返回帘子的棉块和新喂入的棉层间存在一定的时间差,产生了混和作用。另外由于两个开松辊所处位置的不伺,同一时间内分配在开松辊上的棉块将在不同时间被剥棉辊所剥取而分布在剥棉辊的不同的位置上,再次进行混和。混和效果较为显著。
为了测定本机的混和作用,在后方机台喂入600x2250毫米(长X宽)、重量为500克的莺光示踪纤维束,分别经本机和跳本机,在棉卷中观察其分布情况。
示踪纤维束在棉卷中的分布长度对比如表5,经本机比跳本机的长近一倍,尾部分布长度长二倍多。说明混和作用较好。
由纤维束格样板检验所得的中段分布状况如图2,示踪纤维束格充塞程度高,分布均匀,两者差异亦较显著。
(三)除杂作用
本机除杂作用主要在剥棉辊和尘棒(共7根)间进行(图1),剥棉辊从开松辊上剥取纤维束进入尘棒除杂区,杂质的排除主要通过以下三种方式来完成:
1.剥棉辊抓取纤维束,尾端受尘棒作用,刮除纤维束表面的一些杂质;
2,剥棉辊高速回转,杂质因受离心力而被抛出,在尘棒间隙中落下;
3.纤维束在运行过程中,受尘棒撞击而抖动,使一些细小杂质分离。
根据试验结果(表6),说明本机除杂效率较传统的开清棉机低,主要原因在于开棉型式采用了自由握持的新型锯齿开棉,但除杂机构仍沿用传统方式,经过开松的纤维束和杂质一起被剥棉辊回转时带动约附面层气流所托住,不易分离;同时尘棒少,除杂面积小,补风不足,影响杂质的清除。
二、提高除杂作用的分析与实践
(一)锯齿开棉中除杂原理简析
1.剥棉辊气流附面层原理与测试剥棉辊高速回转时形成的气流附面层,其速度变化规律可由尼古拉茨经验公式求得(参见图3)。
式中指数n取决于表示流体特性的雷诺数Re,即流体所受惯性力和粘滞力的比值,在雷诺数Re为1.1只105时n值为7,即所谓经常使用的管道紊流的十次方公式。但实际上上式是在稳流条件下获得的,且由于流体的特性和试验的边界条件的不同,n值也有所变化,因此经验公式的运用将受到一定限制。为此我们进行了实测,测试位置在距托棉板15毫米、35毫米和150毫米处(见图4)。在这三处距离剥棉辊表面不同的距离各自测得动压值,在150毫米处可视作附面层已达正常厚度。测得的动压值换算出流速值,再画出气流附面层的流速分布曲线如图5
附画层形成情况如图6所示,可见:附面层的厚度随时间的推移而逐步增厚,也即距托棉板的距离增加而增厚;由于附面层厚度的变化,附面层中流速的变化梯度也将改变,厚度愈大则速度梯度愈小。
2.纤维束和杂质运行过程中所受阻力
开松机纤维束和杂质在流体中所受阻力在雷诺数较大的情况下,可用二次方阻力公式求得:
R=KAp(V。-V)2(2
式中:K—阻力系数,与流体特性有关y
A一—讨论物体在垂直气流方向的投影面积
p——空气密度
V一回转体表面速度;
V——讨论物体质量中心处速度。
由上式可见,在相同条件下,讨论物体在流体中所受阻力和该物体的投影面积及物体运行的相对速度的平方成正比。
3.纤维束和杂质运行过程中的情况分析
(1)随着气流附面层的逐步增厚,附面层中速度梯度逐步减小,因而(V。-V)值逐步减少,也即纤维束和杂质所受阻力逐步减小,当到达一定程度时,将脱离锯齿的握持而有可能变成落棉。因此为了使杂质有充分的条件脱离锯齿,就必须要有一定的空间,使气流附面层增加到足够的厚度。
(2)纤维束受锯齿的松解后,比较蓬松,有较大的投影面积,在运行过程中比杂质有较大的阻力。同时纤维束往往被几个锯齿所握持,离开锯齿的摩擦阻力较大,因而将随着刺辊一起继续运行。相反,杂质因重量大而离心力大,投影面积小而阻力小,因而易于脱离锯齿落下
3)由于纤维束的松解有一定的限度,包藏在纤维束内部的杂质较难得到清除。即使在纤维束表面的带纤维杂质,也由于纤维间的粘附力仍将随纤维束一起继续运行而得不到顺利的清除
(二)纤維束在尘棒作用下的情况分析
纤维束被锯齿抓取而继续运行时,将受到尘棒的作用,由于离心力和惯性力的影响使纤维束的尾端压向尘棒,因而在运行方向,尘棒将产生一个作用力P,同时锯齿也将对纤维束产生作用力P′(图7)。清弹机这样将产生下列四种情况:
1连结尘棒顶端和锯齿握持点,P和P’在这连线上的分力分别为 Pcos和Pcos,将使纤维束张紧,继续运行时β角逐步减小,即Pcos和Pcos值逐步增加,当数值大于纤维束在这作用线上的内部联系力时,纤维束被分解,并使其内部包戴的杂质获得清除的机会。
2.锯齿握持力大于尘棒的作用力时,纤维束随锯齿运行,而在表画的一些粘附性杂质,就有可能通过尘棒时被尘棒顶端剔除而形成落棉。
3.锯齿握持力小于尘棒作用力时,纤维東将滞留在尘棒上,由于纤维束较松散,有可能被随后的锯齿重新抓取继续运行,这样纤维束就将改变原有位置,在尘棒作用区内反复变位从而起到清除纤维束上不同位置的粘附性杂质的作用。
4.一些在以前没有得到清除的粘附性较小的杂质,由于纤维束受尘棒作用时抖动的机会,易于在尘棒间隙中落下。
(三)管道内空气流量和补风面积
剥棉辊带动空气流量的估算:剥棉辊带动一定数量的空气进入下一机台的喂棉管道如若按流速分布曲线(图5)并釆用上述的+次方公式进行粗略的估算。则流量
假定附面层气流进入尘棒后不再流失,以各项数值代入上式可计算得流量Q=150.35米3/小时。实际上附面层进入尘棒时尚未达到正常厚度,同时也不能全部进入尘棒和剥棉辊中间,因此,带动空气流量比上面估算数值还要小。
2.空气流量和补风面积:进入下一机台喂棉管道内实测空气流速为891米/秒,根据管道截面计算可得实际流量为3336米3/小时,与上面估算数相差极为悬殊,在实际运行过程中势必从车肚补给大量空气。实测车肚真空度为1.6毫米水柱,与上画分析相符。本机虽有补风窗0.095米2,显然是不够的
(四)改善除杂机构的措施
1.由于剥棉辊回转时形成气流附面层的特性,采用传统的方法利用打手使纤维束获得定的动量,撞击尘棒来松解并清除杂质的方式,显得不够完善。为使纤维束和杂质能有效地分离必须要有足够的空间,使附面层增加到一定厚度,以便减少附画层内流速梯度来达到杂质下落的目的。建立附面层除杂区很有必要,但此区域不宜过大,否则易落白花。
2.剥棉辊带着纤维束经附面层除杂区后必须利用尘棒的滞留作用来反复剔除纤维束表面的粘附性杂质,并进一步分解纤维束,使其内部包藏的杂质,获得清除的机会。这种分离杂质的方法开松机与尘棒的多少有关,因此由较多的尘棒组成的尘棒除杂区也是必要的。
3.根据剥棉辊带动空气流量的计算数和管道流量的实测数相差极为悬殊,因此必须从机外大量补风,以免形成车肚内较大的真空度而影响杂质的分离,也就是要有足够的机外补风
4.为此我们改变了原有除杂机枃的结构如图8所示,附面层除杂区长度为52毫米,尘格由原有7根尘棒改为13根尘棒,尘棒闻隙由12毫米改为15毫米,安装角40°,尘棒截面由58X20毫米改为25X4毫米。尘棒清除角45°不变。
(五)改进效果对上述改进措施分别与原除杂机构进行了多种方案的对比试验,试验方案如表了。试验结果如表8~11。’·
改进除杂机构后,无论已改附面层除杂区还是已改附面层和尘棒除杂区(表8),落棉率和除杂效率均有所提高。
剥棉辊加速后(表仑),由于附面层阻力增加,虽然离心力也随之增加,落棉率变化不大,但大杂易于排除。
建立附面层除杂区后,重杂和大杂有充分下落的条件,从落棉内容分析(表10),棉籽增加较为显著。加速后由于离心力增加,棉籽增加更为显著,但由于附面层阻力增加,因而不孕籽等细杂落率有所降低。
补风面积对落棉影响较大(表11),在三种补风面积中,机外补风愈多,车肚气流愈稳定,真空度愈小,回收少,因而落棉率和除杂效率均随之提高。
异物试验共喂入50毫米“布片两块、200毫米以上铁丝两根、小2.5x25毫米铁丝四根、小4x30毫米麻绳四根、40x5xZ毫米木片两根,其中除长铁丝和布片未能通过而留在箱内,其余均在落棉中找到。这说明建立附面层除杂区后对去除大、重杂有一定帮助。另外在未改进机台上,清扫尘格时,经常在尘格中拣出麻绳头、细铁丝、木片、打包塑料带等杂物。.-
三、评论和建议1.小棉块开松机结构比较简单,外观整洁,使用较安全可靠,全部轴承化,生产、操作、看管和维护比较方便。
2.在开棉作用方面,由于采用锯齿开棉型式,棉块在自由状态下开松,开松效果好而损伤纤维少,并为良好的混和与除杂创造了条件,开松度提高约一倍。
3.在混和作用方面,以细致开松为基础,利用纤维束在工作辊上转移时间差进行混和,效果较显著。示踪纤维束试验表明,分布长度提高近一倍,示踪纤维束充塞程度高,分布均匀,混和作用较细致而均匀。
4.开花机在除杂作用方面,原除杂机构有缺陷,除杂效率较低,仅为传统开棉机的一半左右。根据锯齿开棉特点,建立了附面层除杂区,改进了原有尘棒除杂区,增大补风面积,使除杂效率提高近一倍,由原来的4.7%(表8的方案6)提高到9.2%(表11的方案9),达到了传统开棉机水平,并有利于夹杂在原棉中异物的清除。为进一步提高除杂作用,建议进一步研究锯齿工作角与除杂效能的关系,同时为适应不同原料、工艺的要求,也可研究改为可调式尘格。
5.根据上述评价,建议组织力量进行移植试验,在移植时必须改进除杂机构,并建立附面层除杂区,配置比较多的尘棒和不少于0.2米“的可调式补风窗。

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