1、 1 0 引言 新中国成立以来，随着棉花生产的发展，我国棉花工业主要经历了两次飞跃性的发展。第一次是“ 5571”型锯齿轧花机取代皮辊轧花机，奠定了我国棉花加工业向工业化发展的基础。新中国成立前，籽棉加工是分散的、作坊式的民间轧花，使用的加工设备主要是人力或畜力皮辊轧花机。新中国成立后，随着纺织工业的发展，棉花生产大幅度地提高，棉花加工业随着棉花统购政策的实行而迅速地发展起来。首先用动力皮辊轧花机取代了人力或畜力皮辊轧花机，生产效率提高了 10 倍。 1955 年 7 月 1日，我国成功试制了第一台锯齿轧花机 “ 5571”型。 “ 5571”型锯齿轧花机的诞生结束了我国棉花加工业依赖皮辊轧花
2、机和进口锯齿轧花机的历史，它的批量生产和应用标志了我国棉花加工业进入了工业化的时代。 第二次是“ 121”棉花加工新工艺和成套设备的研制成功并推广应用，缩短了我国棉花加工技术与国际先进水平 40 年的差距。“六五”末引进国外先进的棉花加工设备及技术，“七五”期间，在中华全国供销合作总社棉麻局的同意领导下，由山东省供销社、山东棉花机械公司和郑州棉麻工程技术研究所等参加的科研、制造和使用三位一体消化吸收并结合我国国情研制出了“ 121”轧花新工艺及成套设备为 代表的大型棉花加工新工艺、新设备。“八五”、“九五”期间，以“ 121”、“ 120”、“机电一体化 100”和“ 400”大型液压棉花打包
3、机等棉花加工新工艺和新设备组成的“ 121 系统工程”在我国进行了卓有成效的推广应用。新工艺及设备的成功应用，改变了我国棉花加工技术装备几十年一贯制的应用。新工艺及设备的成功应用，改变了我国棉花加工技术装备几十年一贯制的落后面貌，棉花加工工艺上了一个新的台阶，大大地提高了棉花加工设备的技术含量，为棉花加工从分散经营到集约化经营创造了硬件条件。 棉花加工业经历了从皮辊轧花工艺到“ 5571”型锯齿轧花工艺，从“ 5571”型锯齿轧花工艺到“ 121”型先进、大型锯齿轧花工艺两个里程碑式的发展，我国棉花加工业的技术总体水平已达到国际 80 年代初的先进水平。棉花加工业的发展，与棉花加工业的科技进步
4、是密不可分的。 在我国，商品籽棉的加工主要由供销合作社系统的棉花加工厂承担；留种籽棉的加工主要有农业部门的棉花加工厂承担。籽棉以人工采摘为主，机械采棉才开始在新疆少数地区试点。手摘棉相对机摘棉而言，外附杂质较少，含水较低。供销合作社系统现有棉花加工厂约 2400 多个，其生产模式大多是轧花 剥绒，产品是皮棉、 短绒。所谓轧花就是利用轧花机将长纤维与籽棉分离的工艺过程。所谓剥绒就是利用剥绒机将生着在棉籽上的短纤维与棉籽分离的工艺过程。国内目前普遍使用锯齿剥绒机，锯齿剥绒机工艺实行分道剥绒，连续生产，即先剥头道绒，再剥二道绒，最后剥三道绒。本设计的课题 MR141 毛刷式锯齿剥绒机就是专为从轧花机
5、排出的棉籽上剥取短绒之MR141 锯齿剥绒机 2 用。调整好不同的配车规格，分别可以剥取头道、二道或三道短绒。头道、二道短绒是合成纤维、轮胎、胶片等工业的重要原料，三道短绒则是国防工业的重要原料。同时，剥绒后的棉籽榨油，可以提高出油率，油质亦比较纯净，有利 于化工及食用；用剥绒后的棉籽做种籽，则可减少病虫害和提高出芽率。 通过轧花机的作用，棉籽上的长纤维与棉籽分离，轧成皮辊，但在棉籽表面还附着一部分短而密集的纤维与绒毛，称为棉短绒。棉短绒是国防工业、化学纤维工业和纺织工业的原料之一，它的含量相当于皮辊的 20%，是一项不可忽视的纤维资源。故剥绒工序在整个籽棉加工过程中占有重要的地位，是轧花后不
6、可缺少的一道工序。 按我国规定棉短绒分为三类，每类又分为三个等级。由于不同长度的短绒有着不同的用途，因此必须分道剥绒，分类分级打包，使生产的各类短绒具有规定的长度和较好的品 质。为了保证各类短绒的长度符合规定，必须实行头道剥绒，二道剥绒，三道争取剥光的生产方法。具体指标是：头道绒的产量依据棉籽毛头率而定，应不超过棉籽毛头率的三倍。二道绒的产量，应占总出绒率的 50-60%。三道绒剥了之后，棉籽残绒率大于 3%。 1 1 棉花加工 1.1 棉花加工的的任务和要求 1.1.1棉花加工的任务 棉花加工工业主要包括轧花、剥绒、下脚回收清理及打包四个方面。轧花是指籽棉通过轧花机将棉纤维与棉籽分离，分离出
7、来的棉纤维叫做皮棉或称原棉。剥绒是指轧花分离出来的棉籽上所 附着的短纤维，通过剥绒机与棉籽分离，分离出来的短纤维叫做棉短绒。下脚回收清理是指把轧花、剥绒过程中排出的僵瓣、不孕籽、落地棉以及带纤维的杂质和尖塔中的棉纤维，分别回收清理，把其中手扯长度在 16 毫米及以上的作为皮棉； 16 毫米以下的作为棉短绒，但均须对照标准分类定级。打包是将轧出的皮棉、剥下的棉短绒和回收清理出的棉纤维，分别打成棉包，便于储运。籽棉加工后的产品，一部分进入生活消费领域，绝大部分进入生产消费领域，成为纺织工业、国防工业、化学纤维工业、造纸工业和榨油工业的原料。因此，籽棉加工的基本任务是认真贯彻“安 全、优质、低耗”的
8、方针，改善加工工艺，改进技术设备，加强技术管理，做到因花配车、因籽配车，正确处理产量与质量的关系，把保证安全生产和提高产品质量放在首位，力求以最小的消耗取得最大的经济效果，为加快我国社会主义现代化建设的步伐贡献力量。 1.1.2 棉花加工的要求 (1) 保持棉纤维的自然品质性状。 (2) 清出棉纤维中的杂质。 (3) 多剥绒，剥好绒。 (4) 保证留种棉籽的纯度。 (5) 分别不同的品级、长度成包，以利于棉花和短绒的合理使用和仓储运输。 (6) 提高加工效率。 1.2 我国棉花加工工艺流程 在我国，商品籽棉的加工主要由供销合作社系统的棉花加工厂承担；留种籽棉的加工主要有农业部门的棉花加工厂承担
9、。籽棉以人工采摘为主，机械采棉采棉才开始在新疆少数地区试点。手摘棉相对机摘棉而言，外附杂质较少，含水较低。现有的棉花加工厂其生产规模大多是轧花 剥绒，产品是皮棉、短绒。所谓轧花就是利用轧花机将长纤维与棉籽分离的工艺过程。所谓剥绒机就是利用剥绒机将生着在棉籽上的短纤维与棉籽分离的工艺过程。国内目前普遍使用锯齿剥绒机，锯齿剥绒工艺实行分道剥绒，连续生产，即先剥头道，再剥二道绒，最后剥三道绒。 MR141 锯齿剥绒机 4 2 棉籽剥 绒 通过轧花机的作用，棉籽上的长纤维与棉籽分离，轧成皮棉，但在棉籽表面还附着一部分短而密集的纤维与绒毛，称为棉短绒。棉短绒是国防工业、化学纤维工业合纺织工业的原料之一，
10、它的含量相当与皮棉的 20%，是一项不可忽视的纤维资源。故剥绒工序在整个籽棉加工过程中占有重要的地位，是轧花后不可缺少的一道工序。 2.1 短绒与棉籽的分离方法 短绒与棉籽的分离方法，目前有化学脱绒合机械脱绒两种。 (一 ) 化学脱绒 化学脱绒按采用的化学药品有浓硫酸、稀硫酸、盐酸与硫酸混合液、氯化氢气体等几种处理方法。化学处理后，棉籽上的短绒全部 被腐蚀，资源无法利用，而且化学脱绒的费用也比较高。但化学处理后棉籽中的细菌、病毒、虫害等均可基本消除，为机械播种提供了有利条件。因此，专门作为种子用的棉籽（即良种棉籽）适合与采用化学脱绒的方法。 (二 ) 机械剥绒 机械剥绒机根据机器主要工作部件的
11、刚度不同可分为，带刚性工作部件（如锯齿剥绒机与磨料剥绒机）和带弹性工作部件（如钢丝刷辊剥绒机）两大类剥绒机。机械剥绒的优点是通过机械的作用，与棉籽分离后的短绒可以充分利用。其中带刚性工作部件的锯齿剥绒机，生产效率高，适应性较好，棉籽上不同长度的短绒可以分别剥取下来， 分成三种类别的短绒，以满足不同用途的需要；但其缺点是棉籽上的短绒难以全部剥光，且短绒剥的过多时，棉籽容易受损伤；又如带弹性工作部件的钢丝刷辊剥绒机，它的优点是钢丝细而密，具有良好的弹性和韧性，工作时确保棉籽不受损伤；但生产效率稍低，适应性不强，棉籽上不同长度的短绒要分别剥取下来，比较困难。 我国大部分棉区对专门作为种用的棉籽，已采
12、用泡沫酸脱绒的方法。泡沫酸脱绒是目前国际上最先进的种用棉籽脱绒生产工艺，其最大优点是，硫酸以泡沫状接触棉籽，使酸液深入棉籽壳的机会减至最小限度，不会损伤棉籽，污染液最小。泡沫酸脱绒 的工艺过程是：将硫酸、发泡剂、水以一定的比例混合后，通过雾状的压缩空气发泡。然后将泡沫状的稀硫酸液定量、均匀覆盖与棉籽表面，酸液在棉纤维的毛细管作用下浸透棉籽表面短绒，通过烘干蒸发棉短绒的水份，硫酸液浓度增高，产生强烈的脱水性和氧化性，使棉短绒碳化。通过摩擦去掉碳化的短绒，并磨光棉籽表面，达到脱绒的目的。 对于榨油用的棉籽，大多采用锯齿剥绒的方法。轧花后的棉籽上覆盖一层短而密集的绒毛，除此之外，还残留着部分纤维，绒
13、毛的长度很短，大约为 23mm，它尖1 端细，根部粗，在棉籽上的生着力比长纤维在棉籽上的生着力大， 且所处棉籽上的部位不同，生着力也不同。棉籽上残留纤维的含量，主要取决于轧花工艺条件，且残留纤维长度都超了绒毛的长度，长的达 12mm 以上。故棉籽上的短绒长度并不是均匀整齐的，且差异较大，但以短绒的占多数。正因为棉籽上的短绒具有以上的特点，所以锯齿剥绒须采取“摩擦刮剥为主”的作用，以实现短绒与棉籽分离的目的。 2.2 锯齿剥绒工艺要求 轧花后的棉籽种往往残留一些小花头、僵瓣和纤维性落棉，还含有各种杂质。此外，为了满足不同用途的需要，既要多剥短绒，又要剥好短绒。因此，锯齿剥绒工艺又如下要求： 1
14、收棉籽中的小花头、僵 瓣和纤维性落棉。 2 除棉籽中的大部分杂质。 3 高出绒率，最大限度地把棉籽上的短绒剥下来。棉短绒生产指标规定， 榨油棉籽的平均出绒率，先进指标为 8%10%，一般指标为 6.5%8%。 4 高产品质量，保证各类短绒的质量符合规定的标准。棉短绒生产指标 规定，各类绒一、二级比例争取达到表 1 1 的要求 。 表 1 1 类别品级比例 先进指标 一般指标 交验一类绒中一、二级不低与（ %） 70 65 交验二类绒中一、二级不低与（ %） 70 60 交验三类绒中一、二级不低与（ %） 60 50 5 止和减少棉籽的损伤。 6 做好各 种落绒、飞绒的清理回收。棉短绒生产指标规
15、定，棉绒比例先进 指标不低于 15%，一般指标不低于 10%。所谓棉绒比例，是指生产的棉短绒数量占收购皮棉总数量的百分比。 2.3 锯齿剥绒工艺过程 根据锯齿剥绒工艺要求，合理安排锯齿剥绒工艺流程，多剥绒、剥好绒，提高企业的经济效益具有重要意义。按照我国棉短绒生产的现有状况，其工艺过程是，一般在剥绒前先对棉籽进行清理、回收，再进行分道剥绒。剥下的短绒经过清理后再进行分类分级打包（注：如剥下的短绒质量符合要求，也可以不清理）。在剥绒、清绒过程中产生的下脚料和共同集绒过程中产 生的尘塔绒要及时清理回收，以防资源流失。锯齿剥绒的工艺过程如下： MR141 锯齿剥绒机 6 1 3 MR141 毛刷式锯
16、齿剥绒机的总体设计 锯齿剥绒机的种类很多，依刷绒方式分，有毛刷式和气流式两种；依锯轴上锯片片数分，有 141 片、 144 片、 160 片等不同片型；依锯片片距分，有 11.11mm 和 10mm两种。其中 141 型是国产最早的锯齿剥绒机型，使用极为广泛。 141 型锯齿剥绒机主要由喂籽、剥绒、刷绒三个部分组成，具体则把 141 型锯齿剥绒机分为机架部、工作箱部、喂籽架部、毛刷部、锯筒部、自动喂 籽机构部 6 个部分，如图 1 所示。 图 1 MR141 型毛刷式锯齿剥绒机结构示意图 3.1 喂籽部分 喂籽部分的主要作用是，根据剥绒机的需要将棉籽自动地均匀地喂入工作厢；并在棉籽进入工作厢之
17、前，出去混入其中的部分铁质杂物，以保护锯片不受损伤。 喂籽部分是由盛籽斗、喂籽辊、喂籽控制板、淌籽板、喂籽辊自动调节装置等组成。 3.1.1 盛籽斗 它位于剥绒机的前上部，用以盛装棉籽。其两侧是铸铁板，前后用木板制成 ，前面的木板呈倾斜板状；后面的木板是直立的，中部有斜向插入并可进退调节的喂籽控制板，用以控制和调节棉籽喂入量。 3.1.2 喂籽辊 它位于盛籽斗内下部。喂籽辊由 29 个或 27 个直径为 150mm的铸铁槽齿轮套装在一根轴上而成，也有的采用角钢或扁钢制成叶板滚筒。喂籽辊通过棘轮机构获得间歇运动，它与自动调节装置相连接，以实现喂籽辊转速的自动调节。 3.1.3 喂籽辊自动调节装置
18、 MR141 锯齿剥绒机 8 如图 5 所示。喂籽辊自动调节装置的作用是： (1) 使棉籽喂入量在全辊上基本均匀一致； (1) 自动调节喂籽辊的转速，以控制棉籽喂人量。 喂籽辊自动调节装置的工作原理是：伸出墙板的喂籽辊轴上装有棘轮，另有连杆与后面的偏心轮相连接，连杆的前端装有棘爪与棘轮相啮合。当偏心轮转动时，棘爪随连杆作前后的往复运动，带动棘轮，使喂籽辊作间歇的转动。盛籽斗中的棉籽因喂籽辊的转动，均匀地喂入工作厢。偏心轮每旋转一周，棘爪随之作前后往复运动一次（其行程约为 102mm）。喂籽辊的转动角度相当于棘爪带动棘轮转动的角度。 图 2 喂籽辊自动调节装置 蝶形板空套在喂籽辊轴上，与棘轮并装
19、在一起。蝶形板两翼的重量是不平衡的，它通过拉杆与杠杆相连，以保持正常的位置 。杠杆上装有可移动的重锤，其位置可按棉籽卷密度要求在杠杆上移动调整。而重锤的重量也可以根据生产需要适当增减。 杠杆是通过五孔插销与工作厢中的密度板轴相连线的。工作厢内棉籽卷密度发生变化时，必将影响密度板的位置。例如，棉籽卷密度增大，棉籽卷对密度板发生顶压作用，当顶压力超过密度板的控制值时，密度板即被抬起。密度板的转动，使杠杆和拉杆位置随之升高，带动蝶形板转动，改变了蝶形板与棘轮的相对位置，使棘轮行程内的棘轮齿露出，喂籽辊转过的弧度增加。 棉籽卷密度大小，对剥绒机的生产效率影响较大。而喂籽辊自动调节装置能调节和控制工作厢
20、内棉籽卷密度，因此，它是剥绒机上的重要机构之一，其调节和控制的方法有两种： (1)移动杠杆上的重锤的位置或增减重锤的重量。增加重锤重量或向外移动重锤，棉籽卷控制密度增大；反之，则减少。 (1)变更五孔插销的孔位。插销插入上面第一孔位，棉籽卷控制密度最大。 1 棉籽卷控制密度：三道剥绒最大，二道剥绒次之，头道剥绒最小。 3.1.4 淌籽板 它位于盛籽斗底部喂籽辊的下面，由木版制成，中部镶有磁铁条。当棉籽中混有铁质杂物时，经过淌籽板磁铁条，就能被吸附住。淌籽板一般应保持 45 度的倾斜度。倾斜度过大，铁质杂 物的下落速度很慢，甚至在淌籽板上产生滞留现象，影响喂籽工作的正常进行。 3.2 剥绒部分（
21、工作厢部分） 剥绒部分的主要作用是，通过机械作用将工作厢内棉籽上的短绒刮剥下来。 剥绒部分是由两侧墙板、抱合板、棉籽梳、拨籽辊、胸板、肋条排、锯片滚筒等组成。 1. 两侧墙板（如图 3 所示） 图 3 剥绒机墙板 剥绒机工作厢两侧各有一块墙板，由铸铁制成，用于限制工作厢内棉籽卷的轴向移动。抱合板、拨籽辊、胸板、肋条排、棉籽梳等都与墙板组装在一起。安装时，要求两墙板内平面互相平行，并与胸板、肋条排、拨籽辊的轴线保持垂直， 如有偏差，将使棉籽卷的运动发生不正常现象。 2. 抱合板（如图 4） 它是工作厢内棉籽卷运动时的控制盖板，由板体与偏心调节器组成。抱合板体呈圆弧形，全长 1583mm，用厚 2
22、 5 3mm的钢板制成。其上部套挂在工作厢两侧的墙板上，下部也套挂在工作厢两侧的墙板上，并由偏心调节器上的偏心轮弯勾分别与两侧墙板上的勾柱螺钉相钩紧。旋转偏心调节器，可以改变抱合板下部与肋条排之间的间隙及工作厢的容积，借以调节棉籽卷的密度和棉籽的排出量。 MR141 锯齿剥绒机 10 图 4 抱合 板结构示意图 3.棉籽梳 它的材料为铸铁，由七块梳片组成，每块梳片用螺钉固装在抱合板下部的边缘上，七块梳片全长为 1580mm。棉籽梳的梳齿长度有 19mm 与 32mm 两种， 19mm 用于头道剥绒机，而 32mm 用于二、三剥道绒机。经过剥绒机处理后的棉籽是从棉籽梳与肋条排之间间隙排出机外，调
23、节这个间隙，能改变剥绒机的生产率 (包括棉籽处理量，出绒率及产绒量 )。该间隙大，棉籽在工作厢内停留时间短，棉籽排出快，棉籽处理量高，但出绒率低；反之，棉籽的处理量低，而出绒率高。 调节棉籽梳与肋条排的间隙有两种 方法： (1)调节工作厢两侧墙板上钩柱螺钉的位置 (工作厢两侧墙板的外壁上各有三个小螺孔 )。钩柱螺钉固定在上面第一孔内，棉籽梳与肋条排的间隙最大。 (2)调节偏心轴位置 (偏心轴中部有一个带刻度和圆孔的圆盘 )。插销扳手插入圆孔内向下扳动，棉籽梳与肋条排的间隙增大；反之，则减小。 棉籽梳与肋条排的间隙，头道剥绒为 50 75mm，二道剥绒为 35 45mm，三道剥绒为 2030mm. 4.拨籽辊 它位于工作厢的中央，辊轴的两头用滚珠轴承安装在工作厢墙板上的轴承座内。它是由轴、固定在轴上的五个叶 板支座、铆接在叶板支座上的四片钢叶板等组成，其直径为 115mm。拨籽辊的作用是拨动棉籽卷旋转，其旋向与锯片滚筒相反。拨籽辊的转速，头道剥绒为 400 430r min，二道剥绒为 420 480r min，三道剥绒为 450510r/min。拨籽辊叶片顶端与锯片滚筒锯齿尖端之间的距离对于剥绒机生产率以及短绒质量有很大影响，该间隙大，出绒率低，但短绒含杂率低；反之，出绒率高，但短
