帶智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)的低損傷皮棉清理機技術(shù)研究

〔邯鄲金獅棉機有限公司技術(shù)中心，河北邯鄲056046〕

鋸齒皮棉清理機是機采棉加工工藝中的重要加工設(shè)備，在棉花加工生產(chǎn)線中與鋸齒軋花機相連，用于清除皮棉中的雜質(zhì)與疵點，改善皮棉的外觀形態(tài)，提高皮棉質(zhì)量。評價鋸齒皮棉清理機性能最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)是產(chǎn)量、清雜效率、棉纖維損耗、棉纖維損傷和噸皮棉耗電等指標(biāo)，而直接影響皮棉質(zhì)量的是清雜效率、棉纖維損耗、棉纖維損傷等指標(biāo)。根據(jù)鋸齒皮棉清理機的工作原理，這些指標(biāo)之間既有一定的關(guān)聯(lián)性，又是矛盾體。提高清雜效率會增加棉纖維損耗和棉纖維損傷；提高關(guān)鍵部件刺輥的表面線速度可以提高清雜效率，但是會增加棉纖維損傷。本次技術(shù)研究旨在通過創(chuàng)新鋸齒皮棉清理機的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)，全面采用現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動檢測技術(shù)和智能控制技術(shù)，創(chuàng)建智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)，尋找清雜效率、棉纖維損耗、棉纖維損傷三個關(guān)鍵指標(biāo)的平衡點，達(dá)到保持棉纖維原生品質(zhì)、降低纖維損傷、提高皮棉質(zhì)量的目標(biāo)。

一、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及主要部件技術(shù)參數(shù)研究

鋸齒式皮棉清理機整體結(jié)構(gòu)主要由集棉給棉部、清理部、刷棉部組成。清理部是影響棉纖維損耗、棉纖維損傷和含雜率高低的關(guān)鍵部位，見圖1。我們將重點研究刺輥排雜區(qū)域的控制和排雜刀的布置。

圖1 皮棉清理機清理部主要結(jié)構(gòu)

按照鋸齒皮棉清理機的結(jié)構(gòu)原理，刺輥的直徑大小決定了刺輥排雜區(qū)域空間的大小，也決定了排雜刀位置、數(shù)量及角度等結(jié)構(gòu)參數(shù)。選擇刺輥直徑大小要基于以下幾點：一是為了減少刺輥鉤拉對棉纖維的損傷，應(yīng)避免采用雙刺輥或多刺輥的結(jié)構(gòu)，通過多次鉤拉棉纖維來降低含雜率；二是在刺輥一次鉤拉棉纖維的情況下，應(yīng)盡量選擇較大的刺輥直徑來獲得較大的排雜區(qū)域空間，但應(yīng)同時考慮設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)不能太龐大以及設(shè)備的制造成本等因素，使設(shè)備具有較高的性價比。

（一）刺輥直徑的選擇

我們總結(jié)了刺輥直徑為400 mm的傳統(tǒng)產(chǎn)品的使用經(jīng)驗和效果，在此基礎(chǔ)上提高清雜效率，通過模擬分析計算并進(jìn)行了試驗臺試驗驗證，兼顧設(shè)備性價比等因素，認(rèn)為選擇600 mm的刺輥直徑可以達(dá)到較好的效果。

（二）刺輥轉(zhuǎn)速的選擇

鋸齒皮棉清理機的刺輥是高速旋轉(zhuǎn)的部件，皮棉在被刺輥齒條鉤拉和與排雜刀撞擊的過程中，在排除雜質(zhì)的同時纖維會受到不同程度的損傷，同時也會排出少量棉纖維，造成棉纖維的損耗。本技術(shù)研究以追求棉纖維低損傷為核心出發(fā)點，開展皮棉清理加工機理的深入研究，為實現(xiàn)皮棉清理優(yōu)質(zhì)和低損平衡的目標(biāo)，我們反復(fù)試驗比對刺輥的轉(zhuǎn)速，最終確定合理的技術(shù)參數(shù)范圍。

（三）排雜區(qū)域內(nèi)排雜刀的布置

沿刺輥圓周方向布置的排雜刀的數(shù)量和相互之間的間距，構(gòu)成了排雜區(qū)域。排雜區(qū)域的大小是影響皮棉加工質(zhì)量的重要因素。排雜區(qū)域大有利于雜質(zhì)的排除，但可能造成纖維與刺輥的脫離，增加棉纖維損耗；排雜區(qū)域小，雜質(zhì)難以與皮棉分離，造成皮棉含雜率高。

試驗表明，在一定空間內(nèi)，排雜刀的分布和位置布置非常關(guān)鍵，第一把排雜刀離給棉羅拉越遠(yuǎn)，或排雜刀之間距離越遠(yuǎn)，排雜區(qū)域?qū)⒃介L，刺輥鉤拉的棉纖維和帶動的氣流層隨排雜區(qū)長度的增大而逐步遠(yuǎn)離刺輥，雜質(zhì)越易運動至外層，在遇到排雜刀時越易被切割沖擊下來，提高排雜率。

排雜刀與刺輥齒條的間距越小，排雜刀對雜質(zhì)的切割沖擊作用越強烈，雜質(zhì)越易排出，但也易排落纖維，增加纖維損耗。我們以與刺輥齒條0.8 mm和1.6 mm兩種間隙的排雜刀位置進(jìn)行實驗，最終結(jié)論是0.8 mm的間隙會對棉纖維造成更大的損害，皮棉損傷更大，而清理效果并沒有提高很多，經(jīng)過實驗對比，平衡各影響因素，排雜刀刀刃與刺輥齒條間距一般選定為1～1.6 mm為宜。

根據(jù)排雜區(qū)域空間的大小，結(jié)合上述排雜刀布置所形成的兩刀之間空間大小對排雜和纖維損耗的影響分析，在現(xiàn)有空間內(nèi)采用8把排雜刀能夠達(dá)到較為理想的效果，見圖2。

圖2 新型皮棉清理機排雜區(qū)域示意圖

二、智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)研究

集棉給棉部的作用是為清理部輸送一定厚度的棉胎，其均勻程度與厚薄影響清理部刺輥對棉纖維的鉤拉效果，進(jìn)而影響刺輥齒條對棉纖維的分梳效果，最終影響到清雜效果和皮棉質(zhì)量。如果棉胎不連續(xù)或厚薄不均勻，還極易造成刺輥齒條對棉纖維鉤不實、鉤不牢，棉纖維隨刺輥高速旋轉(zhuǎn)時隨雜質(zhì)被甩出，造成棉纖維損耗。本次研究的重點方向是把軋花機與皮棉清理機關(guān)聯(lián)起來，創(chuàng)建智能自適應(yīng)電氣控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能根據(jù)軋花機產(chǎn)量的高低，自動調(diào)整皮棉清理機集棉給棉部的棉胎厚薄和給棉速度；根據(jù)皮棉在線質(zhì)量檢測工作站反饋的質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動調(diào)整刺輥鉤拉棉纖維的強度和速度，達(dá)到棉纖維低損傷的目標(biāo)，使皮棉清理機關(guān)鍵性能指標(biāo)更加優(yōu)化平衡。

現(xiàn)代監(jiān)測與檢測技術(shù)、變頻技術(shù)、現(xiàn)代計算機控制技術(shù)為智能自適應(yīng)跟隨控制系統(tǒng)的創(chuàng)建提供了保障，皮棉在線質(zhì)量檢測工作站監(jiān)測的皮棉質(zhì)量數(shù)據(jù)也為該智能控制系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐。

三、結(jié)束語

全面研究棉纖維被刺輥一次鉤拉的情況下排雜區(qū)域空間的優(yōu)化設(shè)置、刺輥直徑和轉(zhuǎn)速、排雜刀的數(shù)量及位置布置對皮棉質(zhì)量的影響，對開發(fā)MQP-600×2000A新型皮棉清理機工程樣機提供了理論基礎(chǔ)，該樣機已安裝于機采棉生產(chǎn)線進(jìn)行全面試驗驗證，將為提升我國棉花加工工業(yè)的技術(shù)水平，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步提供技術(shù)保障。☆