鋸齒軋花理論 纖維與棉子的分離

從棉子梳到軋花肋條工作點的弧長上,鋸齒與子棉卷相互接觸。由於子棉性狀、子棉卷密度、軋花機生產率、鋸片滾筒轉速等工作條件的變化,使得鋸齒與子棉卷之間的作用十分複雜。
到目前為止,尚無建立數學模型來描述鋸齒與子棉卷之間的關係。
(一)鋸齒對子棉的作用
鋸齒軋花依靠鋸齒穿刺子棉纖維層,使纖維嵌塞在齒凹內,再設法從棉子上拉脫。鋸齒軋花必須具備兩個條件。
(1)子棉卷做旋轉運動;
(2)子棉卷表麵的線速度遠遠落後於鋸片滾筒表麵的線速度。
從棉子梳到軋花肋條排工作點的弧段上,隨著鋸齒表麵線速度方向、子棉卷表麵線速度方向的變化,鋸齒對子棉卷、子棉的作用也是變化的。鋸齒對子棉卷、子棉有三種作用。
(1)鋸齒勾拉子棉上的纖維,使纖維進入鋸齒凹口;(2)鋸齒牽引子棉卷,使子棉卷做旋轉運動;(3)鋸齒從棉子上拉脫纖維,使纖維與棉子分離。
研究表明:在丁區,鋸齒對子棉主要是第一種作用,第二、第三種作用甚微;在己區,鋸齒對子棉主要是第三種作用,第二種作用次之,幾乎沒有第一種作用;在戊區,鋸齒對子棉具有第二、第三種作用,第一種作用較小。
(二)鋸齒使纖維進入齒凹的分析
從圖8-19中可以看出子棉卷表層各處的運動方向。在丁區,子棉卷的運動方向與鋸齒的運動方向不一致。假設:

(1)丁區的子棉卷速度為vβ,速度方向與鋸片徑向線成β角;(2)丁區的鋸齒速度為v。
則,v與vβ 的夾角為(90°-β)。鋸齒與子棉卷的相對速度W可按下麵的向量式求得:

這樣,處在子棉卷中的單粒子棉一旦與鋸齒接觸,子棉上的纖維就以速度W進入鋸齒凹口。現在,很容易證明鋸齒對子棉的第一種作用。在丁區,vβ 的數值較大,且β角小於90°。v的數值是個常量,故W的方向必然指向鋸齒凹口,即在丁區,鋸齒使纖維進入齒凹的作用較強烈,鋸齒在此區的勾棉能力強,勾棉數量多。在戊區,盡管vβ 的數值最大,但β角近似90°,使γ角很小,甚至為零,故W的方向就難以指向鋸齒凹口,即在戊區,鋸齒使纖維進入齒凹的作用甚微,鋸齒在此區的勾棉能力很弱。在己區,因β角大於90°,故W的方向必然背離鋸齒凹口,即在己區,鋸齒無法使纖維進入齒凹。
在戊區、己區,子棉卷表層的單粒子棉的β角有時小於90°,使鋸齒對子棉的第一種作用在戊區、己區得到了補償。進一步的研究發現:以上規律在極個別情況下可能不準確,主要原因是子棉卷密度變化及操作條件等因素的改變所致。
(三)鋸齒使纖維與棉子分離
鋸齒在丁區勾住的纖維束,大部分到了工作點處,進入軋花肋條排間隙後與棉子分離。
隨鋸齒向工作點移動的子棉,碰到軋花肋條排後立即改變運動方向和速度,沿著肋條排表麵向上運動。子棉卷在該處的速度最慢,為1.1～1.5m/s,但此時密度最大。在軋花肋條工作點處,鋸齒從棉子上拉脫纖維的能力與軋花肋條和鋸片之間的相對位置有很大關係。軋花肋條與鋸片相對位置關係,一般用壓力角表示。壓力角是軋花肋條工作點處的圓弧切線和鋸片圓周切線之間的夾角,用字母α表示,如圖8-20所示。

在軋花肋條工作點處,鋸齒從棉子上拉脫纖維的瞬間,鋸片的運轉力P可以分解為兩個相互垂直的分力R和T。三者的關係如下:
R=Psinα
T=Pcosα
其中,P的方向與鋸齒在工作點處的運動方向一致;R垂直於軋花肋條,是工作點處鋸齒從棉子上拉脫纖維的力;T平行於軋花肋條,是工作點處鋸齒推動子棉卷運轉的力。在垂直於軋花肋條的分力R的作用下,子棉和肋條表麵之間產生摩擦力F,F的方向與T的方向相反,其數值為:

以上計算表明:隨著壓力角的增大,工作點處的鋸齒從棉子上拉脫纖維的作用力逐漸增強,但推動子棉卷運轉的作用力逐漸減弱;當壓力角增至74°時,工作點處鋸齒的運轉力P幾乎全部用於拉脫子棉纖維,對子棉卷的推力幾乎為零。但子棉卷是依靠伸入工作箱內的全部鋸齒的推動而運轉,故這種情況下,子棉卷未必停轉。
鋸齒凹口內的纖維能否全部進入軋花肋條排間隙,在很大程度上取決於鋸齒工作邊和軋花肋條之間的相對位置。若齒尖先於齒根進入肋條排間隙,軋花肋條對纖維起的作用是將它們壓向齒根,齒凹內的纖維能順利進入肋條排間隙;反之,若使齒根先於齒尖進入肋條排間隙,軋花肋條將齒凹內的纖維推向齒尖,齒凹內的纖維不能進入肋條排間隙。鋸齒工作邊與軋花肋條之間的相對位置關係,一般用提前角表示。提前角是位於工作點處的鋸齒工作邊與軋花肋條工作點圓弧切線之間的夾角,用字母λ表示,如圖8-21所示。提前角是指齒尖比齒根提前進入工作點間隙的角度.

即齒尖後於齒根10°進入軋花肋條排間隙,鋸齒凹口內的大部分纖維在進入軋花肋條排間隙時,滑出齒凹。因此,提前角不能小於等於零。但提前角也不宜過大,否則,齒凹內的纖維在軋花肋條作用下嵌入齒根,會給後箱刷棉帶來困難。
由此可見,壓力角是個很重要的工作參數。在確定壓力角參數時,要綜合考慮子棉等級、鋸齒鋒利程度等因素。加工高等級子棉,鋸齒較鈍時,壓力角取大值,以保證皮棉質量;加工低等級子棉,鋸齒較鋒利時,壓力角取小值,以提高軋花產量。壓力角的取值在55°～65°。
(四)影響鋸齒勾拉(拉脫)子棉纖維的其他因素
鋸齒勾拉、拉脫子棉纖維的能力直接影響軋花生產率。首先,子棉的成熟度和含水率對鋸齒的勾拉能力有很大影響。成熟好、含水率低的子棉,表麵蓬鬆、彈性較大,有利於鋸齒穿刺,鋸齒的勾拉能力較高。成熟差、含水量高的子棉,含有較多僵瓣棉,其表麵不蓬鬆、彈性小,不利於鋸齒穿刺,鋸齒的勾拉能力降低。因此加工含水率高的低等級棉時,鋸齒的勾拉效率低下,軋花產量明顯降低。從工藝的角度分析,除了壓力角、工作箱的形狀、鋸齒表麵線速度等因素影響鋸齒勾拉纖維以外,還有以下因素。
1.子棉卷的密度
子棉卷適當緊一些,可增大對鋸齒的壓力,迫使纖維進入齒凹,並使鋸齒凹口內的纖維與鋸齒之間有足夠大的摩擦力,便於鋸齒從棉子上拉脫纖維。反之,子棉卷疏鬆,被鋸齒勾住的子棉與子棉卷之間的抱和力小,鋸齒與被勾住子棉之間的相對速度小,鋸齒難於拉脫其上的纖維。
但子棉卷過於緊實,或使齒凹內纖維受到兩側緊壓子棉的摩擦而離開齒凹,形成子棉卷中的遊離纖維;或使齒凹內的纖維勒緊在鋸齒根部,造成刷棉困難;甚至造成子棉卷停轉而無法生產。
2.鋸片齒形參數
鋸片齒形參數中的齒傾角的取值直接影響鋸齒勾拉纖維的能力。由λ=α+β-90°可知,齒傾角的取值也影響提前角的大小,從而影響纖維進入軋花肋條排間隙。齒傾角大,鋸齒工作邊傾斜度大,鋸齒穿刺子棉纖維的作用力強,勾住的纖維也不易滑出齒凹;齒傾角小,鋸齒工作邊傾斜度小,即鋸齒變得直立,鋸齒穿刺子棉纖維的作用弱,且在壓力角一定時,提前角因此而減小。但是齒傾角過大,還會造成刷棉困難。因此,齒傾角的選擇很重要。軋花鋸片的齒傾角規定為40°。
鋸齒齒距大,鋸齒凹口的容積也大,齒凹內可填積的纖維較多,則鋸齒在丁區勾拉的纖維較多。但是,齒距過大,會夾破棉子,甚至使棉子嵌入齒凹,使鋸齒難於勾拉纖維。故齒距的尺寸最大不能超過棉子的腰徑。
軋花鋸片的齒距有3.3mm和4.5mm兩種,前者用在直徑為320mm的軋花鋸片上,後者用在直徑為406mm的軋花鋸片上。
鋸片齒形參數除齒傾角、齒距以外,還有齒高、齒根角(或齒尖角)等,在鋸片直徑確定的情況下,這些參數之間是互相製約的。一般而言,選擇這些參數時應滿足鋸齒本身的強度、剛度、穩定性等力學要求,還應考慮軋花質量的要求。
3.鋸齒狀態
鋸齒狀態指鋸齒的光潔程度、鋒利程度和缺損程度等。鋸齒狀態對於鋸齒勾拉、拉脫子棉纖維的能力有很大影響。鋸齒鋒利,表麵光潔度高,鋸齒對子棉棉纖維的穿刺作用就強,刷棉也容易。鋸片缺齒少,則從齒數上保證了對纖維的勾拉。因此,鋸齒越光潔越好,殘缺越少越好。
而對鋸齒鋒利程度卻有限製,因為鋸齒過於鋒利容易刺破棉子,增加皮棉中的帶纖維子屑和破子,且鋸齒棱邊容易啃下棉子上的短絨。一般加工等級高、成熟度好、含水率低的子棉,鋸齒不宜鋒利。解決鋸齒過於鋒利的辦法是將鋸片滾筒裝在砂箱中砂磨。新衝製的鋸片,齒表麵棱角多,有毛裂口,光潔度很差,裝成鋸筒後,需砂磨之後才能用於加工。鋸筒進行砂磨既可以提高鋸齒的光潔度,也可以解決鋸齒過於鋒利的問題,所以鋸筒砂磨是鋸筒安裝檢修過程中不可缺少的一個環節。
工藝上對鋸齒狀態的要求是,鋒利而光潔,沒有歪齒、倒齒,每張鋸片上的殘缺齒數不超過規定值。