鋸齒軋花理論 子棉卷的運動

軋花工藝要求軋淨棉子上的長纖維,又不損傷纖維天然的物理性狀。根據軋花機理可知,要達到這一要求,必須使棉子和長纖維受到不同方向的外力作用。鋸齒軋花機的中箱為其創造了條件,中箱的幾何形狀可以使子棉形成卷體,利用鋸片滾筒在中箱內的位置,使鋸齒在勾拉子棉纖維的同時,對子棉卷產生作用力矩,使子棉卷做旋轉運動。正因為子棉卷的轉動,鋸齒才能均衡、高效地勾拉纖維;同時軋淨纖維的棉子才能順利排落。由於子棉卷與鋸片滾筒的轉動速度、轉動方向存在差異,特別是在軋花肋條排工作點處存在較大差異,軋花的力學條件才得以滿足。
(一)子棉卷運動的形成過程
軋花前,先在中箱內放入一定數量的子棉,以便開機後很快形成子棉卷。軋花時,前箱的子棉由鋸齒勾拉著通過阻殼肋條排上部間隙進入中箱,並分布在子棉卷的外表層,如圖8-15所示。

從棉子梳到軋花肋條排工作點的鋸片弧長上,鋸齒繼續勾拉子棉纖維。被鋸齒勾拉的子棉隨鋸片運動,但該子棉同時又受到子棉卷的牽製,因此鋸齒勾拉的纖維束中部分纖維從棉子上拉脫下來。在軋花肋條排工作點處,鋸齒勾拉子棉纖維進入肋條間隙,其中的大部分纖維與棉子分離。已被拉脫了部分纖維的子棉被軋花肋條排阻留在中箱內。由於後續鋸齒不斷地將拉脫了部分纖維的子棉留在工作點上方,故此處的子棉擠得很緊,並沿著軋花肋條排的表麵向上擠,推動前麵的子棉向上移動。結果甲區的子棉向乙區運動,隨後向丙區、丁區運動,形成子棉卷外層的運動。當子棉運動到棉子梳附近,與新進入中箱的子棉會合,再次被鋸齒勾拉進入己區。軋淨纖維的棉子從棉子梳附近排出機外。這種過程周而複始,不斷地帶走纖維和排落棉子,又不斷地勾入子棉來補充,中箱內的子棉始終成穩定的卷體狀態,不停地沿著中箱內壁運動。
子棉卷是由子棉、毛子、遊離纖維、棉子等組成的混合體。盡管子棉卷內層子棉沒有與鋸齒接觸,但由於內外層子棉間相互牽製、抱和,當子棉卷外層轉動時,層與層之間的摩擦力牽引了內層子棉隨外層一起運動。這樣,整個子棉卷就圍繞一定的中心做旋轉運動,也為棉纖維順利地從子棉上被剝下創造了條件。
(二)子棉卷運動的基本條件
子棉卷正常運轉是保證良好軋花狀態必不可少的條件。為保證鋸齒連續、均衡地勾拉子棉纖維,子棉卷正常運轉必須具備下列條件:
(1)子棉卷應具有一定的密度。具有一定緊密度的子棉卷,其各個單粒子棉之間才能適當地相互擠壓,形成一定的摩擦力以傳遞力矩,使子棉卷內外層相互牽引,形成整體運動。
(2)鋸齒對子棉卷的牽引作用力矩必須大於工作箱壁對子棉卷的摩擦阻力矩。為了增加鋸齒對子棉卷的牽引力矩,可以采取以下措施:
①抬高鋸片滾筒,增加工作箱中鋸片的工作齒數。
②保持鋸齒的鋒利程度;不斷齒、不倒齒;刷棉要幹淨。
③適當減小壓力角。
為了減少工作箱壁對子棉卷的摩擦阻力矩,可以采取下列措施:
①提高工作箱內壁及軋花肋條表麵的光潔度,尤其是軋花肋條上部腳踵固定處,要平整、光滑。
②適當加大軋花肋條排工作點以上部分的間隙,擴大頂孔直徑,提高軋花肋條工作點及以上部分側麵、頂孔處的光潔度。
③正確安裝、調節棉子梳,防止梳條錯位而阻礙排子。
④開機一定時間後,應更換或清理子棉卷。因為子棉卷中心經常夾帶著雜質,它們既不能被鋸齒勾住而拉出,又不易隨棉子排出,並隨著加工時間的延長而越來越多,其中一些雜質會阻塞軋花肋條排間隙,造成子棉卷停轉。
⑤控製子棉卷密度,以免子棉卷過緊,使摩擦阻力矩急劇增加,影響子棉卷的運轉。
(3)鋸片片距不能太大,一般在20mm以內。片距過大,鋸片之間的子棉難於得到牽引力,也就難於隨子棉卷一起運動。
(三)子棉卷的組成
單粒子棉上的纖維經過一次鋸齒勾拉肯定不能拉完,即單粒子棉的軋剝過程都是在一定時間間隔內完成的,故工作箱內的子棉卷由處於不同軋剝階段的單粒子棉組成。但子棉卷的組成也不是固定不變的,處於不同軋剝階段的子棉群比例與軋花機的操作過程(特別是喂花速度)有關。改變喂花速度會改變子棉卷組成成分的比例及其他參數,如子棉卷轉速、子棉卷重量、子棉卷密度等。從表8-6可以看出:子棉卷中軋淨纖維的棉子數量,隨軋花機生產率的提高有規律地減少;單粒子棉和帶纖維多的棉子,則隨軋花機生產率的提高增加了。另外工作箱內還存在著大量完全軋剝過的,應該從工作箱內排出的棉子。這些棉子滯留在工作箱內,無疑會降低軋花機的生產率。為此,有一種理論認為:減少棉子在工作箱內的逗留時間,是提高軋花機生產率的重要途徑。

(四)工作箱的幾何形狀
子棉卷表層各個區域的運動速度與工作箱的幾何形狀有關。不僅如此,工作箱的大小、形狀被公認為是影響軋花機生產率的主要因素。一般情況下,鋸齒軋花機工作箱的軋花肋條排上部、胸板、活動蓋板和抱和板由四段曲率半徑逐漸增大的圓弧組成,這使得子棉卷的周向密度、工作箱箱壁對子棉卷表層的摩擦阻力均由大到小變化;子棉卷表層的運動速度逐漸加快。工作箱的這種幾何形狀對軋花有利,它使得軋花肋條排工作點處的子棉卷密度最大、速度最慢;棉子梳處的子棉卷密度最小、速度最快。工作點處的子棉對鋸齒保持了較大的局部壓力,有利於鋸齒對子棉纖維進行高效率的勾拉,並使充塞於齒間內的纖維不易滑脫。棉子梳處的子棉卷疏鬆,有利於軋淨長纖維的棉子排出機外。
(五)子棉卷的密度和速度
子棉卷運動時呈筒狀。若棉子梳的自由端降得很低,則子棉卷橫截麵的下部擴大成錐形。
子棉卷運動時產生的離心作用,使子棉卷中心的密度較小,呈疏鬆狀態或管狀的空心。當子棉卷密度較小時,子棉卷中心的管狀空心就不顯著,呈疏鬆狀態;當子棉卷密度適中時,子棉卷中心的管狀空心很明顯;當子棉卷密度較大時,整個子棉卷擠壓緊實,子棉卷中心的管狀空心縮小,以至消失,而此時的子棉卷難於運轉。
子棉卷密度的變化直接導致子棉卷重量的變化。如圖8-16所示:子棉卷的重量取決於鋸片滾筒的轉速和軋花機的生產率。如果鋸片滾筒的轉速是固定的,則子棉卷重量增加,會提高軋花機的生產率,當鋸片滾筒轉速較低時,這種關係尤為明顯。當軋花機的產量達到9～10kg/(片-h)以上時,提高鋸片滾筒的轉速幾乎不能改變子棉卷的重量,有時反而使子棉卷的重量降低。

子棉卷運動時,其表層與內層的線速度不同,表層的線速度最大,卷體旋轉中心的速度為零。一般情況下,從表層到旋轉中心,線速度呈線性變化,如圖8-17所示。若鋸片直徑為320mm,當鋸片滾筒的轉速為720r/min(即鋸片滾筒表麵線速度為12m/s)時,子棉卷表層的線速度在3m/s以下。
隨子棉卷運動的單粒子棉在丁區遇到鋸齒,受到鋸齒的勾拉,運動速度突然加快。因此,丁區的子棉卷是最疏鬆的。從丁區到己區,子棉卷逐漸由鬆變緊。工作箱的幾何形狀決定了子棉卷在己區是最緊的,且從己區順次到甲區、乙區、丙區、丁區,子棉卷逐漸由緊變鬆。
子棉卷運動時,表層各處的線速度不同。子棉卷表層線速度在己區最慢,從己區順次到甲區、乙區、丙區、丁區、戊區,子棉卷表層線速度逐漸加快。單粒子棉在丁區遇到鋸齒,運動速度突然加快,在丁區50～70mm的弧段內,隨鋸齒做等速運動。子棉卷表層速度在戊區最快,為2１4～3.0m/s,與鋸齒的線速度相差9m/s。根據蘇聯的試驗研究,對於直徑為320mm的鋸片而言,當鋸片滾筒的轉速為720r/min時,在正常生產條件下,如果甲區的子棉卷速度是100%,則乙區的子棉卷速度是102%～103%,丙區的子棉卷速度是104%～105%,丁區的子棉卷速度是130%～160%,戊區的子棉卷速度約是甲區的2.2倍,即達220%。
(六)影響子棉卷運動速度的因素
子棉卷運動速度的變化及分布規律,主要取決於工作箱的幾何形狀。除此之外,子棉卷密度也是很重要的影響因素,而子棉卷的密度又與下列因素有關。
1.喂花速度
隻增加喂花量而不改變其他工作條件時,子棉卷的密度必然增加。在一定範圍內,子棉卷的密度增加,子棉卷對鋸片滾筒的壓力也增加,鋸齒對子棉卷的勾拉牽引作用也得以加強,子棉卷速度增加。但若子棉卷過於緊實,則工作箱壁對子棉卷運動所產生的阻力矩迅速增加,使子棉卷速度降低,甚至停轉。
2.棉子梳位置
隻改變棉子梳位置而不改變其他工作條件時,棉子梳調高升至水平,使子棉卷底部近似呈圓形,則丁區的子棉卷密度增加,從而影響棉子的排出。延長棉子在工作箱內的逗留時間,子棉卷的密度隨之增加,運動速度加快。反之,棉子梳向下傾斜,子棉卷下部擴大成為錐形,排子通暢,子棉卷密度隨之減小,運動速度也因此降低。

3.鋸片滾筒轉速和軋花機生產率
子棉卷的運動速度與鋸片滾筒轉速、軋花機生產率之間的關係,如圖8-18所示。在生產率相同的條件下,提高鋸片滾筒轉速,會使子棉卷變鬆,運動速度降低;在鋸片滾筒轉速相同的條件下,提高軋花機生產率,會使子棉卷變緊,運動速度加快。
4.軋花肋條排的位置
軋花肋條排位置的變動,將引起以下變化:
(1)R 1 (棉卷中心到肋條的距離)發生變化,從而引起子棉卷形狀、周向密度的變化;
(2)排子道寬度發生變化,從而影響排子快慢;
(3)軋花肋條排與鋸片滾筒的相對位置發生變化,從而改變工作點處鋸齒對子棉卷作用力的大小。