阅读说明：本技术 一种刺条辊筒和基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置 (types of barbed strip roller and cotton fiber brush separating device based on same ) 是由 吴学文 于 2019-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明公布了一种刺条辊筒,包括刺条辊筒壳体、固定套、托棉板和上罩板、后挡风板、籽棉纤维出口通道,刺条辊筒壳体半径为R<Sub>1</Sub>,刺条辊筒壳体表面布置外周半径为R<Sub>2</Sub>的刺条层,所述刺条层中所有梳针齿条的容积率为n,后挡风板与刺条层的间距为h；R<Sub>1</Sub>、R<Sub>2</Sub>、n、h按公式设置,使经过后挡风板与刺条层的间距风速小于刺条滚筒表面或刺条层表面的线速度。一种基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置,包括刺条滚筒、工作滚筒,旋转方向相反,其圆周相切,该刺条辊筒表面线速度大于工作辊筒表面线速度,该刺条辊筒轴向有效长度大于工作辊筒的轴向有效长度。(The invention discloses an barbed strip roller, which comprises a barbed strip roller shell, a fixed sleeve, a cotton supporting plate, an upper cover plate, a rear wind shield and a seed cotton fiber outlet channel, wherein the radius of the barbed strip roller shell is R 1 The outer circumference radius of the surface of the shell of the thorn roller is R 2 The volume ratio of all the comb-needle racks in the barbed strip layer is n, and the distance between the rear wind shield and the barbed strip layer is h; r 1 、R 2 kinds of cotton fiber brush separating device based on the barbed strip roller includes barbed strip roller and working roller, which rotate in opposite directions and have tangent circumferences, the linear speed of the barbed strip roller is greater than that of the working roller, and the effective axial length of the barbed strip roller is greater than that of the working roller.)

一种刺条辊筒和基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置

技术领域

本发明涉及棉花初加工机械领域，特别是涉及一种刺条辊筒和基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置。

技术背景

锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机是目前棉花初加工机械中的主要设备，上述机器中均安装有工作辊筒和毛刷辊筒，如专利201220336336.1改良的轧花机结构中公布的设备中，参见图1，毛刷辊筒400的主要作用是将上述机械由工作辊筒加工出来的棉纤维，进行分刷转移、并抛出机体，是上述机械的核心功能部件之一。

但是，由于上述机械的毛刷辊筒，其旋转速度一般在达到每分钟1600转左右时，才能将工作辊筒加工出来的棉纤维分刷转移干净；因此，由毛刷辊筒高速旋转所吸入的气流，必然会与其周围的机械部件发生剧烈摩擦和切割，导致上述机械产生较大的噪音；根据锯齿轧花机GB/T19819-2005、锯齿剥绒机GB/T 21306-2007、皮棉清理机GB/T21308-2007的规定，可以清楚看出：一台上述机械的空载噪音就达到85dB(A)左右，而一条棉花初加工生产线，往往就需要配置上述机械十多台甚至几十台，生产线运行时，就会产生的巨大噪音和噪音共振，其噪音不仅对生产线的大量操作人员、甚至对工厂周边的居民，都会造成较大的身体危害，特别是棉花加工的旺季，生产线日夜不停加工，在深夜安静的环境下，其噪音传播的更远，对人体造成的危害程度更大、受危害的群体更广。

另外，上述机械加工的棉花从田地里生长、采摘，其棉纤维上必定会含有大量的灰尘和杂质，在经过上述机械加工时，每道加工工序毛刷辊筒的高速旋转，都会将棉纤维上的杂尘吹扬，吸入的是大量干净空气，排出的是对应数量的含灰尘的气体，造成严重空气污染，所以现有技术中通常在棉花初加工生产线上会看到，在每台锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机中，都额外配置有大量的除尘管道、除尘风机和除尘塔等设施，例如一台锯齿轧花机需匹配一套每小时处理量约为6000m³的除尘系统，造成生产线的建设成本和能源消耗大幅增加，而且，除尘风机的数量多、转速更高，产生的噪音更大，导致生产线的噪音污染更大、对人体的危害程度更广更严重。

因此，当前锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机上的毛刷辊筒既生产较大的噪音污染又生产较多的空气污染，这也是困扰棉花初加工行业几十年的技术难题，必须加以改进。

本发明的目的，是针对上述锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机的毛刷辊筒在工作运行时，生产严重噪音与空气污染的问题，提供一种基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置，使用刺条辊筒代替上述机械中毛刷辊筒，达到减低锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机工作噪音和灰尘的目的。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：利用刺条辊筒对棉纤维既有较强的勾拉力和握持力，具备从锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机工作辊筒转移棉纤维的条件，同时又有旋转的离心力，具备甩脱并输送棉纤维的条件，以及刺条辊筒壳体表面圆整度好，旋转时产生风力小，具备降低工作噪音与工作灰尘的特征和功能。

本发明提出一种刺条辊筒，包括刺条辊筒壳体、固定套、托棉板和上罩板、后挡风板、籽棉纤维出口通道，其特征在于：刺条辊筒壳体半径为R₁，若干圈锯齿圈或若干根梳针齿条及底布组成的刺条层，所述刺条层的外周半径为R₂，所述刺条层中所有梳针齿条或锯齿的容积率为n，n大于10％，所有梳针齿条或锯齿在刺条层内朝同一旋转方向分布或垂直于刺条层表面布置，刺条辊筒壳体套设在固定套外周，固定套与滚筒轴轴梳连接，受滚筒轴驱动旋转；

托棉板和上罩板分别沿刺条辊筒壳体下半圆周外表面及上半周外表面平行安装，托棉板和上罩板一侧均延伸至籽棉纤维出口通道，另一侧相互远离在刺条辊筒壳体背离籽棉纤维出口通道的一侧形成籽棉纤维进口，该上罩板与所述刺条层之间具有瓦状间隙通道，该瓦状间隙通道位于籽棉纤维出口通道一端安装后挡风板，后挡风板与刺条层的间距为h，h为0.5～5mm；

其中R₁、R₂、n、h按以下公式设置(R₂ ²-R₁ ²)·(1-n)/h≤2R₂。

进一步地，所述刺条层为沿刺条辊筒轴向等距间隔排列的锯齿圈。

进一步地，R₁、R₂、n、h还按以下公式设置(R₂ ²-R₁ ²)·(1-n)/h≤2R₁。

由上地，一种基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置，包括刺条滚筒、工作滚筒，所述刺条滚筒和工作滚筒由驱动装置驱动旋转，旋转方向相反，棉纤维随工作滚筒旋转形成浮游层，工作滚筒表面的所述浮游层在所述刺条辊筒的籽棉纤维进口侧与刺条辊筒圆周相切，且该刺条辊筒与所述工作辊筒的外周间距大于0mm，该刺条辊筒表面线速度大于工作辊筒表面线速度，该刺条辊筒轴向有效长度大于工作辊筒的轴向有效长度。

进一步地，所述刺条辊筒，包括刺条辊筒壳体、固定套、托棉板和上罩板、后挡风板、籽棉纤维出口通道，其特征在于：刺条辊筒壳体半径为R₁，刺条辊筒壳体外周套设有由若干圈锯齿圈或若干根梳针齿条及底布组成的刺条层，所述刺条层的外周半径为R₂，所述刺条层中所有梳针齿条或锯齿的容积率为n，n大于10％，所有梳针齿条或锯齿在刺条层内朝同一旋转方向分布或垂直于刺条层表面布置，刺条辊筒壳体套设在固定套外周，固定套与滚筒轴轴梳连接，受滚筒轴驱动旋转；

托棉板和上罩板分别沿刺条辊筒壳体下半圆周外表面及上半周外表面平行安装，托棉板和上罩板一侧均延伸至籽棉纤维出口通道，另一侧相互远离在刺条辊筒壳体背离籽棉纤维出口通道的一侧形成籽棉纤维进口，该上罩板与所述刺条层之间具有瓦状间隙通道，该瓦状间隙通道位于籽棉纤维出口通道一端安装后挡风板，后挡风板与刺条层的间距为h，h为0.5～5mm；

其中R₁、R₂、n、h按以下公式设置(R₂ ²-R₁ ²)·(1-n)/h≤2R₂；

R₂ ²-R₁ ²)·(1-n)/h≤2R₁。

进一步地，所述工作滚筒为锯片滚筒或刺条滚筒。

刺条辊筒从锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机的工作辊筒上转移棉纤维并将棉纤维输送出机体的过程和原理：

工作辊筒分离出来的棉纤维，达到与刺条辊筒的交汇处时，在工作辊筒的离心力下，棉纤维浮游在工作辊筒表面，由于刺条辊筒的直径相对较大，线速度更高，且与工作辊筒的间隙较小，棉纤维在交汇点被刺条辊筒表面的梳针齿条勾拉，脱离工作辊筒，随刺条辊筒旋转移动，完成棉纤维的转移过程；转移过来随刺条辊筒移动的棉纤维，由于设置的刺条辊筒旋转离心力大于刺条辊筒对棉纤维的握持力，棉纤维又被离心力甩脱，离开刺条辊筒，受设置在刺条辊筒下部托棉板的托持和后挡风板的阻挡，棉纤维在离心力和离心惯性力作用下，从棉纤维出口被抛出机体。

刺条辊筒工作运行时的低噪音和低灰尘原理：

目前锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机的毛刷辊筒一般直径在400mm左右，转速在1600转/分钟左右，工作长度在1.6米左右，毛刷辊筒生产的风量大约为5160m³/h；经发明人的试验：由于刺条辊筒对棉纤维的勾拉力和握持力显著大于毛刷辊筒，当刺条辊筒直径设置在400mm，转速设置在1200转/分钟时，刺条辊筒就可以完全转移工作辊筒上的棉纤维，并能将该棉纤维输送出机体；而直径400mm、转速1200转/分钟、1.6米长度的刺条辊筒产生的风量大约为262m³/h，只有毛刷辊筒生产风量的5％左右，使经过后挡风板与刺条层的间距风速小于刺条滚筒表面或刺条层表面的线速度，因此刺条辊筒运行时生产的气流与周围的机械部件发生摩擦和切割的力量很弱，工作时几乎不形成噪音,同时，由于刺条辊筒工作时吸入的风量很小，相对应的，其排出的含有灰尘的气体也只有毛刷辊筒的5％左右，因此造成的空气污染程度非常低。

由于本发明采取了以上简单的技术方法，有效解决了几十年来锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机工作时噪音大、灰尘多，对环境和人体产生危害严重的问题，同时也可以大幅降低当前棉花初加工生产线的建设成本和运行成本，应用前景广阔，经济与环保效果显著。

附图说明

图1为现有锯齿轧花机的结构示意图；

图2为现有锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机毛刷辊筒的结构及参数示意图；

图3为本发明刺条辊筒的结构示意图；

图4为本发明的一种基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置的结构示意图；

图5为现有锯齿轧花机、锯齿剥绒机结构示意图；

通过附图对现有技术及本发明技术作进一步对比说明：

对比例1

图2，根据目前锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机毛刷辊筒400直径为310mm，周围均布26根毛刷401，毛刷辊筒400长度1.6米，旋转速度1600转/分钟，毛刷滚筒下半周被托棉板404包裹，毛刷401高度为50mm即毛刷束410的高度25mm和毛刷根420的高度25mm的和，毛刷滚筒壳430半径为155mm，单个毛刷束厚度为10mm，单个毛刷根厚度为25mm，可以简单计算出现有毛刷辊筒工作时分钟产生的风量，计算公式为：

风量Q1＝毛刷辊筒受风体积V*转速S/分钟

毛刷辊筒受风体积:

V＝{毛刷滚筒轮廓面积-毛刷滚筒壳体面积-26个毛刷束和毛刷根的面积}×毛刷辊筒的长度

＝{3.14*(0.155+0.025+0.025)m²*(0.155+0.025+0.025)m²-3.14*0.155m*0.155m-[(0.025*0.025)+(0.01*0.025)]㎡*26}*1.6＝0.054032m³

风量Q1＝0.054032m³*1600/分钟＝86.4512m³/分钟

即得出毛刷辊筒每小时生产的风量约为5160m³，也即每秒产生的风量约为1.44m³；

锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机毛刷辊筒的后部都必须设置后挡风板403和毛刷上罩板402，其作用是防止转移过来随毛刷辊筒运动的棉纤维，重新进入毛刷辊筒上部，造成回棉破坏棉纤维质量，因此，后挡风板403与毛刷辊筒400的间隙一般要求设置在3mm；那么，毛刷辊筒上部进风口面积只有1.6m*0.003m＝0.0048㎡，而毛刷辊筒产生的风量为1.44m³/秒，即理论上该交汇处的风速要达到1.44÷0.0048＝300米/秒，毛刷束的线速为：3.14*(0.155+0.025+0.025)*2*1600÷60＝34.33米/秒，即毛刷束的线速小于毛刷束与后挡风板403的1-3mm间隙间进气口要求的气流速度300米/秒，受到后挡板403和毛刷束410的阻挡使毛刷束和毛刷根迎风切割产生振动发出噪音，且在毛刷上盖板402处形成负压甚至真空，巨大的气压差和风速，必然与1-3mm间隙进气口的后挡风板403，发生剧烈摩擦与切割，导致此处产生巨大的啸叫噪音；

另外，由于毛刷辊筒每小时产生的风量为5160m³，其与棉纤维发生充分的融合，必定每小时要排出5160m³含灰尘的气体，造成严重空气污染；因此目前锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机每台机器上，都必须额外根据设备布置、厂房结构、现场设计，制作安装一套每小时处理量约为6000m³的除尘系统，包括除尘风机、除尘管道、除尘塔、固定架等设备设施，因为建设难度大、建设周期长、一套除尘设备的建设成本高要远高于一台上述机器的成本，而且除尘风机大风量高转速运行，还会进一步增加噪音污染，增加能源消耗。虽然降低毛刷辊筒转速，可以降低噪音和灰尘的污染，但是降低毛刷辊筒转速会导致棉纤维转移不净，机器不能造成工作；加大后挡风板与毛刷辊筒的间距，也可以降低噪音的产生，但又会导致回棉破坏棉纤维，影响棉纤维的经济价值，所以这也是锯齿轧花机、锯齿剥绒机、锯齿皮棉清理机几十年来，一直处于高噪音与高灰尘运行的主要原因。

实施例1

图3一种刺条辊筒200，包括刺条辊筒壳体201、托棉板404和上罩板402、后挡风板403、籽棉纤维出口通道405，刺条辊筒壳体直径为400mm，半径R₂＝200mm，由109个梳针齿条及针布组成的刺条层均匀沿圆周缠绕在刺条辊筒壳体表面，所有梳针齿条在刺条辊筒壳体201表面朝同一旋转方向分布或垂直于刺条层表面布置，梳针齿条高3mm，刺条层的半径R₁＝203mm，梳针齿条202占刺条层体积的容积率为40％；由109个梳针齿条及针布组成的刺条层为专利201810953374.3所述的梳棉机用盖板针布条，但本发明的针布条中梳针齿条的高度有特殊要求。

或刺条层采用具有锯齿的针布条，该针布条缠绕在刺条辊筒壳体表面形成一圈一圈的锯齿圈，如专利201920223516.7介绍的一种应用于梳棉机上的锥形针布，锯齿高3mm，锯齿202占刺条层体积的容积率为40％。

刺条辊筒壳体201长度为1.6米，刺条辊筒壳体201套设在固定套203外周，固定套203与滚筒轴204轴梳连接，受滚筒轴204驱动旋转，旋转速度1200转/分钟。

托棉板404和上罩板402分别沿刺条辊筒壳体201下半圆周外表面及上半周外表面平行安装，托棉板404和上罩板402一侧同时延伸至籽棉纤维出口通道405，另一侧相互远离在刺条辊筒壳体201背离籽棉纤维出口通道405一侧形成籽棉纤维进口406，上罩板402与刺条辊筒壳体201之间具有瓦状间隙通道407，瓦状间隙通道位于籽棉纤维出口通道405一端安装后挡风板403，后挡风板403与梳针齿条202表面轮廓的间距为h＝3mm。

简单计算出本发明刺条辊筒工作时分钟产生的风量为：

风量Q2＝刺条辊筒受风体积V*转速S/分钟*1.6米

刺条辊筒受风体积V＝[3.14*(0.2+0.003)m*(0.2+0.003)m*1.6m-3.14*0.2m*0.2m*1.6m]*60％＝0.00364m³

风量Q2＝0.00364m³*1200/分钟*1.6＝4.368m³/分钟

即得出刺条辊筒每小时生产的风量约为262m³，也即每秒产生的风量约为0.0728m³；

梳针齿条202表面轮廓与后挡风板403的间隙同样设置为3mm，进风口面积同样也是1.6m*0.003m＝0.0048㎡，而刺条辊筒产生的风量为0.0728m³/秒，即理论上该交汇处的风速要达到0.0728÷0.0048＝15.16米/秒，实际上，刺条辊筒表面梳针齿条的线速为：3.14*(0.2+0.003)*2*1200÷60＝25.49米/秒，刺条辊筒表面的线速为：3.14*(0.2)*2*1200÷60＝25.12米/秒，即刺条辊筒的线速和刺条辊筒表面梳针齿条的线速均大于刺条辊筒200与后挡风板403的3mm间隙间进气口要求的气流速度15米/秒，即(R₂ ²-R₁ ²)·(1-n)/h<2R₂；(R₂ ²-R₁ ²)·(1-n)/h<2R₁；所以刺条辊筒表面的梳针齿条不会迎着气流运动形成阻挡，因此此处梳针齿条和刺条辊筒表面不因气流迎面切割产生振动，达不到形成噪音的条件，也不会形成气流切割的噪音，所以本发明的降噪效果十分明显。

同理，由于刺条辊筒每小时产生的风量为262m³，只有毛刷辊筒的5％左右，其排出的含灰尘的气体量很少，十多台使用本发明技术的机器只需要配置一套现有的除尘装置就可以满足全部的除尘需求，所以本发明的在降低灰尘污染方面也有很显著的作用，同时还可以大幅降低棉花初加工生产线的建设成本和运行成本。

实施例2

如图4，一种基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置，包括实施例1的刺条滚筒200，工作滚筒700，刺条滚筒200和工作滚筒700由驱动装置驱动旋转，旋转方向相反，棉纤维随锯片滚筒旋转形成浮游层，工作滚筒700表面的浮游层在刺条辊筒200的籽棉纤维进口406侧与刺条辊筒200圆周相切，且该刺条辊筒与所述锯片辊筒的外周间距大于0mm，该刺条辊筒200的直径和有效长度分别大于工作滚筒700的直径和有效长度，使刺条滚筒表面线速度大于锯片辊筒表面线速度。所述工作滚筒700采用锯片辊筒。

本实施例组装的棉纤维分刷装置用于轧花机、剥绒机、皮棉清理机。现有技术的轧花机中包括工作辊筒和毛刷辊筒，工作辊筒为锯片辊筒，本实施例的棉纤维分刷装置用于轧花机时，将轧花机的毛刷辊筒替换为实施例1中的刺条滚筒200；现有技术的剥绒机中包括工作辊筒和毛刷辊筒，工作辊筒为锯片辊筒，本实施例的棉纤维分刷装置用于剥绒机时，将剥绒机的毛刷辊筒替换为实施例1中的刺条滚筒200；

现有技术的皮棉清理机中包括工作辊筒和毛刷辊筒，工作辊筒为刺条辊筒，本实施例的棉纤维分刷装置用于皮棉清理机时，将皮棉清理机的毛刷辊筒替换为实施例1中的刺条滚筒200。

实施例3

如实施例2的一种基于刺条辊筒的棉纤维分刷装置，包括实施例1的刺条滚筒200，工作滚筒700，刺条滚筒200和工作滚筒700由驱动装置驱动旋转，旋转方向相反，棉纤维随锯片滚筒旋转形成浮游层，工作滚筒700表面的浮游层在刺条辊筒200的籽棉纤维进口406侧与刺条辊筒200圆周相切，且该刺条辊筒与所述锯片辊筒的外周间距大于0mm，该刺条辊筒200的直径和有效长度分别大于工作滚筒700的直径和有效长度，使刺条滚筒表面线速度大于锯片辊筒表面线速度。所述工作滚筒700采用另一个刺条辊筒。

本实施例组装的棉纤维分刷装置用于皮棉清理。