抓包机功能分析

1几种抓包机功能比较

研制圆盘式抓包机的初衷在于减轻工人劳动强度，在此进行比较为的是找出差距，认清目标，赶上世界先进水平。现将瑞士立达(Rieter)A10型往复式抓棉机、德国特吕茨施勒尔(Tmtzsehler)BDT019型往复式抓棉机与国产A002D型圆盘式抓棉机作一比较，如表1。

从表1可知，圆盘式抓包机与往复式抓包机的主要差距是：产量低、排包少、抓不匀、加工品种单一及自动化程度低。从工艺质量上看，主要是抓细、抓匀问题。

2抓棉机理

2.1抓棉的三种形式

2.1.1A002型机

图1中，AA′为棉包平面，抓棉打手抓齿以半径R沿ss′弧抓棉，伸出肋条距离为H,抓棉角为β，工作角为γ，切人角为θ，JP为工作面。特点是：单打手单向平抓，抓齿伸出肋条。肋条接近棉包平面，打手径向抓棉如阴影面积。

2.1.2A10型机

见图2，符号意义同上，口角为抓齿与刀盘间斜角。特点是：单打手双向回转曲面抓棉。打手两端设压棉罗拉，整肋条紧压于棉包上，抓齿伸出肋条，由于肋条压包，造成隆起效应，打手径向抓棉阴影面积较A002型机小。

2.1.3BDT019型机

如图2，特点是：双打手单向曲面抓棉，打手两端及中部设有压棉罗拉，两个交错排列半肋条紧压于棉包上，抓齿缩进肋条(俗称负隔距)，肋距较大，有隆起效应，打手径向抓棉阴影面积最小。

2.2棉束的抓起

抓起棉束，需经历3个过程，即抓起、摔出、送走。

2.2.1抓起

2.2.1.1A002型机

①切入角θ由图1得：

θ>90°时，抓齿工作面JP从切入点P开始挤压棉包上部棉层，迫使产生层间滑移，将棉束刮离棉包，输出棉束密度较大。

θ<90°时，JP从

P点插入棉包上部，产生层间撕扯，将棉束扯离棉包，输出棉束密度较小。

将A002型机有关数据代入(1)式，当日<-2.92mm时θ<90°，实际生产上H>3mm，故该机型为挤压式抓棉。

②抓棉量Q。三种机型抓齿厚度视同等厚，其抓棉量可以径向抓棉面积表之，平抓时，求得：

(3)式中：D为圆盘直径(mm)；ω为圆盘转速(r/min)；Ⅳ为打手转速(r/min)；M为刀盘上抓齿数(齿)。

A002型机抓距tL由里及外，逐渐加大。

横向抓距tH为轴向抓齿间距。故抓距T为：

2.2.1.2A10型机

①切入角θ0图2中ll′弧为抓齿弧，SS′为肋条弧，切人点P′为抓齿弧与隆起弧的交点，为简化计算，视隆起部分为球面。设肋距D间隆起高度为I，隆起弧半径为ρ，且在Y轴上，则：

因与I值有关，当I=4.5mm，H≤1mm时，θ≤90°，其他状况均θ>90°。

②抓棉量Q。可由图2中两圆相割的阴影面积M′ZP′表之，故：

式中：为抓棉头行起线速(mm/min)；Ⅳ为抓棉打手转速(r/min)；M为刀盘上抓齿数(齿)。

2.2.1.3BDT019型机

①切入角θ0见图2，抓齿弧在肋条弧里，切入点P′(X，Y)可由(7)、(7′)式求得，但H为负，切入角仍可由(8)式求之。代入BDT019型机的有关数据，当I=12mm，H<-2.58mm时，θ<90°，实际使用H<-3mm，故该机切入角常小于90°，

抓棉的起始条件较好。

②抓棉量Q0同(9)式，但H为负值，其阴影面积见图2中MZP。

③抓距T0同(4)、(10)式，但需指出：相互交错的半肋条不仅抓点均匀，且有较大抓距，利于抓取。

2.2.2摔出

带有棉束的抓齿脱离棉层后，其力的矢量图参见图1，F为抓点的切向力，分解为平行于工作面的力T和垂直于工作面的力N，且=+，纤维束与钢齿间的动摩擦因数为f，若不计空气阻力，欲使工作面上的棉束能顺利地滑脱摔出，必须满足T>Nf，即FsinβFcosβ·f的条件，解之，得：

根据试验测定，在标准空气状态下，棉纤维与钢齿间的动摩擦因数在0.24～0.26之间，由(11)式，β应大于13.5°～14.6°，若β小于(11)式要求，抓齿摔出棉束不会太顺畅，这时必须有较强的吸引气流来弥补。

2.2.3送出

抓齿抓住棉束后，能及时连续地送出，才能达到顺利输送的目的，否则稍遇不畅，立即噎车。这决定于两个因素：抓齿的抛送力与垂直管道的真空度。

2.2.3.1抛送力N

为抓齿抛出时的初速，R为打手半径，n为转速，=2πRnCOSβ，故较高的转速和较小的抓棉角可有较大的N值。

2.2.3.2管道真空度G

管道流速=4.04，G单位为毫米水柱，为m/s。

若T<Nf时，部分压头用于帮助棉束脱离抓齿工作面。

2.2.3.3三种机型的状况

由表1A002型机=14.7m/s，A10型机=17m/s～20m/s，BDT019型机=19m/s，在打手摔出进入输棉吸罩前的弱过渡区，三种机型打手送出纤维的速度分别约在3m/s～3.7m/s(A002型)、4.3m/s～5m/s(A10型)和4.8m/s(BDT019型)，而顺利输送纤维的速度常在10m/s

～12m/s，故此三种机型均对后部吸风气流的真空度及流量均有一定的要求。

3抓棉效率

3.1抓取面积

3.1.1A002型机

环形面积排长方包，必然有空隙，经计算排外棉包(1050mm×500mm时，面积利用率约62.2％，排国产棉包(800mm×400mm)时，约为68％。

3.1.2A10型机、BDT019型机

长方形面积排长方包，极易紧密排包，其面积利用率可达100%，无空抓损失。

3.2压棉罗拉的作用

(1)与肋条组合，使抓棉头在棉包上能稳定运行；

(2)与抓棉罩组合，密封打手室的前后侧，使打手在设定的气流工况中运行，由打手两端补风，飞花不外溢；

(3)对抓前、抓后棉层起平层作用，消除抓沟；

(4)棉层在肋条压力下弹性变形，横向受肋条限制，纵向由压棉罗拉控制，产生隆起效应，于是：

①变平抓为曲面抓棉，可改善切入角；

②减小抓齿伸出肋条的距离，甚至可缩进肋条抓棉；

③隆起表层纤维间联系减弱，利于抓起或抓散；

④在隆起部抓取，棉束较小。

3.3抓齿的工作

3.3.1高线速

抓取动量大，撕扯力大，利于抓取。

3.3.2齿形

(1)抓棉角。应满足(11)式，但须兼顾抛送力；

(2)工作角。应考虑抓齿宽度，在不搓挤棉层的前提下适当加大，以延长使用寿命；

(3)齿距。抓齿深入棉层最大深度时，应保证不会有两点同时抓棉，否则会送出大棉束。那种以为减小齿距，增加抓齿数就会使棉束变小的做法，其实事与愿违

3.3.3抓距

轧花机送出的纤维杂乱无章，伸直系数远小于O.5，应据以考虑抓距的合理性。这里提出一点刍见：

(1)当T<0.2L时，(L为纤维的品质长度)，因此时纤维层内部纠缠抱合力大，故抓齿作用力大，极易损伤纤维，且不易顺利抓取。

(2)当T>O.5

L时，因0.5已超过轧包纤维的伸直系数，纤维间抱合力大大降低，抓齿作用力减小，可不损伤纤维，易抓起较小棉束。

(3)当T>0.7L时，虽易抓起，但过大的抓距容易产生漏抓，降低抓点的均匀分布程度，且棉束较大。

3.3.4抓齿质量

(1)齿尖部硬度高且不脆裂，耐磨，钝化慢。齿尖下部韧性好，以维持抓齿的锋锐程度，寿命长，且易更换。

(2)工作面光洁度高，不缠挂纤维。

3.4抓棉头风压风量

推行精细抓棉后，为防止输棉过程中纤维与纤维、纤维与尘杂间的再凝聚，采用了较大风压风量。如A10型机、B13T019型机的设计，每lm3/s风量的输入纤维量约125g～250g，最大375g，A002型机约为300g～400g。

3.5抓棉效率比较(见表2)

由表2我们可以看清引进设备其之所以棉束小、产量高，关键是抓棉效率高，主要是：

(1)抓棉面积利用率。往复与圆盘之比为(1.47-1.61)：1，此数值直接反映产率差异。

(2)隆起效应。3.2所述四条的效果国产机型没有。

(3)抓齿线速高，离心力大。引进设备线速为国产的1.17倍～1.38倍，特别是离心加速度为国产机型的2.10倍～2.89倍，利于棉束输出。

(4)工作罗拉与抓棉罩组合，封闭性较好，配以后部较高的真空度，气流工况优于国产机型。

(5)抓距特别是横向抓距(BDT019型机为120mm)较国产机型大，提高了抓齿抓取棉束的能力。

综合以上五项，可见引进抓包机要比国产机型的抓棉效率高出许多。

4国产抓包机的开发

4.1引进抓包机的优缺点

引进抓包机优点很多，但也有些不容忽视的缺陷，现述之如下。

4.1.1优点

(1)抓棉效率高，产率高；(2)抓点均匀，棉束小；(3)可同时加工l一4个品种；(4)自动测量棉包高度，肋条紧压于棉包上，造隆起效应；(5)始抓时，可调程控棉包平层；(6)排

包多，成分变化影响面小，管理方便；(7)操作状态故障部位实时显示；(8)工艺安全各部自停完善灵敏；(9)微机自控、自动化程度高，有自查功能，稳定性好。

4.1.2缺点

(1)两端重复抓棉，后部混棉机配合不好时，混和成分漂移率高；(2)排包多，产量大时，全成分抓棉量大，后部棉仓不易配合；(3)始抓直线平层，排包高差较大时，仍有漏抓，严重时会造成某成分的丢失；(4)打手直径小，高产量时易缠挂；(5)占地面积过大，约104m2～200H12；(6)多品种加工，单机供多条生产线，若遇故障，影响大；(7)抓棉时，无清除大杂的功能；(8)功耗大。装机容量约10kW～12kW；(9)设备投资及维修费用大，AlO型机、BDllDl9型机每台售价约10万美元，且备件供应不及时。

4.2国产抓包机开发思路

取人之长，补我所短，结合国情，开发出新一代的国产抓包机。

4.2.1完善功能

(1)提高入口把关功能。在精细抓棉前，配有剔除金属铁屑装置，在精细抓棉的同时，剔除大杂；

(2)改进工艺设计。在肋条能自动起伏紧压于棉包上的前提下，对抓距、齿距、齿形、抓棉角、切入角作好系统设计，适当减小打手直径提高抓棉线速及离心加速度等，并利用隆起效应实现高效率的精细抓棉；

(3)慎重选择气流工况。一方面，利用压棉罗拉与抓棉罩板间的严密接合做好密封，另一方面，根据管道及工作打手状况做好系统设计，合理选用风机风压、风量，使棉束能连续顺利地输出；

(4)提高设备运转的安全性与稳定性。各部工艺及安全自停灵敏可靠，故障部位，操作状态能实时显示，对主要零部件有自检及保护功能；

(5)与后部混棉箱联锁且定位停车，以提高纤维混和程度。

上述人口把关、抓棉头自动起伏运动剔除大杂及与后部联锁是引进设备欠缺之处，而实时显示及机器自检，视用户需要而定。

4.2.2形式选择

往复抓包的优缺点已于上述。国产的圆盘

抓包经完善上述功能后，更适合于老机改造，如改为双联高低包并用，每台单抓改为对称双抓，瞬时混和功能成倍增加，每台占地仅20m2，售价估计不会上浮很多。引进抓包机能同时加工四个品种，但自混棉机以后仍然是一个品种一条生产线，若用国产双盘供棉，再用双盘或单盘备用，更换品种时，因都需跑空混棉箱及清梳联棉箱，停车时间不会长于引进设备。

(1)引进抓包机有许多明显优点，但也存在严重缺点，故开发国产抓包机时不宜亦步亦趋，应取长补短，突出我国特点；

(2)通过抓棉机理分析，发现工艺设计上，国产设备需做系统认真的改进，完善功能，提高国产设备在国内外市场的竞争能力；

(3)注意系统开发。除本机外，气流工况与后部混棉机的联锁以及现场工艺管理的改善，对机器高性能的发挥，绝不可忽视；

(4)国产往复式与圆盘式孰优?应联系其与混棉机的配合程度而定。引进设备的配合不太好，用户的选用应根据本企业技术改造的条件而定。功能完善后的圆盘式抓包机与其后部混棉机能做好配合，仍会有一定生命力。

参考文献

1、邱鸣韵.德国特吕茨施勒尔的先进技术与工艺效果分析.棉纺织技术，1992；3

2、吕恒正.开清棉匀混机械功效研讨.棉纺织技术，1997：5

天津市天鼎纺织集团有限公司

吕恒正