项目1-3 开清棉
教学目标
1.了解开松与除杂的目的、要求；
2.知道开清棉工序的开松与除杂作用；
3.认识开清棉工序的生产工艺单，知道工艺单中各参数确定的依据。
任务说明
1.任务要求
通过本项目的学习，完成以下工作任务：
（1）了解开清棉工序的方式、作用、设备的结构、原理及特点；
（2）能制订开清棉的工艺流程，了解各设备的工艺参数对开松和除杂效果的影响。
2.任务所需设备、工具、材料
开清棉设备及所需工具，原棉和棉卷。
3.任务实施内容及步骤
（1）学习开松与除杂的方式、原理、特点；
（2）认识开松与除杂机构，熟悉设备的不同工艺配置对开清效果的影响；
（3）根据原料的特性，制订一个开清棉生产加工的工艺流程。
4.撰写实训报告，并进行评价与讨论。
项目导入
轧去棉籽的棉花，古代称为净棉，现代称为皮棉，经紧压打包后称为原棉。净棉在古代用于手工纺纱或做絮棉之前，需经过弹松，称为弹棉。在弹棉过程中一方面能使纤维与杂质分离，即去除一些杂质；同时利用钢丝的振荡原理使纤维松解，从而使纤维得到开松和清杂的效果。弹弓和弹椎是古代弹棉的工具。图1-3-1为古代木棉弹弓，图1-3-2为古人手持弹椎用木棉弹弓弹棉。
现代工业生产原料使用的是原棉包，对原棉开松和清杂是开清棉的主要任务。
一、概述
（一）开清棉工序的基本任务及原则
1.开清棉工序的基本任务 开清棉工序的基本任务主要有以下几项。
（1）开棉：将紧压的原棉松解成较小的棉块或棉束，以利于混和、除杂作用的顺利进行。
（2）清棉：清除原棉中的大部分杂质、疵点及不宜纺纱的短纤维。
（3）混棉：将不同成分的原棉进行充分而均匀的混和，以利于棉纱质量的稳定。
（4）成卷或气力输送：当采用非清梳联系统时制成一定重量、长度、厚薄均匀、外形良好的棉卷。当采用清梳联系统时将处理好的小棉块、小棉束（2.5～0.5mg）通过气力输送的方式提供给下道工序梳棉。
2.开清棉工序的基本原则 勤抓少抓，先松后打，多松少打，早落少碎，均匀混和。
3.开清棉工序的特点 机台多，流程长，自动化程度高，复杂度大。
（二）开清棉机组设备的分类
开清棉机组设备按其主要工作任务可分为四类主要设备和一类辅助设备。
1.开清棉机组的主要设备
（1）喂入设备：为纺纱生产第一工序的第一台设备，按其喂给的方式可分为：自动喂给设备及小批量喂给设备。
①自动喂给设备：采用机械打手，从排布完好的棉包堆中抓取棉块，抓取时棉块重量为30～50mg/块。
具体设备可分为：圆盘式和往复式。典型设备圆盘式有FA002、FA003等；往复式有A3000、FA006、FA008B、FA009，BO-A（特吕茨施勒）、UNIflocA11、BLENDOMATBO-A1720/2300等。
②小批量喂给设备：采用人工方式将大块纤维分撕开成小块、按一定重量、一定比例、分层铺放到输棉帘子上进行喂给。典型设备FA017、UNIflocB33/B34、BO-C、BO-R、BO-U、BO-W、BL-HW、BL-EW、BL-FC等。
（2）棉箱设备：该类设备以混和均匀为主，开松、除杂为辅。一般该类设备均带有定量控制装置，有些还带有精确定量控制装置。典型设备有：A006B、A092、A092AST、SFA161A、FA134、FA046、G051、BG053、FA022、FA028、FA029、JSB325、MX-U6/10、MX-I6/10、UNIflocB72R/（S）、UNIflocB76R/（S）、UNIflocA81等。
（3）开松除杂设备：该类设备以开松、除杂为主，混和均匀为辅。该类设备可分为：自由开松除杂设备、握持开松除杂设备。
①自由开松除杂设备：FA018、A035DS、FA101、FA102、JSB102/C、FA105A、UNI-flocB12、FA103、FA113、FA104、CL-U、CL-P、FD-R、TO-C、FD-S等。
②握持开松除杂设备：JWF1122、JWF1124、FA106、UNIflocA79S、FA109、FA111、FA112等。
（4）成卷设备：A076E、FA141、FA142、FA146等。
2.开清棉机组的辅助设备 开清棉机组的辅助设备有凝棉器、风机、配棉器、分离器、喂给箱（清梳联使用）等。
分离器设备是流程系统中的重要组成部分，它决定着系统的先进程度。
（三）开清棉机组及其流程
1.开清棉机组的基本流程开清棉机组的组合根据该工序的处理原则来进行，如图1-3-3所示。
2.开清棉成卷机组典型组合
（1）用于原棉生产加工的流程，如图1-3-4所示。
（2）用于化纤生产加工的流程，如图1-3-5所示。
3.清梳联系统典型机组
（1）用于纯棉生产加工的清钢联系统（国产）如图1-3-6所示，其流程中使用设备的说明见表1-3-1。
表1-3-1 图1-3-6流程使用设备的型号说明表
（2）适用于纯棉普梳环锭纺、转杯纺的清钢联系统（含杂少于5%），该机组的工艺流程如图1-3-7所示。
系统配有Smartfeed智能喂棉，连续供应，确保筵棉均匀一致性，为后续纺出高品质纱奠定了基础。
（3）适用于纯棉精梳环锭纺的清钢联系统（含杂少于3%），该机组的工艺流程如图1-3-8所示。
二、开清棉机组各类设备的作用原理及典型设备
（一）喂入设备的作用原理及典型设备
1.开松作用原理 当肋条压紧棉层时，肋条与肋条之间的纤维将上凸，利用打手高速转动的刀片快速抓取上凸的纤维，从而一方面实现抓取，另一方面使抓取的块状不至于过大。
要求：抓棉机抓取的纤维块尽量小而均匀，即所谓“精细抓棉”，以便后道机台能更好地开松、除杂、混和均匀。
影响开松效果的工艺参数：抓棉打手的转速、打手刀片伸出肋条的距离、抓棉打手间歇下降的动程、抓棉小车的回转速度。
2.混和作用原理 混和作用在很大程度上取决于排包图的正确性及与实际情况的一致性。
抓棉小车运行一周（或一个单程）按配棉方案依次抓取不同成分的原棉，实现原料的初步混和。
影响抓棉机混和效果的工艺因素有排包图的编制（图1-3-9）和抓棉小车的运转效率。
上包工作要点：
（1）圆盘式：周向分散，径向错开；
（2）往复式：横向分散，纵向错开；
（3）削高填平、低包抬高、平面看齐、一唛到底。
抓棉小车工作要求：少抓、勤抓、抓细、抓全、适度的运转效率。运转效率一般控制在90%左右。
3.设备的结构
（1）圆盘式喂入设备：圆盘式喂入设备，如图1-3-10所示。其基本运动：小车圆周运动、小车上下运动、打手转动。抓取棉束为30～50mg，产量为500kg/h。采用双打手锯齿刀片，自里向外由稀到密（9，12，15）齿/盘，如图1-3-11所示。
（2）往复式喂入设备：如图1-3-12、图1-3-13所示。机幅有1700mm、2300mm、3100mm三种，对应单机实际产量可达1000kg/h、1500kg/h、2000kg/h及以上。设备幅宽2300mm堆放棉包长度为20m的可排100～110包，最多可以达到180包（设备幅宽3100mm）。
抓取棉束可达30～50mg，机幅为1700mm、产量为500kg/h时，抓取棉束可达约30mg。
（二）棉箱设备的作用原理及典型设备
1.棉箱类设备的混和原理
棉箱类设备的混和原理及方法可分为时间差混和、程差式混和、夹层式混和、翻滚式混和，其设备又可分为带开松功能及不带开松功能两个大类。
（1）直放横取法混和：将原料并排放置，然后从上至下一层层取出进行混和，其每次取出的原料混和比例应与设计的比例相符。
（2）横铺直取法混和：首先根据原料的每次投放定量，根据混和比例确定各种原料的具体重量，然后再根据原料铺放面积、每层铺放厚度等决定铺层数量。铺层时各成分要交错进行，每层厚度要均匀，然后从铺层的垂直方向同时抓取所有各层原料。用于棉纺生产加工中的FA016A型自动混棉机采用的也是横铺直取法混和，如图1-3-14、图1-3-15所示。
（3）多仓铺放法混和：这是利用时间差异或路程差异，使不同时间喂入混棉机的不同成分纤维同时输出（或同一时间喂入的相同成分不同时输出），从而达到混和的目的。
图1-3-16所示为FA022-6型多仓混棉机，开松的原棉通过输送管2和管道内的活门3进入垂直棉仓1，当棉仓中的棉量达到预定容量后，将使前、后仓隔板上半部分的网眼堵塞，该棉仓静压升高，当达到标定压力时，由微压差控制器控制气动机构关闭活门3，即第六仓棉量灌满了，这时所有仓位的活门都闭合了，棉流只能流向无活门而棉位最低的第一仓，随着时间的延续，顺序进料，直至装满最前一仓（即第一仓）。在第二仓位上装有光电控制器6，监视仓内原料存量的高度。在最前一仓装满时，若第二仓内原棉低于光电管位置，则打开第二仓位的活门，喂料就进入到第二仓，进入第二循环喂料。若最前一仓充满时，第二仓的原棉仍遮住光电管，则进棉口总活门关闭，停止供棉。各仓底部均装有一对给棉罗拉4和一只打手5，纤维经罗拉输出，由打手开松后落到混棉通道内混和并由气流输出。
图1-3-17说明从FA022-6型六仓混棉机同一时间输出的原料中包括不同时间喂入的原料（图中以A6、B5、C4、D3、E2、F1表示），成分数与仓数相等。这只是一种理想情况，实际情况将更为复杂。在图中第一仓与最后一仓（仓位数6～10个）喂料间隔的时间差为20～40min，这种混和方式称为时间差混和。时间差越大，同时参与混和的原料成分越多，混和效果越好。
（4）称量式混和：这是一种可以使混和比例达到很准确的混和方法，适用于化纤与化纤或与其他多种纤维在对混和比例要求很准确时的混和。
2.棉箱类设备
（1）自动混棉机：如图1-3-18所示。
①典型设备：A006BS、A006CS、FA016A、ZFA026等。
②影响混和作用的因素：棉堆铺层数、输棉帘速度、混棉比斜板的角度。
③影响开松、除杂作用的因素：隔距、角钉帘与均棉罗拉的速度、输棉帘的速度、角钉倾角与密度、尘棒间隔距、剥棉打手与尘棒间的隔距、剥棉打手转速、尘格包围角与出棉形式。
（2）多仓混棉机：
多仓混棉机可分为两类：一类以混和为主，另一类除以混和为主外，还具有一定的开松和除杂功能，如图1-3-19所示。
①典型设备：FA022-10、FA028、FA025、FA029、GB051、GB053、立达B72R、特吕茨施勒MX-I、MX-U等。
②影响混和的因素：仓位数量、满仓容量、换仓压力、光电管的位置、喂入和输出量、棉箱的初状态的定位（如图1-3-16）、供应能力GJ与输出能力GCH的匹配性（必须保证GJ＞GCH这一条件，否则将出现多仓位“空仓”，不能发挥设备的有效作用）。
（3）双棉箱给棉机：如图1-3-20所示。该机具有较强的混和能力，在实际应用中相当于起到三个棉箱的定量控制，给出棉层厚薄相对较均匀，一般与成卷机FA141或A076C（E）（F）相连。
①典型设备：A092、A092AST、FA046、SFA161A等。
②影响混和、均匀作用的因素：定量控制、供应匹配问题。
（三）开松、除杂设备的作用原理
1.开松、除杂的目的 纺纱原料多数以紧压包形式进厂，为了顺利纺纱并获得优质纱线，首要任务是对原料进行开松。另外，各种纤维原料，如棉、毛、麻、绢绵等都含有各种各样的杂质，化学短纤维含有疵点，这些杂质或者疵点的存在会影响纱线的加工和品质，因此必须尽可能地去除。
2.开松、除杂的要求 将原料纤维块松解，逐渐解除纤维之间以及纤维和杂质之间的联系，通过开松器件的作用，使大块纤维变成小块、小块变成小束，为提供给后道梳棉工序的梳理创造条件。在开松的过程中，应尽量避免损伤纤维，并要求将原料中相对易清除的大部分杂质和疵点清除。
在开松过程中，应遵循“先缓和后剧烈、渐进开松、少碎少破”的工艺原则。在排杂过程中应按“早落少碎”的工艺原则进行。
3.开松的原理 开松的原理可分为：自由开松和握持开松两类。
（1）自由开松：自由开松按机件对原料的作用方式分为自由撕扯（扯松）和自由打击（打松）。
自由撕扯包括由一个运动着的角针机件或者两个相对运动着的角钉机件对处于自由状态下的原料产生撕扯作用。撕扯的先决条件是角钉具有抓取纤维的能力。
（2）握持开松：原料在被握持状态下向机内喂入的同时，受到开松件的作用称为握持开松。
采用高速回转的刀片打手对握持的喂入原料进行打击，使原料获得冲量而被开松，称作打松或握持打击；由锯齿或梳针刺入被握持的须丛中，对纤维束进行分割，使纤维束获得较细致的开松即为扯松，又称作握持分割。
4.除杂的原理 机械除杂是伴随着打手机械的开松作用同时进行的，开松作用越好，杂质的去除效果越彻底。
一种是利用打手与尘棒之间纤维流的通过，使尘棒产生震动，排除纤维块表面的杂质；另一种是利用杂质和纤维的密度不同，从而产生的惯性不同，使杂质通过尘棒与尘棒之间的空隙，实现杂质与纤维块（束）分离。
5.开松、除杂的典型设备
（1）自由开松设备：FA016A混开棉机如图1-3-21所示。
（2）握持开松设备：FA106豪猪式开棉机如图1-3-22所示。
6.影响开松除杂设备除杂效果的因素
（1）打手速度：打手速度的高低直接影响对棉层的打击强度。
①速度高，开松杂质作用好，落棉率高。但过高，杂质易破损，纤维易受损，且易产生束丝（对棉结有直接关系）。
②确定打手速度主要考虑的因素：加工纤维的长度、成熟度及含杂大小。
③打手速度确定原则：当加工纤维长，含杂少，或成熟度较差的原棉时，打手转速适当低些，一般在500～700r/min。
（2）打手与给棉罗拉之间的隔距：该隔距较小时，开松作用较大，纤维易损伤。
注意：该隔距一般很少变动，一般当纤维长度或棉层厚度发生变化时隔距应作调整，应变大些。一般加工51～76mm长纤维隔距采用10～11mm，加工短纤维38～51mm，一般隔距采用8～9mm，加工棉纤维一般隔距采用6～7mm。
（3）打手与尘棒之间的隔距：此隔距按由小至大进行配置，该隔距越小，棉块受尘棒阻击的机会就越大，在打手室停留的时间也越长。注意：该隔距不易调节，原棉性质变化不大时一般不进行调节。
一般中特纱进口隔距采用10～18.5mm，出口隔距采用16～20mm。
（4）尘棒与尘棒之间的隔距：通过安装角来调整，一般不常改变。原棉含杂变化较大时，该隔距需要调整。该隔距有两类：
①用于回收纤维。隔距配置为：大（入口）、小（中间）、大（出口）。
②用于多落杂。隔距配置为：大（入口）、小（出口）。
（5）给棉罗拉的转速：决定处理产量。14～70r/min,FA106为800kg/h，一般开到处理产量为500～600kg/h，其他为500～600kg/h。
（6）打手与剥棉刀之间的隔距：此隔距以小为适，一般为1.5～2mm，过大易产生反花变成束丝。
（7）“死箱”“活箱”的采用。FA106型开棉机的落棉箱分前、后两部分。所谓“活箱”是落棉箱与外界连通成回收区。所谓“死箱”是落棉箱与外界不连通成落杂区。
①高含杂棉一般采用前后死箱，并采用前后进风。
②3%左右的原棉含杂，一般采用前活箱（负压区）（不补风），后死箱（正压区）（补风）。
③处理化纤时，一般则采用全活箱（前后不补风）。
（四）成卷设备的典型设备
使用开松器件，对纤维块进行更细致的开松、除杂，使纤维的块状变得更小，有利于下道工序梳棉顺利进行。
1.基本作用要求
（1）进一步开松、除杂；
（2）实现纵向、横向均匀；
（3）成卷为下道工序提供合格的半制品。
2.常用基本设备 A076F型成卷机（图1-3-23）、FA146型单笼成卷机、FA141型单打手成卷机。
3.影响成卷设备开松除杂的因素 打手速度、打手形式、打手与天平曲杆工作面的隔距、打手与尘棒之间的隔距、尘棒与尘棒之间的隔距、尘笼的内部气流上下平衡和均匀度。
三、开清棉机的连接及组合
（一）开清棉机械的连接
1.机组的连接器件
（1）凝棉器（A045、A044等），作用是气力输送、凝聚棉层、表面杂质处理；
（2）输棉风机（TV425A、TV425B等）；
（3）无动力纤维分离器（FA052、FA053、ZFA053等）；
（4）微尘过滤机（CDF1200等）；
（5）配棉器（FA133、A062Ⅱ、A062Ⅲ、TF2202等）；
（6）金属除杂装置（TF30、TF39等）、吸铁装置（TF34等）。
2.开清棉联合机的联动控制
（1）开机顺序：连接设备启动→各打手电机启动→各给棉系统→机头开车。原则是自后向前按连接的顺序进行启动。
（2）关机顺序：停机头→关闭各给棉系统的电机→关闭各打手电机→关闭各连接设备的电机。原则是自前向后按设备连接的反向进行关闭。
（3）联动控制：
①控制方式：有机械方式（如拉耙装置、离合器）、电器方式（如光电、红外线）；
②控制方法：有逐台控制、循序控制、连锁控制。
（二）开清棉联合机的组合
清棉的机组组合一般随加工原料、产品品质要求、工艺流程的不同而不同。
1.组合原则 流程配置应充分体现勤抓少抓，多松少大打，以梳代打，早落少碎的原则。
2.组合要求
（1）必须按照原则进行组合。
（2）合理配置开清点的个数，参见表1-3-2。
表1-3-2 原棉含杂率与开清点的个数的关系
（3）合理选择打手形式和打击方式。
（4）配置合理的棉箱数，一般为2～3个棉箱（应考虑多仓）。
（5）流程中应设有间道装置。
四、清棉的质量控制
（一）棉卷含杂控制
尽早地、合理地处理这类杂质是纺纱工程中需特别关注的重要问题。在除杂的过程中有些杂物打碎后不易清除，有些原先就不易清除，如软籽表皮、僵棉、带纤维籽屑、索丝、棉结等，这就牵涉到本工序与下一工序除杂处理的分工问题。不同杂质的除杂难度系数情况见表1-3-3。
表1-3-3 原料中所含各种不同杂质的除杂难度系数情况
除杂难度系数越大，则表示杂质越不易去除。它是一个分级除杂效果概念的参数，即除杂难度系数与原棉含杂无关，也即如原棉含杂高，其除杂难度低的话，杂质就易去除，也不会对后期加工产生影响。
1.清梳除杂分工 原棉含杂率与清梳除杂分工见表1-3-4。
表1-3-4 原棉含杂率与清梳除杂分工
2.除杂原则
（1）不同原棉不同处理。当纤维的成熟度、含杂率、线密度不同时，开清个数也随之不同。
①含水率超过11%（回潮率超过12.36%），必须先开包或采用烘干处理，使含水率降至10%以下再投产。
②紧包棉一般要进行预开松，高包要分割。
（2）贯彻早落、少碎、多松、少打原则。在握持打击前，必须将大杂（如不孕籽、棉籽、籽棉）落下。
清棉工序效能的评定：棉卷含杂率、含杂内容、棉卷质量（重量不匀、重量偏差）、节约用棉。
一般开清棉联合机组的统破籽率控制：为原棉含杂率的70%～110%，除杂效率控制在45%～60%，棉卷的含杂率控制在0.8%～1.5%，输出或成卷棉块1.45～1.78mg/块。
（二）棉卷的均匀度控制
棉卷均匀度控制有纵向均匀控制和横向均匀控制。影响棉卷均匀度主要有原料、工艺、工艺条件、机械状态、操作管理等因素。
棉卷质量指标包括棉卷回潮率、棉卷重量差异、棉卷重量不匀率与伸长率、棉卷含杂率、棉卷结构。
（三）加工化纤时的质量控制
化纤的特点是存在疵点，导电性能差，摩擦系数大的问题。开清棉工序的要求是给湿、加油、构件清理。
1.工艺流程、工艺参数的选择
（1）工艺流程：一般采用段流程一棉箱二开清点。（清钢联）注意：当有些原料采用纯纺制条困难时，可采用“二步法”即棉包混和与棉条混和相结合；或小批量混和与棉条混和相结合的方式。
（2）工艺参数的选择：一般打手速度采用比棉处理时慢些（低20%左右），尘笼的风扇速度比纺棉时高20%左右，给棉采用快、薄的方式，打手与给棉隔距采用放大的方式，打手与剥棉采用紧隔距（0.8～1.6mm），尘棒与尘棒之间采用缩小的方式，打手与尘棒之间采用放大的方式。
总之粗长纤维应采用：放大隔距，降低打手速度，减小尘棒间的隔距。
2.防粘卷问题 粘卷危害性极大，不仅直接影响生条重不匀，而且会影响梳理器件，如锡林针布等。其产生的主要原因为：化纤无天然卷曲，抱合力差，与金属的摩擦系数大，易产生静电。
防粘的措施主要有：采用凹凸罗拉；尘笼加内胆，单尘笼，提高尘笼表面的静压；增大精压辊的压力；夹粗纱条；采用重定量短定长；第二、第三紧压罗拉内加装电热管；采用逐渐增压。