CN101316954B - 用于轧棉的装置、过程和与其相关的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于轧棉的装置，其具有可操作地相连的带子和一个或多个辊子。带子构造成具有轮廓表面以便处理未经处理的棉花，以使得棉籽与棉纤维分离，其中棉纤维被轮廓表面保持住。

Description

用于轧棉的装置、过程和与其相关的方法

本发明根据37CFR 1.119(e)要求美国临时专利申请60/721,444的优先权，其全部内容在此并入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于轧棉的装置、过程和与其相关的方法。

背景技术

世界棉花产量在2005/06年度被估计为2470万吨，这代表比2004-2005季下降了5.7％，同时在2006年的世界消费量被预测升高到2550万吨的新的空前最高纪录，比上一季增加了170万吨或7.4％。棉花、羊毛和丝绸的使用在2005年增加了7.0％达到2680万吨，增长率超过人造纤维应用的增长率的四倍。根据这些数字，显然，棉花消费量正在超过生产量。此外，库存的平衡价格增加了，如在Cotlook A Index中看到的(从在2005年初的大约0.50美元/磅到2005年第四季度的0.60美元/磅)。美国在2005年生产了2390万包的棉花，大部分是美国陆地棉，平均价格为每磅0.56美元。以每包480磅算，美国棉花工业代表了64亿美元的市场。国际纤维杂志也预测了2005/06年度的世界棉花面积为3470万公顷，比2004/05年度下降了3.1％。另外，棉花产量从2004/05年度的732公斤/公顷下降到当前季节的712公斤/公顷。耕作面积和产量的变化给下游的纺织产业造成了可靠计划的问题并对农民的生存造成威胁。

一般的棉农把以34/32英寸生产的棉纤维长度作为目标。如果平均的棉纤维长度是33/32英寸或更低，则纤维就不会博得其更长的(35/32英寸)同类的奖励。对于新技术存在机会以允许农民通过仅仅替换他们的轧花机来将产量增加大约7％并由于可能通过新的轧花机从相同的籽棉生产的纤维的长的短纤长度而博得奖励。与类似的或更好的产量结合的这个增大的纤维长度将确保农民的竞争性并且可能增加利润。

棉花锯齿轧花机在1794年被Eli Whitney研制出来作为一种将有用的棉纤维从棉籽(其不用于棉花产品中)分离出来的方式。自从EliWhitney的锯齿轧花机以来，仅仅对轧花机作出了几个改进。在锯齿轧花机的研制之前，使用辊式轧花机(见图4)，并且大多数人都承认它是第一个用于轧棉的机械设备。辊式轧花机使用与现代的衣服绞拧机相似的两个辊子，其夹紧棉纤维并从棉籽拉棉纤维。这允许每天大约5磅皮棉的棉纤维产量。该辊式轧花机或“叉卡装置”(“churka”)是主要的轧花工具，直到Eli Whitney在1794年取得锯齿轧花机的专利权为止。

Whitney的锯齿轧花机用有钉的圆筒将籽从棉纤维移除，所述圆筒将皮棉拉过对于籽来说太狭窄而不能通过的木制狭缝。锯齿轧花机比手工轧棉快50-100倍。它在分离硬物以移除陆地棉中的籽方面是特别有效的，使得这些短绒棉的生产比以前更经济。后来对Whitney的锯齿轧花机进行了改进，例如用圆形有齿锯代替Whitney的锯齿轧花机中的钉，该圆形有齿锯使得分离籽和纤维更有效。锯齿轧花的过程在图2和3a-d中示出。在图2中，原棉进入狭缝并且籽落下穿过狭缝，并且棉纤维被吹出。在3a中，锯齿旋转以钩住纤维并剥离籽。在3b中，锯齿上的纤维被拉过狭缝。3c将从纤维剥离的籽表示为从狭缝落出。图3d表示迅速转动的刷子，其将纤维从锯齿扫走，同时强迫空气将纤维吹离刷子并吹出轧花机。Whitney的锯齿轧花机的后来的改进允许每台每小时大约15包皮棉的产量。

虽然锯齿轧花机比辊式轧花机快得多，但它没有完全代替辊式轧花机。虽然辊轧棉花更慢，但它对于棉花来说比锯齿轧花机更柔和。锯齿轧花机拥有有齿锯，其趋向于弄断更多的棉纤维。虽然比较慢，但辊式轧花机继续用于轧皮玛棉以保护特别长的纤维或长度、增加棉纤维价值的期望质量。

辊式轧花机继续用于轧纤维特别长的棉花，但其低的轧花速度使得维护和操作太昂贵。在增加其轧花能力的努力中，研制出了几种轧花机，它们改进了辊子的轧花速度，可是这些改进没有引人注目地改进轧花速度。直到1960年代为止，当时在与轧花机制造商和私营轧花厂合作的西南轧棉研究实验室研制出了滚刀式轧花机，辊式轧花机的操作才变得更有效且不太昂贵。

滚刀式轧花机对由Fones McCarthy在1840年发明的麦卡锡轧花机加以改进。它保留了麦卡锡轧花机的轧花辊子和固定刀，但用滚刀代替其往复刀，该滚刀极大地增加了辊子的轧花速度。与每台一小时仅仅生产1/4包皮棉的麦卡锡轧花机相比，滚刀式轧花机每台一小时能生产高达1又1/2包皮棉。麦卡锡辊式轧花机使用下面的方法：定位固定刀使其紧紧地靠在轧花辊子上并且往复刀片从夹持点去除籽。然而，即使具有提高了给机器供应的速度的后来改进的方法，麦卡锡滚刀式轧花机也仍然具有生产力低的缺点。后来在1960年代引入的旋转棒允许辊式轧花机的生产率升高到每小时大约两包的速度并且将留在籽上的皮棉的数量减小到被计算成大约6.6％的水平。然而，通过旋转棒获得的速度仍然远远差于能通过Whitney锯齿轧花机的派生机器获得的每小时15包。尽管有这些速度限制，辊式轧花机也是有利的，这是因为有少量的短纤维，其伴随着纤维强度的增加和增加的一致性。

上面提及的轧花机中的每一种都具有它们的优点，但也全部都有缺点。锯齿轧花机更快但没有提供较长的期望的纤维。辊式轧花机生产较长的期望的纤维但慢得多。因而，考虑到上面的情况研制了本发明。

发明内容

本发明涉及一种用于轧棉的装置、过程和与其相关联的方法。本发明的新颖的轧花机技术允许通过利用与当前的锯齿轧花或辊子轧花技术不同的机制从棉籽移除棉纤维。本发明的方法导致增加的产量，同时维持了与锯齿轧花技术相比，从相同量的植物获得较长的平均和最大纤维长度的棉纤维生产量。较少的棉花留在籽上，通过轧花机生产较长的纤维，并且由于通过棉花的重量和质量支付给农民报酬，因此产生了对利润的直接影响。

附图说明

图1表示比较实施例的横截面，该比较实施例是滚刀式轧花机；

图2表示比较实施例的横截面，该比较实施例是锯齿轧花机；

图3通过锯齿轧花机的横截面图的几个绘图表示比较的轧花过程；

图4表示比较实施例，该比较实施例是叉卡装置轧花处理机；

图5表示本发明的一实施例的带式叉卡装置(belt churka)的自顶向下的视图；

图6表示本发明的另一个实施例的自顶向下的视图，其中一机器具有多个带式叉卡装置；

图6a表示本发明的一实施例的透视图，其中一机器具有多个带式叉卡装置；

图7表示带式叉卡装置实施例的一个绘图的透视图；

图8表示带式叉卡装置实施例的一个部分的透视图；

图9表示带式叉卡装置实施例的一个部分的透视图；

图10表示带式叉卡装置实施例的一个部分的透视图；

图11表示带式叉卡装置实施例的一个部分的透视图；

图12表示在用带式叉卡装置实施例分离之后棉籽的照片；

图13表示在用带式叉卡装置实施例分离之后棉纤维的照片。

具体实施方式

本发明涉及一种轧棉装置、过程和使用轧棉装置的方法，该轧棉装置允许较长的棉纤维的较大产量和改进的生产率。因为较长的棉纤维允许生产质量更高的棉织品，因此它们是期望。

本发明还涉及一种装置、方法和过程，其允许在轧棉过程中保持良好的纤维长度。通过在将纤维与籽分离时长纤维被多好地保持完整(即，没有明显的断裂)，纤维长度的保持被量化。本发明还涉及在具有好的生产率的轧棉过程中保持良好的纤维长度。一般而言，通过该过程能多快地从籽移除纤维(即，速度)，生产率能被量化。可以直接或间接影响生产率的其他重要因素是处理的操作(例如，机器设计)的简单性和操作者为了运行该过程而必须做些什么以及其他因素。例如，在包含多个本发明的装置的工厂中，如果操作者能操作和维护多个装置而不是仅仅能操作和维护单个轧棉装置，则产量和/或利润将增加。

在一实施例中，本发明涉及一种也被称为带式叉卡装置的装置。将参考附图描述本发明的特定实施例。应该懂得，这些图仅仅用于说明的目的，不是将本发明限制成仅仅那些实施例。在这点上，本领域技术人员将认识到本发明的一般特性并将认识到能在保持在本发明的精神和范围内的同时对本发明作出改变或变化。

图5表示本发明的带式叉卡装置设计的一个实施例(即侧视图)，其中代替如在叉卡装置轧花机中那样在一个特定点施加力，该实施例替代地沿着整个纤维长度施加力。整个纤维长度被沿着如图5中的弧AB呈现的轮廓应用。在点X处的小直径轧辊的使用允许力沿着整个纤维(在弧AB处)传播。如能在图中看到的，带2和3用来产生保持整个纤维(沿着弧长AB所示)的轮廓表面。送料带2将籽棉带到压轧点(标记A)。主带3绕过中心轮54，这允许轮廓表面AB的产生。纤维在B处从底部排出。小保持棒X的直径在某种程度上决定了轧花过程的效力。如果保持棒X的直径与棉籽的直径相比是大的，则带子可以耗尽籽以及纤维。如果保持棒X相对于籽是小的，则带子能处理未经处理的籽的速度可能降低，导致较高的生产成本。在从棉纤维轧出棉籽后，在B处排出棉纤维。

虽然如图5中所示的带式叉卡装置设计的实施例理想地适合于选择矩阵和设计约束，但应该认识到，采用带式叉卡装置概念的其他设计也会被想到并且处于本发明的范围内。已经发现，关于被测试的多个设计中任一个的纤维长度保持，带式叉卡装置技术给予了最好的结果。此外，已经发现，通过增加每个机器结合的带式叉卡装置的数量(见图6，将在下面对其进行更详细地描述)，能增加带式叉卡装置设计生产率。虽然在设计上优美地简单，但与测试的其他设计中的任一个设计相比，在纤维与籽分离的过程中，叉卡装置最有效地保留了较长的纤维。因而，带式叉卡装置技术给予了非常好的长度保持，是非常可行的，并且在零件和材料上都相对不复杂。

图6的实施例表示垂直对齐的设计(对本发明的目的来说，“垂直对齐”涉及主鼓轮64的轴线)，其中具有在轧花过程中相互作用的四个分离的点。这四个点位于Q、S、U和Y处并且它们分别是在带子65、66、67和68上的弧长QR、ST、UV和YZ处的轮廓的起始点，它们全部对图5中的AB处的轮廓表面执行相似的功能。图6的实施例提供的优点在于有多个带式叉卡装置设计，这种设计允许用单个机器实现更大的生产率，由于可以使用较少的马达而实现了能量节约，并且节约空间以使得能在不伴随所需空间量的增加的情况下增加产量(例如，能用单个马达驱动许多带子中的任一个带子)。该实施例还实现了安装灵活性，具有相对容易的预防性维护访问，并且还由于原料的相对流动而使得生产容易。

在本发明中，能使用多种马达中的任一种马达，如电动机或气动马达。还考虑到的并且因而处于本发明范围内的是，能用其他的动力源来给马达提供动力，所述动力源包括但不局限于电池驱动的马达、氢驱动的马达、太阳能驱动的马达、风驱动的割草机或能用来驱动马达的能量的任何其他备选形式。

在该实施例的变型中，通过许多供应技术中的任一种将未经处理的棉花(不但包含棉籽而且包含纤维)供应到带式叉卡装置。例如，机器能使用在现有的轧棉机中已知的供应技术，其能在没有变化或仅仅有较小变化的情况下结合到本实施例中。如图6中所示，有四个供应区域(或四个籽棉室)，供应区域中的一个被标记为S(应该注意，仅仅标记了四个籽棉室中的一个)。在该实施例中，主旋转鼓轮64在标记为X的点处通过小保持棒产生压轧点。如图5中明显的并且在图6中也明显的，在弧长QR、ST、UV和YZ处的轮廓轧花相互作用是长的，这沿着纤维的长度产生正交力，该正交力允许生产较长的棉纤维。在弧长QR、ST、UV和YZ处的正交力将纤维从棉籽拉离，该棉籽由小保持棒X阻挡。虽然保持棒被表示为在一侧变尖的形状，但应该懂得，保持棒可以是多种形状、尺寸和材料中的任一种或其任何组合。例如，保持棒在横截面积上可以是圆形的(即，当在三维上考虑时，是圆柱形的)，或在横截面积上是正方形的，或足以执行轧花过程的任何其他形状。这多种形状、尺寸和材料中的任一种将有效地将未经处理的棉花轧入收集室B中。可以通过多种机制中的任一种将未经处理的棉花和轧过的棉花从室移动到室或从室移动到压轧点或机器中的任何其他地方，所述机制包括但不局限于压缩空气、真空吸力和/或机械操作。在一实施例中，空气喷射的方向(或真空源或机械操作的方向)以及籽棉室形状和表面摩擦性质将帮助籽棉移动到压轧点X，然后通过主旋转鼓轮64使籽棉沿着轧花相互作用弧(例如，ST)移动。

在该实施例的变型中，可以将轧过的棉籽收集在籽棉室的底部。由于固有的不同的空气阻力性质，所以可以在气流中容易地分离棉花。没有棉花的籽将趋向于落到室的底部，而带有棉花的籽将由于它们不同的空气阻力性质而被推到和捕获在向上的气流中。籽棉室内的向上的气流压力可以稍小于四个室中的气流压力，以允许向室C中的有效地棉花供应。应该懂得，气流可以用来帮助将棉花供应到轮廓弧，或作为选择，可以用来在轧花发生之后使棉籽与棉纤维分离。无论如何，在该变型中，气流帮助轧未经处理的棉花。

由于每个主鼓轮64的带子的四个合并增加，所以图6中所示的垂直对齐的带式叉卡装置能轧水平对齐的带式叉卡装置的四倍的棉花。虽然垂直对齐的带式叉卡装置被表示为具有四个带式叉卡装置，但应该懂得，设计可以包含任何数量的带式叉卡装置。带子的数量可以取决于将被生产的棉纤维的相对数量。在一实施例中，轧花相互作用的数量和最终的构造可以根据消费者需求、成本和/或价格设计。作为选择，机器的尺寸和带子的数量可以基于经济情况和所希望的或所需的输出量。

图6A表示与图6中所示的垂直对齐的带式叉卡装置的相同构造的透视图。

例子

图7表示建造的带式叉卡装置样机。在该实施例中，支撑框架72由呈正方形横截面的带有槽的挤压铝材构成，其允许安装马达73、75，鼓轮，辊子74，带引导系统111、112，带子71、76、77、113，和保持棒112。应该懂得，其他支撑框架也被考虑到并且处于本发明的范围内。例如，支撑框架可以由木头、钢、塑料、硬橡胶、其他金属或多种其他材料的任一种建造。

图7表示具有两个马达73、75的实施例。然而，应该懂得，能使用可以驱动几个不同带子的单个马达。作为选择，可以使用两个以上的马达。在所示的实施例中，两个马达73、75用来驱动两个不同直径的鼓轮/辊子。在该特殊的实施例中，用带子76驱动直径较小的辊子74的马达75(如图8中所示)是PMDC(永磁体直流)电动机，其具有变速控制器，额定1/4马力和3450rpm。马达75和变速控制器78从Electrical Equipment Company(里士满，弗吉尼亚州)定购，ElectricalEquipment Company从Baldor Motors and Drives(托莱多，俄亥俄州)获得它们的马达。驱动直径较大的鼓轮64的马达73(如图9中较好地看到的)是从木工车床获得的1/2马力的直流电动机。变速控制器78(如图8中较好地看到的)允许操作者设置带子71、113的表面速度以使得它们相等。如果带子71和带子113的表面速度不相等，则棉纤维上的正交力不均匀并且可能发生棉纤维的断裂。

如图7的实施例中所示，马达73、75利用可用空间安装在框架上的最佳位置中并且通过4L V形带76、77与合适的皮带轮相连(也如图9中所示——V形带的长度是29英寸和58英寸)。马达73、75的安装可以取决于机器70的空间布局和机器70存在的工厂或位置。尽管考虑到变速控制器78的其他位置也是可能的，但在所示的实施例中，变速控制器78安装在框架的侧面上。

在选择鼓轮和辊子时应该进行仔细的考虑，这是因为它们对于样机和其他带式叉卡装置设备的成功操作是重要的。由电动机驱动时，鼓轮和辊子(例如，图7中的74和64)必定迅速旋转以执行它们的预期功能。样机中的轧花带113由皮革构成。然而，可以使用其他材料，如塑料或各种橡胶或某种其他合成或天然的材料。如所示的，带子113绕直径较大的鼓轮64和充当张紧设备的较小的辊子79旋转，在所示的实施例中鼓轮64的直径有13.5英寸。在该实施例的变型中，通过使用引导柱111和/或其他张紧设备可以将带子保持在鼓轮和辊子上的合适位置中。带有橡胶或塑料(或作为选择，皮革或某一其他合适材料)衬里的无纺带71可以绕直径较小的从动辊74旋转。从动辊74可以弯曲以抵消该带子71的离开保持棒的任何迁移或跳动，并且可以可选地具有安装在样机框架72顶部的下侧上的另一个辊子710，其在较低的鼓轮表面上接触直径较大的鼓轮64。该构造在两个轧花带71、113之间产生了比最长的棉纤维更长的接触面(例如，如图5中所示的AB)，其允许沿着棉纤维的长度施加正交力。这个布置允许一个人获得比其他方法更长的棉纤维。

如图10中所示，可以使用保持棒711。在使用保持棒711的实施例中，保持棒可以呈现为安装到铝框架72的90°的V形金属片，其具有向上定向的V形。该90°的V形金属片有正确的长度，例如11英寸，并且安装到框架72。保持棒711满足刚性要求，并且在边缘上有小的曲率半径。该构造可容易地调节并且不会由于轧籽棉的力而移出适当的位置。在所示的方位中，保持棒的边缘推动和/或保持无纺轧花带71与皮轧花带113接触。在轧花带接触皮轧花带的点(例如，见图5中的X)处，在轧花带71、113和棉纤维之间有相互作用，其中当未经处理的棉花到达接触点时，纤维经过保持棒711并且进入弧形区域(例如，如图5中所示的弧形区域AB)，而棉籽由于籽不能在轧花带71和皮轧花带113之间穿过而停止。因而，以这种方式，将棉籽与棉纤维分离。

如图11中所示，直径较大的鼓轮的皮带113上的带引导系统111、112可以由金属柱111或某一其他合适的材料如硬塑料等构成。尺寸将取决于特定的构造用途。在所示的实施例中，金属柱111大约5又1/2英寸长，安装在大约1/8英寸厚和11英寸长(尽管其他尺寸也被考虑到并且处于本发明的范围内)的金属支撑件112上。在所示的实施例中，可以有可选的辊子112，其直径尺寸大约为5/8英寸，其安装在样机框架72上，其用来向下施加力以阻止带子113拖在任一个柱111的侧面。该构造(如所示)将帮助防止带子113左右的迁移。还考虑到的并且因而处于本发明范围内的是，能使用防止带子左右的迁移的其他构造。

绝缘胶带或某一其他类型的胶带能可选地用来使辊子弯曲并且允许在辊子上引导带子(例如，在直径较小的辊子74上引导无纺带71)。胶带的存在将允许在沿着带子71宽度的不同位置中向带子71施加合适的张力以防止带子迁移。当获得合适的张力时，带子趋向于停留在合适位置中并且不会从辊子跳离。作为使用胶带的备选方案，可以以不需要胶带的方式加工辊子。作为例子，可以加工辊子以便在辊子的接触带子的部分上具有较细的直径，并且在辊子的在带子之外(并且不接触带子——与图7中针对辊子112所示的辊子设计相似)的部分上具有较粗的直径。

在一实施例中，通过如图11中所示将皮带安装在两个引导棒111和辊子112之间，轧花带71、113在以高速旋转时保持在合适位置中。引导棒111帮助防止皮带左右迁移，而辊子112向下施加力以阻止皮带113拖任一个引导棒111。在一实施例中，能用绝缘胶带使另一个直径较小的辊子79弯曲到一个程度，即它在沿着无纺带宽度的不同位置中向无纺带施加张力直到获得力平衡，该力平衡允许带子留在合适位置中。应该懂得，可以使所讨论的多个辊子中的任一个弯曲以便提供发生正确轧花所需的合适张力。

在本发明的一实施例中也可选地使用皮带轮。皮带轮可选地用来以相同的表面速度操作两个或更多带子。加上皮带113的直径较大的鼓轮64与加上无纺带71的直径较小的辊子74之比将很可能指定了所需的皮带轮的尺寸。在该实施例的变型中，确定的是，直径较大的鼓轮64将需要7.33英寸的节径并且较小的辊子74需要1英寸的节径以获得相等的表面速度。如果使用单个马达，则它必须具有足够的马力以便能以高速驱动装置。作为选择，可以使用两个马达(如图7所示的实施例中所示的)。如果使用两个马达，则马达之一73以其全部能力使直径较大的鼓轮64旋转并且变速PMDC马达75能由操作者启动并且利用变速控制器78被调到正确的表面速度以便直径较小的辊子使无纺带71旋转。皮带轮能从标准的商业来源获得，例如，从Grainger(莱克·福里斯特，伊利诺斯州)。在实施例的变型中，具有正确的节距范围的可变节距皮带轮能用来例如处理1英寸和7.33英寸节径尺寸的需要。

一般而言，希望所有的零件都得到良好的加工并且所有其他零件都具有高质量。例如，带子应该具有一致的厚度并且鼓轮/辊子应该是均匀的圆形，以便防止引起太大的摩擦力，太大的摩擦力可能最终使带式叉卡装置停顿。

不能正确地加工零件或使用高质量零件可能导致在轧花和驱动带上的太大或太小的张力。如果太小的张力施加到驱动带，则驱动带的摩擦力将不足以使(通过自马达供应的马力)鼓轮/辊子旋转。此外，如果太小的张力施加到轧花带，则带子趋向于从轨道飞出。同样，在驱动带或轧花带上太大的张力会导致问题，如使马达超载，这又阻止带式叉卡装置起作用。为了正确地调节张力，反复试验证明给予最有成效的结果。能以许多方式中的任一种调节张力。能调节张力的方式之一是通过下面的方式中的一种或多种：调节辊子的相对位置，向辊子增加或移除绝缘胶带或一些其他材料使辊子的直径更大或更小，调节带子尺寸，和/或通过其他手段。

一般而言，选择马达尺寸以便合适地能驱动各种辊子和带子。希望具有足够的马力的马达以使得它不会由于带子施加在辊子上的张力而停顿。然而，马达在马力上不应该太大以致可能损坏辊子上的任何带子(例如甚至在张力太紧的情况下由于连续驱动辊子)。当选择马达时还能考虑到其他因素，如马达需要以操作的能量的量，或马达驱动的辊子和带子的数量，和/或任何其他因素。在一个实施例中，马达的马力指定使用1/2马力的马达，其中马达用来驱动几个不同的辊子和带子。作为选择，在一实施例中，使用两个1/4马力的马达。一个马达用来使直径较小的辊子和带子转动，而另一个用来使直径较大的鼓轮转动(如图7中所示)。发现两个马达的构造使该设计足够高速地操作，并且当测试时，其很好地轧棉。

在测试中，执行带式叉卡装置设计的技术分析以分析机器多好地工作以产生所需产品(即，没有籽的长棉纤维)。合适地选择籽棉的品种以具有所需特性(即，具有产生长棉纤维的潜力的棉花)。从籽棉移除30-40％的纤维并且用手将纤维梳理出来，同时小心不要撕断任何纤维或将它们与籽分离。起动带式叉卡装置并且允许经过足够量的时间以便使鼓轮旋转达到它们的完全旋转速度。然后将准备好的籽棉供应到送料带(例如如图5中的2所示的)上，在该点，棉纤维被接收到压轧点中(在图5中标记为A)，同时籽由于小曲率半径的保持棒(在图中标记为X)而保留下来。带子沿着纤维的轮廓长度AB施加的正交力使纤维与籽分离，将籽喷出并在B处将棉花扔进收集箱。

图12和13表示测试的结果。即，100％的纤维被从籽移除。在该过程中没有移除任何棉子壳的块并且籽保持完整。这表明带式叉卡装置如设计那样精确地工作。仅仅少数籽具有留在籽上的纤维，并且籽上的纤维的长度测量为大约1-2mm。留在籽上的全部剩余的绒毛的长度都小于1mm。

图13表示棉纤维的典型图片。应该注意，在该图片中，没有籽仍然附在棉花上并且在纤维中没有发现任何棉籽壳的块。此外，通过肉眼检查，不能发现纤维破碎的迹象。因而，本发明的实施例似乎是通过沿着纤维的长度施加将纤维从籽去除的力来从籽抽出纤维，而对纤维没有明显的损害，没有来自籽或籽部分的杂质。此外，没有观察到棉纤维的脱色。此外，在带式叉卡装置中在轧花过程之后没有立即检测到异常的气味。如果轧花过程不成功，则可以预料到来自带子和/或来自棉花的可能的碳化或摩擦导致的异常的气味。

本发明的其他特征包括减少灰尘的设计。对最终设计执行包括环境分析和人机工程学分析的工业设计分析。一般而言，在轧棉时，灰尘没有医学上有害的趋势，而是有令人讨厌的趋势。为了遵守利用控制器如除尘器和过滤器的轧棉机的EPA排放控制，计算所产生灰尘的估计。在下面的表1中给出了轧棉机的EPA容许量。

具有控制器的轧棉机的微粒排放

1.卸料风扇：               0.32磅/包

2.1号干燥器和清洁器：         0.18磅/包

3.2号干燥器和清洁器：         0.10磅/包

4.废料风扇：                  0.04磅/包

5.溢流风扇：                  0.08磅/包

6.1号皮棉清洁器冷凝器：       0.81磅/包

7.2号皮棉清洁器冷凝器：       0.15磅/包

8.微尘风扇：                  0.20磅/包

9.电池冷凝器：                0.19磅/包

10.主废料风扇：               0.17磅/包

总计                          2.24磅/包

表1

为了减少灰尘，本发明的一个实施例使用完全封闭的系统，其导致更安全且更容易控制的系统。在该封闭系统中的控制器容易接近并且位于封闭系统之外。在一实施例中，用于机器的控制器将全部位于无妨碍地容易到达的高度处。

在一实施例中，将带式叉卡装置概念设计成具有人机工程学、审美学、功能、一致性问题、和公差问题的最佳特征。

因而，在本发明的一实施例中，这样设计机器以使得操作者必须简单地接通电源开关以开始轧花过程。这是启动带式叉卡装置轧棉方法的操作者友好的方法。在该实施例的变型中，将样机建造成具有操作者安全装置，如紧急情况关闭装置或防护罩以保护人员不会被移动部件碰到。能可选地保护轧花带和鼓轮、两个轧花带、以及皮带轮和V形带之间的夹持点。如果不使用这些安全装置，则在启动之前或启动期间使机器运行的同时，操作者可能需要小心翼翼并且敏锐地感觉他/她的身体部分中的每一个在哪里与机器相关。在一实施例中，还可以设计带式叉卡装置以便消除任何潜在的电气问题，如接地塞和安全切断开关。

在本发明的一实施例中，还考虑了设计的审美学。所使用的材料的质量和机器的一流的简单性全部是在机器的生产中考虑到的考虑因素。因而，机器的设计显出了强度、速度和质量。

成功地设计了带式叉卡装置以在保持原始的纤维长度的同时迅速地轧籽棉。通过仔细的概念设计来实现这些结果。马达设计成以多个速度中的任一个旋转，但在一个实施例中，机器如所打算的那样在辊子以大约1700rpm旋转时起作用。当达到该转速时，很好地轧籽棉，同时获得所需的棉纤维长度。此外，当正确地调节张力时，带子位移在该转速最小。在更高的速度，如果零件没有被很好地加工，则可能存在平衡问题。例如，如果存在不平衡的鼓轮，则机器可能经历过度的振动和噪音，这是消费者不希望有的属性。换句话说，由于相对高的旋转速度和相对接近的零件，用来建造更快和更大的工业带式叉卡装置的材料应该被精确地加工以获得精密的公差和平滑的操作。

当将保持棒711设计成尽可能地接近大的旋转鼓轮/轧花带64、113而不产生太大的摩擦力时，带式叉卡装置如所希望地正确地运行。然而，如果保持棒711太远离轧花带113在大直径鼓轮64上的表面，则籽很可能穿过压轧点，并且不会足够地轧棉花。轧花带还应该是厚度和长度均匀的以在轧花带和保持棒之间允许不变且可预测的公差。

使用带式叉卡装置将产生一棉花产量，该棉花产量比使用更普通的锯齿轧花机器的棉花产量高得多，并且该棉花产量容易满足或超过ASTM标准。带式叉卡装置能在断裂最少的情况下(例如，见图12和13)成功地从棉籽移除几乎100％的剩余纤维，这意味着在棉纤维中几乎没有杂质。

因而，在一实施例中，本发明针对用于处理未经处理的棉花以使得棉籽与棉纤维分离(也称为“轧棉”)的装置、方法和过程。在实施例的变型中，本发明涉及装置、过程和方法，其能实现更长的棉纤维的生产和改进的生产率。

此外，在一实施例中，本发明涉及一种用于轧棉的装置，包括：带子；和一个或多个辊子；其中带子和所述一个或多个辊子操作地相连并且带子构造成具有轮廓表面以便处理未经处理的棉花，以使得棉籽与棉纤维分离；和通过轮廓表面保留住棉纤维。在该实施例的变型中，装置包括多个辊子和多个带子。例如，装置可以包括至少四个辊子和四个带子并且构造带子中的至少两个，因此它们产生轮廓表面。在进一步的变型中，装置可以进一步包括轧辊。装置可以包括多个带子并且所述多个带子中的至少一个是送料带。

装置可以具有多个马达或可以具有至少一个马达。所述多个马达或所述至少一个马达中的至少一个用来驱动送料带。

在一实施例中，装置中的轧辊可以用来有效地将棉籽与棉纤维分离以使得将接近100％的纤维从棉籽移除。在一实施例中，装置可以进一步包括空气压缩机、产生真空的装置或机械送料器中的至少一个。空气压缩机、产生真空的装置或机械送料器可选地构造成将未经处理的棉花供应到送料带。

在另一个实施例中，本发明涉及一种轧棉的方法，包括：将未经处理的棉花供应到包含至少两个带子的装置中，其中所述至少两个带子中的两个操作地彼此相连以便产生弧形轮廓和其中弧形轮廓向棉纤维施加正交力，该正交力允许棉纤维与棉籽分离。在该方法的变型中，所述至少两个带子通过与所述至少两个带子操作地相连的至少两个辊子而进行旋转。在进一步的变型中，所述至少两个辊子通过与所述至少两个辊子操作地相连的一个或多个马达而进行旋转。可选地，所述至少两个辊子以基本上相同的转速旋转。在一个实施例中，转速大约是每分钟1700转。

在方法的进一步的变型中，可以使用进一步包括轧辊的装置。轧辊的尺寸可以允许棉纤维但不允许棉籽通过并进入弧形轮廓。

在方法的一变型中，大约90％或更多的棉纤维与棉籽分离。在另一个变型中，大约50％或更多的棉纤维是35/32英寸或更长。

上面已经披露了带式叉卡装置的多个特征。应该懂得，这多个特征中的任一个或多个能与任何其他的一个或更多的多个特征结合以给出一实施例，该实施例被考虑到并且因而处于本发明的范围内。在不背离本发明的精神和范围的情况下，能对本发明的带式叉卡装置装置、方法和过程作出改变和变化。因而，本发明不受上面的实施例的限制。相反，本发明由下面的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种用于轧棉的装置，包括：

带子；和

一个或多个辊子；

其中所述带子和所述一个或多个辊子可操作地相连，并且所述带子构造成具有弧形轮廓表面，从而处理未经处理的棉花，使得棉籽与棉纤维分离；并且，通过所述弧形轮廓表面保持住所述棉纤维。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述装置包括多个辊子和多个带子。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述装置包括至少四个辊子和四个带子，并且所述带子中的至少两个带子产生所述弧形轮廓表面。

4.如权利要求1所述的装置，还包括轧辊。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述装置包括多个带子，并且所述多个带子中的至少一个带子是送料带。

6.如权利要求5所述的装置，还包括至少一个马达。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述至少一个马达中的至少一个马达用来驱动所述送料带。

8.如权利要求1所述的装置，还包括至少一个马达。

9.如权利要求4所述的装置，其中所述轧辊用来有效地使所述棉籽与所述棉纤维分离。

10.如权利要求1所述的装置，还包括空气压缩机、产生真空的装置或机械送料器中的至少一个。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述空气压缩机、所述产生真空的装置或所述机械送料器被构造成用于将未经处理的棉花供应到送料带。

12.一种轧棉的方法，包括：

将未经处理的棉花供应到包含至少两个带子的装置中，其中，所述至少两个带子中的两个带子可操作地彼此相连，以便产生弧形轮廓表面，并且所述弧形轮廓表面向棉纤维施加正交力，从而允许所述棉纤维与棉籽分离。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述至少两个带子通过至少两个辊子进行旋转，所述至少两个辊子可操作地连接到所述至少两个带子。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述至少两个辊子通过一个或多个马达进行旋转，所述一个或多个马达可操作地连接到所述至少两个辊子。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述至少两个辊子以基本上相同的转速旋转。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述转速大约是每分钟1700转。

17.如权利要求14所述的方法，还包括轧辊。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述轧辊的尺寸允许棉纤维但不允许棉籽通过进入所述弧形轮廓表面。

19.如权利要求18所述的方法，其中大约90％或更多的棉纤维与棉籽分离。

20.如权利要求19所述的方法，其中大约50％或更多的棉纤维是35/32英寸或更长。

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