CN1224843A - 空气动力学原理的区分装置 - Google Patents

Abstract

一种空气动力学原理的区分装置,用于将在纤维试样内的一些存在物按特性区分,该装置包含:圆柱形旋转弹棉器轮,其具有不穿孔的圆柱形表面和在圆柱形表面上的梳棉元件例如立针或丝针。一圆柱形传送辊轮和传送用板在沿弹棉器轮的旋转路径上的第一点以须芒的形式将纤维试样提供到弹棉器轮。一窄口将气流导引穿过传送用板和须芒,使得纤维由传送用板带走与梳棉元件相衔接。在沿弹棉轮旋转路径的第二点有一用于除去弹棉器轮上的各种存在物的脱棉器。外壳围绕弹棉器轮并且除了经在第一点处进入的气流和在第二点排出的气流之外,防止气体的侵入或漏出。

Description

空气动力学原理的区分装置

本发明一般涉及纤维试样的测试，更具体地说，涉及一种用于对在用于测试的织物纤维试样中的单纯纤维和其它的存在物(entities)进行特性区分的装置。

纤维试样例如但不局限于棉花的测试对于确定特定批量原料的市场价值以及对于确定适当用途以及在轧棉机或纺织机中可能需要什么样加工来说是很重要的。现在，几乎100％的在美国种植的棉花都要利用测试仪器进行分类。测试包含测定这样一些特性，例如纤维长度、以及纺织不希望有的存在物例如碎块和棉结的含量。

作为一相当早的实例，在1946年授予Hertel的2404708号美国专利中公开了一样梳状装置，其用于制备轧过的棉花的试样，以便测量它的纤维长度。同一发明人后来研制了一种现称为Hertel针式采样器的装置，其公开在Hertel的3057019号的美国专利中。Hertel的针式采样器是一梳状装置，其用于移动通过一已使一团纤维推靠对侧的穿孔板，使得该一团纤维的一些部分通过孔同推出并装入针管中。然后一以螺栓一螺纹为主的锁定装置将纤维维持在针式采样器中，其试样是按一带锥度的须芒(beard)方式构成的，这在本技术领域中是公知的，因为纤维长度是变化的。该带锥度的须芒是通过梳理和刷扫形成的，这样能使纤维平行以及除去松散的纤维。已经研制了各种自动的Hertel针式采样器。

然后对带锥度的须芒进行分析。例如采用称之为Fibrograph的一种仪器，以便测定该带锥度的须芒的特性，包含沿其长度的外形。此外，可以对带锥度的须芒的长度进行单独的测试。

在某些方面，按照Hertel针式采样器所采得的试样和对其长度和强度的测量作为世界范围的标准。

Hertel针式采样器方案需要基本上同时共同测试被认为是有代表性的所有纤维试样。

另外一种方案是对单纯纤维和纺织原料中的其它存在物例如棉结和碎块进行(按)特性区分和测试。对单纯纤维和一些存在物的测试可保证更好地分析。

然而，这种方案通常需要将各种存在物进行(按)特性区分并同时传送一种到适当分析装置，以便测试。用于这种(按)特性区分的装置通常称为“纤维区分装置”，并且在本文中一般也是这样称呼的，虽然更准确的术语是“存在物区分装置”，这是由于为了测试的目的，需要精确地测定在特定试样中的棉结和碎块的数量，此外是纤维本身的特性。

这种单一存在物测试装置的实例公开在Snofner的4512060和4686744号美国专利中，在这些专利中其被称为微屑和碎块处理机(MTM)，以及由于其作为一种先进的纤维信息系统(AFIS)现时已由Zellweger Uster,Inc.in Knoxville,Tennessee制造。

按照一种结构形式，AFIS机将纤维和棉结分入一个气流中，而将碎块分入另一气流中。然后基于光学原理的检测器测定各种存在物。各种存在物可以按照高达每秒1000个的速率进行分析。一种AFIS更特别包含一空气动力学原理的分离器或纤维区分装置；高速存在物检测器；一用于数据采集和分析的高信息速率计算机。

在Shofner等人的名称为“用于在纤维或其它采样的各单个构成体的高速多变量测量的光电方法和装置”的5270787号美国专利中；在Shofner等人的名称为“用于监测在纤维试样中的碎块的装置”的5321496号美国专利中；以及在Shofner等人的名称为“利用自动传送的用于测试单一织品原料试样的多种特性的装置和方法”的5469253号美国专利中，公开了对于AFIS的各种改进，特别是改进了检测器，其中在一个空气流中一个检测器全都分析了按特性区分的棉结、碎块和纤维。

AFIS的纤维区分装置部分，例如公开在4512060和4686744号美国专利中的其包含一圆柱形旋转弹棉器轮，其上具有一些凸出物，与传送到用于测试的弹棉器轮上的纤维材料中的纤维相衔接。弹棉器轮通常转速为7500转/分，圆周速度为5000英尺/分，与常规的梳棉机中的刺辊相似，或者与开放端式纺丝头的弹棉器级相似，除了AFIS弹棉器轮包含一些使气流能径向向内流动的穿孔以外。

在现有技术的弹棉器轮中的一些穿孔，更具体地说是，空气流动沿径向向内通过各穿孔，重要性在于能使纤维与在旋转弹棉器轮上的立针相衔接。如果纤维仅出现在旋转弹棉器轮上，纤维往往会飞逸而不会衔接。因此，各种存在物未被很好按特性区分，造成棉结，碎块无法有效地除去。

虽然十分有效，旋转的带穿孔的圆筒通常还需要一内侧连接到真空源的固定管接头(shoe)，用以通过各穿孔沿径向吸出空气，故是一种制造费用高的装置。

通常的实际操作，特别是在处理工作过程中，通常由一传送辊轮简单地使纤维出现在旋转弹棉器轮上，完全没有引入特定的气流。这种方案的缺点在于，不能很好地按特性区分，产生棉结，以及不能有效地除去碎块。

因此，本发明的目的是提供一种弹棉器轮式区分装置，特别是用于对在纤维试样中各种存在物进行测量和分类，其没有采用如上所述的穿孔的弹棉器轮，但是能使纤维良好地与在弹棉器轮上的一些立针良好地衔接。

简而言之，根据本发明，一种用于对在纤维试样中的各种存在物进行按特性区分的空气动力学原理式区分装置，包含：一圆柱形旋转弹棉器轮，具有不穿孔的圆柱形表面和在圆柱形表面上的梳理元件例如立针或丝针。一圆柱形传送辊轮和传送用板在沿弹棉器轮的旋转路径上的第一点将纤维试样以须芒(beard)的形式提供到弹棉器轮上。一窄口将气流导引穿过传送用板和须部，使得纤维带动脱离传送用板与梳理元件相衔接。

在沿弹棉器轮旋转路径上的第二点，有一用于除去弹棉器轮上的构成物的脱棉器。

一外壳围绕弹棉器轮并且除了在第一点经过窄口进入气流和在第二点排出气流以外，防止空气的侵入或漏出。

在沿弹棉器轮的旋转路径上介于第一点和第二点之间的第三点可以没一梳理针幕。

弹棉器轮沿一使其表面朝向窄口运动的方向旋转，窄口处形成的气流速率至少与弹棉器轮的圆周速度一样大。

本发明的区分装置特别适合于与由Frederick M.Shofner和David A HinKle的名称为“高通过量棉结测量”的在1997年10月6日同时申请的08/944912号美国专利申请中介绍的测量装置结合使用，因此这里明确指出其公开全文可供参考。该装置的特点是具有很高的通过量。特别是将多种经按特性区分的存在物(大部分纤维和偶尔的棉结)导引同时通过一检测区间。

虽然，本发明的新颖特征是在提出的权利要求中确切表述的，但结合附图根据如下的详细介绍，可更好地理解和认识它的结构和内容以及它的其它目的和特征，其中：

图1是用于快速测试纤维试样的自含式装置的示意图，该装置测量在纤维试样中的棉结类构成体的数量和尺寸分析；以及

图2是表示包含在图1所示装置中的纤维区分装置的放大图。

首先参阅图1，用于测量纤维试样的自含式装置10具有一外壳12，该外壳12由车轮和用于相对地板表面8方便移动的回转轮(14和16)支承。

该装置包含一总体标注为20的送料台，在其上置有纤维试样22，例如10克的棉花试样。测试装置10利用通/断开关24在棉花纤维试样22已吸入装置10以便按特性区分和分析时使之启动工作。在装置内部具有一包含分析器的电子模块25。

通常，纤维试样22的整体是利用由相应提供抽吸作用的风机装置26吸入的气流输送通过装置10的。风机26由电动机28驱动并目经过有过滤器32的风机入口30吸入气流和经消声器34排出空气。测试之后，处在包含棉花的某点的棉花纤维试样22或者被汇集在大的棉花箱36中或者汇集在小的棉花箱38中，并周期性取出。小的棉花箱38具有一通道门40和在其内侧的可移动的偏转板/挡板42。当偏转板/挡板42就位时，棉花保持在小的棉花箱38内。当偏转板/挡板42移开时，棉花行进通过开口44进入大的棉花箱36中。小的棉花箱36通常为了按逐个试样测试方式加以使用，大的棉花箱38则用于连续测试方式。

送料台20包含一辊轮46，并且将纤维试样输送至具有常规结构的由一静止板50衬托的传送皮带48，其再将纤维试样输送到一下文结合图2将详细介绍的空气动力原理的区分装置。皮带48利用由电动机55和传动链56驱动的对应的滑轮53和54导引。

简单地说，区分装置52包含圆柱形传送辊60，第一圆柱形旋转弹棉器轮62和第二圆柱形旋转弹棉器轮64。应认识到，在图1中所示区分装置52是高度示意性的，因为很多元件例如圆柱形轮60、62和64的外壳都略去了。传送辊轮60由电动机55和皮带56驱动，还利用电动机55驱动传送皮带48。弹棉器轮62和64由传动皮带66提供动力，而传动皮带66由风机电动机提供动力。

在图1中所示的区分装置52和用于测试的一般现有技术的区分装置之间的明显差别是传送速率。因此，现有技术的用于测试的区分装置的效果是同时向下游侧的检测器传送一种经按特性区分的各种存在物，而本发明的区分装置52按照这样一种速率传送按特性区分的各种存在物，即多种存在物，特别是纤维同时向检测器传送。因此，传送皮带48和圆柱形轮60、62和64比在现有技术中用于纤维测试的装置包含的那些区分装置中部分更宽，例如为8英寸宽，而与之相比，现有技术中的对应宽度为1英寸或更小。

区分装置52的输出物被传送到一通过传输导道80被吸入加速/减速气流窄口82的气流中在该窄口82中，包含一个一般标准为84的检测区间。传输导道80为矩形截面，厚度接近0.5英寸(在图1所示方位下可见该尺寸)，跨度则接近8英寸，该尺寸与辊轮60、62和64的宽度一致，并且与现有技术装置相比图1中的测试装置的相对更高的传送速率相一致。

该加速/减速气流窄口82与检测区间84都是在1997年10月6日同时申请的序号为08/944912美国专利申请(上文结合参照的)中所公开的棉结测量装置中的部分。按特性区分的包含一些纤维和棉结的存在物按照某一通过(量)速率出现在窄口82，这样，多根纤维例如30根纤维中的至少一些部分和偶尔的各单个棉结会同时地出现在检测区间84。

在通过该加速/减速气流窄口82之后，纤维和其它存在物或者汇集在小的棉花箱34中或者在大的棉花箱36中，这取决于偏转板/挡板42为了陆续排出是否就位。

下面参阅图2，区分装置52的一重要的方面在于其通常是密封的，气流在良好确定的地点进出。因此，外壳110围绕传送辊轮60以及弹棉器轮62和64，进入的气流仅是经过窄口112进入的气流Q1，并引向第一弹棉器轮62，及经过窄口114进入的气流Q2，被引向第二弹棉器轮64。气流经过通道116排出，由于来自风机26的抽吸作用而导引经过一转换件(未表示)吸入传输导道80。在圆柱形传送辊轮60上方是一由传送皮带48提供的纤维输入口120。这种配置使得少量空气经过该输入口120进入。

虽然，在包含两级式机构的所述实施例包含第一和第二旋转弹棉器轮62和64，但根据本发明，可仅需要单一旋转弹棉器轮。与Shofner的4686744和4512060号美国专利中的弹棉器轮不同，该弹棉器轮62和64具有不穿孔的圆柱形表面。

传送辊轮60例如直径3英寸，宽度接近8英寸，转速11转/分。在传送辊轮60的表面上有多个齿126，它们相对于传送辊轮60的如图2所示的顺时针方向的旋转方向按逆向的角度倾斜。

外壳110中的一个部分包含一传送用板128，限定一沿着轮62的旋转路径的第一点，在该点纤维的“须芒”129和其它存在物聚集，被传送与在第一圆柱形旋转弹棉器轮62上的立针130相衔接。该弹棉器轮62例如直径3英寸，宽度接近8英寸，转速3500转/分。

这些可以被称为梳棉元件的立针130例如包含在常规的围绕轮62包紧的梳针(Card wire)的立针，一般密度为每平方英寸800针。

在外壳110中的所示134处形成有一碎块隔间，碎块按在上面指出的Shofner的4686744和4512060号美国专利中所公开的方式抛入其中，然而，存在的不同在于，上述隔间包含气流通过隔间的槽，而隔间134是密封的。为了周期性地排空碎块隔问134可以装设一个门(未表示)，或者该装置可以工作在清洁模式下，在清洁过程中，气流吹入通过该装置将碎块颗粒吹出隔间134。

在沿弹棉器轮62的旋转路径的按标号136标注的第二点处有一脱棉器，其在所公开的实施例中包含一到第二圆柱形旋转弹棉器轮64，脱棉进行主要是利用气流将存在物由弹棉器轮62带走脱开，并借助于轮64的反向旋转脱开。

在传送点和脱棉器136之间是一梳理针幕(flat)140，其按这样一种方式连接到外壳110上，即外侧空气不会进入到梳理针幕140的附近。梳理针幕140明显增强了按特性区分的作用。

在工作过程中，来自窄口112的气流被导引穿过须部，这样纤维就会由传送用板128带走转与梳理元件130相衔接。因此，导致与梳理元件130良好地衔接。

可供选择的第二圆柱形旋转弹棉器轮64在结构和工作方式上基本相同。第二圆柱形旋转弹棉器轮64直径约6英寸，转速4000转/分。经过窄口114在Q₂进入的气流使纤维由该传送用板228带衔接到梳棉元件230上，然后各纤维和其它存在物由于在标记236处的真空吸力被脱开在116处排出。同样设有碎块隔间238以及多个梳理针幕240。

例如，综合的气流(Q₁加上Q₂)是50CFM，通过窄口112和114时的速度接近50英尺/秒。窄口处速度至少应当与弹棉器轮62和64的圆周速度一样大。速度更高导致能量消耗更高，没必要提高性能参数。

虽然，这里介绍了本发明的几个特定实施例，但应认识到对于本技术领域的技术人员可以进行很多改进和变化。因此，应理解，所提出的权利要求书意在覆盖落在本发明的实质构思和范围内的所有这些改进和变化。

Claims (3)

1、一种空气动力学原理的区分装置，用于对在纤维试样内的存在物进行按特性区分，所述区分装置包含：

一圆柱形旋转弹棉器轮，其具有不穿孔的圆柱形表面和在所述圆柱形表面上的一些梳棉元件；

一圆柱形传送辊轮和传送用板，用于在沿弹棉器轮旋转路径的第一点处将纤维试样以须芒的形式提供到所述弹棉器轮上；

一窄口，导引气流穿过该须部，使纤维由所述传送用板带走而与所述梳棉元件相衔接；

一脱棉器，用于在沿弹棉器轮旋转路径的第二点处由所述弹棉器轮除去各构成部；

一外壳，围绕所述弹棉器轮，除了经过在第一点的所述窄口进入的气流和在第二点排出的气流之外，防止气体的侵入或漏出。

2、如权利要求1所述的空气动力学原理的区分装置，还包含在沿所述弹棉器轮的旋转路径上介于第一和第二点之间的第三点处的梳理针幕。

3、如权利要求1所述的空气动力学原理的区分装置，其中所述弹棉器轮沿一其表面朝向所述窄口的方向旋转，在所述窄口处提供的气流的速度至少与所述弹棉器轮的圆周速度一样大。

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