高容積纖維測試系統的製作方法

2023-09-23 03:54:20 6

專利名稱：高容積纖維測試系統的製作方法
背景技術：
本發明總體涉及一種用於處理如棉花這樣的纖維材料的方法和裝置。特別是，本發明涉及一種用於優化棉花品質的軋棉處理方法和裝置。
術語「棉花」用來指「籽棉」或「皮棉」。籽棉是具有與花纖維緊密生存苗種的棉株的原始天然花。皮棉是去掉種子的花纖維。
軋棉包括乾燥和去掉籽棉中的雜物、使苗種與皮棉分離、去掉皮棉中的附加雜物、壓實皮棉和打包棉卷。根據處理設備的機械性能，軋棉機每小時可將150000磅的籽棉加工成12000磅的皮棉，並將其打包成500磅的棉卷。不言而喻，軋棉系統由若干不同種類的處理設備或裝置構成。每臺設備可用來影響皮棉產品的一種或多種物理性能。
軋棉處理後的皮棉質量性能參數受到原始天然性能參數和軋棉處理過程中所承受清潔、乾燥或增加水分的形式和程度的影響。纖維顏色、長度、強度和密度是其性能質量的天然屬性。水分和雜物的存在可從外部影響對機械作用變化敏感的性能參數。研究表明棉花纖維的表觀強度與纖維水分含量成正比，因此，在高水分含量的情況下，強度較高。因此，當通過乾燥使纖維水分含量降低時，表觀強度就下降，在軋棉過程中纖維斷裂的頻率就會增大。
作為一種吸溼的材料，棉花的天然水分含量根據周圍空氣的相對溼度而變化。在高溼度時期所收穫的棉花的水分含量可高達12％或更高，而在低溼度時期所收穫的棉花所含的纖維水分僅有4％或更低。因此，為在預定水分含量下軋出皮棉的軋棉過程除了要將待處理的棉花中的水分除去以外還必須準備添加水分。儘管如此，在美國大部分棉花是以標準程序進行處理的，而沒有考慮存在於一次直接批量處理中的實際數量的雜物或水分。因此，一些棉花可能過於乾燥或經過多個清潔機進行處理而超過了原先存在於棉花中的雜物含量所必需經歷的處理次數。這種不必要的處理或非常有害的處理可導致纖維質量降低，而成本和／或處理時間增大。
由於美國大量的棉花作物是在低溼度時期收穫的，且進入軋棉處理的棉花的纖維水分為4-5％，因此，通過在纖維與種子分離之前增加水分，以及通過減少纖維在軋棉臺和皮棉清潔機中的斷裂數目來進行皮棉清潔，從而提高這種棉花的平均纖維長度。但是，恢復所軋皮棉的水分不會增加纖維長度。另外，帶有9％或更多纖維水分的棉花既不能平穩地進行軋棉也不能經皮棉清潔機進行適當的處理。因此，對於軋棉生產和產品質量方面，建議纖維水分含量為6．5-8％。
清除雜物主要與市場等級和價格經濟狀況有關。但是，存在一個降低回報的因素，在此纖維和棉籽損壞以及重量的過度損失抵消了進一步清除雜物所帶來的好處。大多數現代軋棉機包括可處理所預料的存在於工作區域中的大多數惡劣雜物狀況的清潔設備。最好根據進入棉花的雜物含量來具體使用該設備，而且，由於清潔機的棉花是可使用的，因此清潔機的棉花就不必經過每個清潔機來進行處理。清除雜物應當限制到必須產生由棉花顏色所確定的等級。在不增加棉卷價值的情況下，過多的清潔會減小重量。
一種優化棉花處理程序的方法是控制設備(如乾燥機)的溫度並繞過待處理特定棉花所不需的某些設備(如籽棉清潔機和皮棉清潔機)。通常，在軋棉處理過程中，不用對如雜物含量、水分含量、顏色、纖維長度、長度變化、纖維強度、纖維延伸率和纖維厚度等棉花的物理性能進行監控。因此，不存在可確定用於優化皮棉產品質量、級別或等級的處理程序的系統或方法。由於沒有可用於確定優化質量程序的方法，也就沒有可用於進行優化質量程序的裝置或設備。
改變在普通軋棉系統中使用的清潔機數量需要使系統停機並且需要人力來手動改變閥的結構布置。對於那些裝有流動順序轉換閥的軋棉系統而言，估計至少需要5分鐘來切換單個軋棉臺的皮棉清潔裝置上的閥。在串行或並行處理路線中，軋棉機通常具有三臺或更多臺皮棉清潔機，但不是所有的都裝有支路閥。
在普通的軋棉系統中為了繞過一臺設備(如皮棉清潔機)，棉流經過直接位於皮棉清潔機之前的軋棉臺後就停止下來。如果裝有閥，通常可用手將通向所要繞過的設備的材料流管道中的閥關閉。然後被繞過的設備就停止運轉。為使被繞過的設備恢復在線運轉，工藝過程必須倒過來。為了繞過一臺設備、例如籽棉清潔機或乾燥機，所有前面的設備都必須停下來，因此，在用手切換籽棉清潔機閥時，就使整個軋棉系統的棉流停幾分鐘時間。
最近，美國農業部和其他部門提倡使用安裝了測量顏色、水分和雜物含量的在線傳感器的新設備。W．S．Anthony等人的US5058444以及US5087120和US5639955部分地披露了這種新設備。與本發明相關，這些現有技術專利文獻所披露的整個內容在這裡作為參考而引入。
尚未授權的美國專利申請08／691069也同時作為參考而引入，該申請披露了一種具有用於測量顏色和水分等物理性能的在線傳感器的軋棉系統。另外，該申請披露了一種在系統材料流中在線測量相對雜物含量的方法。所測量的數據傳送到中央處理器(CPU)。該CPU是一臺中央控制計算機，該計算機具有可接收和處理在線傳感器數據的計算機邏輯程序，以便於產生一個可確定棉流順序的軋棉判定矩陣來優化棉流的經濟指標。對於一個所確定的特定棉流順序而言，適當的操作信號發送給動力操縱的流動控制器，例如位於籽棉或皮棉輸送管上的由馬達操縱的閥。
儘管未授權的專利申請08／691069代表了一種在在線質量性能測試新設備方面的重大進步，但邏輯程序的變量資料庫仍只有顏色、水分和雜物。纖維長度、纖維長度變化、纖維強度、纖維延伸率以及馬克隆尼纖維圓度和細度相對性能在現有技術的邏輯程序中未予考慮。
因此，需要提供一種在優化性能測試處理順序的新設備中考慮了纖維強度、纖維長度、纖維長度變化、纖維延伸率和馬克隆尼棉花性能以及顏色、水分和雜物的自動軋棉控制系統。因此，本發明的一個目的就是提供一種具有用於測量纖維強度、纖維長度、長度變化、延伸率、馬克隆尼纖維細度以及顏色、水分和雜物的在線傳感器的軋棉控制系統。
本發明的另一個目的是提供一種基本上成規格化的儀器組件，該儀器組件可沿軋棉系統的材料流動路徑定位於多個位置上。
本發明的另一個目的是提供一種裝置，該裝置可在基本上不中斷棉流連續性的情況下，從運動的軋棉處理流中抽取物理試樣，以便於自動處理該物理試樣來確定所輸送纖維的平均長度、纖維長度變化、纖維延伸率和纖維試樣的破壞強度。
本發明的還一個目的是提供幾種可測量馬克隆尼纖維細度的新儀器。
本發明的又一個目的是提供一種不必稱量試樣重量就可確定馬克隆尼纖維細度的方法和裝置。
本發明的又一個目的是提供一種確定棉花試樣成熟度的改進的方法和裝置。
本發明的還一個目的是提供一種在不用人工幹預或基本上不中斷棉流的情況下就可獲得馬克隆尼纖維性能測量值的方法和裝置。
本發明的還一個目的是提供一種作為設備的獨立件而基本上成規格的儀器組件，其適合於測試已從棉源(如軋棉機)取下並且作為試樣人工送給獨立儀器的棉花纖維。
本發明的再一個目的是提供一種作為設備的獨立件而基本上成規格的儀器組件，其適合於測試已從棉源(如軋棉機)取下的棉花纖維，並且在不用人工幫助的情況下就可獲得和準備好所要測試的試樣。
發明概述在具有多個處理裝置和用於輸送夾帶棉花空氣流的管道的軋棉機中，流動控制裝置如遙控馬達閥設置在管道中，以便於有選擇地包括或排除特定的處理裝置。每個流動控制裝置的管流控制狀態由軋棉控制計算機來進行控制，該計算機根據在線棉花性能測量裝置所提供的數據來按程序選擇軋棉處理順序。所測試的棉花性能是纖維強度、纖維長度、纖維長度變化和延伸率以及水分、顏色、雜物、馬克隆尼纖維細度和成熟度。在需要的時候，可改寫控制程序來傾向皮棉產品質量性能、皮棉級別、皮棉等級或其它這種控制目標。對於計算機控制的程序順序的完整性而言，其關鍵是傳送給計算機的棉花性能數據的準確性和一致性。
本發明提供在材料輸送管道中由閘板式取樣裝置抽取出的在線棉流，該取樣裝置暫時收集樣本數量的管流並將其壓靠在管道中的透明窗口上。位於透明窗口壁面外側上的反射式或光譜式光敏傳感器對壓靠在窗口壁內側上的試樣物質所反射回的光值作出響應。這種反射回的光值由光敏傳感器進行檢測，並用來確定試樣的顏色和雜物含量。
在線閘板所獲取的試樣流中的水分含量由具有電阻柵的傳感器進行測量。在一個優選實施例中，該電阻柵放入到管道壁中，或者在另一個優選實施例中，將其放入到閘板中。當閘板將聚集的試樣壓靠在壁面上時，試樣物就直接壓靠在電阻柵上，從而感應出經過試樣的一種低的但可測量的漏洩電流，該電流值與試樣的水分含量成比例。
也可使用同樣的或單獨的閘板試樣聚集器來將管流試樣壓靠在管道壁中的屏柵或孔形柵格上。封閉的循環帶式輸送機位於管道壁外側，並與外部大氣隔離開，該輸送機上載有多個梳理裝置。當皮帶繞封閉的循環路徑被驅動時，梳理裝置貼著孔形柵格的外表面通過，從而在閘板的壓力作用下將刮從柵格孔中伸出的纖維積聚碎片並搜集成纖維試樣。對於象鬚毛一樣夾在梳齒上的纖維試樣而言，夾杆將試樣牢牢地固定。當輸送帶前進時，梳理裝置和所夾的纖維到達梳理臺，夾在梳理裝置上的纖維試樣在梳理臺進行梳理。第二運動增量使帶載梳理裝置和所夾的纖維試樣前移到刷拭臺，在此來使鬚毛纖維平行並除去疏鬆的纖維和異物。皮帶循環路徑中的第三工作檯首先對鬚毛試樣進行光學掃描，從而得到其長度外形的組合，並由此而得出長度分布數據(纖維克(fibergram))，從而由此得出平均長度、短纖維長度和長度均勻度。
然後，伸出的鬚毛試樣夾緊在固定於載荷傳感器上的鉗夾爪之間，所測量的張力作用在夾緊的梳理裝置和鉗夾爪之間，直到鬚毛斷裂為止。該測量的張力與纖維拉伸強度和纖維延伸率有關。
在經過長度測量／斷裂臺之後，保留在夾緊的梳理裝置上的鬚毛殘留物前移到落棉臺，在此夾杆與梳齒脫離接觸，從而鬆開纖維物使其進入真空清除系統。對於輸送帶循環路徑上的每個工作檯而言，設置取樣梳來產生電傳輸數據的遞增連續流，該電傳輸數據與所測量的纖維長度、纖維長度變化、纖維拉伸強度和纖維延伸率成比例。
馬克隆尼纖維細度是根據纖維圓度和厚度而得出的一個對於紡織工業有特殊意義的棉花細度實驗測量值。馬克隆尼纖維細度值通過測量穿過試樣的空氣流而進行確定。總的纖維表面決定了流動阻力。通過傳統的馬克隆尼纖維細度測量過程，已知空氣流量流過填充有纖維的圓筒體的預定軸向長度距離，該圓筒體具有預定體積。在整個軸向長度距離上的壓力損失是可測量的，且測量值由填充容積內的纖維重量進行標稱化。毫無疑問，馬克隆尼纖維性能測試需要幾個獨立的步驟，其包括分離出測試纖維量；將該測試纖維量放入到圓筒形測試元件中；將測試流施加於測試元件並通過該測試纖維量；測量氣流經過軸向長度距離後的壓力降；以及稱量測試纖維量的重量。
在本發明中，通過主材料輸送管上的分支管來實現在線馬克隆尼纖維細度測試。纖維懸浮流導入到分支管中，並將纖維沉積在多孔或穿孔活塞的端面上，所述活塞的端面構成測試元件的端壁。當支流繼續流動時，纖維沿著活塞端面前的缸孔聚集並靠在多孔活塞端面上。作為一個聚集在缸孔中纖維量的指示器，對沿著缸孔的一對軸向間隔開的壓力分管區進行壓差監控。在預定的聚集點，分支管與主纖維輸送管之間的連通斷開，第二穿孔活塞進入纖維聚集容積腔中，從而將聚集的纖維壓在相對的活塞端面之間。所壓的聚集纖維的體積是一個已知的常量，或者通過測量來確定。在後者的情況下，壓縮活塞的端面對聚集的纖維物作用預定的壓力或力值。測量適當壓縮力作用下的活塞端面位置就可確定其對應的容積。因此，這樣進行設置，使已知的空氣流量通過相對的活塞端面之間的固定容積內的聚集纖維，並測量相應的壓力差。在測量了經過已知容積的壓力差之後，第一多孔活塞縮回，使儲存缸的軸向延伸部分與切向出口管相通。作用在聚集纖維試樣的第二活塞端部上的突變空氣壓力脈衝使試樣從測試位置進入到出口管中。沿出口管輸送，並將測試試樣沉積在稱量臺上以稱量該測試試樣的重量，從而得到需要進行重量稱量的測試方法所需的重量。與測量的壓力差和測試試樣重量(測量的或實驗確定的)成比例的信號傳送給CPU，從而確定馬克隆尼纖維細度。
附圖簡述本發明的其它目的和優點可通過下面結合附圖對優選實施例的描述中得出。


圖1A是籽棉輸送控制部分的軋棉流程簡圖；圖1B是延續圖1A的流程簡圖，其包括兩個籽棉烘燥機和一個居中的枝莖和綠葉清除機；圖1C是延續圖1B的流程簡圖，其包括兩個附加籽棉清潔器、一個軋棉臺和兩個皮棉清潔器；圖1D是延續圖1C的皮棉打包臺的流程簡圖；圖2是本發明軋棉流程控制簡圖；圖3是實際用於本發明的示例性在線棉流採樣裝置；圖4是圖3和9所示裝置沿4-4的橫截面圖；圖5是用於本發明的第一種類型的管流控制裝置的示意圖；圖6是圖5所示裝置在聚焦圓6內部分的放大詳圖；圖7是用於本發明的第二種類型的管流控制裝置的示意圖；圖8是用於本發明的第三種類型的管流控制裝置的示意圖；圖9是本發明在線纖維長度和強度採樣測試裝置的機械簡圖；圖10是本發明纖維長度和強度性能測試裝置的橫截面側視機械簡圖；圖11是本發明纖維長度和強度性能測試裝置的局部頂視機械簡圖12是本發明纖維長度和強度性能測試裝置橫截面分解側視機械簡圖；圖13是本發明纖維長度和強度性能測試裝置的端視圖；圖14是圖13所示裝置的光學掃描元件沿14-14的橫截面圖；圖15是圖13所示裝置的纖維強度測試元件沿14-14的橫截面圖；圖16是圖15聚焦圓內的元件的放大詳圖；圖17是本發明第一實施例的在線採樣和馬克隆尼纖維細度測試裝置在採樣提取模式下的機械簡圖；圖18是本發明第一實施例的在線採樣和馬克隆尼纖維細度測試裝置在氣流測量模式下的機械簡圖；圖19是本發明第一實施例的在線採樣和馬克隆尼纖維細度測試裝置在試樣排出模式下的機械簡圖；圖20是第一實施例的馬克隆尼纖維細度測試裝置的氣流測量部分的局部放大圖；圖21是第一種可供選擇的試樣提取裝置的平面簡圖；圖22是第一種可供選擇的馬克隆尼纖維細度測試裝置；圖23是第二種可供選擇的馬克隆尼纖維細度測試裝置；圖24是第二種可供選擇的試樣提取裝置的平面簡圖；圖25是準備測試的鬚毛試樣的放大示意圖；圖26是半自動獨立測試裝置的透視圖；圖27是用於半自動獨立測試裝置的箱體的透視圖；以及圖28A-28D是手動獨立測試裝置的透視圖和平面圖。
優選實施方案描述處理流程系統圖1A-1D表示了一種典型的軋棉系統，其中，在整個附圖中，相同的標號表示相同或相似的設備或元件。通常，棉花順序地輸送經過並介於封閉在空氣管道內的氣流中的每個處理臺之間。用於籽棉流體輸送的套筒式拾取輸送系統中的空氣流速可以是5500-6000ft／min(英尺／分鐘)。用於皮棉流體輸送的空氣流速約為2000-3500ft／min。
棉花可以疏鬆的大塊或以壓實的模塊的形式從生長地輸送出來。疏鬆大塊的輸送可通過真空抽吸裝置經套筒式拾取輸送管10吸入到供料輸送管20中。另外，鐵道車或公路篷車大小的壓實模塊16放置在進料輸送機15上，以便可控制地送入到分散頭12，並抵靠在一組轉動的角釘輥14上。角釘輥沿引導面將模塊撕碎，並放出單個的籽棉棉桃，上述籽棉棉桃通過風機18的抽吸作用而吸入到進料漏鬥17中。抽吸式拾取管11將籽棉送入到供料輸送管道20中。
沿籽棉處理路線接下來的是一個未成熟棉桃和石塊分離器22。機械剝離的棉花通常包含很多未加工的和未成熟的棉桃，這會使軋棉產生諸如軋棉機鋸齒阻塞、籽棉輥轉動出現故障、粘性物質堆積在輥箱的內表面以及軋棉臺和其它設備的鋸和活動表面上等問題。很多未成熟的棉桃由清除機破開，它們的內含物將水分帶給了相鄰的棉花。而且，水分從其它溼的植物材料傳遞給幹的棉花，從而產生軋棉問題。棉花和棉籽特別是在未成熟時包含少量的在溼的時候就變成粘性並可造成軋棉機結膠的物質。另外，轉軸式分選機和機械剝離器將地裡的石塊、泥土、金屬碎片、根和其它重的物件分檢出來。在棉花進入軋棉處理設備之前，必須將這些雜物清除掉，以免造成設備損壞、流程阻塞或失火。
一種未成熟棉桃和石塊分離器是利用管流方向急劇變化所產生的離心力。疏鬆的成熟棉桃比重的緻密物質要更緊密地跟隨氣流運動。這些緻密物質則繼續沿氣流急劇變化方向的切線方向直線運動。該切向路線導入到雜物收集腔並離開系統。
籽棉進入供料輸送管道20並通過未成熟棉桃和石塊分離器的速度由緩衝倉24控制。緩衝倉中的傳感器通過打開和關閉供料輸送管道20內的閥來實現抽吸的停止和啟動。
經過緩衝倉真空式集棉筒26，籽棉流就進入第一乾燥機供料管道28，上述供料管道28將籽棉流輸送到圖1B所示的第一乾燥塔30中。當棉流進入乾燥機時，棉流就與乾燥的熱空氣混合。第一乾燥機排出管32將流體狀籽棉流輸送到第一六傾斜滾筒棉流清潔器34，以便將精細分出的物質除去，並為後續的乾燥和分離處理來打開和預備籽棉。滾筒清潔機34由一組角釘輥構成，其數目通常為4-7個，其可攪拌和輸送籽棉使之經過包含小開口和槽口的清潔表面。清潔表面既可是凹形的屏柵也可是柵條部件(gridrodsection)或鋸齒形盤。通過滾筒作用而從籽棉中除去的異物經屏柵、柵條或盤開口落下，以對其進行收集並經廢料管道36進行清除。經處理的棉流輸送到真空式集棉筒38和輸送管道部分39。真空供料管37在屏柵或柵格範圍保持不同的壓力，從而將去除的廢料經屏柵或柵格偏壓到廢料收集箱中。
一般軋棉系統的下一個籽棉清除裝置可以是枝莖和綠葉清除機40，其包括兩個鋸齒滾筒42和一個回收鋸齒滾筒44。清除過的棉花繼續經真空式集棉筒45而進入到第二乾燥塔的供料管道47。由枝莖和綠葉清除機40分離的廢料和棄物通過真空式集棉筒49而進入廢料排出管50。
對潮溼棉花進行適當的乾燥在一些方面對製造機、軋棉機和紡紗機都是有利的。乾燥機通過除去多餘的水分和使局部打開的毛撮疏鬆來調整籽棉，從而使軋棉廠更平穩和更連續地進行生產。為此，為周密設想的軋棉機提供充足的乾燥能力以便於適應「惡劣情況」環境。但是，過度的乾燥會帶來質量問題。過度乾燥所造成的損害來源於以下兩個方面纖維太熱和過多的纖維斷裂。經機械清潔機、軋棉臺和鋸齒形皮棉清潔機處理棉花，棉花太幹和太脆都會導致纖維損壞，並減小了纖維的平均長度。如果使用第二乾燥塔52，材料流經第二乾燥機排出管54排出而輸送到圖1C所示的第二傾斜滾筒清潔機56中。當角釘滾筒將籽棉從滾筒列上部和下部送過時，屏柵抽氣管59所抽的真空可透過棉流和屏柵或柵格來抽吸空氣。通過角釘滾筒的撕扯而疏鬆的棉花內的乾燥雜物經屏柵或柵格而抽入到廢料收集箱中，以便經廢料管道58排出。所接收的棉花在傾斜滾筒的頂部排入到真空式集棉筒60中，並進入中間輸送管道62，以便將其輸送到第三傾斜滾筒清潔機64。
該第三清潔機也包括一個皮棉回收鋸齒滾筒66，該回收鋸齒滾筒將從棉流中收集的疏鬆皮棉排入到真空式集棉筒68中。通過真空式集棉筒68的皮棉可有選擇地在後軋棉臺棉流中進入一個空氣皮棉清潔器80或進入一個受控棉胎鋸齒皮棉清潔器82。來自第三傾斜滾筒清潔機64的主流接著進入螺旋輸送機／分配器72，以便沿軋棉供料槽74輸送到軋棉臺進料組件76中。進料組件的基本作用就是將籽棉流以可控制的速率均勻地送入到軋棉臺中。
軋棉臺78是軋棉廠的核心。該機構可將棉籽與皮棉分離開。設備能力和質量以及所生產皮棉的潛在的紡紗性能依賴於軋棉機的工作條件。軋棉臺的工作質量通常可影響除纖維強度和馬克隆尼纖維細度以外的每一項所測試的纖維性能。通常緊接在軋棉臺之後的是一個空氣皮棉清潔機80。疏鬆的皮棉從軋棉臺經管道而吹入到空氣皮棉清潔機的腔中。當空氣和棉花通過窄的廢料排出口時，經管道運動的空氣和棉花就突然改變運動方向。比棉花纖維重的並未被纖維緊緊夾住的異物就在慣性力作用下經上述排出口排出。
經過軋棉臺78和空氣皮棉清潔機80的流體狀皮棉流通過鋸齒形皮棉清潔機82而在凝棉網筒上形成棉卷。棉卷接著通過一組或多組壓輥，並在一個非常靠近安裝的進料輥和進料板或杆之間穿過而進入鋸齒滾筒。每組壓輥略微比前面的組轉動要快一些，並產生一些細棉卷。進料輥和板夾住棉卷，這樣，在鋸齒抓住纖維時就會產生梳理作用。鋸齒滾筒的鋸齒將纖維輸送到排出點處。在鋸齒滾筒上時，纖維在離心力、鋸齒滾筒與柵條之間的擦拭作用以及氣流輔助重力的組合作用下而得以清潔。纖維可在迴轉刷、鼓風機或吸氣機作用下與鋸齒脫開。根據起作用的軋棉臺的數目和能力，多個鋸齒形皮棉清潔機82以並聯組84或串聯組的方式相互協同連接在一起。
軋棉機處理棉花的最後步驟是進行打包。如圖1D所示，打包裝置由一組集棉器90、皮棉滑動裝置94、皮棉進料器96和壓包機98構成。經過皮棉清潔機組84的清潔皮棉流排入到集棉器輸送管86中。集棉器90具有慢速旋轉的且具有網孔或穿孔的覆蓋有金屬的滾筒92，在滾筒92上所軋的皮棉形成棉卷。棉卷在落棉輥之間排入到皮棉滑動裝置94中。由翼式軸流風機或高容量離心風機提供的輸送空氣穿過滾筒上的屏柵，並經空氣管道99從滾筒的一端排出。皮棉滑動裝置是將集棉器90與打包臺98的皮棉進料器96相連的金屬板槽。皮棉滑動裝置以與水平方向成33°-45°角的方式進行安裝，從而保證棉卷在不轉動的情況下進行滑動。
材料輸送系統如圖2所示，對應於圖1A-1D的上述主要處理設備由方框表示。連接設備方框的線表示棉花輸送管道。管道線的箭頭表示各個管道的主體流動方向。簡單地說，每個處理設備都具有流入棉流線和流出棉流線。實際上，流程系統非常複雜，其具有由風機抽吸設備供能和由裝有動力裝置的真空式集棉筒控制的並行和分支流動路線。為此，由一個4通閥符號100來表示進出各個處理設備的流向控制。當然，每臺設備實際所使用的流向控制裝置可多於一個，流動路線可不同於4通閥的流動路線，或者在特定的處理設備之間可完全省略流向控制器。為理解前述情況，4通閥100A-100K提供了兩個流動控制線路，初始材料流可選擇性地根據需要或在中央計算機200的控制信號指令下進入毗連的處理設備或通過該設備。如果初始材料流進入處理設備，從該處理設備排出的材料流就返回到4通閥，從而可控制地回到初始材料流中。如果繞過處理設備，該設備的材料流排出管就會堵塞或連接到閉環隔離系統的入口管上。
每個閥100A-K由與特定設備用途相適應型式的馬達來操縱。這種馬達可通過電、壓縮空氣或液壓來提供動力。這裡，術語「馬達」通常廣泛地包括旋轉和線性驅動的設備。因此，馬達控制包括所有那些必須將計算機200的特定指令信號轉換為所需要的管流控制目標的動作和裝置。這種技術對於本領域普通技術人員來說是公知的，除了對應於圖5-8所示的特別適合於進行管流控制的一些機構以外，這裡就不在進一步進行描述了。因此，圖2中連接管流控制裝置100A-K和控制計算機200的線102A-K表示各個管道控制信號傳送線路。
在每個處理設備之間與棉花輸送管道相聯的是由信號傳輸管線122A-L連接的傳感器數據傳輸器120A-L。實際上，圖2中的每個數據傳輸器120可表示多個數據傳輸器。每個傳輸器可服務於相應測試儀器所測量的一個特定的棉花性能。
棉花試樣的選取圖3顯示了在透明輪廓中一個通常的方形橫截面管道110，該管道可用於由流動方向箭頭112所表示的空氣夾帶棉花的流體式輸送。沿一個管道邊緣壁面104的是一個試樣沉降裝置114，其具有位於側壁118之間的底面116。沉降裝置底面116內的裝置是透明窗口124和穿透底面116的孔陣126。鉸接在相對側壁118之間以便與平行於底面的軸136一起轉動的是鉸鏈門130。如圖4所示的截面圖所示，當鉸鏈門轉動離開管流流向時，沉降裝置底面116就基本上與鉸鏈門的上遊面132隔離開來。最好，在鉸鏈門130轉動離開管流流向時，下遊面134大致與管道壁104的平面平行。鉸鏈門的轉動可由任何適當可控制的動力裝置進行驅動，例如由未示出的沿直線支撐的馬達作用於曲柄138。
如US5087120和US5639955所描述的那樣，這裡作為參考引入其整個申請文件，當鉸鏈門橫向於管流流向升起時，在管流流向上，棉花的試樣數量很快地堆積而靠在鉸鏈門的上遊面132上。進一步轉動鉸鏈門將積聚的棉花試樣壓入到沉降裝置114中，從而形成靠在窗口124和孔陣126上的緊緊壓實的大塊棉花128。在窗口124的外側上是光學分析儀150，其可用於檢測棉花性能，如顏色和廢料含量。正如1997．10．28申請的美國專利申請08／962973中所描述的那樣，用於此目的的適當儀器是MotionControl，Inc．和Zellweger Uster，Inc．生產的攝像儀，這裡作為參考將其引入。由壓靠在窗口124內表面的棉花表面發射回的光線刺激攝像儀150發出的電信號。這些信號或其經調整後的型式被傳送給計算機200，並作為與棉花顏色和廢料含量成比例的原始輸入數據。
充電的柵條140連接到沉降裝置114的底面116上，其包括至少兩個平行的導體線路。導體元件是不絕緣的，以便在鉸鏈門轉動而將積聚的棉花壓靠在柵條140上時，可直接與聚靠在鉸鏈門130之上遊面132上的棉花電接觸。平行電路之間的漏洩電流可由作為可變電阻的壓實棉花試樣來導通。棉花試樣128的電阻值與棉花試樣的水分含量成正比。在平行電路之間的電壓已知的情況下，試樣水分含量與相應的電路電流量成正比。因此，電流值就作為試樣水分數據而傳送給計算機200。
在另一個實施例中，檢測水分含量的平行導體電路可以靠在鉸鏈門130的上遊面132上進行連接。在1997．11．4申請的美國專利申請08／963855中詳細描述了水分傳感器，這裡作為參考將其引入。
靠在鉸鏈門130的上遊面132上的積聚棉花試樣128在鉸鏈門的轉動作用下就被壓入到沉降裝置114中，而且還被壓靠在孔板126上。因此，纖維兩面凸起的凸邊就從孔板126的外側伸出。如圖4和9所示，閉合行程輸送機或環形輸送帶160繞著多個鏈輪164運動，上述輸送帶具有多個固定在其上的梳理裝置162。如US5178007所描述的那樣，每個梳理裝置裝有一個轉動的尖齒載運器。該輸送帶固定到管道110或其它剛性支架結構上，以使貼近孔板外表面運動的梳理裝置162與棉花凸邊142的列陣對準。梳理裝置162的運動帶動伸出的尖齒經過凸出的棉花凸邊142，從而搜集棉花纖維的子樣。
根據其外表形狀，有長的、細的、扁平的和成束的各種不同纖維長度，因此，該子樣可稱為「鬚毛」。最好，輸送帶的運動隨著相應於若干鬚毛樣本與測試臺166、168、170和172之間的最小間隔距離的皮帶運動距離的每次增加是周期性間歇的。皮帶上相鄰的梳理裝置162沿輸送帶的位置間隔最好對應於皮帶的運動間隔。輸送帶運動之間的固定或停止間隔由在多工序過程中最大鬚毛試樣處理時間確定。通常，停止時間由長度／強度測試儀170一次完整循環所需的時間來確定。輸送帶160的運動由未示出的馬達來驅動，該馬達與帶輸送鏈輪164中的一個相連接。對皮帶驅動馬達的操作控制可由中央計算機200來進行，但這不是必須的。除了纖維性能數據傳送給計算機200以外，輸送帶160的操作必須獨立於計算機200的操作。
鉸鏈門130的試樣搜集也是一種周期間歇的操作過程，其包括試樣清潔過程。在壓實的棉花試樣128進行至少一次視頻掃描以及至少一個子樣鬚毛搜索之後，鉸鏈門130轉動離開壓實的試樣128，並轉入到下遊的流向沉降裝置144中。由管流主流112所引起的法向邊界層擾動和抽吸作用將壓實的試樣128從試樣沉降裝置114中清除掉並使其脫離鉸鏈門130的上遊面132。
進行馬克隆尼纖維細度測試的管流主流112的代表試樣最好由圖3所示的分支管180來抽取。有很多種公知的技術來使小的材料流脫離大的材料流，大多數將包括在分支管180中靠近其與主管100的交界部182的地方形成的局部真空或較低的絕對壓力區。在圖3的例子中，設置鉸鏈門130在靠近交界部182的主流方向上產生局部靜壓增量。沿離開交界部182的分支管180所產生的較小排出吸力可將棉花微粒從主流中抽出而進入分支管180。分支管180的穩定抽吸源可方便地通過處於分支管道內的盤形閥184來進行控制。該盤形閥的軸是可轉動的，例如通過曲柄186和未示出的直線馬達。
圖21表示了另一種用於馬克隆尼纖維細度測試或其它測試的試樣抽取方法和裝置。通過適當的裝置(例如回動夯錘146)來壓輸送管110內所積聚的棉花試樣128，並將棉花墊128壓靠在梳理滾筒148的轉動尖或齒149上。管道壁104上的槽口158可使齒149的周邊略微伸入到積聚的棉花墊128中。齒149從積聚的棉花墊128上刮下的纖維可在齒149的載運下運動到梳理滾筒148的轉動弧線與旋轉刷246之間的轉動輥隙188中。這裡，快速旋轉的旋轉刷246將試樣從梳理滾筒的齒上取下。在靠近旋轉刷246周邊的地方具有抽取口的真空管248將刷針夾持的纖維抽入到用於將其輸送到馬克隆尼纖維細度測試腔的管中。
在另一個實施例中，棉花試樣並不是自動地從軋棉機中的棉籽流輸送到測試設備中。在這些可供選擇的實施例中，棉花試樣以其它的方式獲得並將其輸送給測試設備的獨立部件。獨立的測試臺可包含這裡所描述的所有測試或多種不同測試組合中的任意一種，這些測試包括纖維長度測試、纖維長度分布測試、纖維強度測試、纖維延伸率測試、纖維水分含量的測試、纖維雜物含量測試、纖維雜物識別測試、纖維顏色測試、纖維顏色分布測試、馬克隆尼纖維細度測試和纖維成熟度測試。最好，獨立測試臺包括纖維長度、纖維水分和纖維顏色測試臺。
在圖26所示的實施例中，大塊棉花試樣被送入到圖27所示的腔室或箱體402中的測試臺400中。腔室或箱體402最好包括若干種識另器，以便每個腔室或箱體402可由測試臺400唯一地識別出來。實現上述過程的一種方法是在每個腔室或箱體402上設有一個可移去的條形碼標籤404，它可由測試臺400進行掃描，測試臺400所要進行的所有測試都與該條形碼標籤相關。腔室或箱體402被載放到一個自動分段運輸和移位系統中，例如放在移動輸送帶406上。在這種方式下，在測試臺400仍忙於對先前所運到的腔室或箱體402進行測試的同時，裝有新的棉花試樣的腔室或箱體402就可運到測試臺400並在此放下。在當前腔室或箱體402上的讀數完成後，分段運輸和移位系統就遞增，在下一個腔室或箱體402內的棉花試樣可進行測試時，就使該下一個腔室或箱體402移動就位，同時將先前的箱體放到輸出裝置上，例如放在另一個移動輸送帶408上。前面測試的棉花試樣就自動運到一個儲存臺，並及時將其從儲存臺上取下。
在該實施例中，子樣最好從裝在腔室或箱體402內的棉花試樣中取得。在取得子樣的過程中，棉花試樣最好完全打開。換句話說，取得子樣的過程趨向於最大限度地一一列舉棉花試樣中的纖維。圖24顯示了一個這種類型的試樣選取裝置，其包括一對以相反循環移動方向驅動的閉合環帶350和351。環帶350的部分段382與環帶351的部分段384相互配合來確定出兩者之間纖維截取區380的邊界輪廓。沿相對於各個環帶的相反方向運動，這些環帶部分段382和384就會聚在共同的狹口區386。
帶351由輸送輥352和353驅動，輸送輥相對於支架板354具有定位軸。輸送輥355、356和357的轉動軸固定在移動臂358上。輸送輥355的轉動軸還由擺杆360進行約束，擺杆360具有一個與梳理滾筒362的轉動軸共同的相對端轉動軸。輸送輥355和350的轉動軸也限制在固定於支架板354上的導槽路徑366和368中。移動臂358隨著杆370從動力缸372中伸出而進行移動。杆370的這種伸出使環帶350繞梳理滾筒362的軸線平動，同時導槽366和368可保持環帶350相對於環帶351的取向。這種平動有選擇地調整環帶之間的試樣截取區380的容積大小，以便使棉花微粒壓實在環帶之間的狹口區386中。該狹口區386流注到梳理滾筒362和364之間的旋轉聚集區。完全打開的棉花微粒從梳理滾筒的聚集區排出，就吸入到真空吸嘴374中，以便經排出管376輸送到馬克隆尼纖維細度測試腔或其它的棉花性能測試儀中、例如棉花成熟度測試臺中。
在另一個實施例中，用於馬克隆尼纖維細度和成熟度測試臺的子樣可通過圖21所示的梳理和落棉裝置來取得，這裡還將進一步進行描述。
最好是，用於纖維長度、長度分布、強度和延伸率測試臺422的纖維子樣可通過使用位於繞行帶上的梳形取樣裝置來取得，這裡還要進一步詳細地進行描述。梳齒以一種或多種不同的方式來接觸箱體402內的棉花。例如，梳齒可穿過箱體402頂部、底部或側部上的槽口410來與棉花接觸。另外，梳齒可從箱體402頂部、底部或側部上的孔412處將棉花子樣取下，從另外的側部進入箱體402的夯錘418可穿過孔412來壓棉花。
用於纖維顏色、顏色分布、雜物含量和雜物識別的子樣最好通過使用夯錘418擠壓箱體402內的纖維試樣來取得，夯錘418可穿過箱體402一個側面上的開口414進入，並將棉花子樣壓靠在棉花性能測試臺420的透明板上，該測試臺設置在箱體402的相對側面上的第二開口416附近。在同一個實施例中，纖維水分測試臺設置在透明板附近，而在另一個實施例中則設置在夯錘418的端部處。
在圖28A-28D所示的又一個實施例中，獨立測試設備不是從腔室或箱體402中取得子樣。在該實施例中，子樣以另一種方式進行準備，例如通過手動打開棉花試樣並將其單獨地放置在所要進行測試的測試表面或測試腔的附近或內部。例如，用於測試水分含量讀數的試樣與水分傳感器系統424接觸，用於測試馬克隆尼纖維細度讀數的試樣放置到馬克隆尼纖維細度測試腔426中。另外，用於測試長度、強度、延伸率和纖維長度分布讀數的試樣放置在孔形柵格428的頂部上，在此梳齒可取得子樣。因此，這是本發明的一個手動操作的實施例，其可用於具有較低產品容積的軋棉機中，或用於原棉在整個時間範圍內具有非常均勻的性能而不需要使用其它實施例中的完全自動進行控制的軋棉機中。
在該實施例的一個優選結構中，纖維容納裝置(例如活動板430)以固定的方式將纖維試樣壓實和限制在板430和周壁(如測試表面432)之間。纖維水分測試臺424可設置在活動板430中或測試表面432上。纖維顏色測試臺436最好設置在測試表面432一部分內的透明光學窗口438附近。
孔板428最好設置在測試表面432中的光學窗口438附近。活動板430穿過孔440來壓一部分棉花試樣。這部分棉花試樣由位於孔板428另一側面的梳齒咬住，並帶到一個纖維測試臺，例如纖維長度測試臺。梳齒可以是繞行的取樣裝置的一個部件，這裡還要進一步進行詳細描述。另外，梳齒可以是單個的梳，其沿通向刷拭臺的路徑運動且接著向測試臺運動，然後沿相同的路徑返回來以取得另一個子樣。在優選實施例中，梳齒可相對於棉花試樣移動，而棉花試樣相對於測試設備的其它部分保持固定不動。因此，子樣梳齒可相對於測試設備的其它部分移動。這大大地簡化了子樣處理過程的機械操作，並可同時在纖維長度子樣測試所選取的同一纖維試樣部分上進行其它測試，例如水分含量和雜物含量測試。
控制臺442可用於進行識別和輸入所測試纖維試樣的其它信息。這些信息可通過鍵盤446或條形碼閱讀器444進行輸入。信息和測試結果可顯示在顯示器448上。
管流路線如圖5和6所示，其顯示了一個用於鋸齒形皮棉清潔機82I的典型管流路線選定裝置。此後所要描述的對應於皮棉清潔機82I的相同的管流路線原理也可用於軋棉機系統中的其它材料處理和調整設備，例如乾燥機和未成熟棉桃分離機。
對於所選的例子來說，過渡管道106I和108I將流動控制器100I(4通閥)與主流管道110I相連。在主管道110I和過渡管道106I和108I的結合部之間是管流閥門196I，該閥門可在線性馬達197I的作用下大約轉過四分之一圓周。管流閥門196I可阻擋上遊管道部分110I和下遊管道部分110J之間的主流流動。當所設置的管流閥門196I可阻擋管道部分110I和110J之間的主流時，線性馬達199I工作，從而將管流閥門198I轉動到使上遊管道部分110I和入口過渡管道106I之間實現通流連接的位置。另外，線性馬達194I工作以使流動控制器切換板190I定位，以便於使入流與出流隔離開來。因此，沿管道部分110I運動的材料流所夾帶的棉花就導入到過渡管道106I中，並最後進入到皮棉集棉器供料槽81I中。從皮棉清潔機82I出來，排出管86I輸送材料流使其返回到流動控制器100I，並從此處進入到排出過渡管道108I中，以便於返回到主流管的下遊部分110J中。
在另一種情況下，圖5和6所示的管流路線選定裝置轉動主流閥門196I，從而將上遊管道部分110I和下遊管道部分110J之間的主流打通。同時，轉動管流閥門198I以將上遊管道部分110I和過渡入口管道106I之間的結合開口關閉。儘管進入清潔機82I的主流由管流閥門198I堵住，但由於抽吸動力控制方面的原因，處理設備必須與主輸送管道110J切斷。因此，管流切換板就轉動到將清潔機入口和排出管81I、86I與管流控制器出口108I和主管110J切斷的關閉位置上。
圖7是本發明自動流動控制之另一個實施例的簡圖。在該實施例中，管流閥門212由旋轉致動器214關閉，從而將主流上遊部分110B與下遊部分110C切斷。同樣地，遙控旋轉致動器218也可確定管流閥門216的位置，從而將主流管道110B與流動控制器入口106B接通。因此，遙控旋轉致動器211確定4通閥100B的流動切換板210的位置，從而將進入傾斜滾筒清潔機34的材料流與排出的材料流39切斷。同時，4通閥100B將滾筒清潔機的排出管與閥的排出管108B和主流下遊部分110C相連接。
如果材料性能測試數據確定了不必也不需要經過枝莖和綠葉清除機40來處理材料流，那麼，遙控旋轉致動器226就操縱管流閥門224將清除機40的入口管106C與主流110C切斷。管流閥門220由旋轉致動器222操縱，從而將主流部分110C與下一個順序的材料流部分110D接通。
圖8所示的本發明實施例在流動控制器入口106B和主流管道110結合部的地方連接一個Y形接頭228。在該實施例中，管流閥門212和216基本上是平行擺動，因此其可由一個致動器進行操縱。
纖維長度和強度測試如圖9所示，在輸送帶梳理裝置162抽取纖維子樣鬚毛161後，輸送帶第一運動增量將輸送帶上的梳理裝置停在第一刷拭臺166的前面。該第一刷拭臺166最好包括一個具有硬金屬絲梳針的旋轉梳理滾筒167，以便調整鬚毛的單個纖維並解開被稱為「棉結」的纏在一起的纖維束。空氣氣流作用在旋轉梳理滾筒上，從而清除滾筒梳針上的棉結並使纖維疏鬆。
輸送帶的第二前進增量使夾著梳理鬚毛161的帶載梳理裝置與旋轉刷拭臺168的運動路徑對準。刷拭臺168固定在直線軸承169上，並通過未示出的第二步進馬達來驅動使其可控制地在最靠近帶載梳理裝置162的操作位置與遠離梳理裝置162運動路徑的非操作位置之間運動。先前梳理過的鬚毛現在被帶到易彎的細梳齒旋轉刷154和配合板156之間的縫隙中。當刷拭完成時，刷拭臺168沿直線軸承169所確定的運動路徑返回而離開輸送帶。
輸送帶160的第三前進增量使從帶載梳理裝置162伸出的被梳理和刷拭過的鬚毛161與長度／強度測試儀170上的抽樣口230(圖9未示出)對準。作為一個裝置，長度／強度測試儀170在未示出的第三步進馬達驅動下沿直線軸承176往復運動。如圖10-16所示，測試儀170由具有前壁板232的外殼包著。如圖14所示，外殼前壁板通過「浮動」支承件支承著一個剛性的透明導向板233，該「浮動」支承件可允許玻璃透明導向板233相對於前壁板232有限度地獨立運動。導向板233上的抽樣口230將上部透明導向部分234和下部透明導向部分236之間的板分隔開。上部玻璃透明導向部分234的上側邊238是一個具有磨砂凹形表面的散射光接受器。沿接受器凹面的聚焦軸設有一排多個發光二極體(LED)240。沿下部透明導向部分236的下側邊設有一個長的大面積光敏傳感器242。該光傳感器的臨界敏感元件相對固定以保持對準。抽吸管244從外殼內將空氣抽出來促使空氣氣流進入鬚毛口230。當測試儀前壁在步進馬達轉動驅動下沿直線軸承176向輸送帶運動時，進入抽樣口230的空氣氣流確保鬚毛161穿過抽樣口230。
鬚毛161穿過抽樣口230阻礙了標定光從上部透明導向部分234傳輸到下部透明導向部分236中，因此，影響了光敏傳感器242所發出的信號值。當鬚毛伸入到抽樣口230中時，通過使光敏傳感器信號值與測試儀170的位置相協調，就可確定所選鬚毛的最大纖維長度和纖維長度變化。步進馬達的驅動角度位置將測試儀170的相對位置以非常精確的方式發送給測試儀控制程序。對應於從材料主流中抽取的每個鬚毛子樣的纖維長度和纖維長度變化值與預定數目的前述值結合，從而產生一個樣本平均值。
檢查由長度／強度測試儀從試樣鬚毛中所獲取的數據是有益的。當鬚毛在上部和下部透明導向部分之間前移時，由光敏傳感器242所檢測的穿過抽樣口230的光透射性的初始衰減就表明了鬚毛中最長纖維的前端側邊到達此處。該到達信號與位置參考點的同步步進馬達信號相關。在鬚毛繼續穿過的情況下，這種相關關係就一直繼續下去，直到光敏傳感器242的信號基本上保持不變為止。在該位置點處的步進馬達信號由控制程序記錄以便分析參考點的前端側邊和信號穩定點之間的線性差異。由穩定的光敏傳感器信號可推斷出鬚毛中所有的纖維至少長到足以中斷從抽樣口230通過的光線。因此，抽樣口位置的標定表示了鬚毛中最短的纖維。即使進一步使鬚毛伸入到抽樣口中，也不會有額外的光傳輸損失。參考點和穩定點之間的直線距離就是纖維長度的變化量。
通過迭代計算，前述的過程可推廣到在長度分布評價的整體差異中使參考點和穩定點之間的中間口位置與對應於每個線性增量的光衰減量或衰減百分比相關。
對於最靠近帶載梳理裝置162位置的測試儀170而言，鬚毛161處於伸入到抽樣口230的位置上，該抽樣口230越過兩對鉗夾爪250和252(圖16)之間的鬚毛。鉗夾250具有一個對應於由線性軸承176支承的測試儀170支架的固定位置。鉗夾252可相對於固定鉗夾250往復運動。鉗夾252的往復運動平行於直線軸承176的運動。固定鉗夾250包括一個固定下爪250b和一個活動上爪250a。兩對橫向對稱的氣缸260固定在固定下爪250b上。每個氣缸260中伸出的致動活塞杆262固定在固定鉗夾250的活動上爪250a上。分別固定到活動上爪250a和固定下爪250b上的兩個相對的鉗夾爪條254a和254b與鬚毛口230的平面對齊並且在打開時接受鬚毛161。
活動鉗夾252也包括固定下爪252b和活動上爪252a。氣缸264固定到固定下爪252b上。氣缸264伸出的活塞杆266固定到活動上爪252a上。鉗夾爪條256a固定在鬚毛伸入平面上方的活動上爪252a上，而鉗夾爪條256b固定在鬚毛伸入平面下方的固定下爪252b上。
往復傳動機構(例如螺旋千斤頂或螺杆和齒條)由高精度步進馬達174驅動，並固定到固定鉗夾250的下爪250b和活動鉗夾252的下爪252b上並位於它們之間。固定在活動鉗夾252的下爪上的標定磁鐵268與標定開關269相互配合，從而保持由步進馬達角度位置信號所表示的固定和活動鉗夾之間的相對位移測量值精度。另外，傳動機構通過載荷或力測量傳感元件270而固定在活動鉗夾252上。浮動接頭272可提供載荷傳感元件270和活動鉗夾252之間所需的校正調整。
為使纖維延伸率和強度測試穩定和合理，最好使承受破壞應力的纖維數目是已知的，或者至少抽出穩定的數目來進行測量。由光敏傳感器獲得的長度和長度分布數據可得出圖25所示的鬚毛161的平面圖。在鬚毛平面圖中，平面線163的位置可相對於參考平面定位。選擇線163的位置，使其穿過預定的纖維總數，而不考慮穿過鬚毛平面的纖維分布序列。因此，可相對於鬚毛161來調整測試儀170的位置，以便於對準位於鬚毛鉗夾爪254和256之間的平面線163。這裡，氣缸260和264充滿壓縮空氣，從而使活動爪250a和252a向對應的固定爪250b和252b靠近。因此，鬚毛161中大致確定數目的纖維就夾緊在相應的成對鉗夾爪條254和256之間。在夾緊時，步進馬達174驅動傳動機構使活動鉗夾爪250與固定鉗夾爪250分離。步進馬達弧脈衝乘以傳動比的積確定了爪對以相當高的精度相互分離的直線距離。在爪分離的同時，載荷傳感元件270將需要繼續使纖維拉伸的力值測得並傳送給控制計算機。繼續施加控制鬚毛子樣拉伸的力直到其斷裂為止。當鬚毛在兩對鉗夾爪條254和256之間斷裂時，就可確定出纖維延伸率值和其最大強度值。此後，控制計算機使鉗夾缸打開。夾在鉗夾爪條256之間的斷裂鬚毛端通過抽樣口230的氣流作用經抽吸管244排掉。鬚毛161的前端仍保持固定在帶載梳理裝置162上。如圖9所示，輸送帶160接著向前運動使梳理裝置162與鬚毛清理臺172對準。這裡，梳理裝置162的纖維夾緊機構打開，並通過刷子和真空操作將鬚毛殘留去掉。
本領域普通技術人員可以認識到將圖9-16所示的在線長度／強度測試系統定位在最關鍵的棉花處理過程(例如乾燥和軋棉處理)之前和之後的意義。特別是，知道材料流系統中平均纖維長度在輸送過程中經過一組乾燥機後是否會減小是非常有益的。類似地，如果軋棉臺排出的纖維平均長度減小，那麼對某一上遊工序進行改變是適宜的。
馬克隆尼纖維細度測試馬克隆尼纖維細度值的基礎是由Koxeny方程導出的，該方程提供一種可靠的用於含極少數「盲」微孔的粉末的滲透性近似值。參見美國物理協會手冊。該方程表徵了表面上方的空氣氣流阻力與已知容積中的已知物質的關係。
M=(RM)2當RM=(HMC-LMC)(LMP-HMP)LMC+(LMP-P)]]>和X=1+[(W-10)100]
其中，試樣重量範圍是8-12克M=修正的馬克隆尼纖維細度值RM=原先的馬克隆尼纖維細度值HMC=高標定棉花值LMC=低標定棉花值LMP=低標定棉花值的壓力HMP=高標定棉花值的壓力
P=測試狀態下棉花的壓力W=測試狀態下棉花的重量(克)對於圖3所示的例子，鉸鏈門130提供了一個局部化的壓力區來補充通過分支管180抽吸的外部氣流，以便將主流材料試樣抽入到馬克隆尼纖維細度測試裝置中。圖17-19顯示了一種試樣抽取裝置，該試樣抽取裝置利用穿孔擋板280在進入馬克隆尼纖維細度測試分支管180的開口182周圍形成一個局部化的壓力區。象鉸鏈門130一樣，穿孔擋板280在計算機控制的未示出的旋轉致動器作用下有選擇地轉動進入和離開主流管道110內的操作位置。
第一種馬克隆尼纖維細度測試裝置包括一個裝有活塞294和296的缸孔292，活塞294和296位於缸孔292的兩個相對的軸向端部。每個活塞294和296可在其各自的氣壓致動缸295和297的作用下在伸出位置和縮回位置之間往復運動。活塞294和296中的任意一個或它們兩個是穿孔的或多孔的以使空氣基本上可自由通過。但是，這種孔眼是非常小的，以便可阻擋和攔住經其通過的空氣流中的任何皮棉。在氣缸295的杆端面298和活塞294的杆側之間是未示出的氣流調整機構，當活塞294從致動氣缸295伸出時，該調整機構可允許氣流進入缸孔292。這種機構可以是一個透過缸孔292壁的小孔，當活塞處於縮回位置時，該小孔由活塞294蓋住或封閉住。
在該馬克隆尼纖維細度測試裝置的一個優選實施例中，馬克隆尼纖維細度測試裝置的缸孔直徑約為1．5英寸。缸孔192中部試樣收集區X的軸向長度約為6．0英寸。在縮回的活塞294的端面平面與收集區X的上遊輪廓平面之間，試樣分支管180以足夠小的交角穿透馬克隆尼纖維細度測試裝置的缸孔292壁，以使流體狀皮棉流平滑地從分支管180流動到缸孔292中。類似地，在試樣收集區X的下遊輪廓平面與縮回的活塞296的端面之間，真空吸管300以較低的交角穿透缸孔292的壁。
在馬克隆尼纖維細度測試裝置的缸孔292的試樣收集區X內存在一個約4．0英寸長的壓力差測量區Y。如圖20所示，缸孔壁292在其圓周面周圍由兩個平面排列的孔組302和304進行穿孔。上遊孔組302通向上遊支管接頭306。下遊孔組304通向下遊支管接頭308。兩個支管接頭可操作地連接到壓力差信號傳輸裝置310上。
如圖17所示，馬克隆尼纖維細度測試裝置的一次工作循環可從上遊穿孔活塞294縮回和從下遊穿孔活塞296伸出開始。另外，旋轉致動器186使盤形閥184轉入到與分支管180的軸線對準在一個平面上，從而使分支管與馬克隆尼纖維細度測試裝置的缸孔292的試樣收集區X相通。當吸管300中抽成真空時，穿過穿孔活塞296的氣流將纖維從管道110經分支管180抽入到試樣收集區X中。吸入的纖維不受該流動氣流的影響而靠在下遊活塞296的端面上，並聚集在試樣收集區X中。當聚集的試樣增加並壓縮時，透過聚集試樣的氣流阻力就會增大。聚集試樣的數量與穿過聚集物兩側的壓力差有關。當壓力差傳輸裝置310所監測的上遊孔302和下遊孔304之間的壓力差增大到預定的閾值時，而該閾值可表示進行馬克隆尼纖維細度測試所需要的足夠多的聚集試樣，控制計算機就將指令信號傳輸給旋轉致動器186來關閉盤形閥184。然後，啟動上遊致動氣缸295以伸出上遊活塞294。在此處，兩個活塞294和296完全伸出，從而在缸孔292中確定了一個可變的但可測定的容積Z。該容積Z基本上由已知數量的壓實纖維所佔據。
當上遊活塞294完全縮回時，外部空氣進入缸孔192內部的通道就被封閉。當上遊活塞294伸出時，這些外部空氣通道就開通了。現在，真空吸管300所抽取的氣流從上遊活塞294的後面到達，並穿過活塞孔而進入兩個活塞端面之間的聚集纖維物中。如圖18所示。由於經過活塞的壓力損失是非常小的值或者是一個標定的值，因此，沿容積Z軸向長度穿過壓縮纖維物的空氣壓力損失可由壓力差傳輸裝置320來進行測量。控制計算機從傳輸裝置320處接收對應於沿容積Z軸向長度的壓力差的信號。
如圖19所示，在傳輸裝置320測量了第二壓力差之後，致動氣缸297就將下遊活塞296縮回，使真空吸管300直接與缸孔292相通。活塞296的端面不再約束聚集纖維物，聚集纖維物就象一個塞入物一樣運動到吸管300中。吸管300將上述塞入物傳送給重量儀312。對應於纖維塞入物重量的信號就被傳送給控制計算機200，以便與壓力差傳輸裝置310所發出的信號值相互調整來得出該試樣的馬克隆尼纖維細度值。
圖22所示的分解組裝圖顯示了另一種馬克隆尼纖維細度測試裝置。該裝置僅需要一個纖維試樣供料管278，該供料管278與主管體274相通。從初始輸送管(未示出)流出的空氣流沿主管體274經中心對準的測試腔276和流動控制球形元件287上的一對徑向相對的屏柵口282流過。球形元件287還具有一個開孔285。在未示出的旋轉致動器所控制的第一轉動位置處，屏柵口282通向閥體284。球形元件287的第二轉動位置是相對於第一轉動位置旋轉90°的位置，從而使開孔285通向並對準閥體284。
對應於圖20所描述的壓力差測量裝置設置在測量腔276中。與測量腔276同軸對準的是一個多孔的或穿孔的試樣壓縮活塞322，該活塞322固定在活塞杆324的端部。活塞杆324具有一個可滑動地穿過主管體274的蓋325。壓縮活塞杆324的外端固定到未示出的回位氣缸上並由其可定位地進行控制。回位氣缸大體是一種雙作用氣缸，該雙作用氣缸在兩個相反方向上有選擇地具有壓力驅動位移。另外，位移元件(如活塞或活塞杆)相對於氣缸的定位是可監控的，反之亦然。在任何一種情況下，位置控制信號可引導或報告運動元件(如壓縮活塞322)的相對位置。
初始輸送管氣流所輸送的棉花微粒沉積在球形元件的屏柵口282上。測量腔276中這些微粒聚集物可通過圖20所示的壓力差測量裝置進行檢測和監控。當檢測到對應於充足數量的聚集棉花試樣的預定壓力差時，控制程序就切斷氣流源，並停止額外的棉花進入測量腔。然後，回位氣缸使壓縮活塞322向前移動進入測量腔276，從而將預定的壓力載荷作用於聚集的試樣上。同時，將活塞位置報告給控制程序，從而來提供確定試樣體積的必要數據。在此狀態下，已知的空氣流量流過壓縮的試樣，並經過壓縮活塞322和球形屏柵口282。空氣流動阻力由經過壓縮棉花試樣的壓力損失來確定，並且是已知流量的函數。而馬克隆尼纖維細度值由計算機200來進行計算，並且是流動阻力和其它已知參數的函數。
對於要得出空氣流動阻力而言，將流動控制球形元件轉動90°以與開孔285對準。回位氣缸使壓縮活塞322進一步伸出而將棉花試樣推出測量腔276而進入圖19所示實施例所描述的自動重量儀312。該重量數據可作為質量校準的基準。如果需要的話，所抽取的試樣也可廢棄或重複使用。在任何一種情況下，當試樣經球形元件287排出時，球形元件的角度位置就恢復到原始試樣聚集位置處。
本發明的馬克隆尼纖維細度測試的第三實施例包括圖23所示的裝置，其中，棉花試樣芯部129通過取芯衝孔器330而與較大的聚集試樣128隔離開來。較大的聚集試樣128可通過任意幾種已知的裝置、例如具有取芯孔139的鉸鏈門130來壓實。具有帶刃端部332的取芯衝孔器330與取芯孔139對準。在中空的杆元件334的作用下，衝孔器本體可雙向運動，並有選擇地使帶刃端部332與管道壁104上的圓形密封／切槽336相配合。芯部試樣129不必完全從較大的聚集試樣128上切下。
在槽336的圓形周邊內具有一個或多個與大氣相通的管壁孔338。滑板機構339可定位在管壁104的外側，根據需要且當需要時，可有選擇地封閉孔338。穿孔的壓縮活塞340在取芯衝孔器330的測量腔344中同軸對準。活塞340可通過杆342軸向定位，杆342固定在壓縮活塞340上，並同軸地限定在中空杆元件334的內部。抽氣管346穿透取芯衝孔器本體330的圓筒形壁。測量腔344內的氣壓(或真空)通過壓力傳感器348進行測量並傳送到控制計算機。
本發明圖23所示的馬克隆尼纖維細度測試裝置在可獲得完全打開的棉花試樣的軋棉臺和皮棉清潔機之後的整個處理過程中是非常有用的。這種完全打開的試樣對於在測量腔344中保證均勻的纖維密度和試樣密實度是非常需要的。
衝孔器本體杆334的動作是簡單的，其整個行程運動與壓實元件130是一致的。壓縮活塞340的定位可通過未示出的可驅動活塞杆342的反饋控制氣馬達或電馬達無級地控制在測量腔344中的行程界限之間。活塞340反饋控制的一個作用是調整活塞340在預定的選定範圍內作用於試樣129上的壓力(或力)。其次，反饋控制可報告活塞340的端面位置，以便於使相應的測量腔容積在活塞340行程極限之間無級變化。
對於在壓縮活塞340預定載荷作用下的試樣129而言，當其佔據了測量腔中的已知容積時，就可通過適當的算法計算出相應的試樣129的重量。經管道346抽取的已知空氣流量與傳感器348所測量的相應的腔內壓力相對應。由此數據組，就可計算出「無重量的」馬克隆尼纖維細度值。
作為圖23所示實施例的進一步應用，可確定對應於現有技術「成熟」值的棉花試樣性能。根據現有技術「成熟度」的測量過程，已知重量數的完全打開的棉花被壓縮到第一預定體積，已知的「低」空氣流量經第一壓縮體積進行抽取，並記錄下壓力差。接著，將同一試樣進一步壓縮到第二預定體積，且已知的「高」空氣流量經第二體積進行抽取。「高」空氣流量的壓力差與「低」空氣流量的壓力差進行組合，從而使用標準的ASTM公式計算出纖維的成熟度。
修正的成熟度可通過使用圖23所示實施例的操作過程進行確定，其中，壓縮活塞340可漸進地設定為兩個或多個位置。在確定相應體積的每個預定活塞位置上，經過試樣的空氣流量、試樣的壓力差和活塞載荷是需記錄的數據。由這些記錄數據，可確定棉花的成熟度。該成熟度的確定過程可以是遞增的或連續的。
對本發明優選實施例所進行的前述描述是為了說明和解釋。這些不是詳盡的並且並不是擬將本發明限制為所描述的具體形式。顯然，在上述教導下可作出多種改型和變型。所選擇和描述的實施例是為了更好地說明本發明的實質和實際應用，以使本領域普通技術人員可以不同的實施方式利用本發明，並針對特定的使用情況作出各種不同的改型。在根據清楚、合法和合理定義的權利要求書範圍進行解釋的情況下，所有的這種改型和變型都處於本發明權利要求書所確定的範圍內。
權利要求
1．一種纖維性能測試系統，包括具有內側和外側的周壁，纖維容納裝置，其用於以固定的形式將纖維試樣限制在纖維容納裝置的內側與周壁的內側之間，纖維水分測試臺，該測試臺設置在纖維容納裝置的內側附近，用來測量纖維試樣的水分，設置在周壁第一部分內的孔，所述孔在周壁的內側和外側之間延伸，纖維容納裝置壓制至少一部分纖維試樣，使其經所述孔伸出到周壁外側，纖維二次抽樣裝置，其可用於從周壁上的孔伸出的纖維試樣中取下纖維子樣，該裝置將纖維子樣輸送到纖維長度測試臺，從而進行纖維子樣的纖維長度測量，一個光學窗口，其裝有周壁的第二部分，該光學窗口在周壁的內側和外側之間延伸，纖維容納裝置將至少一部分纖維試樣壓靠在光學窗口上，以及纖維顏色測試臺，該測試臺靠近周壁外側上的光學窗口，用於測量纖維試樣的顏色。
2．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還將纖維子樣提供給纖維強度測試臺。
3．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還將纖維子樣提供給纖維長度分布測試臺。
4．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還將纖維子樣提供給纖維延伸率測試臺。
5．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其還包括纖維顏色分布測試臺，該測試臺靠近周壁外側上的光學窗口。
6．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其還包括纖維雜物含量測試臺，該測試臺靠近周壁外側上的光學窗口。
7．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其還包括纖維雜物識別測試臺，該測試臺靠近周壁外側上的光學窗口。
8．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還包括取樣梳，該取樣梳可相對於經所述孔伸出的纖維試樣部分平動，取樣梳從經所述孔伸出的纖維試樣部分中咬住並取下纖維子樣。
9．根據權利要求1所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還包括一個梳理裝置，其具有基本上從大致為圓筒形的表面徑向凸出的凸起，驅動該梳理裝置以使所述凸起轉動經過與從所述孔伸出的纖維試樣接觸的圓弧，所述凸起從纖維試樣上取下纖維子樣；一個轉動刷，該轉動刷設置在梳理裝置附近，用於從梳理裝置的徑向凸起上刷下纖維子樣；以及一個真空吸嘴，用於將纖維子樣從轉動刷上取下。
10．根據權利要求9所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，真空吸嘴將纖維子樣輸送到馬克隆尼纖維細度測試臺。
11．根據權利要求9所述的纖維性能測試系統，其特徵在於，真空吸嘴將纖維子樣輸送到纖維成熟度測試臺。
12．一種纖維取樣裝置，其包括具有內側和外側的限制壁，該限制壁用於封閉纖維試樣；位於限制壁上的孔，所述孔在限制壁內側和外側之間延伸；壓縮裝置，該壓縮裝置可將纖維試樣壓靠在限制壁內側的孔上，從而在限制壁外側上的孔中形成纖維隆起；以及纖維二次抽樣裝置，該裝置可從纖維隆起中咬住並取下纖維子樣。
13．根據權利要求12所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還包括一個在運動路徑中有選擇地運動的取樣梳，運動路徑的第一增量調整取樣梳以梳理纖維隆起。
14．根據權利要求13所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，纖維二次抽樣裝置還包括遞增驅動裝置，該遞增驅動裝置可使取樣梳沿運動路徑以遞增的方式前進。
15．根據權利要求14所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，遞增驅動裝置還包括驅動定時裝置，該驅動定時裝置可使取樣梳以大致均勻的固定間隔沿運動路徑前進。
16．根據權利要求15所述的纖維取樣裝置，其還包括一個纖維子樣刷拭臺，該刷拭臺設置在運動路徑的第二增量附近，該纖維子樣刷拭臺用於刷拭在固定間隔運動過程中由取樣梳所夾固的纖維子樣。
17．根據權利要求16所述的纖維取樣裝置，其還包括一個纖維性能測試臺，該測試臺設置在運動路徑的第三增量附近，該纖維性能測試臺用於測試在固定間隔運動過程中由取樣梳所夾固的纖維子樣的物理性能。
18．根據權利要求17所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，纖維性能測試臺還包括一個纖維長度測試臺，且所測試的纖維子樣的物理性能是纖維長度。
19．根據權利要求17所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，纖維性能測試臺還包括一個纖維長度分布測試臺，且所測試的纖維子樣的物理性能是纖維長度分布。
20．根據權利要求17所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，纖維性能測試臺還包括一個纖維強度測試臺，且所測試的纖維子樣的物理性能是纖維強度。
21．根據權利要求17所述的纖維取樣裝置，其特徵在於，纖維性能測試臺還包括一個纖維延伸率測試臺，且所測試的纖維子樣的物理性能是纖維延伸率。
全文摘要
一種軋棉處理控制系統,其包括在棉花經過軋棉機時用於測量其物理性能的測試臺。水分傳感器在較寬的整個取值範圍上確定棉花中的水分含量。質量性能監控器可確定棉花的顏色、顏色分布以及夾雜在棉花中的廢料或其它雜物的數量和種類。馬克隆尼纖維細度測試裝置可確定馬克隆尼纖維細度和棉花成熟度。纖維長度測試儀可提供棉花纖維的長度分布、破壞強度和延伸率等信息。棉花試樣從軋棉棉流中抽取,並以人工、半自動和全自動的方式提供給測試臺。在全自動裝置中,測試臺直接與軋棉機相聯。測試臺還與軋棉處理控制系統相聯,該控制系統利用測試臺所測得的數據來自動地控制軋棉機的操作。或者,測試臺安裝到一個獨立的裝置中。在半自動形式的獨立裝置中,試樣由人工抽取並提供給箱體中的裝置,以便於測試臺自動地進行二次抽樣和測試。在該半自動形式下,該測試臺的結構可以與全自動在線裝置的結構相同。在人工形式的獨立裝置中,試樣由人工抽取並人工送入到各種不同的測試臺中。獨立裝置所報告的信息可用於人工控制軋棉機的操作。
文檔編號D06H3/00GK1290344SQ99802732
公開日2001年4月4日 申請日期1999年1月25日 優先權日1998年2月6日
發明者H·M·戈拉施, M·E·加永, M·A·奧弗貝 申請人:澤韋格路瓦有限公司