新型機(jī)采棉棉葉清理機(jī)的探討與應(yīng)用

■吳國江顧新

〔1第五師89團(tuán)供應(yīng)站，新疆博樂833408〕

〔2第五師供銷社棉麻公司，新疆博樂833408〕

新型機(jī)采棉棉葉清理機(jī)的探討與應(yīng)用

■吳國江1顧新2

〔1第五師89團(tuán)供應(yīng)站，新疆博樂833408〕

〔2第五師供銷社棉麻公司，新疆博樂833408〕

一、技術(shù)背景

兵團(tuán)第五師89團(tuán)2014年種植機(jī)采棉6600多hm2（10萬余畝），春季氣溫回升較慢，棉花播種時(shí)間比往年有所推遲。4月底5月初遭遇三次較大的風(fēng)災(zāi)，部分棉花重新播種，8月底到9月陰雨天氣較多，采摘期比往年推遲了15天，10月氣溫偏低，部分機(jī)采棉脫葉效果差，造成了采摘后的機(jī)采棉含雜率較高，加工出的皮棉等級(jí)低，給團(tuán)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)造成了很大的損失。

2014年10月10日筆者對(duì)加工廠四條機(jī)采棉加工生產(chǎn)線加工的皮棉質(zhì)量進(jìn)行跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，第四生產(chǎn)線情況較為突出，有相當(dāng)部分皮棉由于含雜（主要是棉葉）較高而降低等級(jí)。為此，筆者又對(duì)第四生產(chǎn)線的設(shè)備，工藝環(huán)節(jié)及籽棉進(jìn)行了排查發(fā)現(xiàn)設(shè)備、工藝布局是合理的，主要問題出在籽棉質(zhì)量上。1.在加工回潮率、含雜率均大于12%的機(jī)采棉時(shí)，皮棉含雜明顯增大。2.空氣濕度影響籽棉加工，在0℃～10℃時(shí)，空氣濕度為70%～90%，皮棉含雜明顯增大。3.機(jī)采棉模塊影響加工質(zhì)量，機(jī)采棉在打模夯實(shí)時(shí)造成棉葉擠壓破碎增加了與棉纖維的附著力。由此可見，影響皮棉質(zhì)量的主要因素是機(jī)采棉回潮率、含雜率過高，空氣濕度較大，棉模含雜率大。

二、籽棉的物理性能及回潮率對(duì)皮棉質(zhì)量的影響

回潮率是影響棉花加工質(zhì)量的最主要因素之一。籽棉回潮率過高容易成團(tuán)，既影響風(fēng)力傳輸，又影響清雜和棉卷轉(zhuǎn)動(dòng)，使整個(gè)軋花工藝過程不能順利進(jìn)行，軋出的皮棉外觀形態(tài)差、棉結(jié)、索絲增加和等級(jí)均下降，降低了經(jīng)濟(jì)效益。籽棉回潮率過高，對(duì)儲(chǔ)存也不利。而棉花回潮率偏低，加工時(shí)容易損傷纖維，皮棉中短纖維量增加，棉纖維易積靜電，使軋花不能正常進(jìn)行。上述系列問題的原因是棉花在吸水后物理性能發(fā)生了變化。

（一）棉纖維吸水后物理性能的變化

1.回潮率對(duì)斷裂強(qiáng)度的影響。

回潮率增加，斷裂比強(qiáng)度也隨之增加。根據(jù)相關(guān)資料介紹，棉纖維濕態(tài)時(shí)，斷裂比強(qiáng)度為2.2cN/tex～4.0cN/tex，（正常為1.8cN/tex～3.1cN/tex）斷裂伸長比為25%～30%（正常為3%～10%），濕干斷裂伸長比為110%，彈性較差。

2.回潮率與彈性的關(guān)系。

棉纖維的彈性隨回潮率的增加而減少。當(dāng)空氣中相對(duì)濕度由10%增加到80%時(shí)，棉纖維回潮率由2.3%上升到10%，棉纖維剛性由（表面張力）8.6dyn/m2下降到5dyn/m2。

3.回潮率越高，棉卷箱的摩擦系數(shù)越高。

4.回潮率越高，棉纖維色澤變深發(fā)灰。當(dāng)回潮率由8%升至14%時(shí)，同等級(jí)的棉籽色澤可相差1個(gè)～1.5個(gè)等級(jí)。

5.棉纖維吸濕時(shí)放熱；放濕時(shí)吸熱。

6.棉纖維干的時(shí)候是絕緣體，吸濕后則變?yōu)閷?dǎo)電體。

7.棉纖維吸濕時(shí)會(huì)發(fā)生有限度的膨脹，密度增加。

由于棉纖維吸水后會(huì)發(fā)生上述有關(guān)物理性能的變化，因此，對(duì)軋花工藝、皮棉產(chǎn)量和質(zhì)量等會(huì)產(chǎn)生很大影響。

（二）回潮率對(duì)皮棉質(zhì)量的影響

籽棉回潮率太高時(shí)，密度加大，而且與管壁的摩擦力增大，消耗動(dòng)力加大，容易沉積在平管中，造成堵塞，使氣流輸送不能正常運(yùn)行，輸棉量減少。

籽棉回潮率過高，纖維彈性逐步消失，容易與其中的雜質(zhì)纏繞，使軋花過程中各種清雜的裝置失去清雜作用。齒釘式清花機(jī)和提凈式清花機(jī)的U形齒條輥的齒條很容易被濕花糊住，造成齒釘鉤拉棉纖維效果減弱，產(chǎn)生大量索絲和小花頭。

棉纖維的回潮率高，摩擦力增加，易造成火災(zāi)和打壞機(jī)件事故。

棉纖維回潮率高，濕花密度增大，受慣性離心力加大，容易在上排雜刀前排白棉和皮棉機(jī)清理機(jī)刀前跑白棉，加大了衣分損失。

棉纖維回潮率太高，與棉卷箱表面摩擦力增加，使棉卷轉(zhuǎn)動(dòng)不正常，即使勉強(qiáng)工作，工作效率極低。加工濕花時(shí)由于棉卷偏松，毛頭率無法控制，衣分損失嚴(yán)重。

棉纖維回潮率過高，彈性消失，在輸棉、清花、棉卷轉(zhuǎn)動(dòng)與刷棉過程中，棉纖維受摩擦、旋轉(zhuǎn)和相互之間揉搓會(huì)產(chǎn)生大量的棉結(jié)、索絲，嚴(yán)重影響皮棉的軋工質(zhì)量。

濕籽棉棉籽皮較軟，在鉤拉棉纖維時(shí)，容易被鋸齒剝下來，造成黑星和疵點(diǎn)。

皮棉回潮率過高，彈性降低，打包時(shí)不易控制而產(chǎn)生超重或超輕包。

皮棉回潮率太高，色澤會(huì)發(fā)生變化，回潮率超過14%時(shí)，皮棉實(shí)測(cè)等級(jí)至少與原等級(jí)相差一個(gè)等級(jí)。

付軋的棉纖維回潮率低，棉纖維彈性好，便于清雜和加工。但由于棉纖維強(qiáng)度變?nèi)?，加工中易打斷纖維，短纖維含量增加。干纖維是絕緣體，容易積累靜電并吸附在管壁上，給加工造成影響。

綜上所述，加工回潮率偏高的籽棉時(shí)，生產(chǎn)效率成倍降低，棉結(jié)、索絲增多，衣分損失加大，皮棉品級(jí)降低，成本成倍增加。從經(jīng)濟(jì)效益上來說，應(yīng)該盡量避免軋花廠的虧損。另外，干纖維的彈性較大，會(huì)加大打包機(jī)的動(dòng)力消耗。經(jīng)美國學(xué)者研究，棉花加工時(shí)籽棉的最佳回潮率應(yīng)該在6.5%～8%這個(gè)區(qū)間，既具有強(qiáng)度，保持一定的彈性，又能確保軋花過程順利進(jìn)行。1926年美國就開始使用烘干機(jī)，并且對(duì)過干的棉花用濕的空氣進(jìn)行加濕，使棉花在加工過程中保留棉纖維的原有品質(zhì)，從而獲得最大商業(yè)利潤。

三、棉花水分調(diào)控的原理

棉纖維的主要成分是纖維素，纖維素分子中存在著基團(tuán)羥基。纖維素中有很多微小的細(xì)孔和縫隙，具有毛細(xì)管吸水的作用，纖維素的表面也能使游離水黏附，所以，纖維素具有較強(qiáng)的親水性。水以兩種形式存在于纖維素中，一種是結(jié)合水，這種水是以氫鍵的形式與棉纖維分子牢固結(jié)合在一起的，它和棉纖維緊密聯(lián)系在一起，共同決定棉纖維的特性和使用價(jià)值，一般情況下不蒸發(fā)，不與酶和微生物發(fā)生作用。毛細(xì)管中的水和表面吸附的水叫游離水，這種水在纖維中的含量在外界一定的溫度和濕度條件下保持著動(dòng)態(tài)的平衡關(guān)系。當(dāng)外界溫度較高、濕度較低時(shí)，游離水容易逸出棉纖維，棉纖維含水減少；當(dāng)外界溫度較低、濕度較高時(shí)，外界的水分又回到棉纖維中，使棉纖維含水增加。所以，游離水是纖維素含水發(fā)生變化的主體。

空氣容納水蒸氣的能力與溫度有關(guān)，空氣被加熱后，其容納水蒸氣的能力迅速提高，當(dāng)氣溫從25℃上升到100℃時(shí)，空氣容納水蒸氣的能力是25℃時(shí)的25倍。當(dāng)回潮率高的棉纖維放置于相對(duì)濕度低的高溫空氣中時(shí)，棉纖維被加熱，纖維中的游離水得到能量，活力加強(qiáng)，外部水分濃度又低于棉纖維中水分的濃度，于是纖維素中大量的水分很快逸出棉纖維，跑到熱空氣中，棉纖維變干。當(dāng)回潮率低的棉纖維接觸到含水高的潮濕空氣后，棉纖維的親水性和棉纖維本身含水濃度小于外界，于是潮濕空氣中的水分子大量進(jìn)入棉纖維，使棉纖維變濕。棉花加工正是利用這種棉纖維的親水性和空氣容納水分的特殊性來對(duì)過干或過濕的棉纖維進(jìn)行水分的調(diào)節(jié)。

11月以后，我國北方的溫度陡降，相對(duì)濕度上升，空氣中水分飽和，晚上結(jié)霜，棉花開始吸收水分。因?yàn)槊藁ㄎ畷r(shí)放熱，所以棉垛內(nèi)溫度上升，為細(xì)菌和各種霉菌生長提供了極佳的生長條件，給棉花儲(chǔ)存和正常軋花帶來了很大困難。為保證軋花品質(zhì)，加工高水分籽棉時(shí)應(yīng)使用棉花烘干工藝，使加工后的棉纖維獲得優(yōu)良品質(zhì)和最大的經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造條件。

四、棉纖維與雜質(zhì)之間的關(guān)系

棉花的天然轉(zhuǎn)曲是棉纖維區(qū)別于其他纖維的特征。天然轉(zhuǎn)曲是棉纖維在生長發(fā)育過程中沿長度方向上產(chǎn)生的扭曲。這種扭曲常用1mm長度轉(zhuǎn)180°的個(gè)數(shù)來表示，扭曲在機(jī)械作用下不會(huì)消失。棉纖維之間的這種天然轉(zhuǎn)曲相互鑲嵌和鉤拉，即使在沒有反向壓力存在的條件下，相互之間的切向運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，這種力稱為抱合力。雖然棉纖維之間的抱合力有利于紡紗和提高棉紗的質(zhì)量及單紗強(qiáng)度，但是，棉纖維的抱合力同樣作用于與棉纖維混合在一起的雜質(zhì)上，給棉花加工中的清雜帶來了一定的難度。在棉纖維表面上的棉葉、草屑比較容易清除，而清除棉纖維之間的雜質(zhì)就比較困難。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)的大量數(shù)據(jù)證明：雜質(zhì)與纖維附著力的大小，既隨細(xì)小雜質(zhì)質(zhì)量的增大而增大，又隨著纖維回潮率的提高而增大，雜質(zhì)與棉纖維的附著力平均增加1.3倍，幾乎是直線上升。

當(dāng)棉纖維回潮率高時(shí)，彈性消失，容易互相糾纏成團(tuán)，此時(shí)雜質(zhì)要脫離棉纖維的束縛，既要克服自身與棉纖維之間的摩擦力，又要沖破纖維構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)之間的抱合力，為此，雜質(zhì)不容易被分離。當(dāng)棉纖維；回潮率降低時(shí)，由于棉纖維彈性恢復(fù)而舒展，纖維之間的聯(lián)系松弛，相互之間的抱合力變小，因此雜質(zhì)容易被分離。研究分析雜質(zhì)與纖維附著力關(guān)系，可以得出棉花除雜的四個(gè)必要條件。

1.需要除雜的棉花越干越好，越蓬松越好，纖維彈性越大越好。2.提供足夠讓雜質(zhì)脫離棉纖維束縛的外力。3.提供雜質(zhì)離開棉纖維的足夠的時(shí)間。4.為需要分離的棉纖維和雜質(zhì)提供適度寬裕的空間。

在棉花加工過程中，把各種雜質(zhì)從棉纖維中清除掉是一項(xiàng)重要工作。自從1840年發(fā)明制造出第一臺(tái)木制翼板打手籽棉清理機(jī)以來，人們?cè)O(shè)計(jì)制造了各種不同構(gòu)造和原理的棉花清理機(jī)械，用于對(duì)籽棉和皮棉的清理除雜。從清雜的原理上分，把棉花清理機(jī)械分成氣流式和機(jī)械式棉花除雜設(shè)備兩大類。籽棉和皮棉的結(jié)構(gòu)特征不同，含雜質(zhì)的種類不同，籽棉清理機(jī)與皮棉清理機(jī)所采用的主要加工方式也有一定的區(qū)別。在籽棉清理的工藝中，人們根據(jù)重雜、大雜、細(xì)小塵雜等的物理特征，分別采用了不同類型和原理的清雜機(jī)械。

五、解決辦法

在了解了籽棉的物理性能及水分控制原理和雜質(zhì)的關(guān)系后，得出了籽棉在加工過程中除雜的四個(gè)必要條件?，F(xiàn)有機(jī)采棉加工工藝也是根據(jù)這四個(gè)必要條件設(shè)計(jì)的，只是對(duì)籽棉的質(zhì)量要求進(jìn)行了規(guī)定，籽棉回潮率、含雜率不能超過12%，空氣濕度相對(duì)低的情況下才能加工出符合要求的皮棉。近幾年來，新疆西北地區(qū)在籽棉收購加工季節(jié)氣溫偏低，陰雨天較多，給機(jī)采棉的采收、儲(chǔ)存、交售、加工帶來了諸多問題。很多加工企業(yè)都在積極探索解決的辦法，國內(nèi)棉機(jī)生產(chǎn)廠家也都推出專業(yè)的棉葉清理機(jī)及多功能棉葉清理機(jī)，在部分加工企業(yè)使用后取得了不錯(cuò)的效果。

筆者通過調(diào)查，將目前國內(nèi)生產(chǎn)的棉葉清理機(jī)進(jìn)行對(duì)比并結(jié)合自身的生產(chǎn)線工藝環(huán)節(jié)特點(diǎn)進(jìn)行論證，制定出了解決改造的辦法。原則上：1.改造時(shí)對(duì)工藝環(huán)節(jié)不能大動(dòng)。2.對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備不能更換。3.正式棉花加工生產(chǎn)階段，不能停機(jī)改造時(shí)間過長以至于耽誤生產(chǎn)。4.選擇既能清理棉葉又能起到烘干效果的設(shè)備。5.設(shè)備的體積不能太大占用較多的空間，影響安全生產(chǎn)。6.減少皮棉含雜率。

六、設(shè)備選型及方案制定

根據(jù)以上原則的要求，結(jié)合筆者對(duì)國內(nèi)生產(chǎn)的棉葉清理機(jī)性能對(duì)比論證，選定了石河子開發(fā)區(qū)銀彩棉業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的MQY-10T機(jī)采棉清雜清葉機(jī)。

（一）設(shè)備特點(diǎn)

設(shè)備為全封閉結(jié)構(gòu)，籽棉在經(jīng)過本機(jī)時(shí)為懸浮狀態(tài)，不易堵塞，不損傷纖維。

設(shè)備可以安裝到第一道或第二道烘干塔之后，增加了烘干通道長度，起到了烘干效果。

增設(shè)了三絲纏繞輥，能清理部分長短三絲。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理易操作，無需專人看管，雜質(zhì)自動(dòng)吸走，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

根據(jù)含雜的大小調(diào)節(jié)快慢擋，有利于機(jī)器發(fā)揮最佳效果。

外形美觀大方，既使操作運(yùn)行安全有保障，又有機(jī)械保護(hù)和車間防塵的作用。

該設(shè)備利用現(xiàn)有的烘干塔與籽棉分離器之間的輸送管道進(jìn)行工作，除了自身動(dòng)力無需任何附屬設(shè)備。

（二）工作原理

機(jī)采棉在正壓熱風(fēng)的作用下經(jīng)一道烘干后進(jìn)入本機(jī)三角箱進(jìn)料口，經(jīng)三絲纏繞輥纏繞后進(jìn)入本機(jī)清花輥筒箱體。MQY-10T機(jī)采棉清雜清葉機(jī)有著充分的擴(kuò)散空間，含雜籽棉在本機(jī)中處于懸浮真空狀態(tài)，籽棉在齒釘輥打擊的作用下與雜質(zhì)分離，雜質(zhì)在格條柵的阻擋下滑落至下閉風(fēng)器后排出，清理后的籽棉經(jīng)齒釘輥的作用向出口運(yùn)動(dòng)，然后被下一道清理機(jī)上的負(fù)壓風(fēng)吸走，吸雜風(fēng)機(jī)和卸料器將雜質(zhì)輸送至車間外。

（三）設(shè)備性能

MQY-10T機(jī)采棉清雜清葉機(jī)設(shè)計(jì)安裝在一道（二道）烘干后的工藝管道中，和普通清理機(jī)相比，機(jī)內(nèi)籽棉在真空高溫狀態(tài)下更均勻，起到了清理烘干效果，故籽棉水分有所降低，清理效果相對(duì)較好。細(xì)硬雜質(zhì)下降25%，細(xì)小棉葉下降35%，沒有堵塞現(xiàn)象。

該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：籽棉處理量8000kg/h～12000kg/h，配用功率17.2kW，外型尺寸為6000mm×2800mm×4200mm（包括鋼架平臺(tái)）。

（四）制定實(shí)施方案

根據(jù)MQY-10T機(jī)采棉清雜清葉機(jī)特點(diǎn)、性能、工作原理及現(xiàn)有的生產(chǎn)線工藝布局，將設(shè)備安裝在在一道烘干后的工藝管道中，增加旁路通道，可以根據(jù)籽棉回潮率、含雜率大小選擇加工工藝實(shí)施方案。2014年10月20日設(shè)備安裝實(shí)施，一天半時(shí)間就全部安裝完成。

七、使用效果

該設(shè)備使用后，達(dá)到了預(yù)期效果。該設(shè)備一機(jī)多用，既可以清理雜質(zhì)和長三絲，又可以起到籽棉烘干作用。增加了烘干通道，避免因籽棉水分較高采用高溫烘干造成皮棉等級(jí)下降。根據(jù)籽棉回潮率、含雜率情況選擇加工工藝。生產(chǎn)的皮棉含雜率降低0.6%～0.7%。

八、結(jié)束語

第五師89團(tuán)加工廠第四生產(chǎn)線通過2014年的使用，生產(chǎn)出的皮棉等級(jí)有較大的提高，得到了師農(nóng)業(yè)局棉麻公司高度重視，并在2015年全師棉花加工廠推廣。目前89團(tuán)加工廠第二生產(chǎn)線、81團(tuán)、90團(tuán)加工廠均安裝該設(shè)備，取得了較好效果。需要說明的是，生產(chǎn)線的改造要因地制宜、結(jié)合實(shí)際，根據(jù)收購籽棉質(zhì)量、生產(chǎn)線工藝布局、影響皮棉質(zhì)量的因素、車間的空間量身制定，只有選擇符合自身?xiàng)l件的設(shè)備，才能達(dá)到預(yù)期目的?！?/p>