棉花雜質(zhì)含量在鋸齒加工過程中變化狀況研究

周萬懷++++梁后軍++++李浩++++徐守東++++劉從九++++常郝

摘要

本文研究了機采棉加工過程中雜質(zhì)含量變化情況。本研究選擇雜質(zhì)含量較高的機采棉為研究對象，選用當前主流的鋸齒加工設(shè)備，在每道工序前后設(shè)置取樣點，分別采用原棉雜質(zhì)分析儀YG042和HVI1000檢測雜質(zhì)含量，并分析每道工序前后棉花雜質(zhì)含量變化趨勢。研究結(jié)果表明，現(xiàn)行主流鋸齒加工整體清理雜質(zhì)效果顯著，但部分籽棉清理工序和部分皮棉清理工序無顯著雜質(zhì)清理效果。

關(guān)鍵詞：機采棉；雜質(zhì)；鋸齒加工；YG042；HVI1000

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

新疆的棉花種植在全國具有典型的代表性，尤其是新疆已經(jīng)大面積推廣機采棉，因此所有試驗樣品均取自新疆；基于地理位置（地域涵蓋南北疆）、加工設(shè)備完整性（四道籽清和三道皮清）和代表性等因素，所選取樣點包括石河子8師149團、奎屯7師125團、庫爾勒2師29團、阿拉爾1師13團；每個取樣點選擇一個生產(chǎn)工藝最為完備的加工廠，每個加工廠選取5個棉模、分別在生產(chǎn)線上設(shè)置9個取樣點、每個棉模對應(yīng)的每個取樣點重復取樣6次，每個廠區(qū)總計樣品量270個，每個籽棉樣品質(zhì)量≥1.5kg、每個皮棉樣品質(zhì)量≥0.3kg。

1.2 試驗儀器

常州市天祥紡織儀器有限公司生產(chǎn)的原棉雜質(zhì)分析儀YG042，由瑞士伍斯特公司（Uster Technologies）生產(chǎn)的大容量棉花纖維檢測儀（High volume instrument， HVI）。其中，YG042符合棉花雜質(zhì)含量檢測的國家標準[1， 2]，棉羅拉轉(zhuǎn)速（1.9±0.03）r/min、刺棍轉(zhuǎn)速（950±50）r/min、電機轉(zhuǎn)速1410r/min、測量精度0.01；USTERRHVI1000是全球公認的棉花分級統(tǒng)一標準檢測儀器[3-4]，每個樣品平均測試用時≤1min，檢測指標多達17項，工作溫度（20±2）℃，工作濕度（65±3）%。

1.3 雜質(zhì)檢測

分別采用YG042和USTERRHVI 1000獨立檢測樣品雜質(zhì)。對籽棉樣品進行試軋，保留試軋雜質(zhì)、棉籽和皮棉；將每個皮棉樣品分為三份，分別為供原棉雜質(zhì)分析儀YG042檢測分析的樣品100g、供HVI檢測分析的樣品100g、其他備用。樣品及雜質(zhì)稱量均采用HZY-B（美國華志）高精度天平，量程3200g、精確度0.01g。稱量過程中關(guān)閉門窗以免氣流對稱量結(jié)果造成的影響，待讀數(shù)穩(wěn)定3秒鐘以上記錄數(shù)據(jù)以保證稱量結(jié)果的準確性。

1.4 差異分析

方差分析[5， 6]可用于檢驗兩個及以上樣本均值總體差異性的重要統(tǒng)計方法。

其理論基礎(chǔ)：

（1）

其中，

（2）

（3）

本研究使用ANOVA檢驗多道工序之間棉花樣本雜質(zhì)含量的差異性。假設(shè)工序p1執(zhí)行前棉花樣品雜質(zhì)含量為X1={X11，X12，X13，... ，X1n}，工序p1執(zhí)行后棉花樣品雜質(zhì)含量為X1={X21，X22，X23 ，... ，X2n}，通過分析X1和X2之間的差異性以確定清理雜質(zhì)效果的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 YG042檢測結(jié)果與分析

如上所述原棉雜質(zhì)分析儀YG042利用棉花纖維和雜質(zhì)的物理特性差異將棉花纖維和雜質(zhì)分離，容易直接獲取每個加工環(huán)節(jié)之后的棉花實際雜質(zhì)含量。以下分別從總體檢測結(jié)果和各加工廠檢測結(jié)果角度進行分析。

2.1.1 總體檢測結(jié)果與分析

各取樣點的加工設(shè)備主體相近，通過總體檢測結(jié)果分析能夠體現(xiàn)該類加工設(shè)備加工過程中棉花雜質(zhì)含量變化整體趨勢，檢測結(jié)果如圖1所示。

圖中所列含雜率數(shù)據(jù)為對應(yīng)各取樣點所有樣品檢測數(shù)據(jù)的平均值，每個取樣點總體樣品量為120個（4廠區(qū)數(shù)×5棉模數(shù)×6每個棉模每道工序取樣數(shù)），由此可見該統(tǒng)計結(jié)果具有較普遍和較強的代表性。

2.1.2 各加工廠檢測結(jié)果與分析

分別針對各個加工廠，經(jīng)各加工環(huán)節(jié)處理后對棉花雜質(zhì)含量進行分析，結(jié)果如圖2所示。

由圖2不難發(fā)現(xiàn)，各加工廠棉花雜質(zhì)含量隨著加工工序的不斷推進總體呈遞減趨勢，但在軋花環(huán)節(jié)后雜質(zhì)含量較前一加工環(huán)節(jié)有所上升，主要是由于軋花環(huán)節(jié)產(chǎn)生的次生雜質(zhì)所致；第二道籽清至第三道皮清的雜質(zhì)清理效果存在較大差異，尤其當棉花本身含雜率較低時，清理效果不顯著，如7師125團和1師13團數(shù)據(jù)顯示雜質(zhì)清理效果不顯著。進一步深入分析各加工環(huán)節(jié)前后棉花樣品雜質(zhì)含量的差異顯著性，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)ANOVA分析原理，當F≥1、P≤0.05時，兩者在95%的置信水平下差異顯著，否則無顯著差異。由此可見，整個加工過程清理雜質(zhì)效果顯著（1～9），部分廠區(qū)的中間加工環(huán)節(jié)無顯著清理雜質(zhì)的效果，主要集中在第二至四道籽清和軋花環(huán)節(jié)。

2.2 HVI檢測結(jié)果與分析

HVI 1000能夠同時檢測棉花纖維的多項屬性，而本研究中主要討論和分析兩項與棉花雜質(zhì)含量相關(guān)的指標，即“雜質(zhì)顆粒數(shù)”“雜質(zhì)面積百分率”。

2.2.1 總體檢測結(jié)果與分析

樣品總體雜質(zhì)顆粒數(shù)和雜質(zhì)面積百分率隨加工工序變化趨勢如圖3所示。

顯然，隨著加工工序的不斷推進，雜質(zhì)顆粒數(shù)和雜質(zhì)面積百分率均大致呈單調(diào)遞減趨勢，且兩者相關(guān)系數(shù)[7]高達0.997，通過軋花環(huán)節(jié)后兩者均有所升高，分析主要原因為軋花導致籽棉團開松，內(nèi)部雜質(zhì)顯現(xiàn)以及軋花導致少量次生雜質(zhì)，如不孕籽、破籽等。另外，雜質(zhì)顆粒數(shù)和雜質(zhì)面積百分率與YG042檢測的棉花雜質(zhì)含量相關(guān)系數(shù)分別為0.957、0.973，說明YG042和HVI1000的檢測結(jié)果也高度一致。

2.2.2 各加工廠檢測結(jié)果與分析

進一步對各廠區(qū)樣品進行獨立分析。endprint

雜質(zhì)顆粒數(shù)指標變化規(guī)律如圖4所示。各廠區(qū)樣品雜質(zhì)顆粒數(shù)變化規(guī)律與總體樣品雜質(zhì)顆粒數(shù)變化規(guī)律基本一致，均隨著加工工序的不斷推進大致呈單調(diào)遞減趨勢。分別計算各廠區(qū)樣品由HVI 1000檢測的雜質(zhì)顆粒數(shù)和由YG042檢測的雜質(zhì)含量之間的相關(guān)性，得到相關(guān)系數(shù)分別為0.988、0.861、0.993和0.916，平均相關(guān)系數(shù)為0.94，具有較高的正線性相關(guān)性。

進一步深入分析各廠區(qū)、各加工環(huán)節(jié)樣品雜質(zhì)顆粒數(shù)的差異顯著性，結(jié)果如表2所示。整個加工過程清理雜質(zhì)效果顯著（1～9），與YG042檢測分析結(jié)果一致。部分中間加工環(huán)節(jié)無顯著清理雜質(zhì)效果，涉及多道籽清、皮清和軋花環(huán)節(jié)。

繼續(xù)對雜質(zhì)面積百分率指標進行分析，其變化規(guī)律如圖5所示。各廠區(qū)樣品雜質(zhì)面積百分率變化規(guī)律與總體樣品雜質(zhì)面積百分率變化規(guī)律基本一致，均隨著加工工序的不斷推進大致呈單調(diào)遞減趨勢。分別計算各廠區(qū)樣品由HVI 1000檢測的雜質(zhì)面積百分率和由YG042檢測的雜質(zhì)含量之間的相關(guān)性，得相關(guān)系數(shù)分別為0.984、0.859、0.995和0.947，平均相關(guān)系數(shù)為0.946，具有較高的正線性相關(guān)性。

進一步深入分析各廠區(qū)、各加工環(huán)節(jié)樣品雜質(zhì)面積百分率的差異顯著性，結(jié)果如表3所示。整個加工過程清理雜質(zhì)效果顯著（1～9），與HVI 1000檢測的雜質(zhì)顆粒數(shù)指標和YG042檢測的雜質(zhì)含量指標分析結(jié)果一致。部分中間加工環(huán)節(jié)無顯著清理雜質(zhì)效果，涉及多道籽清、皮清和軋花環(huán)節(jié)。

綜上所述，現(xiàn)行主流鋸齒加工工藝整體清理雜質(zhì)效果顯著，但部分雜質(zhì)清理環(huán)節(jié)清理雜質(zhì)效果不顯著，如：第四道籽清和第三道皮清。

3 結(jié)論

分別采用YG042和HVI 1000檢測了直接體現(xiàn)或與雜質(zhì)含量緊密相關(guān)的雜質(zhì)含量、雜質(zhì)顆粒數(shù)和雜質(zhì)面積百分率指標。檢測結(jié)果表明3項指標呈高度線性正相關(guān)，平均最低相關(guān)系數(shù)為0.94，最高相關(guān)系數(shù)為0.997，表明檢測結(jié)果具有較高準確性和可靠性。通過分析雜質(zhì)含量、雜質(zhì)顆粒數(shù)和雜質(zhì)面積百分率變化規(guī)律，總體雜質(zhì)含量由8.35%下降至2.00%、總體雜質(zhì)顆粒數(shù)由155下降至55，總體雜質(zhì)面積百分率由1.91%下降至0.48%，總體雜質(zhì)清理效果顯著；部分YG042檢測數(shù)據(jù)和多處HVI1000檢測數(shù)據(jù)顯示第四道籽棉清理和第三道皮棉清理無顯著雜質(zhì)清理功效。

參考文獻：

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（作者單位：安徽財經(jīng)大學管理科學與工程學院、棉花工程研究所）endprint