棉花加工過程中皮棉回潮率對打包重量的影響

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〔1.河南輕工職業(yè)學(xué)院機電工程系，河南 鄭州 450002〕

〔2.鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南 鄭州 450003〕

棉花加工過程中，打包是最后一個環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。打包過程中，應(yīng)注意控制棉包的密度和體積。如果棉包的密度過高，纖維將受到損傷。在一定密度下，棉包體積過大，降低打包機的生產(chǎn)率，也浪費包裝物料且不便于搬運[1]。棉纖維是吸濕性物質(zhì)，其物理特性受其回潮率的影響。回潮率過低，棉纖維強力降低，剛度增大；回潮率過高，其強力增加，彈性增大[2]。在棉包體積一定時，回潮率的高低將最直接反映棉包重量的變化，控制打包過程中的回潮率可以減少打包過程對棉纖維的損傷。棉包重量過重和皮棉回潮率過低都會導(dǎo)致棉包在存儲、運輸過程中出現(xiàn)“崩包”現(xiàn)象[3，4]。為此，探尋棉花加工過程中皮棉回潮率和打包重量的關(guān)系有實際意義。

近些年來，針對新疆棉區(qū)棉花加工過程中皮棉打包的研究主要集中于解決棉包“崩包”問題。陳延華對新疆棉包的“崩包”問題進(jìn)行了技術(shù)分析，解決“崩包”需要從控制包重、棉花回潮率和控制棉包捆扎材料這三個方面著手[5]。吳新生等針對新疆棉花加工、包裝、運輸過程中出現(xiàn)的“崩包”問題，提出了提高包裝材料的抗拉強度、伸長率和反復(fù)彎曲次數(shù)[6]的建議。針對新疆棉區(qū)棉花加工過程中回潮率相關(guān)技術(shù)的研究主要集中在棉花加工過程中回潮率對棉花加工質(zhì)量的影響。谷國富對新疆機采棉不同工藝環(huán)節(jié)棉花品質(zhì)變化進(jìn)行了研究，得出隨著加工工藝的推進(jìn)，棉花反射率、黃色深度上升，棉纖維長度下降[7]。梁后軍等研究了新疆機采棉加工過程中棉纖維長度、短纖維含量隨加工工序的變化情況，得出現(xiàn)行鋸齒加工系統(tǒng)對纖維長度、長度整齊度及短纖維指數(shù)的絕對值或相對值影響不大，但從統(tǒng)計學(xué)角度看變化顯著[8]。

目前針對新疆棉區(qū)棉花加工過程中皮棉回潮率對打包重量的影響研究尚未見報道。為此，本文選取某軋花車間的整個軋季的打包皮棉回潮率在線檢測數(shù)據(jù)和皮棉打包重量為研究對象，分析皮棉回潮率對打包重量的影響，以及皮棉回潮率與打包重量的關(guān)系。為棉花加工過程中棉包重量的控制和棉花加工工藝的優(yōu)化提供理論參考。

一、材料與方法

（一）試驗設(shè)備

MDY400系列液壓打包機（南通棉花機械有限公司），TCS600電子臺秤（梅特勒-托利多稱重設(shè)備系統(tǒng)有限公司），XJ101Z型棉包回潮率在線測定裝置（陜西華斯特儀器有限責(zé)任公司）。

（二）研究方法

選取2020年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師某軋花車間鋸齒機采細(xì)絨棉生產(chǎn)線。棉花加工開始前，對選定的軋花車間的棉包回潮率在線測定裝置按照J(rèn)JG 1008—2006檢定合格，并調(diào)試MDY400系列液壓打包機能夠按照棉花包裝符合標(biāo)準(zhǔn)GB 6975—2013加工出合格的棉包。棉花加工開始后，按照GH/T 1066—2010棉包信息采集技術(shù)規(guī)程，對生產(chǎn)過程中每個棉包通過XJ101Z型棉包回潮率在線測定裝置檢測棉包回潮率和通過TCS600電子臺秤采集棉包重量，并通過棉包信息采集系統(tǒng)記錄對應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)。

整個軋季共獲得皮棉回潮率數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的棉包重量數(shù)據(jù)共114 356組。為了更好地研究皮棉回潮率對打包重量的影響以及二者的關(guān)系，忽略棉花品種、成熟度等檢測數(shù)據(jù)的影響。首先對該廠整個軋季的皮棉回潮率和棉包重量數(shù)據(jù)分布進(jìn)行描述性統(tǒng)計。表1為皮棉回潮率的統(tǒng)計結(jié)果，由統(tǒng)計知皮棉維回潮率分布在3.5%～8.4%之間，將樣本數(shù)據(jù)按照0.2%等間隔分成26組，繪制皮棉回潮率的分布頻率直方圖，如圖1所示。表2為棉包重量的統(tǒng)計結(jié)果，由統(tǒng)計知棉包重量分布在215 kg～236 kg之間，將樣本數(shù)據(jù)按照1 kg等間隔分成26組，繪制棉包重量的分布頻率直方圖，如圖2所示。

表1 皮棉回潮率統(tǒng)計值

圖1 皮棉回潮率直方圖

表2 棉包重量統(tǒng)計值

圖2 棉包重量直方圖

由統(tǒng)計值及其頻率直方圖可以看出，皮棉回潮率在3.50%～8.40%，皮棉回潮率均值在5%左右。由于部分檢測數(shù)據(jù)頻數(shù)較小，考慮到皮棉回潮率95%的概率分布在3.72%～6.21%之間，選擇皮棉回潮率的研究范圍為3.80%～6.20%。采用單因素方差分析皮棉回潮率對打包重量的影響，該方法討論一種因素對試驗結(jié)果有無顯著影響。采用一元線性回歸分析皮棉回潮率和打包重量的關(guān)系，該方法是研究1個因變量與1個自變量間多項式的回歸分析方法[9]。

（三）數(shù)據(jù)處理

采用Excel2019對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和描述性統(tǒng)計，Origin9.0對數(shù)據(jù)單因素方差分析、數(shù)據(jù)擬合及圖形繪制。

二、結(jié)果與分析

（一）不同皮棉回潮率對棉包重量的影響

表3為不同回潮率對棉包重量的影響，顯示皮棉回潮率在3.8%～6.2%范圍內(nèi)，棉包的重量在225.46 kg～228.41 kg。皮棉回潮率為3.8%時，棉包的重量最小，為225.46 kg，標(biāo)準(zhǔn)差為4.17，變異系數(shù)為0.018 5；皮棉回潮率為6.2%時，棉包的重量最大，為228.41 kg，標(biāo)準(zhǔn)差為4.19，變異系數(shù)為0.018 4。通過方差分析得出，棉花回潮率的變化對棉包重量的影響較為顯著（P＜0.05）。結(jié)合表3，可知隨著皮棉回潮率的增加，棉包重量基本呈上升趨勢。

表3 不同皮棉回潮率對棉包重量的影響

（二）皮棉回潮率與棉包重量的擬合關(guān)系

根據(jù)不同回潮率對應(yīng)的棉包重量的統(tǒng)計結(jié)果，二者的變化趨勢近似線性，通過Origin 9.0軟件進(jìn)行回潮率和棉包重量的一元線性函數(shù)的回歸分析，分析見式（1），并擬合出二者的關(guān)系曲線圖，如圖3所示。

圖3 皮棉回潮率與棉包重量的關(guān)系曲線

式（1）中x為皮棉打包回潮率，%；y為棉包重量，kg。在給定的顯著性水平0.05下，F(xiàn)檢驗顯著并且調(diào)整的多重判定系數(shù)為0.961，接近1，可判斷所建立的模型可靠程度較高。由擬合數(shù)學(xué)模型（1）知，皮棉回潮率由3.8%增加到6.2%，棉包重量由224.81 kg增加到228.38 kg，增加了3.57 kg，回潮率每增加1%，打包重量增加約1.49 kg。

三、討論

結(jié)果表明，皮棉回潮率對打包重量的影響顯著，隨著回潮率的增加，打包重量增加。皮棉打包過程中，通常采用恒定踩棉預(yù)壓力值的方式控制最終棉包的重量，提高棉包重量的一致性。研究表明：棉纖維是吸濕性物質(zhì)，其物理特性受回潮率的影響較大，回潮率大，棉纖維的強力增加，剛性降低；回潮率低時，則相反。結(jié)合研究結(jié)果分析，對于皮棉打包，踩棉預(yù)壓力值恒定時，回潮率低，棉包重量??；回潮率高，棉包重量大。GB/T 9653—2006《棉花打包機系列參數(shù)》中規(guī)定普遍采用的400型打包機的包重227±10 kg（包型尺寸1 400mm×530mm×700mm）[10]。由數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，棉包重量的平均值為226.900 kg，范圍為224.37 kg～235.50 kg。根據(jù)皮棉回潮率和棉包重量的擬合關(guān)系式，棉包重量的偏差為±10 kg，對應(yīng)的皮棉回潮率的偏差為±6.74%，實際皮棉回潮率變化范圍為3.50%～8.40%，回潮率偏差最大為4.9%，遠(yuǎn)小于6.74%，實際加工過程中棉包的重量偏差為±3.63 kg。由此可見，實際棉花加工過程中棉包重量不會超出227±10 kg。根據(jù)以上分析得出，可通過控制皮棉回潮率的變化范圍進(jìn)一步提高棉包重量的一致性。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細(xì)絨棉》中規(guī)定棉花公定回潮率為8.5%[11]。統(tǒng)計結(jié)果表明，皮棉纖維回潮率分布在3.5%～8.4%之間，均值為4.966%，可見實際皮棉回潮率遠(yuǎn)低于公定回潮率8.5%。如果打包過程中的皮棉回潮率為8.5%，根據(jù)皮棉回潮率和棉包重量的擬合關(guān)系式可以得出，皮棉回潮率8.5%對應(yīng)的棉包重量為231.79 kg，大于227 kg，故當(dāng)回潮率高時可以在一定程度上降低踩棉壓力值。降低踩棉壓力值可以減少打包對棉纖維的損傷，減少儲存、運輸過程中棉包“崩包”現(xiàn)象。根據(jù)以上分析，棉花加工過程中，更加精準(zhǔn)控制棉包的重量，需要在打包前增加皮棉加濕環(huán)節(jié)。

四、結(jié)論

1.棉花加工過程中皮棉回潮率對打包重量的影響較為顯著。打包機踩棉預(yù)壓力值恒定時，隨著皮棉回潮率的增加，打包重量增加，回潮率每增加1%，打包重量增加約1.49 kg。

2.棉花加工過程中，可通過控制皮棉回潮率的變化范圍進(jìn)一步提高棉包重量的一致性。

3.為降低打包對棉纖維的損傷，減少儲存、運輸過程中棉包“崩包”現(xiàn)象，降低棉花加工過程中打包所需的踩棉壓力值，更加精準(zhǔn)控制棉包的重量，在棉花加工過程中，需要調(diào)節(jié)皮棉的回潮率，即在打包前增加皮棉加濕環(huán)節(jié)。