清理加工工序?qū)π陆畽C(jī)采棉品質(zhì)的影響

吳艷琴， 田景山， 張煦怡， 徐守振， 左文慶， 張旺鋒， 勾 玲， 張亞黎， 董恒義， 酒興麗， 余永川， 趙 湛

(1. 石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院， 新疆 石河子 832000； 2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán) 綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000； 3. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師， 新疆 石河子 832000； 4. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師， 新疆 阿拉爾 843301)

新疆具有發(fā)展棉花的資源優(yōu)勢(shì)，棉花總產(chǎn)量占全國(guó)的84.9%[1]。發(fā)展機(jī)采棉能有效降低棉花的生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，推動(dòng)棉花生產(chǎn)向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化快速轉(zhuǎn)型。當(dāng)機(jī)采棉田脫葉率大于或等于80%、棉鈴?fù)滦趼蚀笥诨虻扔?5%時(shí)可進(jìn)行一次性機(jī)械采收，機(jī)采作業(yè)一般要求采凈率大于90%、含雜率小于12%。據(jù)調(diào)查，新疆棉區(qū)的機(jī)采棉采凈率在90%以上[2]，機(jī)采籽棉含雜率在3.4%～17.8%之間[3]。籽棉含雜率高，棉花加工廠一般使用多道清理工序以提高原棉外觀品質(zhì)和清雜效率，這勢(shì)必會(huì)造成纖維品質(zhì)的損傷[4-6]。

機(jī)采棉清理加工工序一般采用多道籽棉清理工序和皮棉清理工序，以降低含雜率和提高原棉品級(jí)[7-8]。籽棉清理主要是清除鈴殼、莖稈等大雜質(zhì)[9-10]，經(jīng)多道籽棉清理后54%～83%的雜質(zhì)被清除，提高了軋花效率和減少了皮棉清理道數(shù)[11]。過(guò)度增加籽棉清理道數(shù)雖會(huì)顯著增加原棉顏色等級(jí)，但也會(huì)持續(xù)增加軋花成本和加劇纖維品質(zhì)的損傷[11-13]。相關(guān)研究表明，籽棉清理工序?qū)w維長(zhǎng)度的影響較小[14-15]，但籽棉清理后斷裂比強(qiáng)度顯著降低了0.9～2.5 cN/tex，這主要與葉雜黏著性密切相關(guān)[6]。

皮棉清理工序主要是再次清除皮棉中的籽屑、種皮、碎葉片等較小雜質(zhì)，皮棉清理顯著降低了雜質(zhì)含量和提高了顏色等級(jí)[7,16]，但纖維品質(zhì)受到明顯損傷，纖維長(zhǎng)度降低[17-19],短纖維率增加[7,19]。皮棉清理對(duì)纖維斷裂比強(qiáng)度的影響較為復(fù)雜，有研究認(rèn)為影響不大[17-18]，也有研究認(rèn)為使其下降[19]，甚至還有研究認(rèn)為皮棉清理使斷裂比強(qiáng)度增加[20]?；诖?，本文開(kāi)展了機(jī)采棉清理加工工序?qū)w維品質(zhì)影響的研究，分析籽棉清理和皮棉清理工序?qū)w維品質(zhì)的損傷程度，探討最大限度降低纖維品質(zhì)損傷的適宜機(jī)采棉清理道數(shù)。

1 試樣選取與測(cè)試方法

1.1 試樣采集

試驗(yàn)于2013—2015年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師133團(tuán)和149團(tuán)、第七師125團(tuán)和127團(tuán)、第一師12團(tuán)進(jìn)行，材料選擇當(dāng)?shù)卮竺娣e種植的棉花品種，所選品種有新陸中28號(hào)、新陸中37號(hào)、魯棉研24號(hào)、新陸早45號(hào)、新陸早50號(hào)、新陸早60號(hào)、品系166共7個(gè)棉花品種，每個(gè)品種種植面積為3.5～20 hm2。待所選的12個(gè)條田機(jī)械采收后，將籽棉送往當(dāng)?shù)孛藁庸S，并將同一條田的機(jī)采籽棉在同一條軋花線上進(jìn)行清理加工。4道籽棉清理工序包括一級(jí)傾斜式籽棉清理機(jī)、提凈式籽棉清理機(jī)、二級(jí)傾斜式籽棉清理機(jī)、回收式籽棉清理機(jī)清理，3道籽棉清理工序包括一級(jí)傾斜式籽棉清理機(jī)、提凈式籽棉清理機(jī)和回收式籽棉清理機(jī)清理，2道籽棉清理工序包括一級(jí)傾斜式籽棉清理機(jī)和回收式籽棉清理機(jī)清理。3道皮棉清理工序包括氣流式皮棉清理機(jī)清理、二級(jí)鋸齒式皮棉清理機(jī)清理；2道皮棉清理工序包括氣流式皮棉清理機(jī)和鋸齒式皮棉清理機(jī)清理。

機(jī)采棉試樣取樣方法見(jiàn)文獻(xiàn)[3]中的方法，在籽棉喂料機(jī)前、每道籽棉清理機(jī)和皮棉清理機(jī)后，抽取籽棉試樣或皮棉試樣。其中，第1道皮棉清理的皮棉試樣在經(jīng)軋花機(jī)和第1道氣流式皮棉清理機(jī)后抽取試樣。機(jī)采棉經(jīng)過(guò)每道清理工序后每隔30 s取樣1次，每道工序每次抽取籽棉1 000 g或皮棉500 g，重復(fù)3次。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

所有試樣統(tǒng)一風(fēng)干、軋花，送至農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(新疆烏魯木齊和河南安陽(yáng))測(cè)定棉纖維上半部平均長(zhǎng)度(長(zhǎng)度)、斷裂比強(qiáng)度(比強(qiáng)度)、馬克隆值、長(zhǎng)度整齊度和短纖維率，每個(gè)纖維重復(fù)測(cè)1～3次，樣品測(cè)定量為20 g/次，測(cè)試儀器為PREMIER HFT9000型和HVI 1000M 700型棉花纖維品質(zhì)檢測(cè)儀。

纖維品質(zhì)損傷量是第n道與第n-1道清理工序的差值，其中差值為負(fù)值表示第n道清理工序的纖維品質(zhì)較第n-1道清理工序降低，正值則表示增加。S1、S2、S3、S4代表第1、2、3、4道籽棉清理加工工序，L1代表軋花和第1道皮棉清理加工工序，L2、L3代表第2、3道皮棉清理加工工序。S0代表進(jìn)入籽棉喂料機(jī)工序前。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉纖維長(zhǎng)度的變化

表1示出機(jī)采棉清理加工工序?qū)w維品質(zhì)的影響。由表可知，機(jī)采棉清理工序顯著降低了纖維長(zhǎng)度，顯著性水平P值為0.002 2。隨著清理道數(shù)的增加，纖維長(zhǎng)度呈下降趨勢(shì)，較加工前原棉纖維長(zhǎng)度平均降低了1.0 mm，損傷量為-1.9～-0.1 mm。籽棉清理使纖維長(zhǎng)度降低了0.2 mm，皮棉清理后則降低了0.8 mm。機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維長(zhǎng)度損傷量的變化如圖1所示。由圖可知：每經(jīng)過(guò)1道籽棉清理工序纖維長(zhǎng)度平均降低了0～0.2 mm，最大損傷量為-0.4 mm；每道皮棉清理工序使纖維長(zhǎng)度平均降低了0.4 mm，尤其是第1道皮棉清理對(duì)纖維長(zhǎng)度的損傷最大，損傷量為-1.0～-0.1 mm；第2、3道皮棉清理工序?qū)w維長(zhǎng)度影響較小，損傷量為-0.3～-0.1 mm。

表1 機(jī)采棉清理加工工序?qū)w維品質(zhì)的影響Tab.1 Effects of seed cotton cleaning and lint cleaning on fiber quality

圖1 機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維長(zhǎng)度損傷量的變化Fig.1 Changes of fiber length during cotton picker cleaning and processing

2.2 棉纖維比強(qiáng)度的變化

由表1可知，機(jī)采棉清理工序?qū)w維比強(qiáng)度的影響未達(dá)到顯著性差異水平，P值>0.25。隨著清理道數(shù)的增加，棉纖維比強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，皮棉清理后的纖維比強(qiáng)度較加工前平均降低了1.0 cN/tex，損傷量為-2.2～0.1 cN/tex。機(jī)采棉清理加工過(guò)程中比強(qiáng)度損傷量的變化如圖2所示?？梢钥闯觯鹤衙耷謇砉ば蚴估w維比強(qiáng)度平均降低了0.7 cN/tex，不同籽棉清理道數(shù)對(duì)纖維比強(qiáng)度的影響不同，第2、3道籽棉清理的影響較大，損傷量為-1.7～0.2 cN/tex和-0.8～0.3 cN/tex；第1道籽棉清理的影響較小，損傷量?jī)H為-0.5～0.1 cN/tex。皮棉清理后纖維比強(qiáng)度平均降低了0.3 cN/tex，每道皮棉清理工序?qū)Ρ葟?qiáng)度的影響較小，最大損傷量?jī)H為-0.4 cN/tex，有的比強(qiáng)度則增加了0.1～0.6 cN/tex。

圖2 機(jī)采棉清理加工過(guò)程中比強(qiáng)度損傷量的變化Fig.2 Changes of fiber strength during cotton picker cleaning and processing

2.3 棉纖維馬克隆值的變化

由表1可知，纖維馬克隆值受機(jī)采棉清理工序的影響較小，差異不顯著。隨著清理道數(shù)的增加，棉纖維馬克隆值呈下降趨勢(shì)，原棉纖維的馬克隆值較加工前平均降低了0.6，損傷量為-0.5～0.3。機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維馬克隆值損傷量的變化如圖3所示。可以看出，籽棉清理和皮棉清理對(duì)棉纖維馬克隆值的影響較小，每道清理工序的平均損傷量為-0.2～0。

圖3 機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維馬克隆值損傷量的變化Fig.3 Changes of fiber Micronaire during cotton picker cleaning and processing

2.4 棉纖維長(zhǎng)度整齊度的變化

由表1可知，機(jī)采棉清理工序顯著降低了纖維長(zhǎng)度整齊度，P值為0.000 1。隨著清理道數(shù)的增加，棉纖維長(zhǎng)度整齊度呈下降趨勢(shì)，原棉纖維長(zhǎng)度整齊度較加工前平均降低了2.0%，損傷量為-4.1%～-0.5%。機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維長(zhǎng)度整齊度損傷量的變化如圖4所示?？煽闯?，籽棉清理對(duì)纖維長(zhǎng)度整齊度的影響較小，平均降低了0.3%，每道籽棉清理工序的損傷量為-0.5%～0%。皮棉清理對(duì)纖維長(zhǎng)度整齊度的影響較大，平均降低了1.7%，尤其是第1道皮棉清理對(duì)纖維長(zhǎng)度整齊度的損傷最大，損傷量為-3.1%～-0.2%，第2、3道皮棉清理工序?qū)w維長(zhǎng)度整齊度影響較小，損傷量為-0.3%～0.1%。

圖4 機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維長(zhǎng)度整齊度損傷量的變化Fig.4 Changes of fiber uniformity index during cotton picker cleaning and processing

2.5 棉纖維短纖維率的變化

由表1可知，經(jīng)機(jī)采棉清理工序后短纖維率顯著增加，P值為0.000 1。隨著清理道數(shù)的增加，棉纖維中短纖維率呈增加趨勢(shì)，原棉短纖維率較加工前平均增加了2.3%，損傷量為1.2%～3.9%。機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維中短纖維率損傷量的變化如圖5所示?？煽闯觯鹤衙耷謇韺?duì)短纖維率的影響較小，每道清理工序平均增加了0%～0.4%，最大損傷量為0.8%；皮棉清理對(duì)短纖維率的影響較大，以第1道皮棉清理工序的損傷量最大，增加了15%～24%，其損傷量分別是第2、3道工序的5和2.3倍；第2、3道皮棉清理工序后短纖維率僅增加了0.3%～0.7%。

圖5 機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維中短纖維率損傷量的變化Fig.5 Changes of short fiber index during cotton picker cleaning and processing

2.6 皮棉含雜率的變化

機(jī)采棉清理加工工序?qū)ζっ藓s率影響的方差分析如表2所示。

表2 機(jī)采棉清理加工工序?qū)ζっ藓s率的影響Tab.2 Effect of seed cotton and lint cleaning on foreign matter content of lint

從表2可看出：機(jī)采棉經(jīng)清理工序后皮棉含雜率顯著降低，P值均小于0.001；與加工前相比，籽棉清理和皮棉清理后總雜質(zhì)含量顯著降低了8.8%和13.5%，葉雜質(zhì)含量顯著降低了7.6%和10.0%；鈴殼和棉稈經(jīng)皮棉清理全部被清除。

機(jī)采棉清理加工過(guò)程中皮棉葉雜含量的變化如圖6所示?？煽闯?隨著清理道數(shù)的增加，皮棉葉雜含量呈降低趨勢(shì)，每道籽棉清理工序使葉雜含量平均降低了2.4%，以第1道籽棉清理工序的降幅最大，為2.2%～10.3%；皮棉清理工序?qū)θ~雜含量的影響不顯著，在第1～3道皮棉清理后葉雜含量?jī)H有1.5%～2.0%。

圖6 機(jī)采棉清理加工過(guò)程中皮棉葉雜含量的變化Fig.6 Changes of percent leaf trash during cotton picker cleaning and processing

3 結(jié) 論

1)機(jī)采棉清理加工工序造成了纖維品質(zhì)不同程度的損傷，與加工前的機(jī)采籽棉比較，原棉纖維長(zhǎng)度和長(zhǎng)度整齊度顯著降低了1.0 mm和2.0%，短纖維率顯著增加了2.3%；纖維比強(qiáng)度和馬克隆值較加工前降低了1.0 cN/tex和0.6，但差異不顯著。

2)機(jī)采棉清理道數(shù)與纖維損傷程度有密切關(guān)系，增加清理道數(shù)加劇了纖維品質(zhì)損傷。籽棉清理道數(shù)對(duì)纖維長(zhǎng)度和短纖維率的影響較小，第2、3道籽棉清理工序?qū)Ρ葟?qiáng)度損傷最大，降幅可達(dá)-1.7～-0.8 cN/tex。皮棉清理工序(含軋花工序)顯著影響了長(zhǎng)度、整齊度和短纖維率，且以第1道皮棉清理工序?qū)w維品質(zhì)的影響最大。

3)籽棉清理工序顯著降低了含雜率，葉雜含量顯著降低了7.6%，而皮棉清理工序清雜效率較低，含雜率維持在1.5%～2.0%。

4)機(jī)采棉籽棉清理工序可選擇使用1～2道，皮棉清理工序建議采用1道或嘗試不使用。

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