機(jī)采棉高效加工工藝研究與探討

■ 苗才華 李夢(mèng)輝

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

新疆地區(qū)從2001年開始推廣棉花機(jī)械采摘，二十年來新疆地區(qū)機(jī)采棉產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021年我國新疆地區(qū)棉花種植面積為2 506.1 khm2，其中，機(jī)采模式種植面積已突破2 000 khm2，機(jī)采率超過了80%。機(jī)采棉技術(shù)的應(yīng)用推廣有效解決了新疆地區(qū)勞動(dòng)力短缺、用工成本高、植棉效率低等一系列制約棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題。但受目前種植農(nóng)藝、機(jī)采作業(yè)管理等實(shí)際因素影響，機(jī)采棉相比于手摘棉存在纖維長度短、斷裂比強(qiáng)度低、一致性差、短纖維率高、異性纖維多、含雜率高、棉結(jié)多等突出問題，而纖維長度、強(qiáng)度、整齊度、異性纖維含量、短纖維含量這些棉花的內(nèi)在指標(biāo)又恰恰是棉紡織行業(yè)最關(guān)注的。這就要求我們?cè)诩庸すに嚭驮O(shè)備上進(jìn)行創(chuàng)新完善，最大限度地保持棉花原生內(nèi)在品質(zhì)，從而滿足下游棉紡織行業(yè)的需求，提高棉花生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

一、完善加工工藝

以棉花質(zhì)量檢驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)和棉紡織行業(yè)用棉需求為導(dǎo)向，調(diào)整加工理念“因花配車”，把保持棉纖維長度、強(qiáng)度、整齊度、異性纖維含量、短纖維含量等棉花內(nèi)在品質(zhì)放在首位。目前，新疆棉花加工企業(yè)普遍采用的機(jī)采棉加工工藝主要由一道異性雜質(zhì)清理—二道籽棉烘干—四道籽棉清理—一道氣流式皮棉清理—二道鋸齒式皮棉清理組成（見圖1）。調(diào)整后的新工藝針對(duì)機(jī)采棉質(zhì)量存在的突出問題，找出工藝中的缺陷和短板增加功能性設(shè)備或?qū)庸ぴO(shè)備進(jìn)行升級(jí)換代。為此，我們重點(diǎn)從精準(zhǔn)調(diào)濕和加強(qiáng)籽清、減少皮清兩方面完善加工工藝，同時(shí)在各加工設(shè)備之間設(shè)置旁路管道真正做到“因花配車”，從而減少因回潮不當(dāng)或過度加工造成的棉纖維率增加、斷裂比強(qiáng)度下降，以及棉結(jié)、索絲等再生雜質(zhì)增加的情況，最大限度地保持棉花原生品質(zhì)。

圖1 機(jī)采棉加工工藝流程

（一）精準(zhǔn)調(diào)濕

“調(diào)濕”包括籽棉烘干和籽棉加濕兩個(gè)過程，但是目前市場(chǎng)上的機(jī)采棉軋花生產(chǎn)線大多“重烘干，輕加濕”。為了提高籽棉清理排雜效率，高溫過度烘干成了普遍現(xiàn)象；而在后續(xù)的加工工藝中又缺少籽棉加濕環(huán)節(jié)，造成籽棉在過度烘干清理后不能及時(shí)加濕，回潮率得不到有效調(diào)整，棉纖維在軋花及皮棉清理加工環(huán)節(jié)中損傷較大，棉花的內(nèi)在品質(zhì)下降，價(jià)值受到嚴(yán)重影響。完善“調(diào)濕”工藝將籽棉烘干和籽棉加濕關(guān)聯(lián)起來形成一個(gè)完整的籽棉調(diào)濕系統(tǒng)，配合棉花在線質(zhì)量檢測(cè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)調(diào)濕”。

新的加工工藝在傳統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)上在軋花及皮棉清理加工環(huán)節(jié)（圖1中的11.毛刷式鋸齒軋花機(jī)）之前增加了一道籽棉加濕，這樣配合二道籽棉烘干就形成了完整的籽棉調(diào)濕系統(tǒng)。目前已有些軋花廠在加工中使用了新的加工工藝，棉花的加工質(zhì)量得到有效保證。

（二）加強(qiáng)籽清、減少皮清

為了降低機(jī)采棉加工的皮棉含雜率，加工企業(yè)在皮棉清理環(huán)節(jié)普遍采用雙皮清的清理工藝。雖然雙皮清的使用確實(shí)降低了皮棉的含雜率，但其齒條輥筒對(duì)棉纖維的重復(fù)鉤拉造成棉纖維長度損失嚴(yán)重。改變傳統(tǒng)工藝，嘗試向單皮清工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)變，在加工中加強(qiáng)對(duì)籽棉的清理，盡可能地在籽棉清理環(huán)節(jié)降低棉花含雜率，使其接近手摘棉的指標(biāo)，在皮棉清理環(huán)節(jié)中減少一道鋸齒式皮棉清理機(jī)的使用，從而達(dá)到保長度、降短纖的目的。在新的加工工藝基礎(chǔ)上，對(duì)虛線方塊中的“一級(jí)籽棉清理系統(tǒng)”進(jìn)行升級(jí)完善（見圖2、圖3）。

圖2 一級(jí)籽棉清理系統(tǒng)（雙層清理）

圖3 一級(jí)籽棉清理系統(tǒng)（下引風(fēng)清理）

圖2的一級(jí)籽棉清理系統(tǒng)由雙層籽棉清理機(jī)替代原有清理系統(tǒng)中的回收式籽棉清理機(jī)，單道籽清升級(jí)為雙道籽清，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)籽棉的清理能力，同時(shí)在雙層籽棉清理機(jī)的進(jìn)棉口設(shè)置兩個(gè)進(jìn)棉通道，可實(shí)現(xiàn)單、雙道清理的自由切換。目前市場(chǎng)上有清鈴回收式、雙回收式和回收傾斜式等多種機(jī)型的雙層籽棉清理機(jī)，工藝上可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臋C(jī)采棉含雜情況和以往的棉花加工情況綜合考慮選擇適合的機(jī)型。

圖3的一級(jí)籽棉清理系統(tǒng)由傾斜式籽棉清理機(jī)（下引風(fēng)）替代原有清理系統(tǒng)中的籽棉卸料器，在保持原有工藝籽棉卸料功能的同時(shí)增加了一道籽棉清理功能，同時(shí)引風(fēng)機(jī)的使用也改善了籽棉清理設(shè)備周圍的空氣質(zhì)量。

以上兩種升級(jí)完善后的一級(jí)籽棉清理系統(tǒng)在盡可能不改變?cè)邢到y(tǒng)空間大小的情況下，都增加了一道籽棉清理，進(jìn)一步提高了籽棉清理環(huán)節(jié)的清理能力。在后續(xù)工藝皮棉清理環(huán)節(jié)中，可根據(jù)棉花在線含雜的實(shí)際情況調(diào)節(jié)五通閥的翻板，把雙皮清改為單皮清，選擇減少一道鋸齒式皮棉清理機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)籽清、減少皮清的目標(biāo)。全新的機(jī)采棉加工清理工藝：一道異性纖維雜質(zhì)清理—二道籽棉烘干—五道籽棉清理—一道籽棉加濕—一道氣流式皮棉清理—二道鋸齒式皮棉清理。

二、選擇工藝中的設(shè)備

（一）設(shè)備的協(xié)調(diào)度、適合度

除了完善工藝，設(shè)備的配置也要做到前后整體協(xié)調(diào)。其中，軋花機(jī)組數(shù)量與打包機(jī)的產(chǎn)能要匹配，尤其是保質(zhì)型軋花機(jī)的片時(shí)產(chǎn)量按8 kg上限計(jì)算，要根據(jù)打包機(jī)的產(chǎn)能（生產(chǎn)線的目標(biāo)產(chǎn)能）設(shè)計(jì)軋花機(jī)組的數(shù)量，真正做到保質(zhì)高效。

工藝中還要注意關(guān)鍵設(shè)備的選擇。比如在工藝中只設(shè)置了一道清鈴機(jī)，主要用于清理鈴殼、棉稈等較大雜質(zhì)，這種除雜針對(duì)性強(qiáng)且單道設(shè)置的設(shè)備額定產(chǎn)量要略大于整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)能，使其能在一個(gè)寬松的狀態(tài)下運(yùn)行，最大限度地發(fā)揮其單機(jī)排雜效率，真正體現(xiàn)加工工藝的先進(jìn)性。

（二）設(shè)備的開松度、沸騰度

設(shè)備的鉤拉使籽棉和各種雜質(zhì)互相包裹在一起形成一團(tuán)。在籽棉清理環(huán)節(jié)要對(duì)其打擊、開松，才能使雜質(zhì)暴露在外方便與籽棉分離。比如，異性纖維清理設(shè)備在清理工藝的前端，成團(tuán)的籽棉進(jìn)入設(shè)備，要提高清理效率就需要對(duì)棉花充分地開松，讓棉花“沸騰”起來，這樣棉花和異性纖維才能充分分離，從而高效地清理出棉花中的異性纖維。

（三）設(shè)備的輥筒直徑

在棉花清理加工過程中，通過加工設(shè)備各種輥筒的打擊、開松、鉤拉，團(tuán)狀的棉花在軸向上均勻鋪散開來形成棉花流，與相對(duì)應(yīng)的格條、排雜棒（刀）產(chǎn)生摩擦、沖擊，將暴露在棉花流表面的雜質(zhì)排出從而得到干凈的棉花。過多的打擊、開松、鉤拉會(huì)對(duì)棉纖維造成過度損傷，提高清理設(shè)備的輥筒直徑能有效地改善這一問題。比如，新式清鈴機(jī)主提凈輥筒的直徑由原來的φ350 mm～φ450 mm變?yōu)棣?00 mm～φ1 000 mm，排雜區(qū)域（弧長）和排雜棒（刀）數(shù)量大幅增加保證了一次鉤拉、多次排雜，在不增加棉纖維長度損傷的前提下，提高整機(jī)的排雜效率。

三、棉花在線質(zhì)量檢測(cè)控制系統(tǒng)

棉花含雜率、回潮率等全指標(biāo)數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)，結(jié)合外部環(huán)境指標(biāo)建立在線智能加工控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)籽棉烘干、加濕的自動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，不過度烘干及時(shí)調(diào)節(jié)回潮率；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)整個(gè)加工生產(chǎn)線的喂花量以及軋花機(jī)鋸片輥筒、皮清機(jī)刺輥筒的轉(zhuǎn)速，提高軋工質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加工，對(duì)加工設(shè)備、流程做出最優(yōu)選擇，避免因過度加工造成的棉花損傷，同時(shí)降低能耗。

四、創(chuàng)新工藝與設(shè)備

雖然機(jī)采棉的加工工藝和設(shè)備日趨完善，但是隨著市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展進(jìn)步，我們還要繼續(xù)在加工環(huán)節(jié)上不斷嘗試創(chuàng)新。比如，在棉花異性雜質(zhì)（纖維）清理機(jī)之前再增加一道烘干（低溫烘干），或者利用棉花異性雜質(zhì)（纖維）清理機(jī)具有開松、拋射功能的較大內(nèi)部空間，直接在棉花異性雜質(zhì)（纖維）清理機(jī)上增加烘干功能（低溫烘干），提高棉花異性雜質(zhì)（纖維）清理機(jī)的清雜效率；在二級(jí)籽棉清理系統(tǒng)中把傾斜式籽棉清理機(jī)更換為清鈴機(jī)，兩道清鈴機(jī)提高了生產(chǎn)線去除鈴殼、棉稈的效率，從而提高后續(xù)軋花的質(zhì)量；設(shè)計(jì)一種全新的帶有開松、清理功能的非鋸齒式皮棉清理設(shè)備，替換雙皮清中的第一道鋸齒式皮棉清理機(jī)，實(shí)現(xiàn)溫和排雜，提高皮棉質(zhì)量。同時(shí)，也要認(rèn)識(shí)到控制系統(tǒng)還不夠完善、不夠智能，對(duì)加工生產(chǎn)的指導(dǎo)性應(yīng)用較少，還有很大的探索空間。

在保持棉花原生品質(zhì)的加工理念下，不斷地完善改進(jìn)加工工藝、設(shè)備和控制系統(tǒng)智能化等方面，優(yōu)化機(jī)采棉的加工質(zhì)量，讓棉花創(chuàng)造出更多的價(jià)值，相信新疆機(jī)采棉產(chǎn)業(yè)一定會(huì)得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。