新型機采棉棉葉清理機的探討與應用

■吳國江顧新

〔1第五師89團供應站，新疆博樂833408〕

〔2第五師供銷社棉麻公司，新疆博樂833408〕

新型機采棉棉葉清理機的探討與應用

■吳國江1顧新2

〔1第五師89團供應站，新疆博樂833408〕

〔2第五師供銷社棉麻公司，新疆博樂833408〕

一、技術背景

兵團第五師89團2014年種植機采棉6600多hm2（10萬余畝），春季氣溫回升較慢，棉花播種時間比往年有所推遲。4月底5月初遭遇三次較大的風災，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，部分機采棉脫葉效果差，造成了采摘后的機采棉含雜率較高，加工出的皮棉等級低，給團場經濟造成了很大的損失。

2014年10月10日筆者對加工廠四條機采棉加工生產線加工的皮棉質量進行跟蹤調查發現，第四生產線情況較為突出，有相當部分皮棉由于含雜（主要是棉葉）較高而降低等級。為此，筆者又對第四生產線的設備，工藝環節及籽棉進行了排查發現設備、工藝布局是合理的，主要問題出在籽棉質量上。1.在加工回潮率、含雜率均大于12%的機采棉時，皮棉含雜明顯增大。2.空氣濕度影響籽棉加工，在0℃～10℃時，空氣濕度為70%～90%，皮棉含雜明顯增大。3.機采棉模塊影響加工質量，機采棉在打模夯實時造成棉葉擠壓破碎增加了與棉纖維的附著力。由此可見，影響皮棉質量的主要因素是機采棉回潮率、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皮棉質量的影響

回潮率是影響棉花加工質量的最主要因素之一。籽棉回潮率過高容易成團，既影響風力傳輸，又影響清雜和棉卷轉動，使整個軋花工藝過程不能順利進行，軋出的皮棉外觀形態差、棉結、索絲增加和等級均下降，降低了經濟效益。籽棉回潮率過高，對儲存也不利。而棉花回潮率偏低，加工時容易損傷纖維，皮棉中短纖維量增加，棉纖維易積靜電，使軋花不能正常進行。上述系列問題的原因是棉花在吸水后物理性能發生了變化。

（一）棉纖維吸水后物理性能的變化

1.回潮率對斷裂強度的影響。

回潮率增加，斷裂比強度也隨之增加。根據相關資料介紹，棉纖維濕態時，斷裂比強度為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.回潮率與彈性的關系。

棉纖維的彈性隨回潮率的增加而減少。當空氣中相對濕度由10%增加到80%時，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，棉卷箱的摩擦系數越高。

4.回潮率越高，棉纖維色澤變深發灰。當回潮率由8%升至14%時，同等級的棉籽色澤可相差1個～1.5個等級。

5.棉纖維吸濕時放熱；放濕時吸熱。

6.棉纖維干的時候是絕緣體，吸濕后則變為導電體。

7.棉纖維吸濕時會發生有限度的膨脹，密度增加。

由于棉纖維吸水后會發生上述有關物理性能的變化，因此，對軋花工藝、皮棉產量和質量等會產生很大影響。

（二）回潮率對皮棉質量的影響

籽棉回潮率太高時，密度加大，而且與管壁的摩擦力增大，消耗動力加大，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。齒釘式清花機和提凈式清花機的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，易造成火災和打壞機件事故。

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清理機刀前跑白棉，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，使棉卷轉動不正常，即使勉強工作，工作效率極低。加工濕花時由于棉卷偏松，毛頭率無法控制，衣分損失嚴重。

棉纖維回潮率過高，彈性消失，在輸棉、清花、棉卷轉動與刷棉過程中，棉纖維受摩擦、旋轉和相互之間揉搓會產生大量的棉結、索絲，嚴重影響皮棉的軋工質量。

濕籽棉棉籽皮較軟，在鉤拉棉纖維時，容易被鋸齒剝下來，造成黑星和疵點。

皮棉回潮率過高，彈性降低，打包時不易控制而產生超重或超輕包。

皮棉回潮率太高，色澤會發生變化，回潮率超過14%時，皮棉實測等級至少與原等級相差一個等級。

付軋的棉纖維回潮率低，棉纖維彈性好，便于清雜和加工。但由于棉纖維強度變弱，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，生產效率成倍降低，棉結、索絲增多，衣分損失加大，皮棉品級降低，成本成倍增加。從經濟效益上來說，應該盡量避免軋花廠的虧損。另外，干纖維的彈性較大，會加大打包機的動力消耗。經美國學者研究，棉花加工時籽棉的最佳回潮率應該在6.5%～8%這個區間，既具有強度，保持一定的彈性，又能確保軋花過程順利進行。1926年美國就開始使用烘干機，并且對過干的棉花用濕的空氣進行加濕，使棉花在加工過程中保留棉纖維的原有品質，從而獲得最大商業利潤。

三、棉花水分調控的原理

棉纖維的主要成分是纖維素，纖維素分子中存在著基團羥基。纖維素中有很多微小的細孔和縫隙，具有毛細管吸水的作用，纖維素的表面也能使游離水黏附，所以，纖維素具有較強的親水性。水以兩種形式存在于纖維素中，一種是結合水，這種水是以氫鍵的形式與棉纖維分子牢固結合在一起的，它和棉纖維緊密聯系在一起，共同決定棉纖維的特性和使用價值，一般情況下不蒸發，不與酶和微生物發生作用。毛細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態的平衡關系。當外界溫度較高、濕度較低時，游離水容易逸出棉纖維，棉纖維含水減少；當外界溫度較低、濕度較高時，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生變化的主體。

空氣容納水蒸氣的能力與溫度有關，空氣被加熱后，其容納水蒸氣的能力迅速提高，當氣溫從25℃上升到100℃時，空氣容納水蒸氣的能力是25℃時的25倍。當回潮率高的棉纖維放置于相對濕度低的高溫空氣中時，棉纖維被加熱，纖維中的游離水得到能量，活力加強，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過干或過濕的棉纖維進行水分的調節。

11月以后，我國北方的溫度陡降，相對濕度上升，空氣中水分飽和，晚上結霜，棉花開始吸收水分。因為棉花吸水時放熱，所以棉垛內溫度上升，為細菌和各種霉菌生長提供了極佳的生長條件，給棉花儲存和正常軋花帶來了很大困難。為保證軋花品質，加工高水分籽棉時應使用棉花烘干工藝，使加工后的棉纖維獲得優良品質和最大的經濟效益創造條件。

四、棉纖維與雜質之間的關系

棉花的天然轉曲是棉纖維區別于其他纖維的特征。天然轉曲是棉纖維在生長發育過程中沿長度方向上產生的扭曲。這種扭曲常用1mm長度轉180°的個數來表示，扭曲在機械作用下不會消失。棉纖維之間的這種天然轉曲相互鑲嵌和鉤拉，即使在沒有反向壓力存在的條件下，相互之間的切向運動也會產生較大的摩擦力，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量及單紗強度，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就比較困難。經過多次實驗的大量數據證明：雜質與纖維附著力的大小，既隨細小雜質質量的增大而增大，又隨著纖維回潮率的提高而增大，雜質與棉纖維的附著力平均增加1.3倍，幾乎是直線上升。

當棉纖維回潮率高時，彈性消失，容易互相糾纏成團，此時雜質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，又要沖破纖維構成的網絡之間的抱合力，為此，雜質不容易被分離。當棉纖維；回潮率降低時，由于棉纖維彈性恢復而舒展，纖維之間的聯系松弛，相互之間的抱合力變小，因此雜質容易被分離。研究分析雜質與纖維附著力關系，可以得出棉花除雜的四個必要條件。

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.提供足夠讓雜質脫離棉纖維束縛的外力。3.提供雜質離開棉纖維的足夠的時間。4.為需要分離的棉纖維和雜質提供適度寬裕的空間。

在棉花加工過程中，把各種雜質從棉纖維中清除掉是一項重要工作。自從1840年發明制造出第一臺木制翼板打手籽棉清理機以來，人們設計制造了各種不同構造和原理的棉花清理機械，用于對籽棉和皮棉的清理除雜。從清雜的原理上分，把棉花清理機械分成氣流式和機械式棉花除雜設備兩大類。籽棉和皮棉的結構特征不同，含雜質的種類不同，籽棉清理機與皮棉清理機所采用的主要加工方式也有一定的區別。在籽棉清理的工藝中，人們根據重雜、大雜、細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的關系后，得出了籽棉在加工過程中除雜的四個必要條件?，F有機采棉加工工藝也是根據這四個必要條件設計的，只是對籽棉的質量要求進行了規定，籽棉回潮率、含雜率不能超過12%，空氣濕度相對低的情況下才能加工出符合要求的皮棉。近幾年來，新疆西北地區在籽棉收購加工季節氣溫偏低，陰雨天較多，給機采棉的采收、儲存、交售、加工帶來了諸多問題。很多加工企業都在積極探索解決的辦法，國內棉機生產廠家也都推出專業的棉葉清理機及多功能棉葉清理機，在部分加工企業使用后取得了不錯的效果。

筆者通過調查，將目前國內生產的棉葉清理機進行對比并結合自身的生產線工藝環節特點進行論證，制定出了解決改造的辦法。原則上：1.改造時對工藝環節不能大動。2.對現有的設備不能更換。3.正式棉花加工生產階段，不能停機改造時間過長以至于耽誤生產。4.選擇既能清理棉葉又能起到烘干效果的設備。5.設備的體積不能太大占用較多的空間，影響安全生產。6.減少皮棉含雜率。

六、設備選型及方案制定

根據以上原則的要求，結合筆者對國內生產的棉葉清理機性能對比論證，選定了石河子開發區銀彩棉業機械有限公司生產的MQY-10T機采棉清雜清葉機。

（一）設備特點

設備為全封閉結構，籽棉在經過本機時為懸浮狀態，不易堵塞，不損傷纖維。

設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。

增設了三絲纏繞輥，能清理部分長短三絲。結構設計合理易操作，無需專人看管，雜質自動吸走，減輕了工人的勞動強度。

根據含雜的大小調節快慢擋，有利于機器發揮最佳效果。

外形美觀大方，既使操作運行安全有保障，又有機械保護和車間防塵的作用。

該設備利用現有的烘干塔與籽棉分離器之間的輸送管道進行工作，除了自身動力無需任何附屬設備。

（二）工作原理

機采棉在正壓熱風的作用下經一道烘干后進入本機三角箱進料口，經三絲纏繞輥纏繞后進入本機清花輥筒箱體。MQY-10T機采棉清雜清葉機有著充分的擴散空間，含雜籽棉在本機中處于懸浮真空狀態，籽棉在齒釘輥打擊的作用下與雜質分離，雜質在格條柵的阻擋下滑落至下閉風器后排出，清理后的籽棉經齒釘輥的作用向出口運動，然后被下一道清理機上的負壓風吸走，吸雜風機和卸料器將雜質輸送至車間外。

（三）設備性能

MQY-10T機采棉清雜清葉機設計安裝在一道（二道）烘干后的工藝管道中，和普通清理機相比，機內籽棉在真空高溫狀態下更均勻，起到了清理烘干效果，故籽棉水分有所降低，清理效果相對較好。細硬雜質下降25%，細小棉葉下降35%，沒有堵塞現象。

該機主要技術參數：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）。

（四）制定實施方案

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

七、使用效果

該設備使用后，達到了預期效果。該設備一機多用，既可以清理雜質和長三絲，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下降。根據籽棉回潮率、含雜率情況選擇加工工藝。生產的皮棉含雜率降低0.6%～0.7%。

八、結束語

第五師89團加工廠第四生產線通過2014年的使用，生產出的皮棉等級有較大的提高，得到了師農業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團加工廠第二生產線、81團、90團加工廠均安裝該設備，取得了較好效果。需要說明的是，生產線的改造要因地制宜、結合實際，根據收購籽棉質量、生產線工藝布局、影響皮棉質量的因素、車間的空間量身制定，只有選擇符合自身條件的設備，才能達到預期目的?！?/p>