■ 王澤武

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

一、我國棉花加工行業(yè)概況

我國是全球最大的棉花生產(chǎn)國、消費國和棉產(chǎn)品出口國，棉花產(chǎn)業(yè)鏈涉及農(nóng)、工、商等領(lǐng)域，有1億多人口從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

棉花初加工作為棉花紡織的前端工序，其加工質(zhì)量與成本，直接影響棉纖維的使用價值、經(jīng)濟價值以及棉產(chǎn)品的國際競爭力。隨著棉花流通體制改革的進一步深化和棉紡織工業(yè)的快速發(fā)展，巨大的市場潛力帶動了我國棉花加工產(chǎn)業(yè)和流通領(lǐng)域的飛速發(fā)展。從發(fā)展趨勢和過程來看，以新疆兵團為代表的大型國有棉花加工企業(yè)更愿意嘗試新工藝、新技術(shù)，加工技術(shù)水平不斷提高。棉花質(zhì)量檢驗體制改革的實施使棉花加工企業(yè)規(guī)模化和信息化程度得到了提高。

二、大型機采棉加工工藝流程及設(shè)備

棉花加工工藝流程是通過對籽棉進行加工，使之成為皮棉、短絨、棉籽的過程。我國棉花加工行業(yè)的不斷發(fā)展和棉花質(zhì)量檢驗體制改革的不斷深入使小、散、亂的加工企業(yè)形式逐漸向效益型、集約化和大型化的方向發(fā)展。由地方、兵團和上市公司為代表的大型棉花加工企業(yè)逐漸向國際化接軌。我國骨干棉機制造企業(yè)緊跟國際棉機行業(yè)的發(fā)展方向，在充分吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情，陸續(xù)開發(fā)出了自動化程度高、可靠性好的手摘棉和機采棉加工工藝流程及成套設(shè)備，基本滿足了棉花加工市場的需要。

棉機成套設(shè)備的迅猛發(fā)展及快速定型也使軋花工藝流程的日臻成熟。目前，在新疆棉區(qū)，機采棉由于采收成本低、適合大面積種植和集約化加工等因素已經(jīng)迅速發(fā)展并普及。近年來，很多老廠均將手摘棉生產(chǎn)線改造成了機采棉生產(chǎn)線，而新上的生產(chǎn)線基本上全是大型機采棉生產(chǎn)線。我國大型機采棉加工工藝和設(shè)備也緊跟世界最先進工藝和技術(shù)，流程已趨完善，各棉花加工企業(yè)的配置基本趨同。

圖1是目前最常用的機采棉加工流程。圖中1是具有我國特色的喂棉機，目前有地坑式、地面式和自走式種喂棉機。自走式喂棉機主要對應(yīng)的是方模的開模和喂棉，由于方模系統(tǒng)需配套專用運模車、打模機，投資巨大并且使用費工費力，在市場上屬于過渡產(chǎn)品，目前使用的已經(jīng)不多。地面式喂棉機主要對應(yīng)的也是方模的開模和喂棉，在周邊圍上擋板后也能用于散料的喂給，目前有一定的用量。地坑式喂棉機由于適應(yīng)方模、圓模和散料，使用時無需特殊擺放棉模等優(yōu)勢，在新疆棉花加工企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。圖中4是籽棉異纖清理機。針對我國機采棉含異纖多的特點，國內(nèi)棉機制造企業(yè)針對性研制了多型籽棉異纖清理機，目前的幾種機型基本原理是用纏繞輥纏卷長雜，利用不同介質(zhì)在空氣中懸浮特性，使用塵籠吸附較輕質(zhì)薄片或細輕雜質(zhì)。籽棉異纖清理機的使用取得了較明顯效果，提升了棉花質(zhì)量。在圖1中還可看到為應(yīng)對機采棉的高含雜和高水分，比手摘棉加工工藝增加了兩次烘干的工藝和多次籽棉清理工藝，皮棉清理也增加到了兩次。

圖1 我國機采棉最常用流程

三、皮棉含雜率高的問題探討

從圖1中可看出，我們的加工工藝是和美國先進加工工藝一致的，同時喂棉和除異纖設(shè)備又是針對國情的特殊配置。不同的地方是美國生產(chǎn)線中各單機性能要比我們更優(yōu)異，例如核心關(guān)鍵設(shè)備軋花機，美國切諾基公司生產(chǎn)的244片大型軋花機單臺具有超過30 包/h 的生產(chǎn)能力。該公司同時也生產(chǎn)普通174片軋花機，生產(chǎn)能力約為20包/h。在產(chǎn)量上，我國常用的國產(chǎn)大型168片和171片軋花機不僅與美國的244片機型產(chǎn)量不在一個等級，與其174片機型也差距甚大。美棉軋工質(zhì)量指標(biāo)常年優(yōu)于我們，皮棉質(zhì)量雖然是多種因素（種子、種植、采收、加工、運輸、儲存等）的綜合體現(xiàn)，但在保證大產(chǎn)量的同時能保證軋工質(zhì)量，也說明美國的工藝與設(shè)備在對軋工質(zhì)量的把握上具有較高水平。

同樣的工藝流程，類似的設(shè)備，我們的皮棉含雜率總是不能輕松的控制在2.5%（收儲的標(biāo)準(zhǔn)含雜率要求小于2.5%）以下，這個問題也一直困擾著各棉花加工企業(yè)。

較高的皮棉含雜率會加重下游紡織企業(yè)的生產(chǎn)負擔(dān)甚至造成設(shè)備過早報廢；較高的皮棉含雜率會降低紗線強度，容易產(chǎn)生斷頭和疵點；雜質(zhì)中的葉雜還會使紗線的顏色級降級；大量的雜質(zhì)也使原棉可用率降低，增加了用棉企業(yè)的經(jīng)濟負擔(dān)，影響了我國棉紡織品的質(zhì)量提升，使我國出口的棉紡織品長期徘徊于中低檔次。

針對皮棉含雜率高的問題，筆者分析主要有以下幾種原因：1.產(chǎn)量直接決定棉農(nóng)的經(jīng)濟收入，我國在棉花培育、種植方面一直追求高產(chǎn)密植。由于植株密度高，在噴灑脫葉劑后，大量棉葉浮于植株之上不能落地，被采摘時混入籽棉造成籽棉含雜率過高。2.第一棉鈴距地面過近（小于8 cm），在采摘時，為了追求采凈率和保產(chǎn)量，采棉機的摘錠壓的很低，將雜質(zhì)和地面的泥土、沙石一同混入籽棉，造成籽棉含雜率過高。同時摘錠壓的過低，也會將地面鋪設(shè)的地膜和滴灌帶收入籽棉，產(chǎn)生大量異纖。3.國外是大農(nóng)場模式，即自己的籽棉自己加工，也可委托軋花廠代加工，農(nóng)戶最終交售的是合格的皮棉。我們則是由農(nóng)戶將籽棉交給軋花場后就完成交易了，個別農(nóng)戶不免有摻雜使假的沖動。在賣方市場時，軋花廠“一試五定”的規(guī)定往往淪為虛設(shè)，把關(guān)不嚴(yán)、人情棉等現(xiàn)象使廠方收購的籽棉含雜率過高。目前我們科研單位正在進行棉包信息系統(tǒng)的推廣就用所以要從棉包精準(zhǔn)追蹤到農(nóng)戶和地塊，應(yīng)能較好地解決這一問題。4.造成皮棉含雜率高的原因還和加工設(shè)備有關(guān)。如前面所述，在工藝流程基本一致時，我們的設(shè)備單機能力較差，特別是籽棉清理設(shè)備，應(yīng)清未清或效率低，導(dǎo)致付軋時進入軋花機工作箱的籽棉含雜率過高，軋花機所軋出的皮棉雜質(zhì)含量也相應(yīng)較高。后續(xù)的皮清機的除雜效率是一定的，經(jīng)皮清機除雜的皮棉也是隨前期籽棉含雜率同步浮動。

四、解決方案

要降低皮棉含雜率，關(guān)鍵是要解決籽棉含雜率高的問題。有以下方案：在育種方面提高第一棉鈴距地面的距離；摸索更好的植棉方法，不要過度密植；嚴(yán)格采摘紀(jì)律；使用不易破碎的地膜和滴灌帶，并做好回收工作；實行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，嚴(yán)厲打擊摻雜使假行為。這些方案均能有效降低籽棉含雜率高的問題。但最關(guān)鍵的是提高生產(chǎn)線中的籽棉清理能力，做到應(yīng)清盡清、提前開松、早清早落。目前常用的籽棉清理機清理效率是一定的，可提升潛力不大，在籽棉含雜較低時，按目前的工藝流程是能達到2.5%的皮棉含雜率的。當(dāng)加工籽棉含雜較高或后期棉時，通過調(diào)整工藝或設(shè)備參數(shù)也很難達到目標(biāo)。為了應(yīng)對這一情況，很多棉機制造企業(yè)和加工企業(yè)也做出了探索。目前主要的解決方案是：1.提高烘干溫度，降低籽棉含水率，籽棉含水率越低越容易在后續(xù)的清理中使雜質(zhì)脫離纖維。一般的經(jīng)驗是含水率在4%～5%時，籽棉清理效率最高。但是過高的烘干溫度不但浪費能源，而且容易破壞棉纖維表面蠟質(zhì)層，特別在后續(xù)的軋花和皮清環(huán)節(jié)棉纖維更容易被機械損傷，使最終的皮棉長度變短、強力變?nèi)?、短纖維率增加。2.使用雙層籽棉清理機。將生產(chǎn)線中六輥筒籽棉清理機用雙層擁有十二個清理輥筒的清理機代替，在籽棉雜質(zhì)含量小時僅啟用單層清理，雜質(zhì)含量大時使用雙層清理。這樣增加了擊打除雜次數(shù)，提高了除雜率，目前看有較好的效果。不足之處主要是更換成本和工作量較大。在已經(jīng)成型的生產(chǎn)線或空間局促的車間更換困難或無法更換。雙層清理中擊打次數(shù)的增加對棉纖維質(zhì)量的損傷尚無數(shù)據(jù)或?qū)Ρ葘嶒灤_認。3.在喂料機出料口增加一清理設(shè)備，此設(shè)備是一個清理輥+格條柵結(jié)構(gòu)，喂料機排出的籽棉進入該設(shè)備，被清理輥筒清理打擊，提前初步開松除雜后再進入車間的清理設(shè)備，這樣后續(xù)清理設(shè)備更易于清理除雜。這個設(shè)備投資少、簡單有效，目前在私人較小的生產(chǎn)線應(yīng)用的比較多。

五、設(shè)計思路

針對目前機采籽棉含雜率高，加工的皮棉含雜率在2.5%的及格線上下徘徊的情況，筆者設(shè)計了軸流管路式清理機（詳見圖2）。設(shè)計思路和棉紡加工除雜思路是一致的，即早開松、早落雜、輕打擊。

圖2 雙軸流管路式籽棉清理機

本機的工作過程是：4籽棉流從1或3進棉口被負壓吸入2機體。4籽棉流從管路進入2機體的腔體空間突然空間放大，4籽棉流速度降低。4籽棉流被軸向布置的旋轉(zhuǎn)的兩個5刺釘輥筒打擊并被刺釘帶動旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中和9開松刀作用，同時兩個5刺釘輥筒存在速度差，這些因素對籽棉團形成了很好的初步撕扯、開松并使雜質(zhì)暴露的作用。開松后的籽棉更利于后續(xù)的除雜。4籽棉流在刺釘輥筒5的旋轉(zhuǎn)和7、8出棉口處的負壓合力作用下繞5刺釘輥筒呈螺旋狀旋轉(zhuǎn)前進。4籽棉流在螺旋狀旋轉(zhuǎn)前進中與11除雜格條柵多次產(chǎn)生沖擊作用，擊落纖維上附著的雜質(zhì)。12調(diào)節(jié)手柄可以調(diào)節(jié)格條柵之間的間隙，可控制落雜量。雜質(zhì)落入2機體內(nèi)，通過14排雜避風(fēng)閥排出本機。4籽棉流在負壓作用下從7或8出棉口排出本機，完成在本機的開松除雜任務(wù)。

六、原理、性能和特點

本機籽棉管路中負壓抽吸的棉流軸向運動和刺釘輥筒的旋轉(zhuǎn)運動合成為螺線軸向運動，利用兩刺釘輥筒的速度差和與開松刀、除雜格條柵的作用達到開松除雜的目的。在負壓一定時，輥筒長度越長，籽棉流與開松刀、除雜格條柵的作用次數(shù)越多，除雜效果越好。六輥筒清理機對棉流可以看作對棉花進行六次間斷接觸打擊，本機則只有一次打擊，刺釘俘獲棉流后進行除雜，當(dāng)與除雜格條柵接觸的次數(shù)（螺旋6圈時）與六輥筒相同時，對棉花的打擊要遠小于目前使用的六輥筒清理機。

本機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、重量輕、占用空間小；全密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使風(fēng)量不會產(chǎn)生損失，同時也不會產(chǎn)生粉塵外溢和噪聲超標(biāo)的情況；籽棉運動方向與負壓方向一致，不容易產(chǎn)生堵車現(xiàn)象。本機不能取代現(xiàn)有籽棉清理機，但能提前開松、落雜，助推后續(xù)的籽棉除雜，起到事半功倍的效果。

本機工藝配置靈活，能在現(xiàn)有的多種生產(chǎn)線上靈活安裝。如圖3、4所示，本機既能在同一水平管道中串聯(lián)安裝，又能在一水平一豎直的管道上安裝，同時還支持平地或平臺支架安裝。本機設(shè)計了一套水平進出棉口和一套垂直進出棉口，可根據(jù)管道情況靈活使用。同時，在一條生產(chǎn)線上可以根據(jù)需要安裝一臺或多臺本機，達到更好的清理效果?！?/p>

圖3 應(yīng)用舉例1

圖4 應(yīng)用舉例2