大容量快速轧花应对高人力成本

■ 王利民

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南 郑州 450004〕

大容量快速轧花应对高人力成本

■ 王利民

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南 郑州 450004〕

纺织品出口持续低迷和生产资料价格的快速上涨使棉花加工企业举步维艰。自2008年起，中国劳动力成本开始大幅攀升，新疆的大部分棉区几乎招不到拾花工，加工企业也留不住人才。轧花产业该如何应对人力成本的快速上涨，找到一条可持续发展的出路？

回顾近十年来轧花产业的发展之路，我们能发现背后隐藏的一条主线——尽可能地加快处理速度、处理规模，尽量减少人力资源投入，节省中间处理环节、节约加工时间。为此，棉花加工产业将会在未来高人力成本的情况下，出现大型化、加工快速化的设备，这样极大降低了人力劳动的强度，大容量快速轧花系统会成为未来的发展趋势。

大容量快速轧花系统有较好的应用基础，国家棉花质量检验体制改革促使加工企业的规模得以壮大。这些企业的加工规模一般都是按照每年加工5 000 t皮棉来设计的，采用400型打包机，生产效率在20 BPH（标准包/h）左右，加工时间为100～120 d。因人工喂花效率低，为了与400型打包机产能匹配，轧花生产线一般会配置2条外吸花管道，对应2套籽棉烘干、清理设备，以及3～4套轧花、皮棉清理等设备。这样的配置不仅设备数量多、控制系统连接复杂、连续运转率不高，而且占地面积大，即使安装在跨度达22 m、长度接近100 m的车间内也显得拥挤。

一、籽棉喂入系统

由于我国植棉受到土地所有制制约，地块面积比较小，主要以人工采摘为主，不但机械化程度低，而且籽棉也作为商品参加市场交易，因此，棉花加工企业货场组织几乎都以散籽棉为主，打垛存放，人工开松喂入。生产效率为20 BPH的加工生产线要求籽棉喂入量达到15 t/h，按照籽棉密度90 kg/m3估算，每小时需要喂入170 m3籽棉，也就是平均1 s要挥动一次耙子，人工喂花劳动强度极大。为了保证轧花的连续性，加工企业一般会配置2个外吸棉管道，每个管道口每班要安排3～4人。正因为人工喂花劳动强度大、效率低，几乎无法达到12 t/h的生产要求，加工产量也无法保证，所以喂花成了加工企业里最艰苦的岗位，没有人愿意干。

1.籽棉货场机械扒垛机。

2008年，籽棉货场机械扒垛机的出现，为解决籽棉货场人工喂花的难题提供了一丝希望。这种机械扒垛机模拟人工喂花过程，采用开松辊和液压升降机构，可以直接对籽棉垛进行开松喂花。测试结果显示，虽然籽棉货场机械扒垛机大大降低了工人的劳动强度，但是因为该装置是模拟人工喂花过程，无法实现大容量连续喂入的要求且需要考虑移动连接管道，仍需人工照看，所以推广的难度较大，市场认可度不高。

2.籽棉货场小棉模喂花系统。

大容量快速轧花系统推广瓶颈的突破首先出现在籽棉喂入环节。2009年，一种能实现大容量、连续喂入的成套设备——籽棉货场小棉模喂花系统在市场上出现。该系统可分为货场打模和移动开松两个步骤。首先是在轧花厂的籽棉货场上安装双箱小棉模打模机，采用人工或铲车、装载机等机械将散籽棉喂入小棉模打模机，打成3 t左右的小棉模，用叉车或转运设备堆放保存。其次，在籽棉货场上安装棉模开松喂入机，用叉车转运小棉模到棉模开松喂入设备的轨道或者传送带上，由棉模开松喂入机完成籽棉喂入。棉模开松喂入机可以是固定式或者移动式。这套设备克服了机械扒垛机需要人工照看，无法实现大容量连续喂入的缺陷，不但在籽棉喂入过程的主要环节都实现了机械化操作，而且具有手摘棉和机采棉都能处理的特点，在新疆市场得到了一定的认可。然而，由于是在籽棉货场打棉模，与人工喂花、扒垛机相比，它主要存在是采用的设备多、中间过程步骤长、用人工多、能耗高、占用大量籽棉货场场地、投资大、经济性不高的缺陷，因此，也没有得到大面积推广。

3.地坑式籽棉货场喂花装置。

2010年，地坑式籽棉货场喂花装置的出现，克服了现有籽棉货场喂花系统存在的缺陷，基本解决了籽棉散料喂入瓶颈的问题。该方案由与地面齐平的地坑和籽棉开松喂花装置组成。地坑尺寸大约在18×4.8×5.4（m），能存放10 t散状籽棉。地坑的下部是一条传送带，负责将地坑中的籽棉送入安装在地坑侧面的开松喂花装置中，只需要用铲车或者装载机将籽棉推入地坑即可完成主要工作。可以讲，它首次实现了一条生产线连续15 t以上散料喂花，真正将人从高强度喂花劳动中解放出来。不仅每班用工从4～6人降到1～2人，劳动强度也从连续人工喂花降低到每30 min开铲车装卸1次。和小棉模喂花系统相比，省略了大量的中间打模、搬运等环节，经济性十分突出。另外，因为喂入均匀、连续，能缩短加工时间10 d左右，对加工质量也有一定的改善作用。仅短短2年，地坑式籽棉喂花系统在新疆得到了快速普及，在内地也得到了用户的认可。

4.棉模系统。

机采棉是应对高人力成本的方法之一，棉模系统的应用会进一步促进大容量快速轧花系统的推广。近几年，机采棉在新疆棉区得到了快速发展。由于机采棉的杂质和水分含量都比较高，散状运输成本高昂，因此，除非距离非常短可以从田间直接运送到加工厂，机采棉一般最常见的转运处理方式就是打棉模运输。目前，限于棉花采摘机的原因，新疆棉区几乎都采用方形棉模储运。这需要利用采棉机、专用籽棉转运车、籽棉打模车、专用棉模运输车等多种设备和一系列复杂环节才能将籽棉最终送入棉花加工线，整个过程耗时耗力，至少需要3～4人。采用圆形棉模的采棉机只需要2个步骤：采棉机在采摘的同时完成打圆形棉模，打模或采摘结束后使用普通叉车和拖车转运棉模，整个过程最多需2人即可完成。可以预计，圆形棉模能有效地解决棉花采摘转运的瓶颈问题，提高了机采棉的性价比，符合机采棉的发展趋势。目前，圆形棉模的采摘机还比较昂贵，在解决好设备定价问题后，会在未来几年大面积推广，能处理圆形棉模的开松喂入设备也会在生产线得到普及。

如果内地土地流转等措施落实到位，很有可能就会采用机采棉种植模式，将人从高强度棉花种植劳动中解放出来。地坑式喂棉、圆形棉模的出现和结合完成了轧花过程全程机械化中的快速输入环节，为加工设备大型化和自动化、实现大容量快速轧花奠定了良好的基础。

二、打包系统

在加工车间，打包工序现在仍然是棉花加工全程机械化中的最薄弱环节，也是用工最多的环节。轧花工序一般有2～3人操作，而打包工序就要4～6人。目前，20 BPH的400型打包机机动时间约是130 s，人工操作时间为35～50 s。采用塑钢带捆扎裸包时，按要求焊接一根塑钢带需要7 s，包括焊接和冷却成型时间，否则难以保证焊接质量。而1个棉包需要焊接8根塑钢带，显然只能分为两组工人，每组4根进行焊接，稍一疏忽就会超过时间，影响产量。为此，人工操作除了限制生产线产能不能超过30 BPH外，还关系到捆扎焊接、封包的质量。打包的操作技术要求较高，工人的劳动强度和心理压力也很大。

在美国等高人力成本国家，普遍采用了自动捆扎设备来解决打包的速度和质量问题。目前，由于国际上有能力做打包自动捆扎设备的厂家只有2家，价格也比较昂贵，因此，打包自动捆扎设备也分为一次捆扎和两次捆扎2种，即一次完成或分两次完成一个棉包的6或8道捆扎。打包自动捆扎设备在参数调整合适后，能够保证焊接质量一致。

在高速打包线上，解决了打包自动捆扎限制产能的问题后，就剩下封包环节。考虑到人的生理和心理需要，套包工作比较繁重，至少需要3个人才能完成。为此在美国，最近自动封包系统比较流行，该系统能自动完成棉包高速塑料套袋、封包工作，大大减少了操作人员的数量，降低了劳动强度。如果打包自动捆扎、封包设备得到推广和普及，整个打包工序只需1～2人，不仅能保证捆扎质量，而且能将生产线的产能提升到80～85 BPH。

目前，美国的棉花加工企业加工规模和生产线产能都比较大，总量10万包、产能60～80 BPH的加工企业比较常见。美国Cherokee的Magnum 244轧花机片时产量达到了惊人的37.2 kg，单台设备产能达39～42 BPH，几乎相当于4台国内171片轧花机，而长度仅为0.9 m。

三、大容量快速轧花系统的优势

大容量快速轧花系统需要棉花加工设备大型化、自动化，比现在的轧花设备有明显的优势。

1.大大缩短加工时间。

1台型40 BPH的生产线30多天即可加工5 000 t皮棉，相较于目前20 BPH的生产线，节省1/2的人工、电费和时间，能降低加工费用，具有更好的竞争力。

2.减少使用人工。

喂花和打包环节只需要4人，比起现有的劳动方式至少能减少4～6人。

3.提高土地资源利用率。

因为处理量增大能及时加工，几乎不需要存放籽棉，所以籽棉场地面积可以减少到传统的1/4甚至更少。

4.降低维护成本。

采用大型单台清理、轧花设备，可明显减少设备台数，车间更宽松清洁；有利于降低管道连接和自动控制的复杂程度，更容易维护；从投资回报来算，单台大型设备并不比多台小型设备造价高。

可以看到，在解决好喂花和打包这两个机械化程度较低的环节后，生产线的高度自动化必然使管理者和操作人员从技术难度上得到解脱，更好地专注于棉花加工的本质——减少棉纤维损伤，为客户带来更多价值。

总之，高人力成本时代，减少人力投入是轧花产业发展变化的直接诱因，注重创新与效益，满足客户对棉花加工的个性化需求，是轧花产业发展变化的内在动力，采用大型自动化设备是轧花产业发展变化的方向。大容量快速轧花系统会将棉花加工带到一个新的高度，甚至会实现一条按棉花品质、客户要求的柔性加工工艺路线，达到标准生产线下的个性轧花的崭新境界。