新型机采棉棉叶清理机的探讨与应用

■吴国江顾新

〔1第五师89团供应站，新疆博乐833408〕

〔2第五师供销社棉麻公司，新疆博乐833408〕

新型机采棉棉叶清理机的探讨与应用

■吴国江1顾新2

〔1第五师89团供应站，新疆博乐833408〕

〔2第五师供销社棉麻公司，新疆博乐833408〕

一、技术背景

兵团第五师89团2014年种植机采棉6600多hm2（10万余亩），春季气温回升较慢，棉花播种时间比往年有所推迟。4月底5月初遭遇三次较大的风灾，部分棉花重新播种，8月底到9月阴雨天气较多，采摘期比往年推迟了15天，10月气温偏低，部分机采棉脱叶效果差，造成了采摘后的机采棉含杂率较高，加工出的皮棉等级低，给团场经济造成了很大的损失。

2014年10月10日笔者对加工厂四条机采棉加工生产线加工的皮棉质量进行跟踪调查发现，第四生产线情况较为突出，有相当部分皮棉由于含杂（主要是棉叶）较高而降低等级。为此，笔者又对第四生产线的设备，工艺环节及籽棉进行了排查发现设备、工艺布局是合理的，主要问题出在籽棉质量上。1.在加工回潮率、含杂率均大于12%的机采棉时，皮棉含杂明显增大。2.空气湿度影响籽棉加工，在0℃～10℃时，空气湿度为70%～90%，皮棉含杂明显增大。3.机采棉模块影响加工质量，机采棉在打模夯实时造成棉叶挤压破碎增加了与棉纤维的附着力。由此可见，影响皮棉质量的主要因素是机采棉回潮率、含杂率过高，空气湿度较大，棉模含杂率大。

二、籽棉的物理性能及回潮率对皮棉质量的影响

回潮率是影响棉花加工质量的最主要因素之一。籽棉回潮率过高容易成团，既影响风力传输，又影响清杂和棉卷转动，使整个轧花工艺过程不能顺利进行，轧出的皮棉外观形态差、棉结、索丝增加和等级均下降，降低了经济效益。籽棉回潮率过高，对储存也不利。而棉花回潮率偏低，加工时容易损伤纤维，皮棉中短纤维量增加，棉纤维易积静电，使轧花不能正常进行。上述系列问题的原因是棉花在吸水后物理性能发生了变化。

（一）棉纤维吸水后物理性能的变化

1.回潮率对断裂强度的影响。

回潮率增加，断裂比强度也随之增加。根据相关资料介绍，棉纤维湿态时，断裂比强度为2.2cN/tex～4.0cN/tex，（正常为1.8cN/tex～3.1cN/tex）断裂伸长比为25%～30%（正常为3%～10%），湿干断裂伸长比为110%，弹性较差。

2.回潮率与弹性的关系。

棉纤维的弹性随回潮率的增加而减少。当空气中相对湿度由10%增加到80%时，棉纤维回潮率由2.3%上升到10%，棉纤维刚性由（表面张力）8.6dyn/m2下降到5dyn/m2。

3.回潮率越高，棉卷箱的摩擦系数越高。

4.回潮率越高，棉纤维色泽变深发灰。当回潮率由8%升至14%时，同等级的棉籽色泽可相差1个～1.5个等级。

5.棉纤维吸湿时放热；放湿时吸热。

6.棉纤维干的时候是绝缘体，吸湿后则变为导电体。

7.棉纤维吸湿时会发生有限度的膨胀，密度增加。

由于棉纤维吸水后会发生上述有关物理性能的变化，因此，对轧花工艺、皮棉产量和质量等会产生很大影响。

（二）回潮率对皮棉质量的影响

籽棉回潮率太高时，密度加大，而且与管壁的摩擦力增大，消耗动力加大，容易沉积在平管中，造成堵塞，使气流输送不能正常运行，输棉量减少。

籽棉回潮率过高，纤维弹性逐步消失，容易与其中的杂质缠绕，使轧花过程中各种清杂的装置失去清杂作用。齿钉式清花机和提净式清花机的U形齿条辊的齿条很容易被湿花糊住，造成齿钉钩拉棉纤维效果减弱，产生大量索丝和小花头。

棉纤维的回潮率高，摩擦力增加，易造成火灾和打坏机件事故。

棉纤维回潮率高，湿花密度增大，受惯性离心力加大，容易在上排杂刀前排白棉和皮棉机清理机刀前跑白棉，加大了衣分损失。

棉纤维回潮率太高，与棉卷箱表面摩擦力增加，使棉卷转动不正常，即使勉强工作，工作效率极低。加工湿花时由于棉卷偏松，毛头率无法控制，衣分损失严重。

棉纤维回潮率过高，弹性消失，在输棉、清花、棉卷转动与刷棉过程中，棉纤维受摩擦、旋转和相互之间揉搓会产生大量的棉结、索丝，严重影响皮棉的轧工质量。

湿籽棉棉籽皮较软，在钩拉棉纤维时，容易被锯齿剥下来，造成黑星和疵点。

皮棉回潮率过高，弹性降低，打包时不易控制而产生超重或超轻包。

皮棉回潮率太高，色泽会发生变化，回潮率超过14%时，皮棉实测等级至少与原等级相差一个等级。

付轧的棉纤维回潮率低，棉纤维弹性好，便于清杂和加工。但由于棉纤维强度变弱，加工中易打断纤维，短纤维含量增加。干纤维是绝缘体，容易积累静电并吸附在管壁上，给加工造成影响。

综上所述，加工回潮率偏高的籽棉时，生产效率成倍降低，棉结、索丝增多，衣分损失加大，皮棉品级降低，成本成倍增加。从经济效益上来说，应该尽量避免轧花厂的亏损。另外，干纤维的弹性较大，会加大打包机的动力消耗。经美国学者研究，棉花加工时籽棉的最佳回潮率应该在6.5%～8%这个区间，既具有强度，保持一定的弹性，又能确保轧花过程顺利进行。1926年美国就开始使用烘干机，并且对过干的棉花用湿的空气进行加湿，使棉花在加工过程中保留棉纤维的原有品质，从而获得最大商业利润。

三、棉花水分调控的原理

棉纤维的主要成分是纤维素，纤维素分子中存在着基团羟基。纤维素中有很多微小的细孔和缝隙，具有毛细管吸水的作用，纤维素的表面也能使游离水黏附，所以，纤维素具有较强的亲水性。水以两种形式存在于纤维素中，一种是结合水，这种水是以氢键的形式与棉纤维分子牢固结合在一起的，它和棉纤维紧密联系在一起，共同决定棉纤维的特性和使用价值，一般情况下不蒸发，不与酶和微生物发生作用。毛细管中的水和表面吸附的水叫游离水，这种水在纤维中的含量在外界一定的温度和湿度条件下保持着动态的平衡关系。当外界温度较高、湿度较低时，游离水容易逸出棉纤维，棉纤维含水减少；当外界温度较低、湿度较高时，外界的水分又回到棉纤维中，使棉纤维含水增加。所以，游离水是纤维素含水发生变化的主体。

空气容纳水蒸气的能力与温度有关，空气被加热后，其容纳水蒸气的能力迅速提高，当气温从25℃上升到100℃时，空气容纳水蒸气的能力是25℃时的25倍。当回潮率高的棉纤维放置于相对湿度低的高温空气中时，棉纤维被加热，纤维中的游离水得到能量，活力加强，外部水分浓度又低于棉纤维中水分的浓度，于是纤维素中大量的水分很快逸出棉纤维，跑到热空气中，棉纤维变干。当回潮率低的棉纤维接触到含水高的潮湿空气后，棉纤维的亲水性和棉纤维本身含水浓度小于外界，于是潮湿空气中的水分子大量进入棉纤维，使棉纤维变湿。棉花加工正是利用这种棉纤维的亲水性和空气容纳水分的特殊性来对过干或过湿的棉纤维进行水分的调节。

11月以后，我国北方的温度陡降，相对湿度上升，空气中水分饱和，晚上结霜，棉花开始吸收水分。因为棉花吸水时放热，所以棉垛内温度上升，为细菌和各种霉菌生长提供了极佳的生长条件，给棉花储存和正常轧花带来了很大困难。为保证轧花品质，加工高水分籽棉时应使用棉花烘干工艺，使加工后的棉纤维获得优良品质和最大的经济效益创造条件。

四、棉纤维与杂质之间的关系

棉花的天然转曲是棉纤维区别于其他纤维的特征。天然转曲是棉纤维在生长发育过程中沿长度方向上产生的扭曲。这种扭曲常用1mm长度转180°的个数来表示，扭曲在机械作用下不会消失。棉纤维之间的这种天然转曲相互镶嵌和钩拉，即使在没有反向压力存在的条件下，相互之间的切向运动也会产生较大的摩擦力，这种力称为抱合力。虽然棉纤维之间的抱合力有利于纺纱和提高棉纱的质量及单纱强度，但是，棉纤维的抱合力同样作用于与棉纤维混合在一起的杂质上，给棉花加工中的清杂带来了一定的难度。在棉纤维表面上的棉叶、草屑比较容易清除，而清除棉纤维之间的杂质就比较困难。经过多次实验的大量数据证明：杂质与纤维附着力的大小，既随细小杂质质量的增大而增大，又随着纤维回潮率的提高而增大，杂质与棉纤维的附着力平均增加1.3倍，几乎是直线上升。

当棉纤维回潮率高时，弹性消失，容易互相纠缠成团，此时杂质要脱离棉纤维的束缚，既要克服自身与棉纤维之间的摩擦力，又要冲破纤维构成的网络之间的抱合力，为此，杂质不容易被分离。当棉纤维；回潮率降低时，由于棉纤维弹性恢复而舒展，纤维之间的联系松弛，相互之间的抱合力变小，因此杂质容易被分离。研究分析杂质与纤维附着力关系，可以得出棉花除杂的四个必要条件。

1.需要除杂的棉花越干越好，越蓬松越好，纤维弹性越大越好。2.提供足够让杂质脱离棉纤维束缚的外力。3.提供杂质离开棉纤维的足够的时间。4.为需要分离的棉纤维和杂质提供适度宽裕的空间。

在棉花加工过程中，把各种杂质从棉纤维中清除掉是一项重要工作。自从1840年发明制造出第一台木制翼板打手籽棉清理机以来，人们设计制造了各种不同构造和原理的棉花清理机械，用于对籽棉和皮棉的清理除杂。从清杂的原理上分，把棉花清理机械分成气流式和机械式棉花除杂设备两大类。籽棉和皮棉的结构特征不同，含杂质的种类不同，籽棉清理机与皮棉清理机所采用的主要加工方式也有一定的区别。在籽棉清理的工艺中，人们根据重杂、大杂、细小尘杂等的物理特征，分别采用了不同类型和原理的清杂机械。

五、解决办法

在了解了籽棉的物理性能及水分控制原理和杂质的关系后，得出了籽棉在加工过程中除杂的四个必要条件。现有机采棉加工工艺也是根据这四个必要条件设计的，只是对籽棉的质量要求进行了规定，籽棉回潮率、含杂率不能超过12%，空气湿度相对低的情况下才能加工出符合要求的皮棉。近几年来，新疆西北地区在籽棉收购加工季节气温偏低，阴雨天较多，给机采棉的采收、储存、交售、加工带来了诸多问题。很多加工企业都在积极探索解决的办法，国内棉机生产厂家也都推出专业的棉叶清理机及多功能棉叶清理机，在部分加工企业使用后取得了不错的效果。

笔者通过调查，将目前国内生产的棉叶清理机进行对比并结合自身的生产线工艺环节特点进行论证，制定出了解决改造的办法。原则上：1.改造时对工艺环节不能大动。2.对现有的设备不能更换。3.正式棉花加工生产阶段，不能停机改造时间过长以至于耽误生产。4.选择既能清理棉叶又能起到烘干效果的设备。5.设备的体积不能太大占用较多的空间，影响安全生产。6.减少皮棉含杂率。

六、设备选型及方案制定

根据以上原则的要求，结合笔者对国内生产的棉叶清理机性能对比论证，选定了石河子开发区银彩棉业机械有限公司生产的MQY-10T机采棉清杂清叶机。

（一）设备特点

设备为全封闭结构，籽棉在经过本机时为悬浮状态，不易堵塞，不损伤纤维。

设备可以安装到第一道或第二道烘干塔之后，增加了烘干通道长度，起到了烘干效果。

增设了三丝缠绕辊，能清理部分长短三丝。结构设计合理易操作，无需专人看管，杂质自动吸走，减轻了工人的劳动强度。

根据含杂的大小调节快慢挡，有利于机器发挥最佳效果。

外形美观大方，既使操作运行安全有保障，又有机械保护和车间防尘的作用。

该设备利用现有的烘干塔与籽棉分离器之间的输送管道进行工作，除了自身动力无需任何附属设备。

（二）工作原理

机采棉在正压热风的作用下经一道烘干后进入本机三角箱进料口，经三丝缠绕辊缠绕后进入本机清花辊筒箱体。MQY-10T机采棉清杂清叶机有着充分的扩散空间，含杂籽棉在本机中处于悬浮真空状态，籽棉在齿钉辊打击的作用下与杂质分离，杂质在格条栅的阻挡下滑落至下闭风器后排出，清理后的籽棉经齿钉辊的作用向出口运动，然后被下一道清理机上的负压风吸走，吸杂风机和卸料器将杂质输送至车间外。

（三）设备性能

MQY-10T机采棉清杂清叶机设计安装在一道（二道）烘干后的工艺管道中，和普通清理机相比，机内籽棉在真空高温状态下更均匀，起到了清理烘干效果，故籽棉水分有所降低，清理效果相对较好。细硬杂质下降25%，细小棉叶下降35%，没有堵塞现象。

该机主要技术参数：籽棉处理量8000kg/h～12000kg/h，配用功率17.2kW，外型尺寸为6000mm×2800mm×4200mm（包括钢架平台）。

（四）制定实施方案

根据MQY-10T机采棉清杂清叶机特点、性能、工作原理及现有的生产线工艺布局，将设备安装在在一道烘干后的工艺管道中，增加旁路通道，可以根据籽棉回潮率、含杂率大小选择加工工艺实施方案。2014年10月20日设备安装实施，一天半时间就全部安装完成。

七、使用效果

该设备使用后，达到了预期效果。该设备一机多用，既可以清理杂质和长三丝，又可以起到籽棉烘干作用。增加了烘干通道，避免因籽棉水分较高采用高温烘干造成皮棉等级下降。根据籽棉回潮率、含杂率情况选择加工工艺。生产的皮棉含杂率降低0.6%～0.7%。

八、结束语

第五师89团加工厂第四生产线通过2014年的使用，生产出的皮棉等级有较大的提高，得到了师农业局棉麻公司高度重视，并在2015年全师棉花加工厂推广。目前89团加工厂第二生产线、81团、90团加工厂均安装该设备，取得了较好效果。需要说明的是，生产线的改造要因地制宜、结合实际，根据收购籽棉质量、生产线工艺布局、影响皮棉质量的因素、车间的空间量身制定，只有选择符合自身条件的设备，才能达到预期目的。☆