棉花加工主要设备的发展

■于峻极

一、籽棉清理机

目前的棉花加工工艺都设置有各种籽棉清理为棉花工序，其作用就是对籽棉进行开松、清理，清除籽棉中含有的天然和外附杂质，给纤维和棉籽在轧花机分离提供较好的籽棉条件，以保证棉花的加工质量。

世界上第一台籽棉清理机于1968年在美国问世，它是一台简易的刺钉辊筒式籽棉清理机，只能清除沙石、尘土、棉叶等细小杂质，效率也很低。经过一个多世纪的不断改进和发展，籽棉清理机已经形成了门类齐全、种类繁多、可清理多种杂质的新型产品。目前籽棉清理原理有气流式和机械式两种，机械式又有刺钉辊筒与锯片辊筒结构之分，排杂网的形式更是有编织网、钢板网、格条栅等多种形式；已发展成可以清除混入籽棉中所有的天然和外附杂质，如沙石、尘土、棉叶、僵瓣、铃壳、棉秆、绳索、不孕籽等；产量也由台时2000 kg发展为现在的10000 kg，尤其是机采棉清理机单台产量已达15000 kg/h；自动化程度大幅提高，由手动操作发展成现在的自动喂料，按钮、触摸屏控制，塞车、故障自动停车等；清杂效率和可靠性明显提高，已成为棉花加工工艺中必不可少的设备。几种有代表性的籽棉清理机示意图如下所示。

（一）6MQZ-7组合式籽棉清理机

该机（如图1所示）主要是综合利用了开松辊的松懈打击作用，齿条辊筒与毛刷辊筒的提净回收作用，格条栅的冲击抖动作用，刺钉辊筒和排杂网的磨擦、抖动、打击、松懈、碰撞作用，清除籽棉中的软特杂质、僵瓣及其它各类杂质。

图1 6MQZ-7组合式籽棉清理机

1.主要技术参数

清杂效率为40%～60%；清僵效率不小于70%；清杂电机7.5kW；清僵电机5.5kW；喂料电机2.2kW；外形尺寸2880 mm×3680 mm×3720 mm。

2.主要特点

功能全，可清理各类杂质；综合清杂效率高；纤维损伤小，尤其适合手摘棉清理。

（二）MZQ-160冲击式籽棉清理机

该机（如图2所示）主要是综合利用开松辊的松懈打击作用，刺钉与锯片辊筒的冲击、撕扯、抖动及格条栅的碰击作用，清除籽棉中的杂质。

图2 MZQ-160冲击式籽棉清理机

1.主要技术参数

产量10000 kg/h；清杂率70%；动力11kW；外形尺寸4000 mm×2196 mm×3300 mm。

2.主要特点

处理量大；对籽棉损伤小。

（三）6MHZQ-8回收式籽棉清理机

该机（如图3所示）主要用于清理籽棉中的棉叶、不孕籽等细小杂质，尤其适用于机采棉的清理。

图3 6MHZQ-8回收式籽棉清理机

6MHZQ-8回收式籽棉清理机的主要技术参数：台时产量8000 kg/h；清杂效率40%～60%；动力15kW；外形尺寸 2643 mm×2836 mm×4280 mm。

（四）6MQL-7清铃机

该机（如图4所示）主要清理籽棉中的棉秆、铃壳、棉叶等杂质，是机采棉清理的主要设备之一。

图4 6MQL-7清铃机

6MQL-7清铃机主要参数：台时产量7000 kg/h；清铃效率不低于98%；清杂效率40%～50%；喂棉电机1.1kW；主电机11kW；外形尺寸2700 mm×1880 mm×1980 mm。

二、轧花机

轧花机是棉花加工工艺的核心，是加工厂设备的心脏，其它所有设备都围绕它来工作并与之匹配。世界上最早的轧花机是皮辊轧花机，而锯齿轧花机是目前世界上也是我国应用最广泛的轧花机械。锯齿轧花机在历经了200多年的发展后，其无论在材料上，还是在结构、质量、精度和自动控制上都发生了巨大的变化。

目前的锯齿轧花机都采取锯齿钩拉原理，利用棉纤维的断裂强度大于纤维与棉籽间的附着力的充分条件，依靠工作箱棉卷与锯片辊筒的相对转动，实现纤维与棉籽的分离。图5就是锯齿轧花机工作箱示意图。

图5 锯齿轧花机工作箱示意图

棉籽与纤维的分离就是在此箱中完成。工作箱的几何形状、锯片辊筒的速度、锯齿的尺寸以及工作过程中棉卷的密度都直接影响轧花机的产量和加工质量。

锯齿轧花机有多种分类方法，最常用的是根据锯片数量的多少来分，如80片、88片、120片、121片、168片等。

目前的锯齿轧花机已具备相当的技术水平，与过去相比实现了以下几方面突破：设备大型化，最高片数已达171片，机器跨度已突破3 m；纤维分离效率高，锯齿轧花片时产量由4kg～5 kg上升到10 kg～12 kg；自动化程度高，由过去的手工操作变为触摸屏操作，采用PLC控制实现了自动喂料、自动开合工作箱，并设置有先进的工业级人机界面，真正实现人机对话，可根据籽棉的品级、含杂及回潮率自动生成加工工艺，实现智能控制；设备更可靠，外形美观，各种新型的材料、结构及传动使设备运转可靠，全封闭的结构及工业化、人性化设计理念，使机器外形美观。一种典型的轧花机示意图如图6所示。

图6 6MY168-17智能轧花机

1.主要技术参数

台时皮棉产量1700 kg～2000kg；轧花部电机75kW；清花部电机5.5kW；喂花电机1.1kW；开合箱电机1.5kW；外形尺寸4130 mm×2215 mm×2785 mm。

2.主要特点

棉卷密度可控，片时产量12kg/h～15 kg/h；内置“专家模块、PID运算”，可自动生成最佳加工方案，实现智能控制；触摸屏式操作，实现了人机对话，故障自动检测、提示。

三、锯齿剥绒机

锯齿剥绒机是利用锯齿的齿锋和棱边线对棉籽上的短绒进行刮剥的设备，短绒是指棉籽表面短而密集的长度小于16 mm的纤维，是重要的国防、化工、纺织及造纸原料。锯齿剥绒机按照刷绒方式分毛刷式和气流式，还可根据锯片数量划分为141剥绒机、160剥绒机等。

现代的锯齿剥绒机与老剥绒机相比，设备更加先进，主要是产量更高，由原台时处理毛棉籽量900 kg～1800 kg提高至1000 kg～4500 kg；片时产绒量由0.16 kg增至0.27 kg。自动化程度提高，由手动间断喂料改为了自动连续喂料，并实现了自动开合工作箱，降低了操作者频繁开合箱的劳动强度。剥籽辊与锯齿的间距调节更方便，更容易实现分道剥绒，短绒质量好，出绒率更高，残绒率更低。全封闭设计使设备安全可靠、外形美观，降低了工作环境的粉尘含量。以下是两种常见的锯齿剥绒机示意图。

（一）MR-144D型锯齿剥绒机（如图7所示）

图7 MR-144D型锯齿剥绒机

MR-144D型锯齿剥绒机的主要参数：台时棉籽产量为头道3500 kg～4500 kg，二道1000 kg～1500 kg，三道750 kg～1000 kg；台时产绒量的头道40 kg，二道 50 kg，三道 30 kg；动力（四台电机）24.4kW；外形尺寸2600 mm×1872 mm×2000 mm。

（二）6MR160D-10锯齿剥绒机（如图8所示）

图8 6MR160D-10锯齿剥绒机

6MR160D-10锯齿剥绒机的主要参数：台时棉籽产量为头道4000 kg，二道800 kg～1000 kg，三道1000 kg～1200 kg；片时产绒量大于0.25 kg/h；动力22kW；外形尺寸2502 mm×1890 mm×1942 mm。

四、皮棉清理机

皮棉清理机主要用于清除皮棉中的杂质与疵点，改善皮棉的外观形态，以提高皮棉质量。现代棉花加工工艺中都配备了皮棉清理工序，由于其对棉层的形态和厚度要求严格，一般均安装在棉流比较均匀的轧花机后面，中间不允许增加任何改变皮棉形态的环节。目前的皮棉清理机有气流式和可控棉胎式两种结构。皮棉清理工序的应用给轧花厂带来的成效明显，减少了皮棉中的杂质、索丝及其他疵点；显著改变了皮棉的外观形态；有效解决了轧花工艺的产质量矛盾，提高了轧花生产效率。目前的皮棉清理机还设计有棉层厚度检测装置，并与轧花机实现了连锁控制，一旦皮棉清理机出现塞车故障，轧花机自动开箱，可有效防止设备事故发生。皮棉清理已成为轧花工艺中的重要环节，但若不能正确使用皮棉清理机也会产生一定的副作用，为此要加强控制，正确使用与维护皮棉清理机。

图9 气流式皮棉清理机原理示意图

图9所示的皮棉清理机不需动力，结构简单，安装在轧花机的皮棉出口处，能清除皮棉中的棉籽、不孕籽、破籽等大颗粒杂质，不损伤纤维，清杂效率一般20%左右，有各种型号可供选择，产量分别在2000 kg/h～3000 kg/h。

图10 可控棉胎式皮棉清理机剖面示意图

该种皮棉清理机采用给棉罗拉与给棉板夹持喂棉，锯齿辊筒高速旋转进行钩拉、分梳结构，可清理皮棉中的细小杂质及疵点，改善皮棉外观形态，清杂效率达30%～40%，清理后的皮棉可提高0.5个～1个品级。

由于棉层进入的状态直接影响该机的正常运转及皮棉清理效果，因此国内外都在研究该种皮棉清理机（如图11所示）的皮棉喂入结构，以期达到更好的效果。

图11 美国最新研制的一种皮棉清理机

五、打包机系统

MDY-400型液压打包系统经过了一个时期的市场考验以后，2003年被国务院批准的棉花质量检验体制改革方案指定的配套设备为中国棉花加工工业实现规模化经营的“集中加工、包包检验”和棉包的信息化管理、棉花贸易与国际接轨提供了装备基础。打包是棉花加工的最后工序，是及时、连续将棉纤维打成棉包并进行包装确保安全储存运输的设备。传统的打包机由喂棉、踩棉预压、压缩成型、捆扎包装四个基本环节组成，400型新型打包机在这四个环节上有较大发展，并增加了自动取样、回潮率在线检测、棉包自动计量捆扎、自动套包、运输等功能。

400型液压打包机系统包型尺寸为1400 mm×530 mm×700 mm；包重227 kg±10 kg。400型液压打包系统打包程序如图12所示。

图12 400型液压打包系统打包程序

400型打包机的研制为适用棉花质量检验体制的改革的需要，依托科技创新进行很大的改进。打包机喂棉装置作用是把松散的皮棉喂入压缩棉箱，其结构先后经历了人工喂棉、旋转式翼板喂棉器、栅条喂棉器、耙式喂棉器、输送带式喂棉器，最后形成了现在普遍使用的液压推棉喂棉器，这种喂棉结构可靠，喂棉量大，棉胎分割整齐，使用寿命长。

踩棉预压部分的功能是对喂入压缩棉箱的棉花进行预压，并计量喂入棉花的重量。其结构由齿杆式踩压装置、链条式踩压装置发展为液压踩压系统，该系统由踩压油缸带动踩压头上下运动，对棉花进行预压缩，踩头的速度随压力变动而改变；通过调整系统内的电接点式压力表设定值，实现棉包重量自动计量。该踩压结构踩压速度快、压力大、动作平稳、包重计量准确、调整方便。

压缩成型部分的功能是对预压后的棉箱中的棉花进一步压缩到要求的位置，以方便捆扎。其结构经历了机械式（绞车式）和液压式两种，而液压式又分为下顶式和上压式，棉箱结构也由手动开门式、自动开门式发展为整体无门式。目前我国棉花质量检验体制改革推荐的400型打包机均为液压上压式，该机利用其上部同步运动的双液压缸进行压缩，采用无门箱体，依靠整体脱箱技术，完成压缩打包功能，同时利用棉箱底部和主压头上设置的取样刀和在线测水装置，在压缩成包的同时自动完成取样工作和棉花回潮率检测。新型打包机不仅主压力大（公称压力4000 kN），打包速度快，压缩密度高，而且棉包外形整齐美观。图13是400型打包机的结构示意图。

图13 400型打包机的结构示意图

捆扎包装就是把压缩后的棉花捆扎、包装好，传统的捆扎方式是包布在内，捆扎在外，方法是人工先铺上包布，再穿丝、搭扣，最后人工出包、封包、称重，人工刷唛。新型打包机捆扎方式是捆扎在内，包装在外，不仅可以人工搭扣，而且可以自动搭扣，并实现自动取样、自动输包、自动称重、自动套包、自动打印条码及自动在线测水等功能，满足了包包取样，棉包编码的基本条件，使我国棉花包装与国际接轨，棉花质量指标更准确、公正，为棉包的信息化管理奠定了基础。