棉花加工主要设备的发展

一、输送与除尘

棉花加工厂的输送设备分为机械输送与气流输送两大类。其中气流输送除输送作用外，还具有刷棉、刷绒除尘、混合、加湿和干燥等作用。目前，气流输送技术已经应用到棉花加工厂内的轧花、剥绒、清理各方面，其优点主要是输送距离远、输送方向容易控制，多用于远距离的籽棉输送以及皮棉和短绒的输送上。而机械输送动力消耗少、噪音小，为此多用在配棉和棉籽输送上。

棉花加工厂的除尘就是依靠风机通风的作用，将车间内的混浊的含尘空气吸走，经过除尘设备将灰尘和有价值纤维分别收集起来，使洁净的空气排入大气的过程。虽然除尘方式很多，但布袋除尘方式因占地面积大，需专用车间厂房安装且布袋清理及短纤维收集困难，除尘效果不易保持，存在安全隐患，已逐渐被淘汰。目前应用比较多的是沙克笼与绞龙组合的一级除尘装置，因为这种除尘器不仅制造简单、占地面积小、维护简单，无需建造专用厂房，而且设计合理，使用的沙克笼除尘效果也能满足要求，所以获得了广泛应用。新型组合式沙克笼除尘效果更好，代表了除尘的发展方向，在一些环境要求较高的地区的新工艺中已经采用。新工艺的除尘效果已达到相关标准，即车间内空气含尘不大于10 mg/m3，大气排放空气含尘量不大于100 mg/m3。

二、电气控制系统

解放以前，我国的棉花生产水平很低，多为分散的民间轧花，轧花机主要是皮辊轧花机，多数以人力、畜力、水力带动。解放以后，随着棉花生产的大幅度提高，棉花加工业也得到了迅速的发展。首先是将人力、畜力皮辊轧花机逐步改变为动力皮辊轧花机，接着又以锯齿轧花机逐步替代了动力皮辊轧花机，刚开始多以内燃机做动力，后来随着电力工业的发展，又用电动机逐步替代了内燃机作为轧花机的动力。

棉花加工业机械刚开始使用电动机做动力时，基本上都是用刀开关或铁壳开关来直接控制，后来逐步发展到用按钮和接触器配合进行远距离手动控制，但相互之间没有什么联系。多数加工厂都是将电器控制设备安装在车间内机器附近，这样既不便于使用，也不便于维护。同时，由于车间粉尘含量高、噪音大，因此使用不安全，电气元件的寿命也受到影响。

现代的棉花加工电气控制系统采用可编程控制器（PC）机、无级调速装置和接近开关等一些现代化的控制元件，设置有许多检测环节和互锁保护环节，从而实现了棉花加工成套设备的安全、可靠、高效地运行，其主要控制环节如下：

（一）籽棉清理机的控制系统

籽棉清理机的控制系统设置了一些连锁控制及自动控制环节，使籽棉清理机不仅清理效果好，而且能与后序的轧花机合理匹配，满足整个加工过程协调、连续的工作。

（二）锯齿轧花机的控制系统

1.自动开合箱。

轧花机开合箱自动化，从而大大减轻了工人的劳动强度。电气控制系统的设计，又使轧花机的自动开合箱和前后工序各有关机械联锁起来，使轧花机的工作箱可以根据有关机械的工作情况实现自动开合。

2.物料检测。

在轧花机进料口装有检测开关，用于检测进棉口处棉花的多少。当籽棉排空后发出信号，自动打开轧花机的工作箱，以防继续加工使轧花机工作箱内形不成棉卷，影响棉花加工质量。

3.喂料自动控制。

喂花辊还可在你设定转速的基础上，根据工作箱内棉卷密度的大小进行自动调节，将工作箱内棉卷密度始终控制在最佳状态，稳定提高加工质量。

4.互锁自锁环节。

为保证轧花机安全可靠地工作，电气控制系统设置了一些保护环节。当锯轴毛刷电机不工作时，清花电机不能工作；轧花机工作箱不在工作位置，喂花辊不能工作；锯轴电机停止工作，轧花机能自动开箱。

（三）皮棉清理机的控制系统

皮棉清理机上装有棉层厚度检测装置，当给棉罗拉堵塞时，自动停止集棉电机并发出报警信号，使轧花机工作箱自动打开，从而防止设备事故发生。当皮棉清理机有故障时，轧花机锁死不能开箱，皮棉清理机恢复正常，将旋钮旋至工作位置，轧花机方可合箱工作，可有效避免误操作形成的事故。

（四）液压打包机的控制系统

打包机经历了螺旋式打包机、绞车式打包机、液压式打包机这样一个发展过程。在电气控制方面也经历了手动控制、联动控制、自动控制三个阶段。现代的液压打包机采用可编程控制器对其工作全过程进行可靠有效的控制，从而大大提高了打包机的自动化程度，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。

1.包重自动计算。

包重是打包过程中的关键问题。目前的打包机靠预压系统上设置的电接点压力表控制包重，通过方便地调整压力表的设定值，来实现包重的自动计量。

2.PC机控制。

以往的液压打包机多是手动控制，即所有电气设备均由操作工用按钮手动控制，有些打包采用继电器、接触器联动控制方式，操作频繁，稍有疏忽就会酿成事故。现在用可编程序控制器（PC机）对打包全过程进行自动控制。打包过程中，操作者只需在每个包的工作循环中，在打包机立柱上按两次按钮即可，其余工作均由PC机自动控制完成。

3.故障报警。

机器故障时，自动打开蜂鸣闪光报警装置，既增强了机器的安全性，又方便了工人的操作。

（三）物料检测

在籽棉清理机储棉箱和轧花机储棉箱各设置两个光电开关，用于检测储棉箱内的籽棉高度（上限位和下限位），确保储棉箱内有一定量的籽棉，从而保证整个轧花系统连续、可靠协调地工作。

（六）自动调风阀门

自动调风阀门具有机械互锁功能，装在籽棉输送系统的风网中用来控制籽棉输送系统的风量，从而控制籽棉的输送和停止。

三、棉花水分控制

水分控制是棉花加工的主要环节，由于棉花回潮率的高低不仅直接影响轧花机的产量及打包机的动力消耗，而且影响整套设备的棉花加工质量，因此，现代棉花加工都增加了棉花的水分控制环节。目前加工厂常用的水分控制主要在两方面，一是籽棉的烘干，二是皮棉的加湿。

（一）籽棉烘干

籽棉（尤其纤维）回潮率影响棉纤维的强力、刚性、摩擦系数等指标。在加工过程中，籽棉回潮率高会影响清杂效率，产生大量索丝、棉结等疵点，降低轧花效率；籽棉回潮率低，纤维易断产生静电，增加带纤维籽屑，影响正常加工。研究表明，籽棉加工最适宜的回潮率是6.95%～8.7%（即含水率6.5%～8%）。目前我国采摘的棉花回潮率一般都高于8%的指标，为此，加工厂要对籽棉进行烘干处理。

籽棉烘干就是利用棉纤维的放湿特性，以干燥的热空气为介质，使热空气与籽棉接触、混合，靠热空气与棉纤维之间的温度差、湿度差、压强差及速度差，迫使棉纤维中的吸附水分子外移，为热空气所吸收、带走，达到籽棉干燥的目的。籽棉干燥工艺过程如图1所示。

图1 籽棉干燥工艺过程图

籽棉烘干系统主要由供热装置、烘干塔及输送装置组成。供热装置分用油或天然气加热的燃烧器；用煤加热的热风炉；用电加热的电加热器；用热蒸汽或有机热载体加热的工业锅炉、加热炉或换热器等多种方式。

下面介绍一种常用的籽棉烘干系统——MGZ-B脉冲-隔板增热式籽棉干燥机。

图2 脉冲-隔板增热式籽棉干燥机

该机由烘干塔、脉冲干燥器、籽棉喂料控制器、供热系统、保温系统、风机以及连接管道组成。充分利用物料在加速阶段所具有的高传热、传质效果，采用管径交替变化的脉冲气流，强化传热、传质速度，提高热能利用率。烘干塔内部的隔板可使籽棉均匀翻动，充分与热空气接触，道外及烘干塔部分均敷有硅酸镁保温材料，热效率高。据测，烘去2%的水分，每50 kg皮棉需1129.8 kJ的热量，同比约是普通塔式烘干机热量的26%。

（二）皮棉加湿

皮棉加湿主要是保证皮棉的回潮率在一个适宜的水平，以降低皮棉打包功耗，减少“崩包”现象的发生。皮棉加湿是利用棉纤维具有的天然亲水性能，让干燥的棉纤维与湿热空气接触，使棉纤维自由吸湿，从而提高皮棉的回潮率。皮棉加湿分蒸汽加湿、高压雾化加湿、超声波加湿等，一般安装在皮棉滑道或集棉管道上。无论采用何种方法加湿，均要以气化水来完成。

皮棉加湿系统一般由加热装置、雾化室、加湿装置及风机管道组成。

四、棉包信息化管理

2003年为了棉花质量检验体制改革项目，我国配套研制成功棉包信息化管理技术和条形码系统。

（一）系统的开发背景

1.棉花质量检验体制改革的需要。

棉花质量检验体制改革方案中，将棉花的检验由过去的逐批抽样检验改为逐包取样、包包检验。这样，每包棉花的棉样都要送到检验机构检验，如果仍采用原来的刷唛、手工记录数据的方法，不仅在打包时记录原始数据的工作量很大，而且棉样送到检验机构后，仍需重新录入原始数据，工作量大、单调重复，容易出错。为了配合包包检验，需要采用先进的技术方法，实现原始信息的自动记录，保证棉包和棉样原始信息的准确、一致。

在棉花检验体制改革中，纤检机构使用HVI对棉样进行仪器化检验，检验数据通过网络传输到轧花厂，如果没有相应的管理软件支持，则检验数据不能与原始数据有效融合，导致数据的管理和棉花销售困难。

2.轧花厂信息管理的需要。

大多数轧花厂在码单、报表处理方面，一直采用手工填写、传送的处理方法。一般是轧花厂设专人读取电子称重量，手工填写多联报表，对报表进行人工核对、汇总。这种处理方式存在以下缺点：

（1）多次重复抄写、核对，工作量大，单调重复，容易出错；

（2）占用大量人工；

（3）数据处理时间长，延误了销售业务；

（4）码单、报表字迹不整齐，信息可识读性差；

可见，这种落后的处理方式已经不适应现代化轧花厂的管理需要，需要采用先进的管理手段。

3.棉花流通体系发展的需要。

随着我国加入WTO，传统的棉花销售方式即看货交易的方式已不适应棉花流通体系发展的要求，电子商务已经渗透到棉花流通领域，棉花期货也成为棉花贸易的一种重要方式，这就要求棉花信息网络化，而网络化的基础是企业管理的信息化。

（二）系统在国家棉花质量检验体制改革中的作用

棉包条形码信息管理系统是棉花质量检验体制改革的重要技术基础，主要表现在：

（1）每个棉包具有全国唯一的一个标识——条形码，有效防止了棉包出现混包、重包现象，有利于国家了解全国的棉花情况，进行科学决策。

（2）棉样被送到纤检机构后，只需扫描棉样中夹带的条形码，初始信息即进入数据库且不能修改，既提高了信息录入速度，又防止了手工录入时出现错误，保证了信息的准确性。用HVI对棉样进行检验后，检验结果进入数据库形成具有加工、检验信息的完整数据库。纤检机构将数据上传给中心数据库，可以为宏观决策部门提供准确详细的信息。

（3）棉包重量和回潮率数据直接来自电子称和水分仪，数据准确，防止弄虚作假，提高公信度，并为宏观调控部门提供可靠的数据依据。

（4）条形码标签一式四份，保证了棉包和棉样的完全一致，真正做到了质量信息与实物相符。

（5）检验信息反馈给加工厂后，可以直接导入加工厂的数据库，使加工厂具有完整的棉包信息，有利于加工厂清楚地了解加工、检验状况。可见，该系统为棉花检验体制改革提供了重要的技术支持。

（三）棉包条码信息管理系统介绍

1.系统组成及工作流程。

系统组成原理如图3所示。

图3 系统原理图

系统的整个工作过程是：打包机在打包的同时，在线回潮测定装置测出棉包回潮率，并将该数据发送给在线回潮测定装置的接收机；取样装置（取样刀）在棉包上取两个棉样，棉包经传送装置推放至电子台秤上后，电子秤上棉包的重量数据连同先前测量好的回潮率数据一并传送给IC卡数据采集器，数据采集器将该数据保存在IC卡和数据采集器中，同时发送打印命令给条码打印机打印该棉包的条码（一式四份）。打印的32位条码记载有该棉包的加工信息，同时也是该棉包的唯一“身份证”。两个较大的条码标签固定在棉包上，随棉包通行，两个较小的条码标签放在两个棉样中。当天加工结束后，一方面，把IC卡中的棉包加工信息通过读卡器读入计算机的数据库中；另一方面，把带有条码标签的棉样送承检机构，通过HVI设备检验后，检验结果保存在承检机构服务器的数据库中。加工企业通过调制解调器拨号到承检机构服务器，将检验数据下载到企业端计算机数据库中，根据条码这一唯一的“身份证”将检验数据和加工数据对应在一起，这样，用户可以方便地对棉包进行组批、销售、查询等操作，实现对本企业生产、检验数据适时、全面的管理。

系统分为如下几个部分：

（1）数据采集及打印条码部分。

该部分实现自动采集包号、包重、回潮率等原始信息，自动打印条码，信息来源准确、快速，不受人为因素干扰。

其组成及连接示意图如图4所示：

图4 生产车间连接示意图

①在线测水（棉包回潮率在线测定装置）：其作用是在棉花打包时测量棉花的回潮率，回潮率数值自动进入条形码，不能人为进行修改，所以数据具有准确性和公证性。

②IC卡数据采集器：与棉花加工生产线的电子秤、在线测水仪器、条码打印机相连，主要功能是实时采集棉包重量和回潮率数据，自动记录采集数据的时间、日期、棉包的流水包号，将数据按照编码规则编制成条形码并发送给打码机，打印出条形码。实现棉包数据的自动采集，将数据存储到IC卡上。

③条码打印机：与IC卡数据采集器相连，实时接收IC卡数据采集器发送的信息并打印出条码，条形码上记录着棉包的所有初始信息，并作为棉包的身份证挂于棉包和棉样上，随棉包和棉样同行。

④车间加工结束或卡满后，将IC卡拿到管理计算机，通过读卡器将数据读入管理计算机的数据库，用于信息管理。

2.轧花厂棉花信息管理软件。

其主要功能包括：

（1）通过读卡器对IC卡进行初始化，将IC卡中储存的棉包加工数据读入计算机的数据库中。

（2）对加工过程中形成的棉包数据进行有效管理；按照各种条件对棉包数据进行查询、统计并自动形成报表；自动计算工资、销售量、交易金额等，对棉包出库进行管理；对棉花交易进行管理；根据检验结果挑包组批，根据每包回潮率、含杂率计算公定重量等。

3.检验信息下载软件。

其主要功能是：

（1）在纤检机构对棉样进行检验后，检验结果进入纤检机构的数据库，在数据发布后，加工厂可以通过拨号上网的方式到纤检机构查看检验结果并下载数据。将下载的数据导入轧花厂棉花信息管理软件，加工厂便拥有了棉包的全部信息，棉花可以上市交易。

（2）检验证书的打印：检验证书可以在下载软件中打印，也可以在轧花厂棉花信息管理软件中组批后直接打印。在此打印的检验证书具有权威性。

（四）系统的优势

棉包信息管理系统与检验机构密切配合，系统的数据库与检验机构数据库紧密融合，同时考虑了企业内部管理及销售方式，解决了目前检验及管理中存在的问题。与现行数据处理方式相比，该系统具有如下优势：

1.在棉包称重、测量水分后立即打印出条形码，条码一式四份，分放于棉包和棉样上，保证了检验用的棉样与棉包的一一对应。

2.条形码中的数据直接来自电子称和水分仪，数据准确清晰，消除了人为因素造成的差错。

3.在打印条形码的同时，数据自动记入IC卡，进入计算机管理系统，避免了人工抄写、核对等工作，节省了人力、物力。

4.数据受人工干预少，公正性好。

5.管理软件功能强大，数据准确。管理软件根据加工厂的特点精心设计，集管理、监督、查询、销售与检验机构进行数据传输于一体，既满足了检验体制改革的要求，又实现了企业内部的信息化管理和未来电子商务的要求。

6.多种数据安全措施。数据可以根据要求进行备份、导出、导入；在特殊情况下可以手工将棉包数据填入数据库，保证数据安全，做到万无一失。

7.操作简单、界面友好。IC卡采集器采用大屏幕LCD多行汉字显示，每步操作均有提示，含义明确，操作简单。软件操作系统具有明确的功能菜单，只要点击鼠标就能完成常用的操作，对于操作人员来说学习压力很小。

8.通信功能强大易用。通过点击鼠标可以到检验机构查看本厂棉花的检验情况，并且可以直接下载本厂检验数据。对于棉麻公司统管的加工厂，可以通过网络将数据上报给公司，数据及时、准确。

可见，棉包信息管理系统对棉包的统一编码，为棉花流通实现信息化管理、大力发展现代物流创造了重要条件。

在我国棉花信息化发展下，棉包条码信息管理系统已经实现了棉包信息的自动采集、传输和管理，但目前条码的用途还主要是在检验机构检验时扫描录入条码信息以及挂在棉包上作为棉包标识，条码的作用远远没有发挥出来。如在棉包出厂时可以通过扫描条码将出厂的棉包信息记录下来、自动形成报表，将相应棉包的检验结果随棉包发给用户；在仓储库可以使用条码进行入库、出库、库存管理；在纺织厂也可以使用条码找到相应的公检信息进行纺织配棉，从而避免重复检验，缩短库存时间。条码用途的延伸也将是棉花信息化的重要发展方向之一。

虽然棉包信息系统目前已经在加工厂信息管理、棉花检验信息管理方面显示出了明显的优势，但是在棉花流通、使用等方面还没有发挥作用。随着条码应用范围的扩大，大型网络系统的建立，棉包信息的应用范围也将扩展到仓储、交易、物流、纺织等环节，实现根据买方的需求对棉花分选组批；发展网上交易，降低物流成本。棉包信息的网络化建设将是棉花信息化的重要发展方向。☆