傾斜式子棉清理機工作質量影響因素分析

李斌++李亞雄++王濤++劉洋

摘要：為了研究傾斜式子棉清理機的生產率、刺釘滾筒與格條柵的間距和刺釘滾筒轉速3個因素對工作質量的影響程度及關系，采用L9（34）正交試驗設計方法，對各因素的參數進行了優化研究。結果表明，各因素對工作質量影響程度為刺釘滾筒轉速>刺釘滾筒與格條柵間隙>子棉生產率。在刺釘滾筒轉速600 r/min，刺釘滾筒與格條柵間隙16 mm，子棉加工量8 t/h的條件下，傾斜式子棉清理機工作質量最佳。

關鍵詞：傾斜式子棉清理機；工作質量；正交試驗

中圖分類號：TS103.11+1.02 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）18-4808-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.045

2014年，新疆生產建設兵團棉花播種面積達到70.0萬hm2，其中機械化采收面積45.3萬hm2，達到種植面積的64.7%[1]。機械化采收棉花有著省時、省力、降低成本和提升棉花商品率等優點[2]，但是受棉株成熟狀況、脫葉率、棉花品種以及采棉機類型等各方面的影響，機采棉的含雜率要遠高于人工采收。近幾年棉花加工企業收到的機采子棉含雜率均在12%～20%[3]，在棉花加工工藝中，子棉清理、軋花、皮棉清理都容易損傷棉纖維長度、斷裂比強度[4]，提高子棉清雜效率是降低棉纖維的損傷的有效途徑。子棉的清雜效率直接影響皮棉的含雜率及質量，清雜效果不好，會使皮棉含雜較高，增加紡織工業的除雜負擔和清雜難度，對皮棉的成紗質量有影響[5]。而子棉清理的次數越多，對棉纖維損傷的程度就越大，只有減少清理次數才能保證纖維的長度[6]。子棉清理設備的清雜效率就顯得尤為重要，傾斜式子棉清理機作為子棉清理線中重要的清理設備，提高其清雜效率將對有利于減少棉纖維的損傷。

傾斜式子棉清理機主要用于機采棉烘干后對于棉稈、葉、粉塵等雜質的清理，其工作過程為：機采棉受風機負壓的吸引到達刺釘滾筒，同時受到刺釘滾筒的沖擊力、格條柵的摩擦力以及子棉的重力影響而發生扭轉、滾動、振動和開松，黏附在子棉表面的雜質會隨風通過格條柵排出[7]。傾斜式子棉清理機的主要作用就是清雜，其工作質量主要體現在清雜效率上，由于傾斜式子棉清理機在清雜過程中會對棉纖維長度造成損傷，棉纖維長度也作為衡量傾斜式子棉清理機工作的質量指標。傾斜式子棉清理機的清雜效率與子棉的品級、回潮率、子棉清理機的生產率、刺釘滾筒與格條柵的間距、刺釘滾筒轉速、刺釘滾筒的數量和刺釘排列方式等有著密切的關系[8]。由于刺釘滾筒的數量和刺釘排列方式是無法調整的，對于機具本身可以調控的因素主要有子棉清理機的生產率、刺釘滾筒與格條柵的間距和刺釘滾筒轉速，本研究擬通過正交試驗方法對子棉清理機的生產率、刺釘滾筒與格條柵的間距和刺釘滾筒轉速3個因素進行試驗，以清雜效率和棉纖維長度為指標，探討傾斜式子棉清理機達到最佳工作狀態時的因素組合。

1 材料與方法

1.1 試驗機具及試驗地點

試驗地點為新疆生產建設兵團149團第二棉花加工廠，試驗機具選擇該廠棉花智能化加工生產線上的MQZX-10型傾斜式子棉清理機，該廠的智能監控系統對傾斜式子棉清理機刺釘滾筒轉速進行監控，利用轉速傳感器可以直接測得轉速，可以通過變頻器來調整刺釘滾筒的轉速，為減小子棉回潮率對試驗的影響，選用的子棉均為棉花加工廠抽查回潮率為9%子棉進行試驗。

1.2 試驗設計

為確定刺釘滾筒轉速、刺釘滾筒與格條柵間隙、子棉生產率3個因素對清雜效率影響程度的主次關系，對傾斜式子棉清理機作業效率進行正交試驗，對于單臺傾斜式子棉清理機，子棉生產率主要受刺釘滾筒轉速影響較大，但在棉花加工生產線上作業時，子棉生產率主要受子棉喂入量控制，本研究對傾斜式子棉清理機作業效率的試驗分析是在棉花加工生產線上進行的，子棉生產率以子棉喂入量進行計算，所以不考慮子棉生產率和刺釘滾筒轉速之間的交互作用，選擇刺釘滾筒轉速A、刺釘滾筒與格條柵間隙B和子棉生產率C作為試驗因素，根據設備自身工藝參數范圍，刺釘滾筒轉速選擇400、500和600 r/min；刺釘滾筒與格條柵間隙選擇14、16和18 mm；子棉生產率選擇8、9和10 t/h，試驗因素與水平如表1所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 清雜效率的測定 本試驗以傾斜式子棉清理機的清雜效率kd為指標，其清雜效率kd應為傾斜式子棉清理機清除雜質的重量與清理前子棉中雜質總重的比值，式（1）為清雜效率kd的計算公式。

1.3.2 棉纖維長度的測定 棉纖維長度測量方法參照國家標準GB/T19617-2007《棉花長度試驗方法手扯尺量法》進行測量，在撿拾過雜質后的樣品中稱取200 g子棉，通過鋸齒衣分試軋機進行試軋，再從試軋樣品中隨機抽取3份試樣，每份試樣約10 g，利用絨板和纖維專用尺對試樣進行測量，測量結果取3份試樣長度的平均值[10]。

1.3.3 試驗綜合評分 由于傾斜式子棉清理機主要功能是清雜，要首先保證其清雜效率，而在清理過程中，清雜效果越好，棉纖維長度就損失越大，在實際生產中，一般要求保證清雜效果的基礎上，減少清理次數，從而有效減少棉纖維長度損失，所以在傾斜式子棉清理機正常工作中，清雜效率的重要性要大于棉纖維長度，根據實際要求，清雜效率和棉纖維長度的權重分別取0.7和0.3，因此將每個試驗綜合評分計算公式設計如下：

綜合評分=清雜效率×0.7+棉纖維長度×0.3 （4）

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果

根據試驗因素與水平，按L9（34）正交試驗表進行試驗，試驗結果如表2所示。

2.2 極差分析

由表2可知，刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產率極差較小，刺釘滾筒轉速對傾斜式子棉清理機清雜效率、綜合評價極差較大，而刺釘滾筒與格條柵間隙對棉纖維長度極差較大，即對清雜效率影響大小的因素順序為A>B>C；對棉纖維長度影響大小的因素順序為B>A>C；對綜合評價影響大小的因素順序為A>B>C。通過直觀分析法[11]對試驗結果進行分析，各因素與水平對傾斜式子棉清理機清雜效率的影響主次順序為A3>A2>A1、B2>B3>B1、C1>C2>C3，如圖1所示，其最優組合方案是A3B2C1；各因素與水平對棉纖維長度的影響主次順序為A1>A2>A3、B2>B1（B3）、C1>C2>C3，如圖2所示，其最優組合方案是A1B2C1；對工作質量的影響主次順序為A3>A2>A1、B2>B3>B1、C1>C2>C3，如圖3所示，通過綜合評分法綜合考慮，最優方案為A3B2C1。

2.3 方差分析

對清雜效率和棉纖維長度分別進行方差分析，分析結果如表3所示。由表3可知，刺釘滾筒轉速對清雜效率影響高度顯著，刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產率對清雜效率影響顯著，影響大小順序為刺釘滾筒轉速>刺釘滾筒與格條柵間隙>子棉生產率，清雜效率的最優方案為A3B2C1；刺釘滾筒轉速、刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產率對棉纖維長度影響均高度顯著，影響大小順序為刺釘滾筒與格條柵間隙>刺釘滾筒轉速>子棉生產率，棉纖維長度的最優方案為A1B2C1，方差分析結果與極差分析結果一致。

3 結論

通過對刺釘滾筒轉速、刺釘滾筒與格條柵間隙、子棉產量參數的優化分析，結果表明，刺釘滾筒轉速對清雜效率影響高度顯著，刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產率對清雜效率影響顯著；刺釘滾筒轉速、刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產率對棉纖維長度影響均高度顯著，各因素對工作質量影響程度為刺釘滾筒轉速>刺釘滾筒與格條柵間隙>子棉生產率。通過正交試驗極差和方差分析得出最優組合方案為刺釘滾筒轉速600 r/min，刺釘滾筒與格條柵間隙16 mm，子棉加工量8 t/h，在此條件下，傾斜式子棉清理機工作質量達到最佳。由于子棉回潮率對清雜效率和棉纖維長度均有影響，本試驗選擇回潮率9%的子棉，回潮率由棉花加工廠電子儀器抽樣測得，采集過程不可避免存在誤差，因此回潮率對傾斜式子棉清理機的工作質量的影響還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 新疆生產建設兵團統計局.新疆生產建設兵團統計年鑒—2015[M].北京：中國統計出版社，2015.

[2] FAIRCLOTH J C，HUTCHINSON R，BARNETT J，et al. An evaluation of alternative cotton harvesting methods in northeast louisiana a comparison of the brush stripper and spindle harvester[J].The Journal of Cotton Science，2004（8）：55-61.

[3] 張永梅，譚 兵，徐 紅.機采棉籽棉含雜率檢驗方法探討[J].中國棉花加工，2013（6）：23-24.

[4] 李孝華.棉花加工對棉纖維原生品質影響分析[J].中國棉花加工，2013（4）：27-28.

[5] 孫玉杰.籽棉預處理對棉花品質的影響[J].中國棉花加工，2007（3）：7-8.

[6] 萬鳳兮，莊承學，唐海峰.籽棉與皮棉清理次數對纖維損傷程度的定性分析[J].中國棉花加工，2015（1）：36-38.

[7] 中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊[M].北京：中國工業出版社，1971.

[8] 陳玉輝，彭根旺.影響籽棉清理機清雜效率的因素[J].中國棉花加工，2008（6）：7-9.

[9] GB/T 6499-2012，原棉含雜率試驗方法[S].

[10] GB/T19617-2007，棉花長度試驗方法手扯尺量法[S].

[11] 李云雁，胡傳榮.試驗設計與數據處理[M].北京：化學工業出版社，2005.