機采棉高效加工工藝研究與探討

■ 苗才華 李夢輝

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州 450004〕

新疆地區從2001年開始推廣棉花機械采摘，二十年來新疆地區機采棉產業得到了快速發展。據國家統計局數據顯示，2021年我國新疆地區棉花種植面積為2 506.1 khm2，其中，機采模式種植面積已突破2 000 khm2，機采率超過了80%。機采棉技術的應用推廣有效解決了新疆地區勞動力短缺、用工成本高、植棉效率低等一系列制約棉花產業發展的問題。但受目前種植農藝、機采作業管理等實際因素影響，機采棉相比于手摘棉存在纖維長度短、斷裂比強度低、一致性差、短纖維率高、異性纖維多、含雜率高、棉結多等突出問題，而纖維長度、強度、整齊度、異性纖維含量、短纖維含量這些棉花的內在指標又恰恰是棉紡織行業最關注的。這就要求我們在加工工藝和設備上進行創新完善，最大限度地保持棉花原生內在品質，從而滿足下游棉紡織行業的需求，提高棉花生產的經濟效益。

一、完善加工工藝

以棉花質量檢驗新標準和棉紡織行業用棉需求為導向，調整加工理念“因花配車”，把保持棉纖維長度、強度、整齊度、異性纖維含量、短纖維含量等棉花內在品質放在首位。目前，新疆棉花加工企業普遍采用的機采棉加工工藝主要由一道異性雜質清理—二道籽棉烘干—四道籽棉清理—一道氣流式皮棉清理—二道鋸齒式皮棉清理組成（見圖1）。調整后的新工藝針對機采棉質量存在的突出問題，找出工藝中的缺陷和短板增加功能性設備或對加工設備進行升級換代。為此，我們重點從精準調濕和加強籽清、減少皮清兩方面完善加工工藝，同時在各加工設備之間設置旁路管道真正做到“因花配車”，從而減少因回潮不當或過度加工造成的棉纖維率增加、斷裂比強度下降，以及棉結、索絲等再生雜質增加的情況，最大限度地保持棉花原生品質。

圖1 機采棉加工工藝流程

（一）精準調濕

“調濕”包括籽棉烘干和籽棉加濕兩個過程，但是目前市場上的機采棉軋花生產線大多“重烘干，輕加濕”。為了提高籽棉清理排雜效率，高溫過度烘干成了普遍現象；而在后續的加工工藝中又缺少籽棉加濕環節，造成籽棉在過度烘干清理后不能及時加濕，回潮率得不到有效調整，棉纖維在軋花及皮棉清理加工環節中損傷較大，棉花的內在品質下降，價值受到嚴重影響。完善“調濕”工藝將籽棉烘干和籽棉加濕關聯起來形成一個完整的籽棉調濕系統，配合棉花在線質量檢測控制系統實現“精準調濕”。

新的加工工藝在傳統的工藝基礎上在軋花及皮棉清理加工環節（圖1中的11.毛刷式鋸齒軋花機）之前增加了一道籽棉加濕，這樣配合二道籽棉烘干就形成了完整的籽棉調濕系統。目前已有些軋花廠在加工中使用了新的加工工藝，棉花的加工質量得到有效保證。

（二）加強籽清、減少皮清

為了降低機采棉加工的皮棉含雜率，加工企業在皮棉清理環節普遍采用雙皮清的清理工藝。雖然雙皮清的使用確實降低了皮棉的含雜率，但其齒條輥筒對棉纖維的重復鉤拉造成棉纖維長度損失嚴重。改變傳統工藝，嘗試向單皮清工藝進行轉變，在加工中加強對籽棉的清理，盡可能地在籽棉清理環節降低棉花含雜率，使其接近手摘棉的指標，在皮棉清理環節中減少一道鋸齒式皮棉清理機的使用，從而達到保長度、降短纖的目的。在新的加工工藝基礎上，對虛線方塊中的“一級籽棉清理系統”進行升級完善（見圖2、圖3）。

圖2 一級籽棉清理系統（雙層清理）

圖3 一級籽棉清理系統（下引風清理）

圖2的一級籽棉清理系統由雙層籽棉清理機替代原有清理系統中的回收式籽棉清理機，單道籽清升級為雙道籽清，進一步加強對籽棉的清理能力，同時在雙層籽棉清理機的進棉口設置兩個進棉通道，可實現單、雙道清理的自由切換。目前市場上有清鈴回收式、雙回收式和回收傾斜式等多種機型的雙層籽棉清理機，工藝上可根據當地的機采棉含雜情況和以往的棉花加工情況綜合考慮選擇適合的機型。

圖3的一級籽棉清理系統由傾斜式籽棉清理機（下引風）替代原有清理系統中的籽棉卸料器，在保持原有工藝籽棉卸料功能的同時增加了一道籽棉清理功能，同時引風機的使用也改善了籽棉清理設備周圍的空氣質量。

以上兩種升級完善后的一級籽棉清理系統在盡可能不改變原有系統空間大小的情況下，都增加了一道籽棉清理，進一步提高了籽棉清理環節的清理能力。在后續工藝皮棉清理環節中，可根據棉花在線含雜的實際情況調節五通閥的翻板，把雙皮清改為單皮清，選擇減少一道鋸齒式皮棉清理機的使用實現加強籽清、減少皮清的目標。全新的機采棉加工清理工藝：一道異性纖維雜質清理—二道籽棉烘干—五道籽棉清理—一道籽棉加濕—一道氣流式皮棉清理—二道鋸齒式皮棉清理。

二、選擇工藝中的設備

（一）設備的協調度、適合度

除了完善工藝，設備的配置也要做到前后整體協調。其中，軋花機組數量與打包機的產能要匹配，尤其是保質型軋花機的片時產量按8 kg上限計算，要根據打包機的產能（生產線的目標產能）設計軋花機組的數量，真正做到保質高效。

工藝中還要注意關鍵設備的選擇。比如在工藝中只設置了一道清鈴機，主要用于清理鈴殼、棉稈等較大雜質，這種除雜針對性強且單道設置的設備額定產量要略大于整個生產線的產能，使其能在一個寬松的狀態下運行，最大限度地發揮其單機排雜效率，真正體現加工工藝的先進性。

（二）設備的開松度、沸騰度

設備的鉤拉使籽棉和各種雜質互相包裹在一起形成一團。在籽棉清理環節要對其打擊、開松，才能使雜質暴露在外方便與籽棉分離。比如，異性纖維清理設備在清理工藝的前端，成團的籽棉進入設備，要提高清理效率就需要對棉花充分地開松，讓棉花“沸騰”起來，這樣棉花和異性纖維才能充分分離，從而高效地清理出棉花中的異性纖維。

（三）設備的輥筒直徑

在棉花清理加工過程中，通過加工設備各種輥筒的打擊、開松、鉤拉，團狀的棉花在軸向上均勻鋪散開來形成棉花流，與相對應的格條、排雜棒（刀）產生摩擦、沖擊，將暴露在棉花流表面的雜質排出從而得到干凈的棉花。過多的打擊、開松、鉤拉會對棉纖維造成過度損傷，提高清理設備的輥筒直徑能有效地改善這一問題。比如，新式清鈴機主提凈輥筒的直徑由原來的φ350 mm～φ450 mm變為φ800 mm～φ1 000 mm，排雜區域（弧長）和排雜棒（刀）數量大幅增加保證了一次鉤拉、多次排雜，在不增加棉纖維長度損傷的前提下，提高整機的排雜效率。

三、棉花在線質量檢測控制系統

棉花含雜率、回潮率等全指標數據的在線檢測，結合外部環境指標建立在線智能加工控制系統，可實現籽棉烘干、加濕的自動精準調節，不過度烘干及時調節回潮率；實現自動實時調節整個加工生產線的喂花量以及軋花機鋸片輥筒、皮清機刺輥筒的轉速，提高軋工質量；實現動態加工，對加工設備、流程做出最優選擇，避免因過度加工造成的棉花損傷，同時降低能耗。

四、創新工藝與設備

雖然機采棉的加工工藝和設備日趨完善，但是隨著市場需求的不斷發展進步，我們還要繼續在加工環節上不斷嘗試創新。比如，在棉花異性雜質（纖維）清理機之前再增加一道烘干（低溫烘干），或者利用棉花異性雜質（纖維）清理機具有開松、拋射功能的較大內部空間，直接在棉花異性雜質（纖維）清理機上增加烘干功能（低溫烘干），提高棉花異性雜質（纖維）清理機的清雜效率；在二級籽棉清理系統中把傾斜式籽棉清理機更換為清鈴機，兩道清鈴機提高了生產線去除鈴殼、棉稈的效率，從而提高后續軋花的質量；設計一種全新的帶有開松、清理功能的非鋸齒式皮棉清理設備，替換雙皮清中的第一道鋸齒式皮棉清理機，實現溫和排雜，提高皮棉質量。同時，也要認識到控制系統還不夠完善、不夠智能，對加工生產的指導性應用較少，還有很大的探索空間。

在保持棉花原生品質的加工理念下，不斷地完善改進加工工藝、設備和控制系統智能化等方面，優化機采棉的加工質量，讓棉花創造出更多的價值，相信新疆機采棉產業一定會得到持續穩定的發展。