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(chǎn)率、刺釘滾筒與格條柵的間距和刺釘滾筒轉(zhuǎn)速3個因素對工作質(zhì)量的影響程度及關(guān)系，采用L9（34）正交試驗設(shè)計方法，對各因素的參數(shù)進行了優(yōu)化研究。結(jié)果表明，各因素對工作質(zhì)量影響程度為刺釘滾筒轉(zhuǎn)速>刺釘滾筒與格條柵間隙>子棉生產(chǎn)率。在刺釘滾筒轉(zhuǎn)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(zhì)量最佳。

關(guān)鍵詞：傾斜式子棉清理機；工作質(zhì)量；正交試驗

中圖分類號：TS103.11+1.02 文獻標(biāo)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(chǎn)建設(shè)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(yōu)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(yè)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(zhì)量，清雜效果不好，會使皮棉含雜較高，增加紡織工業(yè)的除雜負擔(dān)和清雜難度，對皮棉的成紗質(zhì)量有影響[5]。而子棉清理的次數(shù)越多，對棉纖維損傷的程度就越大，只有減少清理次數(shù)才能保證纖維的長度[6]。子棉清理設(shè)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(shè)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(zhì)的清理，其工作過程為：機采棉受風(fēng)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(fā)生扭轉(zhuǎn)、滾動、振動和開松，黏附在子棉表面的雜質(zhì)會隨風(fēng)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(zhì)量主要體現(xiàn)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(zhì)量指標(biāo)。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(chǎn)率、刺釘滾筒與格條柵的間距、刺釘滾筒轉(zhuǎn)速、刺釘滾筒的數(shù)量和刺釘排列方式等有著密切的關(guān)系[8]。由于刺釘滾筒的數(shù)量和刺釘排列方式是無法調(diào)整的，對于機具本身可以調(diào)控的因素主要有子棉清理機的生產(chǎn)率、刺釘滾筒與格條柵的間距和刺釘滾筒轉(zhuǎn)速，本研究擬通過正交試驗方法對子棉清理機的生產(chǎn)率、刺釘滾筒與格條柵的間距和刺釘滾筒轉(zhuǎn)速3個因素進行試驗，以清雜效率和棉纖維長度為指標(biāo)，探討傾斜式子棉清理機達到最佳工作狀態(tài)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(chǎn)建設(shè)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(chǎn)線上的MQZX-10型傾斜式子棉清理機，該廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)對傾斜式子棉清理機刺釘滾筒轉(zhuǎn)速進行監(jiān)控，利用轉(zhuǎn)速傳感器可以直接測得轉(zhuǎn)速，可以通過變頻器來調(diào)整刺釘滾筒的轉(zhuǎn)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(shè)計

為確定刺釘滾筒轉(zhuǎn)速、刺釘滾筒與格條柵間隙、子棉生產(chǎn)率3個因素對清雜效率影響程度的主次關(guān)系，對傾斜式子棉清理機作業(yè)效率進行正交試驗，對于單臺傾斜式子棉清理機，子棉生產(chǎn)率主要受刺釘滾筒轉(zhuǎn)速影響較大，但在棉花加工生產(chǎn)線上作業(yè)時，子棉生產(chǎn)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(yè)效率的試驗分析是在棉花加工生產(chǎn)線上進行的，子棉生產(chǎn)率以子棉喂入量進行計算，所以不考慮子棉生產(chǎn)率和刺釘滾筒轉(zhuǎn)速之間的交互作用，選擇刺釘滾筒轉(zhuǎn)速A、刺釘滾筒與格條柵間隙B和子棉生產(chǎn)率C作為試驗因素，根據(jù)設(shè)備自身工藝參數(shù)范圍，刺釘滾筒轉(zhuǎn)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(chǎn)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(biāo)，其清雜效率kd應(yīng)為傾斜式子棉清理機清除雜質(zhì)的重量與清理前子棉中雜質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(jié)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(chǎn)中，一般要求保證清雜效果的基礎(chǔ)上，減少清理次數(shù)，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(jù)實際要求，清雜效率和棉纖維長度的權(quán)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(shè)計如下：

綜合評分=清雜效率×0.7+棉纖維長度×0.3 （4）

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果

根據(jù)試驗因素與水平，按L9（34）正交試驗表進行試驗，試驗結(jié)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(chǎn)率極差較小，刺釘滾筒轉(zhuǎn)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(jié)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(yōu)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(yōu)組合方案是A1B2C1；對工作質(zhì)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(yōu)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(jié)果如表3所示。由表3可知，刺釘滾筒轉(zhuǎn)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(chǎn)率對清雜效率影響顯著，影響大小順序為刺釘滾筒轉(zhuǎn)速>刺釘滾筒與格條柵間隙>子棉生產(chǎn)率，清雜效率的最優(yōu)方案為A3B2C1；刺釘滾筒轉(zhuǎn)速、刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產(chǎn)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(zhuǎn)速>子棉生產(chǎn)率，棉纖維長度的最優(yōu)方案為A1B2C1，方差分析結(jié)果與極差分析結(jié)果一致。

3 結(jié)論

通過對刺釘滾筒轉(zhuǎn)速、刺釘滾筒與格條柵間隙、子棉產(chǎn)量參數(shù)的優(yōu)化分析，結(jié)果表明，刺釘滾筒轉(zhuǎn)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(chǎn)率對清雜效率影響顯著；刺釘滾筒轉(zhuǎn)速、刺釘滾筒與格條柵間隙和子棉生產(chǎn)率對棉纖維長度影響均高度顯著，各因素對工作質(zhì)量影響程度為刺釘滾筒轉(zhuǎn)速>刺釘滾筒與格條柵間隙>子棉生產(chǎn)率。通過正交試驗極差和方差分析得出最優(yōu)組合方案為刺釘滾筒轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)量的影響還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團統(tǒng)計局.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團統(tǒng)計年鑒—2015[M].北京：中國統(tǒng)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(zhì)影響分析[J].中國棉花加工，2013（4）：27-28.

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

[6] 萬鳳兮，莊承學(xué)，唐海峰.籽棉與皮棉清理次數(shù)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(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊[M].北京：中國工業(yè)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(shè)計與數(shù)據(jù)處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.