棉花异纤清除机在轧花厂皮辊机生产线的应用

2020-02-05李利辉路建峰王建明王向阳

纺织报告 2020年11期

陆阳，李利辉，路建峰，王建明，王向阳

（陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西宝鸡 721013）

异性纤维是指混入棉花中、对棉花及其制品质量有严重影响的非棉纤维和非本色棉纤维，如化学纤维、毛发、丝、麻、塑料绳、染色线（绳、布块）等。近年来，随着棉纺织企业的发展，对皮棉中的异纤含量要求越来越严格，传统的棉花种植、采摘工艺改进速度落后于市场需求，长期以来，轧花厂皮棉中的异性纤维问题，已成为制约我国纺织产品向高端发展的技术瓶颈，对我国纺织产品的出口有重大影响[1]。

异性纤维的危害性引起了国家有关部门的高度重视，国家先后在棉花标准中增加了有关异性纤维的规定，特别是在GB 1103—2007《细绒棉》国家标准中，对异性纤维含量进行了定量分档（无、低、中、高），为异性纤维含量引入棉花贸易条款提供了依据。

按异性纤维的混入、分离过程分析，尽可能在上游环节即轧花厂发现并排除，会大大减轻后续加工的压力，皮棉出厂前清除异纤是最合理的选择，也是市场需求的必然选择。

1 轧花厂的异纤清除难点

目前，国内的轧花厂主要通过人工挑拣来清除棉花中的异纤，一般雇佣十几人在籽棉垛上通过肉眼挑拣，且只能在白天翻拣，堆起棉花垛以后，因四处翻拣，到处都是棉花，人眼根本无法看见压在垛子里面的异物，只能发现相对大一点的有色异纤，有些细小或者浅色的异纤根本发现不了，更别提与棉花相近的白色丙纶丝。每年处理棉花异纤的用工量大、成本高、效率低、产品质量不稳定，极大地影响了轧花厂棉花品质和生产效率[2]。

轧花厂也有设备可以清除异纤，但面临一些技术难点：一是抗低温的要求，轧花厂主要集中在中国的西北部且秋冬季生产，要求设备的电子元器件至少能抗住-20 ℃的低温；二是棉花含杂高，皮清机清理后的皮棉含杂量一般为1%～3%，杂质主要为棉叶、棉枝、杂草、棉铃壳、棉籽壳等，颜色、形状、长度、面积等都容易与异性纤维混淆；三是产量大，单条皮辊机生产线包含12～14台皮辊机，产量通常在800 kg/h以上，是棉纺厂的一倍，因此过棉检测通道内的棉层很厚，异性纤维容易包裹，不易检测；四是棉流速度波动大，轧花厂皮棉输送管道的风速一般都控制在12～15 m/s，气流输送一般为负压输送并公用一个引风机，受集棉风机、集棉尘笼及管道漏风、补风口等多种因素影响，棉流速度忽快忽慢，而设备检测异纤的一项主要原则依赖于稳定的棉流速度，速度波动或偏移都会直接影响喷出异纤的精度[3]。

2 棉花异纤清除机的检测原理

针对轧花厂的设备使用难点，研制了新的CS809棉花异纤机，采用了高速光电检测、多模式识别图像处理、快速高压精准喷气和罗拉打手开棉等多项技术，核心电子器件包括工控机、板卡、相机，都选用航空级标准，完全达到了新疆冬季低温运行的要求。检测算法上采用了多模识别技术，对通过检测区的棉流，以色彩、光谱、形状等方式进行多模式识别，精确识别各类散丝，防止棉花中的杂质导致大量误判，双罗拉打手组成的开松技术解决了皮棉聚团的问题。整机检测清除原理如图1所示。

分散的小棉块进入检测区，检测区是由高透玻璃制成的矩形光电检测区。上层由一台4 K偏振相机和偏振光源组成，根据偏振原理检测薄膜，下层由2台4 K彩色CCD高速线扫相机和高亮度混合LED光源组成，检测具有荧光白的异纤和各种彩色异纤[4]，所有图像数据通过专用的相机线缆经过相机接口板分别传送到3块高速图像处理卡。高速图像处理卡采用FPGA程序对采集到的图像进行多模式异纤算法并行处理识别，并将判定的异纤位置信息传递给气阀控制板。气阀控制板依据工控机中应用程序设定的基本参数确定喷阀滞后动作时间和喷气持续时间来控制相应的气阀开启，喷阀是由多个电磁阀组成的电磁阀阵列，接到执行命令后立刻开启高压气嘴。当异纤经过排杂口时，对应位置的高速电磁阀将带有异纤的棉块喷出管道，落入废棉箱内，抽废棉风机连续将废棉箱内的棉花和异纤抽到废棉袋中，由人工定期分拣处理，其余干净的棉花进入下级设备[4]。

3 棉花异纤清除机的皮辊机生产线安装

以4条皮辊机生产线的安装为例，每条生产线带11台皮辊机并安装一台异纤机，4台整机并联在皮辊机生产线的气流皮清机与打包机之间。整个生产线的棉流走向为皮棉经过皮清机由大风机吸入尘笼装置，从高处落下，经过自动配棉装置进入每台棉花异纤清除机的集棉箱中，自动配棉装置能够调节前级尘笼出棉口棉流的均衡分配，消除每条生产线产量的波动性，使落棉均匀分散到每一台异纤机内，确保每台异纤机的过棉量为750～850 kg/h（图2）。

集棉箱具有一定的容纳性，类似一个缓冲区，棉花在集棉箱中依靠自身重力以及输棉风机的吸力进入开松机构，在专业设计对辊罗拉和打手机构作用下，将皮棉充分撕扯为分散的小棉块进入检测区，摊薄棉层厚度，有利于异纤的暴露和清除。经过检测区时，含有异纤的棉花被电磁阀打出，经吸废棉风机进入废棉袋中待人工挑拣，正常棉流从棉花异纤机出口处经过输棉风机的输送，被吸入总尘笼装置，最后进入打包机打包成220 kg左右的棉包。

调节均匀给棉机构的罗拉变频器，通过改变罗拉转速来改变棉流速度，在不影响整个管道风压或输棉效果的前提下，应尽量调低棉速。调节输棉风机的变频器，使整个管道中的棉流速度达到一个稳定的状态，不受其他外围设备的影响，比如尘笼和其他风机，确保管道中的棉流速度，对稳定异纤机的清除效率起了重要作用。

棉花异纤清除机所配备的输棉风机和均匀给棉机构全部由主机的电控箱控制，在启动生产线时，需要先启动棉花异纤清除机，包括打手罗拉及输棉风机，最后启动生产线的皮辊机等其他设备。停止生产线时，要先停止生产线其他设备，最后停止棉花异纤清除机。

4 实际应用效果

在新疆阿克苏某轧花厂，经过一个轧花季4个月的连续稳定运行，每天都能清除各种异纤，包括棉花中被污染的棉团、麻绳、棕丝、色布条、色棉线、鸡毛、有色塑料袋碎片、尼龙编织袋的碎纤维、白色丙纶丝等。通过阶段性投入检测样本，包括尺寸为40 mm×2 mm的红、绿、蓝、浅红、浅绿、浅蓝、荧光白各色纸条，以从废棉袋中检出为准，平均清除效率在80%以上。

将11月每天生产的棉包数（个）计算成产量（千吨），并根据喷出来的异纤总克数制成月报表（图3），可以看出除了几天的车间设备维修时间，喷出异纤的总量基本上与每天的生产总量保持一致，平均每天生产约230个棉包，计52 t，检出异纤总质量约为400 g，大大减少了棉包中的异纤含量，提高了棉花的品质。