棉花加工过程中皮棉回潮率对打包重量的影响

2020-04-19■

中国棉花加工 2020年6期

■

〔1.河南轻工职业学院机电工程系，河南郑州 450002〕

〔2.郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州 450003〕

棉花加工过程中，打包是最后一个环节，也是最重要的环节。打包过程中，应注意控制棉包的密度和体积。如果棉包的密度过高，纤维将受到损伤。在一定密度下，棉包体积过大，降低打包机的生产率，也浪费包装物料且不便于搬运[1]。棉纤维是吸湿性物质，其物理特性受其回潮率的影响。回潮率过低，棉纤维强力降低，刚度增大；回潮率过高，其强力增加，弹性增大[2]。在棉包体积一定时，回潮率的高低将最直接反映棉包重量的变化，控制打包过程中的回潮率可以减少打包过程对棉纤维的损伤。棉包重量过重和皮棉回潮率过低都会导致棉包在存储、运输过程中出现“崩包”现象[3，4]。为此，探寻棉花加工过程中皮棉回潮率和打包重量的关系有实际意义。

近些年来，针对新疆棉区棉花加工过程中皮棉打包的研究主要集中于解决棉包“崩包”问题。陈延华对新疆棉包的“崩包”问题进行了技术分析，解决“崩包”需要从控制包重、棉花回潮率和控制棉包捆扎材料这三个方面着手[5]。吴新生等针对新疆棉花加工、包装、运输过程中出现的“崩包”问题，提出了提高包装材料的抗拉强度、伸长率和反复弯曲次数[6]的建议。针对新疆棉区棉花加工过程中回潮率相关技术的研究主要集中在棉花加工过程中回潮率对棉花加工质量的影响。谷国富对新疆机采棉不同工艺环节棉花品质变化进行了研究，得出随着加工工艺的推进，棉花反射率、黄色深度上升，棉纤维长度下降[7]。梁后军等研究了新疆机采棉加工过程中棉纤维长度、短纤维含量随加工工序的变化情况，得出现行锯齿加工系统对纤维长度、长度整齐度及短纤维指数的绝对值或相对值影响不大，但从统计学角度看变化显著[8]。

目前针对新疆棉区棉花加工过程中皮棉回潮率对打包重量的影响研究尚未见报道。为此，本文选取某轧花车间的整个轧季的打包皮棉回潮率在线检测数据和皮棉打包重量为研究对象，分析皮棉回潮率对打包重量的影响，以及皮棉回潮率与打包重量的关系。为棉花加工过程中棉包重量的控制和棉花加工工艺的优化提供理论参考。

一、材料与方法

（一）试验设备

MDY400系列液压打包机（南通棉花机械有限公司），TCS600电子台秤（梅特勒-托利多称重设备系统有限公司），XJ101Z型棉包回潮率在线测定装置（陕西华斯特仪器有限责任公司）。

（二）研究方法

选取2020年新疆生产建设兵团第八师某轧花车间锯齿机采细绒棉生产线。棉花加工开始前，对选定的轧花车间的棉包回潮率在线测定装置按照JJG 1008—2006检定合格，并调试MDY400系列液压打包机能够按照棉花包装符合标准GB 6975—2013加工出合格的棉包。棉花加工开始后，按照GH/T 1066—2010棉包信息采集技术规程，对生产过程中每个棉包通过XJ101Z型棉包回潮率在线测定装置检测棉包回潮率和通过TCS600电子台秤采集棉包重量，并通过棉包信息采集系统记录对应的检测数据。

整个轧季共获得皮棉回潮率数据和相对应的棉包重量数据共114 356组。为了更好地研究皮棉回潮率对打包重量的影响以及二者的关系，忽略棉花品种、成熟度等检测数据的影响。首先对该厂整个轧季的皮棉回潮率和棉包重量数据分布进行描述性统计。表1为皮棉回潮率的统计结果，由统计知皮棉维回潮率分布在3.5%～8.4%之间，将样本数据按照0.2%等间隔分成26组，绘制皮棉回潮率的分布频率直方图，如图1所示。表2为棉包重量的统计结果，由统计知棉包重量分布在215 kg～236 kg之间，将样本数据按照1 kg等间隔分成26组，绘制棉包重量的分布频率直方图，如图2所示。

表1 皮棉回潮率统计值

图1 皮棉回潮率直方图

表2 棉包重量统计值

图2 棉包重量直方图

由统计值及其频率直方图可以看出，皮棉回潮率在3.50%～8.40%，皮棉回潮率均值在5%左右。由于部分检测数据频数较小，考虑到皮棉回潮率95%的概率分布在3.72%～6.21%之间，选择皮棉回潮率的研究范围为3.80%～6.20%。采用单因素方差分析皮棉回潮率对打包重量的影响，该方法讨论一种因素对试验结果有无显著影响。采用一元线性回归分析皮棉回潮率和打包重量的关系，该方法是研究1个因变量与1个自变量间多项式的回归分析方法[9]。

（三）数据处理

采用Excel2019对数据进行整理和描述性统计，Origin9.0对数据单因素方差分析、数据拟合及图形绘制。

二、结果与分析

（一）不同皮棉回潮率对棉包重量的影响

表3为不同回潮率对棉包重量的影响，显示皮棉回潮率在3.8%～6.2%范围内，棉包的重量在225.46 kg～228.41 kg。皮棉回潮率为3.8%时，棉包的重量最小，为225.46 kg，标准差为4.17，变异系数为0.018 5；皮棉回潮率为6.2%时，棉包的重量最大，为228.41 kg，标准差为4.19，变异系数为0.018 4。通过方差分析得出，棉花回潮率的变化对棉包重量的影响较为显著（P＜0.05）。结合表3，可知随着皮棉回潮率的增加，棉包重量基本呈上升趋势。

表3 不同皮棉回潮率对棉包重量的影响

（二）皮棉回潮率与棉包重量的拟合关系

根据不同回潮率对应的棉包重量的统计结果，二者的变化趋势近似线性，通过Origin 9.0软件进行回潮率和棉包重量的一元线性函数的回归分析，分析见式（1），并拟合出二者的关系曲线图，如图3所示。

图3 皮棉回潮率与棉包重量的关系曲线

式（1）中x为皮棉打包回潮率，%；y为棉包重量，kg。在给定的显著性水平0.05下，F检验显著并且调整的多重判定系数为0.961，接近1，可判断所建立的模型可靠程度较高。由拟合数学模型（1）知，皮棉回潮率由3.8%增加到6.2%，棉包重量由224.81 kg增加到228.38 kg，增加了3.57 kg，回潮率每增加1%，打包重量增加约1.49 kg。

三、讨论

结果表明，皮棉回潮率对打包重量的影响显著，随着回潮率的增加，打包重量增加。皮棉打包过程中，通常采用恒定踩棉预压力值的方式控制最终棉包的重量，提高棉包重量的一致性。研究表明：棉纤维是吸湿性物质，其物理特性受回潮率的影响较大，回潮率大，棉纤维的强力增加，刚性降低；回潮率低时，则相反。结合研究结果分析，对于皮棉打包，踩棉预压力值恒定时，回潮率低，棉包重量小；回潮率高，棉包重量大。GB/T 9653—2006《棉花打包机系列参数》中规定普遍采用的400型打包机的包重227±10 kg（包型尺寸1 400mm×530mm×700mm）[10]。由数据分析结果可知，棉包重量的平均值为226.900 kg，范围为224.37 kg～235.50 kg。根据皮棉回潮率和棉包重量的拟合关系式，棉包重量的偏差为±10 kg，对应的皮棉回潮率的偏差为±6.74%，实际皮棉回潮率变化范围为3.50%～8.40%，回潮率偏差最大为4.9%，远小于6.74%，实际加工过程中棉包的重量偏差为±3.63 kg。由此可见，实际棉花加工过程中棉包重量不会超出227±10 kg。根据以上分析得出，可通过控制皮棉回潮率的变化范围进一步提高棉包重量的一致性。

国家标准GB 1103.1—2012《棉花第1部分：锯齿加工细绒棉》中规定棉花公定回潮率为8.5%[11]。统计结果表明，皮棉纤维回潮率分布在3.5%～8.4%之间，均值为4.966%，可见实际皮棉回潮率远低于公定回潮率8.5%。如果打包过程中的皮棉回潮率为8.5%，根据皮棉回潮率和棉包重量的拟合关系式可以得出，皮棉回潮率8.5%对应的棉包重量为231.79 kg，大于227 kg，故当回潮率高时可以在一定程度上降低踩棉压力值。降低踩棉压力值可以减少打包对棉纤维的损伤，减少储存、运输过程中棉包“崩包”现象。根据以上分析，棉花加工过程中，更加精准控制棉包的重量，需要在打包前增加皮棉加湿环节。