■沈潔強(qiáng) 李付堂

〔北京中棉機(jī)械成套設(shè)備有限公司，北京 100089〕

一、籽棉中雜質(zhì)的產(chǎn)生

籽棉中雜質(zhì)一部分是先天自然生成的，一部分是后天混入的。筆者根據(jù)多年觀察與實(shí)踐，籽棉中雜質(zhì)分別產(chǎn)生在如下環(huán)節(jié)。

1.在與孕育生長(zhǎng)過(guò)程中自然形成的雜質(zhì)。

棉鈴中的胚珠不可能100%受精，沒(méi)有受精的胚珠成為不孕籽，為此籽棉中不可避免會(huì)產(chǎn)生不孕籽棉，也稱不孕籽雜質(zhì)。一般籽棉中不孕籽的粒數(shù)占棉籽數(shù)量的10%～30%，具體數(shù)量決定于胚珠受精率的高低。

2.籽棉在生長(zhǎng)過(guò)程中因病蟲(chóng)害及環(huán)境影響產(chǎn)生的雜質(zhì)。

籽棉生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，尤其吐絮期棉纖維暴露在大氣中，表面易黏附灰沙等雜質(zhì)。籽棉生長(zhǎng)期間要經(jīng)歷風(fēng)吹雨打、太陽(yáng)暴曬，碎的棉枝葉以及枯草枝葉均會(huì)落入籽棉表面；候鳥(niǎo)的遷徙也會(huì)產(chǎn)生各種羽毛等雜質(zhì)。另外，由于棉纖維中含有大量的纖維素、糖分、蛋白質(zhì)以及脂肪等物質(zhì)，生長(zhǎng)過(guò)程中易發(fā)生病蟲(chóng)危害，而受蟲(chóng)傷病害的籽棉定會(huì)產(chǎn)生各種不同的未正常吐絮的籽棉瓣，即僵瓣。

3.籽棉在收獲過(guò)程中混入各種雜質(zhì)。

如采棉時(shí)會(huì)將鈴殼、碎棉葉、草枝葉等籽棉表面的沙土、羽毛等雜質(zhì)帶入籽棉中；手摘棉過(guò)程中若使用編織袋，還會(huì)產(chǎn)生各類編織袋絲、頭發(fā)絲等異性纖維；機(jī)械采棉時(shí)雜質(zhì)會(huì)更多，除了大量的鈴殼、枝葉、草桿外，還有地膜碎片、滴灌帶碎片等雜質(zhì)。

4.在晾曬、運(yùn)輸、交售、儲(chǔ)存、加工環(huán)節(jié)混入的雜質(zhì)。

此類雜質(zhì)主要有人畜毛發(fā)、各種家禽羽毛、編織袋絲、塑料薄膜、尼龍線絲、布條、布?jí)K、毛線、磚瓦石塊、金屬塊等其他雜質(zhì)。

二、雜質(zhì)的影響

1.雜質(zhì)對(duì)棉花加工質(zhì)量的影響。

籽棉中含有僵瓣棉，因其纖維短、強(qiáng)力弱、成熟度差，會(huì)增加皮棉的短絨率，影響皮棉色澤。

籽棉中雜質(zhì)不清除，會(huì)使皮棉含雜增多，皮棉品級(jí)降低。皮棉中雜質(zhì)的粒數(shù)增加會(huì)使皮棉中疵點(diǎn)增多，不僅影響品質(zhì)，而且影響纖維染色性，最終增加棉針質(zhì)織品疵點(diǎn)數(shù)。

2.雜質(zhì)對(duì)加工工藝的影響。

籽棉中雜質(zhì)含量大會(huì)使清理工藝復(fù)雜化，不僅增加排雜時(shí)的落棉量，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用價(jià)值。

籽棉中含有繩索、布片、線繩等粗大雜質(zhì)易堵塞機(jī)器設(shè)備，影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)或加速機(jī)件磨損，縮短機(jī)器壽命。

磚石塊、金屬塊等硬雜質(zhì)與運(yùn)動(dòng)部件撞擊，易損壞機(jī)件，還容易產(chǎn)生火星造成火災(zāi)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。

三、雜質(zhì)的特性

1.雜質(zhì)種類多。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，籽棉中雜質(zhì)的種類達(dá)百余種，幾乎包括了人們生活中常見(jiàn)的所有物質(zhì)，而且隨著人們生活方式的改變，雜質(zhì)的種類還在增多。表1是河北某家棉花加工企業(yè)手摘籽棉中異性纖維雜質(zhì)的含量情況。整體研究表明，籽棉中雜質(zhì)種類與籽棉收獲模式有關(guān)，手摘棉雜質(zhì)種類比機(jī)采棉要多。從整體趨勢(shì)看，籽棉中所含的單體質(zhì)量、表面積較大的雜質(zhì)數(shù)量所占的比例相對(duì)較小，質(zhì)量所占的比例較大；而籽棉中所含的單體質(zhì)量、表面積較小的雜質(zhì)質(zhì)量所占的比例較小，數(shù)量所占的比例較大。

表1 籽棉中異性纖維雜質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)

2.雜質(zhì)含量大。

加工前籽棉中雜質(zhì)的含量與棉花品種、生長(zhǎng)期的天氣狀況、后期加工環(huán)節(jié)的多少直接相關(guān)。一般情況下，手摘籽棉雜質(zhì)含量8%～10%，機(jī)采籽棉中雜質(zhì)含量為15%～30%。

3.雜質(zhì)形態(tài)差異大。

籽棉中雜質(zhì)的形狀、大小、材質(zhì)、顏色等差異巨大，很難用一種方法完全清除，需采用不同的設(shè)備進(jìn)行清理。

4.清理難度大。

由于籽棉纖維柔軟、蓬松，具有天然轉(zhuǎn)曲，其相互之間以及與各種雜質(zhì)之間相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，不僅有摩擦力，而且存在抱合力（正壓力為零時(shí)的摩擦力），因此，當(dāng)它們混在一起時(shí)就互相糾纏、勾掛而抱成一團(tuán)，不易松散。要想使籽棉與混在其中的雜質(zhì)分離十分困難，尤其對(duì)那些體積質(zhì)量較小而數(shù)量龐大的細(xì)小雜質(zhì)，清理難度非常大。

四、籽棉中雜質(zhì)的類型及清除原理

1.籽棉中雜質(zhì)的類型。

籽棉中雜質(zhì)有很多分類方法，如按雜質(zhì)形成方式的不同可以分天然雜質(zhì)與外附雜質(zhì)；按質(zhì)量不同又可分為輕雜與重雜；按雜質(zhì)的性質(zhì)還可分為纖維性雜質(zhì)與非纖維性雜質(zhì)等。筆者結(jié)合雜質(zhì)形態(tài)以及它們的清除機(jī)理，將雜質(zhì)分為條狀類雜質(zhì)、塊狀類雜質(zhì)、細(xì)小雜質(zhì)以及其他雜質(zhì)4大類，簡(jiǎn)要介紹它們的清除原理。常見(jiàn)的各類雜質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 常見(jiàn)的各類雜質(zhì)

籽棉中常見(jiàn)的雜質(zhì)部分照片，如圖1所示。

圖1 籽棉中常見(jiàn)雜質(zhì)

2.條狀類雜質(zhì)的清除原理。

編織袋絲、布條、麻繩及線繩等這類雜質(zhì)一般呈長(zhǎng)條狀且大于10 cm，柔韌性好，與籽棉纖維黏結(jié)力大。這類雜質(zhì)依靠傳統(tǒng)的刺釘輥筒打擊或齒條輥筒勾拉不但無(wú)法將其清除，而且在清理過(guò)程中長(zhǎng)條還會(huì)被打斷或勾碎，形成更多、更小、更難清理的雜質(zhì)。

這類雜質(zhì)利用高速旋轉(zhuǎn)的釘齒輥纏繞的機(jī)理進(jìn)行清理效果比較好。一般是在籽棉通道中，設(shè)置1組上下左右交錯(cuò)排列的細(xì)長(zhǎng)的螺旋狀長(zhǎng)釘齒輥（俗稱狼牙棒），利用高速旋轉(zhuǎn)的釘齒，在將籽棉均勻開(kāi)松的同時(shí)，勾拉、套住有一定長(zhǎng)度（大于基輥周長(zhǎng)）的條狀雜質(zhì)，并將其快速纏繞在細(xì)長(zhǎng)基輥的表面，不再與釘齒輥分離，相當(dāng)于完成了條狀雜質(zhì)的挑揀。而被松解的籽棉長(zhǎng)度短，雖被勾拉但不夠繞輥一周，這樣在齒釘?shù)臎_擊及高速旋轉(zhuǎn)籽棉的離心力作用下，脫離釘齒輥，進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，完成了籽棉的開(kāi)松及輸送，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 條狀類雜質(zhì)的清除原理圖

影響這類雜質(zhì)清除效率的因素主要有雜質(zhì)的長(zhǎng)度，釘齒的直徑與間距，基輥的直徑，釘齒輥的數(shù)量、轉(zhuǎn)速以及排列方式。

3.塊狀類雜質(zhì)的清除原理。

磚石塊、金屬塊、鈴殼、僵瓣、紙塊等這類雜質(zhì)一般呈塊狀或片狀，外表相對(duì)光滑，與纖維黏結(jié)力較小。其主要特點(diǎn)是密度比籽棉高，單位質(zhì)量大，在相同角速度情況下，受到的離心力較大。

利用這個(gè)特點(diǎn)，目前一般采用齒條輥筒與排雜棒組合結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），利用鋸齒勾拉住夾裹著雜質(zhì)的籽棉旋轉(zhuǎn)，由于鋸齒可以勾住有纖維的籽棉，而不易勾住塊狀的雜質(zhì)，因此，隨著鋸齒旋轉(zhuǎn)，在離心力與排雜棒的共同作用下，塊狀雜質(zhì)被甩（撞）出，而籽棉則被鋸齒勾拉著前行直到指定位置被刷下，使籽棉得到清理。

圖3 塊狀類雜質(zhì)的清除原理圖

影響塊狀雜質(zhì)清除效率的因素主要有：鋸齒的形狀與密度、鋸齒的轉(zhuǎn)速、排雜棒數(shù)量、排雜棒與鋸齒之間的距離等。

4.細(xì)小雜質(zhì)的清除原理。

不孕籽、棉葉、沙塵等這類籽棉中最傳統(tǒng)的雜質(zhì)，它們體積小、質(zhì)量輕、數(shù)量多，與籽棉纖維黏結(jié)力大，尤其是表面有一層短纖維的不孕籽與籽棉糾纏在一起，受摩擦力與抱合力作用，依靠單一運(yùn)動(dòng)很難將其分開(kāi)，一般要對(duì)其進(jìn)行反復(fù)打擊、搓揉、旋轉(zhuǎn)、摩擦等復(fù)合動(dòng)作，才能將其清除。

目前一般采用表面多個(gè)裝有交錯(cuò)排列刺釘?shù)妮佂才c排雜網(wǎng)組合結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖4），依靠輥筒的旋轉(zhuǎn)使籽棉在輥筒與排雜網(wǎng)中間運(yùn)動(dòng)，迫使籽棉在隨輥筒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)被多次打擊、重復(fù)搓揉、摩擦，使籽棉中的這些細(xì)小雜質(zhì)充分暴露在表面，靠籽棉與排雜網(wǎng)的反復(fù)摩擦讓不孕籽等細(xì)小雜質(zhì)與籽棉分離，并在離心力作用下使雜質(zhì)從排雜網(wǎng)孔排出，完成細(xì)小雜質(zhì)的清除。

圖4 細(xì)小雜質(zhì)的清除原理圖

影響細(xì)小雜質(zhì)清除效率的因素有：刺釘?shù)霓D(zhuǎn)速，刺釘?shù)某叽缗c數(shù)量，刺釘與排雜網(wǎng)的間距，排雜網(wǎng)的摩擦系數(shù)、漏風(fēng)系數(shù)以及網(wǎng)孔的大小等。

5.其它雜質(zhì)的清除原理。

地膜、羽毛、人畜毛發(fā)等這些雜質(zhì)有的體積細(xì)小、質(zhì)量輕；有的體積較大、柔軟并帶有絨毛，其與棉纖維的物理性能接近，與籽棉黏附力大。兩者不僅難以分開(kāi)，而且也不易從排雜網(wǎng)孔或排雜棒處排出，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生靜電，使雜質(zhì)吸附在籽棉表面更難清除，傳統(tǒng)的機(jī)械打擊與勾拉等方法對(duì)其清理效果很差。

圖5 其他雜質(zhì)的清除原理圖

新型的沸騰床與風(fēng)力篩選組合裝置（見(jiàn)圖5），較好地解決了此類雜質(zhì)的清除難題。該裝置利用這類雜質(zhì)的懸浮速度與籽棉不同的特點(diǎn)，首先采用沸騰床結(jié)構(gòu)，在柔性抖動(dòng)中松解籽棉，既使籽棉團(tuán)內(nèi)的雜質(zhì)暴露，又避免了靜電的產(chǎn)生，為雜質(zhì)與籽棉的分離奠定了基礎(chǔ)；其次采用階梯風(fēng)嘴、吹吸聯(lián)動(dòng)的風(fēng)力篩選結(jié)構(gòu)，多次產(chǎn)生與籽棉流方向垂直的懸浮速度的風(fēng)力，使雜質(zhì)與籽棉通過(guò)風(fēng)力進(jìn)行多次分離與篩選，可以有效地清除籽棉的此類雜質(zhì)。

五、籽棉中雜質(zhì)清理的基本原則

1.在滿足質(zhì)量前提下，盡量減少清理設(shè)備數(shù)量以及清理工藝。

機(jī)械作用會(huì)對(duì)棉纖維產(chǎn)生影響。反復(fù)打擊、搓揉、摩擦、勾拉以及撞擊會(huì)損傷棉纖維長(zhǎng)度，增加皮棉中短纖維含量，使皮棉中疵點(diǎn)增多，影響皮棉的價(jià)值。為此，籽棉清理應(yīng)兼顧清雜效率與皮棉損傷情況，在滿足質(zhì)量的前提下，盡量減少清理設(shè)備數(shù)量以及清理工藝。

2.先清除條狀、塊狀等重特大雜，后排僵，再松解清雜。

籽棉清理一般應(yīng)遵循“先清除條狀、塊狀等重特大雜，后排僵，再松解清雜”的工藝流程進(jìn)行。

首先應(yīng)除去混入籽棉中的磚瓦石塊、鐵類、長(zhǎng)條狀以及塊狀類雜質(zhì)，目的一是保證生產(chǎn)的安全，二是盡早把大的雜質(zhì)清除，不僅容易清理，而且還能避免大雜被破壞，變成更多的不容易清除的小雜質(zhì)。其次應(yīng)排僵、清鈴殼，一定要在清細(xì)小雜質(zhì)之前進(jìn)行排僵，否則，部分僵瓣在清理過(guò)程中會(huì)被打擊松解，再要排除出去就變得很困難。最后松解清雜，盡可能清除全部的雜質(zhì)。

六、結(jié)論

籽棉中的雜質(zhì)種類很多，由于收獲方式不同，籽棉中雜質(zhì)含量地域差異也很大，因此首先要認(rèn)清付軋籽棉中雜質(zhì)的種類以及含量情況，在充分了解各種雜質(zhì)的清除機(jī)理基礎(chǔ)上，選擇雜質(zhì)清理的方法以及設(shè)備，才能取得較好的清理效果。