棉花加工過程中皮棉回潮率對打包重量的影響

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〔1.河南輕工職業學院機電工程系，河南 鄭州 450002〕

〔2.鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南 鄭州 450003〕

棉花加工過程中，打包是最后一個環節，也是最重要的環節。打包過程中，應注意控制棉包的密度和體積。如果棉包的密度過高，纖維將受到損傷。在一定密度下，棉包體積過大，降低打包機的生產率，也浪費包裝物料且不便于搬運[1]。棉纖維是吸濕性物質，其物理特性受其回潮率的影響。回潮率過低，棉纖維強力降低，剛度增大；回潮率過高，其強力增加，彈性增大[2]。在棉包體積一定時，回潮率的高低將最直接反映棉包重量的變化，控制打包過程中的回潮率可以減少打包過程對棉纖維的損傷。棉包重量過重和皮棉回潮率過低都會導致棉包在存儲、運輸過程中出現“崩包”現象[3，4]。為此，探尋棉花加工過程中皮棉回潮率和打包重量的關系有實際意義。

近些年來，針對新疆棉區棉花加工過程中皮棉打包的研究主要集中于解決棉包“崩包”問題。陳延華對新疆棉包的“崩包”問題進行了技術分析，解決“崩包”需要從控制包重、棉花回潮率和控制棉包捆扎材料這三個方面著手[5]。吳新生等針對新疆棉花加工、包裝、運輸過程中出現的“崩包”問題，提出了提高包裝材料的抗拉強度、伸長率和反復彎曲次數[6]的建議。針對新疆棉區棉花加工過程中回潮率相關技術的研究主要集中在棉花加工過程中回潮率對棉花加工質量的影響。谷國富對新疆機采棉不同工藝環節棉花品質變化進行了研究，得出隨著加工工藝的推進，棉花反射率、黃色深度上升，棉纖維長度下降[7]。梁后軍等研究了新疆機采棉加工過程中棉纖維長度、短纖維含量隨加工工序的變化情況，得出現行鋸齒加工系統對纖維長度、長度整齊度及短纖維指數的絕對值或相對值影響不大，但從統計學角度看變化顯著[8]。

目前針對新疆棉區棉花加工過程中皮棉回潮率對打包重量的影響研究尚未見報道。為此，本文選取某軋花車間的整個軋季的打包皮棉回潮率在線檢測數據和皮棉打包重量為研究對象，分析皮棉回潮率對打包重量的影響，以及皮棉回潮率與打包重量的關系。為棉花加工過程中棉包重量的控制和棉花加工工藝的優化提供理論參考。

一、材料與方法

（一）試驗設備

MDY400系列液壓打包機（南通棉花機械有限公司），TCS600電子臺秤（梅特勒-托利多稱重設備系統有限公司），XJ101Z型棉包回潮率在線測定裝置（陜西華斯特儀器有限責任公司）。

（二）研究方法

選取2020年新疆生產建設兵團第八師某軋花車間鋸齒機采細絨棉生產線。棉花加工開始前，對選定的軋花車間的棉包回潮率在線測定裝置按照JJG 1008—2006檢定合格，并調試MDY400系列液壓打包機能夠按照棉花包裝符合標準GB 6975—2013加工出合格的棉包。棉花加工開始后，按照GH/T 1066—2010棉包信息采集技術規程，對生產過程中每個棉包通過XJ101Z型棉包回潮率在線測定裝置檢測棉包回潮率和通過TCS600電子臺秤采集棉包重量，并通過棉包信息采集系統記錄對應的檢測數據。

整個軋季共獲得皮棉回潮率數據和相對應的棉包重量數據共114 356組。為了更好地研究皮棉回潮率對打包重量的影響以及二者的關系，忽略棉花品種、成熟度等檢測數據的影響。首先對該廠整個軋季的皮棉回潮率和棉包重量數據分布進行描述性統計。表1為皮棉回潮率的統計結果，由統計知皮棉維回潮率分布在3.5%～8.4%之間，將樣本數據按照0.2%等間隔分成26組，繪制皮棉回潮率的分布頻率直方圖，如圖1所示。表2為棉包重量的統計結果，由統計知棉包重量分布在215 kg～236 kg之間，將樣本數據按照1 kg等間隔分成26組，繪制棉包重量的分布頻率直方圖，如圖2所示。

表1 皮棉回潮率統計值

圖1 皮棉回潮率直方圖

表2 棉包重量統計值

圖2 棉包重量直方圖

由統計值及其頻率直方圖可以看出，皮棉回潮率在3.50%～8.40%，皮棉回潮率均值在5%左右。由于部分檢測數據頻數較小，考慮到皮棉回潮率95%的概率分布在3.72%～6.21%之間，選擇皮棉回潮率的研究范圍為3.80%～6.20%。采用單因素方差分析皮棉回潮率對打包重量的影響，該方法討論一種因素對試驗結果有無顯著影響。采用一元線性回歸分析皮棉回潮率和打包重量的關系，該方法是研究1個因變量與1個自變量間多項式的回歸分析方法[9]。

（三）數據處理

采用Excel2019對數據進行整理和描述性統計，Origin9.0對數據單因素方差分析、數據擬合及圖形繪制。

二、結果與分析

（一）不同皮棉回潮率對棉包重量的影響

表3為不同回潮率對棉包重量的影響，顯示皮棉回潮率在3.8%～6.2%范圍內，棉包的重量在225.46 kg～228.41 kg。皮棉回潮率為3.8%時，棉包的重量最小，為225.46 kg，標準差為4.17，變異系數為0.018 5；皮棉回潮率為6.2%時，棉包的重量最大，為228.41 kg，標準差為4.19，變異系數為0.018 4。通過方差分析得出，棉花回潮率的變化對棉包重量的影響較為顯著（P＜0.05）。結合表3，可知隨著皮棉回潮率的增加，棉包重量基本呈上升趨勢。

表3 不同皮棉回潮率對棉包重量的影響

（二）皮棉回潮率與棉包重量的擬合關系

根據不同回潮率對應的棉包重量的統計結果，二者的變化趨勢近似線性，通過Origin 9.0軟件進行回潮率和棉包重量的一元線性函數的回歸分析，分析見式（1），并擬合出二者的關系曲線圖，如圖3所示。

圖3 皮棉回潮率與棉包重量的關系曲線

式（1）中x為皮棉打包回潮率，%；y為棉包重量，kg。在給定的顯著性水平0.05下，F檢驗顯著并且調整的多重判定系數為0.961，接近1，可判斷所建立的模型可靠程度較高。由擬合數學模型（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%，打包重量增加約1.49 kg。

三、討論

結果表明，皮棉回潮率對打包重量的影響顯著，隨著回潮率的增加，打包重量增加。皮棉打包過程中，通常采用恒定踩棉預壓力值的方式控制最終棉包的重量，提高棉包重量的一致性。研究表明：棉纖維是吸濕性物質，其物理特性受回潮率的影響較大，回潮率大，棉纖維的強力增加，剛性降低；回潮率低時，則相反。結合研究結果分析，對于皮棉打包，踩棉預壓力值恒定時，回潮率低，棉包重量小；回潮率高，棉包重量大。GB/T 9653—2006《棉花打包機系列參數》中規定普遍采用的400型打包機的包重227±10 kg（包型尺寸1 400mm×530mm×700mm）[10]。由數據分析結果可知，棉包重量的平均值為226.900 kg，范圍為224.37 kg～235.50 kg。根據皮棉回潮率和棉包重量的擬合關系式，棉包重量的偏差為±10 kg，對應的皮棉回潮率的偏差為±6.74%，實際皮棉回潮率變化范圍為3.50%～8.40%，回潮率偏差最大為4.9%，遠小于6.74%，實際加工過程中棉包的重量偏差為±3.63 kg。由此可見，實際棉花加工過程中棉包重量不會超出227±10 kg。根據以上分析得出，可通過控制皮棉回潮率的變化范圍進一步提高棉包重量的一致性。

國家標準GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細絨棉》中規定棉花公定回潮率為8.5%[11]。統計結果表明，皮棉纖維回潮率分布在3.5%～8.4%之間，均值為4.966%，可見實際皮棉回潮率遠低于公定回潮率8.5%。如果打包過程中的皮棉回潮率為8.5%，根據皮棉回潮率和棉包重量的擬合關系式可以得出，皮棉回潮率8.5%對應的棉包重量為231.79 kg，大于227 kg，故當回潮率高時可以在一定程度上降低踩棉壓力值。降低踩棉壓力值可以減少打包對棉纖維的損傷，減少儲存、運輸過程中棉包“崩包”現象。根據以上分析，棉花加工過程中，更加精準控制棉包的重量，需要在打包前增加皮棉加濕環節。

四、結論

1.棉花加工過程中皮棉回潮率對打包重量的影響較為顯著。打包機踩棉預壓力值恒定時，隨著皮棉回潮率的增加，打包重量增加，回潮率每增加1%，打包重量增加約1.49 kg。

2.棉花加工過程中，可通過控制皮棉回潮率的變化范圍進一步提高棉包重量的一致性。

3.為降低打包對棉纖維的損傷，減少儲存、運輸過程中棉包“崩包”現象，降低棉花加工過程中打包所需的踩棉壓力值，更加精準控制棉包的重量，在棉花加工過程中，需要調節皮棉的回潮率，即在打包前增加皮棉加濕環節。