籽棉軋花及皮棉清理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著人力成本上升，機械化采摘棉花變的越來越廣泛，但給棉花加工帶來了難題。機采棉由于含雜率、回潮率較高，在棉花加工階段需要增加機械清理環(huán)節(jié)，才能使加工出的皮棉含雜率達到合格水平，但是過度機械清理，會對棉纖維造成巨大損傷。機采棉整體品質(zhì)較手摘棉差，再由于增加了機械清理環(huán)節(jié)，使得加工出的皮棉綜合品質(zhì)下降嚴(yán)重，難以滿足目前紡織企業(yè)對高品質(zhì)棉花的需求。棉加工企業(yè)為獲得較高收益，增強企業(yè)競爭力，迫切需要在棉花加工階段提高皮棉綜合品質(zhì)，降低加工成本。

2、棉花加工設(shè)備自動化、智能化程度較低，無法實現(xiàn)精益化加工，并且還未針對機采棉加工做出適當(dāng)?shù)卦O(shè)備改進和工藝調(diào)整，這種粗放式加工是造成目前困境的主要原因。
　　為此，本文以加工機采棉為契機，以提高軋花及皮棉清理環(huán)節(jié)的皮棉綜合品質(zhì)為目標(biāo)，對軋花及皮棉清理工藝進行了深入研究。軋花及皮棉清理雖然僅是棉花加工中的一部分，但其對皮棉綜合品質(zhì)的提高卻能起到?jīng)Q定性作用。根據(jù)軋花及皮棉清理各個環(huán)節(jié)的特點，采取了三個措施以提高皮棉綜合品質(zhì)。第一是保持鋸齒

3、軋花的穩(wěn)定運行，防止出現(xiàn)機械性和生產(chǎn)性故障;第二是提高氣流式皮棉清理效率并降低其衣分損失;第三是將鋸齒式皮棉清理作為皮棉綜合品質(zhì)提高的保證。三個環(huán)節(jié)特點不同，所起作用也有所區(qū)別，但其相輔相成，循序漸進。根據(jù)所采取措施，本文所做主要研究工作如下:
　　(1)在鋸齒軋花穩(wěn)定運行研究中，首先對影響其穩(wěn)定運行的內(nèi)部籽棉卷進行了動力學(xué)分析，然后根據(jù)所采集試驗數(shù)據(jù)建立了鋸齒軋花的多目標(biāo)模型。所進行的籽棉卷受力與運動分析有助于鋸齒軋花的設(shè)備改進

4、和工藝參數(shù)優(yōu)化。在多目標(biāo)模型構(gòu)建中，將籽棉卷狀態(tài)中的密度、鋸齒滾筒與籽棉卷轉(zhuǎn)速差作為控制目標(biāo)，利用最小二乘支持向量機建立了喂花輥轉(zhuǎn)速和鋸齒滾筒轉(zhuǎn)速對兩個控制目標(biāo)的關(guān)系模型，為鋸齒軋花的智能控制奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)在氣流式皮棉清理效率提高和衣分損失降低研究中，首先對棉纖維和雜質(zhì)在氣流式皮棉清理過程中的受力及運動規(guī)律進行了理論分析，然后采用數(shù)值模擬方式，對氣流式皮棉清理的內(nèi)部流場和離散相運動進行了分析。在理論分析中，建立了棉纖維和

5、雜質(zhì)的動力學(xué)模型，根據(jù)所建模型推導(dǎo)出雜質(zhì)從排雜槽口排出，棉纖維從皮棉出口排出的必要條件，為雜質(zhì)清理效率提高和衣分損失降低提供了理論依據(jù)。在數(shù)值模擬分析中，分析了氣流式皮棉清理機的進口風(fēng)速、出口壓力、排雜槽口寬度對其內(nèi)部流場以及棉纖維、雜質(zhì)運動軌跡的影響，并設(shè)計了仿真正交試驗，根據(jù)內(nèi)部流場分析和正交試驗結(jié)果對氣流式皮棉清理的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，驗證試驗結(jié)果表明采用數(shù)值模擬方式進行工藝參數(shù)優(yōu)化切實可行。
　　(3)在鋸齒式皮棉清理的皮

6、棉綜合品質(zhì)提高研究中，對清理效率和棉纖維損傷進行了理論分析，并對多級鋸齒式皮棉清理中的滾筒轉(zhuǎn)速進行了試驗研究。在理論分析中，對鋸齒、棉纖維以及雜質(zhì)之間的受力及運動規(guī)律進行了分析，明確了鋸齒式皮棉清理的部分工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)對雜質(zhì)脫離、棉纖維損傷的影響規(guī)律，為鋸齒式皮棉清理的設(shè)備改進和工藝參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。鋸齒軋花機上部提凈的刺釘滾筒轉(zhuǎn)速、一級和二級鋸齒式皮棉清理機的鋸齒滾筒轉(zhuǎn)速對皮棉綜合品質(zhì)有著重要影響，采用中心復(fù)合試驗設(shè)計方法對

7、其進行了試驗設(shè)計，根據(jù)試驗結(jié)果建立了這三個影響因素與皮棉軋工質(zhì)量、雜質(zhì)面積比例、雜質(zhì)顆粒數(shù)量、反射率、棉纖維長度以及短纖維含量指數(shù)六個皮棉綜合品質(zhì)指標(biāo)之間的多目標(biāo)模型，并對單因素作用和多因素耦合作用影響進行了分析，所建立多目標(biāo)模型為鋸齒式皮棉清理的智能控制奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)根據(jù)所建立的鋸齒軋花及鋸齒式皮棉清理多目標(biāo)模型，進行了智能控制研究。針對鋸齒軋花采用了基于模型的預(yù)測控制，將基于最小二乘支持向量機建立的模型作為預(yù)測模型，

8、進行了具有延遲環(huán)節(jié)的單步預(yù)測控制研究，并采用改進的粒子群算法對預(yù)測控制進行滾動優(yōu)化。針對鋸齒式皮棉清理，對多目標(biāo)模型中六個皮棉綜合品質(zhì)指標(biāo)進行了權(quán)重分配，并以此設(shè)計了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，采用改進的粒子群算法對其進行優(yōu)化控制。鋸齒軋花及清理的智能控制策略，在所搭建的控制系統(tǒng)平臺上進行了實際檢驗，結(jié)果表明所設(shè)計控制策略是正確和可行的。
　　本文對鋸齒軋花及皮棉清理進行了理論分析和試驗研究，在此基礎(chǔ)上進行了模型構(gòu)建和智能控制研究，為棉花加工設(shè)