籽棉軋花及皮棉清理關鍵技術研究.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下降嚴重，難以滿足目前紡織企業(yè)對高品質棉花的需求。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，降低加工成本。

2、棉花加工設備自動化、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?shù)卦O備改進和工藝調整，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)的皮棉綜合品質為目標，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的提高卻能起到決定性作用。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。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)定運行的內部籽棉卷進行了動力學分析，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備改進

4、和工藝參數(shù)優(yōu)化。在多目標模型構建中，將籽棉卷狀態(tài)中的密度、鋸齒滾筒與籽棉卷轉速差作為控制目標，利用最小二乘支持向量機建立了喂花輥轉速和鋸齒滾筒轉速對兩個控制目標的關系模型，為鋸齒軋花的智能控制奠定了基礎。
　　(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、雜質的動力學模型，根據(jù)所建模型推導出雜質從排雜槽口排出，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速、出口壓力、排雜槽口寬度對其內部流場以及棉纖維、雜質運動軌跡的影響，并設計了仿真正交試驗，根據(jù)內部流場分析和正交試驗結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速進行了試驗研究。在理論分析中，對鋸齒、棉纖維以及雜質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)、結構參數(shù)對雜質脫離、棉纖維損傷的影響規(guī)律，為鋸齒式皮棉清理的設備改進和工藝參數(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速、一級和二級鋸齒式皮棉清理機的鋸齒滾筒轉速對皮棉綜合品質有著重要影響，采用中心復合試驗設計方法對

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

8、進行了具有延遲環(huán)節(jié)的單步預測控制研究，并采用改進的粒子群算法對預測控制進行滾動優(yōu)化。針對鋸齒式皮棉清理，對多目標模型中六個皮棉綜合品質指標進行了權重分配，并以此設計了優(yōu)化目標函數(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，結果表明所設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，在此基礎上進行了模型構建和智能控制研究，為棉花加工設