基本信息
- 項目名稱：
- 機采棉殘膜分離裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 棉花產業(yè)是新疆及兵團的支柱產業(yè)之一，由于特殊的“地膜栽培”模式，導致機采過程中混入大量地膜，不僅降低了棉花加工質量，增加了后續(xù)棉紡企業(yè)除雜的難度，同時給企業(yè)帶來巨大的經濟損失。目前地膜的分揀主要靠人工實現(xiàn)，勞動強度大、效率低、成本高，制約了棉花產業(yè)的發(fā)展。 該作品把靜電技術與化工中常用的流化技術進行有機集成，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，解決了基于計算機視覺技術難以檢測剔除的難題，最終在空氣流化場和靜電場的共同作用下實現(xiàn)殘膜與棉花的有效分離，實現(xiàn)了籽棉殘膜分離的機械化，促進棉花產業(yè)健康快速發(fā)展。 性能指標： 電壓：AC380V功率：≤15KW殘膜分離率：＞80%生產率 ：8~10 T/h。
- 詳細介紹：
- 一、概述 1、任務來源 國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目重點資助項目，指導老師：坎雜、張若宇，參加學生：安紅磊、胡萬超、孟繁碧、彭濤，年限1年，資助經費2萬元。 2、主要研究內容 （1）籽棉與殘膜之間靜電特性、流化特性的差異研究 （2）殘膜分離裝置關鍵部件的研究與開發(fā) （3）籽棉殘膜分離試驗研究 3、解決的關鍵技術及難點 關鍵技術：靜電發(fā)生器的電壓和電流的精確控制;風和靜電耦合場作用時，不同靜電電壓、流化風壓、分量等主要工藝參數(shù)及主要結構參數(shù)最優(yōu)組合。這兩點分離設備設計中需要解決的兩個關鍵技術問題。 技術難點：風和靜電耦合場作用時，不同靜電電壓、流化風壓、分量等主要工藝參數(shù)及主要結構參數(shù)最優(yōu)組合的尋找。 4、創(chuàng)新點 （1）實現(xiàn)了機采棉加工中籽棉殘膜分離的機械化，避免經多道清雜工藝使得殘膜被打碎混入皮棉，降低后續(xù)紡織企業(yè)除雜的難度。 （2）把靜電技術與化工中常用的流化技術進行有機集成，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，實現(xiàn)殘膜有效分離，解決了基于計算機視覺技術難以檢測剔除的難題。 5、技術特點和優(yōu)勢 （1）由于該裝置采用了流化技術和靜電技術有集結合，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，實現(xiàn)殘膜有效分離，解決了基于計算機視覺技術難以檢測剔除的難題。 （2）實現(xiàn)了機采棉加工中籽棉殘膜分離的機械化，避免經多道清雜工藝使得殘膜被打碎混入皮棉，降低后續(xù)紡織企業(yè)除雜的難度。 （3）結構簡單，使用、維護、調整方便，故障少，效果好。 6、主要技術指標 生產率：8-10 T/h， 殘膜分揀率：＞80%， 功率：≤15KW， 電壓 ：AC380V。 二、項目研究的目的及意義 棉花是關系國計民生的戰(zhàn)略物資，也是僅次于糧食的第二大農作物，與13億群眾的生活和1.5億棉農的利益息息相關，對國民經濟的發(fā)展有著重要影響。 新疆是我國棉花生產的主要基地，棉花產量約占全國總產量的40%。棉花作為新疆的支柱產業(yè)，其生產事關農村增效，農民增收，事關新疆經濟和地區(qū)穩(wěn)定，在新疆經濟建設中具有重要的戰(zhàn)略地位。隨著植棉面積的增加和產量的大幅提高，棉花采收勞動力短缺問題日益突出。為此，新疆兵團從1996年就開始探索推廣機采棉技術，機采面積也在逐年提高，已經從2001年的28.2萬畝發(fā)展到2007年的100余萬畝，預計到2010年，兵團80%以上（約500多萬畝）的棉田將實現(xiàn)機械采收。由于新疆特殊的增產種植模式（鋪膜播種）導致機采過程中纏繞混入大量的地膜。殘留地膜的大量混入，是導致機采籽棉異性纖維含量超標（噸含量要求≤3g），質量等級下降的主要因素之一。 棉花中的異性纖維是指在籽棉生產、加工和流通過程中混入棉花中的對棉花及其制品質量有嚴重影響的非棉纖維，如化學纖維、毛發(fā)、絲、塑料膜（繩）、染色線（繩、布塊）等，有色纖維、化學纖維、毛發(fā)俗稱“三絲”。混入籽棉中的異性纖維，容易被打碎成散落單纖維，在紡織加工中難以清除。紡紗時，散落單纖維容易使棉紗斷頭，降低生產效率；織布時，影響布面質量；染色時，因著色不同，影響外觀，對棉紗和布面的質量造成了很大危害。因印染棉布、棉紗時，棉纖維與異性纖維著色率不一致，導致棉紡布料染色時出現(xiàn)明顯“疵點”和色斑，造成大批殘次品，直接影響正常的生產秩序和外貿出口。異性纖維的存在給企業(yè)帶來的經濟損失不可估量，據(jù)統(tǒng)計，一個中型棉紡企業(yè)，每天要用300～400人挑揀棉花“三絲”等異性纖維，每年需付出用工人員工資高達200多萬元。新疆天山棉紡廠是一個全年用棉4萬多噸的企業(yè)，揀“三絲”的工人達700人，年增加生產成本近4000多萬元，大大降低了企業(yè)的競爭力。 隨著機采面積的逐年增加，機采棉加工質量亟待提高?，F(xiàn)有機采棉清花設備無法有效剔除殘膜等異性纖維，同時經多道清雜工藝使得殘膜被打碎混入皮棉，這樣更增加了后續(xù)紡織企業(yè)除雜的難度。目前主要依靠人工進行分揀，勞動強度大，費時費力，同時嚴重阻礙了機采棉技術的推廣進程。 為此，針對新疆機采棉加工中存在的特殊的異性纖維問題，結合新疆機采棉生產加工工藝特點，研究開發(fā)一套行之有效的籽棉異性纖維分離設備十分必要。 本項目完全符合《國家中長期科學和技術發(fā)展綱要（2006-2020年）》中重點發(fā)展領域部分的第4類農業(yè)中，關于優(yōu)先發(fā)展（23）多功能農業(yè)裝備與設施，及第5類制造業(yè)中，關于優(yōu)先發(fā)展（28）流程工業(yè)的綠色化、自動化及裝備，重點發(fā)展可以重點發(fā)展農產品精深加工、產后減損和綠色供應鏈產業(yè)化關鍵技術，開發(fā)農產品加工先進技術裝備及安全監(jiān)測技術。符合《兵團中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》指導思想，尤其符合《關于新疆兵團“十一五”機采棉技術推廣工作的意見》第二條機采棉技術推廣工作的主要措施中“（四）加快機采棉清理加工生產線更新改造步伐，積極培育機采棉品牌。”的指導思想，解決目前制約機采棉加工過程中殘膜含量超標的技術難題。 三、樣機的的設計與研制 （一）設計原則 1、“四性”統(tǒng)籌。即可靠性、實用性、先進性與經濟性統(tǒng)一辨證地考慮，以可靠性滿足工作性能為基礎，力求經濟實用、結構簡單和先進。 2、循序漸進。該機的設計嚴格遵守從實際出發(fā)，由易到難，由簡到繁，功能由不完善到完善的原則。整個設計過程被合理地劃分為幾個階段，下一階段的研制是對上一階段研究成果的總結和完善。 3、人機兼顧。即把人的因素考慮進來，處處為使用者著想。 4、綜合辯識。即設計、制造、使用、維修和保養(yǎng)等全面綜合分析，貫穿到作品中去。 （二）殘膜分離機作業(yè)的技術要求 通過研究籽棉中混有殘膜的具體情況的調研，及國內外籽棉殘膜分離技術的現(xiàn)狀及趨勢，依據(jù)棉花加工的技術要求，制定殘膜分離機作業(yè)技術要求。 機采棉的殘膜等異性纖維的分離指標按照國際先進水平要求設計，對于我國制定異性纖維的分離技術標準的制定有著重大的促進作用?？赏谔蕹?、棉花企業(yè)加工技術條件、雜質剔除工藝流程、加工設備、技術經濟指標、加工技術管理、節(jié)能降耗、衛(wèi)生與環(huán)境等方面制定相應的標準和規(guī)范，對現(xiàn)有國家規(guī)范起到規(guī)范和提升作用。 （三）殘膜分離機作業(yè)工藝的確定 目前機采棉與殘膜分離作業(yè)機具在國外和國內均尚屬研究不成熟，為適應籽棉殘膜分離工藝加工的需要，殘膜分揀率＞80%，功率≤15KW，電壓 380V。 （四）整機方案確定與設計 根據(jù)機采棉與殘膜的混合狀態(tài)調研分析和二者的物料特性及帶電情況研究，借鑒化工中的流化床原理，最終將裝置的方案確定為“空氣流化技術+靜電技術”，實現(xiàn)二者有效分離。 （五）樣機制作 截至2009年4月，項目組已研制完成簡易試驗裝置一臺、完善后試驗裝置一臺。并已經申請國家專利兩項（專利受理號：發(fā)明200810073014.0；實用新型200820228810.2）。 四、推廣前景分析及經濟效益預測 預期成果對社會經濟發(fā)展及行業(yè)技術進步具有重要的支撐作用。對于棉花當中的非棉纖維的檢測與剔除現(xiàn)在正得到各個生產廠家的重視，它對于提升整個企業(yè)的生存競爭能力是非常重要的，具有顯著的經濟社會效益和廣闊的市場空間。 （1）可靠的政策導向。依據(jù)《兵團中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》和《關于新疆兵團“十一五”機采棉技術推廣工作的意見》精神和指示，研究開發(fā)推廣技術及裝備是兵團機采棉配套新技術研究攻關重點。機采棉異性纖維檢測與分離設備作為機采棉配套清雜技術及裝備的重要組成部分其研究開發(fā)必將得到各級部門及專家的高度重視和支持。 （2）廣闊的市場空間，顯著的經濟效益。依據(jù)兵團“十一五”規(guī)劃目標，截至2010年，機采棉計劃采收面積達500萬畝，機采棉清理加工生產線154條，機采棉加工能力達到90萬噸?？梢钥闯?，兵團對該技術裝備的需求量巨大。隨著機采棉技術的快速推廣，如該技術和裝備在新疆乃至全國其他棉區(qū)得到運用推廣，其市場空間更大，經濟效益和社會效益更加顯著。 （3）本作品所取得的主要成果將對機采棉殘膜等異性纖維的分離提供可靠的技術支撐，同時為確保機采棉原棉質量，打造機采棉原棉品牌，推動機采棉事業(yè)的快速發(fā)展都有著積極的推動作用。 （4）本作品所取得的主要成果除了對機采棉殘膜等特殊的異性纖維的分離提供可靠的技術支撐，還可以用于人工手采棉花的加工中頭發(fā)絲、塑料繩等難以檢測的輕質異性纖維的分離?？梢暂椛涞叫陆叭珖藁庸きh(huán)節(jié)中，提升原棉質量，增加棉農收入，有力促進棉花產業(yè)的發(fā)展。 （5）棉紡企業(yè)為剔除異性纖維，維持正常生產，盡量減少由于異性纖維所帶來的經濟損失，不得不組織專人進行清揀。一個中型棉紡企業(yè)，每天要用300-400人挑揀異性纖維，每年需付出清揀人員工資高達200多萬元。如廣東省佛山市中發(fā)棉紡織企業(yè)有限公司，以每挑揀lkg棉花0. 45元計工資每噸揀花費為450元，僅此一項每年就增加成本270多萬元。安徽省安慶棉紡織廠，1998年挑揀異性纖維用工達7萬個，挑揀出異性纖維27. 2公斤，投入300多萬元，剔除一克異性纖維的代價幾乎相當于一克白金的價值。本項目的實施，避免經多道清雜工藝將老化殘膜等異性纖維打碎混入皮棉，有力提高棉紡原棉質量，降低棉紡企業(yè)成本，有力促進棉紡產業(yè)的快速發(fā)展。 如將此技術在全國推廣，經濟效益更為可觀。 綜上所述，本項目的實施對提升原棉質量、增加棉農收入、降低棉紡企業(yè)加工成本，增強企業(yè)競爭力都具有及其重要的意義。本項目的實施完全符合國家機采棉加工配套技術的市場要求，具有廣闊的市場空間、顯著的經濟效益和良好的社會效益。 六、結論 1、該機結構簡單，使用、維護、調整方便，故障少，效果好。 2、由于該裝置采用了流化技術和靜電技術有集結合，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，實現(xiàn)殘膜有效分離，解決了基于計算機視覺技術難以檢測剔除的難題。 3、實現(xiàn)了機采棉加工中籽棉殘膜分離的機械化，避免經多道清雜工藝使得殘膜被打碎混入皮棉，降低后續(xù)紡織企業(yè)除雜的難度。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 一、設計、發(fā)明的目的 新疆是我國棉花生產的主要基地，棉花產量約占全國總產量的40%。由于新疆特殊的“地膜栽培模式”導致機采過程中混入大量的地膜。殘膜的混入，是導致機采籽棉異性纖維含量超標（噸含量要求≤3g），質量等級下降的主要因素之一。為此，針對新疆機采棉加工中存在的特殊異性纖維問題，研制一套行之有效的籽棉異性纖維分離設備十分必要。 二、設計、發(fā)明的基本思路 收集國內外相關技術資料，通過對兵團已引進設備的調研，在消化吸收國內外先進技術的基礎上，根據(jù)機采棉加工工藝的實際要求，優(yōu)化組合確定作品設計方案。將靜電技術與流化技術有機集成，通過靜電流化特性理論分析、分離裝置仿真分析，完成籽棉殘膜分離機理、裝置結構參數(shù)優(yōu)化等方面的研究，不斷完善各項技術，最終設計出適應機采棉中殘膜分揀的需要，具有獨立知識產權的籽棉殘膜分離裝置，最后進行樣機調試及性能參數(shù)改進，完善作品。 三、創(chuàng)新點 （1）實現(xiàn)機采棉加工中籽棉殘膜分離的機械化，避免經多道清雜工藝使得殘膜被打碎混入皮棉，降低后續(xù)紡織企業(yè)除雜的難度。 （2）把靜電技術與流化技術有機集成，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，實現(xiàn)殘膜有效剔除。 四、關鍵技術及難點 風和靜電耦合場作用時，不同靜電電壓、風壓等主要工藝參數(shù)及結構參數(shù)最優(yōu)組合。 五、主要技術指標 分揀率：＞80%，生產率：8-10 T/h，功率：≤15KW，電壓：AC380V。
科學性、先進性
- 機采棉殘膜分離裝置是集機械技術、流化技術和靜電技術于一身的新機型，具有較高的科技含量。與現(xiàn)有技術相比除了使用空氣漂浮作用還采用靜電技術，把靜電技術與化工中常用的流化技術進行有機集成，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，實現(xiàn)殘膜有效分離，解決了基于計算機視覺技術難以檢測剔除的難題。 優(yōu)先發(fā)展流程工業(yè)的綠色化、機械化、自動化及裝備，可以重點發(fā)展農產品精深加工、產后減損和綠色供應鏈產業(yè)化關鍵技術，開發(fā)農產品加工先進技術裝備及安全監(jiān)測技術。本作品的成功研發(fā)，將輻射到全國的棉花加工基地，對我國棉花質量的及國際競爭提升具有較大幫助。
獲獎情況及鑒定結果
- 1、2008年10月成功獲批兵團科技支疆項目； 2、2008年10月26日成功申請國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目； 3、2008年申請專利2項（發(fā)明專利和實用新型各1項），并已經被受理； 4、2009年5月24日在新疆自治區(qū)第十一屆挑戰(zhàn)杯比賽中獲得一等獎； 5、2009年5月，作品得到國家科技部專家組的蒞臨指導，受到專家一致好評“解決了地膜基于視覺技術難以檢測剔除的難題”。
作品所處階段
- 目前已研制完成簡易試驗裝置一臺、完善后試驗裝置一臺。申請國家專利兩項，作品處于樣機小試階段。
技術轉讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 文字、圖片、視頻等材料
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 一、技術特點和優(yōu)勢 1、裝置將流化技術和靜電技術有機結合，基于籽棉與殘膜荷電特性以及流化特性的差異，實現(xiàn)殘膜有效分離，解決了基于計算機視覺技術難以檢測剔除的難題。2、實現(xiàn)機采棉加工中籽棉殘膜分離的機械化，避免經多道清雜工藝使殘膜被打碎混入皮棉，降低后續(xù)紡織企業(yè)除雜難度。 二、適應范圍 本作品適應于除了對機采棉殘膜等特殊的異性纖維的分離提供可靠的技術支撐，還可以用于人工手采棉花的加工中頭發(fā)絲、塑料繩等難以檢測的輕質異性纖維的分離。 三、推廣前景分析 1、作品有很好的經濟效益：（1）降低成本，增加企業(yè)收入；（2）提高了分選效果，改善產品質量。 2、良好的政策扶持，巨大的市場需求：（1）新疆是我國棉花生產的主要基地，棉花產量約占全國總產量的40%，棉花的加工質量直接影響棉農收入、棉花加工企業(yè)的競爭力；（2）本作品擁有自主知識產權的核心技術，可擴展改進應用于其它農產品。
同類課題研究水平概述
- 目前國外異性纖維的檢測及清除主要是針對紡紗環(huán)節(jié)，選別對象主要為混入的有色異性纖維（棉花三絲），主要以德國特呂茨勒公司的SCFO異性纖維檢測及分離裝置、德國Trutzschler公司的SECUROMAT SC、瑞士JOSSI公司的“第四代”異纖撿出設備、瑞士Loepfe公司的Cotton Sorter和意大利Loptex公司的Cotton Sorter等產品為代表，這些產品均是采用圖像傳感器或光電檢測，高速氣閥陣列排除方式達到剔除異性纖維的目的。 國內關于棉花中異性纖維的檢測方法的研究主要集中在北京工業(yè)大學、合肥工業(yè)大學、西安理工大學、清華大學及中科院自動化所等科研單位。研究主要是跟蹤國外的檢測技術，針對軋花后紡紗環(huán)節(jié)的異性纖維的檢測與剔除。圖像檢測識別技術對有色異性纖維的檢測效果相對理想，但是對白色塑料薄膜等接近棉花顏色的異性纖檢測仍存在很大困難。從市場上出現(xiàn)的產品情況看，目前國內廠家大部分是參照力達公司下屬的Jossi公司產品，也有少數(shù)參照Toptex公司產品，異纖識別率較低。而參照較多的是Jossi公司的早期產品，主要以臺灣明正公司的DG--2000A異纖檢測機、香港至德(POINTHOPE)公司的BARCO棉花分撿機、上海中紡寶達科技有限公司的ZYG-048棉花異型纖維自動檢測清除系統(tǒng)及大連貴友科技有限公司的CS-2型COTTON SORTER異物檢出裝置等產品為代表。 從目前市場上出現(xiàn)的國內外產品來看，棉花中異性纖維的檢測方法主要采用圖像識別和光電檢測，并且研究主要集中在軋花后紡織行業(yè)皮棉的開清棉工序中。而針對機采棉異性纖維問題，江蘇南通棉花機械有限公司開發(fā)了專利產品MQHY 型籽棉異性纖維清理機。該分離設備主要依靠物料漂浮特性達到殘膜與籽棉的分離，但分離效果不佳，目前機采籽棉殘膜分揀還主要依靠人工進行。 本作品主要根據(jù)棉花和殘膜荷電特性及流化特性的差異，在靜電場和空氣場共同作用下，達到棉花和殘膜的分離，最終實現(xiàn)籽棉殘膜有效剔除，提高機采棉加工質量，推動機采棉技術的快速推廣。
