Хлопкоочистительная машина , что означает «хлопковая машина» [1] [2] — это машина, которая быстро и легко отделяет хлопковые волокна от семян, обеспечивая гораздо большую производительность, чем ручное отделение хлопка. [3] Отделенные семена можно использовать для выращивания большего количества хлопка или для производства хлопкового масла .
Ручные валковые джины использовались на Индийском субконтиненте не ранее 500 г. н.э., а затем и в других регионах. [4] Индийский роликовый джин с червячной передачей был изобретен примерно в 16 веке [5] и, по словам Лаквете, остался практически неизменным до настоящего времени. Современный механический хлопкоочиститель был создан американским изобретателем Эли Уитни в 1793 году и запатентован в 1794 году.
В джине Уитни использовалась комбинация проволочной сетки и небольших проволочных крючков, чтобы протягивать хлопок, а щетки постоянно удаляли рыхлый хлопковый ворс, чтобы предотвратить застревание. Оно произвело революцию в хлопковой промышленности США, но также непреднамеренно привело к росту рабства на американском Юге . Джин Уитни сделал выращивание хлопка более прибыльным и эффективным , поэтому владельцы плантаций расширили свои плантации и использовали больше своих рабов для сбора хлопка. Уитни так и не изобрела машину для сбора хлопка: его все равно приходилось собирать вручную. Таким образом, изобретение было идентифицировано как непреднамеренный фактор, способствовавший началу Гражданской войны в США . [6] Современные автоматизированные хлопкоочистительные машины используют несколько чистящих цилиндров и пил с электроприводом и обеспечивают гораздо более высокую производительность, чем их предшественники с ручным приводом. [7]
Хлопковые волокна производятся в семенных коробочках («коробочках») хлопчатника, где волокна («ворс») коробочек плотно переплетаются с семенами. Чтобы сделать волокна пригодными для использования, семена и волокна сначала необходимо разделить - задача, которая раньше выполнялась вручную, а производство хлопка требовало нескольких часов труда для разделения. Было изобретено множество простых устройств для удаления семян, но до появления хлопкоочистительной машины большинство из них требовало значительного внимания оператора и работало лишь в небольших масштабах. [9]
Джин состоит из двух вращающихся цилиндров. Первый цилиндр имеет ряды зубцов по окружности, а под углом к этому цилиндру расположена металлическая пластина с небольшими отверстиями, «джинсовыми ребрами», через которые зубы могут проходить с минимальными зазорами. Зубы захватывают хлопковые волокна, когда механизм вращается, протаскивая их через эти маленькие отверстия. Семена слишком велики, чтобы пройти через отверстия, и поэтому они удаляются из вращающегося хлопка с помощью металлической пластины, прежде чем они упадут в сборный горшок. С другой стороны первого цилиндра находится второй цилиндр, также вращающийся, с прикрепленными к нему щетками. Этот второй цилиндр вытирает хлопок из первого и складывает его в сборное ведро.
Семена повторно используются для посадки или отправляются на маслобойню для дальнейшей переработки в хлопковое масло и хлопковый шрот . Очистители ворса снова используют пилы и решетки, на этот раз для отделения незрелых семян и любых оставшихся посторонних веществ от волокон. Пресс для тюков затем прессует хлопок в тюки для хранения и транспортировки. Современные джины могут перерабатывать до 15 тонн (33 000 фунтов) хлопка в час.
Хлопкоочистительная машина с одним валком вошла в употребление в Индии в V веке. Усовершенствованным изобретением в Индии стал джин с двумя роликами, известный как «чурка», «чарки» или «ролик, работающий с деревянными червями». [10]
Самые ранние версии хлопкоочистительной машины состояли из одного валика, сделанного из железа или дерева, и плоского куска камня или дерева. Самые ранние свидетельства существования хлопкоочистительной машины встречаются в пятом веке в виде буддийских картин, изображающих джин с одним роликом, в пещерах Аджанты на западе Индии . [4] Эти первые джины были сложны в использовании и требовали большого мастерства. Узкий одинарный валик был необходим для удаления семян из хлопка, не раздавливая их. По конструкции он напоминал пищевой камень , которым измельчали зерно. Ранняя история хлопкоочистительной машины неоднозначна, поскольку археологи, вероятно, приняли части хлопкоочистительной машины за другие инструменты. [4]
Между XII и XIV веками джины с двумя роликами появились в Индии и Китае. Индийская версия джина с двумя роликами была распространена в средиземноморской торговле хлопком к 16 веку. В некоторых районах это механическое устройство приводилось в движение силой воды. [11]
Роликовый джин с червячной передачей , который был изобретен на Индийском субконтиненте в раннюю эпоху Делийского султаната , с 13 по 14 века, вошёл в употребление в Империи Великих Моголов где-то около 16 века [12] и до сих пор используется на Индийском субконтиненте. вплоть до наших дней. [4] Еще одно нововведение, включение кривошипной ручки в хлопкоочистительную машину, впервые появилось где-то во времена позднего Делийского султаната или ранней Империи Великих Моголов. [13] Включение червячной передачи и кривошипной ручки в валковый хлопкоочистительный станок привело к значительному расширению производства хлопкового текстиля в Индии в эпоху Великих Моголов. [14]
Сообщалось, что с помощью индийской хлопкоочистительной машины, которая представляет собой наполовину машину, наполовину инструмент, один мужчина и одна женщина могут очищать 28 фунтов хлопка в день. Согласно модифицированной версии Forbes, один мужчина и мальчик могли производить 250 фунтов в день. Если бы быков приводили в действие 16 таких машин, а для их кормления использовался труд нескольких человек, они могли бы производить столько же работы, сколько раньше делали 750 человек. [15]
Индийский хлопкоочистительный станок, известный как чурка или чаркха , был завезен в Соединенные Штаты в середине 18 века, когда он был принят на юге Соединенных Штатов . Устройство было адаптировано для очистки длинноволокнистого хлопка , но не подходило для очистки коротковолокнистого хлопка , который был более распространен в некоторых штатах, таких как Джорджия . Несколько модификаций индийского роликового джина были внесены г-ном Кребсом в 1772 году и Джозефом Евой в 1788 году, но их использование оставалось ограниченным разновидностью длинноволокнистого хлопкоочистителя вплоть до разработки Эли Уитни коротковолокнистого хлопкоочистителя в 1793 году . ]
_-_hi_res.jpg/1280px-Patent_for_Cotton_Gin_(1794)_-_hi_res.jpg)
Эли Уитни (1765–1825) подал заявку на патент на свой хлопкоочистительный станок 28 октября 1793 года; патент был выдан 14 марта 1794 года, но не был подтвержден до 1807 года. Патенту Уитни был присвоен номер патента 72X. [18] Существуют небольшие разногласия по поводу того, правильно ли приписана идея современного хлопкоочистителя и его составных элементов Эли Уитни. Популярный образ Уитни, изобретающей хлопкоочистительную машину, приписывается статье на эту тему, написанной в начале 1870-х годов и позже перепечатанной в 1910 году в Библиотеке южной литературы . В этой статье автор утверждает, что Кэтрин Литтлфилд Грин предложила Уитни использовать щеточку, которая помогает отделять семена и хлопок. Предполагаемая роль Грина в изобретении джина не была проверена независимо. [19]
Модель хлопкоочистительной машины Уитни была способна очищать 50 фунтов (23 кг) ворса в день. Модель представляла собой деревянный цилиндр, покрытый рядами тонких проволок, которые захватывали волокна коробочек хлопка. Затем каждый ряд проводов проходил через прутья гребенчатой сетки, протягивая хлопковые волокна сквозь сетку. [20] Гребенчатые зубцы решеток были расположены близко друг к другу, не позволяя семенам, фрагментам твердой высушенной чашечки оригинального цветка хлопка, палочкам и другому мусору, прикрепленному к волокнам, проходить сквозь них. Затем серия щеток на втором вращающемся цилиндре очистила уже очищенные волокна от проводов, предотвращая заклинивание механизма.
Многие современные изобретатели пытались разработать конструкцию, которая могла бы перерабатывать коротковолокнистый хлопок , и к 1796 году Хоген Холмс, Роберт Уоткинс, Уильям Лонгстрит и Джон Мюррей получили патенты на усовершенствования хлопкоочистительной машины. [21] Однако данные свидетельствуют о том, что Уитни действительно изобрел джин-пилу, которым он знаменит. Хотя он провел много лет в суде, пытаясь защитить свой патент от плантаторов, делавших несанкционированные копии, изменение в патентном законе в конечном итоге сделало его иск юридически осуществимым – слишком поздно для него, чтобы заработать много денег на устройстве за единственный год, оставшийся до выдачи патента. истекший. [22]
Хотя джин Уитни облегчил очистку семян коротковолокнистого хлопка, он повредил волокна сверхдлинноволокнистого хлопка ( Gossypium barbadense ). В 1840 году Фонс Маккарти получил патент на роликовый джин «Smooth Cylinder Cotton-Gin». Джин Маккарти продавался для использования как с коротковолокнистым, так и со сверхдлинноволокнистым хлопком, но был особенно полезен для переработки длинноволокнистого хлопка. После истечения срока действия патента Маккарти в 1861 году джины типа Маккарти производились в Великобритании и продавались по всему миру. [23] Джин Маккарти был использован для очистки длинноволокнистого хлопка сорта Си-Айленд, выращенного во Флориде, Джорджии и Южной Каролине. Он очищал хлопок в несколько раз быстрее, чем старые хлопкоочистительные машины, и, приводимый в движение одной лошадью, производил от 150 до 200 фунтов ворса в день. [24] В джине McCarthy для отделения семян от ворса использовался возвратно-поступательный нож. Вибрация, вызванная возвратно-поступательным движением, ограничивала скорость, с которой мог работать джин. В середине 20-го века джины с вращающимися лопастями заменили джины с возвратно-поступательными лопастями. Эти потомки джина Маккарти — единственные джины, которые сейчас используются для производства сверхдлинноволокнистого хлопка в Соединенных Штатах. [25]
В течение полутора десятилетий после окончания Гражданской войны в 1865 году ряд инновационных особенностей стал широко использоваться при джинировании в Соединенных Штатах. Они включали в себя паровую энергию вместо энергии животных, автоматическую подачу, гарантирующую бесперебойную работу джинной стойки, конденсатор, облегчающий обращение с чистым хлопком, выходящим из джина, и внутренние прессы, чтобы хлопок больше не приходилось носить с собой. склад джина, который нужно упаковать в тюки. [26] Затем, в 1879 году, когда он управлял джином своего отца в Ратерсвилле, штат Техас , Роберт С. Мангер изобрел дополнительные методы джинирования системы. Роберт и его жена Мэри Коллетт позже переехали в Мексию, штат Техас , построили систему джина и получили соответствующие патенты. [27]
В джиннинговом оборудовании системы Munger (или системном джине) объединено все оборудование для хлопкоочистки, что обеспечивает плавное прохождение хлопка через машины. Такие системные джины используют воздух для перемещения хлопка от машины к машине. [28] Мотивацией Мангера для своих изобретений было улучшение условий труда сотрудников джина. Однако преимуществом для большинства владельцев джинов была сопутствующая экономия средств при более быстром и более высоком качестве производства хлопка. [29]
К 1960-м годам в хлопкоочистительном оборудовании было достигнуто множество других достижений, но способ прохождения хлопка через хлопкоочистительное оборудование продолжал оставаться системой Мангера. [30]
Историк экономики Уильям Х. Филлипс назвал развитие системного хлопкоочистительного производства «революцией Мангера» в хлопкоочистительной промышленности. [31] Он писал:
«Нововведения Мангера стали кульминацией того, что географ Чарльз С. Эйкен назвал второй хлопкоочистительной революцией, в ходе которой частные хлопкоочистительные заводы на плантациях были заменены крупными общественными хлопкоочистительными заводами. Эта революция, в свою очередь, привела к серьезной реструктуризации хлопкоочистительной промышленности. хлопкоочистительная промышленность, поскольку небольшие, разрозненные хлопкоочистительные заводы и магазины девятнадцатого века уступили место сокращающемуся числу крупных корпораций двадцатого века, проектирующих и строящих целые хлопкоочистительные предприятия». [32]
Один из немногих (и, возможно, единственных) сохранившихся образцов джина Мангер выставлен на плантации Фрогмор в Луизиане.
До появления механической хлопкоочистительной машины для очистки и отделения волокон от семян требовалось немало труда. [33] С появлением джина Эли Уитни производство хлопка стало чрезвычайно прибыльным бизнесом, создавшим множество состояний на довоенном Юге . Такие города, как Новый Орлеан, Луизиана ; Мобил, Алабама ; Чарльстон, Южная Каролина ; и Галвестон, штат Техас, стали крупными морскими портами, получая значительную экономическую выгоду от хлопка, выращиваемого по всему Югу. Кроме того, значительно возросшее предложение хлопка создало высокий спрос на текстильное оборудование и усовершенствованные конструкции машин, в которых деревянные детали были заменены металлическими. Это привело к изобретению множества станков в начале 19 века. [3]
Изобретение хлопкоочистительной машины вызвало массовый рост производства хлопка в Соединенных Штатах, сосредоточенного в основном на Юге. Производство хлопка выросло с 750 000 тюков в 1830 году до 2,85 миллиона тюков в 1850 году. В результате регион стал еще более зависимым от плантаций , на которых использовался рабский труд чернокожих, а плантационное сельское хозяйство стало крупнейшим сектором его экономики. [34] В то время как одному рабочему требовалось около десяти часов, чтобы отделить один фунт волокна от семян, команда из двух или трех рабов, использующих хлопкоочистительную машину, могла произвести около пятидесяти фунтов хлопка всего за один день. [35] Число рабов росло одновременно с увеличением производства хлопка, увеличившись примерно с 700 000 в 1790 году до примерно 3,2 миллиона в 1850 году. [36] Изобретение хлопкоочистительной машины привело к увеличению спроса на рабский труд на Юге Америки. , обратив вспять экономический спад, который произошел в регионе в конце 18 века. [37] Таким образом, хлопкоочистительная машина «превратила хлопок как сельскохозяйственную культуру и Юг Америки в первую в мире сельскохозяйственную электростанцию». [38]
Изобретение хлопкоочистительной машины привело к увеличению использования рабов на южных плантациях. Из-за этого непреднамеренного воздействия на американское рабство, которое обеспечило развитие экономики Юга в направлении плантационного сельского хозяйства (одновременно стимулируя рост текстильной промышленности в других местах, например, на Севере), изобретение хлопкоочистительной машины часто называют одной из косвенных причин Гражданской войны в США. [39] [6] [40]
В современном хлопкоочистительном производстве хлопок поступает на промышленные хлопкоочистительные машины либо в трейлерах, в сжатых прямоугольных « модулях » массой до 10 тонн каждый, либо в обернутых полиэтиленом круглых модулях, аналогичных тюку сена, получаемого в процессе уборки самым последним поколением. сборщиков хлопка. Трейлерный хлопок (т.е. хлопок, не спрессованный в модули), поступающий в джин, всасывается через трубу диаметром примерно 16 дюймов (41 см), которая нависает над хлопком. Эта труба обычно управляется вручную, но на современных хлопковых заводах ее все чаще автоматизируют. Потребность в трейлерах для перевозки продукта на джин резко сократилась с появлением модулей. Если хлопок поставляется в модулях, устройство подачи модулей разбивает модули на части с помощью игольчатых роликов и извлекает из хлопка наиболее крупные куски инородного материала. Свободный хлопок модульного питателя затем всасывается в ту же начальную точку, что и прицепной хлопок.
Затем хлопок поступает в сушилку, где удаляется лишняя влага. Очиститель цилиндров использует шесть или семь вращающихся цилиндров с шипами для разбивания больших комков хлопка. Более мелкие инородные материалы, такие как почва и листья, проходят через стержни или сетки для удаления. Стик-машина использует центробежную силу для удаления крупных посторонних предметов, таких как палки и заусенцы, в то время как хлопок удерживается быстро вращающимися пильными цилиндрами.
Подставка для джина использует зубья вращающихся пил, чтобы протягивать хлопок через серию «джинных ребер», которые вытягивают волокна из семян, которые слишком велики, чтобы пройти через ребра. Очищенные семена затем удаляются из джина с помощью шнековой конвейерной системы. Семена повторно используются для посева или отправляются на маслобойню для дальнейшей переработки в хлопковое масло и хлопковый шрот . Очистители ворса снова используют пилы и решетки, на этот раз для отделения незрелых семян и любых оставшихся посторонних веществ от волокон. Пресс для тюков затем прессует хлопок в тюки для хранения и транспортировки. Современные джины могут перерабатывать до 15 тонн (33 000 фунтов) хлопка в час. [41]
Современные хлопкоочистительные машины создают значительное количество остатков хлопкоочистительной машины (CGR), состоящих из палочек, листьев, грязи, незрелых коробочек и семян хлопчатника. В настоящее время проводятся исследования по изучению использования этих отходов в производстве этанола . Из-за колебаний химического состава при переработке существует трудность в создании последовательного процесса получения этанола, но существует потенциал для дальнейшего максимального использования отходов при производстве хлопка. [42] [7]
Примечания
Библиография
