纖維成分分析自動(dòng)化洗瓶的研究及應(yīng)用

文/夏增勇 莊楚津 李小紅

1 引言

錐形瓶由于其材質(zhì)優(yōu)良，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，可以通過清洗干凈后重復(fù)利用，成為紡織品纖維含量分析化驗(yàn)室最常用的實(shí)驗(yàn)儀器。錐形瓶里試劑的殘留或清水的積存都會(huì)導(dǎo)致溶液濃度的變化，以及纖維殘留在錐形瓶里會(huì)直接導(dǎo)致定性定量差錯(cuò)，從而影響檢驗(yàn)結(jié)果，所以錐形瓶的干凈是保證試驗(yàn)結(jié)果正確的重要因素。

目前行業(yè)內(nèi)對(duì)錐形瓶的清洗采用的是人工在水龍頭下用水一個(gè)一個(gè)沖洗的方式，這一步驟需要檢驗(yàn)員手持錐形瓶在水龍頭下將其注滿水，再將水倒空，重復(fù)兩遍后完成。這種人工洗瓶模式存在著諸多問題：一是洗瓶這一步驟會(huì)耗費(fèi)檢驗(yàn)員大量的體力與時(shí)間，且效率低下；二是在取放錐形瓶過程中水空流造成耗水量大；三是不同人員操作手法的差異可能導(dǎo)致清洗不干凈，影響后續(xù)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與效率；四是試驗(yàn)環(huán)境差，再加上工作強(qiáng)度大，檢驗(yàn)員承受的生理壓力大、工作體驗(yàn)差；五是操作過程中錐形瓶容易因磕碰導(dǎo)致破損，在增加檢驗(yàn)成本的同時(shí)，也會(huì)造成檢驗(yàn)員操作風(fēng)險(xiǎn)過高。在機(jī)械自動(dòng)化高速發(fā)展日新月異的今天，越來越多的自動(dòng)化設(shè)備在各行各業(yè)大放異彩，纖維成分含量中錐形瓶的清洗也應(yīng)跟上時(shí)代的步伐。因此，我團(tuán)隊(duì)結(jié)合檢測(cè)行業(yè)中實(shí)際工作的需求和經(jīng)驗(yàn)，依托計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械自動(dòng)化基礎(chǔ)建立自動(dòng)化的洗瓶設(shè)備。

2 自動(dòng)化洗瓶設(shè)備

自動(dòng)化洗瓶設(shè)備是通過微電腦預(yù)設(shè)洗瓶程序，采用倒置式氣壓水流法在程序的控制下對(duì)錐形瓶進(jìn)行多點(diǎn)的自動(dòng)化內(nèi)外清洗，達(dá)到縮短清洗時(shí)間、降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度以及提升檢驗(yàn)效率的目的。

2.1 自動(dòng)化洗瓶設(shè)備的設(shè)計(jì)與組成

自動(dòng)化洗瓶設(shè)備的裝置設(shè)計(jì)，如圖1所示，主要有電器裝置和機(jī)械裝置兩大部分。結(jié)構(gòu)零件和功能零件組成了機(jī)械裝置。包括（1）支撐架、（2）24位倒置板、（3）頂部噴淋器、（4）底層噴嘴。電器裝置（5）主要完成控制氣壓大小、水流大小、多點(diǎn)同時(shí)清洗等控制功能，使洗瓶設(shè)備順利完成清洗工作。

圖1 自動(dòng)化洗瓶裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 批量清洗錐形瓶的清洗方法設(shè)計(jì)

批量清洗錐形瓶的方法，即通過24位倒置板將24個(gè)錐形瓶置于頂部噴淋器和底層噴嘴中間，水流經(jīng)過加壓后從導(dǎo)管流向頂部噴淋器和底層噴嘴，通過電器裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)錐形瓶進(jìn)行內(nèi)外沖洗，達(dá)到去除錐形瓶中殘余試劑、水分以及污漬的目的。機(jī)械結(jié)構(gòu)和電器控制兩部分的有機(jī)結(jié)合，使設(shè)備能自動(dòng)添加清洗液、自動(dòng)排水以及多點(diǎn)洗瓶裝置同時(shí)進(jìn)行清洗。

本設(shè)備方法能夠在提高清洗效率、減少實(shí)驗(yàn)儀器損耗的同時(shí)，大大降低檢驗(yàn)員的勞動(dòng)程度。另外，通過內(nèi)外沖洗的方式，可以使錐形瓶清洗得更加干凈徹底，確保檢驗(yàn)結(jié)果的一致性與準(zhǔn)確性。自動(dòng)化洗瓶模式的實(shí)現(xiàn)也可以避免錐形瓶的相互磕碰，不僅可以節(jié)約檢驗(yàn)成本，還能提高檢驗(yàn)員操作時(shí)的安全性。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)分為兩個(gè)部分，第一部分是將自動(dòng)化洗瓶設(shè)備應(yīng)用到我司的實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，通過耗時(shí)、耗水量及清洗合格率三個(gè)方面的試驗(yàn)與人工洗瓶模式進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，比較兩種清洗方式的清洗效率；第二部分是通過收集目前實(shí)際工作中的樣品，用不同的清洗方式洗滌后的錐形瓶進(jìn)行樣品的纖維成分含量試驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。

3.1 清洗效率

3.1.1 清洗耗時(shí)試驗(yàn)

通過分析人工洗瓶流程的每個(gè)步驟，對(duì)流程進(jìn)行動(dòng)作分解并分析計(jì)時(shí)，得出人工洗瓶清洗1瓶次及3000瓶次的用時(shí)；根據(jù)多次試驗(yàn)后對(duì)自動(dòng)化洗瓶設(shè)備預(yù)設(shè)清洗效果最佳的清洗流程，通過試驗(yàn)得出自動(dòng)化洗瓶清洗24瓶次及3000瓶次的用時(shí)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 人工洗瓶與自動(dòng)化洗瓶清洗耗時(shí)比較

通過表1可以知道，人工洗瓶清洗1個(gè)錐形瓶需要18s，清洗24個(gè)錐形瓶則需耗時(shí)432s，而自動(dòng)化洗瓶清洗24個(gè)錐形瓶只需20s。自動(dòng)化洗瓶的效率約是人工洗瓶效率的21倍。在我司纖維成分含量項(xiàng)目現(xiàn)有規(guī)模下，化驗(yàn)室每天需清洗約3000瓶次的錐形瓶，自動(dòng)化洗瓶在耗時(shí)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，相當(dāng)于每天節(jié)約一個(gè)工作人員1.8個(gè)工作日的時(shí)間。自動(dòng)化洗瓶設(shè)備的研制與應(yīng)用可以提升洗瓶效率，給企業(yè)生產(chǎn)減少人工成本。同時(shí)，勞動(dòng)程度的降低也為檢驗(yàn)員緩解工作壓力。

3.1.2 耗水量試驗(yàn)

通過3.1.1試驗(yàn)得知人工洗瓶與自動(dòng)化洗瓶清洗3000瓶次各自的耗時(shí)，再根據(jù)不同洗瓶方式所需的水流量，得出兩種清洗方式的耗水量。結(jié)果見表2。

從表2可以看出，清洗3000瓶次的情況下，人工洗瓶的耗水量是14.85噸，自動(dòng)化洗瓶的耗水量是2.07噸。自動(dòng)化洗瓶設(shè)備的研制及應(yīng)用可以較大地節(jié)省能耗，減少檢驗(yàn)成本。另一方面，水資源消耗量減少的同時(shí)也是排放量的減少，可以降低污水處理費(fèi)用、保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)檢驗(yàn)行業(yè)環(huán)保化進(jìn)程。

表2 人工洗瓶和自動(dòng)化洗瓶耗水量

3.1.3 清洗合格率

分別在人工洗瓶模式和自動(dòng)化洗瓶模式進(jìn)行3次清洗試驗(yàn)驗(yàn)證，每次試驗(yàn)清洗1000瓶次錐形瓶，清洗后用燈檢法做試劑廢液殘余、可見污漬檢查，依次得出每次試驗(yàn)兩種清洗方式的清洗合格率。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 人工洗瓶和自動(dòng)化洗瓶的清洗合格率

人工洗瓶模式因不同檢驗(yàn)員操作手法及習(xí)慣的差異會(huì)導(dǎo)致清洗合格率不穩(wěn)定，平均合格率較低。自動(dòng)化洗瓶方式的應(yīng)用可以顯著地提高錐形瓶的清洗合格率，明顯地改善檢驗(yàn)過程中洗瓶步驟的清洗效果及效率，為后續(xù)檢驗(yàn)流程提供保障，確保了檢驗(yàn)結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。另外，合格率的提升意味著不合格瓶次的減少，可以減少檢驗(yàn)員重復(fù)清洗錐形瓶的情況，避免重復(fù)性工作，加快檢驗(yàn)速度及提升工作效率。

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，自動(dòng)化洗瓶設(shè)備得到應(yīng)用下的自動(dòng)化洗瓶模式在清洗耗時(shí)、耗水量、合格率3個(gè)方面，相比人工洗瓶模式具有顯著優(yōu)勢(shì)，明顯地減少了纖維成分分析過程中洗瓶步驟的用時(shí)、用水量，在節(jié)能降耗的同時(shí)，為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約了人工成本，對(duì)企業(yè)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 纖維成分含量試驗(yàn)

為了驗(yàn)證本自動(dòng)化洗瓶設(shè)備洗瓶的可操作性及適用性，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法堿性次氯酸鈉法、二甲基甲酰胺法、80%甲酸法、75%硫酸法，用人工洗瓶以及自動(dòng)化洗瓶方式清洗后的錐形瓶分別進(jìn)行纖維成分含量試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 人工洗瓶與自動(dòng)化洗瓶的織物纖維成分含量

通過用人工洗滌和自動(dòng)化洗滌后的錐形瓶分別進(jìn)行堿性次氯酸鈉法、二甲基甲酰胺法、80%甲酸法、75%硫酸法4種不同溶解方法得到的纖維含量結(jié)果和差值。因洗瓶方式的不同，溶解過程中纖維有不同程度的損傷等因素導(dǎo)致兩種清洗方式得出的含量結(jié)果存在差異，但通過試驗(yàn)驗(yàn)證兩種洗瓶方式得出的試驗(yàn)結(jié)果差值均在1.0%之內(nèi)，可見通過自主研制的自動(dòng)化洗瓶設(shè)備洗瓶得到的纖維含量差異小，結(jié)果穩(wěn)定。充分說明在纖維成分含量分析中，自動(dòng)化洗瓶設(shè)備的應(yīng)用及自動(dòng)化洗瓶模式的實(shí)現(xiàn)，使洗瓶步驟更加安全便捷、高效低耗，并保證纖維含量結(jié)果的穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)論

從以上多個(gè)試驗(yàn)結(jié)果可得：（1）自動(dòng)化洗瓶設(shè)備在清洗耗時(shí)、耗水量、合格率方面相比較傳統(tǒng)的人工洗瓶具有顯著的優(yōu)勢(shì)，綜合清洗效率高，多點(diǎn)清洗裝置的設(shè)計(jì)可以同時(shí)清洗多個(gè)錐形瓶，快捷安全成本低；（2）使用自動(dòng)化洗瓶與人工洗瓶清洗后的錐形瓶進(jìn)行纖維成分含量試驗(yàn)得出的結(jié)果差異小，差值均在1.0%之內(nèi)，結(jié)果穩(wěn)定可靠。自動(dòng)化洗瓶設(shè)備的應(yīng)用解決了檢驗(yàn)行業(yè)需人工重復(fù)清洗錐形瓶勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低以及耗費(fèi)水量大的問題，對(duì)推進(jìn)檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)展提供了良好的保障，促進(jìn)檢測(cè)行業(yè)朝向更加環(huán)保的方向發(fā)展。因此，采用自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備是未來紡織品檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，研究成果的可操作性及適用性強(qiáng)，可在檢測(cè)機(jī)構(gòu)廣泛推廣。應(yīng)用前景與發(fā)展空間較大，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。