棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)的自動(dòng)粘貼測(cè)試儀與測(cè)試方法研究

王銘 馬俊義 劉永江 劉俊 董俊哲

摘要：本文通過(guò)研究粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀的機(jī)械構(gòu)造，探討提升纖維長(zhǎng)度測(cè)試法工作效率的改進(jìn)途徑。詳細(xì)介紹了粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀改進(jìn)后新型儀器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)應(yīng)用檢驗(yàn)表明：新型儀器和測(cè)試方法對(duì)比HVI測(cè)試法的儀器和手扯法有較大的技術(shù)改進(jìn)，檢測(cè)方法更加科學(xué)有效，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，易于推廣應(yīng)用。旨在提高棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試的準(zhǔn)確性和工作效率。

關(guān)鍵詞：棉花;纖維長(zhǎng)度;粘貼式測(cè)試法;技術(shù)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：S562.09? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-3143（2020）05-0061-05

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.05.010

Abstract： The article researched the mechanical structure of the pasty type cotton fiber length tester， it explores ways to improve the efficiency of fiber length test method. The basic structure， working principle and key technology of the improved new instrument of the pasty type cotton fiber length tester are introduced in detail. The actual test and application test show that： the new instrument and test method have greater technical improvement compared with the HVI test method and hand pull method， the test method is more scientific and effective， the test result is accurate and reliable， and it is easy to popularize and apply. Designed to improve the accuracy and work efficiency of cotton fiber length testing.

Key words： Cotton; Fiber Length; Brush module; Paste test method; Technical Improvement

0? 引言

棉纖維長(zhǎng)度是表征纖維性能的重要指標(biāo)，直接影響到纖維的加工性能和使用價(jià)值[1]。棉纖維長(zhǎng)度與棉纖維的可紡性、工藝參數(shù)制定、成紗質(zhì)量、車間飛花、生產(chǎn)穩(wěn)定性有密切的關(guān)系。之前國(guó)內(nèi)主要使用的棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試方法包括手扯長(zhǎng)度法和HVI測(cè)試法[2]，兩種測(cè)試方法各有利弊，不適于推廣使用。青島海關(guān)棉花檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)出一種粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試法，可利用粘貼力代替人工捏合力，模擬手扯尺量法的測(cè)試過(guò)程，可顯著提高檢測(cè)效率[3]。2014年該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出該方法的應(yīng)用型儀器“粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀”（以下簡(jiǎn)稱粘貼儀），并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利。該儀器為半自動(dòng)化儀器，部分檢測(cè)步驟仍需要人工手動(dòng)運(yùn)作，檢測(cè)效率一般。為提高粘貼式長(zhǎng)度測(cè)試方法的適用性，該研究機(jī)構(gòu)對(duì)儀器進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出全自動(dòng)化檢測(cè)儀器“棉纖維長(zhǎng)度自動(dòng)粘貼測(cè)試儀”（以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)儀）。本文將針對(duì)該儀器的技術(shù)改進(jìn)和研究進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1? 研究思路

棉纖維長(zhǎng)度粘貼式測(cè)試法的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)對(duì)手扯長(zhǎng)度法和HVI測(cè)試法優(yōu)缺點(diǎn)歸納總結(jié)而出。兩種檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)技術(shù)與特點(diǎn)比較詳見(jiàn)表1。

由表1可知，測(cè)試儀器需要模擬纖維束的抓?。ㄟ^(guò)程1）、拉直定長(zhǎng)（過(guò)程2）和量取（過(guò)程3）三個(gè)步驟。綜合兩種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，設(shè)計(jì)思路結(jié)合了表1中“A的步驟1、B的步驟2和A的步驟3”檢測(cè)過(guò)程。最終設(shè)計(jì)出的粘貼儀（初始版），其結(jié)構(gòu)和組成見(jiàn)圖1，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，形成棉纖維長(zhǎng)度自動(dòng)粘貼測(cè)試儀（見(jiàn)圖2）。

2? 粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀（初始版）的結(jié)構(gòu)與檢測(cè)方法

2.1? 粘貼儀結(jié)構(gòu)組成

粘貼儀的結(jié)構(gòu)由刷理模塊、粘貼模塊、定長(zhǎng)模塊和底座四大模塊組成。刷理模塊的功能是進(jìn)行纖維的初步刷理，由刷理臺(tái)面上的各部件組成，包括傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)軸、同步帶輪和毛刷;粘貼模塊是在完成刷理完畢后纖維束的粘貼步驟，包含粘貼槽、卷曲鋼尺、膠帶、膠帶架、插塊和步進(jìn)電機(jī);定長(zhǎng)模塊是進(jìn)行制作完畢樣品的定長(zhǎng)過(guò)程，由定長(zhǎng)槽和鋼尺組成;底座是粘貼儀的主結(jié)構(gòu)部分，包括邊框、活動(dòng)擋板和控制器。

2.1? 粘貼儀的測(cè)試步驟[4]

一是將粘取插塊插到卷曲鋼尺上，寬膠帶通過(guò)膠帶架的卷軸拉直。二是檢驗(yàn)員用手拔取一定量的棉束后，用手捏取棉束一端，將另一端放在刷理臺(tái)面邊緣對(duì)棉束進(jìn)行刷理，棉束一端被刷理至平直整齊的狀態(tài)。三是將梳理過(guò)的棉束外端對(duì)準(zhǔn)粘貼臺(tái)上的膠帶內(nèi)側(cè)邊緣粘貼，另一只手的手指按壓棉束將棉束慢慢抽出，下層棉纖維在按壓力的作用下被粘貼到膠帶上，并隨著卷取鋼尺的轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)卷取到粘取插塊上。重復(fù)該步驟，直到棉束平直整齊一端的纖維完全被粘貼到粘取插塊上。四是將粘取插塊取下，經(jīng)過(guò)毛刷梳理后放置到定長(zhǎng)槽量取長(zhǎng)度。

2.2? 儀器檢測(cè)各步驟分析

儀器完成長(zhǎng)度測(cè)試的步驟主要包括取樣過(guò)程、樣品整理過(guò)程、纖維定長(zhǎng)過(guò)程和長(zhǎng)度測(cè)試過(guò)程四個(gè)步驟，為提升儀器測(cè)試效率，就必須對(duì)這四個(gè)檢測(cè)步驟進(jìn)行升級(jí)。

2.2.1? 取樣過(guò)程

與手扯長(zhǎng)度取樣的原理相同，粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀取樣過(guò)程由人工完成，從棉束橫截面中不斷拉取纖維形成符合條件的纖維束。人工取樣會(huì)受到操作人員技術(shù)水平、實(shí)操經(jīng)驗(yàn)、外部環(huán)境等因素的影響，易產(chǎn)生操作誤差，同時(shí)，取樣過(guò)程所需時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間操作易產(chǎn)生疲勞狀態(tài)，一定程度上會(huì)降低檢測(cè)效率。

2.2.2? 樣品整理過(guò)程

在樣品整理過(guò)程中，粘貼儀主要使用毛刷模塊對(duì)纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理，利用毛刷與刷理臺(tái)面相互之間的作用力將廢棄纖維從纖維束中拉出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維束的整理。此過(guò)程僅使用毛刷進(jìn)行清理，部分雜質(zhì)無(wú)法有效清理干凈，在后續(xù)粘貼過(guò)程中可能會(huì)影響粘貼樣品的形成過(guò)程，進(jìn)而影響測(cè)試結(jié)果。

2.2.3? 纖維定長(zhǎng)過(guò)程和長(zhǎng)度測(cè)試過(guò)程

主要利用粘取模塊的結(jié)構(gòu)和膠帶的粘貼力進(jìn)行操作，過(guò)程較為合理。

3? 棉纖維長(zhǎng)度自動(dòng)粘貼測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)與檢測(cè)方法

3.1? 自動(dòng)粘貼儀的結(jié)構(gòu)組成

自動(dòng)粘貼儀由活動(dòng)模組、整理模組、測(cè)量模組和外殼四個(gè)主要模組組成?；顒?dòng)模組是由夾鉗帶動(dòng)進(jìn)行纖維取樣、移動(dòng)整個(gè)過(guò)程的涉及的部件，包括棉倉(cāng)、推擋板、棉倉(cāng)孔、夾鉗轉(zhuǎn)向板、夾鉗、夾鉗活動(dòng)桿、可升降滑動(dòng)塊等部件;整理模組是對(duì)夾鉗上的纖維進(jìn)行清雜梳理，主要部件包括毛刷、錫林和步進(jìn)電機(jī);測(cè)量模組是進(jìn)行纖維長(zhǎng)度的測(cè)量，主要包括壓棉塊、鋼尺、步進(jìn)電機(jī)、鋼尺轉(zhuǎn)向板、可升降滑動(dòng)部件、膠帶固定壓板、膠帶輪、膠帶輪架、長(zhǎng)度檢測(cè)箱、標(biāo)度玻璃尺;外殼包括儀器的底座和上蓋。

棉纖維長(zhǎng)度自動(dòng)粘貼測(cè)試儀是對(duì)粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化。改進(jìn)之后的儀器效果圖如圖2所示。由圖1和圖2可見(jiàn)兩種儀器的構(gòu)成模塊基本相同，都有三個(gè)基本模塊和外殼組成。但棉纖維長(zhǎng)度自動(dòng)粘貼測(cè)試儀更加復(fù)雜一些，在進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，完全使用機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)人體功能的模擬。

3.2? 自動(dòng)儀測(cè)試過(guò)程

步驟一是將新型棉纖維長(zhǎng)度粘貼測(cè)試儀放置在水平桌面上，連接電源，打開(kāi)上蓋;將3 mm膠帶安裝至膠帶輪上，頭端固定于轉(zhuǎn)動(dòng)鋼尺內(nèi)陷槽中。步驟二是把200 g左右的棉花放入棉倉(cāng)中，按下啟動(dòng)按鈕，推擋板將由起始位向外移動(dòng)，棉花呈現(xiàn)被壓迫狀態(tài)，部分纖維從棉倉(cāng)孔內(nèi)鼓出。步驟三是夾鉗轉(zhuǎn)向板由起始位置移動(dòng)至活動(dòng)桿中部位置，夾鉗在轉(zhuǎn)向板帶動(dòng)下逆時(shí)針轉(zhuǎn)向90°。步驟四是可升降滑塊A升至取樣高度并沿滑桿前進(jìn)，至取樣位置后夾鉗閉合，抓緊棉倉(cāng)內(nèi)鼓出纖維，滑塊A緩緩后退，將抓取纖維由棉倉(cāng)內(nèi)抽出。步驟五是可升降滑塊A移動(dòng)至與錫林水平呈線狀水平，轉(zhuǎn)向板沿夾鉗活動(dòng)桿向右移動(dòng)至固定位置，使夾鉗頂部與錫林外殼間距為2 mm左右。步驟六是錫林順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，錫林針布拉扯夾鉗內(nèi)纖維，將纖維內(nèi)部較大雜質(zhì)和浮游纖維清除。步驟七是可升降滑塊A移動(dòng)至與呈線狀水平，轉(zhuǎn)向板移動(dòng)至夾鉗活動(dòng)桿頂部，高度調(diào)整至毛刷與刷理臺(tái)間隙位置，毛刷逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，夾鉗緩緩送入纖維，對(duì)棉束進(jìn)行刷理使其呈現(xiàn)平齊狀態(tài)。步驟八是轉(zhuǎn)向板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180°，移動(dòng)滑塊A移動(dòng)至粘貼臺(tái)前部，夾鉗緩緩向粘貼臺(tái)移動(dòng)，將棉束喂入壓棉塊下部粘貼軌道位置。步驟九是當(dāng)壓棉塊上的感應(yīng)器感應(yīng)到纖維進(jìn)入粘貼區(qū)域，夾鉗停止送入，壓棉塊將向下運(yùn)動(dòng)，壓緊纖維，使纖維束下部被膠帶貼緊。步驟十是夾鉗緩緩向后移動(dòng)，在相互作用力下，纖維被從夾鉗內(nèi)抽出，壓棉塊上升，纖維將停留在膠帶上。步驟十一是鋼尺在電機(jī)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)一周（360°），膠帶連同粘貼牢固的纖維被卷至鋼尺上，同時(shí)新的膠帶在鋼尺拉力下進(jìn)入粘貼軌道。步驟十二是夾鉗再次向前送入纖維，重復(fù)9～11步驟。步驟十三是鋼尺卷動(dòng)5次后，夾鉗逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°并開(kāi)口，剩余纖維將落入儀器底部驗(yàn)余樣品區(qū)域。步驟十四是可升降滑塊B上升1 cm，鋼尺轉(zhuǎn)向板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°，滑塊B沿軌道緩緩向下移動(dòng)，使鋼尺進(jìn)入長(zhǎng)度檢測(cè)箱，當(dāng)鋼尺頂部到達(dá)玻璃尺0刻度位置時(shí)停止移動(dòng)。步驟十五是通過(guò)刻度玻璃尺觀察纖維長(zhǎng)度。步驟十六是長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)束后，按下復(fù)位按鈕，儀器各部件回歸起始位置。

3.3? ?測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證

棉纖維自身性質(zhì)決定了其質(zhì)量數(shù)值不穩(wěn)定，樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)存在一定波動(dòng)性，標(biāo)準(zhǔn)樣品可看作是波動(dòng)性較小的纖維樣品，其數(shù)值為多次檢驗(yàn)后得到的平均值[6]?？梢赃x取國(guó)際長(zhǎng)度/強(qiáng)力標(biāo)準(zhǔn)棉樣作為測(cè)試樣品進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。

測(cè)試驗(yàn)證時(shí)選取了標(biāo)準(zhǔn)棉數(shù)值分別為24.9 mm（A）和30 mm（B）兩種樣品，使用自動(dòng)型棉纖維長(zhǎng)度粘貼測(cè)試儀分別進(jìn)行10次測(cè)試，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。使用t檢驗(yàn)法確定測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[5]。

表2數(shù)據(jù)通過(guò)t檢驗(yàn)法可知，A、B樣品的t檢驗(yàn)值分別為0.752和-0.093，在95%置信區(qū)間下，自由度f(wàn)=9時(shí)，t95%=2.26。兩種標(biāo)準(zhǔn)樣品纖維長(zhǎng)度測(cè)試結(jié)果的t測(cè)驗(yàn)均為|t|

4? 結(jié)束語(yǔ)

棉纖維長(zhǎng)度粘貼式測(cè)試法是一種新型的棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試方法，該方法在棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景[6]。為保證該檢測(cè)方法的不斷簡(jiǎn)化和改進(jìn)，需對(duì)相關(guān)檢測(cè)儀器和檢測(cè)步驟進(jìn)行不斷調(diào)整、升級(jí)，本文介紹的自動(dòng)型棉纖維長(zhǎng)度粘貼測(cè)試儀是一種新型的棉纖維長(zhǎng)度檢測(cè)儀器，該儀器以粘貼式棉纖維長(zhǎng)度測(cè)試儀的檢測(cè)原理為基礎(chǔ)，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行升級(jí)改造，將儀器由半自動(dòng)化改進(jìn)為全自動(dòng)化，以提升檢測(cè)效率，節(jié)省人工成本。經(jīng)驗(yàn)證，該儀器檢測(cè)準(zhǔn)確度高，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方便，適合在行業(yè)內(nèi)推廣使用。

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