一種羽絨蓬松度全自動(dòng)前處理裝置的研制

文/馮燁 趙瑞方 魯毅

1 引言

羽絨蓬松度的大小，是評(píng)價(jià)羽絨質(zhì)量、劃分等級(jí)的一個(gè)重要指標(biāo)。開展羽絨蓬松度檢測(cè)需要先將樣品在規(guī)定環(huán)境下還原，即進(jìn)行前處理。相關(guān)文獻(xiàn)資料表明國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)機(jī)構(gòu)均采用人工手工操作的模式進(jìn)行前處理，該模式導(dǎo)致前處理質(zhì)量一致性、穩(wěn)定性較差，同時(shí)羽絨中含有的雜質(zhì)和粉塵給工作人員的職業(yè)安全帶來了一定的隱患[1]。

蓬松度樣品前處理方法主要有烘箱還原法和蒸汽還原法兩種。國(guó)際羽絨羽毛檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明：不論檢測(cè)樣品在抵達(dá)實(shí)驗(yàn)室之前受到何種操作因素的影響，蒸汽還原法都能夠提供更為穩(wěn)定、更為精確的測(cè)定結(jié)果[2-3]。因此，蒸汽還原法已成為主流方法，IDFB測(cè)試規(guī)則和GB/T 10288—2016均采用蒸汽還原法。為提高前處理結(jié)果的一致性，減少職業(yè)傷害，將前處理過程儀器化是解決該問題的有效手段。

2 全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案

針對(duì)蓬松度前處理手工操作現(xiàn)狀的不足，在收集相關(guān)技術(shù)資料、分析檢測(cè)流程需要的基礎(chǔ)上，本文形成了全自動(dòng)裝置整體設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

圖1 全自動(dòng)裝置整體設(shè)計(jì)方案

2.1 工作原理

進(jìn)行羽絨樣品前處理時(shí)，通過控制箱中PLC的設(shè)定指令，打開蒸汽電磁閥，前處理箱轉(zhuǎn)盤4帶動(dòng)前處理箱1旋轉(zhuǎn)，前處理箱1的四面金屬網(wǎng)依次分時(shí)正對(duì)蒸汽噴嘴6和電熱風(fēng)機(jī)7并停留規(guī)定時(shí)間，PLC通過控制三軸聯(lián)動(dòng)裝置8中的步進(jìn)電機(jī)控制蒸汽噴嘴6前后、左右、上下三維度做8字形移動(dòng)，蒸汽噴嘴6對(duì)前處理箱1的四面均勻吹入蒸汽。蒸汽吹入后，關(guān)閉蒸汽電磁閥，可設(shè)定靜置時(shí)間，同樣，開啟電熱風(fēng)機(jī)7再對(duì)前處理箱1的四面進(jìn)行依次熱風(fēng)吹干。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該前處理全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)方案具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）高效的三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元：采用高精度步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，運(yùn)用絲桿傳動(dòng)方式構(gòu)成X、Y、Z三個(gè)方向的空間運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)固連其上的電熱風(fēng)機(jī)和蒸汽噴嘴運(yùn)動(dòng)；絲桿上的防塵罩避免了羽絨樣品中的粉塵和雜質(zhì)損傷螺紋傳動(dòng)面。

（2）便捷的人機(jī)交互模式：在電控系統(tǒng)中使用可編程邏輯控制器（PLC）作為控制單元，使用觸摸屏（HMI）作為顯示和輸入單元；支持用戶根據(jù)樣品實(shí)際情況設(shè)置吹風(fēng)時(shí)間、吹風(fēng)距離等運(yùn)行參數(shù)。

（3）前處理箱自動(dòng)對(duì)中設(shè)計(jì)：支架對(duì)角采用直角鋁條，可調(diào)節(jié)中間區(qū)域位置，使其幾何尺寸恰好放置前處理箱。

3 全自動(dòng)裝置單元選型設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)單元

為有效減輕整機(jī)重量，裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)部件采用鋁合金材質(zhì)；機(jī)架底部安裝有滾輪方便移動(dòng)；滾珠絲桿選用帶雙導(dǎo)向架的MGK200型，確保了運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)，避免扭轉(zhuǎn)。圖2為全自動(dòng)裝置樣機(jī)。

圖2 全自動(dòng)裝置樣機(jī)

3.2 電氣控制單元

電控單元選用三菱Fx3UC-40MT-A可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制器；驅(qū)動(dòng)器選用運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小的步科86BYGH250A兩相步進(jìn)電機(jī)；選用維綸7寸屏作為人機(jī)交互界面。圖3為HMI中參數(shù)設(shè)置界面。

圖3 全自動(dòng)裝置參數(shù)設(shè)置界面

3.3 操作流程

全自動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了羽絨前處理過程的無人值守，操作簡(jiǎn)單方便。

4 全自動(dòng)裝置試驗(yàn)測(cè)試

蓬松度前處理全自動(dòng)裝置完成樣機(jī)組裝后，開始在四川省纖維檢驗(yàn)局開展應(yīng)用性試驗(yàn)。

4.1 樣品試驗(yàn)

為全面檢驗(yàn)全自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)合理性，研究人員分別采用日常檢測(cè)樣品中常見的5組不同含絨量的灰鴨絨作為試驗(yàn)樣品，開展手工前處理和全自動(dòng)裝置前處理兩種方式的對(duì)比試驗(yàn)。為對(duì)該裝置充分驗(yàn)證，研究人員分別將蒸汽還原后樣品狀態(tài)分成充分潤(rùn)濕和基本潤(rùn)濕，在同一臺(tái)數(shù)字式羽絨蓬松度測(cè)試儀中測(cè)試樣品高度，其試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同吹風(fēng)時(shí)間對(duì)蓬松度影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)同一種性質(zhì)的羽絨樣品全自動(dòng)裝置處理后的樣品與人工處理樣品檢測(cè)結(jié)果不受含絨量高低、潤(rùn)濕狀態(tài)影響。自動(dòng)和手工處理的檢測(cè)樣品蓬松度結(jié)果數(shù)據(jù)最大偏差率在含絨量較低時(shí)達(dá)到最大值4.6%，試驗(yàn)結(jié)果充分證明了全自動(dòng)裝置完全可以替代人工對(duì)樣品進(jìn)行前處理。研究人員根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了部分修改后完成了裝置的研制定型。

4.2 比對(duì)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證全自動(dòng)裝置的實(shí)際使用效果，四川省纖維檢驗(yàn)局使用該裝置參加了2018年5月廣州檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)有限公司組織國(guó)內(nèi)6家相關(guān)羽絨檢測(cè)機(jī)構(gòu)開展的“羽絨蓬松度項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)”。四川省纖維檢驗(yàn)局使用全自動(dòng)裝置對(duì)比對(duì)樣品進(jìn)行前處理，并在該比對(duì)項(xiàng)目中獲得了滿意結(jié)果。該次比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果再次充分證明了全自動(dòng)裝置完全能替代人工對(duì)蓬松度樣品進(jìn)行前處理。

5 結(jié)論

羽絨蓬松度前處理全自動(dòng)裝置模擬人工操作流程，避免了手工處理導(dǎo)致的處理結(jié)果不均勻性，滿足檢測(cè)要求，大大縮短了每個(gè)樣品前處理時(shí)間。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔大方，操作界面便捷高效，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，對(duì)提升羽絨及其制品的蓬松度指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性有重要意義。