半自动机制桑蚕丝绵片含胶率检验装置的设计探索

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　　摘要： 蚕丝被作为中国最古老并沿袭至今的传统寝被，在中国已有5500余年历史，也是中国传统丝绸产品和重要出口商品。但由于蚕丝被生产工艺相对简单，行业进入门槛低，市场上蚕丝被的品质良莠不齐，以假乱真、以次充好的现象时有发生。在蚕丝被使用过程中，残留的丝胶逐渐发生变性，导致蚕丝被板结发黄，直接影响到了蚕丝被的品质。因此，机制桑蚕丝绵片的含胶量为贸易所重视，与消费者的切身利益息息相关。目前，中国的含胶率检测大多沿用传统装置，需要检验员手动操作，检验效率低，风险性高。文章通过改进传统含胶率检验装置的弊端，探索设计一种半自动机制桑蚕丝绵片含胶率检验装置，以提高检验效率，增强检验的安全性。
　　关键词： 丝绵片;含胶率;蚕丝被;脱胶;半自动检验装置
　　中图分类号： TS192.53   文献标志码： A   文章编号： 1001-7003（2019）04-0008-04   引用页码： 041102
　　Abstract： Silk quilt is regarded as the most ancient traditional quilt in China， with the history of more than 5500 years. It is also a traditional silk product and important export commodity in China. However， due to the relatively simple production process of silk quilt and the low entry threshold of the industry， the quality of silk quilt in the market is not stable， and the phenomenon of counterfeits occurs from time to time. The residual gum of silk quilt will gradually become denatured in the use process. Thus， the silk quilt hardens and yellows， which has a direct effect on the quality of silk quilt. Therefore， the gum content in silk floss is important to trade and is closely related to consumers’ interest. At present， traditional equipment is mostly used to detect gum content in China. Inspectors have to manually operate it， so the detection efficiency is low， and the risk is high. Therefore， this paper aims to explore the design of a semi-automatic detection device for gum content of silk floss through improving the disadvantages of traditional inspection equipment so as to enhance detection efficiency and detection safety.
　　Key words： silk floss; gum content; silk quilt; degumming; semi-automatic detection device
　　
　　機制桑蚕丝绵片是使用桑蚕茧、蛹衬为原料，经机制开茧脱胶处理而成的絮状产品，多用作蚕丝被填充物，具有优良的保暖、透气、吸湿、柔软等特性[1]，深受国内外消费者的欢迎。在蚕丝被使用过程中，人体蒸发的水分、盐类及酸性成分会逐渐吸附在蚕丝被中，使蚕丝被中残留的丝胶逐渐发生变性，导致蚕丝被板结发黄，影响蚕丝被的蓬松性、保暖性[2]。为提高蚕丝被柔软性、减少丝胶变性，要用精炼工艺除去桑蚕丝绵片中的大部分丝胶，丝胶含量的多少直接影响到了蚕丝被的品质[3]。但由于世界上各检测机构的含胶率检测大多沿用传统装置，需要检验员手工进行不停操作，不仅耗时耗力，而且影响检验结果的准确性，同时搅拌沸水还对检验员的人身安全造成了潜在的威胁[4]。本文在传统检验装置的基础上加以改造，通过增加机架、调距装置、PLC、电机、连接杆和若干球型支架等，使其能够实现自动旋转搅拌，同时增大样品与溶液的接触面积，提高检验结果的准确性。
　　1 传统的机制桑蚕丝绵片含胶率检验装置
　　目前，按照传统方法进行机制桑蚕丝绵片含胶率的测定，是将试样置于烘箱中烘至恒重后，放入预先缝制好的双层松紧口纱布袋中，扎紧袋口，防止丝绵片纤维漏出，再将纱布袋放入盛有碳酸钠溶液的不锈钢锅中加热煮沸，并用两根玻璃棒夹住布袋边搅拌边戳散丝绵片纤维[5]。30min后取出，用60℃左右去离子水或蒸馏水充分洗涤，至少反复冲洗三遍。重复以上步骤三次后，将脱胶已净的试样晾干或预烘，除去过量的水分，放入烘箱烘至恒重，称出脱胶后的干重。通过计算丝绵片煮炼前后干重差，得出丝绵片含胶百分率[6]。
　　在整个脱胶过程中，由于丝绵片被装进纱布袋，纱布袋片在水中会粘连，导致丝绵片样品与溶液接触不充分，同时需要检验员手工进行不停地搅拌、戳散[7]，不仅耗时耗力，降低了检验效率，搅拌不充分也会导致脱胶不均匀，影响检验结果的准确性，除此之外，搅拌沸水还对检验员的人身安全造成了潜在的威胁。 　　2 半自动机制桑蚕丝绵片含胶率检验装置设计
　　为了克服现有的纱布袋片粘连和手工搅拌脱胶的不足，本文拟设计一种半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪。该测试仪可以为纱布袋提供支撑，避免纱布袋粘连，同时可以通过自动旋转代替手工持续搅拌，不仅能够使脱胶更加充分，提高检验结果的准确率，而且能够节约时间，提高检验效率，还加强了含胶率检验的安全性。
　　2.1 选用材料
　　定制机架、调距装置、PLC、电机、十字支架、连接杆和4个球型支架等。
　　2.2 设计方法
　　2.2.1 半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪外观设计
　　制作四个不锈钢球状支架作为纱布袋支撑，球状支架焊接在连接杆上，纱布袋可以套在球状支架上。连接杆与调距装置相连，调距装置是由一组可伸缩不锈钢管组成的，通过伸缩调节高度升降样品圆筒。电机固定于机架上，电机输出轴与调距装置的上端固定，调距装置的下端与连接杆固定，连接杆的下端与各球状支架固定连接，调距装置用于调节连接杆的高度以升降球状支架，PLC与电机相连以控制其进行正转和反转，代替手动搅拌进行脱胶[8]。图1为半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪（正视图、左视图、俯视图）。
　　2.2.2 半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪电路设计
　　图2显示了半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪内部的电路控制关系[9]。图2中，M代表电机、PLC代表控制系统、AM代表幅度调制器、STF代表变频器正向输进端、STR代表变频器反向输进端、SD代表待机关机脚、KAO1和KAO2代表开关。当四个球型支架完全浸没在盛有碳酸钠溶液的不锈钢锅中后，接通半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪电源，通过显示触摸屏进入设置主界面，调节转速和转向。PLC控制系统将输出的信号传递给数模转换块，数模转换块将数字量转换为模拟量控制执行部件，通过三菱变频器（型号FX3GE）调节电机转速。KAO1和KAO2分别控制电机进行正转和反转，同时又通过模数转换器将模拟量转换为数字量，反馈给PLC控制系统，在显示触摸屏上显示当前仪器运作信息。
　　3 半自动机制桑蚕丝绵片含胶率检验装置使用方法
　　脱胶时，将已烘至恒重的试样放入预先缝制好的双层松紧口纱布袋中，再将双层松紧口纱布袋分别套在四个球型支架上，扎紧袋口，防止试样漏出。通过调距装置来调节球型支架的高度，使四个球型支架完全浸没在盛有质量浓度为0.5g/L碳酸钠溶液的不锈钢锅中，浴比为1 ︰ 100，用电磁炉加热煮沸。接通半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪电源，通过控制面板来调节电机的转速和转向，带动四个球型支架在不锈钢锅中进行正反向交替旋转，使丝绵片样品与碳酸钠溶液充分接触。煮沸30min后，关闭炉火和半自动机制桑蚕丝绵片含胶率测试仪电源，通过调距装置来调节球型支架的高度，使四个球型支架与碳酸钠溶液分离。松开纱布袋袋口，取下盛有样品的纱布袋，用（60±2）℃清水充分洗涤，至少反复冲洗三遍。重复以上步骤三次。将脱胶已净的试样，除去过量的水分，在（105±2）℃条件下烘至恒重，精确到0.01g，即为煮炼后干重[10]。
　　4 结 论
　　本文改造的半自动机制桑蚕丝绵片含胶率检验装置采用球型支架避免了袋片粘连，同时增大了纱布袋内空间，增大了袋内丝绵片样品与溶液的接触面积，使样品自然散开，无需人工戳散。同时，球型支架通过带动样品进行正转和反转，使样品充分与溶液接触，脱胶更加彻底，增强了检测结果的准确性。整个脱胶过程无需人工持续搅拌，节约了人力成本，增强了检验装置的安全性，使检测更加便捷高效。经查阅相关文献和实地考察，目前市场上并无类似茸毛检验煮炼装置设计，因此具有较强的市场推广前景。
　　
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