纤维成分分析自动化洗瓶的研究及应用

文/夏增勇 庄楚津 李小红

1 引言

锥形瓶由于其材质优良，结构相对稳定，可以通过清洗干净后重复利用，成为纺织品纤维含量分析化验室最常用的实验仪器。锥形瓶里试剂的残留或清水的积存都会导致溶液浓度的变化，以及纤维残留在锥形瓶里会直接导致定性定量差错，从而影响检验结果，所以锥形瓶的干净是保证试验结果正确的重要因素。

目前行业内对锥形瓶的清洗采用的是人工在水龙头下用水一个一个冲洗的方式，这一步骤需要检验员手持锥形瓶在水龙头下将其注满水，再将水倒空，重复两遍后完成。这种人工洗瓶模式存在着诸多问题：一是洗瓶这一步骤会耗费检验员大量的体力与时间，且效率低下；二是在取放锥形瓶过程中水空流造成耗水量大；三是不同人员操作手法的差异可能导致清洗不干净，影响后续试验的准确性与效率；四是试验环境差，再加上工作强度大，检验员承受的生理压力大、工作体验差；五是操作过程中锥形瓶容易因磕碰导致破损，在增加检验成本的同时，也会造成检验员操作风险过高。在机械自动化高速发展日新月异的今天，越来越多的自动化设备在各行各业大放异彩，纤维成分含量中锥形瓶的清洗也应跟上时代的步伐。因此，我团队结合检测行业中实际工作的需求和经验，依托计算机技术与机械自动化基础建立自动化的洗瓶设备。

2 自动化洗瓶设备

自动化洗瓶设备是通过微电脑预设洗瓶程序，采用倒置式气压水流法在程序的控制下对锥形瓶进行多点的自动化内外清洗，达到缩短清洗时间、降低人员劳动强度以及提升检验效率的目的。

2.1 自动化洗瓶设备的设计与组成

自动化洗瓶设备的装置设计，如图1所示，主要有电器装置和机械装置两大部分。结构零件和功能零件组成了机械装置。包括（1）支撑架、（2）24位倒置板、（3）顶部喷淋器、（4）底层喷嘴。电器装置（5）主要完成控制气压大小、水流大小、多点同时清洗等控制功能，使洗瓶设备顺利完成清洗工作。

图1 自动化洗瓶装置结构示意图

2.2 批量清洗锥形瓶的清洗方法设计

批量清洗锥形瓶的方法，即通过24位倒置板将24个锥形瓶置于顶部喷淋器和底层喷嘴中间，水流经过加压后从导管流向顶部喷淋器和底层喷嘴，通过电器装置自动调节对锥形瓶进行内外冲洗，达到去除锥形瓶中残余试剂、水分以及污渍的目的。机械结构和电器控制两部分的有机结合，使设备能自动添加清洗液、自动排水以及多点洗瓶装置同时进行清洗。

本设备方法能够在提高清洗效率、减少实验仪器损耗的同时，大大降低检验员的劳动程度。另外，通过内外冲洗的方式，可以使锥形瓶清洗得更加干净彻底，确保检验结果的一致性与准确性。自动化洗瓶模式的实现也可以避免锥形瓶的相互磕碰，不仅可以节约检验成本，还能提高检验员操作时的安全性。

3 试验验证

试验分为两个部分，第一部分是将自动化洗瓶设备应用到我司的实际生产活动中，通过耗时、耗水量及清洗合格率三个方面的试验与人工洗瓶模式进行对比验证，比较两种清洗方式的清洗效率；第二部分是通过收集目前实际工作中的样品，用不同的清洗方式洗涤后的锥形瓶进行样品的纤维成分含量试验，并对结果进行比较验证。

3.1 清洗效率

3.1.1 清洗耗时试验

通过分析人工洗瓶流程的每个步骤，对流程进行动作分解并分析计时，得出人工洗瓶清洗1瓶次及3000瓶次的用时；根据多次试验后对自动化洗瓶设备预设清洗效果最佳的清洗流程，通过试验得出自动化洗瓶清洗24瓶次及3000瓶次的用时。试验结果见表1。

表1 人工洗瓶与自动化洗瓶清洗耗时比较

通过表1可以知道，人工洗瓶清洗1个锥形瓶需要18s，清洗24个锥形瓶则需耗时432s，而自动化洗瓶清洗24个锥形瓶只需20s。自动化洗瓶的效率约是人工洗瓶效率的21倍。在我司纤维成分含量项目现有规模下，化验室每天需清洗约3000瓶次的锥形瓶，自动化洗瓶在耗时方面具有明显优势，相当于每天节约一个工作人员1.8个工作日的时间。自动化洗瓶设备的研制与应用可以提升洗瓶效率，给企业生产减少人工成本。同时，劳动程度的降低也为检验员缓解工作压力。

3.1.2 耗水量试验

通过3.1.1试验得知人工洗瓶与自动化洗瓶清洗3000瓶次各自的耗时，再根据不同洗瓶方式所需的水流量，得出两种清洗方式的耗水量。结果见表2。

从表2可以看出，清洗3000瓶次的情况下，人工洗瓶的耗水量是14.85吨，自动化洗瓶的耗水量是2.07吨。自动化洗瓶设备的研制及应用可以较大地节省能耗，减少检验成本。另一方面，水资源消耗量减少的同时也是排放量的减少，可以降低污水处理费用、保护环境，促进检验行业环保化进程。

表2 人工洗瓶和自动化洗瓶耗水量

3.1.3 清洗合格率

分别在人工洗瓶模式和自动化洗瓶模式进行3次清洗试验验证，每次试验清洗1000瓶次锥形瓶，清洗后用灯检法做试剂废液残余、可见污渍检查，依次得出每次试验两种清洗方式的清洗合格率。试验结果见表3。

表3 人工洗瓶和自动化洗瓶的清洗合格率

人工洗瓶模式因不同检验员操作手法及习惯的差异会导致清洗合格率不稳定，平均合格率较低。自动化洗瓶方式的应用可以显著地提高锥形瓶的清洗合格率，明显地改善检验过程中洗瓶步骤的清洗效果及效率，为后续检验流程提供保障，确保了检验结果的一致性和准确性。另外，合格率的提升意味着不合格瓶次的减少，可以减少检验员重复清洗锥形瓶的情况，避免重复性工作，加快检验速度及提升工作效率。

通过试验验证，自动化洗瓶设备得到应用下的自动化洗瓶模式在清洗耗时、耗水量、合格率3个方面，相比人工洗瓶模式具有显著优势，明显地减少了纤维成分分析过程中洗瓶步骤的用时、用水量，在节能降耗的同时，为企业生产节约了人工成本，对企业具有较好的经济效益。

3.2 纤维成分含量试验

为了验证本自动化洗瓶设备洗瓶的可操作性及适用性，根据标准方法碱性次氯酸钠法、二甲基甲酰胺法、80%甲酸法、75%硫酸法，用人工洗瓶以及自动化洗瓶方式清洗后的锥形瓶分别进行纤维成分含量试验，并将试验结果进行比较，试验结果见表4。

表4 人工洗瓶与自动化洗瓶的织物纤维成分含量

通过用人工洗涤和自动化洗涤后的锥形瓶分别进行碱性次氯酸钠法、二甲基甲酰胺法、80%甲酸法、75%硫酸法4种不同溶解方法得到的纤维含量结果和差值。因洗瓶方式的不同，溶解过程中纤维有不同程度的损伤等因素导致两种清洗方式得出的含量结果存在差异，但通过试验验证两种洗瓶方式得出的试验结果差值均在1.0%之内，可见通过自主研制的自动化洗瓶设备洗瓶得到的纤维含量差异小，结果稳定。充分说明在纤维成分含量分析中，自动化洗瓶设备的应用及自动化洗瓶模式的实现，使洗瓶步骤更加安全便捷、高效低耗，并保证纤维含量结果的稳定可靠。

4 结论

从以上多个试验结果可得：（1）自动化洗瓶设备在清洗耗时、耗水量、合格率方面相比较传统的人工洗瓶具有显著的优势，综合清洗效率高，多点清洗装置的设计可以同时清洗多个锥形瓶，快捷安全成本低；（2）使用自动化洗瓶与人工洗瓶清洗后的锥形瓶进行纤维成分含量试验得出的结果差异小，差值均在1.0%之内，结果稳定可靠。自动化洗瓶设备的应用解决了检验行业需人工重复清洗锥形瓶劳动强度高、效率低以及耗费水量大的问题，对推进检验技术发展提供了良好的保障，促进检测行业朝向更加环保的方向发展。因此，采用自动化的检测设备是未来纺织品检测行业的发展趋势，研究成果的可操作性及适用性强，可在检测机构广泛推广。应用前景与发展空间较大，具有深远的社会效益。