卜獻(xiàn)鴻, 陳祥平, 段春穩(wěn), 鄭 丹, 任強(qiáng)勝, 李 帆

(1.四川省絲綢科學(xué)研究院,成都 610031;2.四川省絲綢工程技術(shù)研究中心,成都 610031)

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)采用“真空+”技術(shù),實(shí)現(xiàn)了低溫吐水、蒸煮時(shí)繭層含水、繭腔不含水[1]的理想狀態(tài),解決了蠶繭內(nèi)外層煮熟不均勻的技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了煮繭生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。減壓煮繭機(jī)能夠顯著提高生絲品質(zhì)、降低繭耗、提高產(chǎn)量,原料適應(yīng)性強(qiáng),不僅適宜干繭煮繭,同樣適宜鮮繭煮繭[2]。

1 工作原理及技術(shù)特征

1.1 工作原理及結(jié)構(gòu)

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)以罐蓋可啟閉的密閉式罐體為結(jié)構(gòu)主體,采用PLC程序控制[3],水環(huán)泵、羅茨泵產(chǎn)生真空,利用真空、水、蒸汽復(fù)合管道系統(tǒng),通過(guò)電磁閥的開(kāi)閉,在機(jī)內(nèi)完成真空滲透,蒸汽在真空導(dǎo)流下進(jìn)行吐水、蒸煮,因熱傳遞采用負(fù)壓狀態(tài)下對(duì)流方式,提高了蒸汽熱交換能力和均勻程度。負(fù)壓狀態(tài)下調(diào)整吸水[4]、保護(hù)出繭等工藝,實(shí)現(xiàn)煮繭生產(chǎn)過(guò)程的全封閉、真空滲透與煮繭一體化結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化運(yùn)行。

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,主罐是蠶繭煮熟的場(chǎng)地,設(shè)加繭、煮繭、出繭三個(gè)工作位置并自動(dòng)運(yùn)行,自動(dòng)控制工藝流程:煮繭主罐內(nèi)加入蠶繭后,按電控箱“啟動(dòng)”按鈕,主罐旋轉(zhuǎn)至煮繭處理位,壓蓋壓緊,然后按照程序進(jìn)行煮繭。輔罐的作用是將主罐蠶繭吐出的水,利用主罐、輔罐位置落差及電磁閥開(kāi)啟將水存儲(chǔ)并保持適當(dāng)真空度。設(shè)滲透水箱、調(diào)整水箱和常溫水箱三個(gè)水箱,常溫水箱根據(jù)工藝要求向主罐注水、灑水,向滲透水箱、調(diào)整水箱補(bǔ)水,由管路系統(tǒng)通過(guò)水泵、電磁閥開(kāi)閉執(zhí)行。主罐上設(shè)置上、下觀察視鏡,用于觀察滲透后蠶繭狀況、吐水程度及蠶繭在整個(gè)煮繭過(guò)程中顏色的變化情況。

圖1 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)Fig.1 The equipment of decompressed automatic cocoon-cooking

1.2 技術(shù)特征

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)可以全自動(dòng)完成蠶繭真空滲透、繭腔減壓吐水、蠶繭雙向減壓蒸煮、煮熟平衡、調(diào)整保護(hù)等全套煮繭工藝,操作簡(jiǎn)單,維修方便。減壓煮繭方法是將蠶繭放置到主罐中,蠶繭煮繭過(guò)程靜置,采用雙向進(jìn)汽管設(shè)計(jì),蒸煮時(shí)采用雙向交替進(jìn)汽方式進(jìn)行蒸煮,邊減壓(抽真空)邊進(jìn)蒸汽,強(qiáng)制蒸汽對(duì)流傳導(dǎo),罐內(nèi)蒸汽溫度迅速均勻,如圖2所示。采用“真空+”技術(shù),可完成低溫(50～75 ℃)負(fù)壓繭腔吐水、高溫(90～102 ℃)負(fù)壓蠶繭雙向蒸煮受熱(特殊原料需要達(dá)到正壓),蒸汽能量傳導(dǎo)迅速,能滿(mǎn)足不同繭質(zhì)、不同地域的煮繭生產(chǎn)需要,達(dá)到了少煮蛹體,減少了蛹酸浸出;絲膠膨潤(rùn)、溶失均衡適當(dāng),煮熟內(nèi)層、保護(hù)外層、充分均勻煮熟繭層的目的[5]。在繅絲時(shí)繭絲可以很順利依次離解,減少蠶繭跳動(dòng)機(jī)率。采用程序控制,工藝調(diào)試方便,參數(shù)控制更加直觀精確。

圖2 雙向蒸煮示意Fig.2 The schematic diagram of bidirectional cooking

2 工藝設(shè)置

2.1 煮繭程序

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)采用程序控制,煮繭工藝以溫度、時(shí)間為參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并控制,自動(dòng)運(yùn)行。每個(gè)煮繭程序?qū)?yīng)的工作狀態(tài)不同。在煮繭機(jī)程序研發(fā)過(guò)程中,基于設(shè)備的結(jié)構(gòu)及要解決的生產(chǎn)問(wèn)題,進(jìn)行煮繭工藝研究、程序修改、工廠試驗(yàn)、修正總結(jié),煮繭的程序以發(fā)明時(shí)間為編號(hào)?，F(xiàn)以JYZJ-20190530程序?yàn)槔?介紹和分析減壓自動(dòng)煮繭機(jī)的工藝流程及工藝參數(shù)設(shè)置。該程序具有廣泛的適用性,能很好地提高吐水、蒸煮的均勻程度,提高清潔、潔凈成績(jī),減少萬(wàn)米吊糙、降低繅折。

溫度和時(shí)間工藝參數(shù)根據(jù)原料繭及生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整。溫度設(shè)置包括滲透水箱溫度、調(diào)整水箱溫度、吐水溫度、蒸煮溫度。滲透、調(diào)整保護(hù)等采用時(shí)間設(shè)置。時(shí)間控制精度0.1 s,溫度控制精度0.1 ℃,設(shè)置界面如圖3所示。

圖3 工藝參數(shù)設(shè)置界面Fig.3 The setting interface of parameters

2.2 煮繭流程

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮繭有8個(gè)流程,每個(gè)煮繭流程包含若干個(gè)時(shí)段,JYZJ-20190530程序設(shè)置40個(gè)時(shí)序,即T1～T40,煮繭流程及時(shí)段如表1所示。

表1 煮繭流程及作用Tab.1 The process and effect of cocoon cooking

2.3 工藝參數(shù)設(shè)置

煮繭工藝的設(shè)置及范圍建立在原料繭質(zhì)量調(diào)查基礎(chǔ)上,因此要以工廠的工藝調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù),對(duì)蠶繭質(zhì)量全面了解分析,要參考的工藝指標(biāo)為繭絲長(zhǎng)、解舒率、解舒光折、繭層率、繭絲纖度、萬(wàn)米吊糙、清潔、潔凈及烘繭、冷藏冷凍情況,同時(shí)結(jié)合以往生產(chǎn)莊口工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2.3.1 滲透水箱、調(diào)整水箱水溫

滲透水箱、調(diào)整水箱的溫度應(yīng)根據(jù)原料特性設(shè)置,主要參考解舒率、繭層率,并進(jìn)行優(yōu)選。滲透水箱溫度25～45 ℃;調(diào)整水箱溫度30～55 ℃。

2.3.2 滲 透

滲透使蠶繭充分吸水,滲透后的蠶繭呈水玉色,無(wú)浮繭、無(wú)白斑,繭腔氣泡小于2 mm,時(shí)間設(shè)置范圍如表2所示。

表2 真空滲透時(shí)間設(shè)置范圍Tab.2 The range of time setting for vacuum infiltration

滲透過(guò)程的要點(diǎn)為:1)一次滲透T4、T5、T6設(shè)置為0;2)二次滲透適宜繭層厚、烘炕偏老、解舒率差、絲膠膨潤(rùn)難的蠶繭;3)復(fù)壓時(shí)主罐的真空度從最高值到零的時(shí)間一般為35 s,解舒率好(65%)的原料時(shí)間設(shè)置短,如設(shè)置40 s,解舒率差的原料時(shí)間設(shè)置可以延長(zhǎng),如60～80 s。

2.3.3 排 水

將主罐的水抽回到滲透水箱里,主罐產(chǎn)生一定的真空度,為吐水做好準(zhǔn)備工作,其時(shí)間設(shè)置范圍如表3所示。

表3 主罐排水時(shí)間設(shè)置范圍Tab.3 The range of time setting for main tank drainage

2.3.4 吐 水

在“減壓+蒸汽”作用下,將繭腔的水吐出,通過(guò)上、下視鏡可以觀察到蠶繭吐水程度及繭色變化情況,吐水時(shí)序控制采用時(shí)間及溫度跳轉(zhuǎn)設(shè)計(jì),即在時(shí)間范圍內(nèi)(設(shè)置時(shí)間稍微長(zhǎng)于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間)溫度達(dá)到設(shè)置要求即轉(zhuǎn)入下個(gè)時(shí)序運(yùn)行,如圖4所示。

圖4 吐水時(shí)序顯示及下視鏡觀察鏡Fig.4 The sequential display and the lower view window of cocoon cavity guttation

控制繭腔的水吐出并保持繭層含水,在蒸煮時(shí)蒸汽的熱能才能充分進(jìn)入繭層中內(nèi)層,將絲膠充分膨潤(rùn)膨化。采用負(fù)壓狀態(tài)下主罐上、下進(jìn)蒸汽方法達(dá)到吐水均勻要求,工藝設(shè)置范圍如表4所示。

吐水工藝的要點(diǎn)為:1)蠶繭的解舒率高低影響到吐水快慢程度,解舒率高吐水快,不同莊口吐水溫度差別大,要注意觀察吐水程度及蠶繭顏色變化情況修正設(shè)置溫度;2)在T12運(yùn)行到后期,有明顯的吐水現(xiàn)象發(fā)生,T13結(jié)束前繭腔大吐水;3)在T15運(yùn)行期間,要注意觀察下視鏡,不能有水漫上淹沒(méi)蠶繭,如果產(chǎn)生淹沒(méi)情況須提高T13溫度,適當(dāng)延長(zhǎng)T14時(shí)長(zhǎng)。

表4 吐水工藝參數(shù)設(shè)置Tab.4 The parameter setting of cocoon cavity guttation

2.3.5 蒸 煮

從“減壓+蒸汽”狀態(tài)變?yōu)椤罢羝睜顟B(tài),真空度逐步減少,充分煮熟蠶繭,工藝設(shè)置范圍如表5所示。

表5 蒸煮工藝參數(shù)設(shè)置Tab.5 The parameter setting of cocoon cooking

蒸煮工藝的要點(diǎn)為:1)T13、T15、T17、T19、T20設(shè)置了溫度自動(dòng)跳轉(zhuǎn)功能,達(dá)到設(shè)置溫度值時(shí)程序進(jìn)入下一個(gè)時(shí)段,T20的溫度設(shè)置對(duì)煮熟程度影響大;2)蒸煮升溫快慢可以判斷吐水程度,進(jìn)一步優(yōu)化吐水溫度值;3)鮮繭吐水、蒸煮溫度比干繭減少3～20 ℃(冷藏繭與冷凍繭差別很大)。

2.3.6 真空降溫

通過(guò)真空降溫,可以快速均衡降低主罐蠶繭溫度,同時(shí)使繭腔有一定真空度,防止調(diào)整吸水時(shí)產(chǎn)生癟繭,一般情況下,癟繭率少可以減少真空降溫時(shí)間,反之延長(zhǎng)時(shí)間。真空降溫工藝參數(shù)設(shè)置如表6所示。

表6 真空降溫工藝參數(shù)設(shè)置Tab.6 The parameter setting of vacuum cooling

2.3.7 真空調(diào)整吸水

在真空狀態(tài)下繭腔吸水,繭絲絲膠軟化,繭腔吸水飽滿(mǎn)。采用依次進(jìn)入不同溫度的水,便于溫差的形成,起到凝固絲膠、保護(hù)外層的作用,工藝設(shè)置如表7所示。

表7 真空調(diào)整吸水工藝設(shè)置Tab.7 The parameter setting of adjustment and water absorption in vacuum

真空調(diào)整的要點(diǎn)為:1)T26進(jìn)常溫水箱水,冬、夏季溫度開(kāi)差較大,可以通過(guò)T24、T25、T26時(shí)間組合設(shè)置來(lái)達(dá)到需要的工藝參數(shù)范圍;2)T27、T28的設(shè)置針對(duì)有緒率較高的莊口使用,有利于減少緒絲量;3)繭腔內(nèi)吸入較高溫度的水,有利于絲膠膨潤(rùn);蠶繭外層吸入常溫水有利于絲膠凝固,形成調(diào)整溫差,減少萬(wàn)米吊糙。

2.3.8 保 護(hù)

通過(guò)置換主罐的高溫水對(duì)蠶繭降溫,達(dá)到工藝設(shè)計(jì)的出繭溫度,其工藝設(shè)置如表8所示。

表8 保護(hù)工藝設(shè)置Tab.8 The parameter setting of protection

保護(hù)工藝的要點(diǎn)為:1)T30、T31主要用于出繭溫度調(diào)整;2)根據(jù)出繭溫度要求進(jìn)行時(shí)間組合設(shè)置,一般情況解舒率大于65%的莊口出繭溫度控制在32～35 ℃,解舒率低于55%的莊口出繭溫度控制在35～40 ℃。

2.3.9 出 繭

T34聲控提示,“再啟動(dòng)”按鈕按下出繭,T35主罐壓蓋松開(kāi),T36主罐正轉(zhuǎn)出繭,T37主罐反轉(zhuǎn)歸位。T38、T39根據(jù)需要向低溫水箱、高溫水箱補(bǔ)水,時(shí)間設(shè)置0～Ns。N值為水箱滿(mǎn)水,并有少量溢出。

3 工藝調(diào)試

工藝參數(shù)設(shè)置經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行后,要根據(jù)煮熟繭的外觀質(zhì)量及繅絲生產(chǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)試。減壓自動(dòng)煮繭機(jī)主要調(diào)試溫度和時(shí)間。

3.1 溫度調(diào)試

需要調(diào)整的參數(shù)主要為滲透水箱水溫、調(diào)整水箱水溫、吐水溫度及蒸煮溫度。蠶繭的解舒率及繭層率關(guān)系到蠶繭的通水性和通氣性[6],一般而言,解舒率高通水性好,絲膠容易膨潤(rùn)膨化,表現(xiàn)為蠶繭滲透充分,吐水速度快,蒸煮時(shí)溫度提升快,熱能容易達(dá)到蠶繭中內(nèi)層。一般情況下,在同等解舒率情況下,繭層率增厚要適當(dāng)提高溫度,煮繭過(guò)程中的滲透、煮熟、調(diào)整,既相互作用又相對(duì)獨(dú)立,在煮繭中要把設(shè)置的工藝參數(shù)與煮繭過(guò)程觀察的現(xiàn)象結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析判斷,如在滲透中繭絲絲膠只能膨潤(rùn)而不能膨化,滲透過(guò)程使用水溫高會(huì)提高滲透效果,但會(huì)增加吐水難度,因此可以通過(guò)觀察吐水難易程度對(duì)滲透溫度進(jìn)行適當(dāng)修正調(diào)整。吐水程度不夠,會(huì)使蒸汽熱能集中在蠶繭外層,嚴(yán)重影響中內(nèi)層煮熟均勻程度,影響潔凈成績(jī)(主要表現(xiàn)為環(huán)颣增多),增加萬(wàn)米吊糙。對(duì)解舒率不高、繭層率厚的莊口就要提高吐水溫度,一般情況下可以每次提高1～2 ℃,反之如果吐水過(guò)快,須降低吐水溫度,避免繭層失水發(fā)干影響潔凈成績(jī)(雪糙增多)。蒸煮溫度上升的速度快慢可以反映出吐水程度,蒸煮時(shí)的最高溫度設(shè)置,即T20設(shè)置值對(duì)煮熟繭的解舒率、萬(wàn)吊、清潔、潔凈有非常大的影響。生產(chǎn)實(shí)踐證明,最高蒸煮溫度發(fā)生正負(fù)0.3～0.5 ℃的溫度調(diào)整都會(huì)對(duì)煮繭質(zhì)量產(chǎn)生明顯作用和變化。通過(guò)真空降溫時(shí)序運(yùn)行觀察,可以輔助判斷吐水、蒸煮質(zhì)量高低。一般情況下,如果通過(guò)下視鏡看到有積水,說(shuō)明吐水程度不好,如果繭色變得太白,說(shuō)明繭層失水。減壓自動(dòng)煮繭機(jī)的調(diào)整吸水是在真空狀態(tài)下完成的,因此可以大幅降低吸水溫度,避免癟繭產(chǎn)生。通過(guò)觀察車(chē)頭索理緒情況、繅絲運(yùn)轉(zhuǎn)率、黑板成績(jī)等情況進(jìn)一步優(yōu)選工藝參數(shù)。

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)比測(cè)試分析,總結(jié)出繭層率為47～49%時(shí)溫度工藝設(shè)置范圍(表9),繭層率降低1%,溫度降低1～1.5 ℃,反之亦然。其中吐水和蒸煮分別采用兩個(gè)溫度點(diǎn)控制。

表9 不同解舒率的原料煮繭溫度參數(shù)Tab.9 The cooking temperature of the cocoon with different reel ability

3.2 時(shí)間調(diào)試

大部分時(shí)間工藝參數(shù)在主罐裝繭量確定后基本為定值,一般不需要調(diào)整。主要調(diào)整的是調(diào)整吸水及保護(hù)的時(shí)間,確定好適宜的出繭溫度。重點(diǎn)是T24、T25、T26的組合,如解舒率良好的莊口,可以減少T24、T25時(shí)間,增長(zhǎng)T26時(shí)間;解舒率差的莊口,可以增加T24、T25時(shí)間,減少T26時(shí)間。

3.3 吐水、蒸煮溫度優(yōu)化

煮繭的吐水蒸煮溫度對(duì)煮繭質(zhì)量起到關(guān)鍵作用[7]。吐水程度主要由T12、T13、T15跳轉(zhuǎn)溫度決定。T12、T15對(duì)下層繭子吐水有明顯作用,T13對(duì)主罐上層繭吐水影響較大,通過(guò)三者的優(yōu)選組合才能使上下層的繭子都有適當(dāng)?shù)睦O層含水率;T14的時(shí)間也對(duì)吐水程度有一定影響。吐水程度的控制,直接影響到繭子煮熟的充分性、均勻性,對(duì)凈度成績(jī)有明顯影響。T17的跳轉(zhuǎn)溫度優(yōu)選,對(duì)均勻煮熟有一定影響,煮熟程度主要由T20跳轉(zhuǎn)溫度的優(yōu)選決定。煮熟程度的控制,對(duì)提高解舒、萬(wàn)吊、繅折、清潔、潔凈成績(jī)有明顯影響,重點(diǎn)為T(mén)13、T20溫度優(yōu)選。主要參數(shù)優(yōu)選順序及方法如下:

先優(yōu)選T20跳轉(zhuǎn)溫度,此時(shí)可將其他幾個(gè)參數(shù)暫時(shí)固定:如T11為30 s,T12為25 s,T13為66 ℃,T15為69 ℃,T17為86 ℃,T14為15 s,T16為0 s,T19為0 s,調(diào)整水箱溫度48 ℃,滲透水箱溫度36 ℃。根據(jù)原料情況,初步確定T20跳轉(zhuǎn)溫度值。然后試煮,根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況,判斷煮繭生熟狀況,如果判斷偏生,下一次T20跳轉(zhuǎn)溫度提高0.5 ℃,如果提高跳轉(zhuǎn)溫度后現(xiàn)場(chǎng)效果更好,就繼續(xù)提高T20跳轉(zhuǎn)溫度。優(yōu)選后期每次提高跳轉(zhuǎn)溫度幅度控制在0.2～0.3℃,直到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)變差,再根據(jù)優(yōu)選記錄,選擇一個(gè)最佳的跳轉(zhuǎn)溫度。每調(diào)整一次工藝,時(shí)間間隔在2～3 h,調(diào)整參數(shù)2 h以后開(kāi)始在車(chē)間測(cè)試煮繭效果,主要測(cè)解舒率、萬(wàn)米吊糙、索緒效率,每一個(gè)參數(shù)調(diào)整后測(cè)試2次以上,對(duì)應(yīng)每一次參數(shù)調(diào)整做好詳細(xì)記錄。

T20跳轉(zhuǎn)溫度選定后,再優(yōu)選T13跳轉(zhuǎn)溫度,方法同上。每次調(diào)整幅度1～2 ℃,T15一般比T13高3～5 ℃,優(yōu)選方法同上。T17溫度在82～90 ℃,每次調(diào)整幅度1 ℃。然后優(yōu)選調(diào)整水箱溫度、滲透水箱溫度,水溫調(diào)整幅度每次增減2～3 ℃。

多因素工藝條件對(duì)煮繭質(zhì)量的影響,可以采用正交試驗(yàn)方法進(jìn)行[8-9],然后進(jìn)行200粒繭質(zhì)調(diào)查及清潔、潔凈試樣,根據(jù)試樣結(jié)果優(yōu)選工藝參數(shù)。

2016—2019年部分莊口煮繭溫度工藝優(yōu)選結(jié)果如表10所示。

表10 不同地區(qū)部分莊口煮繭溫度設(shè)置Tab.10 The cooking temperature setting of some cocoon in different regions

3.4 典型特征莊口的工藝調(diào)試

在制絲生產(chǎn)中,原料繭質(zhì)量千變?nèi)f化,針對(duì)不同的原料情況及生產(chǎn)實(shí)踐,總結(jié)了具有典型特征的原料的工藝調(diào)試方法,如表11所示。

表11 典型特征莊口的工藝調(diào)試方法Tab.11 The method of adjustment for the cocoon with representative characters

3.5 煮熟繭的鑒別

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)的絲膠溶失率一般為2%～3%[10],各地區(qū)由于水質(zhì)情況不一樣,因此手感會(huì)有一定的差異。煮熟繭的質(zhì)量需要與自動(dòng)繅車(chē)頭工藝管理相結(jié)合,對(duì)于生絲等級(jí)要求達(dá)到5A級(jí)以上的煮繭方法,煮熟程度可以適當(dāng)偏熟,以利于清潔、潔凈、抱合成績(jī)的提高。繭煮熟后主要表現(xiàn)為色澤呈白灰色,手感滑帶彈性,氣泡直徑小于2.0 mm,絲膠溶失率小于3.5%,蛹體硬度偏硬。

4 結(jié) 語(yǔ)

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)由于采用PLC程序控制,極大地提高了煮繭的精準(zhǔn)程度和穩(wěn)定性,工藝調(diào)試方便、快捷、準(zhǔn)確。特別是蒸煮的最高溫度T20的設(shè)置,多數(shù)原料對(duì)于0.5 ℃的調(diào)整幅度在繅絲生產(chǎn)中都會(huì)有顯著的變化和作用。因此,對(duì)設(shè)備的性能及工藝全面掌握有利于提高煮繭質(zhì)量。

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