關(guān)于礱谷機的自動化研究

曹海軍，張 遠，陳偉超，孫玉田，李廣偉

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

2017-09-11

糧食公益性行業(yè)專項(項目編號:201513003-02)

曹海軍，男，1981年出生，助理工程師，研究方向為稻谷加工裝備自動化及智能化。

關(guān)于礱谷機的自動化研究

曹海軍，張 遠，陳偉超，孫玉田，李廣偉

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

礱谷機是稻谷加工機械化生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，隨著時代不斷發(fā)展，礱谷機的性能也提到提升?；诖?，本文從現(xiàn)有礱谷機的工作原理、不足等基本內(nèi)容出發(fā)，試分析礱谷機自動化控制的改進方案，旨在通過分析為后續(xù)工作提供必要的理論支持。

膠輥礱谷機；智能控制系統(tǒng)；互感調(diào)速穩(wěn)壓裝置

稻谷是人類社會主要口糧，特別是東亞地區(qū)的重要口糧之一。礱谷機是稻谷加工生產(chǎn)的重要設(shè)備，在自動化技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，礱谷機的自動化成為農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢，現(xiàn)有的礱谷機存在一定的不足，尤其是自動化控制方面，其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了一定的不利影響，分析現(xiàn)有礱谷機控制系統(tǒng)的不足并針對性的提出改進辦法，有利于相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化。

1 礱谷機的工作原理

在分析礱谷機自動化改進之前，本節(jié)首先簡述其工作原理。以目前瑞士布勒公司的礱谷機為例，其采用的方式是擠壓脫殼法，由于工作中也帶有搓撕工藝，因此該方法也被成為擠壓搓撕脫殼法。工作時，將稻谷放置于設(shè)備中，設(shè)定脫殼構(gòu)件的間隙小于稻谷厚度，隨著構(gòu)件開始工作，稻谷受到擠壓，谷殼粗糙的表面使谷物相互之間產(chǎn)生摩擦力，最終達到脫殼的目的。較之傳統(tǒng)快輥脫殼，擠壓搓撕脫殼法應(yīng)用了搓撕原理，脫殼效率更高[1]。

具體來說，在應(yīng)用礱谷機進行工作時，要先控制保證其安放平穩(wěn)，并檢查設(shè)備部件是否正常，包括傳送膠帶的松緊度、連接有效性等，尤其應(yīng)注意拉動皮帶的靈活性，應(yīng)使其處于易于控制的水平。檢查完成后，啟動設(shè)備空轉(zhuǎn)3 min。在此過程中，需查看礱谷機進出口狀況，確保其潔凈無雜物。正式進行礱谷作業(yè)時，還需注意其工作情況，如果糙米中含有過多糠皮，可以開大風(fēng)門，反之則關(guān)小風(fēng)門，確保谷物和糠皮的高效分離。此外，還應(yīng)根據(jù)脫殼需要調(diào)整設(shè)備的轉(zhuǎn)動效率，確保放入的谷物和設(shè)備的工作能力相當(dāng)[2]。

在整個工作流程中，包括流量調(diào)節(jié)、異物檢查等環(huán)節(jié)可以應(yīng)用自動化控制。比如設(shè)備當(dāng)前轉(zhuǎn)動效率為額定最大效率的70%，投入的谷物數(shù)量過多，需要達到額定效率的80%才可以完成脫殼，設(shè)備會自動增加效率并發(fā)出警報提醒人員，反之，如果效率過大而谷物較少，設(shè)備也會自動降低轉(zhuǎn)動效率。該方式可以使工作的效率得到提升，并使能源得到合理利用。

2 膠輥礱谷機自動化控制的現(xiàn)存問題

2.1礱谷機在稻谷加工中的應(yīng)用問題

在稻谷加工的過程中，膠輥礱谷機是重要的機械設(shè)備之一，需要將兩個輥筒安置在高度差較小的平面或者同一水平中，其中一個輥能夠移動而另一棍則是固定狀態(tài)，從而保障兩輥之間的距離能夠得到及時的調(diào)節(jié)。在運行狀態(tài)的情況下，可以利用差動對于輥的影響，將兩個輥筒通過不同的速度、方向完成轉(zhuǎn)動，在這樣的運行狀態(tài)中，稻谷受到兩輥不同速度、方向的搓撕作用，從而實現(xiàn)稻谷脫殼的目標(biāo)。由于膠輥在運行過程中會發(fā)生磨損，輥徑的大小會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，并且快輥的磨損要快于慢輥修改。目前，我國的礱谷機內(nèi)大多已經(jīng)安裝了齒輪變速箱，因此可以根據(jù)實際情況進行調(diào)速、變檔，以此降低運行限速差，但是會導(dǎo)致礱谷機的在運行過程中發(fā)生較大的波動。如果運行速度較慢，那么實際的產(chǎn)量就會降低，同時會產(chǎn)生大量的碎米。

2.2礱谷機的壓力調(diào)節(jié)問題

膠輥礱谷機是通過氣壓完成調(diào)節(jié)的，由氣缸的實際壓力實現(xiàn)合輥、分輥。使用調(diào)壓閥調(diào)節(jié)礱谷機的運行壓力，會由于重復(fù)供氣、氣壓不穩(wěn)等問題導(dǎo)致壓力值出現(xiàn)偏差，因此需喲工人定期檢查實際的壓力值，如果發(fā)現(xiàn)存在誤差，則會及時進行調(diào)整。完成壓力調(diào)節(jié)以后，如果壓力加大就會導(dǎo)致大量的碎米，如果壓力較小怎會降低稻谷的脫殼率。

當(dāng)前市場中的礱谷機，通常是使用使用手動調(diào)整的方式來調(diào)節(jié)兩輥之間的壓力。工作人員通過觀察膠輥的實際磨損，確定壓力的大小，但需要關(guān)注脫殼的實際效率。通常情況下，手動調(diào)節(jié)的方式需要專門的工作人員進行監(jiān)控，同時操作繁瑣，無法保障運行的穩(wěn)定性。另外，改變工藝流程時，還需要及時改變相關(guān)部件的運行參數(shù)，以保障礱谷機能夠后適應(yīng)具體的脫殼需求。

2.3礱谷機的常見故障問題

礱谷機的常見故障包括多個方面，為便于進行分析，本節(jié)將其故障類型按來源的不同分為兩個，一是原料方面的故障，二是設(shè)備技術(shù)參數(shù)方面的故障。

原料方面，如果進行脫殼的是粳稻，由于其胚乳強度大、殼薄而松，且外表呈現(xiàn)短、圓的特征，在進行脫殼時較為方便，而如果進行脫殼的秈稻，其胚乳強度較之粳稻小許多，且殼后、緊，外形細長，容易發(fā)生爆腰，即稻米可能從中間斷開。此外，如果稻谷的水分高也容易導(dǎo)致較多的爆腰率，造成產(chǎn)量較少。設(shè)備參數(shù)方面，以線速為例，在一般情況下，較高的線速可以減少輥間谷物的數(shù)量，從而增加谷物與輥接觸的機會，脫殼更為方便，但線速參數(shù)的控制需要十分精密，如果參數(shù)過大、過小，均會影響效率。此外，線速差和風(fēng)量等參數(shù)的設(shè)定也可能帶來故障，均需要在工作中加以注意。

3 膠輥礱谷機的自動化控制改進方案

3.1智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

從上述分析可以看出，目前礱谷機的自動化調(diào)節(jié)能力還較低，有必要對其進行改進，通過應(yīng)用智能控制系統(tǒng)、互感調(diào)速穩(wěn)壓系統(tǒng)等，提升礱谷機的自動化控制效果，避免出現(xiàn)設(shè)備故障，影響原料品質(zhì)。膠輥礱谷機智能控制系統(tǒng)主要由信號自動化采集系統(tǒng)、信號采集處理系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、輥中心距位移傳感裝置、電壓、電流互感器、驅(qū)動電機變頻器、振動喂料器等部分組成。其中，人機交互模塊可實現(xiàn)觸摸屏控制，并與信號采集系統(tǒng)直接連接，可以在自動控制與手動控制之間進行切換，方便對礱谷機的運行參數(shù)進行設(shè)置。料位傳感器與振動喂料器都設(shè)置在料斗上，可以自動捕捉料位參數(shù)，并對其進行控制，可以實現(xiàn)勻速、可靠的自動喂料。驅(qū)動電機變頻器則與膠輥驅(qū)動電機直接相連，對其進行變頻控制。其他電壓、電流互感器則安裝在電氣控制柜中，能夠解決原有控制系統(tǒng)的膠輥磨損問題。該智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對礱谷機自動運行過程的有效調(diào)控，確保礱谷機處于平穩(wěn)運行狀態(tài)，降低運行故障的發(fā)生幾率。

3.2互感調(diào)速穩(wěn)壓裝置的應(yīng)用

為克服膠輥礱谷機因膠輥磨損引發(fā)的線速變化問題，應(yīng)采用膠輥礱谷機的互感調(diào)速裝置對其進行調(diào)節(jié)。該裝置不僅能夠解決膠輥礱谷機的線速差問題，而且具有結(jié)構(gòu)簡單和操作方便等特點，同時能夠使膠輥礱谷機通過磨損檢測，提高膠輥轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。膠輥礱谷機的互感調(diào)速穩(wěn)壓控制系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、控制界面、壓力檢測裝置、膠輥磨損情況檢測裝置、壓力調(diào)節(jié)裝置以及傳動裝置等部分組成。其中PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對膠輥損耗量的自動檢測，其具體流程是通過PLC系統(tǒng)控制變頻器的頻率，進而對電機輸出轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，可以有效解決對礱谷機加工過程中的不確定因素進行調(diào)控，使其保持在最佳運行狀態(tài)下。PLC系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效降低人工勞動量，并實現(xiàn)對膠輥礱谷機的精準(zhǔn)控制，動態(tài)調(diào)整膠輥間隙和壓力，使其轉(zhuǎn)速、線速差等參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)。壓力調(diào)節(jié)裝置包括兩膠輥之間的壓力傳感器，磨損量檢測裝置安裝在兩膠輥軸上，通過對軸間距變化量的采集，掌握膠輥磨損情況。再經(jīng)過PLC控制器啟動變速箱電磁閥，實現(xiàn)變檔。

3.3自動化改進優(yōu)化方案

膠輥礱谷機的自動化控制改進方案在技術(shù)方面具有以下優(yōu)點：

(1)膠輥礱谷機的線速和與線速差、輥間壓力更加能夠保持穩(wěn)定；脫殼率得到有效提升；碎米、膠耗以及爆腰的數(shù)量明顯降低；

(2)膠輥礱谷機的自動化控制改進方案中，兩個膠輥各自由一個變頻電機來提供動力，該變頻電機直接連接在膠輥主軸上，從而去除中間的變速和傳動裝置，簡化整體結(jié)構(gòu)，減輕了機器整體重量，提升了機器使用的便捷性；并在很大程度上降低膠輥礱谷機的噪音與震動，提升其使用性能。與此同時，由于自動化改進方案中做出的此種動力提供變動，有效提升了機器的傳動效率；簡化后的結(jié)構(gòu)，使機器整體的結(jié)構(gòu)的故障率顯著降低，延長了使用壽命，綜合降低了機器制造與使用成本。

(3)通過方案改進，加入了變頻器裝置，能夠控制變頻電機進行無極調(diào)速，實現(xiàn)對慢輥轉(zhuǎn)速的精確控制。與改進之前方案中的齒輪變速器控制方式相比，更加的清潔環(huán)保，能耗也更低。

4 結(jié)束語

通過對礱谷機自動化相關(guān)內(nèi)容的分析研究，了解了相關(guān)的基本內(nèi)容。目前來看，礱谷機自動化存在一定的問題，包括其在農(nóng)業(yè)加工中的應(yīng)用問題、壓力調(diào)節(jié)問題以及常見故障調(diào)節(jié)等等。應(yīng)用智能控制系統(tǒng)、互感調(diào)速穩(wěn)壓裝置并優(yōu)化自動化改進方案可以有效解決上述問題，使礱谷機的自動化技術(shù)得到改進。后續(xù)工作中，應(yīng)用上述理論也有利于相關(guān)技術(shù)的進步和推廣。

[1] 程相法. 輥筒礱谷機負(fù)載特性的研究[D].鄭州：河南工業(yè)大學(xué),2011.

[2] 張士雄,阮競蘭,武照云,石定秒. 基于雙電機驅(qū)動全自動氣壓膠輥礱谷機的研制與控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 糧食與飼料工業(yè),2015(11):5-7.

Researchontheautomationofhullingmachine

Cao Haijun, Zhang Yuan, Chen Weichao, Sun Yutian, Li Guangwei

Wuxi COFCO Engineering & Technology Co.， Ltd. (Wuxi 214035)

Hulling machine is a main equipment of agricultural mechanization production. Along with the development of the time, the performance of rice huller was also mentioned. Based on this, the improvement scheme of hulling machine automation control was analyzed from the working principle of the existing huller, lack of basic content, aiming to support the necessary theory for the following work.

rubber roller hulling machine; intelligent control system; transformer speed stabilizing device

TS210.3

B

1672-5026(2017)05-083-03