車載式籽棉回潮率檢測裝置的研究及應(yīng)用

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州450004〕

隨著國家棉檢體制改革的不斷深化，我國棉花加工行業(yè)現(xiàn)代化、信息化和規(guī)模化水平不斷提高，傳統(tǒng)棉花加工工藝得到進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。籽棉回潮率的快速檢測技術(shù)成為籽棉收購的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。籽棉回潮率對加工工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性、棉花安全儲運(yùn)、加工質(zhì)量起重要作用，而且是棉花貿(mào)易結(jié)算的重要依據(jù)，所以，回潮率的測量以及數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性直接與棉花收購商以及棉農(nóng)的經(jīng)濟(jì)利益有關(guān)。新疆作為我國重要的棉花種植基地，對我國棉花供應(yīng)發(fā)揮重要作用。當(dāng)下，新疆棉花的籽棉回潮率基本依靠人工進(jìn)行測量，這種測量方式不僅采集效率低、勞動強(qiáng)度大，且其數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性受人為因素影響較大，嚴(yán)重制約了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的快速積極發(fā)展，迫切需要開發(fā)一種籽棉回潮率的快速檢測裝置。

一、簡介

通過探索籽棉收購的特點(diǎn)，結(jié)合模擬樣機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電阻法檢測籽棉回潮率的成熟技術(shù)，鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所研制出了車載式籽棉回潮率檢測裝置（圖1）?？捎行岣咦衙藁爻甭蕶z測精度，降低勞動強(qiáng)度。

車載式籽棉回潮率檢測裝置主要由兩部分構(gòu)成，即檢測單元和載體叉車，滿足了籽棉回潮率的無死角檢測。

圖1 車載式籽棉回潮率檢測裝置

二、檢測單元

物料可分為絕干物料和濕物料兩種。絕干物料是指不含水分的物料，濕物料是指含有一定水分的物料。描述濕物料水分含量可用兩種方法：

式中：hg——干基濕含量；

hs——濕基濕含量；

ms——濕料中的水分質(zhì)量，kg；

mw——濕料中的絕干物料質(zhì)量，kg。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)籽棉含濕量使用濕基含濕量描述，通常稱為棉花回潮率或籽棉回潮率。本裝置采用電阻法對籽棉回潮率進(jìn)行快速檢測。電阻式水分儀是利用物體的電導(dǎo)或直流電阻隨其含水量的不同而變化的原理設(shè)計(jì)的，根據(jù)電阻的變化來檢測物體的含水量。電阻Rx與濕基濕含量hs的關(guān)系為：

式中：K1、K2為常數(shù)，hs含水率與電阻 Rx之間呈對數(shù)關(guān)系。

電阻式水分儀具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，我國從20世紀(jì)50年代就開始了電阻式水分儀的研制，檢測精度可達(dá)0.5%。

本裝置采用把回潮率檢測探頭安裝在探測桿中的方法，使其可與籽棉充分壓緊接觸，保證了檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時(shí)對檢測單元的機(jī)械部分采用高標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)了檢測深度和高度的無級調(diào)節(jié)，具有檢測位置可變，對場地適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。其自動化程度高，既有效降低了勞動強(qiáng)度，又滿足了對籽棉運(yùn)輸車進(jìn)行無死角檢測的要求。

探測桿的水平進(jìn)給運(yùn)動，采用普通絲桿傳動、滾珠絲杠傳動、電動推桿、液壓或氣壓傳動等方式。對比分析，液壓或氣壓傳動需要增加泵，且液壓或氣壓也不太適合新疆的環(huán)境條件；電動推桿的傳動距離有限，普通絲杠的傳動效率較低，滾珠絲杠傳動效率較高并且目前使用較為廣泛。另外，導(dǎo)向上目前主要有光桿配合直線軸承、直線導(dǎo)軌副等，相比跨度較大的傳動，直線導(dǎo)軌副較為適宜，剛度高，承載能力強(qiáng)。

圖2 探測桿結(jié)構(gòu)示意圖

為解決探測尖頭與籽棉之間的壓力問題，在探測桿與絲杠螺母之間增加了彈簧，如圖2所示?；瑒影暹B接于絲杠螺母，在絲杠螺母的帶動下可以沿導(dǎo)軌前后移動；直線軸承連接于滑動板，探測桿安裝于直線軸承中，其中探測桿上焊接有彈簧擋塊，在彈簧擋塊與直線軸承之間安裝壓縮彈簧，對應(yīng)端在探測桿上裝有鎖緊螺母以及減震墊。這樣進(jìn)給過程中，在籽棉的阻擋下，彈簧壓縮，進(jìn)給停止，探測桿在彈簧的作用下與籽棉貼緊，在籽棉阻力的作用下，探測桿尖頭與籽棉之間保持了一定的壓力。

為提高檢測精度，本裝置采用雙探測桿檢測，如圖3所示。兩個(gè)探測桿通過彈簧柔性連接于滑動板，滑動板連接于絲杠螺母。采用步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與絲杠連接的直接傳動方式。傳動部件以及探測桿安裝在箱體上，箱體內(nèi)部安裝控制元件及蓄電池組。檢測電路板安裝在滑動板上。

圖3 檢測單元俯視圖

三、籽棉回潮率檢測裝置控制方式以及流程

籽棉回潮率檢測裝置的控制流程如圖4所示。

控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面，各功能及其相互關(guān)系如下。

1.籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)。

根據(jù)操作面板的指令協(xié)調(diào)控制執(zhí)行部分的前進(jìn)，探測桿運(yùn)動進(jìn)給完成后，進(jìn)行回潮率的檢測，發(fā)送測量結(jié)果到顯示部分，并控制執(zhí)行部分返回原位置。

2.執(zhí)行部分。

包含步進(jìn)電機(jī)及其配套驅(qū)動器，接受籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)的控制，之間通過有線連接方式實(shí)現(xiàn)通信。

3.操作面板。

置于駕駛室，便于駕駛員操作，停車到位后，按下“測量”按鈕，通過無線通信方式發(fā)送“開始測量”指令給籽棉測水控制系統(tǒng)。

圖4 控制流程圖

4.顯示部分。

置于駕駛室，通過無線通信方式接收籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)發(fā)送的測量結(jié)果和測量狀態(tài)，顯示并語音播報(bào)測量結(jié)果。

籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)和顯示部分配備單片機(jī)，操作員通過操作面板發(fā)送“開始測量”指令通過顯示部分和籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)通信。籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)和探測桿固定在一起，和探測桿一起往復(fù)運(yùn)動。籽棉回潮率檢測控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分之間通過有線連接，并配備拖鏈。

此外，為方便設(shè)備電氣部分安裝、調(diào)試及運(yùn)行，兼顧安全用電，我們將該成套設(shè)備的配電柜安裝在了叉車駕駛室座椅右后側(cè)立柱上，探測桿的伸縮運(yùn)動控制采用觸摸屏與PLC相配合的控制模式。探測桿的伸縮運(yùn)動均設(shè)置有安全檢測接近開關(guān)，確保伸縮運(yùn)動安全可靠。

該裝置以叉車為運(yùn)載平臺，搭載自動化檢測單元、控制系統(tǒng)、電池組等部件，檢測位置不受限，檢測高度、深度可調(diào)。檢測單元采用滾珠絲杠以及伺服驅(qū)動裝置等精密傳動裝置，從而實(shí)現(xiàn)棉花收購過程中棉模的無死角檢測，同時(shí)采用插入式電阻法檢測原理確保籽棉回潮率檢測的精準(zhǔn)可靠。

四、結(jié)論

車載式籽棉回潮率檢測裝置是結(jié)合我國棉花加工行業(yè)籽棉收購的特點(diǎn)，研制的適用于籽棉收購的回潮率快速檢測裝置。該裝置解決了手持插針式棉花回潮率檢測方式存在的勞動強(qiáng)度大、檢測位置單一，檢測準(zhǔn)確性受人為因素影響大以及檢測的速度慢等問題，適合大范圍推廣使用。