关于砻谷机的自动化研究

曹海军，张 远，陈伟超，孙玉田，李广伟

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

2017-09-11

粮食公益性行业专项(项目编号:201513003-02)

曹海军，男，1981年出生，助理工程师，研究方向为稻谷加工装备自动化及智能化。

关于砻谷机的自动化研究

曹海军，张 远，陈伟超，孙玉田，李广伟

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

砻谷机是稻谷加工机械化生产的主要设备之一，随着时代不断发展，砻谷机的性能也提到提升。基于此，本文从现有砻谷机的工作原理、不足等基本内容出发，试分析砻谷机自动化控制的改进方案，旨在通过分析为后续工作提供必要的理论支持。

胶辊砻谷机；智能控制系统；互感调速稳压装置

稻谷是人类社会主要口粮，特别是东亚地区的重要口粮之一。砻谷机是稻谷加工生产的重要设备，在自动化技术不断发展的情况下，砻谷机的自动化成为农业技术发展的一个重要趋势，现有的砻谷机存在一定的不足，尤其是自动化控制方面，其对农业生产造成了一定的不利影响，分析现有砻谷机控制系统的不足并针对性的提出改进办法，有利于相关技术的优化。

1 砻谷机的工作原理

在分析砻谷机自动化改进之前，本节首先简述其工作原理。以目前瑞士布勒公司的砻谷机为例，其采用的方式是挤压脱壳法，由于工作中也带有搓撕工艺，因此该方法也被成为挤压搓撕脱壳法。工作时，将稻谷放置于设备中，设定脱壳构件的间隙小于稻谷厚度，随着构件开始工作，稻谷受到挤压，谷壳粗糙的表面使谷物相互之间产生摩擦力，最终达到脱壳的目的。较之传统快辊脱壳，挤压搓撕脱壳法应用了搓撕原理，脱壳效率更高[1]。

具体来说，在应用砻谷机进行工作时，要先控制保证其安放平稳，并检查设备部件是否正常，包括传送胶带的松紧度、连接有效性等，尤其应注意拉动皮带的灵活性，应使其处于易于控制的水平。检查完成后，启动设备空转3 min。在此过程中，需查看砻谷机进出口状况，确保其洁净无杂物。正式进行砻谷作业时，还需注意其工作情况，如果糙米中含有过多糠皮，可以开大风门，反之则关小风门，确保谷物和糠皮的高效分离。此外，还应根据脱壳需要调整设备的转动效率，确保放入的谷物和设备的工作能力相当[2]。

在整个工作流程中，包括流量调节、异物检查等环节可以应用自动化控制。比如设备当前转动效率为额定最大效率的70%，投入的谷物数量过多，需要达到额定效率的80%才可以完成脱壳，设备会自动增加效率并发出警报提醒人员，反之，如果效率过大而谷物较少，设备也会自动降低转动效率。该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 胶辊砻谷机自动化控制的现存问题

2.1砻谷机在稻谷加工中的应用问题

在稻谷加工的过程中，胶辊砻谷机是重要的机械设备之一，需要将两个辊筒安置在高度差较小的平面或者同一水平中，其中一个辊能够移动而另一棍则是固定状态，从而保障两辊之间的距离能够得到及时的调节。在运行状态的情况下，可以利用差动对于辊的影响，将两个辊筒通过不同的速度、方向完成转动，在这样的运行状态中，稻谷受到两辊不同速度、方向的搓撕作用，从而实现稻谷脱壳的目标。由于胶辊在运行过程中会发生磨损，辊径的大小会随之发生相应的变化，并且快辊的磨损要快于慢辊修改。目前，我国的砻谷机内大多已经安装了齿轮变速箱，因此可以根据实际情况进行调速、变档，以此降低运行限速差，但是会导致砻谷机的在运行过程中发生较大的波动。如果运行速度较慢，那么实际的产量就会降低，同时会产生大量的碎米。

2.2砻谷机的压力调节问题

胶辊砻谷机是通过气压完成调节的，由气缸的实际压力实现合辊、分辊。使用调压阀调节砻谷机的运行压力，会由于重复供气、气压不稳等问题导致压力值出现偏差，因此需哟工人定期检查实际的压力值，如果发现存在误差，则会及时进行调整。完成压力调节以后，如果压力加大就会导致大量的碎米，如果压力较小怎会降低稻谷的脱壳率。

当前市场中的砻谷机，通常是使用使用手动调整的方式来调节两辊之间的压力。工作人员通过观察胶辊的实际磨损，确定压力的大小，但需要关注脱壳的实际效率。通常情况下，手动调节的方式需要专门的工作人员进行监控，同时操作繁琐，无法保障运行的稳定性。另外，改变工艺流程时，还需要及时改变相关部件的运行参数，以保障砻谷机能够后适应具体的脱壳需求。

2.3砻谷机的常见故障问题

砻谷机的常见故障包括多个方面，为便于进行分析，本节将其故障类型按来源的不同分为两个，一是原料方面的故障，二是设备技术参数方面的故障。

原料方面，如果进行脱壳的是粳稻，由于其胚乳强度大、壳薄而松，且外表呈现短、圆的特征，在进行脱壳时较为方便，而如果进行脱壳的籼稻，其胚乳强度较之粳稻小许多，且壳后、紧，外形细长，容易发生爆腰，即稻米可能从中间断开。此外，如果稻谷的水分高也容易导致较多的爆腰率，造成产量较少。设备参数方面，以线速为例，在一般情况下，较高的线速可以减少辊间谷物的数量，从而增加谷物与辊接触的机会，脱壳更为方便，但线速参数的控制需要十分精密，如果参数过大、过小，均会影响效率。此外，线速差和风量等参数的设定也可能带来故障，均需要在工作中加以注意。

3 胶辊砻谷机的自动化控制改进方案

3.1智能控制系统的应用

从上述分析可以看出，目前砻谷机的自动化调节能力还较低，有必要对其进行改进，通过应用智能控制系统、互感调速稳压系统等，提升砻谷机的自动化控制效果，避免出现设备故障，影响原料品质。胶辊砻谷机智能控制系统主要由信号自动化采集系统、信号采集处理系统、人机交互系统、辊中心距位移传感装置、电压、电流互感器、驱动电机变频器、振动喂料器等部分组成。其中，人机交互模块可实现触摸屏控制，并与信号采集系统直接连接，可以在自动控制与手动控制之间进行切换，方便对砻谷机的运行参数进行设置。料位传感器与振动喂料器都设置在料斗上，可以自动捕捉料位参数，并对其进行控制，可以实现匀速、可靠的自动喂料。驱动电机变频器则与胶辊驱动电机直接相连，对其进行变频控制。其他电压、电流互感器则安装在电气控制柜中，能够解决原有控制系统的胶辊磨损问题。该智能控制系统的应用能够实现对砻谷机自动运行过程的有效调控，确保砻谷机处于平稳运行状态，降低运行故障的发生几率。

3.2互感调速稳压装置的应用

为克服胶辊砻谷机因胶辊磨损引发的线速变化问题，应采用胶辊砻谷机的互感调速装置对其进行调节。该装置不仅能够解决胶辊砻谷机的线速差问题，而且具有结构简单和操作方便等特点，同时能够使胶辊砻谷机通过磨损检测，提高胶辊转速的稳定性。胶辊砻谷机的互感调速稳压控制系统主要由PLC控制系统、控制界面、压力检测装置、胶辊磨损情况检测装置、压力调节装置以及传动装置等部分组成。其中PLC控制系统可以实现对胶辊损耗量的自动检测，其具体流程是通过PLC系统控制变频器的频率，进而对电机输出转速进行调整，可以有效解决对砻谷机加工过程中的不确定因素进行调控，使其保持在最佳运行状态下。PLC系统的应用可以有效降低人工劳动量，并实现对胶辊砻谷机的精准控制，动态调整胶辊间隙和压力，使其转速、线速差等参数控制在合理范围内。压力调节装置包括两胶辊之间的压力传感器，磨损量检测装置安装在两胶辊轴上，通过对轴间距变化量的采集，掌握胶辊磨损情况。再经过PLC控制器启动变速箱电磁阀，实现变档。

3.3自动化改进优化方案

胶辊砻谷机的自动化控制改进方案在技术方面具有以下优点：

(1)胶辊砻谷机的线速和与线速差、辊间压力更加能够保持稳定；脱壳率得到有效提升；碎米、胶耗以及爆腰的数量明显降低；

(2)胶辊砻谷机的自动化控制改进方案中，两个胶辊各自由一个变频电机来提供动力，该变频电机直接连接在胶辊主轴上，从而去除中间的变速和传动装置，简化整体结构，减轻了机器整体重量，提升了机器使用的便捷性；并在很大程度上降低胶辊砻谷机的噪音与震动，提升其使用性能。与此同时，由于自动化改进方案中做出的此种动力提供变动，有效提升了机器的传动效率；简化后的结构，使机器整体的结构的故障率显著降低，延长了使用寿命，综合降低了机器制造与使用成本。

(3)通过方案改进，加入了变频器装置，能够控制变频电机进行无极调速，实现对慢辊转速的精确控制。与改进之前方案中的齿轮变速器控制方式相比，更加的清洁环保，能耗也更低。

4 结束语

通过对砻谷机自动化相关内容的分析研究，了解了相关的基本内容。目前来看，砻谷机自动化存在一定的问题，包括其在农业加工中的应用问题、压力调节问题以及常见故障调节等等。应用智能控制系统、互感调速稳压装置并优化自动化改进方案可以有效解决上述问题，使砻谷机的自动化技术得到改进。后续工作中，应用上述理论也有利于相关技术的进步和推广。

[1] 程相法. 辊筒砻谷机负载特性的研究[D].郑州：河南工业大学,2011.

[2] 张士雄,阮竞兰,武照云,石定秒. 基于双电机驱动全自动气压胶辊砻谷机的研制与控制系统设计[J]. 粮食与饲料工业,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