车载式籽棉回潮率检测装置的研究及应用

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕

随着国家棉检体制改革的不断深化，我国棉花加工行业现代化、信息化和规模化水平不断提高，传统棉花加工工艺得到进一步的优化和完善。籽棉回潮率的快速检测技术成为籽棉收购的关键环节。籽棉回潮率对加工工艺系统稳定性、棉花安全储运、加工质量起重要作用，而且是棉花贸易结算的重要依据，所以，回潮率的测量以及数据的真实可靠性直接与棉花收购商以及棉农的经济利益有关。新疆作为我国重要的棉花种植基地，对我国棉花供应发挥重要作用。当下，新疆棉花的籽棉回潮率基本依靠人工进行测量，这种测量方式不仅采集效率低、劳动强度大，且其数据的真实性、可靠性受人为因素影响较大，严重制约了新疆棉花产业的快速积极发展，迫切需要开发一种籽棉回潮率的快速检测装置。

一、简介

通过探索籽棉收购的特点，结合模拟样机的结构特点和电阻法检测籽棉回潮率的成熟技术，郑州棉麻工程技术设计研究所研制出了车载式籽棉回潮率检测装置（图1）。可有效提高籽棉回潮率检测精度，降低劳动强度。

车载式籽棉回潮率检测装置主要由两部分构成，即检测单元和载体叉车，满足了籽棉回潮率的无死角检测。

图1 车载式籽棉回潮率检测装置

二、检测单元

物料可分为绝干物料和湿物料两种。绝干物料是指不含水分的物料，湿物料是指含有一定水分的物料。描述湿物料水分含量可用两种方法：

式中：hg——干基湿含量；

hs——湿基湿含量；

ms——湿料中的水分质量，kg；

mw——湿料中的绝干物料质量，kg。

按照国家标准籽棉含湿量使用湿基含湿量描述，通常称为棉花回潮率或籽棉回潮率。本装置采用电阻法对籽棉回潮率进行快速检测。电阻式水分仪是利用物体的电导或直流电阻随其含水量的不同而变化的原理设计的，根据电阻的变化来检测物体的含水量。电阻Rx与湿基湿含量hs的关系为：

式中：K1、K2为常数，hs含水率与电阻 Rx之间呈对数关系。

电阻式水分仪具有结构简单，成本低，响应速度快等优点，我国从20世纪50年代就开始了电阻式水分仪的研制，检测精度可达0.5%。

本装置采用把回潮率检测探头安装在探测杆中的方法，使其可与籽棉充分压紧接触，保证了检测的稳定性和准确性。同时对检测单元的机械部分采用高标准要求，实现了检测深度和高度的无级调节，具有检测位置可变，对场地适应性强的特点。其自动化程度高，既有效降低了劳动强度，又满足了对籽棉运输车进行无死角检测的要求。

探测杆的水平进给运动，采用普通丝杆传动、滚珠丝杠传动、电动推杆、液压或气压传动等方式。对比分析，液压或气压传动需要增加泵，且液压或气压也不太适合新疆的环境条件；电动推杆的传动距离有限，普通丝杠的传动效率较低，滚珠丝杠传动效率较高并且目前使用较为广泛。另外，导向上目前主要有光杆配合直线轴承、直线导轨副等，相比跨度较大的传动，直线导轨副较为适宜，刚度高，承载能力强。

图2 探测杆结构示意图

为解决探测尖头与籽棉之间的压力问题，在探测杆与丝杠螺母之间增加了弹簧，如图2所示。滑动板连接于丝杠螺母，在丝杠螺母的带动下可以沿导轨前后移动；直线轴承连接于滑动板，探测杆安装于直线轴承中，其中探测杆上焊接有弹簧挡块，在弹簧挡块与直线轴承之间安装压缩弹簧，对应端在探测杆上装有锁紧螺母以及减震垫。这样进给过程中，在籽棉的阻挡下，弹簧压缩，进给停止，探测杆在弹簧的作用下与籽棉贴紧，在籽棉阻力的作用下，探测杆尖头与籽棉之间保持了一定的压力。

为提高检测精度，本装置采用双探测杆检测，如图3所示。两个探测杆通过弹簧柔性连接于滑动板，滑动板连接于丝杠螺母。采用步进电机通过联轴器与丝杠连接的直接传动方式。传动部件以及探测杆安装在箱体上，箱体内部安装控制元件及蓄电池组。检测电路板安装在滑动板上。

图3 检测单元俯视图

三、籽棉回潮率检测装置控制方式以及流程

籽棉回潮率检测装置的控制流程如图4所示。

控制系统主要包括以下几个方面，各功能及其相互关系如下。

1.籽棉回潮率检测控制系统。

根据操作面板的指令协调控制执行部分的前进，探测杆运动进给完成后，进行回潮率的检测，发送测量结果到显示部分，并控制执行部分返回原位置。

2.执行部分。

包含步进电机及其配套驱动器，接受籽棉回潮率检测控制系统的控制，之间通过有线连接方式实现通信。

3.操作面板。

置于驾驶室，便于驾驶员操作，停车到位后，按下“测量”按钮，通过无线通信方式发送“开始测量”指令给籽棉测水控制系统。

图4 控制流程图

4.显示部分。

置于驾驶室，通过无线通信方式接收籽棉回潮率检测控制系统发送的测量结果和测量状态，显示并语音播报测量结果。

籽棉回潮率检测控制系统和显示部分配备单片机，操作员通过操作面板发送“开始测量”指令通过显示部分和籽棉回潮率检测控制系统通信。籽棉回潮率检测控制系统和探测杆固定在一起，和探测杆一起往复运动。籽棉回潮率检测控制系统和执行部分之间通过有线连接，并配备拖链。

此外，为方便设备电气部分安装、调试及运行，兼顾安全用电，我们将该成套设备的配电柜安装在了叉车驾驶室座椅右后侧立柱上，探测杆的伸缩运动控制采用触摸屏与PLC相配合的控制模式。探测杆的伸缩运动均设置有安全检测接近开关，确保伸缩运动安全可靠。

该装置以叉车为运载平台，搭载自动化检测单元、控制系统、电池组等部件，检测位置不受限，检测高度、深度可调。检测单元采用滚珠丝杠以及伺服驱动装置等精密传动装置，从而实现棉花收购过程中棉模的无死角检测，同时采用插入式电阻法检测原理确保籽棉回潮率检测的精准可靠。

四、结论

车载式籽棉回潮率检测装置是结合我国棉花加工行业籽棉收购的特点，研制的适用于籽棉收购的回潮率快速检测装置。该装置解决了手持插针式棉花回潮率检测方式存在的劳动强度大、检测位置单一，检测准确性受人为因素影响大以及检测的速度慢等问题，适合大范围推广使用。