小麦磨粉机研磨系统优化控制技术研究

黄河 侯存宇 韩佳伶 陈小刚 中粮工程装备（张家口）有限公司

磨粉机是把小麦磨成面粉的机器。也可以用来研磨大麦、大豆、玉米和饲料。根据磨粉机的结构，可分为辊式、锥式和盘式。其功能是通过挤压和研磨将小麦、玉米和其他物料碾成粉状，并用细筛过滤将面粉与麸皮分离。

一、磨粉机结构特点

（一）结构

磨粉机主要由磨粉、筛粉、传动和机架组成。（1）磨粉。磨粉部分是的主要工作区域，由进给料斗、流量调节器、慢磨辊、磨辊间隙调节机构组成。通常有两种类型的辊：一种是研磨。磨辊表面上具有各种几何参数的槽称为齿辊：另一个称为圆柱表面。如今，在农村地区，不论是辊式还是全套的面粉加工设备，都使用齿辊。一对辊的表面线速度不同于齿槽的形状。这将提供不同的粉碎过程，并使可以将它们应用于具有不同性能和要求的物料。可以手动和自动控制进料和磨辊离合。大多数传统的自动液压。（2）筛粉部分。有两种类型平筛和圆筛。平筛由几个不同的筛孔组成，通过振动筛理实现传动。圆筛筛理是回转式。（3）传动部分由电机驱动轮、电机驱动轮、圆筛带轮、快速辊驱动轮、慢辊和快速辊齿轮组成。

（二）工作过程

磨粉机运行时，对原料颗粒进行清洗湿润（含水率控制在13%-14%或用湿毛巾擦拭原料颗粒）。粗颗粒由人工送入给料斗，然后由低速滚筒压碎。在慢辊和快辊之间，磨料通过料斗进入圆筛，筛上物料从麸口流出，筛下物料从出粉口流出。手动麸渣送入进料斗继续研磨，一般小麦可以磨碎五次。

（三）特点

磨粉机复杂结构，与其它磨粉机相比，具有研磨时间短、加工质量好、运行消耗低、加工精度高等优点。自动化广泛用于面粉等粮食加工。

二、磨粉机优化控制理论依据

目前，制粉行业普遍认为可以通过自动调整喂料辊的速度来提高研磨效果。这是因为磨辊在固定的定轧距离内工作，自动调整喂料辊的速度以保持流层厚度不变，因此碾磨效果始终最佳。这种观点似乎是合理的。事实上忽略了两个重要因素：①磨料辊直径大于进料辊直径，因此进料辊的线速度远远高于进料辊；②磨辊的转速在磨合过程中不变，只改变进料辊的转速可以保证喂料均匀。见图1。

图1 喂料辊与磨辊物料关系

如图1 所示，喂料辊和磨辊可视为两个传送带。喂料辊将材料连续传递到研磨辊表面。在图中，当喂料辊所运输的材料落在磨辊上时，它们均匀分布，喂料辊所运输的材料按时间单位分布在较长但较薄的段上。当速度提高时，材料的运输速度加快。但是，由于磨辊的速度保持不变，因此铺装层段的长度保持不变，但厚度会增加。反之，当喂料辊速度降低时，材料厚度会随着研磨辊的研磨而变薄。根据上述分析，自动调整喂料辊速度也可以更改进磨辊的厚度，但无论喂料流直接进入喂到磨辊辊面，都无法提高研磨效果。因此，为了提高研磨机的效率，不仅要控制进料系统，还要结合粉研磨机寻找最佳进料系统—磨合控制系统。在经典的研磨理论中，引入了理论研磨流量公式。以一个齿辊为例。齿辊的理论研磨流量公式如下：

式中：γ 为被磨物料的体积密度，g/m3或kg/m3；b 为轧制距离；h 为磨齿高度；VP 为被磨物料的平均速度；

模式：Vk 是快速辊速，Vm 是低速辊速，k 速度比=vk/VM；L 是研磨辊的长度，cm 或0.01m；M 是研磨区域的填充系数；Q/γ 是研磨速率，m3/（cm 24h），公式中磨辊长度L 为常数，磨区填充系数M 为经验值，故b 和VP 为变量在满足生产条件的情况下，保持b 不变，提高VP 值可以改善研磨工艺，实现生产能力的提高。提高VP 值的方法有两种：①速度比改进方法；②提高慢速辊速。第二种方法被认为是最佳方法，因为它可以保持恒定的距离和速度以及研磨方法不变。

三、磨粉机优化控制方案

根据上述理论，提出了最优的研磨机控制方案，并对材料和研磨机控制系统进行了研究。由于采用自动装卸控制系统不能有效提高生产效率，喂料系统有机结合可以提高生产效率。理想情况下，进料系统的材料位置应保持在一定的范围内，控制滚压辊的转速，并在滚压辊的轧制距离符合研磨技术时提高生产效率：材料下料快时，磨辊的转速较低，当进料缓慢时，保持恒定速度，研磨正常；如果没有材料，则停止，分析模型如图2 所示。

图2 喂料系统与研磨系统控制模型

研磨机喂料系统可以选择自动变频。在磨制系统中，由于磨辊的速度要求高，选用伺服电动机对速度、位置和扭矩进行闭环控制，精度高；高速性能好，低速稳定运行；过载能力高，加速度动态响应时间短。

鉴于此，本文件提出的控制方案有助于提高研磨机的运行效率和减少能源消耗，对于研究面粉生产过程中的节能和减少能源消耗十分重要。