棉籽機械脫絨測控系統(tǒng)試驗研究
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摘要：為了確定棉籽機械脫絨產(chǎn)品的工作性能，優(yōu)化籽棉機械脫絨測控系統(tǒng)，文中對棉籽機械脫絨測控系統(tǒng)中的出料口開度、滾筒開度、滾筒轉(zhuǎn)矩三因素進行了試驗分析，得出出料口開度、滾筒開度及滾筒轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)工作參數(shù)，通過調(diào)節(jié)達到較理想的控制效果。
關(guān)鍵詞：棉籽；機械脫絨；測控系統(tǒng)；試驗分析
1棉籽機械脫絨測控系統(tǒng)
為實現(xiàn)棉籽機械脫絨裝置的自動化控制，設(shè)計了棉籽脫絨機測控系統(tǒng)，如圖1。棉籽脫絨測控系統(tǒng)主要包括傳感器、電動推桿、PLC等，可完成中間級和末級滾筒運動狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)滾筒的轉(zhuǎn)矩自動控制以及出料口的開度自動控制。控制方式由三級轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器分別獲得各級滾筒的實時轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信息，PLC的數(shù)據(jù)采集模塊將所獲得的傳感器脈沖信號進行轉(zhuǎn)換處理得到實時地轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信息，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩判定滾筒的實時工作負(fù)荷，并根據(jù)滾筒的負(fù)荷來控制進料量和出料量，以保證各滾筒的工作負(fù)荷均勻。脫絨滾筒的工作負(fù)荷是影響脫絨效果的關(guān)鍵因素之一。若負(fù)荷過重容易導(dǎo)致脫絨滾筒發(fā)生阻塞，種子在內(nèi)部被過度摩擦，在給驅(qū)動電機造成嚴(yán)重影響的同時，也會導(dǎo)致種子由于摩擦使表面溫度急劇上升影響品質(zhì)并且使破碎率升高；若負(fù)荷過小，則滾筒處于不飽和工作狀態(tài)，影響加工效率并且也容易出現(xiàn)棉種在內(nèi)部脫絨不充分的情況。因此，在脫絨加工過程中，對滾筒工作負(fù)荷進行在線監(jiān)控對于提高脫絨效率，改善脫絨品質(zhì)具有重要意義。判斷工作負(fù)荷最直接有效的方法是對滾筒工作的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進行在線監(jiān)測。經(jīng)過特殊定制的應(yīng)變式扭矩傳感器，在被測彈性軸上將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼上組成應(yīng)變橋，通過特殊環(huán)形變壓器的能源輸入給應(yīng)變橋提供電源，即可得到彈性軸受扭的信號，然后將該信號通過信號放大器放大，經(jīng)電壓/頻率（V/F）轉(zhuǎn)換，使其受到的扭矩值與測到的頻率值成正比關(guān)系，最后通過特殊環(huán)形變壓器輸出其頻率信號（原理框圖如圖2）。由于棉籽脫絨機的工作負(fù)荷對于脫絨棉籽的品質(zhì)具有重要影響。過大或過小都會對脫絨作業(yè)造成不利影響。因此，需控制棉籽脫絨機的工作負(fù)荷處于一定的范圍內(nèi)，以保證脫絨棉籽的質(zhì)量。根據(jù)試驗分析，棉籽脫絨機在工作時，三級滾筒的工作負(fù)荷相差較大。第一級滾筒在棉籽由進料口進入滾筒內(nèi)后，經(jīng)初步脫絨后很快進入第二級滾筒，其工作負(fù)荷相對較小，且較為穩(wěn)定；二級滾筒與一級滾筒基本類似。第三級滾筒受出料口開度影響，其工作負(fù)荷最大。因此需要通過出料口開度自動調(diào)節(jié)完成第三級脫絨滾筒負(fù)荷的控制。
2影響棉籽機械脫絨性能分析
為了確定棉籽脫絨裝置的工作性能，研究了棉籽脫絨測控系統(tǒng)的優(yōu)化策略，對所試制的棉籽脫絨裝置進行了一系列影響性能試驗分析。
2.1出料口開度
棉籽脫絨機的出料口開度對脫絨滾筒的工作負(fù)荷有顯著影響。開度過大，脫絨滾筒工作負(fù)荷變小，部分棉籽未經(jīng)充分脫絨后排出，造成殘絨率過高。開度過小，則會使?jié)L筒負(fù)荷加重，棉籽在滾筒內(nèi)被過度摩擦，使破碎率增大。因此需要通過試驗研究出口開度與滾筒負(fù)荷、棉籽破碎率及殘絨率的關(guān)系。試驗中人為設(shè)定出料擋板處于不同的出口位置，記錄穩(wěn)定狀態(tài)下兩級滾筒的轉(zhuǎn)矩值，同時從出料口取樣，以人工方法確定樣品的殘絨率和破碎率，試驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，隨著出料口開度的減小，末級滾筒和中間滾筒的轉(zhuǎn)矩逐漸增大，出料種子的殘絨率降低，破碎率升高。分析其原因主要是由于開度減小后，棉籽出料量減少，滾筒內(nèi)部脫絨腔內(nèi)棉籽增多導(dǎo)致滾筒負(fù)荷增大，從而使?jié)L筒的轉(zhuǎn)矩增大。由于棉籽在滾筒內(nèi)部停留時間加長，且與滾筒刷接觸充分，因此其殘絨率下降，當(dāng)開度減小到一定程度時，由于滾筒負(fù)荷過大，棉籽在脫絨腔內(nèi)部摩擦過度，從而導(dǎo)致破碎率顯著升高。
2.2滾筒開度
本試驗主要是驗證測控系統(tǒng)開度控制功能的實際工作效果，檢驗開度調(diào)節(jié)的隨動性。依次設(shè)定出料口期望開度分別為30mm、63mm、96mm及129mm，在設(shè)定完成后啟動測控系統(tǒng)的開度自動控制功能，待出料口開度固定后，人工測量出料口實際開度，并與期望開度比較，試驗結(jié)果見表2。從表2中可以看出，出料口開度的調(diào)節(jié)精度較高，其最大誤差僅為1mm，這也為后續(xù)實施高性能的轉(zhuǎn)矩控制奠定基礎(chǔ)。
2.3滾筒轉(zhuǎn)矩
末級滾筒的轉(zhuǎn)矩變化反映了脫絨裝置的實時負(fù)荷。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)盡量保證末級滾筒的工作負(fù)荷保持在一個較優(yōu)化的狀態(tài)，為此針對所設(shè)計的末級脫絨滾筒轉(zhuǎn)矩的自動控制系統(tǒng)進行了性能測試。試驗時，首先設(shè)定啟動棉籽機械脫絨機并使其工作于正常狀態(tài)，啟動棉籽機械脫絨機測控系統(tǒng)，并在上位機設(shè)定期望轉(zhuǎn)矩。為了檢驗轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能，首先設(shè)定期望轉(zhuǎn)矩為140Nm。觀察出料口開度變化及滾筒轉(zhuǎn)矩變化。待滾筒轉(zhuǎn)矩基本穩(wěn)定后，可得到滾筒轉(zhuǎn)矩變化的響應(yīng)曲線如圖3。從圖3中可以看出，滾筒的轉(zhuǎn)矩能夠較快的跟隨設(shè)定值的變化，且穩(wěn)態(tài)誤差小，達到期望的控制效果。
3結(jié)論
為進一步確定棉籽機械脫絨系統(tǒng)的控制效果，通過多次試驗并結(jié)合表1數(shù)據(jù)，初步設(shè)定優(yōu)化后的末級滾筒轉(zhuǎn)矩為85Nm，在達到期望轉(zhuǎn)矩后，采集出料口樣品，并人工測量樣品棉籽的破碎率，三次試驗的棉籽平均破碎率為1.8%。這也表明棉籽機械脫絨測控系統(tǒng)能夠較好地對滾筒的負(fù)荷進行調(diào)節(jié)，并且具有良好的控制效果。
作者：陳強 王國峰 王天佐 王赫 韓寧 單位：石河子開發(fā)區(qū)天佐種子機械有限責(zé)任公司