小麥磨粉機研磨系統優化控制技術研究

黃河 侯存宇 韓佳伶 陳小剛 中糧工程裝備（張家口）有限公司

磨粉機是把小麥磨成面粉的機器。也可以用來研磨大麥、大豆、玉米和飼料。根據磨粉機的結構，可分為輥式、錐式和盤式。其功能是通過擠壓和研磨將小麥、玉米和其他物料碾成粉狀，并用細篩過濾將面粉與麩皮分離。

一、磨粉機結構特點

（一）結構

磨粉機主要由磨粉、篩粉、傳動和機架組成。（1）磨粉。磨粉部分是的主要工作區域，由進給料斗、流量調節器、慢磨輥、磨輥間隙調節機構組成。通常有兩種類型的輥：一種是研磨。磨輥表面上具有各種幾何參數的槽稱為齒輥：另一個稱為圓柱表面。如今，在農村地區，不論是輥式還是全套的面粉加工設備，都使用齒輥。一對輥的表面線速度不同于齒槽的形狀。這將提供不同的粉碎過程，并使可以將它們應用于具有不同性能和要求的物料。可以手動和自動控制進料和磨輥離合。大多數傳統的自動液壓。（2）篩粉部分。有兩種類型平篩和圓篩。平篩由幾個不同的篩孔組成，通過振動篩理實現傳動。圓篩篩理是回轉式。（3）傳動部分由電機驅動輪、電機驅動輪、圓篩帶輪、快速輥驅動輪、慢輥和快速輥齒輪組成。

（二）工作過程

磨粉機運行時，對原料顆粒進行清洗濕潤（含水率控制在13%-14%或用濕毛巾擦拭原料顆粒）。粗顆粒由人工送入給料斗，然后由低速滾筒壓碎。在慢輥和快輥之間，磨料通過料斗進入圓篩，篩上物料從麩口流出，篩下物料從出粉口流出。手動麩渣送入進料斗繼續研磨，一般小麥可以磨碎五次。

（三）特點

磨粉機復雜結構，與其它磨粉機相比，具有研磨時間短、加工質量好、運行消耗低、加工精度高等優點。自動化廣泛用于面粉等糧食加工。

二、磨粉機優化控制理論依據

目前，制粉行業普遍認為可以通過自動調整喂料輥的速度來提高研磨效果。這是因為磨輥在固定的定軋距離內工作，自動調整喂料輥的速度以保持流層厚度不變，因此碾磨效果始終最佳。這種觀點似乎是合理的。事實上忽略了兩個重要因素：①磨料輥直徑大于進料輥直徑，因此進料輥的線速度遠遠高于進料輥；②磨輥的轉速在磨合過程中不變，只改變進料輥的轉速可以保證喂料均勻。見圖1。

圖1 喂料輥與磨輥物料關系

如圖1 所示，喂料輥和磨輥可視為兩個傳送帶。喂料輥將材料連續傳遞到研磨輥表面。在圖中，當喂料輥所運輸的材料落在磨輥上時，它們均勻分布，喂料輥所運輸的材料按時間單位分布在較長但較薄的段上。當速度提高時，材料的運輸速度加快。但是，由于磨輥的速度保持不變，因此鋪裝層段的長度保持不變，但厚度會增加。反之，當喂料輥速度降低時，材料厚度會隨著研磨輥的研磨而變薄。根據上述分析，自動調整喂料輥速度也可以更改進磨輥的厚度，但無論喂料流直接進入喂到磨輥輥面，都無法提高研磨效果。因此，為了提高研磨機的效率，不僅要控制進料系統，還要結合粉研磨機尋找最佳進料系統—磨合控制系統。在經典的研磨理論中，引入了理論研磨流量公式。以一個齒輥為例。齒輥的理論研磨流量公式如下：

式中：γ 為被磨物料的體積密度，g/m3或kg/m3；b 為軋制距離；h 為磨齒高度；VP 為被磨物料的平均速度；

模式：Vk 是快速輥速，Vm 是低速輥速，k 速度比=vk/VM；L 是研磨輥的長度，cm 或0.01m；M 是研磨區域的填充系數；Q/γ 是研磨速率，m3/（cm 24h），公式中磨輥長度L 為常數，磨區填充系數M 為經驗值，故b 和VP 為變量在滿足生產條件的情況下，保持b 不變，提高VP 值可以改善研磨工藝，實現生產能力的提高。提高VP 值的方法有兩種：①速度比改進方法；②提高慢速輥速。第二種方法被認為是最佳方法，因為它可以保持恒定的距離和速度以及研磨方法不變。

三、磨粉機優化控制方案

根據上述理論，提出了最優的研磨機控制方案，并對材料和研磨機控制系統進行了研究。由于采用自動裝卸控制系統不能有效提高生產效率，喂料系統有機結合可以提高生產效率。理想情況下，進料系統的材料位置應保持在一定的范圍內，控制滾壓輥的轉速，并在滾壓輥的軋制距離符合研磨技術時提高生產效率：材料下料快時，磨輥的轉速較低，當進料緩慢時，保持恒定速度，研磨正常；如果沒有材料，則停止，分析模型如圖2 所示。

圖2 喂料系統與研磨系統控制模型

研磨機喂料系統可以選擇自動變頻。在磨制系統中，由于磨輥的速度要求高，選用伺服電動機對速度、位置和扭矩進行閉環控制，精度高；高速性能好，低速穩定運行；過載能力高，加速度動態響應時間短。

鑒于此，本文件提出的控制方案有助于提高研磨機的運行效率和減少能源消耗，對于研究面粉生產過程中的節能和減少能源消耗十分重要。