小麥磨粉機(jī)研磨系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)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(jī)是把小麥磨成面粉的機(jī)器。也可以用來研磨大麥、大豆、玉米和飼料。根據(jù)磨粉機(jī)的結(jié)構(gòu)，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(xì)篩過濾將面粉與麩皮分離。

一、磨粉機(jī)結(jié)構(gòu)特點

（一）結(jié)構(gòu)

磨粉機(jī)主要由磨粉、篩粉、傳動和機(jī)架組成。（1）磨粉。磨粉部分是的主要工作區(qū)域，由進(jìn)給料斗、流量調(diào)節(jié)器、慢磨輥、磨輥間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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(shù)的槽稱為齒輥：另一個稱為圓柱表面。如今，在農(nóng)村地區(qū)，不論是輥式還是全套的面粉加工設(shè)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(yīng)用于具有不同性能和要求的物料。可以手動和自動控制進(jìn)料和磨輥離合。大多數(shù)傳統(tǒng)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(xiàn)傳動。圓篩篩理是回轉(zhuǎn)式。（3）傳動部分由電機(jī)驅(qū)動輪、電機(jī)驅(qū)動輪、圓篩帶輪、快速輥驅(qū)動輪、慢輥和快速輥齒輪組成。

（二）工作過程

磨粉機(jī)運行時，對原料顆粒進(jìn)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(jìn)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(jìn)料斗繼續(xù)研磨，一般小麥可以磨碎五次。

（三）特點

磨粉機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，與其它磨粉機(jī)相比，具有研磨時間短、加工質(zhì)量好、運行消耗低、加工精度高等優(yōu)點。自動化廣泛用于面粉等糧食加工。

二、磨粉機(jī)優(yōu)化控制理論依據(jù)

目前，制粉行業(yè)普遍認(rèn)為可以通過自動調(diào)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(nèi)工作，自動調(diào)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(jìn)料輥直徑，因此進(jìn)料輥的線速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于進(jìn)料輥；②磨輥的轉(zhuǎn)速在磨合過程中不變，只改變進(jìn)料輥的轉(zhuǎn)速可以保證喂料均勻。見圖1。

圖1 喂料輥與磨輥物料關(guān)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(xù)傳遞到研磨輥表面。在圖中，當(dāng)喂料輥所運輸?shù)牟牧下湓谀ポ伾蠒r，它們均勻分布，喂料輥所運輸?shù)牟牧习磿r間單位分布在較長但較薄的段上。當(dāng)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(dāng)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(jù)上述分析，自動調(diào)整喂料輥速度也可以更改進(jìn)磨輥的厚度，但無論喂料流直接進(jìn)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(jī)的效率，不僅要控制進(jìn)料系統(tǒng)，還要結(jié)合粉研磨機(jī)尋找最佳進(jìn)料系統(tǒng)—磨合控制系統(tǒng)。在經(jīng)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(qū)域的填充系數(shù)；Q/γ 是研磨速率，m3/（cm 24h），公式中磨輥長度L 為常數(shù)，磨區(qū)填充系數(shù)M 為經(jīng)驗值，故b 和VP 為變量在滿足生產(chǎn)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(xiàn)生產(chǎn)能力的提高。提高VP 值的方法有兩種：①速度比改進(jìn)方法；②提高慢速輥速。第二種方法被認(rèn)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(jī)優(yōu)化控制方案

根據(jù)上述理論，提出了最優(yōu)的研磨機(jī)控制方案，并對材料和研磨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。由于采用自動裝卸控制系統(tǒng)不能有效提高生產(chǎn)效率，喂料系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合可以提高生產(chǎn)效率。理想情況下，進(jìn)料系統(tǒng)的材料位置應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)，控制滾壓輥的轉(zhuǎn)速，并在滾壓輥的軋制距離符合研磨技術(shù)時提高生產(chǎn)效率：材料下料快時，磨輥的轉(zhuǎn)速較低，當(dāng)進(jìn)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(tǒng)與研磨系統(tǒng)控制模型

研磨機(jī)喂料系統(tǒng)可以選擇自動變頻。在磨制系統(tǒng)中，由于磨輥的速度要求高，選用伺服電動機(jī)對速度、位置和扭矩進(jìn)行閉環(huán)控制，精度高；高速性能好，低速穩(wěn)定運行；過載能力高，加速度動態(tài)響應(yīng)時間短。

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