羅慶華，張福新

（上海煙草集團(tuán)北京卷煙廠，北京 101121）

糖香料廚房送配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)

羅慶華，張福新

（上海煙草集團(tuán)北京卷煙廠，北京 101121）

糖香料廚房是卷煙廠用于生產(chǎn)和配置時(shí)所用的糖料、香料的自動(dòng)化控制的場(chǎng)所。在糖香料廚房設(shè)計(jì)中，稱重系統(tǒng)是核心技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)送料過(guò)程中原料罐的出料秤量誤差不能滿足實(shí)際使用要求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)糖香料廚房送配料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，大大降低了降低原料罐的出料秤量誤差。

糖香料；廚房系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；改進(jìn)

在煙草加工領(lǐng)域，糖香料廚房系統(tǒng)是卷煙生產(chǎn)的重要組成部分。該系統(tǒng)由機(jī)械設(shè)備、控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)三大部分組成，其基本功能是實(shí)現(xiàn)糖香料調(diào)制、儲(chǔ)存和輸送。其中機(jī)械設(shè)備一般有熬制罐、原料罐、調(diào)制罐和儲(chǔ)存罐，熬制罐將固體原料制成液體原料儲(chǔ)存到原料罐中，原料罐儲(chǔ)存單體原料并按照配方出料重量和誤差的要求輸送到調(diào)制罐中，調(diào)制罐制成配方料輸送到儲(chǔ)存罐中，儲(chǔ)存罐存儲(chǔ)配方成品料。該系統(tǒng)取代了原有的人工配料方式，采用自動(dòng)化配料工藝，在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程中，取得了顯著的效果，實(shí)現(xiàn)了配料的自動(dòng)化，但配料精度還有待進(jìn)一步提高。

1 系統(tǒng)問(wèn)題分析

在現(xiàn)有糖香料廚房送料的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的管路如圖1所示。

圖1

原料罐1中的料液按照“稱出法”的方式出料，通過(guò)氣動(dòng)球閥3流入調(diào)制罐2中，氣動(dòng)閥3由壓縮空氣氣源4驅(qū)動(dòng)。其中，所謂“稱出法”即：所有原料通過(guò)一根出料管輸送至調(diào)制罐配料時(shí)，出料量由原料罐計(jì)量秤測(cè)量，所有參與配料的原料罐的出料閥同時(shí)打開、出料。因此，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)糖香料廚房送料系統(tǒng)，以克服上述缺陷。

2 改進(jìn)方案與實(shí)施

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種出料誤差更小的糖香料廚房系統(tǒng)送料解決方案，改進(jìn)技術(shù)方案是：在系統(tǒng)中增加了一個(gè)電磁換向閥和一個(gè)精密減壓閥，當(dāng)料液需要從原料罐流入調(diào)制罐的初始階段，電磁閥的閥體處于第一動(dòng)作位置，壓縮空氣氣源的輸出端直接與精密減壓閥、氣動(dòng)球閥連通，以便以第一開度從原料罐向調(diào)制罐輸送原料；當(dāng)電磁閥的閥體處于第二動(dòng)作位置，壓縮空氣氣源的輸出端通過(guò)精密減壓閥與氣動(dòng)球閥連通，以便以第二開度從原料罐向調(diào)制罐輸送原料。第一開度為氣動(dòng)球閥最大開度的 90% ～ 100%；第二開度為氣動(dòng)球閥最大開度的5%～8%，由于在出料最后階段，采用小流量出料，因此大大降低了原料罐的出料誤差。

圖2

改造后管路如圖2所示，本系統(tǒng)包括原料罐1、調(diào)制罐 2、氣動(dòng)球閥 3、壓縮空氣氣源 4、電磁閥 5、精密減壓閥 6。結(jié)合圖2對(duì)改進(jìn)后的送料系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

原料罐1用于存儲(chǔ)原料的容器，原料罐1具有物料出口，物料出口與氣動(dòng)球閥3連接，原料通過(guò)出料管輸送到氣動(dòng)球閥3。

調(diào)制罐2是用于配制糖香料的容器，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)球閥3傳來(lái)的原料最終被送到調(diào)制罐2進(jìn)行調(diào)制。

氣動(dòng)球閥3是實(shí)現(xiàn)原料輸送的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)球閥3可以采用任何適合規(guī)格、結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)球閥。本次實(shí)施改進(jìn)方案中，氣動(dòng)球閥3具有齒輪、齒條結(jié)構(gòu)，其中，齒輪和齒條相互嚙合，齒輪與氣動(dòng)球閥3的閥體相連，齒條與壓縮空氣氣源4連接，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣動(dòng)球閥氣動(dòng)單元時(shí)，壓縮空氣的壓力推動(dòng)齒條產(chǎn)生位移，從而帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得氣動(dòng)球閥3的閥體動(dòng)作，閥體帶動(dòng)氣動(dòng)球閥3的閥門關(guān)閉。由于經(jīng)過(guò)精密減壓閥6的降壓，壓縮空氣的壓力降低，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)球閥3的閥桿動(dòng)作的力的更加精密度的控制。壓縮空氣氣源4用于為氣動(dòng)球閥3提供動(dòng)力，使得氣動(dòng)球閥的閥體能夠在不同位置之間運(yùn)動(dòng)。壓縮空氣氣源4可以是空氣壓縮機(jī)、氣泵或其他供氣設(shè)備。

電磁閥5是本次送料系統(tǒng)改進(jìn)的控制裝置，用于控制是否將壓縮空氣送至精密減壓閥6。如圖2所示，本次方案中的電磁閥5是二位二通閥，該電磁閥5的閥體具有兩個(gè)動(dòng)作位置：在第一動(dòng)作位置時(shí)，壓縮空氣氣源4的供氣端直接與氣動(dòng)球閥3的閥體連通，從而可以推動(dòng)氣動(dòng)球閥3；當(dāng)?shù)诙?dòng)作位置，壓縮空氣氣源4的供氣端經(jīng)過(guò)精密減壓閥6與氣動(dòng)球閥3的閥體連通，在經(jīng)過(guò)精密減壓閥6后，壓縮空氣氣源4產(chǎn)生的壓縮空氣的壓力被降低，降壓后的氣體通入氣動(dòng)球閥3內(nèi)。精密減壓閥6用于對(duì)氣動(dòng)球閥3進(jìn)行精密控制。精密減壓閥6采用控制精密減壓閥體內(nèi)的啟閉件的開度來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，將介質(zhì)的壓力降低，同時(shí)通過(guò)閥后壓力的作用調(diào)節(jié)啟閉件的開度，使閥后壓力保持在一定的范圍內(nèi)，因此可以在進(jìn)口壓力不斷變化的情況下，保持精密減壓閥6出口壓力在設(shè)定的范圍內(nèi)。圖3是改進(jìn)糖香料廚房送料系統(tǒng)控制方法的流程圖。

圖3

在步驟 1，首先以第一開度打開氣動(dòng)球閥 3，以便達(dá)到快速配料的目的，氣動(dòng)球閥3第一開度為氣動(dòng)球閥最大開度的 90% ～ 100%。實(shí)施中將第一開度打開到 100%，即最大開度。此時(shí)電磁閥 5 的閥體處于第一位置，在該位置，壓縮空氣不經(jīng)過(guò)精密減壓閥6直接進(jìn)入氣動(dòng)球閥3，壓縮空氣的壓力較高，因此，能夠直接將氣動(dòng)球閥3的閥體開度打開到較大的程度，在較大的開度打開氣動(dòng)球閥3后，開始向調(diào)制罐2輸送原料。

在步驟 2，檢測(cè)進(jìn)入調(diào)制罐 2的原料重量。

在步驟 3，當(dāng)進(jìn)入調(diào)制罐 2的原料重量達(dá)到預(yù)定重量時(shí)，達(dá)到要求出料重量的 90%-95% 時(shí)，控制電磁閥5動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的換向，即：讓壓縮空氣進(jìn)入精密減壓閥 6，經(jīng)過(guò)精密減壓閥 6減壓后以第二開度為氣動(dòng)球閥3從原料罐1向調(diào)制罐2配送原料。壓縮空氣進(jìn)入精密減壓閥6后壓力減小，經(jīng)過(guò)精密減壓閥6減壓后，壓縮空氣進(jìn)入氣動(dòng)球閥3的氣動(dòng)單元。氣動(dòng)球閥3具有齒輪、齒條結(jié)構(gòu)，其中，齒輪和齒條相互嚙合，齒輪與氣動(dòng)球閥3的閥體相連，齒條與壓縮空氣氣源4連接，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣動(dòng)球閥氣動(dòng)單元時(shí)，壓縮空氣的壓力推動(dòng)齒條產(chǎn)生位移，從而帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得氣動(dòng)球閥3的閥體動(dòng)作，閥體帶動(dòng)氣動(dòng)球閥3的閥門關(guān)閉。降壓后的壓縮空氣進(jìn)入氣動(dòng)球閥3氣動(dòng)單元推動(dòng)推動(dòng)齒條產(chǎn)生位移，壓力與齒條產(chǎn)生位移，齒條位移與齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度成正比，因而對(duì)閥門的開度可以任意調(diào)節(jié)。氣動(dòng)球閥3靠閥體內(nèi)預(yù)設(shè)的彈簧復(fù)位。經(jīng)過(guò)精密減壓閥6進(jìn)入氣動(dòng)球閥3的氣動(dòng)單元的氣體壓力能夠達(dá)到將氣動(dòng)球閥3的開度控制到最大開度的 5% ～ 8%，從而可以實(shí)現(xiàn)以滴定方式出料。當(dāng)進(jìn)入調(diào)制罐2的原料重量未達(dá)到預(yù)定重量時(shí)，繼續(xù)以第一開度打開氣動(dòng)球閥3出料。通過(guò)快速通斷進(jìn)入精密減壓閥的壓縮空氣，進(jìn)入使得氣動(dòng)球閥快速關(guān)閉、打開以實(shí)現(xiàn)滴定的控制程序，由此確定的滴定速度也可以根據(jù)實(shí)際情況任意調(diào)節(jié)。

在步驟4，檢測(cè)原料罐是否出料完畢。

在步驟5，當(dāng)原料罐出料完畢時(shí)，關(guān)閉氣源，氣動(dòng)球閥3關(guān)閉；否則繼續(xù)以第二開度打開氣動(dòng)球閥從原料罐向調(diào)制罐配送原料。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中當(dāng)料液需要從原料罐流入調(diào)制罐的初始階段，按圖示管路打開球閥，閥門開度100%快速配料，當(dāng)即將達(dá)到設(shè)定重量的 95%時(shí)，電磁閥換向，壓縮空氣進(jìn)入精密減壓閥減壓后利用壓力變化使氣動(dòng)球閥開度控制到5%左右，以滴定方式出料，直到原料罐出料重量達(dá)到設(shè)定值要求，關(guān)閉氣源，氣動(dòng)球閥關(guān)閉。通過(guò)這種方式大大降低了原料罐出料重量誤差，香精原料罐出料稱量誤差一般可以控制在 0.5%，絕對(duì)值一般可以控制在 100克以內(nèi)。同時(shí)提高了糖香料廚房系統(tǒng)的整體精度和成品料配制品質(zhì)，降低了成品料的損耗。

[1]汪庭春 ,劉廣洲 .香料廚房系統(tǒng)的最新技術(shù)分析與研究 [J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012(05).32.

F426.8；F270.7

A

1671-0711（2017）03（下）-0062-02