吳 鎮(zhèn)
(陜西能源職業(yè)技術(shù)學院,陜西 咸陽 712000)
魔芋精粉機是工業(yè)化、成批量干法加工魔芋精粉的主要設備。其中軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是魔芋精粉機正常工作的前提之一。軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)作用是調(diào)整魔芋精粉機的磨輥間軋距,使慢輥靠近或離開快輥,使不同粒徑的魔芋顆粒全部得到粉碎、研磨。軋距調(diào)節(jié)有手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)兩種方式,互相配合使用。
軋距控制是在慢輥軸承座上設置一個V型槽,槽內(nèi)連接一個圓頂,螺紋桿通過該圓頂中心,螺紋桿另一端連接另一個圓頂,與定軸承座上的擺臂相鉸接。通過擺臂的轉(zhuǎn)動將慢輥推離或拉進快輥。圖1為設備軋距控制原理示意圖。
圖1 魔芋精粉機軋距控制原理示意圖
當魔芋精粉機處于正常工作狀態(tài)時,兩磨輥間的軋距很小,且軋距必須保持穩(wěn)定,軋距必須以很小的變化量來調(diào)節(jié),否則魔芋精粉質(zhì)量無法得到保證。魔芋精粉機磨輥合軋前,磨輥是分開的且間距很大,當喂料機構(gòu)傳感器檢測到有物料進入時,磨輥應立即合軋。故軋距控制必須有一套快速調(diào)節(jié)的系統(tǒng),因此要設計快速粗調(diào)和慢速微調(diào)軋距系統(tǒng)。
手動調(diào)節(jié)軋距控制系統(tǒng)是依靠手輪轉(zhuǎn)動,類似絲杠螺母原理推動轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)臂連接連桿,連桿拉動擺臂使得慢輥軸承座向快輥軸承座靠攏或分開,如圖2所示。魔芋精粉機在工作時磨輥間軋距必須恒定,因此在設計手動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的手輪上螺紋時,必須滿足一定自鎖條件。魔芋精粉機在工作中常常存在振動,因此在手輪桿上設置鎖緊桿,采用同心但直徑不同的螺紋進行鎖緊,避免發(fā)生共振而導致軋距恒定的失效。
圖2 手動調(diào)節(jié)軋距控制系統(tǒng)
目前,軋距的自動控制系統(tǒng)有:氣動控制和電動控制。氣動控制是由氣缸,氣動回路,PLC控制裝置,控制面板等組成。如圖3所示,在調(diào)節(jié)軋距時,氣缸桿伸出推動氣缸推桿發(fā)生轉(zhuǎn)動,與氣缸推桿連接在一起的轉(zhuǎn)臂發(fā)生轉(zhuǎn)動,可以達到快速調(diào)節(jié)軋距目的。
圖3 氣動調(diào)節(jié)軋距控制系統(tǒng)
氣動控制:通過氣缸驅(qū)動魔芋精粉機的磨輥靠近或分開,氣缸推桿推動,氣缸的動作指令是由喂料系統(tǒng)中的傳感器向氣動控制閥發(fā)出。當進料量到達一定程度后,控制閥動作,氣缸接通,使慢輥軸承座靠近快輥軸承座,完成粗調(diào)。氣動控制能防止磨輥中心距不穩(wěn)定問題的發(fā)生,氣缸在停止工作后,氣缸內(nèi)留有的壓縮氣體使得氣缸推桿不能發(fā)生轉(zhuǎn)動,在一定程度上,保證了研磨魔芋精粉時穩(wěn)定。但是也存在一些缺點:氣缸驅(qū)動需要穩(wěn)定干燥的壓縮氣體,當多臺魔芋精粉機同時工作時需要大量壓縮氣體,生產(chǎn)壓縮氣體的時候會造成比較大的噪音,氣體在干燥時需要干燥設備,油水分離器,氣體在存儲時還需要壓力容器。
軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是由兩個磨輥、軸承座、手輪、氣動調(diào)節(jié)機構(gòu)及軋距鎖緊機構(gòu)等部件組成,如圖4所示。
手動調(diào)節(jié)機構(gòu)自由度計算:
兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副稱為低副,而兩構(gòu)件通過點、線的形式相接觸組成的運動副稱為高副[1]。手動調(diào)節(jié)機構(gòu)簡圖如圖5所示。公式F=3n-(2P1+Ph)[1]中,P1為低副數(shù)量,Ph為高副數(shù)量。該機構(gòu)共有活動構(gòu)件6個(分別為手輪15、手輪推桿13、連桿12、轉(zhuǎn)臂8、長螺桿4及慢輥軸承座3)。機構(gòu)中共有低副7個(手輪在手輪底座轉(zhuǎn)動,手輪在鎖緊螺母轉(zhuǎn)動,推桿13轉(zhuǎn)動,連桿兩處轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)臂8轉(zhuǎn)動,慢輥軸承座轉(zhuǎn)動3),高副3個(分別為手輪鎖緊螺母在推桿里滑動,活動V型塊和固定V型塊在滑槽里滑動)??傻米杂啥葹?,F(xiàn)a>0,且與原動件相等,即手動調(diào)節(jié)機構(gòu)具有確定的運動。
圖5 手動調(diào)節(jié)機構(gòu)簡圖
氣動調(diào)節(jié)機構(gòu)自由度計算:
氣動調(diào)節(jié)機構(gòu)簡圖如圖6所示。該機構(gòu)共有活動構(gòu)件7個(氣缸1、氣缸臂、氣缸推桿16、連桿12、轉(zhuǎn)臂8、長螺桿4及慢輥軸承座3)。機構(gòu)中共有低副8個(氣缸繞連接點轉(zhuǎn)動,氣缸臂移動,推桿16轉(zhuǎn)動,連桿兩處轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)臂8轉(zhuǎn)動,慢輥軸承座轉(zhuǎn)動3),高副3個(手輪鎖緊螺母在推桿里滑動,活動V型塊和固定V型塊在滑槽里滑動),解得自由度為1,F(xiàn)a>0,且與原動件相等,即氣動調(diào)節(jié)機構(gòu)具有確定的運動。
圖6 氣動調(diào)節(jié)機構(gòu)簡圖
魔芋精粉機磨輥的配置方式為復式平放,優(yōu)點是:物料經(jīng)喂料輥加速后進入兩磨輥間研磨,落料能準確入磨輥間研磨區(qū),喂料量和研磨效率能輕易提高,物料在落入研磨區(qū)時流暢,不會向磨輥外飛濺。
圖7為魔芋精粉機軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計計算示意圖,圖中有關(guān)數(shù)據(jù)是通過分析、研究設備樣本和參照設計手冊得出的結(jié)果,數(shù)值基本準確。
圖7 軋距調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計計算示意圖
長螺桿7和預壓碟簧組5用螺栓連接,碟簧的預壓力用螺母4調(diào)節(jié),V型塊9用銷釘固定在長螺桿7上,整個長螺桿裝置以圓弧頂尖卡在慢輥軸承座3中的V形槽中。換磨輥時可以先松螺母4,取下長螺桿7,然后卸掉兩個軸承座取下磨輥??燧佪S承座固定不動,用螺栓連接在箱體上,長螺桿拉住慢輥軸承座保持穩(wěn)定。擺動V形塊9和鉸接在快輥軸承座上的擺臂8連為一體,繞快輥軸承座10上的銷軸E點擺動。合軋時輥間彈簧受壓,碟簧組受壓,使得軋距能保持衡定,在軋距變動時不至于整個機構(gòu)由于剛性連接而發(fā)生破壞。氣動松軋時,氣缸1推動推桿16轉(zhuǎn)動,松開軋偏心軸C使連桿機構(gòu)動作,慢輥軸承支點在繞偏距心B點向右做微量平動。計算數(shù)值見表1。
表1 機構(gòu)作用力和離支點的垂直距離
(1)磨輥合閘:氣缸1的力F21推動推桿,帶動推桿上的偏心軸帶動連桿將慢輥軸承座拉向快輥軸承座作平動,這時需要克服輥間彈簧力S1。
(2)粗調(diào)軋距:旋緊慢輥軸承座偏心B處的螺母,將控制面板上的旋鈕擰至自動處,氣缸開始動作使連桿12帶動擺臂8轉(zhuǎn)動,推動擺動V形塊9向左移動,帶動拉緊桿和活動V型塊向左移動,使慢輥軸承座3繞B點擺動向快輥軸承座10靠攏,這時,整個機構(gòu)的運動需要克服動力矩和輥間彈簧力S1產(chǎn)生的力矩。
測試機構(gòu)時軋距按下列數(shù)值調(diào)整[2]:
1 皮,0.6 mm;2 皮,0.3 mm; 心 磨,3~5 皮,0.2mm。
(3)微調(diào)緊軋距:按順時針方向轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪15,轉(zhuǎn)臂13與螺紋桿14連接處設有線接觸的連接件,在手輪桿14上滑動,推動13轉(zhuǎn)動并保持手輪桿只轉(zhuǎn)動不上下移動而卡死,通過擺動臂8使長螺桿桿拉著軸承座3向左運動,兩頂尖距離變化 (H1-H2),此時的輥間彈簧彈力S1和預壓墊圈彈簧組力S2做正功,同樣推動慢輥軸承座3繞偏心B點向快輥軸承座10移動。設手輪每轉(zhuǎn)一圈,軋距的變化量約Xmm,螺桿螺距2 mm。
根據(jù)機構(gòu)運動簡圖做出運動分析,手輪每轉(zhuǎn)一圈,由杠桿原理知12桿水平位移為:螺距乘以13桿的垂直距離比13桿短部的垂直距離,垂直距離由表1 可查到,即:X1=(2×49.5)/155=0.638 mm
擺動臂8同理,根據(jù)杠桿原理計算軸承座靠近或分離的距離。即手輪每轉(zhuǎn)使軋距變化約為:
(4)微調(diào)松軋距:按逆時針方向轉(zhuǎn)動手輪15,與緊軋距時的原理相反,通過擺動臂8使長螺桿松開,輥間彈簧推著動軸承座向右運動,頂尖距離伸長H1-H2距離,長螺桿7則需要克服碟簧組力S2和輥間彈簧力S使慢輥軸承座3繞B點向右移動,離開快輥,使得軋距增大。
(5)磨輥松閘:氣缸桿力F21F21和輥間彈簧力S結(jié)合,使慢輥軸承座3繞B點向右作水平移動,離開快輥軸承座10。
(6)磨輥合閘:氣缸推力F21在調(diào)節(jié)機構(gòu)的轉(zhuǎn)變下最終使慢輥軸承座3以頂尖H2為支點向左作水平移動,靠近快輥軸承座10。這時整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)需要克服輥間壓力P和輥間彈簧力S1,對整個機構(gòu)受力分析,以H2為支點,力矩的平衡方程為:
(7)微調(diào)緊軋距:手動調(diào)緊軋距時,通過手輪轉(zhuǎn)動,螺桿推力F31通過杠桿最終轉(zhuǎn)化為成為長螺桿上的拉力F11,并通過部件活動V型塊的推力使慢輥軸承座3繞偏心B點靠近快輥軸承座,這時整個機構(gòu)需克服P和力S。對整個機構(gòu)受力分析,列出力矩平衡方程,以B點為支點:
以E點為支點:
(8)微調(diào)松軋距:手動調(diào)節(jié)松軋距時,螺桿拉力F32通過杠桿最終轉(zhuǎn)化為成為F12,這時輥間彈簧力S1做正功使慢輥軸承座3繞B點移動離開快輥軸承座10,起了使慢輥離開快輥的作用,和F11相比是負值,力矩與力的關(guān)系分別為:
以魔芋精粉機軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)為研究對象,可得到以下結(jié)論:
(1)魔芋精粉機軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)有兩種方式,分別為手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)方式。
(2)魔芋精粉機軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)有手動調(diào)節(jié)機構(gòu)和氣動調(diào)節(jié)機構(gòu),兩種機構(gòu)的自由度均為1,具有確定的運動。
(3)對魔芋精粉機軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行設計計算。