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。

1 魔芋精粉機軋距控制原理

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)。

2 魔芋精粉機軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

2.1 手動調(diào)節(jié)軋距控制系統(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)

2.2 自動調(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。

3 軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)運動構(gòu)件組成分析

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。

4 軋距調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計計算

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：

5 結(jié)語

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。