◎ 徐子鋒，王康興，韓曉燁，任書杰

（連云港東糧碼頭有限公司，江蘇 連云港 222000）

連云港東糧碼頭有限公司三期工程的配套設施散糧取制樣系統(tǒng)，目前已經(jīng)通過驗收，可以穩(wěn)定運行。但在實際生產(chǎn)中，不同批次物料的雜質(zhì)含量、潔凈程度、物料形狀等因素并不統(tǒng)一，僅通過實際運行難以對影響系統(tǒng)的因素做量化處理，尤其是在目前大部分系統(tǒng)指標僅為理論值的情況下。

1 實驗原理與材料

1.1 實驗原理

本次實驗主要利用控制變量法檢測散糧取制樣系統(tǒng)中檢疫部分的影響因素，采用人工投料的方式模擬實際生產(chǎn)中物料進入系統(tǒng)的情況。人為地控制投入物料中雜質(zhì)和成品的比例、種類、潔凈程度等。并且每單次實驗后對管道進行吹洗處理，防止影響下一次記錄。每單次實驗后記錄實驗數(shù)據(jù)，如：帶出比、剔除率、剔除時間等。最終將各組數(shù)據(jù)對比分析，得出結論。具體系統(tǒng)內(nèi)部流程如圖1所示。最終記錄最下方雜質(zhì)數(shù)量，同時觀察干凈物料的潔凈程度，作為實驗數(shù)據(jù)，流程圖為實際生產(chǎn)的展示，本次實驗不會將干凈物料棄入筒倉[1]。

圖1 系統(tǒng)流程圖

1.2 實驗設備與材料

1.2.1 色選儀

色選儀采用視覺識別技術（VI），通過對比物料的RGB值、灰度、圖像邊緣將物料識別，并利用壓縮空氣吹出。理論帶出比1∶1，剔除率90%。作為本次實驗的主要設備，承擔著將物料與雜質(zhì)分離的工作。內(nèi)部程序使用與實際生產(chǎn)相同。

1.2.2 斗式提升機

采用TD160型斗提機三臺。高度9 m、運量0.4 t·h-1、斗容0.9 L、電壓等級380 V、電機功率4.0 kW。將初次分揀的物料再次提升依次經(jīng)過管道系統(tǒng)進入色選儀的二次、三次、四次分揀通道。

1.2.3 樣品傳遞管

樣品的傳遞通過不銹鋼鋼管材料內(nèi)徑不小于150 mm，初雜樣品管內(nèi)徑不小于300 mm。傳遞管最小坡度為40°，所有轉(zhuǎn)彎半徑不小于1 m。為減小高度沖撞帶來的糧食損失，可以把緩沖裝置安在糧食傳遞的路徑上，緩沖裝置間隔不超過5 m。傳遞管采用法蘭連接，連接間距不大于6 m，便于在堵塞時拆卸。在此次實驗中主要作為各個部件的連接，物料傳遞與各部件連接的作用[2]。

1.2.4 各種耗材

①10 L標準樣品罐8個。②干凈大豆 15 kg。③干凈玉米粒 15 kg。④摻有粉塵的大豆 15 kg。⑤摻有粉塵的玉米粒 15 kg。⑥刺蒼耳80粒。⑦黑豆80粒。⑧紅豆80粒。⑨綠豆80粒。⑩染色黃豆80粒。 ?牽牛種子80粒[3]。

2 實驗方法與數(shù)據(jù)

2.1 實驗方法

①將干凈大豆、干凈玉米粒、摻有粉塵的大豆、摻有粉塵的玉米粒分別裝入標準樣品罐。②再將各種雜質(zhì)（之前準備好的刺蒼耳、黑豆等）按每個樣品罐10粒依次放入，并攪拌均勻。將實驗對象分為A、B、C、D 4組，分別為干凈大豆組、粉塵大豆組、干凈玉米組、粉塵玉米組。③大豆作為實際生產(chǎn)的主要物料首先進行實驗。將A實驗組投入系統(tǒng)，進料量（單位時間通過色選儀的物料的數(shù)量）控制在15%。④等待物料全部分選完記錄數(shù)據(jù)，并重新將記錄好數(shù)據(jù)的物料篩分干凈，放入雜質(zhì)，投入量與上一次完全相同。⑤吹洗實驗設備。⑥再次將物料投入設備，進料量控制在35%（此數(shù)值與實際生產(chǎn)中數(shù)值相同），等待物料全部分選完記錄數(shù)據(jù)。⑦再次吹洗設備[4]。

B實驗組重復③—⑦。C、D實驗組將算法改為玉米算法后重復③—⑦。

相關參數(shù)的計算：

2.2 實驗數(shù)據(jù)

2.2.1 A實驗組數(shù)據(jù)（見表1）

表1 A實驗組數(shù)據(jù)表

2.2.2 B實驗組數(shù)據(jù)（見表2）

表2 B實驗組數(shù)據(jù)表

2.2.3 C實驗組數(shù)據(jù)（見表3）

表3 C實驗組數(shù)據(jù)表

2.2.4 D實驗組數(shù)據(jù)（見表4）

表4 D實驗組數(shù)據(jù)表

3 數(shù)據(jù)分析

（1）對比表1與表2，A、B實驗組均為大豆，變量在于B實驗組在樣品階段人為用粉塵污染，來模擬實際生產(chǎn)過程中可能存在的高粉塵、上級篩分系統(tǒng)不理想的情況。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，在刺蒼耳、黑豆、紅豆、綠豆這幾種雜質(zhì)的挑選情況中，A、B實驗組差別不大，出現(xiàn)的數(shù)據(jù)差異可視為設備誤差，符合色選儀的理論精度。

（2）在染色黃豆數(shù)據(jù)方面存在明顯差異。B實驗組數(shù)據(jù)明顯較差，剔除率明顯低于A實驗組。經(jīng)過分析和實際對比，染色大豆在經(jīng)過高粉塵的情況時，存在粉塵附著于大豆表面，而染色大豆并不是整個染成紅色，如果附著部分擋住的面積較大，低于色選儀設置的閾值，便無法將雜質(zhì)選出。

（3）染色黃豆的剔除率在各實驗組中整體偏低，主要有兩個原因：①實驗使用的染色大豆樣品顏色為人工染色，染色程度不均勻，個別大豆顏色偏淡導致其特征RGB值發(fā)生變化，色選儀無法精準識別。②染色大豆的物料特性除了表面顏色以外，其他方面均與普通大豆一致，在被色選儀識別噴出管道時容易產(chǎn)生“跳料”的現(xiàn)象（彈性物料碰到金屬壁產(chǎn)生不規(guī)則彈射的情況）。

原因①的解決方法：可以在后續(xù)的實驗中精進算法，將變化顏色后的物料的RGB值輸入數(shù)據(jù)庫，使機器可以識別。

原因②的解決方法：a.重新設計管壁角度。b.改變色選儀內(nèi)部噴嘴角度。c.減少前期大塊雜質(zhì)，大塊雜質(zhì)會影響送料設備的效果，使物料下落不均勻。

（4）對比表1、2、3、4中帶出比數(shù)據(jù)。對比A、C實驗組的帶出比，C實驗組帶出比明顯低于A實驗組。猜測原因是大豆物料的彈性比玉米物料更好，致使“跳料”現(xiàn)象更加嚴重。在后續(xù)實驗中關閉所有噴頭，分別倒入A、C實驗組，可以明顯看出A實驗組“跳料”現(xiàn)象比B實驗組更嚴重。也可能是因為物料不同導致使用了不同的程序，所以影響了分揀結果。

（5）牽牛種子的最高剔除率為50%，遠低于90%的理論值。主要原因是牽牛種子的體積較小，噴嘴的噴氣時間設置是根據(jù)與大豆物料類似體積的物料設置的，與牽牛種子的體積不匹配，解決方法：將牽牛種子這類小體積雜質(zhì)先利用直線震動篩進入篩下物，不進入色選儀的分選。

（6）通過對比時間與進料量，不同進料量的設置會影響分揀速度，但對最終的分揀結果影響不大。原因主要是色選儀的理論處理能力為2 t·h-1，遠大于生產(chǎn)和實驗的投入量，后續(xù)實驗可加大投料進行壓力測試，測試系統(tǒng)的理論承載能力，從而確定系統(tǒng)的最大安全生產(chǎn)能力。

（7）A、B、C、D四個實驗組的帶出比均高于1∶1的理論值，帶出的符合除雜質(zhì)以外的物料較多。分析原因：①原物料中存在瑕疵被儀器識別選出。②“跳料”現(xiàn)象的影響，導致部分物料被帶出，這是主要原因。③色選儀內(nèi)部程序還需要完善，較高的靈敏度可以帶來良好的剔除率，但也會導致帶出比過高?？梢栽诤罄m(xù)實驗中改進算法，改善這一情況。

4 結語

（1）經(jīng)過實驗，可以得出影響系統(tǒng)效果的主要因素在于物料的潔凈程度不同、物料類型多樣、算法對特殊雜質(zhì)的敏感程度不足、“跳料”問題。針對以上問題的改進方法可以從軟件和硬件兩個方面入手。

軟件方面：對內(nèi)部算法做進一步迭代，解決算法對特殊雜質(zhì)的敏感程度等不足的問題。

硬件方面：對集塵系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、色選系統(tǒng)進行定制化改造。目前，市面上專門針對散糧取制樣系統(tǒng)這一細分領域的自動化機械數(shù)量明顯不足，相關標準也比較模糊，需要與相關企業(yè)合作，共同對設備做定制化改進，以解決物料類型多樣、物料的潔凈程度不同和“跳料”問題[5]。

（2）本次實驗利用人工方法模擬實際生產(chǎn)的自動取制樣過程，利用4種不同的物料，進行了2種算法測試，將帶出比、剔除率等指標量化。同時，進一步了解了系統(tǒng)的性能，發(fā)現(xiàn)實際值與理論值的差異。為后續(xù)系統(tǒng)的改進提供了數(shù)據(jù)方面的支持，也為后續(xù)系統(tǒng)的標準制定提供了理論依據(jù)。在日后的運行中，再遇到不同物料，可利用本次實驗數(shù)據(jù)推算出物料的特性。