CN1072113A - 控制向粉碎颗粒状原料的辊压机输送材料的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种控制向辊压机的输送材料的方法，此 法根据强迫改变材料输送速率前后辊压机工作参数 之间的差别，确定材料输送速率是否应增加、减少或 保持不变，以便使辊压机工作最佳化。利用此方法， 可以做到不必考虑被输送材料的均匀性，使辊压机稳 定地工作在疏松式送料和井筒式送料之间的转折区 内。因此，辊压机可工作于最佳范围内，与此同时还 可避免产生与井筒式送料有关的材料流化问题。

Description

本发明涉及一种控制向粉碎颗粒状原料的辊压机送入材料的方法，此方法包括：

1）在辊压机工作过程中测量表示辊压机工作模式的一个第一参数值;

2）强迫改变向辊压机的材料输入速率;

3）在辊压机工作过程中测量表示辊压机工作模式的新参数值;

4）计算上述所测量的表示辊压机工作模式的参数值的差值;以及

5）把向辊压机的材料输送速率作为上述计算出的差值的函数，使之减小、增大或保持不变。

上述类型的辊压机及其功能例如由美国专利4357287为已知。

原则上，材料可按两种方式送入辊压机，亦即井筒式送料或所谓疏松式送料（供料不足）。

在井筒式送料的情况下，整个辊缝以及其以上的区域内均填满要粉碎的原料，压辊可以将基本上定量的材料拉入辊缝。由于粉碎床厚度/辊缝宽度和咬入角均处于可达到的最大值，以及送料井筒不会出现材料空缺，所以这意味着此辊压机可工作在最佳状态。

然而，井筒式送料有缺点，尤其是在最后粉碎细颗粒产品时，在送料井筒中的材料会产生流化问题，从而造成不规则和不可接受的辊压机工作状态。流化例如是由于在送料井筒中的材料被辊压机的压实区排出的空气吹扫而造成的。降低压辊速度可将流化的趋势减小到一定的程度，然而这将相应地降低压辊的工作能力。

采用疏松式送料可弥补这一缺点，亦即通过减少向辊压机的送料量到这样一种程度，使辊缝中不完全充满原料，从而避免在压辊的上方有料柱。与此同时，压辊可采用较高的速度，以使辊压机有较高的生产率。

在疏松式送料的情况下，通常以某一种方式控制材料输送速率，以保证在辊压机送料不足时，粉碎缝保持在一个略低于最大辊缝宽度的水平，所以送料量逐步地减小，以防送料井筒中材料严重堆积。然而实行这种控制形式无法充分利用辊压机的全部工作能力，为了安全的原因，在疏松式送料时所选择的粉碎床厚度比最大值低得多。

控制向辊压机的材料送入，使之成为偏离工作参数预定值的函数，可以提高辊压机的生产率，这些工作参数例如是辊缝宽度或功率消耗量。按照此方法，用要加工粉碎的材料做了一次实验，以确定工作参数例如辊缝宽度的最大值，材料的输入正是按照这些工作参数来控制的。随后，当辊压机工作时，对材料的送入进行控制，使此参数值（例如辊缝宽度）被保持在一个辊最大值为低的水平（10-15%），并例如通过PID调节器使之保持在一个基本不变的水平。

然而这一方法有缺点，它是以一个假设为基础的，即所要粉碎的原料是相当均匀的。实际上，例如辊缝宽度和必要的粉碎效果，将按照材料的粒度组成、密度、疏松度或湿度的改变而发生显著的变化。所以，尽管上述方法可以改进对材料送入的控制，并因此改善辊压机的工作，但它将难于既避免井筒式送料带的问题又能使辊压机工作在最佳状态。

由美国专利申请4611763已知一种控制向粉碎颗粒状材料的管式粉碎机送料的方法，此涨采用了一个控制器，它通过将一个初始输入设定值与一个由各种监测装置产生的信号进行比较，来控制向粉碎机的材料输送。按照此专利的说明书，此控制器的输出信号在预定的时间内累计，由此使该设定值自动增加一个预定的值，控制器的新输出信号在同样的预定时间内累计。然后，将原有的和新的累计值进行比较，如果新值大于或等于原有的累计输出值，设定值再次自动增加一预定值，而控制器下一个新的输出信号按相同的预定时间累计。然后，下一个新值与紧挨着的前一个值进行比较，如果此新值大于或等于此前一个值，则设定值再次自动增加。如果由控制器得到的最终输出值小于紧挨着的前一个输出值，则设定值减小一个预定值。所以采用这一方法，设定值增加或减少相同的预定值，这要取决于来自控制器的最终获得的输出值大于、等于或小于紧挨着的前一个值。

如果用上述方法控制对辊压机的材料输入，这会涉及到送料井筒中过充满的某种风险，因为按照此方法，如果两次连续完成的测量结果相 同，送料速度将总是增加的，如同辊压机工作于井筒式送料的情况下。

按这种已知的方法，控制工作还要以同时对粉碎机的几个不同工作参数进行测量为基础，这些参数综合构成了计算材料输送速率变化前后有效值的基础，这些变化前和变化后的值还构成了计算一个用以确定材料的输送应增加还是应减小的值的基础。因此，控制工作看来相当复杂，此外，它还要以一个理论上确定的有效参数为基础。

此已知的方法在控制序列之间不允许产生间隔，因为控制序列是相互搭接的，其中，一个控制序列的输出值表示一个周期的终止时刻，而此同一个值在后继的控制序列中则表示新周期的开始时刻。

本发明的目的是提供一种控制向辊压机送料的不复杂的方法，此方法使辊压机能利用其最佳工作能力，与此同时还能避免上述井筒式送料时产生的问题，这意味着向辊压机的材料输送必须基本上保持在一个与辊压机任何具体时刻的工作能力精确相配的水平。

按照本发明，达到这一目的是通过采用一种在本文一开始所述类型的方法，此方法的特征是，第2）步的强迫改变总是减少材料输送速率;在第5）步中向辊压机的材料输送速率，当所述差值在数值上小于或等于所述第一参数值时，按预先的规定减小或保持不变，而当所述差值在数值上大于所述第一参数值且小于或等于一个比所述第一参数值大的第二参数值时，则使它保持不变，以及，当所述差值在数值上大于所述第二参数值时使之增加;表示辊压机工作模式的所述第一参数值和所述新的参数值，都是由一个并仅由一个预定的辊压机工作参数决定的;以及，第1）至5）步在一个具体确定的时间隔内重复进行。

本发明基于下列认识，即，工作参数例如辊缝宽度、粉碎压力、功率消耗等值，在疏松式送料时，根据向辊压机的送料速度而改变;而在井筒式送料时，相应的工作参数值当向辊压机的送料速率改变时不立即变化，因为任何这种改变将只是引起送料井筒中材料的水平面高度发生变化。

因此，按照本发明的方法，可以通过强迫减少送料速率，并通过比较送料速率减少前后辊压机的工作参数，来确定辊压机是工作在疏松式送料状态还是工作在井筒式送料状态。如果送料速率减少前后辊压机工作参数显著变化（当然这是相对于强迫改变的大小而言的），这就标志着辊压机工作在疏松式送料状态，并因此可以增加材料输送速率，以便提高辊压机的生产率。然而，如果材料的输送被强迫减少时辊压机工作参数没有明显的改变，亦即算出的差值因此而基本上等于零，这就表示辊压机工作在伴随有缺点的井筒式送料状态下，因此必须减小送料速率，或至少必须保持不变。之所以即使已查明辊压机正工作在井筒式送料状态但仍可保持送料速度不变的原因是，在下一个控制序列的第2）步，材料输送将总是被强迫减少的，这样会使送料井筒被逐渐排空。在井筒式送料和疏松式送料状态之间的转换区，所算出差值的大小将难以判定，在材料输送减少前和减少后所测得的工作参数的差别，究竟是由于不可避免发生变化引起的“噪声”，还是由于工作条件的特殊改变造成的，因此，按照本发明，可以确定差值的一个过滤区，在这区域内输送速率应始终保持不变。

因此，按照本发明的方法，可以控制向辊压机的材料输送，使送料速率在疏松式送料和井筒式送料状态之间的过滤区保持为常数，从而避免井筒式送料带来的问题，与此同时获得对辊压机生产能力的充分利用。

此外，按照本发明的方法，在辊压机工作于井筒式送料状态以及当两个依次记录的辊压机工作参数之差因此等于零时，保证不增加材料的输送速率。实际上，在井筒式送料的情况下，此方法将使送料井筒  的材料总量逐渐减少，并在查明正在进行井筒式送料的同时或在下一个控制序列中，保证降低向辊压机的送料速率。

与现有已知的方法不同，在那里，表示粉碎机工作状态的信号至少是作为两个工作参数综合的结果;然而按照本发明的方法，可以控制材料的输送，使辊压机的工作最佳比，要做到这一点，只要在使材料输送速率强迫改变时，仅仅记录一个预先确定的工作参数的变化。

由于按照本发明的每一个控制序列循环总是从在第1）步的初始起点重新开始的，并独立于前一个控制序列，所以在信号控制序列之间，可采用任意长度的间隔。在现有的方法中不能做到这一点，在那里，最后算出的输出值首先要用来与紧挨着的上一个输出值进行比较。其结果是，现有方法的控制序列互相搭接，一个控制序列的输出值表示了一个周期的终止时刻，而此同一个值在随后的控制序列中则表示新周斯的起始时刻。

选择用来进行测量的工作参数值可以是扭矩（例如测量马达的电流消耗）、功率消耗、粉碎压力功辊压机的辊缝宽度。因为这些值将根据被输送材料的均匀性而变化，所以还最好在整个时间周期内进行测量，并算出作为此周期内的平均值的工作参数。

为保证辊压机平稳地工作，不应使向辊压机的材料输送速率产生大幅度改变。因此按照本发明，最好使材料输送速率接近于最佳工作状态，每一次的幅度为输送速率的0至10%，最好是0至5%。

当查明辊压机正工作在疏松式送料状态，并因而要求增加材料输送速率，以使辊压机接近最佳工作状态时，应当保证材料输送速率的这一增加大于在控制序列第2）步中强迫实施的输送速率的减少。

要粉碎的材料的均匀性，对于按测得的辊压机工作参数值进行改变的频率和强度来说，当然也是一个影响因素。当粉碎极不均匀的材料时，必须频繁地调整材料输送速率;而当粉碎均匀材料时，情况恰好相反。因此，最好根据材料的均匀度，在0到600秒之间的时间间中重复步骤1）至5），最好在0至180秒之间做这种重复。

由于辊压机工作参数视被输送材料的性质而有很大的变化，所以，在有些情况下，最好将算出的差值表达为材料输送速率变化前后辊压机工作参数的相对差值。

尽管在一些测量周期中，辊压机是在井筒式送料状态下工作，但几乎不能期望各测量周期的平均工作参数会准确地相同，而使算出的差值正好为零。因此，按照本发明，若相对差值小于1%，最好小于0.1%，尤其最好小于0.05%，最好使向辊压机的送料速率按预先的规定减小或保持不变;若差值在1%至3%之间，最好在0.1至1%和尤其最好在0.05至0.1%之间时，输送速率保持不变;若差值超过所述范围的上限值时，要增加向辊压机的材料输送效率。

材料性质突然和明显的变化，会引起工作参数巨大和不希望有的跳跃，并必然导致在工作中产生问题，此外，材料中的大结块会造成辊压机故障，因此，按照本发明，若在送料井筒中的料柱超过规定的水平面时，输往辊压机的材料量最好减少或停止送料。

下面借助于附图和曲线进一步详细说明本发明，其中：

图1为表示辊压机井筒式送料的简图;

图2为表示辊压机疏松式送料的简图;

图3为辊压机的工作曲线，图中粉碎床厚度表示为材料输送速率的函数;以及

图4为辊压机的工作曲线，图中概要表示了按照本发明的控制原图。

图1表示辊压机1井筒式送料的筒图，辊压机1由两个互相对置的旋转辊3和5组成。要粉碎的原料经送料井筒7供入，此井筒7同时还用作为缓冲存贮。因此，辊3和5之间的辊缝以及在此辊缝上方的区域  内，总是填满着材料，由此使辊3和5可将基本上恒定量的材料拉入辊缝中，因而可获得最大的粉碎床厚度tmax和最大咬入角θmax，最大程度地利用了辊压机。tmax和θmax的值取决于所送入材料的性质，如密度和湿度，并取决于压辊的表面特性。

图2是辊压机疏松式送料的简图，要加以粉碎的村料或通过井筒7送入，或从一个图中未表示的配料装置直接送入。若采用疏松式送料，则基本上保证材料输送速率保持材料输送速率保持在一个水平上不改变，这一水平小于或等理论上能由辊压机粉碎的量，因此，在这种工模式中，t和θ的实际值将始终小于或等于在给定条件下可达到的最大值tmax和θmax。

图3表示辊压机三种不同的工作曲线a、b和c，图中将辊压机的工作参数之一，在这里是粉碎床厚度t，表示为材料速率F的函数。如图所示，所有的曲线均有一个转折点K，它将曲线分为斜线和水平线。转折点标志着从疏松式送料转变成井筒式送料，它代表工作曲线上的一个控制点，利用本发明的方法，要求控制辊压机在该处工作。

图3中的曲线b表示粉碎一种“中性材料”;而曲线a则表示粉碎一种高密度和低湿度材料的工作曲线，此时，在压辊和材料之间产生较高的摩擦系统;以及，曲线c为粉碎一种低密度和高湿度的材料时的工作曲线，这将在压辊和材料之间产生较低的摩擦系统。然而，这些曲线只是表示工作条件对工作曲线的影响，在实际上它们是连续变化的。

在粉碎床厚度和辊压机的功率消耗之间基本成比例的条件下，相应的曲线可采用将辊压机功率消耗表示为送料速率的函数。

图4表示了辊压机任意一条工作曲线。曲线分成三个区域O₁、O₂和O₃，O₁区表示在这一输送速率区内辊压机处于疏松分式送料状态;O₂区表示疏松式送料和井筒式送料的过滤区;O₃区表示辊压机工作在井筒式送料的状态下。

借助于本发明的方法，可以在对实际工作曲线没有任何预先了解的情况下，确定辊压机是否工作在O₁区或O₃区，以及是否应增加、减小输送速率或保持其不变。按照本发明，这些是通过测量辊压机的瞬态工作参数值、减小输送速率以及测出新的工作参数值来完成的。当所测得的工作参数值发生变化时，这是一个迹象，它表示辊压机正工作在工作曲线上一个斜率不为零的区域内，因此，可以确定此辊压机正在疏松式送料O₁中工作，故可以增加输送速率。

然而，若所测的两个工作参数值是一致的，这表示曲线斜率为零，辊压机正工作在O₃区，亦即工作在井筒式送料区，因此，必须减小输送速率。

鉴于此，辊压机的工作状态不断地向O₂区移动，最好在经过一段时间后，能稳定在这一区域中工作，所以，送料的模式在“适度的”井筒式送料和“适度的”疏松式送料之间不断变化。

在增加发生变化的频率的同时，减小材料输送速率的百分率改变值，可以使O₂区的范围成为最小，由此使辊压机基本上工作在工作曲线的转折点上。

Claims (10)

1、一种控制向粉碎颗粒状材料的辊压机送入材料的方法，此方法包括：

1)在辊压机工作过程中测量表示辊压机工作模式的一个第一参数值；

2)强迫改变向辊压机的材料输入速率；

3)在辊压机工作过程中测量表示辊压机工作模式的新的参数值；

4)计算上述所测得的表示辊压机工作模式的参数值的差值；以及

5)把向辊压机的材料输送速率作为上述计算出的差值的函数，使之减小、增大或保持不变，

其特征为：第2)步的强迫改变总是减少材料输送速率；在第5)步中向辊压机的材料输送速率，当所述差值在数值上小于或等于所述第一参数值时，按预先的规定减小或保持不变，或当所述差值在数值上大于所述第一参数值并小于或等于一个大于第一参数值的第二参数值时，则使它保持不变，以及，当所述差值在数值上大于所述第二参数值时使之增加；表示辊压机工作模式的所述第一参数值以及所述新的参数值，都是由一个并仅由一个预定的辊压机工作参数决定的；以及，第1)至5)步在一个具体限定的时间间隔内重复进行。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征为：测量扭矩、功率消耗、粉碎压力或辊压机的辊缝宽度，以它们作为辊压机的工作参数值。

3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：所测得的每一个工作参数是作为一个规定的时间周期内的平均值。

4、按照权利要求1所述的主法，其特征为：材料输送速率每一次变化的幅度为输送率的0到10%，最好是0到5%。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征为：所述时间间隔在0到600秒之间，最好在0到180秒之间。

6、按照权利要求1所述的方法，其特征为：计算出的所述差值为所述第一和第二工作参数之间的百分率差值。

7、按照权利要求6所述的方法，其特征为：辊压机的材料输送速率，如果所述差值小于1%，则按预先的规定减少或保持不变;若所述差值在1至3%之间则保持不变;以及，若所述差值大于3%，则增加向辊压机的材料输送速率。

8、按照权利要求6所述的方法，其特征为：向辊压机的材料输送速率，若所述差值小于0.1%，则按预先的规定减小或保持不变，若所述差值在0.1到1%之间则保持不变;以及，若所述差值大于1%，则增加向辊压机的材料输送速率。

9、按照权利要求6所述的方法，其特征为：向辊压机的材料输送速率，若所述差值小于0.05%时按预先的规定减小保持不变;若所述差值在0.05至0.1%之间则保持不变;以及，若差值大于0.1%，则增加向辊压机的材料输送速度。

10、按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：当送料井筒中的料柱超过规定的水平面时，减小或停止向辊压机的材料输送速率。