CN112317012A

CN112317012A - 一种碾米机及其碾米压力控制方法

Info

Publication number: CN112317012A
Application number: CN202011103410.0A
Authority: CN
Inventors: 蒋志荣
Original assignee: Changsha Rongye Intelligent Manufacturing Co ltd
Current assignee: Changsha Rongye Intelligent Manufacturing Co ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2040-10-15
Also published as: CN112317012B

Abstract

本发明公开了一种碾米机及其碾米压力控制方法，通过对碾米机出料口压力的实时感知而确定碾米机的碾米压力，并进一步将实际碾米压力始终稳定在目标碾米压力，从而保证碾米加工的均匀品质以及碾米压力与碾米目标精度的精准匹配。

Description

一种碾米机及其碾米压力控制方法

技术领域

本发明涉及碾米机控制领域，特别是一种碾米机及其碾米压力控制方法。

背景技术

碾米作为大米加工的核心工序，其碾米压力是碾米工艺好坏的决定性因素：碾米压力既决定了大米的加工精度，还决定了大米的加工损耗。在当前大米加工生产中，碾米机的控制依据取决于其工作电流，而控制方法则主要依赖于人工移动压砣位置，由此带来以下碾米控制的问题：

1、工作电流与碾米压力不呈线性关系；

2、流量、水分、粒型等变化都将带来碾米压力较大幅度的变化，而碾米机出糠筛网的实时通畅程度可带来碾米压力的剧烈变化；

3、碾米压力的不断变化，直接导致碾米质量极不均匀；

4、非线性的控制依据与粗犷的控制方式，直接导致碾米工序的巨大损耗，严重阻碍了大米加工在核心工序的数字化、网络化与智能化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，一种碾米机及其碾米压力控制方法，实时监测碾米机出料口压力，保证将实际碾米压力始终稳定在目标碾米压力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种碾米机，包括出料口开合板；所述出料口开合板一侧与第一连接轴固定连接，且所述出料口开合板开合时带动所述第一连接轴转动；所述第一连接轴与第二连接轴连接；所述第二连接轴上安装有第一传动机构；所述第一传动机构与弹性件一端固定连接；所述弹性件另一端与拉力传感装置固定连接。

碾米机出料板的开合程度决定了出料流量的大小，其压力即为碾米机的碾米压力，在碾米机入料流量稳定的条件下，出料板的开合度决定了原料在碾米室的停留时间，对于具体的某一台碾米机与具体的加工原料，原料在碾米室的停留时间直接决定加工精度，也决定了加工损耗，本发明中，出料口开合板的开合，带动凹轮同步旋转，弹性件随着凹轮的旋转而拉伸，弹性件的另一端与拉力传感器（拉力传感装置）的拉线相连，拉力传感器实时测量弹性件拉力，弹性件的拉力即为凹轮的扭力，凹轮的扭力即为碾米机出料开合板承受的压力，出料开合板承受的压力即为碾米机碾米压力。可见，本发明可以实时监测碾米机出料口压力。

为了简化设计，降低成本，本发明所述第一传动机构为凹轮；所述弹性件安装于所述凹轮的凹槽内。

所述凹轮上设置有与所述凹槽尺寸匹配的固定套，且所述弹性件一段设置于所述固定套与所述凹槽围合而成的空间内。固定套可以防止弹性件从凹轮的凹槽内滑移出来，提高了装置的可靠性。

所述弹性件一端通过定位件与所述拉力传感装置固定连接。定位件用于防止弹性件靠近拉力传感装置的一端偏移，进一步提高了装置使用的可靠性，同时进一步保证监测到的压力准确可靠。

为了进一步提高使用可靠性，降低成本，简化结构，本发明采用的弹性件为弹簧；所述弹簧靠近所述拉力传感装置的一端与拉线固定连接；所述拉线与所述拉力传感装置固定连接。

为了实时匹配并始终保持实际碾米压力与目标碾米压力一致，本发明的碾米机还包括第二传动机构；所述第二传动机构与所述弹性件靠近所述拉力传感装置的一端抵接，且所述弹性件能在第二传动机构的作用下拉伸或回缩。

本发明所述第二传动机构包括相互啮合的涡轮与蜗杆；所述涡轮上固定有可随所述涡轮转动的固定轴；所述弹性件靠近所述拉力传感装置的一端与所述固定轴表面一侧抵接。采用涡轮蜗杆机构，结构简单可靠，控制简单，实用性强。

所述涡轮上的齿轮为斜齿轮。斜形齿保证了涡轮的齿与蜗杆的齿之间的无缝切换。

本发明还提供了一种上述碾米机的碾米压力控制方法，该方法包括：比较拉力传感装置检测到的拉力与目标碾米压力，若所述拉力传感装置检测到的压力大于目标碾米压力，则减小弹性件的拉力，直至所述拉力传感装置检测到的压力与所述目标碾米压力一致；若所述拉力传感装置检测到的压力小于目标碾米压力，则增大弹性件的拉力，直至所述拉力传感装置检测到的压力与所述目标碾米压力一致。

借由上述方法，通过对碾米机出料口压力的实时感知而确定碾米机的碾米压力，并进一步将实际碾米压力始终稳定在目标碾米压力，从而保证碾米加工的均匀品质以及碾米压力与碾米目标精度的精准匹配。

所述拉力传感装置每隔时间T获取一次拉力信息。T可以根据实际使用需要设置，例如可以设置为5毫秒，即可以实现毫秒级实时感知而确定碾米机的碾米压力。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1、本发明可以实时监测碾米机出料口压力，在此基础上，可以进一步将实际碾米压力始终稳定在目标碾米压力，从而保证碾米加工的均匀品质以及碾米压力与碾米目标精度的精准匹配；

2、本发明的结构简单，成本低，实用性强；

3、本发明的控制简单，容易实现，可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例主视图。

图2为本发明实施例传动机构部分侧视图（包括安装支架）。

图3为本发明实施例传动机构部分结构示意图；

图4为本发明实施例传动机构部分移除涡轮后的剖视图；

图5为本发明实施例传动机构部分侧视图（未示出安装支架）。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例中，出料口开合板1与第一连接轴2（即压砣连接杆）固定连接，出料口开合板开合时，带动第一连接轴2转动。第一连接轴2通过套件3与第二连接轴4（即凹轮主轴）连接。其中，套件3可以是联轴器。

如图2和图5，第二连接轴4上套设有凹轮5（第一传动机构），凹轮5的凹槽内设置有弹簧6，弹簧6的一端与凹轮5固定连接，另一端通过拉线7接拉力传感器8。拉力传感器8固定在壳体9顶端。拉力传感器8下方的壳体9内固定有两根并排设置的轴10（用作固定件），两根轴10一端相互接触，且两根轴10相互接触的一端表面均设有凹槽（图中未示出），拉线7设置在两根固定轴贴合位置的凹槽内，凹槽应当与拉线7直径匹配，用于防止拉线偏移。

如图2，本发明实施例的外壳，可以安装于安装支架16上。

碾米机出料板的开合程度决定了出料流量的大小，其压力即为碾米机的碾米压力，在碾米机入料流量稳定的条件下，出料口开合板的开合度决定了原料在碾米室的停留时间，对于具体的某一台碾米机与具体的加工原料，原料在碾米室的停留时间直接决定加工精度，也决定了加工损耗。出料口开合板开合，带动凹轮同步旋转。通过控制凹轮的旋转位置，可以控制出料口开合板的位置（即开合度），同时通过测量凹轮的扭力来确定出料板承担的碾米压力：将弹簧的一端固定在凹轮上，弹簧随着凹轮的旋转而拉伸，弹簧的另一端则与拉力传感器的拉线相连，拉力传感器实时测量弹簧拉力，弹簧的拉力即为凹轮的扭力，凹轮的扭力即为碾米机出料开合板承受的压力，出料开合板承受的压力即为碾米机碾米压力。

如图3和图4，本发明实施例的第二传动机构为涡轮蜗杆机构，涡轮11与蜗杆12齿合，蜗杆12由伺服电机13驱动，带动涡轮转动。涡轮11上设置有固定轴14，固定轴14表面一侧与拉线7接触（抵接）。从图3可知，涡轮顺时针转动时，固定轴随着涡轮向右侧移动（以图4为参考），使得拉线7的拉力增大，从而拉伸弹簧。涡轮逆时针转动时，固定轴向左侧移动，拉线7的拉力减小，弹簧回缩。

从图5可见，本发明实施例在与凹轮不同轴的涡轮（斜形齿齿轮）侧面面板上安装固定轴14，固定轴14随着涡轮的转动而作弧形运动，由此而改变拉线长度，从而使得弹簧随之拉伸与回缩，涡轮的旋转由伺服电机通过蜗杆（螺纹杆）驱动，涡轮的斜形齿保证了齿与齿之间的无缝切换。

凹轮上设置有与凹槽尺寸匹配的固定套15，弹簧的中段设置在固定套与凹轮的凹槽围合而成的空间内，防止弹簧从凹槽内滑移出来。

本发明另一实施例还提供了一种对碾米压力进行在线闭环反馈控制的方法：根据拉力传感器输出的碾米压力与目标碾米压力之间的偏差进行毫秒级的控制动作，当碾米压力大于目标碾米压力时，控制器驱动伺服电机，带动固定轴朝减小弹簧拉力的方向移动，直到传感器（拉力传感器）输出的碾米压力与目标碾米压力一致；当碾米压力小于目标碾米压力时，控制器驱动伺服电机，带动固定轴朝增大弹簧拉力的方向移动，直到传感器输出的碾米压力与目标碾米压力一致。因为每个控制动作一次闭环的回合时间可以设置为10～20毫秒，所以其控制节奏完全能满足控制要求。

为进一步说明上述实施例的闭环控制过程，以下对一轮实际控制动作进行具体描述：

1、确定当前碾米机入料流量；

2、根据生产线实际需求，确定当前碾米机的碾米达标率为95%；

3、当前流量下，95%的碾米达标率对应了该碾米机的碾米压力为18.1牛（N）；

4、确定当前该碾米机当前流量下的目标碾米压力为18.1牛（N）；

5、因碾米机出糠筛网数量不定的小部分网孔不断在通畅与不通畅之间变化，以及来料水分、粒型的不断变化，在不执行控制动作时，通过毫秒级拉力传感器的实时测量，发现该碾米机的碾米压力在17.5-19.3N之间上下浮动，在最小值与最大值之间剧烈抖动的最短时间为2秒；每100毫秒（0.1秒）内碾米压力变化的最大值达到0.6N；

这些变化导致的直接结果是：碾米达标率随着碾米压力的变化而变化，并由此带来碾米品质不均匀；同时，为了在不均匀的条件下保证产品达标，生产中不得不加大碾米压力，从而造成大米加工的巨大损耗，即碾米压力越大，米粒被碾磨掉的就越多，碎米也越多；但当碾米压力不足时，又不能碾磨掉米粒中不宜于食用的皮层。

6、拉力传感器每5毫秒读取一次传感信息，即每5毫秒获取一次碾米压力数据，利用当前获取的碾米压力数据计算伺服电机的控制指令，得到控制指令为：伺服电机正向驱动15个脉冲，增大碾米压力10克；

7、指令下达至伺服电机，电机响应指令，正向驱动20个脉冲，电机从接收指令到完成指令的时间为5毫秒；

8、从传感器执行传感指令到伺服电机完成控制指令的一次闭环控制时间为10毫秒；

9、传感器读取下一个碾米压力数据，计算出下一个控制指令，伺服电机执行下一个指令。

如此循环，使得碾米压力始终保持在18.1N。

Claims

1.一种碾米机，包括出料口开合板；所述出料口开合板一侧与第一连接轴固定连接，且所述出料口开合板开合时带动所述第一连接轴转动；其特征在于，所述第一连接轴与第二连接轴连接；所述第二连接轴上安装有第一传动机构；所述第一传动机构与弹性件一端固定连接；所述弹性件另一端与拉力传感装置固定连接。

2.根据权利要求1所述的碾米机，其特征在于，所述第一传动机构为凹轮；所述弹性件安装于所述凹轮的凹槽内。

3.根据权利要求2所述的碾米机，其特征在于，所述凹轮上设置有与所述凹槽尺寸匹配的固定套，且所述弹性件一段设置于所述固定套与所述凹槽围合而成的空间内。

4.根据权利要求1所述的碾米机，其特征在于，所述弹性件一端通过定位件与所述拉力传感装置固定连接。

5.根据权利要求1所述的碾米机，其特征在于，所述弹性件为弹簧；所述弹簧靠近所述拉力传感装置的一端与拉线固定连接；所述拉线与所述拉力传感装置固定连接。

6.根据权利要求1～5之一所述的碾米机，其特征在于，还包括第二传动机构；所述第二传动机构与所述弹性件靠近所述拉力传感装置的一端抵接，且所述弹性件能在第二传动机构的作用下拉伸或回缩。

7.根据权利要求6所述的碾米机，其特征在于，所述第二传动机构包括相互齿合的涡轮与蜗杆；所述涡轮上固定有可随所述涡轮转动的固定轴；所述弹性件靠近所述拉力传感装置的一端与所述固定轴表面一侧抵接。

8.根据权利要求7所述的碾米机，其特征在于，所述涡轮上的齿轮为斜齿轮。

9.一种权利要求1～8之一所述碾米机的碾米压力控制方法，其特征在于，该方法包括：比较拉力传感装置检测到的拉力与目标碾米压力，若所述拉力传感装置检测到的压力大于目标碾米压力，则减小弹性件的拉力，直至所述拉力传感装置检测到的压力与所述目标碾米压力一致；若所述拉力传感装置检测到的压力小于目标碾米压力，则增大弹性件的拉力，直至所述拉力传感装置检测到的压力与所述目标碾米压力一致。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述拉力传感装置每隔时间T获取一次拉力信息。