铺料厚度自控式喂料机的研究与应用

何天佑 马文海 夏长安 周德荣

（红塔集团楚雄卷烟厂，云南 楚雄 675000）

叶片复烤是打叶复烤加工中的关键工序，其工艺任务是调整打后烟片中的水份和温度，去除烟片中的杂气，杀灭烟片中的害虫和病菌，使烟片适合贮存、醇化和人工发酵［1-2］。烟叶进入烤机前，需经刮板喂料机后进入提升喂料机，提升喂料机将烟叶均匀地铺在烤机网带上，烟叶随网带进入干燥、冷却、回潮处理。常规提升喂料机只能对上级电子皮带秤的物料进行定量喂料，无法实现实时的微调整，由于不同等级、不同时段的烟叶厚度、水分、比重等物理特性不同，会造成铺料厚度不均匀的情况，导致烟叶进入烤机后气流通过性呈现纵向差异，最终烟叶的温度和水分均匀性较差。

1 喂料机的功能介绍

1.1 功能用途

叶片复烤机入口提升喂料机主要的功能是对进入叶片复烤机的物料进行缓存、松散并均匀喂料，避免由于进入叶片复烤机的物料不松散和物料不均匀对叶片复烤机产品质量造成影响。

1.2 特点分析

在复烤行业，常用的提升喂料机有旁链式提升喂料机、皮带耙钉式提升喂料机。区别在于传动形式的不同，旁链式提升喂料机具有更大的输送能力，不容易打滑，常用于喂料角度大、空间大的场合，但是本身自重大、设备故障率较高；皮带耙钉式喂料机是结合了皮带式和旁链式两种喂料机的特点，能够实现较短距离的大角度喂料。

旁链式喂料机容易故障的原因主要是由于喂料机安装空间过小的情况下，提升角度大，运行轨迹为 “Z”子型，传动负载主要集中在转角处，提升机运行速度快，造成旁链、链轮、皮带磨损较大，由于转角处包角较大，造成链片、背担在转角处扭力较大，容易造成链片、背担断裂［4］。

出现铺料不均匀的主要原因是在电子秤后端的喂料中，缺少料量、料位的检测装置，当出现电子秤的流量波动和刮板喂料机刮板的线速度与弧形输送带的速度不一致时，造成的物料不均匀情况无法控制和改善。

2 研究思路

2.1 检测单元的设计

在提升机均料辊的进料端，沿物料流向左右两侧设置一对超声波传感器，用于检测均料辊进料端的料厚及堆积料情况；在烤片机的进料端网带上方设置两个超声波传感器检测烤片机输送网带上的烟片铺料厚度。超声波传感器的特点是频率高、方向性好、能够成为射线而定向传播、检测稳定性好、工作温度比较低、可长时间工作而不失效。常用在检测有色物体及检测光滑、粗糙、有光泽等材质的物体表面以及检测不规则物体的情况，符合烟叶的特点。

测距原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，到达测量目标 （烟叶表面）后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。

s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t/s，超声波传播速度为v/m·s表示，则有关系式s=vt/2；在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式v=331.4+0.607T对超声波传播速度加以修正，以减小误差。式中，T为实际温度，℃；v为超声波在介质中的传播速度，m/s。

2.2 反馈控制上级喂料

通过实时对比检测信号，对上级喂料单元进行反馈控制。一是通过料仓内两对纵向传感器信号反馈控制电子秤喂料速度，二是通过两个横向传感器信号反馈控制输送带变频器，进而控制输送带速度，三是通过网带上方的一对横向传感器信号反馈控制主网带速度，四是增加流量超限的报警功能，以便操作人员及时干预。

3 具体实施情况

3.1 硬件部分实现

铺料厚度自控喂料机包括刮板喂料机1、导料板2、皮带输送机3、均料辊4、主动轴电机5、出料端传感器6、进料端传感器7、输送带8、烤片机进料区9，见图1。刮板喂料机的出料口与皮带喂料机的进料口相对接，皮带喂料机内部设有连接主轴电机的输送带，主轴电机上安装有变频器，输送带中段顶部设有与气缸相连的均料辊，所述皮带喂料机的进料端与出料端分别安装有出料端超声波传感器和进料端超声波传感器，出料端超声波传感器、进料端超声波传感器以及变频器均与控制器相连接。

3.2 控制功能实现

控制原理：见图2。

控制程序：要实现物料厚度的自控制，需要具有以下八个基础程序，见表1，分别实现检测、控制、报警的功能。

表1 控制程序

3.3 异常检测

对皮带机被动辊增加转动检测，比较流量信号和检测信号可判断输送带是否打滑，可检测由于输送带张紧力不足或堵料造成的输送带打滑。只需要在一侧轴头增加金属接近开关，被检测量为及时定量，可以间接判断物料有无异常情况。

4 结语

通过对前后端料层厚度的检测，实现了闭环反馈控制技术；通过料层厚度的检测，将检测结果反馈到控制器对皮带机主轴电机变频器进行自动控制，用以控制皮带机带面速度，实现对料层厚度的自动控制，同时对出料端的料层厚度进行检测，用以补偿调整量；通过以上控制技术的使用，解决相同流量下不同等级烟叶的铺料厚度不一致、料层厚度不均匀的问题，同时能有效减少喂料机堵料故障。