一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法及系统，获取压辊所受实时挤压力Ne，判断Ne与预设的Nmax、Nmin的大小，如果Ne>Nmax或者Ne

A Control Method and System for the Gap Adjustment Structure of Die Roller of Ring Mold Pelletizer

【技术实现步骤摘要】
一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法及系统
本专利技术属于环模制粒成型
，特别涉及一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法及系统。
技术介绍
环模制粒机是利用环模与压辊之间的相互作用力将粉体物料挤压成型获得所需颗粒的制粒装备。其具有：生产过程连续稳定、生产效率高、原料适应性强、能耗低、成型效果较好、成型率高等优点。作为饲料加工装备的四大主机之一，是直接生产成品饲料颗粒的装备，在很大程度上决定了饲料加工的质量和产量，是所有饲料加工设备中最重要的装备之一，在饲料生产中起着重要作用。环模制粒机的压辊环模间隙对制粒机的性能有着很大的影响，包括对压辊环模的寿命和颗型成型质量等的影响。如果间隙过小，则压辊环模之间的挤压力会增大，导致两者之间的阻力增大，加剧部件的磨损，增大噪音；如果间隙过大，则会导致出料困难、制粒密度过小，颗粒松散。压辊与环模间的间隙调整结构往往比较复杂，目前，环模制粒机的模辊间隙调整都是通过工人手动操作调节的，没有全自动调节装置，更没有相应的控制方法。依靠工人的经验判断间隙调整的时间和程度，可能会出现调整强度的结果没有达到最适宜情况，调整强度不一，依旧会出现堵机或喂料不均等现象，甚至会导致相应的结构变形，影响颗粒机的正常工作，对整机性能十分不利。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法及系统，以实现自动调整模辊间隙，避免间隙不合理导致的压辊环模寿命下降和颗粒成型质量差的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法，包括以下步骤：利用模辊挤压力几何关系：步骤1、计算环模中心到压辊轴心的竖直方向距离；步骤2、计算环模中心到初始偏心压辊旋转中心的距离；步骤3、计算初始偏心压辊中心到环模中心的水平距离；步骤4、计算压辊中心到两次压辊旋转中心的距离；步骤5、计算初始偏心压辊旋转中心到磨损调整后偏心压辊旋转中心之间距离；步骤6、计算旋转角α与初始压辊半径和磨损后压辊半径的关系式：步骤7、计算挤压力：根据压辊受理分析，计算挤压力；步骤8、根据物料挤压高度，计算挤压区圆心角与变形压紧区圆心角与压辊半径的关系；步骤9、计算挤压力N与压辊半径r的关系式；步骤10、计算旋转角α与挤压力N的关系，若α＞0，则控制旋转电缸逆时针旋转；若α＜0，则控制旋转电缸顺时针旋转。一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制系统，包括环模、偏心轴、固定板、旋转电机、主动带轮、从动带轮、传动带、设置在环模内的两个轴向平行设置的压辊、锁紧装置、测试单元、控制单元；所述压辊通过偏心轴支撑在支撑座上；偏心轴上下与压辊之间均设有支撑轴承进行支撑；使得压辊可相对偏心轴旋转；两个偏心轴上端均与固定板相连；所述偏心轴可相对固定板和支撑座转动；所述旋转电机与固定板固连；所述旋转电机转动轴与主动带轮相连；两个偏心轴上均设有从动带轮；主动带轮通过传动带与两个从动带轮相连；所述固定板上设有锁紧装置，用于打开和锁紧两个偏心轴；所述测试单元设置在压辊外壳上，用于测试压辊与环模之间的挤压力；所述控制单元用以控制旋转电机、锁紧装置的工作；根据挤压力控制旋转电机旋转角度。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)本专利技术的环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法及系统，模辊间隙调整结构通过压力感知判断模辊间隙是否需要调整；利用集流环、电刷、应变计三者互相配合在高粉尘、高旋转工况下实时检测挤压力；利用偏心轴调隙原理通过旋转电机高精度调整模辊间隙；利用三爪卡盘锁紧偏心调整机构，保证机构的安全工作；实现了集感知和自适应调整为一体的调整机构。(2)本专利技术根据压力模块实时获取的压力值Ne与Nmax、Nmin进行比较，保证一次调整机构可以正常工作较长时间，提高了稳定性。(3)本专利技术，调整机构与控制方法结合，解决了现有的模辊间隙只能依靠工人手动的问题，实现了自动化调整。附图说明图1是本专利技术的间隙调整控制方法的一个实施例的流程图。图2是本专利技术的模辊挤压力几何模型。图3是本专利技术的物料压强分布原理图。图4是本专利技术的物料压强分布示意图。图5是本专利技术的模辊间隙调整结构的轴测图。图6是本专利技术的模辊间隙调整结构的主视图。图7是本专利技术的模辊间隙调整结构的压辊组件的剖视图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图2，为模辊挤压力几何模型。压辊经过使用磨损后，相应的半径会减小，故需要重新调整压辊的位置使其与环模的距离保持在合适范围之内。图5中，O为环模旋转中心；P为压辊轴旋转中心；O1是初始偏心压辊轴旋转中心；O2是磨损调整后压辊旋转中心；A点是P点在环模竖直半径方向上的投影；调整压辊偏心轴时是绕压辊轴进行旋转，故相当于绕图示P点旋转。假设初始状态时压辊的半径O1C1为r1，位于图5中圆a的位置。磨损后的压辊半径变为r2，位于图5中圆b的位置；调整压辊偏心轴将圆2旋转至圆c处,半径O2C2为r2。结合图1-图4，本专利技术的一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法，包括以下步骤：步骤1、计算环模中心O到压辊轴心P的竖直方向距离dOA：其中l是压辊在安装时，压辊轴心P与环模中心O之间的距离dOP，e是压辊轴中心P旋转中心到环模中心O的偏心距dAP。步骤2、计算环模中心O到初始偏心压辊旋转中心O1的距离其中R是环模半径。步骤3、计算初始偏心压辊中心O1到环模中心O的水平距离步骤4、计算压辊中心P到两次压辊旋转中心O1，O2的距离O1P,O2P：步骤5、计算初始偏心压辊旋转中心O1到磨损调整后偏心压辊旋转中心O2之间距离根据几何关系，在ΔOPO2中，利用余弦定理可得：式中是磨损调整后的偏心压辊旋转中心O2到环模中心O的距离。将式(4)带入可得：在ΔOPA中∠β＝∠AOP：同理在ΔOO1O2中，利用余弦定理可得：带入与得：步骤6、计算旋转角α与初始压辊半径r1和磨损后压辊半径r2的关系式：式中∠O1OO2＝∠β-∠POO2，故：又在ΔO1O2P中，联立式(9)(10)(11)可得旋转角α与初始压辊半径r1和磨损后压辊半径r2的关系式：步骤7、计算挤压力：根据压辊受理分析，计算挤压力。结合图6，挤压力N的表达式如下：N＝P1A1+P2A2＝(P1α1+P2α2)RB(13)其中P1为挤压区压强；A1为挤压区面积；P2为变形压紧区平均压强；A2为变形压紧区面积；α1为挤压区圆心角；α2为变形压紧区圆心角；挤压区圆心角与变形压紧区圆心角之和为圆心角α0；R为环模半径；B为环模宽度。根据图6所示，变形压紧区的平均压强是挤压区压强的一半，故式(13)为：步骤8、计算挤压区圆心角α1与变形压紧区圆心角α2与压辊半径r的关系：挤压区圆心角与变形压紧区圆心角之和(圆心角α0)与物料挤压高度h有入下关系：r2＝(R-r)2+(R-h)2-2(R-r)(R-h)cosα0(15)其中，r为压辊半径；h为挤压物料高度。而挤压物料高度h又与环模转速n、单位时间产量q、环模开孔率ε、环模半径R、环模宽度B、物料初始容重ρ1之间存在如下关系：q＝6×10-11Zε[πR2-π(R-h)2]Bρ1n(16)其中，q为单位时间产量；n为环模转速；ρ1为物料初始容重；Z是压辊个数。所以联立式(15)(16)得：如果按照基础物料估算产量，并设挤压区物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：利用模辊挤压力几何关系：步骤1、计算环模中心到压辊轴心的竖直方向距离；步骤2、计算环模中心到初始偏心压辊旋转中心的距离；步骤3、计算初始偏心压辊中心到环模中心的水平距离；步骤4、计算压辊中心到两次压辊旋转中心的距离；步骤5、计算初始偏心压辊旋转中心到磨损调整后偏心压辊旋转中心之间距离；步骤6、计算旋转角α与初始压辊半径和磨损后压辊半径的关系式：步骤7、计算挤压力：根据压辊受理分析，计算挤压力；步骤8、根据物料挤压高度，计算挤压区圆心角与变形压紧区圆心角与压辊半径的关系；步骤9、计算挤压力N与压辊半径r的关系式；步骤10、计算旋转角α与挤压力N的关系，若α＞0，则控制旋转电缸逆时针旋转；若α＜0，则控制旋转电缸顺时针旋转。

【技术特征摘要】
1.一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：利用模辊挤压力几何关系：步骤1、计算环模中心到压辊轴心的竖直方向距离；步骤2、计算环模中心到初始偏心压辊旋转中心的距离；步骤3、计算初始偏心压辊中心到环模中心的水平距离；步骤4、计算压辊中心到两次压辊旋转中心的距离；步骤5、计算初始偏心压辊旋转中心到磨损调整后偏心压辊旋转中心之间距离；步骤6、计算旋转角α与初始压辊半径和磨损后压辊半径的关系式：步骤7、计算挤压力：根据压辊受理分析，计算挤压力；步骤8、根据物料挤压高度，计算挤压区圆心角与变形压紧区圆心角与压辊半径的关系；步骤9、计算挤压力N与压辊半径r的关系式；步骤10、计算旋转角α与挤压力N的关系，若α＞0，则控制旋转电缸逆时针旋转；若α＜0，则控制旋转电缸顺时针旋转。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤6中旋转角α与初始压辊半径r1和磨损后压辊半径r2的关系式为：其中R是环模半径；l是压辊在安装时，压辊轴心与环模中心之间的距离；是压辊轴中心旋转中心到环模中心的偏心距。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，步骤7中挤压力N的表达式为:其中P1为挤压区压强；α1为挤压区圆心角；α2为变形压紧区圆心角；B为环模宽度。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤8中挤压区圆心角α1为：其中Z是压辊个数；q为单位时间产量；n为环模转速；ρ2为挤压区物料容重；ε为环模开孔率。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，步骤10计算旋转角α与挤压力N的关系为：其中Ne为实时挤压力，finverse(N)函数表示对挤压力N与压辊半径r的关系式的反函数。6.一种环模制粒机模辊间隙调整结构的控制系统，其特征在于，包括环模(1)、偏心轴(2)、固定板(3)、旋转电机(8)、主动带轮(7)、从动带轮(23)、传动带(5)、设置在环模(1)内的两个轴向平行设置的压辊(9)、锁紧装置(4)、测试单元、控制单元；所述压辊(9)通过偏心轴(2)支撑在支撑座(10)上；偏心轴(2)上下与压辊(9)之间均设有支撑轴承(26)进行支撑；使得压辊(9)可相对偏心...

【专利技术属性】
技术研发人员：武凯，孙宇，华晨光，倪俊，王禹，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32