柜式喂料機可實現(xiàn)物料的連續(xù)輸送以及生產工序間的緩沖和調節(jié) 。由于能有效減少傳統(tǒng)倉儲式喂料機定期更換提升帶旁鏈的工作量 因此柜式喂料機逐步應用于各煙廠，并常與計量管、電子秤組合成為定量喂料系統(tǒng).在實際使用過程中，該系統(tǒng)存在堵料、流量不均等問題,各煙廠也對其做出了相應的改進。巫海鷹 通過 PLC 設置提升帶積料解決了料頭流量不足的問題，底帶提速及松料輥反轉降低了料尾時間。戴宇昕等 通過優(yōu)化喂料機松料輥與底帶速比配置，改造側面弧形板等措施，降低了出料結團、流量驟降及堵料頻次，減少了平均尾料時間。上述改進在一定程度上解決了出料不均以及其他出料問題，但并未解決整個定量喂料系統(tǒng)的堵料問題。為此，從柜式喂料機自身儲柜結構、以及后續(xù)的儲柜—電子秤匹配控制等方面入手，對定量系統(tǒng)進行改進，以解決實際生產中的問題。

1.存在問題

定量喂料系統(tǒng)主要由柜式喂料機、爬坡輸送帶、控制計量管、電子秤等設備組成，具體布局如圖 1 所示。定量喂料系統(tǒng)在使用過程中連續(xù)發(fā)生堵料，統(tǒng)計多達18． 7 次 / 月，堵料主要發(fā)生在尾料階段的柜式喂料機出口處，以及爬坡輸送帶與計量管間的落料口處，導致后續(xù)的加料、烘絲等工序出現(xiàn)停機斷流現(xiàn)象，影響工藝質量以及生產進度。

1． 1 柜式喂料機

柜式喂料機的出料主要由底帶和松料輥配合完成，在出料過程中，松料輥不斷地反向回撥，達到松散物料的目的。在尾料階段，為了避免出現(xiàn)尾料過長的問題，大部分的煙廠實施松料輥反轉，底帶全速的尾料控制模式 而堵料常出現(xiàn)在該階段。

通過觀察發(fā)現(xiàn)，尾料階段松料輥反轉時，沿物料前進方向，松料輥撥釘?shù)倪\轉與底帶主輥的運轉方向一致，這造成物料在離開底帶的過程中所通過的高度呈楔形減小，如圖 2 所示。物料逐漸被撥釘擠壓并壓實。此時由于底帶全速送料，很容易造成物料在楔形縮口處卡死從而形成堵料。即便該位置未發(fā)生堵料，被壓實的物料也容易結成煙餅，對后續(xù)工序尤其是烘絲工序造成影響。倘若降低尾料階段的底帶轉速，或者取消該階段的松料輥反轉，由于該階段的物料量少，物料高度降低且不再有后續(xù)物料的推進力，物料將會不斷被逆向的松料撥釘掃倒，并在慢速的底帶運轉中造成尾料過長。因此，調整松料輥與底帶間隙，增大楔形縮口空間是改善尾料階段物料出柜堵料的關鍵。

1． 2  底帶及提升帶

爬坡帶與計量管間的落料斗頻繁堵料主要出現(xiàn)在落料斗縮口處，料斗的縮頸導致大塊的煙葉和成堆的煙絲難以通過，尤其以卷煙薄片的頻次最高。通過觀察發(fā)現(xiàn)，這主要由柜式喂料機出料斷續(xù)、波動導致爬坡帶上存在物料扎堆造成。而由于出料不均屬柜式喂料機的先天結構缺陷，要進行改進彌補，所費成本過高，因此只能通過對下游的計量管、爬坡帶及柜式喂料機底帶的控制搭配來進行補償改進。

在原有計量管與輸送帶的搭配控制方式中，設置40 s 為 1 個區(qū)間，在這個區(qū)間當中，如果計量管的低、中、高料位光電管都被遮住，那么計數(shù) 1 次，如果計數(shù)超過 2 次則同時降低喂料機底帶和爬坡輸送帶的頻率2 Hz; 相對的，如果料位過低導致低料位光電管露出，那么一次性增加底帶和提升帶頻率 4 Hz。

這種控制方式的弊端在于: 當料位過高時，需要遮住 2 次高料位光電管，即底帶和提升帶停機 2 次才會降低二者頻率，這樣一方面導致上游爬坡帶、底帶的降速反應過慢，造成物料堵塞的情況下仍然在加速往計量管進料; 另一方面則造成爬坡帶、儲柜底帶的頻繁停機，對喂料機布料的均勻性有很大影響。與此相對應的，當料位低于低料位光電管，底帶和提升帶頻率一次性增加 4 Hz，如果這時來料過少或者處于尾料狀態(tài)，就不足以提升計量管中的料位，會造成電子秤流量跟不上，影響后續(xù)工序的工藝質量。

1． 3 計量管與電子秤

如前文所述，造成爬坡帶與計量管間落料斗縮口堵料主要由于柜式喂料機出料不均，而對其的補償改進除了計量管及輸送帶的控制搭配還包括光電管位置的設置。

計量管是為緩沖物料波動而設置，當來料流量穩(wěn)定時，物料基本穩(wěn)定在計量管的中料位光電管附近，此時前后的輸送帶以設定速度平穩(wěn)運行。當來料流量波動較大時: 若料位低于低料位光電管，計量管的低料位光電管導通，上游輸送帶相應提速，使上游物料快速輸送到電子秤上，穩(wěn)定電子秤帶速; 反之，若料位高于高料位光電管，高料位光電管導通，上游輸送帶相應減速，使電子秤帶面物料量穩(wěn)定。因此對于物料扎堆導致的落料斗堵料，其計量管的控制關鍵在于高位光電

管的觸發(fā)能否反應來料量大小 。

一般的光電管被觸發(fā)僅僅只是反應來料多少的趨勢，為避免調整過頻導致物料波動過大，調整不能立即做出，需要設置一定時間的延時。在這種控制條件下，一般的來料扎堆，在計量管的緩沖下，通過后續(xù)輸送帶的降速，可以順利通過落料口縮頸。而當來料扎堆持續(xù)較長的情況下，物料快速布滿整個計量管并觸發(fā)高料位光電管，此時后續(xù)設備處于延時而并不會立即停止，如果這段時間后續(xù)又連續(xù)出現(xiàn)料量較大的煙堆落下，而高料位光電管與縮口的空間不足，那么物料就會在縮口處阻塞積壓造成堵料，如圖 3 所示。

因此調整好高料位光電管位置，使其與落料斗縮口保留足夠的空間，即在被觸發(fā)后，能使延時階段的來料不會快速填滿至頸縮處。同時，也應注意不能將高料位光電管位置調得過低，否則將可能導致其被頻繁觸發(fā)，令上游輸送帶不斷啟停。

2.改進措施

2． 1  松料松料輥的間隙調整

柜式喂料機出料處的松料輥與底帶形成楔形空間，在尾料階段造成堵料的問題，主要通過調整松料輥軸承座的位置來解決。

由于尾料反轉階段松料輥撥釘與底帶距離過近導致堵料，因此將松料輥所在軸承座墊高 h，以加大松料輥軸與底帶主動輥的距離。為避免松料輥在正常出料即正轉階段出現(xiàn)撥不到料的情況，將松料輥再沿出料方向移動。最終結果令松料輥軸承座水平移動，移動量為 h / cos α，通過試驗，將 h 設定為 8 mm，楔形空間的斜度緩解，如圖 4 所示。

同時，對于葉絲段而言，松料輥軸移動后造成撥釘頂尖與底帶的距離增大，這加大了煙絲被摁壓卡滯在撥釘間與底帶的幾率，使出料的絲團數(shù)量增多。對此可以通過延長撥釘長度，使其頂尖與底帶距離與改進前相同來解決。

2． 2 底帶出料頻率調整

針對底帶和提升帶調速方案與計量管料位光電管不匹配，導致下游出料不均及堵料的問題，主要通過重新制定匹配方案來解決。

在新方案中，對儲柜底帶及爬坡帶均設置調速頻率上下限，2 者采用相同的調速方案，但是按照不同的調速數(shù)值同時進行調整。其共用的調速方案模型為

其中，f 為底帶或爬坡帶即時頻率 / Hz，fmin 、fmax 分別為頻率上下限 / Hz， f1 、 f2 、 f3 分別為調整數(shù)值 /Hz，a、b、c 分別為高、中、低料位光電管，0 為無料位信號，1 為有料位信號。

該方案不再通過區(qū)間及計數(shù)來調整底帶及爬坡帶速度，而是著眼于即時性調整。

1)  當料位低于低料位光電管時，瞬時增加底帶和提升帶頻率，并且為了快速響應料位的不足，提升帶頻率增加值大于底帶頻率增加值，如果經過延時后仍然料位不足，就繼續(xù)循環(huán)提升底帶和提升帶頻率;

2)  若來料能且只能遮住低料位光電管，則期待料位能繼續(xù)上升，若一定延時后料位仍然沒能上升遮住中料位光電管，那么提升底帶和提升帶的頻率;

3)  而當計量管內物料能同時遮住低中料位光電管，則認為這是最佳料位狀態(tài)，若能保持這種料位狀態(tài)達到一定時間，則保持底帶和提升帶頻率，不作調整;

4)  若料位過高遮住高料位光電管，并且經過一定的延時仍然在高料位，則認為料位過高，來料速度過快，那么停止底帶和提升帶的運行，并且將 2 者下次運行時的頻率降低，使進入計量管的物料流量下降。

經過調試，各調整數(shù)值及延時量設定如表 1 所示。

2． 3 料位光電管位置調整

高料位光電管控制后續(xù)設備的啟停，因此當其被觸發(fā)后，由于延時的作用，使得計量管內還未送走的物料托起后續(xù)持續(xù)送來的物料，堆積在縮口處，引發(fā)落料斗堵料。由于改變縮口等結構方式需要較大的改動成本，同時效果也并不顯著，因此選擇調整高料位光電管的位置。

改進后的高料位光電管位置由廠家默認的在縮口下方 120 mm 處，下調至縮口下方 210 mm 處，配合 2． 2節(jié)所述的控制方案，能保證物料不會頻繁將其觸發(fā)導致上游設備停機。同時，在超過高料位后的延時停機階段，此時爬坡帶及底帶尚未調整降速，在這一階段高料位光電及縮口間的有效空間增大，足以緩沖繼續(xù)跟進的物料，降低堵料的幾率。

3.結論

改進后的柜式喂料機電子秤定量喂料系統(tǒng)在使用過程中，較好地解決了進料系統(tǒng)堵料問題，保證了進料流量的穩(wěn)定性，提升了后續(xù)工序品質，堵料頻次由原來的 18． 7 次 / 月減少到 0． 3 次 / 月，有效降低了生產能耗，提高了設備生產效率。

對比其他專家此前對該設備系統(tǒng)做出的研究改進，本文的改進側重于單機設備結構與上下游設備控制的結合的考量和分析，提出數(shù)學模型總結并得出如下結論: ①造成柜式喂料機在尾料階段出料困難的原因不僅是松料輥的撥釘長短問題，關鍵在于松料輥的輥軸與底帶主輥的間距; ②計量管控制的上下游設備不應設置為即時變化，而應根據(jù)煙絲物料的多少設置相應的延時，并根據(jù)延時期間的料位信號做出相應的頻率變動; ③對于臨界堵料情況應關注計量管縮口與高位光電管的位置關系。

后續(xù)的研究，擬從柜式喂料機過程出料不均及造碎量降低的角度展

開。