СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ МАТЕРИАЛА И ВОЗДУХА В ПНЕВМОСЕПАРАЦИОННЫЙ КАНАЛ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
METHOD OF MANAGING THE SUPPLY OF MATERIAL AND AIR TO THE PNEUMOSEPARATION CHANNEL OF THE GRAIN CLEANING MACHINE

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, конкретно к машинам для очистки зерна.
Пневмосепарационные (ПСК) каналы широко используются для разделения зерновой смеси на фракции в силу простоты конструкции, высокой эффективности работы и удельной производительности, малой повреждаемости семян и себестоимости обработки [1].
Машины для послеуборочной обработки зерна функционируют, как правило, в составе поточной линии, поэтому характер изменения параметров материала, поступающего на обработку (его влажность, засоренность, плотность и др.), стохастический, что неизбежно вызывает стохастическое изменение всех переменных состояния процесса [2]. При работе важно поддерживать постоянную подачу воздуха и оптимальную подачу материала в ПСК. Неравномерность подачи материала в ПСК приводит к изменению аэродинамического сопротивления системы, что неизбежно ведет к изменению скорости фильтрации воздуха через слой материала, приводящей при малой скорости к недостаточному выносу примесей из продуваемого слоя вороха, а при повышенной - к потерям частиц основной культуры с примесями. Малая подача материала в ПСК приводит к снижению производительности очистителя, высокая - к увеличению толщины, плотности продуваемого слоя, снижению качества очистки.
Практически во всех существующих зерноочистительных машинах управление подачей воздуха и материала в ПСК осуществляется вручную [1], а оптимальность выполненных регулировок контролируется оператором, который не в состоянии обеспечить постоянный контроль за пульсациями воздушного потока и материала, изменениями его физико-механических свойств, оперативное управление. Отсутствие способа, лежащего в основе автоматического контроля и управления подачей материала и воздуха в ПСК, приводит к снижению эффективности, качества очистки материала от засорителей и технологической надежности процесса.
Наиболее близким к предлагаемому способу управления подачей материала и воздуха в пневмосепарационный канал зерноочистительной машины является способ управления состоянием слоя в аэродинамических системах машин для послеуборочной обработки материала, включающий оценку длинны пути ультразвуковой волны, при котором осуществляется сравнение фактической длины пути ультразвуковой волны с заданным значением, выбираемым с учетом характеристик материала, по полученной разности значений определяются оптимальные параметры подачи воздуха в обрабатываемый материал [2].
Недостатком данного способа является то, что оптимальные параметры подачи воздуха в обрабатываемый материал устанавливаются на основании сравнения фактической длины пути ультразвуковой волны, пронизывающей движущийся зерновой слой по направлению его движения с заданным значением, выбираемым с учетом характеристик материала, что не позволяет оперативно учитывать изменения состава зернового вороха при его обработке в ПСК, т.к. зерновой ворох, поступающий от комбайнов на очистку в течение суток, как правило, имеет очень неоднородную внутреннюю структуру - до 30% засорителей и большой разброс по влажности - от 14 до 35%, что оказывает значительное влияние на скорость распространения ультразвуковой волны и, как следствие, вызывает необходимость проведения постоянной корректировки заданного значения длины пути ультразвуковой волны, выбираемого с учетом характеристик материала, а также не раскрывается механизм управления подачей материала и одновременно воздуха в канал зерноочистительной машины. Все перечисленное не позволяет в производственных условиях осуществить автоматическое регулирование процесса работы пневмосепарационного канала зерноочистительной машины.
Предлагаемое изобретение направлено на разработку принципа, лежащего в основе автоматизации процесса очистки зерна в ПСК, на повышение качества очистки и снижение удельных энергозатрат.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ управления подачей материала и воздуха в пневмосепарационный канал зерноочистительной машины, включающий оценку длинны пути ультразвуковой волны, согласно изобретению подача материала устанавливается по разности усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой, полученных с ультразвуковых дальномеров, на входе и на выходе из пневмосепарационного канала, а подача воздуха устанавливается по разности усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой, полученных с ультразвуковых дальномеров, в средней части и на выходе из пневмосепарационного канала зерноочистительной машины. Этим достигается оптимальная подача воздуха и материала в ПСК зерноочистительной машины независимо от стохастического характера состава зернового вороха и его влажности, обеспечивается качественная очистка, условия для полной автоматизации процесса, и, как следствие, снижение удельных энергозатрат на его выполнение. Заявленный способ поясняется фиг. 1-3, таблицей.
На фиг. 1 представлен общий вид ПСК, оснащенного системой управления подачей в него воздуха и материала.
На фиг. 2 представлена схема управления электродвигателями привода вентилятора и питающего валика.
На фиг. 3 представлен общий вид ПСК в изометрии.
В таблице представлены результаты корреляционного анализа влияния подачи воздуха и материала на разность усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой вначале, середине и конце пневмосепарационного канала, полученные в результате проведенных экспериментальных исследований.
Предлагаемый способ управления подачей материала и воздуха реализован на установке для очистки зернового вороха, состоящей из бункера питателя 4 (фиг. 1); питающего валика 3, привод которого осуществляется от электродвигателя 8 (фиг. 3), частота вращения которого регулируется при помощи частотного преобразователя (фиг. 2); ультразвуковых дальномеров 2; перфорированной решетки 6; вентилятора 1, привод которого осуществляется от электродвигателя 9, частота вращения которого регулируется при помощи частотного преобразователя; пневмосепарационного канала 5, фильтрующего элемента 7.
Рабочий процесс очистки зернового вороха от примесей согласно предлагаемому способу протекает следующим образом. Зерновой ворох из питающего бункера 4 (фиг. 1) питающим валиком 3 подается на очистку в ПСК 5, где, проходя по перфорированной решетке 6, пронизывается в поперечном направлении воздушным потоком, создаваемым вентилятором 1. На входе в ПСК происходит разрыхление материала и начало процесса удаления легких примесей с воздушным потоком в фильтрующий элемент 7 (фиг. 3), скорость витания которых меньше скорости витания основной культуры. В средней части ПСК из очищаемого вороха удаляется наибольшее количество примесей т.к. к этому времени весь его слой равномерно псевдоожижается, а скорость турбулентного воздушного потока в центре ПСК близка к максимальной. На выходе из пневмосепарационного канала зерновой ворох представляет собой в основном частицы основной культуры, без засорителей. Таким образом, внутренняя структура слоя зернового вороха значительно меняется по мере его движения от входа до выхода ПСК.
-1
За изменениями структуры слоя зернового вороха следят ультразвуковые дальномеры 2, установленные на входе, в средней части и на выходе из ПСК. При их работе ультразвуковые волны, образуемые с периодичностью 1…20 с излучателями А, В, С (фиг. 1) проходят внутри слоя зернового вороха поперек его движения к приемникам А1, В1, С1 и направляются на обработку в блок управления (фиг. 2), где вычисляются средние значения длин путей ультразвуковых волн, полученных от каждого дальномера.
1
2
Проведенные экспериментальные исследования показали, что частота вращения питающего валика ω, регулирующего подачу материала в ПСК с целью полной его загрузки и обеспечения максимальной производительности, имеет сильную обратную корреляционную связь (-0,96) (таблица) с разностью усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой, полученных с ультразвуковых дальномеров в начале и конце ПСК. Частота вращения ротора вентилятора ω регулирующего подачу воздуха в ПСК имеет также сильную обратную корреляционную связь (-0,98) с разностью усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой, полученных с ультразвуковых дальномеров в середине и конце ПСК.
Таблица - Результаты корреляционного анализа влияния подачи воздуха и материала на разность усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой вначале, середине и конце пневмосепарационного канала.
Таким образом, по разности усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой, полученных с ультразвуковых дальномеров, на входе и на выходе из пневмосепарационного канала зерноочистительной машины устанавливается подача материала - задается соответствующая частота вращения двигателя питающего валика при помощи частотного преобразователя (фиг. 2), а по разности усредненных значений длин путей ультразвуковых волн, пронизывающих поперек движущийся зерновой слой, полученных с ультразвуковых дальномеров в средней части и на выходе из пневмосепарационного канала устанавливается подача воздуха - задается соответствующая частота вращения двигателя вентилятора при помощи частотного преобразователя.
Предлагаемый способ управления подачей материала и воздуха в пневмосепарационный канал зерноочистительной машины может быть положен в основу работы системы автоматизации процесса очистки зерна в ПСК, которая позволит своевременно реагировать на стохастическое изменение переменных состояния процесса очистки зернового вороха и, как следствие, повысить его качество и снизить удельные энергозатраты.
Использованная литература
1. Бурков А.И. Разработка и совершенствование пневмосистем зерноочистительных машин. Киров: ФГБНУ «НИИСХ Северо - Востока», 2016. 380 с., ил.
2. Пат. 2558737 Российская Федерация, МПК F26B 21/12. Способ управления состоянием слоя в аэродинамических системах машин для послеуборочной обработки материала и устройство для его осуществления / Волхонов М.С., Смирнов И.А., Полозов С.А., Габалов С.Л., Волхонов P.M.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Костромская ГСХА, опубл. 10.08.2015, бюл. №22. - 9 с.; ил.