Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ МАТЕРИАЛА И ВОЗДУХА В ПНЕВМОСЕПАРАЦИОННЫЙ КАНАЛ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

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.

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^-1 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.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что частота вращения питающего валика ω₁, 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 ω₂ 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.