CN103495447B - 玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，包括加工腔压力加载控制单元、进料速度控制单元、加工腔进气控制单元和控制中枢；加工腔压力加载控制单元包括压力传感器、压力板和位移移动部件；压力板可在位移移动部件的驱动下产生沿加工腔轴向方向的弯曲或位移，压力传感器实时对加工腔内部的压力进行测量；进料速度控制单元包括调速电机和电机调速器；加工腔进气控制单元包括风机和风量控制器；本发明可对整个加工腔的压力进行调节控制，使得加工腔内玉米的密集度达到最优，从而达到最佳的生产效率，并通过对进料速度、气流速度、加工腔内的压力进行了实时监测、反馈和自动控制，提高了生产效率和生产设备的自动化程度。

Description

玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统

技术领域

本发明涉及一种粮食加工机械，尤其是一种用于玉米脱皮和脱胚的自动反馈调节系统，具有加工效率高、自动化程度高等特点。

背景技术

玉米的脱皮和脱胚是玉米颗粒加工的基本工序，其主要是利用机械的力量破坏玉米的结构，从而使得玉米的外皮、胚芽和玉米的本体即胚乳进行分离，使之满足后续破糁和磨粉等成品加工的要求。

常见的玉米脱皮脱胚机如图1所示，玉米由进料斗1进入加工腔后，由高速旋转的螺旋输送头7带动玉米原料2进入加工腔内14内，加工腔14内部为与螺旋输送头7固为一体的砂辊3，加工腔的外部为圆筒状的筛筒5，玉米原料2在旋转的砂辊3和静止的筛筒5的作用下翻滚、挤压和摩擦，最后将玉米的皮和胚芽从玉米本体上剥离，其中皮、破碎的胚芽等碎料10穿过筛筒4上的筛孔17被收集进碎料斗11中，而包含完整胚芽的半成品或成品主料13由出料口15排出。

通常情况下，砂辊3为多节，砂辊3和筛筒5之间的间隙控制在25-30mm之间，每节砂辊3由排料铁辊4联接，排料铁辊4的外部为螺旋状结构，主要作用是将皮和胚芽等排到碎料斗11内，同时通过螺旋转动，将加工腔14内的原料自进口向出口导出。玉米脱皮脱胚机的驱动方式为常规的三项异步电机9通过皮带轮8减速后，带动转轴16高速旋转，转轴16和螺旋输送头7、砂辊3同轴安装为一体，并高速旋转。为了控制进入加工腔14内的玉米流量，在进料斗1的下方设置了流量调节器6，其工作原理类似于阀门，通过手动调节阀门的大小，改变流进加工腔14内的玉米流量。

    由于单台机械中砂辊的长度和节数有限，通常一级加工仅能达到15%-25%的脱皮脱胚率，故通常采用四至六级的脱皮脱胚机级联使用，前一级脱皮脱胚机出料口15的半成品，经过输送机构和风选机构后，将已经脱离的大尺度胚芽与半成品中或成品主料13分开，并将主料13再次输入下一级，直到完成全部的脱皮和脱胚。

    现有玉米脱皮脱胚机存在的主要问题有：

一、效率不高，仅依靠螺旋输送头将玉米颗粒转送，并在砂辊和筛筒的摩擦和挤压下脱皮脱胚，效率不高，且在高速旋转中玉米、砂辊和筛筒之间因摩擦生热，会影响到成品的颜色、口感等成色质量，如果因为散热问题采取间歇式生产，则会大大降低玉米加工的效率。

二、无法对加工腔内的压力和玉米颗粒的密集程度进行调节，从而达到最佳的脱皮脱胚效率，此外由于砂辊和筛筒之间的间隙尺寸固定，当砂辊磨损后只能通过更换新的砂辊来确保一定的脱皮脱胚效率；

三、现有技术通过在进料斗下方设置手动的流量控制器，与固定转速的电机带动螺旋输送头相结合，从而实现玉米进料速度的调节，在实际中应用中无法对流量进行连续参数变化的精细调节，且调节过程均为手动，无法实现自动反馈控制及精细操作。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计了一种玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，通过空心转轴将气流引入加工腔，并自动控制加工腔的压力、进料速度和腔内进气流速，实现了玉米的翻转及加工腔降温，并大大提高了生产效率。

本发明的技术方案如下：

玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，包括加工腔压力加载控制单元、进料速度控制单元、加工腔进气控制单元和控制中枢；所述的加工腔压力加载控制单元包括压力传感器、压力板和位移移动部件；所述的压力板设置在加工腔的轴端，并可在位移移动部件的驱动下产生沿加工腔轴向方向的弯曲或位移，所述的压力传感器实时对加工腔内部的压力进行测量；

进料速度控制单元包括调速电机和电机调速器；所述的调速电机通过传动装置与螺旋输送头相联；加工腔进气控制单元包括风机和风机出口的风量控制器，所述的风量控制器通过管路与加工腔的空心转轴相联；

控制中枢包括采集单元和处理执行单元，所述的采集单元与压力传感器、电机调速器和风机调速器电联接，用于实时获取电机转速、风机风量、腔内压力信号或等效信号参数；所述的处理执行单元与位移移动部件、电机调速器和风机调速器电联接，并将采集单元采集得到的参数与事先存储的数据进行比较后，输出执行指令给位移移动部件、电机调速器和风机调速器。

上述玉米脱皮脱胚机的压力调节装置中，压力板为具有弹性的薄板结构，一端固定在加工腔轴端的机架上，另一端为悬空，所述压力板的悬空端可在位移移动部件的驱动下产生弯曲变形。

上述玉米脱皮脱胚机的压力调节装置中，位移移动部件包括顶杆、丝杠和驱动电机，所述的驱动电机带动丝杠转动，使得顶杆产生位移，挤压压力板的悬空端，使得压力板弯曲变形。

上述玉米脱皮脱胚机的压力调节装置中，位移移动部件包括压力顶杆、气体源或液压源，所述的压力顶杆在气压或液压的驱动下挤压压力板的悬空端，使得压力板弯曲变形。

上述玉米脱皮脱胚机的压力调节装置中，调速电机为变频电机，电机调速器为变频调速器。

上述玉米脱皮脱胚机的压力调节装置中，风机为变频风机，风量控制器为风机变频调速器。

上述玉米脱皮脱胚机的压力调节装置中，风机为恒功率风机，风量控制器为设置在风机出口的自动调节风门。

本发明具有的有益技术效果如下：

    1、本发明将气流通过空心转轴及带有气孔的砂辊导入加工腔内，加速了玉米在加工腔内的翻滚和摩擦，提高了脱皮脱胚效率，同时气流会带走部分摩擦产生的热量，提高了生产效率，使得机械能够长时间连续工作而不会过热，因而不会因加工的摩擦生热，影响到成品的颜色、口感等成色，确保了产品的质量。

2、本发明在加工腔出口的一端设置了腔内压力加载控制单元，对整个加工腔的压力进行调节控制，使得加工腔内玉米的密集度达到最优，从而达到最佳的生产效率。同时采用腔内压力的调节，可对砂辊磨损进行补偿，在一定程度上延长了砂辊的寿命，降低生产成本。

3、本发明通过对进料速度、气流速度、加工腔内的压力进行了实时监测、反馈和自动控制，提高了生产效率和生产设备的自动化程度。

附图说明：

图1为现有玉米脱皮脱胚机工作原理示意图；

图2为本发明改进的玉米脱皮脱胚机工作原理示意图；

图3为本发明气流与砂辊、筛筒作用原理示意图；

图4为本发明增加了钢丝刷的装置原理示意图；

图5为本发明玉米脱皮脱胚自动化控制原理示意图；

图6为本发明自动化压力加载控制单元原理示意图。

附图标记如下：

1—进料斗；2—玉米原料；3—砂辊；4—排料铁辊；5—筛筒；6—流量调节器；7—螺旋输送头；8—皮带轮；9—电机；10—碎料；11—碎料斗；12—机架；13—主料；14—加工腔；15—出料口；16—转轴，17—筛孔，21—风机；22—空心结构；23—钢丝刷；24—凸点；25—压力加载控制单元；251—弹簧；252—压力板；253—压紧旋钮；254—压力传感器；255—位移移动部件； 26—螺旋槽；27—气孔；28—排料绞龙；29—调节风门；30—气流；41—磁选装置。

具体实施方式

    相对于图1的传统玉米脱皮脱胚机，本发明的改进如下：

一、砂辊结构

如图2和图3所示，将传统的实心转轴16改为空心结构22，空心转轴16的一端固定有皮带轮8，砂辊3则套在空心转轴16的另外一端；皮带轮8一端的空心转轴16正对风机21的出口或者通过管道与风机21出口相联，砂辊3的表面均布若干只气孔27，加工中可使得风机21的气流可通过气孔27排入到加工腔14内。这样以来，当砂辊3转动而筛筒5固定不转时，玉米在砂辊3和筛筒5之间的空隙中摩擦、挤压时，气孔27吹出的气流30会加速加工腔14内玉米的摩擦力和翻滚速度，同时气流30会带走部分摩擦产生的热量，大大提高了生产效率，同时使得机械能够长时间连续工作而不会过热，因而不会因加工的摩擦生热，影响到成品的颜色、口感等成色，确保了产品的质量。为了达到最佳的效果，本发明在风机出口的管路上安装有调节风门29，通过改变调节风门的大小，实验获取最佳的气流速度。

为了防止脱出的皮和破碎胚芽，直接排放进碎料斗11引起的扬尘，如图2所示，本发明在碎料斗11的下方设置了闭风排料绞龙28，在排料绞龙28螺旋叶片的旋转作用下，碎料、灰尘等被自动吸入排放仓内，并保持良好的密封特性，防止了传统直接排放引起的扬尘，避免了环境污染，改善了工人的劳动环境。

作为一种优选方式，如图3所示，筛筒5的内壁设计得比较粗糙，同时在筛筒5的内壁镶嵌有若干个凸点24，凸点24的粒径大约为2-5mm，相邻凸点24之间的间距约为20-30mm，这样可以增大筛筒5和玉米之间的摩擦力，进一步提高了生产效率。

作为一种优选方式，如图2所示，砂辊3的外表面刻有贯穿整个砂辊长度的螺旋槽26，当砂辊3转动时，待加工的玉米粒可通过砂辊3上的螺旋槽26迅速从进口导向出口，使得颗粒在砂辊3外表面的颗粒分布更加均匀，比现有单纯采用排料铁辊4导出更快，从而提高了玉米的加工效率。实验表明，螺旋槽26的螺距、槽深等参数影响着玉米的导向速度，从而对脱皮脱胚效率产生影响，本发明采用的螺旋槽26为单螺线，槽深为0.8-1.5cm，螺距为20-30cm，可达到的较好的效果。

为了进一步提高玉米脱皮的效率，如图4所示，在砂辊3之间的排料铁辊4位置安装了钢丝刷23，钢丝刷23沿360°均布在排料铁辊4的外圈一周，钢丝的长度约为5-10mm，沿径向的高度与砂辊3的外圈平齐，沿轴向钢丝刷23的宽度约为30-50mm，当待加工的玉米由砂辊3的表面刻有螺旋槽26带动下，从进口导向出口时，经过钢丝刷23对玉米表面的摩擦，玉米表皮和胚芽被刷掉，并在气流的作用下进入集料斗11。实验效果表明，增加了钢丝刷23的装置与原有排料铁辊4相比，可显著增加摩擦次数，有效提高玉米的脱皮和脱胚效率。为了防止钢丝刷23在运转中产生掉丝、断丝等对成品的影响，在出料口15的底部设置了磁选装置41，将掉丝、断丝进行吸附，确保了食品安全。

实验证明，采取本发明的措施，可以使得单台装置的脱皮脱胚效率达到30%-40%，故只需要2-3级装置的级联即可完成全部的脱皮和脱胚。

二、加工腔压力调节

为了实现最佳的脱皮脱胚效率，如图2所示，本发明采用改变加工腔14内的玉米半成品密集度及腔内压力的方案。在一定的范围内，当玉米半成品密集度及腔内压力较大时，玉米在砂辊3和筛筒4之间摩擦力和摩擦次数会增大，进而提高脱皮和脱胚的效率，但是当玉米半成品密集度过高时，则不容易引起玉米的翻滚，反而会影响到脱皮和脱胚的效率，因此很有必要选择一个最佳的腔内压力参数。

本发明在出料口15的上方、砂辊3和筛筒4的轴端，安装了压力加载控制单元25，压力加载控制单元25包括弹簧251、压力板252、压紧旋钮253和压力传感器254；平时工作时，加工腔14的腔内压力和弹簧251的作用下，压力板252处于一个固定的位置，当需要调节加工腔14内的玉米颗粒密度和加工腔14腔内压力时，通过调节压紧旋钮253，使得压力板252向腔内或腔外方向移动，改变腔内的压力和腔内玉米颗粒密度，以达到最佳的脱皮脱胚效率。在压力板252上还安装了压力传感器254，实时地监测加工腔14腔内的压力，为后续自动化压力控制提供参数。

此外，对于传统的工作方式，当砂辊3磨损到一定程度时，势必会增大砂辊3和筛筒4之间的间隙，为保证脱皮脱胚效率，只能更换砂辊3，而本发明采用了压力加载控制单元25后，只需要调节压紧旋钮253，使得压力板252向腔内方向移动，就可以在一定程度上确保加工腔内的玉米半成品密集度，在一定程度上延长了砂辊的寿命，降低生产成本。

三、自动化控制

如图5所示，为了进一步的精细调节，并实现对腔内压力和玉米密集程度的自动调节控制，提高生产效率和生产设备的自动化程度，本发明对进料速度、气流速度、加工腔内的压力进行了实时监测、反馈和自动控制，具体描述如下：

控制中枢包括采集单元和处理执行单元，采集单元与气流流速传感器、进料速度传感器、腔内压力传感器电联接，处理执行单元与气流流速调节部件、进料速度调节部件、腔内压力调节部件电联接；采集单元实时获取气流速度、进料速度、腔内压力参数，处理执行单元将采集得到的上述参数与事先存储的数据进行比较后，输出执行指令给气流流速调节部件、进料速度调节部件和腔内压力调节部件，使之满足要求。

具体的操作步骤如下：

首先进行不同气流流速、进料速度和腔内压力参数下的调试实验，获取最佳脱皮脱胚效率时的最佳参数，将其输入进控制中枢；在具体加工中，控制中枢的采集单元对气流流速、进料速度和腔内压力进行实时监测，并根据预先实验获得的最佳参数，由控制中枢的处理执行单元分别控制调节气流流速、进料速度和腔内压力。

为实现进料速度的连续调节，本发明将图2所示的传统定速电机9改为调速电机，由调速电机9通过传动装置带动螺旋输送头7将玉米原料2导入加工腔14内，同时带动砂辊3进行转动，通过对调速电机9转速的监测和调节，可以使得原料2按照设想的进料速度进入加工腔14内，并可通过对电机调速器参数的调节进行连续式转速精细调节，同时省去了原有装置中的流量调节器6。在具体实施中控制中枢的采集单元可以对电机调速器输出的转速参数信号或者电压、频率等其他等效信号参数进行采集，并由控制中枢的处理执行单元发出的指令给电机调速器，实现实时的反馈、控制和调节。调速电机可采用变频电机，并通过变频器实现转速调节，达到控制进料速度的作用，同样也可以采取步进电机等其他种类的电机，并配置相应的调速器。

同样，气流流速的调节可通过风机和风量控制器组合实现，风机通过管路与加工腔空心轴相联，风量控制器设置在风机21出口。可采用变频调速器控制的变频风机来实现，也可采用恒功率风机，但是在风机21和空心转轴16的连接管路上设置自动调节风门29。在具体实施时，控制中枢的采集单元可以对风机变频调速器的转速、电压、频率或其他等效信号参数进行采集，或者对自动调节风门29的输出电压信号进行采集，并由控制中枢的处理执行单元发出的指令给风机变频调速器或者自动调节风门大小，同时实时的反馈、控制和调节，实现对气体流速的调节。

为实现腔内压力的自动调节，本发明的压力加载控制单元25除了图2所示的结构、通过手动调节压紧旋钮253外，还可以采用如图6所示的结构，包括压力板252、位移驱动部件255和压力传感器254，压力板252为具有弹性的薄板结构，一端固定在机架12上，另一端为悬空，并在压力作用下可以产生面向加工腔14方向的弯曲变形。压力传感器254实时获取加工腔内的压力参数，并将其反馈至控制中枢的采集单元，控制中枢根据预设的结果驱动位移驱动部件255运动，使得压力板252变形，从而起到对加工腔14内的压力和玉米颗粒密度的调节作用。压力传感器254包括压力传感头和变送器，并通过变送器将参数输入至控制中枢；位移移动部件255可以是安装在丝杠上的顶杆，由步进电机带动丝杠转动，使得顶杆位移实现对压力板的驱动；也可以采用高压气体或液体驱动的压力顶杆，通过改变压力顶杆的驱动力，从而使得压力板252产生变形，起到调节加工腔内压力的作用。

    本发明已实现了玉米的高效率脱皮脱胚，并具有效率高、环境污染小、自动化操作程度高等优点，已成功用于玉米的加工，取得了良好的效益。

Claims (6)

1.玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，包括加工腔压力加载控制单元(25)、进料速度控制单元、加工腔进气控制单元和控制中枢；所述的加工腔压力加载控制单元(25)包括压力传感器(254)、压力板(252)和位移移动部件(255)；所述的压力板(252)设置在加工腔(14)的轴端，并在位移移动部件(255)的驱动下产生沿加工腔(14)轴向方向的弯曲或位移，所述的压力传感器(254)实时对加工腔(14)内部的压力进行测量；

所述的进料速度控制单元包括调速电机(9)和电机调速器；所述的调速电机(9)通过传动装置与螺旋输送头(7)相联；

所述的加工腔进气控制单元包括风机(21)和风机出口的风量控制器，所述的风量控制器通过管路与加工腔的空心转轴(16)相联；所述的风量控制器为设置在风机(21)出口的自动调节风门(29)；

所述的控制中枢包括采集单元和处理执行单元，所述的采集单元与压力传感器(254)、电机调速器和风机调速器电联接，用于实时获取电机转速、风机风量、腔内压力信号；所述的处理执行单元与位移移动部件(255)、电机调速器和风机调速器电联接，并将采集单元采集得到的参数与事先存储的数据进行比较后，输出执行指令给位移移动部件(255)、电机调速器和风机调速器。

2.根据权利要求1所述的玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，其特征在于：所述的压力板(252)为具有弹性的薄板结构，一端固定在加工腔(14)轴端的机架(12)上，另一端为悬空，所述压力板(252)的悬空端在位移移动部件(255)的驱动下产生弯曲变形。

3.根据权利要求2所述的玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，其特征在于：所述的位移移动部件(255)包括顶杆、丝杠和驱动电机，所述的驱动电机带动丝杠转动，使得顶杆产生位移，挤压压力板(252)的悬空端，使得压力板(252)弯曲变形。

4.根据权利要求2所述的玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，其特征在于：所述的位移移动部件包括压力顶杆、气体源或液压源，所述的压力顶杆在气压或液压的驱动下挤压压力板的悬空端，使得压力板(252)弯曲变形。

5.根据权利要求1至4任意之一所述的玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，其特征在于：所述的调速电机(9)为变频电机，所述的电机调速器为变频调速器。

6.根据权利要求1至4任意之一所述的玉米脱皮脱胚机的自动反馈调节系统，其特征在于：所述的风机(21)为变频风机。