CN110328137B - 基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备及优化控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备及优化控制方法，清选设备从包括传输谷物的提升机，所述提升机的谷物为下进上出；筛分谷物与杂物的振动筛分装置，所述振动筛分装置从上向下包括若干个网孔大小随谷物状况变化的筛板，所述筛板由振动机控制振动，所述振动筛分装置的底部设有谷物出口；空气净化系统，所述空气净化系统包括依次连通的负压分离筒、旋风分离器和布袋除尘器，所述负压分离筒与振动筛分装置连通。本发明设置了网孔大小可以根据不同谷物调节的筛板，从而能实现对不同谷物进行清选的目的，大大提高了谷物清选设备的应用范围，及其智能化控制程度，实用性强，极大程度地降低了粮食生产加工企业的设备采购成本。

Description

基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备及优化控制方法
技术领域
本发明属于谷物清选技术领域，特别涉及基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备及优化控制方法。
背景技术
谷物清选一直是粮食加工生产过程中的重要环节，其主要是将谷物与含杂在其中的碎小石子及稗草类物质分离开来，从而实现谷物的清洁化。常规的谷物清选过程都会用到常规重力筛选，但是清选设备的工作参数都是恒定不变的，只能适用于一种谷物的清选，对于几种不同的谷物则需要使用不同的清选设备来分开清选，导致这种谷物清选设备的应用范围窄，实用性低，同时也提高了粮食生产加工企业的设备采购成本。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备及优化控制方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备，从进料到出料依次包括：
传输谷物的提升机，所述提升机的谷物为下进上出；
筛分谷物与杂物的振动筛分装置，所述振动筛分装置从上向下包括若干个网孔大小随谷物状况变化的筛板，所述筛板由振动机控制振动，所述振动筛分装置的底部设有谷物出口；
空气净化系统，所述空气净化系统包括依次连通的负压分离筒、旋风分离器和布袋除尘器，所述负压分离筒与振动筛分装置连通。
进一步的，所述筛板包括阵列设有清选筛孔的上板体和设置在上板体底部的孔径控制机构，所述孔径控制机构包括若干个环形分布在清选筛孔圆周上的叶片，所述清选筛孔的圆周外部设有固定在筛板底部的转动销，所述叶片通过同步绕转动销转动实现向清选筛孔内外开合及关闭，从而实现对清选筛孔孔径大小的控制。
进一步的，所述筛板底部还设置有与清选筛孔同轴设置的控制叶片开合的转动环，所述转动环转动设置在筛板底部，且所述转动环上环形均匀分布有与叶片数量相同的转动杆，所述转动杆的另一端与叶片转动连接。
进一步的，所述转动环的外环设有转动齿，相邻的所述转动环之间设有啮合的联动齿轮，所述联动齿轮转动安装在筛板的底部，所述筛板的底部安装有控制转动齿转动的第一电机，所述第一电机的转子上固定安装有主动齿轮，所述主动齿轮与任一个转动环的转动齿啮合。
进一步的，所述筛板的底部还通过螺栓固定安装有防护板，所述防护板上设有与筛板上清选筛孔对应的下料孔，所述孔径控制机构设置在筛板与防护板之间。
进一步的，所述筛板包括滑动连接的第一板体和第二板体，所述第一板体上设有第一筛孔，所述第二板体上设有与第一筛孔对应的第二筛孔，所述第二筛孔与第一筛孔通过错位实现对第一筛孔孔径大小的调整；所述第一板体的相对两侧设有向下弯折设置的滑槽，所述第二板体滑动设置在滑槽中。
进一步的，所述滑槽的中段设有豁口，所述豁口下方固定安装有第二电机，所述第二板体与滑槽滑动配合的边缘底部设有齿条，所述第二电机的转子上固定安装有与齿条啮合的驱动齿轮。
基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法，具体包括如下步骤：
Step1谷物数据采集：启动清选设备进行待处理谷物的清选处理，采集进料口的谷物，检测其物质表达特性数据作为优化参考数据；
Step2振动筛分模式初调：根据优化参考数据形成清选筛孔匹配大小的优化系数，并根据优化系数进行对应的清选筛孔大小调节，持续处理谷物；
Step3振动筛分模式修正：检测振动筛分装置的底部谷物出口处的谷物相关数据，形成筛孔的修正系数，并根据修正系数进行对应的筛孔大小微调，持续处理谷物；
其中，在步骤Step1谷物数据采集中，检测的物质表达特性数据包括透射光谱数据。
进一步的，Step2振动筛分模式初调中包括如下步骤：
Step2.1建立标准模式：在调校控制系统中提前录入不同种类谷物对应的透射光谱数据，以及不同种类谷物对应的常用筛孔尺寸规格，并根据筛孔尺寸Di从小到大排列，筛孔尺寸Di随i的数值增大而增大；
Step2.2优化系数确定：根据Step1谷物数据采集中透射光谱数据分析得出谷物的种类以及对应谷物的含杂率x，根据谷物的种类匹配标准模式中的透射光谱数据，确定符合的筛孔初步大小Di，并根据含杂率x计算筛孔的浮动尺寸d及优化系数
Figure BDA0002080381740000031
其中
Figure BDA0002080381740000032
得出优化后筛孔的尺寸范围
Figure BDA0002080381740000033
取Di+d为优化后筛孔大小，最终调校控制系统通过控制电机工作实现筛孔的尺寸调节。
进一步的，Step3振动筛分模式修正中，在谷物出口处检测谷物的透射光谱数据，根据透射光谱数据得出清选后谷物的含杂率y，根据含杂率y的数值判断是否对筛孔的尺寸进行修正：
若y超过基准值θ，则根据含杂率y进行筛孔的尺寸修正，执行Step4；
若y不超过基准值θ，则根据无需对筛孔的尺寸进行修正，清选设备按此参数进行谷物的清选工作；
其中，Step4筛孔尺寸修正的具体方法为：将含杂率y与含杂率基准值θ做差值运算，得出修正系数α，α＝y-θ，并根据修正系数α计算得出修正后筛孔的尺寸
Figure BDA0002080381740000041
本发明的有益效果为：本发明设置了网孔大小可以根据不同谷物调节的筛板，从而能实现对不同谷物进行清选的目的，大大提高了谷物清选设备的应用范围，及其智能化控制程度，实用性强，极大程度地降低了粮食生产加工企业的设备采购成本。
附图说明
图1是实施例1中清选设备的结构示意图；
图2是实施例1中筛板的顶部示意图；
图3是实施例1中上板体与孔径控制机构的连接示意图；
图4是实施例1中孔径控制机构与转动环的连接示意图；
图5是实施例1中转动环与联动齿轮的连接示意图；
图6是实施例1中上板体、转动环与第一电机的连接示意图；
图7是实施例1中上板体与防护板的连接示意图；
图8是实施例2中筛板的分解结构示意图；
图9是实施例2中滑槽、第二电机及第二板体的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备，从进料到出料依次包括：
传输谷物的提升机10，所述提升机10的谷物为下进上出；
筛分谷物与杂物的振动筛分装置20，所述振动筛分装置从上向下包括若干个网孔大小随谷物状况变化的筛板21，所述筛板21由振动机控制振动，所述振动筛分装置20的底部设有谷物出口22；
空气净化系统，所述空气净化系统包括依次连通的负压分离筒30、旋风分离器40和布袋除尘器50，所述负压分离筒30与振动筛分装置20连通。
本实施例中，设置了网孔大小可以根据不同谷物调节的筛板21，从而能实现对不同谷物进行清选的目的，大大提高了谷物清选设备的应用范围，及其智能化控制程度，实用性强，极大程度地降低了粮食生产加工企业的设备采购成本。
本实施例中，如图2～4所示，所述筛板21包括阵列设有清选筛孔211的上板体212和设置在上板体212底部的孔径控制机构，所述孔径控制机构包括若干个环形分布在清选筛孔211圆周上的叶片213，所述清选筛孔211的圆周外部设有固定在筛板21底部的转动销214，所述叶片213通过同步绕转动销214转动实现向清选筛孔211内闭合或向清选筛孔211外打开，从而实现对清选筛孔211孔径大小的控制。
若干个环形分布在清选筛孔211圆周上的叶片213通过转动来实现对清选筛孔211孔径大小的控制，结构与相机光圈的扇叶调节机构相似，其特点在于，可以通过叶片213的转动角度来控制清选筛孔211的孔径大小的细微调整，从而能满足对不同粒径谷物的清选需求。
本实施例中，如图4所示，所述筛板21底部还设置有与清选筛孔211同轴设置的控制叶片213开合的转动环218，所述转动环218转动设置在筛板21底部，且所述转动环218上环形均匀分布有与叶片213数量相同的转动杆215，所述转动杆215的另一端与叶片213转动连接。
转动环218通过转动带动转动杆215运动，由于转动杆215长度固定，转动杆215便会牵扯叶片213动，叶片213则会绕转动销214转动实现对清选筛孔211孔径大小的控制，当转动环218的转动方向由转动销214向转动杆215时，叶片213控制清选筛孔211闭合，当转动环218的转动方向由转动杆215向转动销214时，叶片213控制清选筛孔211打开，且由于转动杆215与叶片213的分布均匀程度具有一致性，所以转动环218能同时控制所有叶片213打开或闭合相同的程度，从而能保持清选筛孔211孔径的近圆性。
本实施例中，如图3、5和6所示，所述转动环218的外环设有转动齿216，相邻的所述转动环218之间设有啮合的联动齿轮217，所述联动齿轮217转动安装在筛板21的底部，所述筛板21的底部安装有控制转动齿216转动的第一电机23，所述第一电机23的转子上固定安装有主动齿轮231，所述主动齿轮231与任一个转动环218的转动齿216啮合。
筛板21在同一批次的清选工作中只能进行一种谷物的清选，所以其网孔大小的调节必须同步，本实施例中在相邻的所述转动环218之间设置联动齿轮217进行所有转动环218的联动控制，且相邻的转动环218之间设置联动齿轮217为奇数个且尺寸规格完全一致，这样便能实现所有转动环218的同向转动控制，且保证转动控制的转动角度一致，这样便能实现所有筛板21网孔大小调节的一致性。
本实施例中，如图7所示，所述上板体212的底部还通过螺栓固定安装有防护板24，所述防护板24上设有与筛板21上清选筛孔211对应的下料孔241，所述孔径控制机构设置在筛板21与防护板24之间。防护板24对孔径控制机构进行防护和承托，提升筛板21振动时孔径控制机构的稳定性，防止结构因损坏为散落。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于本实施例提供另一种筛板21的结构，如图8所示，所述筛板21包括滑动连接的第一板体201和第二板体202，所述第一板体201上设有第一筛孔203，所述第二板体202上设有与第一筛孔203对应的第二筛孔204，所述第二筛孔204与第一筛孔203通过错位实现对第一筛孔203孔径大小的调整。
第一板体201和第二板体202通过滑动实现第一筛孔203和第二筛孔204的错位，从而形成孔径大小不一的新的筛孔，当第一板体201和第二板体202完全叠合时，筛孔最大，当第一筛孔203和第二筛孔204完全错位无交集时，筛孔消失，这种控制结构简单且使用，制造成本低，维护简单。
本实施例中，如图8所示，所述第一板体201的相对两侧设有向下弯折设置的滑槽205，所述第二板体202滑动设置在滑槽205中。通过第一板体201两侧设置的滑槽205与第二板体202嵌合实现第二板体202滑动，结构简单易实现，控制简单。
本实施例中，如图9所示，所述滑槽205的中段设有豁口206，所述豁口206下方固定安装有第二电机207，所述第二板体202与滑槽205滑动配合的边缘底部设有齿条2021，所述第二电机207的转子上固定安装有与齿条2021啮合的驱动齿轮2022。
将第二电机207固定安装在滑槽205的中段能尽量保证筛板21的质心居中从而提高其稳定性，并通过第二电机207的转动控制驱动齿轮2022与齿条2021啮合，从而实现第一板体201和第二板体202相对滑动，这样便能控制第一筛孔203和第二筛孔204的错位来控制筛孔的大小。
实施例3
本实施例提供基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法，具体包括如下步骤：
Step1谷物数据采集：启动清选设备进行待处理谷物的清选处理，采集进料口的谷物，检测其物质表达特性数据作为优化参考数据；
Step2振动筛分模式初调：根据优化参考数据形成清选筛孔211匹配大小的优化系数，并根据优化系数进行对应的清选筛孔211大小调节，持续处理谷物；
Step3振动筛分模式修正：检测振动筛分装置20的底部谷物出口22处的谷物相关数据，形成清选筛孔211的修正系数，并根据修正系数进行对应的清选筛孔211大小微调，持续处理谷物。
每个批次的谷物都有自身独特的特性数据，包括谷物种类、含杂率、颗粒饱满度、湿度以及温度等，所以每个谷物的种类适合的清选筛孔211大小是不一样的，且对于同一种谷物的不同批次，适合的清选筛孔211大小也是不一样的，这些都需要根据实际情况进行自适应性调整，才能得到最好的清选效果；本发明的方法中，通过在Step1谷物数据采集步骤中采集谷物的其物质表达特性数据，从而便于确定谷物的种类及基础含杂率，从而针对实际情况形成初步的适合该种谷物的筛孔大小，紧接着在谷物出口22处的检测所得谷物相关数据来帮助判断初步形成清选筛孔211大小是否满足工作要求，如果不满足，在初步形成清选筛孔211大小的基础上进行调整优化，从而将振动筛分装置20调校到最适状态。
在步骤Step1谷物数据采集中，检测的物质表达特性数据包括透射光谱数据，其中透射光谱用于帮助判定谷物的种类以及谷物的含杂率，从而直接确定清选筛孔211的初步大小类型，并在清选筛孔211初步大小基础上进行自适应性调整。
在Step2振动筛分模式初调中包括如下步骤：
Step2.1建立标准模式：在调校控制系统中提前录入不同种类谷物对应的透射光谱数据，以及不同种类谷物对应的常用筛孔尺寸规格，并根据筛孔尺寸Di从小到大排列，筛孔尺寸Di随i的数值增大而增大，i为自然数；
Step2.2优化系数确定：根据Step1谷物数据采集中透射光谱数据分析得出谷物的种类以及对应谷物的含杂率x，根据谷物的种类匹配标准模式中的透射光谱数据，确定符合的清选筛孔211初步大小Di，并根据含杂率x计算清选筛孔211的浮动尺寸d及优化系数
Figure BDA0002080381740000101
其中
Figure BDA0002080381740000102
得出优化后清选筛孔211的尺寸范围
Figure BDA0002080381740000103
取Di+d为优化后清选筛孔211大小，最终调校控制系统通过控制第一电机23工作实现清选筛孔211的尺寸调节；
在Step2振动筛分模式初调中，主要是根据透射光谱数据进行清选筛孔211尺寸初步确定，以及通过含杂率最终得出清选筛孔211的调整范围，通常谷物中含杂无多为稗草，含杂率越大说明稗草越多，为了提高清选效率，可以适当扩大清选筛孔211的大小，所以在确定清选筛孔211的尺寸是优先确定Di+d为清选筛孔211的尺寸，这样形成一个正向修正过程，防止清选筛孔211的尺寸过小而增加谷物的清选损耗率。
Step3振动筛分模式修正中，在谷物出口22处检测谷物的透射光谱数据，根据透射光谱数据得出清选后谷物的含杂率y，根据含杂率y的数值判断是否对清选筛孔211的尺寸进行修正：
若y超过基准值θ，则根据含杂率y进行清选筛孔211的尺寸修正，执行Step4；
若y不超过基准值θ，则根据无需对清选筛孔211的尺寸进行修正，清选设备可按此参数进行该批次谷物的清选工作。
通常对于双层筛分结构，含杂率基准值θ为0.5～0.6％。
Step4筛孔尺寸修正：将含杂率y与含杂率基准值θ做差值运算，得出修正系数α，α＝y-θ，并根据修正系数α计算得出修正后清选筛孔211的尺寸
Figure BDA0002080381740000111
其中，
Figure BDA0002080381740000112
修正系数α只是对优化后清选筛孔211大小进行细微调节，y越接近θ，说明需调节程度越小，α也就越小。
在本发明的供基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法中，调校控制系统的工作中主要控制部件包括检测系统、处理系统、PLC控制系统以及动作输出系统，检测系统检测谷物的相关数据传输给处理系统，处理系统对监测数据进行检测分析，与数据库中的标准数据比对从而形成调校数据，并将调校数据传输给PLC控制系统，由PLC控制系统控制动作输出系统控制筛孔变径，本发明中的动作输出系统主要为实施例1中的第一电机或实施例2中的第二电机。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法，其特征在于，该谷物智能一体化清选设备从进料到出料依次包括：
传输谷物的提升机(10)，所述提升机(10)的谷物为下进上出；
筛分谷物与杂物的振动筛分装置(20)，所述振动筛分装置从上向下包括若干个网孔大小随谷物状况变化的筛板(21)，所述筛板(21)由振动机控制振动，所述振动筛分装置(20)的底部设有谷物出口(22)；
空气净化系统，所述空气净化系统包括依次连通的负压分离筒(30)、旋风分离器(40)和布袋除尘器(50)，所述负压分离筒(30)与振动筛分装置(20)连通；
所述筛板(21)包括阵列设有清选筛孔(211)的上板体(212)和设置在上板体(212)底部的孔径控制机构，所述孔径控制机构包括若干个环形分布在清选筛孔(211)圆周上的叶片(213)，所述清选筛孔(211)的圆周外部设有固定在筛板(21)底部的转动销(214)，所述叶片(213)通过同步绕转动销(214)转动实现向清选筛孔(211)内外开合及关闭，从而实现对清选筛孔(211)孔径大小的控制；
该优化控制方法具体包括如下步骤：
Step1谷物数据采集：启动清选设备进行待处理谷物的清选处理，采集进料口的谷物，检测其物质表达特性数据作为优化参考数据；
Step2振动筛分模式初调：根据优化参考数据形成清选筛孔(211)匹配大小的优化系数，并根据优化系数进行对应的清选筛孔(211)大小调节，持续处理谷物；
Step3振动筛分模式修正：检测振动筛分装置(20)的底部谷物出口(22)处的谷物相关数据，形成筛孔的修正系数，并根据修正系数进行对应的筛孔大小微调，持续处理谷物；
其中，在步骤Step1谷物数据采集中，检测的物质表达特性数据包括透射光谱数据；
Step2振动筛分模式初调中包括如下步骤：
Step2.1建立标准模式：在调校控制系统中提前录入不同种类谷物对应的透射光谱数据，以及不同种类谷物对应的常用筛孔尺寸规格，并根据筛孔尺寸Di从小到大排列，筛孔尺寸Di随i的数值增大而增大；
Step2.2优化系数确定：根据Step1谷物数据采集中透射光谱数据分析得出谷物的种类以及对应谷物的含杂率x，根据谷物的种类匹配标准模式中的透射光谱数据，确定符合的筛孔初步大小Di，并根据含杂率x计算筛孔的浮动尺寸d及优化系数
Figure FDA0003058193480000021
其中
Figure FDA0003058193480000022
得出优化后筛孔的尺寸范围
Figure FDA0003058193480000023
取Di+d为优化后筛孔大小，最终调校控制系统通过控制电机工作实现筛孔的尺寸调节；
Step3振动筛分模式修正中，在谷物出口(22)处检测谷物的透射光谱数据，根据透射光谱数据得出清选后谷物的含杂率y，根据含杂率y的数值判断是否对筛孔的尺寸进行修正：
若y超过基准值θ，则根据含杂率y进行筛孔的尺寸修正，执行Step4；
若y不超过基准值θ，则根据无需对筛孔的尺寸进行修正，清选设备按此参数进行谷物的清选工作；
其中，Step4筛孔尺寸修正的具体方法为：将含杂率y与含杂率基准值θ做差值运算，得出修正系数α，α＝y-θ，并根据修正系数α计算得出修正后筛孔的尺寸
Figure FDA0003058193480000031
2.根据权利要求1所述的基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法，其特征在于，所述筛板(21)底部还设置有与清选筛孔(211)同轴设置的控制叶片(213)开合的转动环(218)，所述转动环(218)转动设置在筛板(21)底部，且所述转动环(218)上环形均匀分布有与叶片(213)数量相同的转动杆(215)，所述转动杆(215)的一端与叶片(213)转动连接。
3.根据权利要求2所述的基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法，其特征在于，所述转动环(218)的外环设有转动齿(216)，相邻的所述转动环(218)之间设有啮合的联动齿轮(217)，所述联动齿轮(217)转动安装在筛板(21)的底部，所述筛板(21)的底部安装有控制转动齿(216)转动的第一电机(23)，所述第一电机(23)的转子上固定安装有主动齿轮(231)，所述主动齿轮(231)与任一个转动环(218)的转动齿(216)啮合。
4.根据权利要求3所述的基于多体耦合的谷物智能一体化清选设备的优化控制方法，其特征在于，所述上板体(212)的底部还通过螺栓固定安装有防护板(24)，所述防护板(24)上设有与筛板(21)上清选筛孔(211)对应的下料孔(241)，所述孔径控制机构设置在筛板(21)与防护板(24)之间。
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