CN110404771B - 基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，包括确定粮食的单批次输送量：分配单批次除杂中各阶段用时：对粮食进行除杂并确定含杂率：调整风机至最佳风速；该发明通过将总批次的粮食分批次输送，能够有效的降低统一输送检测的误差，通过对每个批次内部含杂率进行单独运算、单独优化，实现动态调整，使得风速一直处于最佳的状态，风速能够与含杂率高度匹配，提高除杂效果，降低风机能耗；风机的最佳匹配风速由定量的公式计算得到，使得风速的调节更为简便、精准。

Description

基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法

技术领域

本发明涉及基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，属于粮食筛选技术领域。

背景技术

粮食在入库前需要对各地收购来的粮食进行筛选除杂，粮食中的杂质主要包括叶、糠壳、尘土及瘪粮等杂物；目前的除杂设备主要由筛选结构和风选结构两部分组成，风选结构用以吸出粮食中的小杂和灰尘，筛选结构用以将大杂与粮食分离；

为了保证风机的抽风速度与粮食含杂率相匹配，达到优化能耗、降低成本的目的，目前在除杂作业前，工人会先取出部分粮食作为样品，然后利用光谱检测的方式测出样品的含杂率，即得出粮食的整体含杂率，然后工人凭借经验调节风机转速至与含杂率相匹配档位；

上述抽样光谱检测的方式虽然能够一定程度的优化风机能耗、降低成本，但优化能力很有限，整个优化过程仍然存在以下问题：

1、由于杂质在粮食内的分布是不均匀的，仅仅凭借部分区域的样品，便确定整批粮食的含杂率是不精确的，含杂率的确定存在较大的误差；

2、工人凭借经验来调节风力转速，无法保证风机处于最佳优化状态，操作难度大、可靠性差；

3、当调节至指定档位后，整批的粮食便均会按照此风速进行风选，这便导致当出现某一阶段粮食含杂率较高时，风力便不够，杂质无法被充分抽出；当某一阶段的粮食含杂率较低时，风力便过大，造成能源的浪费。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，具体技术方案如下：

基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，包括以下步骤：

S1、确定粮食的单批次输送量：分批次输送粮食至提升斗处，每次粮食输送的总重量均为G₁；

S2、分配单批次除杂中各阶段用时：

S2.1、确定G₁筛选所需时间T：

T=G₁/V_螺+T_余

上式中：V_螺表示螺旋输送机的恒定输送速度；T_余表示G₁的粮食全部输送完毕后至全部筛分排出所需的时间，V_螺、T_余均为设备定值；

S2.2、分配各阶段用时：

T=t₁+t₂+t₃

上式中：t₁表示第一阶段除杂用时，t₂表示单批次的含杂率W_i检测用时，t₃表示第二阶段除杂用时；

S3、对粮食进行除杂并确定含杂率：

S3.1、分批次输送粮食至除杂设备；

S3.2、确定单批次含杂率W_i，i表示第i批次的粮食：

在t₂时间内，粮食排出总重量为G₂、大杂排出总重量为G₃、小杂排出总重量G₄，W_i的计算公式为：

W_i=G₃+G₄/G₂+G₃ +G₄

S4、调整风机至最佳风速：

根据W_i调整第i批次的初始风速至第i批次的最佳风速V_i，V_i的调整公式为：

V_i=kW_i+b

上式中：K、b均为调整系数。

优选的，在S4中：所述第i批次的初始风速为第i-1批次中的第二阶段除杂风速V_i-1。

优选的，在S2.2中：所述单批次除杂中各阶段用时的分配原则为，t₁：t₂：t₃=1:2:7。

优选的，所述风机的风速调整过程通过变频器完成。

优选的，在S3.1中：所述除杂设备的除杂方法为：粮食被输送带送至提升斗，再通过螺旋输送机送至筛选箱进行筛分，粮食从第三筛板的出口处排出、大杂从第一筛板、第二筛板的出口处排出、灰尘以及小杂在风机的作用下从除杂风道内被抽出，小杂最终通过重力分选机排出，灰尘最终吸附于布袋除尘器上，最后排出新鲜空气。

优选的，所述G₁由安装于提升斗底部的第一称重台测得，所述G₂由安装于第三筛板出口处的第二称重台测得，所述G₃由安装于第一筛板、第二筛板出口处的第三称重台测得，所述G₄由安装于重力分选机出口处的第四称重台测得。

优选的，所述布袋除尘器的出口端通过循环机构连通至第三筛板的底部，所述循环机构用以将洁净空气引流至第三筛板的底部并辅助吹去粮食中的杂质。

优选的，所述第一筛板、第二筛板、第三筛板、除杂风道的进风截面以及循环机构的出风截面之间均相互平行设置。

优选的，循环机构包括循环管、调节阀以及出风座，所述布袋除尘器通过循环管连通至出风座，所述出风座安装在第三筛板底部，所述出风座的出风截面与第三筛板平行，所述循环管上安装有用以调节所述出风座风速的调节阀。

本发明的有益效果：

1、通过将总批次的粮食分批次输送，能够有效的降低统一输送检测的误差，通过对每个批次内部含杂率进行单独运算、单独优化，实现动态调整，使得风速一直处于最佳的状态，风速能够与含杂率高度匹配，提高除杂效果，降低风机能耗；

2、通过检测阶段对G₂、G₃ 、G₄ 的检测，能够实现一边筛选一边检测，无需停机单独作光谱检测，有效的提高了筛选效率；

3、通过设备排出的杂质重量所占比来计算粮食的含杂率，能够将含杂率的数值与设备的实际筛选性能进行结合，虽然得出的含杂率不是最准确的，但是，是与风机的工作性能匹配程度最高的，使得风机的调节结果更准确，优化性能最佳；

4、风机的最佳匹配风速由定量的公式计算得到，使得风速的调节更为简便、精准。

附图说明

图1为本发明所示的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法流程示意图；

图2为本发明所示的基于多体耦合的粮食机械除杂设备结构示意图；

图3为本发明所示的最佳风速V的函数图形示意图。

附图标记：1、输送带，2、提升斗，21、第一称重台，22、螺旋输送机，3、筛选箱，31、第一筛板，32、第二筛板，33、第三筛板，34、吸风罩，4、第二称重台，5、第三称重台，6、第四称重台，7、循环机构，71、循环管，72、调节阀，73、出风座，8、重力分选机，9、布袋除尘器，9a、风机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，包括以下步骤：

1、确定粮食的单批次输送量：分批次输送粮食至提升斗处，每次粮食输送的总重量均为G₁；通过将总批次的粮食分批次输送，能够有效的降低统一输送检测的误差，通过对每个批次内部含杂率进行单独运算、单独优化，实现动态调整，使得风速一直处于最佳的状态，风速能够与含杂率高度匹配，提高除杂效果，降低风机能耗；

S2、分配单批次除杂中各阶段用时：

S2.1、确定G₁筛选所需时间T：

T=G₁/V_螺+T_余

上式中：V_螺表示螺旋输送机的恒定输送速度；T_余表示G₁的粮食全部输送完毕后至全部筛分排出所需的时间，V_螺、T_余均为设备定值；V_螺由螺旋输送机的型号决定，T_余可通过单次筛选数量为G₁粮食，然后计时得到；通过计算T能够方便后续精确配合好每个阶段的所占时间，使得检测阶段用时处于最佳；

S2.2、分配各阶段用时：

T=t₁+t₂+t₃

上式中：t₁表示第一阶段除杂用时，t₂表示单批次的含杂率W_i检测用时，t₃表示第二阶段除杂用时；t₁阶段的设置用作单批次粮食初始与设备的磨合期，避免上一批次输送完，设备内部出现断层部分，实现在单批次的粮食充满设备后，才会开始检测此批次的含杂率，从而提高检测精度、消除检测误差；t₂阶段的设置用以在一定时间内测出单批次的含杂率，实现一边筛选一边检测，无需停机，有效的提高了筛选效率，无需再单独作光谱检测；t₃为风机优化后的除杂阶段，能够处于最佳的除杂状态；

S3、对粮食进行除杂并确定含杂率：

S3.1、分批次输送粮食至除杂设备；

S3.2、确定单批次含杂率W_i，i表示第i批次的粮食：

在t₂时间内，粮食排出总重量为G₂、大杂排出总重量为G₃、小杂排出总重量G₄，W_i的计算公式为：

W_i=G₃+G₄/G₂+G₃ +G₄

通过设备排出的杂质重量所占比来计算粮食的含杂率，能够将含杂率的数值与设备的实际筛选性能进行结合，虽然得出的含杂率不是最准确的，但是，是与风机的工作性能匹配程度最高的，使得风机的调节结果更准确，优化性能最佳；

S4、调整风机至最佳风速：

根据W_i调整第i批次的初始风速至第i批次的最佳风速V_i，V_i的调整公式为：

V_i=kW_i+b

上式中：K、b均为调整系数。

作为上述方案的进一步改进，在S4中：所述第i批次的初始风速为第i-1批次中的第二阶段除杂风速V_i-1。

作为上述方案的进一步改进，在S2.2中：所述单批次除杂中各阶段用时的分配原则为，t₁：t₂：t₃=1:2:7；通过设定t1、t2均处于较低的占比，能够保证粮食与设备磨合完毕、含杂率检测完毕的前提下，尽快的调整风机最最佳状态，提高除杂效果。

作为上述方案的进一步改进，所述风机的风速调整过程通过变频器完成；通过变频器能够对风速进行多级调节。

作为上述方案的进一步改进，在S3.1中：所述除杂设备的除杂方法为：粮食被输送带送至提升斗，再通过螺旋输送机送至筛选箱进行筛分，粮食从第三筛板的出口处排出、大杂从第一筛板、第二筛板的出口处排出、灰尘以及小杂在风机的作用下从除杂风道内被抽出，小杂最终通过重力分选机排出，灰尘最终吸附于布袋除尘器上，最后排出新鲜空气。

作为上述方案的进一步改进，所述G₁由安装于提升斗底部的第一称重台测得，所述G₂由安装于第三筛板出口处的第二称重台测得，所述G₃由安装于第一筛板、第二筛板出口处的第三称重台测得，所述G₄由安装于重力分选机出口处的第四称重台测得；通过第一称重台能够对各个G₁进行实时检测，使得提升斗的粮食输送完毕后，立即添加下一批粮食；第二称重台、第三称重台以及第四称重台能够对设备排出的大杂、小杂以及粮食进行精确测量，从而提高含杂率检测效果。

作为上述方案的进一步改进，所述布袋除尘器的出口端通过循环机构连通至第三筛板的底部，所述循环机构用以将洁净空气引流至第三筛板的底部并辅助吹去粮食中的杂质；循环机构能够实现对于排出洁净空气的循环利用，从而能够在第三筛板处提供一个由下至上的风力，使得风机所需风力降低，进一步的降低风机的所需能耗。

作为上述方案的进一步改进，所述第一筛板、第二筛板、第三筛板、除杂风道的进风截面以及循环机构的出风截面之间均相互平行设置；相互平行设置能够保证各个风力流通更为顺畅，阻挡少，吸风面积最大，吸风效果最好。

作为上述方案的进一步改进，循环机构包括循环管、调节阀以及出风座，所述布袋除尘器通过循环管连通至出风座，所述出风座安装在第三筛板底部，所述出风座的出风截面与第三筛板平行，所述循环管上安装有用以调节所述出风座风速的调节阀；洁净的空气从后由出风座向上排出，使得小杂能够更为循环的排出至吸风罩内，避免有小杂遗漏在第三筛板处，减少风机的能耗。

确定 V_i=kW_i+b中的k、b具体数值的方法，示例性的如下：

通过设置5台型号相同的除杂设备作为试验设备；5台设备的风机转速分别为4m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s；各个样品的种类均为小麦；

试验一：取5份第一样品，第一样品含杂率2%、重量10t；

同时将5份第一样品投放至对应的除杂设备内，测算每个设备的风机能耗以及排杂量，并计算优化比值m，m=风机能耗/排杂量，5组数据中m最小值所对应的风速即为最佳值；经过试验测得，当风机风速为7m/s时、试验一中的m最小；即含杂率2%时，7m/s为最佳风速；

试验二：取5份第二样品，第二样品含杂率2.5%、重量10t；

同时将5份第一样品投放至对应的除杂设备内，测算每个设备的风机能耗以及排杂量，并计算优化比值m，m=风机能耗/排杂量，5组数据中m最小值所对应的风速即为最佳值；经过试验测得，当风机风速为8m/s时、试验二中的m最小；即含杂率2.5%时，8m/s为最佳风速；

试验三：取5份第三样品，第三样品含杂率1%、重量10t；

同时将5份第一样品投放至对应的除杂设备内，测算每个设备的风机能耗以及排杂量，并计算优化比值m，m=风机能耗/排杂量，5组数据中m最小值所对应的风速即为最佳值；经过试验测得，当风机风速为5m/s时、试验三中的m最小；即含杂率1%时，5m/s为最佳风速；

有上述三组数据绘制出图3所示图形，即可得出K=2、b=3；

V_i=2W_i+3

实施例

S1、确定粮食的单批次输送量：粮食的种类为小麦，总共加工的粮食重量21t，选用LS250型螺旋输送机，其标准体积输送量V_螺=21m³/h；将粮食分为7个批次输送，每个批次输送3t，3t的粮食全部输送完毕后至全部筛分排出所需的时间T_余=0.014h；合格的含杂率为1%，依据常规经验可知小麦的含杂率在0.5%-3%；设定风机的初始转速为5m/s；

S2、分配单批次除杂中各阶段用时：

S2.1、确定单个批次3t小麦筛选所需时间T：

T=G₁/V_螺+T_余

T=3/21+0.014=9.4min

S2.2、分配各阶段用时：

T=t₁+t₂+t₃

按照t₁：t₂：t₃=1:2:7的原则进行分配：其中t₁=0.94min、t₂=1.88min、t₃=6.58min，即第一阶段除杂用时0.94min，检测用时1.88min，第二阶段除杂用时6.58min；

第一批次加工：

S3、对粮食进行除杂并确定含杂率：

S3.1、输送第一批次3t粮食至除杂设备：

输送带1将3t的第一批次小麦输送至提升斗2，第一称重台21对提升斗2内的小麦量进行检测，当提升斗2内的小麦量达到3t时，输送带1停止工作；

螺旋输送机22以21m³/h的速度将小麦排出至第一筛板31、第二筛板32以及第三筛板33，其中大杂通过被第一筛板31、第二筛板32滤出，粮食最后落在第三筛板33上并沿着第三筛板33排出；

灰尘和小杂在风机9a作用下被吸出，然后通过吸风罩34进入到重力风选机8内，将小杂与灰尘分离；最后气流进入到布袋除尘器9内，灰尘被布袋吸附，洁净的气流排出；

洁净气流通过循环管71排出至出风座73，出风座73安装在第三筛板33底部，出风截面与第三筛板33平行，循环管71上安装有用以调节出风座73风速的调节阀72；洁净的空气从后由出风座73向上排出，使得小杂能够更为循环的排出至吸风罩34内，避免有小杂遗漏在第三筛板33处，减少风机9a的能耗；

S3.2、确定第一批次含杂率W₁：

在检测段中各个称重台测得，粮食排出总重量为G₂=2.85t、大杂排出总重量为G₃=0.06t、小杂排出总重量G₄=0.03t；

W₁=G₃+G₄/G₂+G₃ +G₄

W₁=0.09/2.94=0.03

得到第一批次小麦的含杂率为3%；

S4、调整风机至最佳风速：

此时3%＞1%，W₁＞W_d，表示第一批次粮食的含杂率高于标准状态，需要提升风力，避免杂质除去不彻底，风机在t₃初期进行风力调整，以达到最佳除杂风速V₁；

在进行调整时，根据公式V₁=2W₁+3=2*3+3=9m/s，可得，在W₁=3%时，最佳风速为9m/s；需要调节风速由初始风速5m/s升高至9m/s；

主控电脑控制风机所连接的变频器进而改变风速，风机上安装有风速检测传感器，当风机检测传感器检测到风速为9m/s，变频器停止工作；

调节完毕后，风机保持在9m/s的速度运转，完成对于第一批次3t小麦的风选；

第二批次加工：

S3、对粮食进行除杂并确定含杂率：

S3.1、输送3t第二批次粮食至除杂设备：

S3.2、依照上述时间分配，确定第一批次含杂率W₂：

在检测段中各个称重台测得，粮食排出总重量为G₂=2.85t、大杂排出总重量为G₃=0.02t、小杂排出总重量G₄=0.01t；

W₂=G₃+G₄/G₂+G₃ +G₄

W₂=0.03/2.94=0.01

得到第二批次小麦的含杂率为1%；

S4、调整风机至最佳风速：

此时1%=1%，W₂=W_d，表示第二批次粮食的含杂率等于标准状态；

在进行调整时，根据公式V₂=2W₂+3=2*1+3=5m/s，可得，在W₂=1%时，最佳风速为5m/s；需要调节风速由第一批次最佳风速9m/s降至5m/s；

调节完毕后，风机保持在5m/s的速度运转，完成对于第二批次3t小麦的风选；

第三批次加工：

S3、对粮食进行除杂并确定含杂率：

S3.1、输送第三批次3t粮食至除杂设备：

S3.2、确定第三批次含杂率W₃：

在检测段中各个称重台测得，粮食排出总重量为G₂=2.85t、大杂排出总重量为G₃=0.01t、小杂排出总重量G₄=0.005t；

W₃=G₃+G₄/G₂+G₃ +G₄

W₃=0.015/2.94=0.005

得到第三批次小麦的含杂率为0.5%；

S4、调整风机至最佳风速：

此时0.5%=1%，W₃＜W_d，表示第三批次粮食的含杂率小于标准状态，需要调节风速至较低状态，避免能耗浪费；

在进行调整时，根据公式V₃=2W₃+3=2*0.5+3=4m/s；

可得，在W₃=0.5%时，最佳风速为4m/s；需要调节风速由第二批次最佳风速5m/s降至4m/s。

调节完毕后，风机保持在4m/s的速度运转，完成对于第三批次3t小麦的风选；

重复上述过程直至完成对于7个批次小麦的筛选。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定粮食的单批次输送量：分批次输送粮食至提升斗处，每次粮食输送的总重量均为G₁；

S2、分配单批次除杂中各阶段用时：

S2.1、确定G₁筛选所需时间T：

T=G₁/V_螺+T_余

上式中：V_螺表示螺旋输送机的恒定输送速度；T_余表示G₁的粮食全部输送完毕后至全部筛分排出所需的时间，V_螺、T_余均为设备定值；

S2.2、分配各阶段用时：

T=t₁+t₂+t₃

上式中：t₁表示第一阶段除杂用时，t₂表示单批次的含杂率W_i检测用时；t₃为风机优化后的除杂阶段，表示第二阶段除杂用时；在S2.2中：所述单批次除杂中各阶段用时的分配原则为，t₁：t₂：t₃=1:2:7；

S3、对粮食进行除杂并确定含杂率：

S3.1、分批次输送粮食至除杂设备；

S3.2、确定单批次含杂率W_i，i表示第i批次的粮食：

在t₂时间内，粮食排出总重量为G₂、大杂排出总重量为G₃、小杂排出总重量G₄，W_i的计算公式为：

W_i=G₃+G₄/G₂+G₃ +G₄

S4、调整风机至最佳风速：

根据W_i调整第i批次的初始风速至第i批次的最佳风速V_i，V_i的调整公式为：

V_i=kW_i+b

上式中：K、b均为调整系数；

在S4中：所述第i批次的初始风速为第i-1批次中的第二阶段除杂风速V_i-1。

2.根据权利要求1所述的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，其特征在于：所述风机的风速调整过程通过变频器完成。

3.根据权利要求1所述的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，其特征在于：在S3.1中：所述除杂设备的除杂方法为：粮食被输送带送至提升斗，再通过螺旋输送机送至筛选箱进行筛分，粮食从第三筛板的出口处排出、大杂从第一筛板、第二筛板的出口处排出、灰尘以及小杂在风机的作用下从除杂风道内被抽出，小杂最终通过重力分选机排出，灰尘最终吸附于布袋除尘器上，最后排出新鲜空气。

4.根据权利要求3所述的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，所述G₁由安装于提升斗底部的第一称重台测得，所述G₂由安装于第三筛板出口处的第二称重台测得，所述G₃由安装于第一筛板、第二筛板出口处的第三称重台测得，所述G₄由安装于重力分选机出口处的第四称重台测得。

5.根据权利要求4所述的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，其特征在于：所述布袋除尘器的出口端通过循环机构连通至第三筛板的底部，所述循环机构用以将洁净空气引流至第三筛板的底部并辅助吹去粮食中的杂质。

6.根据权利要求5所述的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，其特征在于：所述第一筛板、第二筛板、第三筛板、除杂风道的进风截面以及循环机构的出风截面之间均相互平行设置。

7.根据权利要求5所述的基于多体耦合的粮食机械分批次除杂方法，其特征在于：循环机构包括循环管、调节阀以及出风座，所述布袋除尘器通过循环管连通至出风座，所述出风座安装在第三筛板底部，所述出风座的出风截面与第三筛板平行，所述循环管上安装有用以调节所述出风座风速的调节阀。

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