Использование высоких технологий в процессе очистки зерна

Если рабочие органы машины выполняют различные процессы и  операции, связанные определенной последовательностью, то такая машина является агрегатной или комплексной. Подобные машины обеспечивают ускорение процессов, экономию труда  и производственных площадей, уменьшение потерь, снижение потребляемой энергии  и уменьшение эксплуатационных расходов.

Более совершенны по сравнению  с агрегатными (комплексными) комбинированные  машины, выполняющие определенный законченный  цикл операций и процессов.

Последовательное развитие производства приводит к переходу от машин, выполняющих отдельные операции, от агрегатных и комбинированных  машин к автоматической системе  машин и непрерывному производственному  потоку.

Наконец, по функциональному  признаку все технологическое оборудование, применяемое в пищевых производствах, можно разделить на группы, объединяющие принципиально одинаковые машины (аппараты) и автоматы по их воздействию на продукт и конструктивному решению. В частности, технологическое оборудование для переработки зерна в продовольственные  и кормовые продукты объединяют следующие  группы машин и аппаратов:

1. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной культуры шириной и толщиной;
2. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной культуры аэродинамическими свойствами;
3. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной культуры шириной, толщиной и аэродинамическими свойствами;
4. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной культуры длиной;
5. Машины для выделения примесей, отличающихся от зерен основной культуры совокупностью различных физических свойств;
6. Машины для сухой обработки поверхности зерна;
7. Машины для обработки зерна водой;
8. Аппараты для обработки зерна теплом;
9. Машины и агрегаты для дозирования и смешивания зерновых и жидких продуктов;
10. Магнитные сепараторы для выделения металломагнитных примесей;
11. Машины для измельчения зерна;
12. Машины для сортирования продуктов измельчения зерна;
13. Для машины для сортирования (обогащения) промежуточных продуктов измельчения зерна;
14. Машины для отделения оставшихся частиц эндосперма от оболочек;
15. Машины для шелушения зерна крупяных культур, шлифования и полирования ядра;
16. Машины и аппараты для сортирования продуктов шелушения зерна крупяных культур;
17. Машины для прессования и гранулирования комбикормов;
18. Весоизмерительные установки.

 

3. Технологичность машин и аппаратов

 

Под технологичностью следует  понимать соответствие конструкции  требования оптимальных технологических  процессов изготовления машин при  заданных масштабах производства и  всемерной экономии материалов на изготовление их. Таким образом, технологичность  – важнейшая техническая основа для решения задач, связанных  с повышением технико-экономических  показателей изготовления машин. Технологичность  конструкции  машины относится ко всему комплексу производственных процессов, начиная от изготовления заготовок отдельных деталей  и кончая сборкой и испытанием полностью изготовленной машины.  Показателями технологичности машин (аппаратов) пищевых производств  могут быть их общая трудоемкость, материалоемкость и масса.

Общая трудоемкость изготовления машины включает трудоемкость заготовительных  операций, механической, термической  и других видов  обработки, сборки и испытания машины. При конструировании  машин следует учитывать, что  на снижение трудоемкости большое влиянии  оказывает унификация и нормализация деталей и узлов машин. Это  позволяет при эксплуатации сократить  номенклатуру необходимых запасных деталей и облегчить ремонтные  работы.

Материалоемкость и масса  машины дают возможность судить об общем расходе материалов. Следует  помнить об экономии металлов, расходуемых  на изготовление машин и аппаратов. Поэтому при конструировании  необходимо большое внимание уделять  выбору оптимальных профилей металлов. Во многих случаях заготовки с  пустотелыми профилями позволяют  уменьшить расход металла в 2-3 раза без ущерба для прочности и  жесткости.

Чтобы уменьшить массу  деталей, при конструировании целесообразно  выбирать материалы с повышенными  механическими свойствами, ориентируясь во многих случаях на штамповку и  сварку отдельных частей. Так, при  изготовлении штампованных деталей  одинакового назначения можно, незначительно  изменяя их конфигурацию, значительно  уменьшить расход листовой стали.

Унификация и нормализация деталей и узлов машин, максимально  широкое применение стандартизованных  деталей и изделий повышает серийность и технологичность машин, следовательно  увеличивает производительность и  удешевляет производство, упрощает и  ускоряет проектирование, снижает ремонтную  сложность машин, сокращает номенклатуру необходимость запасных деталей.

Необходимо широко использовать современные прогрессивные методы упрочнения металлов. К ним относят: упрочнение (деформирование) наклепом, накатывание роликами и т.д., термомеханическую  обработку, поверхностную закалку, цементацию, азотирование, цианирование, хромирование, сульфидирование, наплавку и напыление специальных материалов на рабочие органы машины.

Следует применять синтетические  материала (пластмассы) при изготовлении и ремонте машин. Эти материалы  при малой плотности обладает достаточной механической прочностью, упругостью, эластичностью и высокой  износостойкостью.

Синтетические материалы  во многих случаях не только снижают  массу машины, увеличивают ее надежность и долговечность, но и снижают  трудоемкость и себестоимость изготовления. Экономическая эффективность от замены металлов пластмассами достигает  значительных размеров, но при проектировании деталей из новых конструкционных  материалов надо тщательно учитывать  физико-механические свойства последних.

Машины и аппараты должны состоять из отдельных несложно соединяемых  блоков. Выполнение этого требования облегчает разборку, перемещение  и сборку при их монтаже и ремонте.

Строгое соответствие допусков материалов и деталей государственным  стандартам – необходимое условие  взаимозаменяемости деталей и узлов.

 

Глава II Технологические оборудования по очистке зерна.

Сепараторы зерна

 

2.1. Фотосепаратор

 

Основной задачей фотосепаратора является быстрая и эффективная  сортировка зерна, или семян различных  агрокультур. Более того, и множество  других сыпучих материалов может  обрабатываться на оборудовании такого класса.

Принцип работы фотосепарационного оборудования (рис. 1) основан на технологии высокоскоростного  линейного сканирования и фотообработки  сортируемого материала. А применение методов цветового анализа и  оценки плотности помогает обеспечить высокую точность сортировки.

 

Рис. 1 Фотосепарационное  оборудование

 

Исходный продукт подается в сортировщик через приемный бункер в верхней части машины (А). Под приемным бункером находятся  вибрирующие лотки (В). Они регулируют скорость и поток подачи зерна  в расположенные дальше распределительные  лотки (С). Распределительные лотки - гладкие, или разделенные на каналы - установлены под наклоном с той  целью, что бы ускорить движение частиц на пути к зоне сканирования. Кроме  того их задача рассредоточить частицы  равномерно и в один слой. Благодаря  такому распределению сортировщик  способен сканировать каждый элемент  в отдельности.

После того как частицы  проходят путь по распределительным  лоткам, они попадают в зону сканирования. Здесь, под светом ярких светодиодов  их с двух сторон просматривают высокочувствительные ССБ камеры (Р). Разрешение камер позволяет различить дефекты на частицах величиной от 0,2 мм, что и обеспечивает высочайшую точность очистки сыпучих продуктов.

Данные, полученные с камер, преобразуются в электронный  сигнал. Он меняется в зависимости  от цвета частицы, ее размера или  плотности. Благодаря этому устройство контроля может проводить сравнительный  анализ полученного сигнала с  заданными заранее параметрами  сортировки.

В случае, когда сигнал не соответствует эталону, устройство контроля дает команду на срабатывание пневмосистемы (Б). Тогда на выходе из зоны сканирования некачественная частица  попадает под воздушную струю  соответствующего эжектора и отбрасывается  в патрубок отходов. В то время  как качественный продукт продолжает движение в патрубок годного продукта (Е).

Таким образом, процесс калибровки семян происходит с высокой точностью: на входе в устройство мы имеем  однородный сыпучий материал, частицы  которого различны по цвету, размеру  или плотности, а на выходе из сортировщика получаем две отдельные группы частиц - отбракованные и качественные. При этом параметры качественности сортируемого продукта могут варьироваться  оператором через систему управления в достаточно широком диапазоне  и с очень высокой точностью.

Наиболее часто фотосепараторы используют для очистки и сортировки зерновых культур, семян, масличных  культур, ягод, орехов, кофе и других. Их использование возможно практически  для всех сыпучих продуктов с  сортировкой по размеру, геометрии  и цвету (распределению цветовых пятен).

Благодаря новейшим разработкам  в области оптики и программному обеспечению с использованием нейротехнологий, оборудование предоставляет широкие  возможности настройки. При этом оно является простым и надежным в эксплуатации устройством, не требующим  длительной подготовки эксплуатирующего персонала. Возможность дистанционной  настройки и получения производственных данных позволяет лучше контролировать работу удаленных производств. Оптическая сортировка по цвету и форме выведет  продукцию на более высокий уровень  качества.

 

2.2. Компьютерные сепараторы

 

Послеуборочная очистка  и сортировка зерна является одной  из важных операций в производстве зерна, которые в конечном итоге  влияют на окончательную себестоимость  зерна. Имеющаяся в сельскохозяйственном производстве зерноочистительная техника  морально устарела и назрела необходимость  разработки принципиально нового оборудования основанных на новых технологиях. Компьютерный сепаратор (рис.2) для очистки зерна предназначен для очистки и сортировки зерновых культур, таких как пшеница, овес, ячмень и рожь, а также может быть использована для очистки других зернобобовых и масличных культур. Данный компьютерный сепаратор может быть использован на семенных станциях, где требуется небольшая производительность.

Компьютерный сепаратор  способен в реальном режиме времени  определять геометрические параметры  каждого зерна, цвет и наличие  дефектов в зерне. При определение  геометрических параметров зерна определяются длина, ширина, толщина и форма  контура зерна. Для анализа формы  поверхности зерна в системе  заложена возможность восстановления видимой части поверхности зерна. На основании  полученных  данных  удалять зерна, которые не соответствуют предъявляемым  критериям. Удаление зерна производится с помощью вакуумного отсоса в специальную емкость. Также сепаратор позволяет подсчитать количество зерен, средние геометрические размеры зерен и вести статистическую обработку данных. 

Рис.2 Компьютерный сепаратор

 

Компьютерный  сепаратор  можно разделить на две составляющие части одна из них аппаратная часть, а другая программное обеспечение. 

Рис.3 Система сортировки зерна

 

 

В аппаратную часть входят  ленточный транспортер с приводом, система сортировки зерна, система  технического зрения (СТЗ), система  подачи и приема зерна, и компьютер.  Ленточный транспортер с приводом позволяет перемещать  зерна по транспортерной ленте с разной скорость в зависимости от количества зерна  находящегося на нем. Изменение скорости перемещения ленты обусловлено быстродействием системы сортировки зерна и СТЗ. Транспортерная  лента  должна быть черного  цвета, что позволит легко выделить на цифровом изображении зерна т.е. произвести сегментацию.  Система сортировки зерна (рис 3.) состоит рамы сортировочного узла с двумя направляющими, по которой перпендикулярно транспортерной ленте перемещается  каретка со всасывающей головкой. Для перемещения каретки и точного позиционирования всасывающей головкой применяется шаговый двигатель с блоком управления.  Всасывающая головка системы сортировки связана через гибкий шланг с вакуумным электроклапаном, который срабатывает когда необходимо удалить из транспортерной ленты посторонние примеси или зерна не удовлетворяющие предъявляемым требованиям в специальный накопитель. Система технического зрения предназначена для получения оцифрованного видеопотока.  Из видеопотока выделяются отдельные цифровые изображения по которым определяются геометрические параметры каждого зерна (длина, ширина, толщина и форма контура зерна), цвет и наличие дефектов в зерне. В систему технического зрения входят две видеокамеры (рис. 4), лампа для освещения сцены на транспортерной ленте и плата оцифровки в случае применения аналоговой видеокамеры. Современные цифровые камеры позволяют передавать видеосигнал на прямую без платы оцифровки через стандартный интерфейс компьютера IEEE1394 (FireWire, i-Link) или USB2.