Устройство для хранения и сушки зерна Советский патент 1991 года по МПК A01F25/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к хранению продуктов полеводства и садоводства, а также к сушке твердых материалов или предметов путем удаления из них влаги, и может быть использовано в сельском хозяйстве при хранении и сушке различного рода зерновых материалов (рожь, пшеница, семена различных культур и т.д.), для которых предьявляются повышенные требования к условиям хранения.

Целью изобретения является повышение качества сушки зерна и снижение энергетических затрат.

Устройство, содержащее вентилируемый бункер с тепловентиляционным блоком, дополнительно снабжено опорными конструкциями, опирающимися на весоизмерительные датчики, и аэростатическим компенсатором, расположенным в подводящем воздуховоде. Кроме того, устройство содержит весоизмерительные датчики, поточный влагомер и датчик наличия продувки бункера воздухом, соединенные с вычислительной системой, состоящей из блока вычисления начальных.параметров зерна, блока коррекции его веса, блока вычисления текущих значений влажности зерна, а выход вычислительной системы через схему сравнения текущего значения влажности зерна с заданным его значением связан со схемой управления тепловентиляционным блоком, причем тепловентиляционный блок снабжен распылительной форсункой.

На фиг. 1 изображено устройство со схемой автоматического регулирования режима вентилирования в бункере, общий вид; на фиг. 2 - аэростатический компенса- тор; на фиг. 3 - вентилируемый бункер с опорными конструкциями и весоизмерительными датчиками; на фиг. 4 - структурная схема автоматического регулирования режима вентилирования в бункере; на фиг. 5 - схема установки опорной конструкции бункера на весоизмерительный датчик; на фиг. б - структурная схема вычислительной системы; на фиг. 7 - кривая изменения показаний вычислительной системы в процес- се работы вентилируемого бункера.

Устройство состоит из бункера 1 из перфорированного материала с коническим основанием 2, расположенной по центру корпуса перфорированной воздухораспре- делительной трубы 3, которая соединена с аэростатическим компенсатором 4, состоящим из подводящего воздуховода 5, отводящего воздуховода 6 и гибких вставок 7, а выход аэростатического компенсатора 4 связан с подводящей трубой 8, служащей для подвода воздуха от тепловентиляцион- ного блока 9, состоящего из электрокалорифера 10, вентилятора 11 и распылительной форсунки 12. Бункер 1 снабжен опорными конструкциями 13, опирающимися на весоизмерительные датчики 14, каждый из которых опирается на опорную пяту 15. Конструкция весоизмерительного датчика 14 включает в себя металлический стакан 16, к которому винтами 17 крепится диафрагма 18, являющаяся весоизмерительным элементом, на которую давит опорная конструкция 13 бункера 1 через фигурную шайбу 19, а чувствительным элементом, измеряющим перемещение диафрагмы 18 при изменении нагрузки на опорную конст- руцию 13, служит механотрон 20, опирающийся на опорную пяту 15, причем сигнал с выхода механотрона 20 усиливается усилителем 21. Весоизмерительные датчики 14 связаны с вычислительной системой 22, служащей для формирования сигнала для автоматического управления работой теп- ловентиляционного блока 9. Вентилируемый бункер 1 снабжен также поточным влагомером 23, через который зерно 24 поступает в бункер 1, и датчиком 25 наличия продувки бункера воздухом, представляющим собой заслонку, установленную в подводящем воздуховоде 5 и снабженную концевым выключателем, причем выход поточного влагомера 23 и датчика 25 наличия продувки бункера воздухом связан с входом вычислительной системы 22.

Вычислительная система 22 состоит из блока 26 вычислений начальных параметров зерна, блока-27 коррекции веса зерна и блока 28 вычислений текущих значений влажности.

Блок 26 предназначен для вычисления среднего значения начальной влажности зерна w0, подаваемого на сушку, и начального веса влажного зерна М3о. Структурная схема блока 26 отражает последовательность операций, характеризующих определение среднего значения начальной влажности зерна w0 в соответствии с выражением

-

w0 -о.(1)

М30

где w - влажность зерна, определенная с помощью поточного влагомера, приведенная к относительным единицам (w 0-1);

dP

-т- - скорость подачи зерна в бункер,

кг/с;

w -гг - произведение, характеризующее количество влаги, поступающей в бункер, с;

г dP ,

j w -т- dt - суммарное количество влаги, поступившее в бункер после его заполнения;

Т - время заполнения бункера;

Мзо - начальная масса (вес) влажного зерна.

Блок 26 состоит из канала вычисления среднего значения начальной влажности зёрна w0 и канала вычисления значения начальной массы влажного зерна М3о, определяемой по формуле

Мзо P(t) - Рбо при t Т, где P(t) - суммарное значение веса бункера и зерна;

Рбо - вес незаполненного бункера.

В состав канала вычисления начальной массы зерна М3о входит сумматор 29, на

вход которого поступают сигналы с четырех весоизмерительных датчиков 14, обеспечивая на выходе сигнал, пропорциональный весу заполненного бункера P(t), схема 30 памяти веса незаполненного бункера Рбо, на вход которой поступает сигнал с выхода сумматора 29 по сигналу Начало заполнения бункера, а выход связан со схемой 31 сравнения, на один вход которой поступает сигнал с сумматора 29, на другой - сигнал со схемы 30 памяти веса незаполненного бункера, а выходной сигнал, равный текущей массе (весу) зерна в бункере, поступает на корректор веса, на вход схемы 32 памяти значения начальной массы влажного зерна Мзо и на один из входов делителя 33, на выходе которого формируется аналоговый электрический сигнал, пропорциональный среднему значению начальной влажности зерна.

Канал вычисления среднего значения начальной влажности зерна w0, функционирующий в соответствии с выражением (1), включает в себя умножитель 34, на один вход которого поступает сигнал w от поточного влагомера 23, а на другой вход - сигнал скорости подачи зерна dp/dt, получаемый от сумматора 29 с помощью дифференциа- тора 35. Выходной сигнал умножителя 34 поступает на вход интегратора 36, начало работы которого определяется сигналом Начало заполнения бункера, а конец - сигналом Конец заполнения бункера, а выход интегратора 36 связан с одним входом делителя 33, выходной сигнал которого поступает на вход схемы 37 памяти среднего-значения начальной влажности w0, причем на схему 37 памяти среднего значения начальной влажности поступают сигналы Конец заполнения бункера и Инициативный ввод величины w0, а выход ее связан с входом блока 28 текущих значений влажности. Выходной сигнал схемы 37 памяти представляет собой электрический аналоговый сигнал, пропорциональный среднему значению начальной влажности зерна w0.

Блок 27 коррекции веса предназначен для коррекции действия аэростатических сил во время включения вентилятора 11. в результате которых показания P(t) весоизмерительных датчиков 14 изменяются. Весь этот процесс (фиг. 7) занимает время Гр (время разгона вентилятора). Величина Гр (единицы секунд) весьма мала по сравнения с инерционными характеристиками процессов в зерне. Поэтому можно считать, что скачок А вР (te) показаний весоизмерительных датчиков М. фиксируемый датчиком 25 наличия продувки бункера воздухом

вызван только аэростатическими силами и определяется формулой

ABP(tB)H(tB + Te)-P(tB).

Величина ДвР(гв) является корректирующей поправкой к показаниям весоизмерительных датчиков 14 и тогда истинное значение массы зерна M3(t) определяется выражением

M3(t)P(t)+ АвР (tB)-Рбо (2)

(О 1в + гв).

где P(t)- показания весоизмерительных датчиков;

Рбо - вес незаполненного бункера;

гв - время разгона вентилятора 11.

Аналогично, если в момент tBK произошло выключение вентилятора 11, то возникает скачок ДвкР(1вк) с противоположным знаком и аэростатическая поправка ДвкР(1вк) вычисляется по формуле

Авк Р ( t вк) P(tBK + Тек) - P(tBKJ.

При этом считается, что время остановки вентилятора 11 приблизитеяьно равно времени разгона гвк гв . В качестве истинного значения количества зерна в бункере после выключения должна фигурировать величина

M3(t) Р(Т)+АвкР(вк)-Рбо

(t 1вк + Гв) .(3)

В процессе работы бункера обычно происходит многократное включение и выключение вентилятора 11, поэтому формулы (2) и (3) можно объединить выражением

M3(t) P(t) + (P(tm + Гр) - P(tm)) - Рбо (4)

(tm t tm -M),

где m - номер очередного изменения 4,осто- яния вентилятора 11 (включено-выключено или выключено-включено); tm+ 1 - момент последующего изменения состояния вентилятора 11; . Таким образом, для подавления искажений весоизмерительных датчиков 14 (скачки А вР (тв) и А вкР(тв) в моменты включения и выключения вентилятора 11 введен блок 27 коррекции веса, на выходе которого формируется текущее истинное значение массы зерна Мз(х).

Блок 27, функционирующий согласно выражению (4), состоит из схемы 38 формирования коротких импульсов, на вход которой отдатчика 25 наличия продувки бункера воздухом поступают сигналы запуска или останова вентилятора 11, а выход ее связан со схемой 39 задержки сигнала на время Грразгона вентилятора 11 и с одним входом схемы 40 памяти значения P(tm), а на второй ее вход поступает-сигнал со схемы 31 сравнения. Выходной сигнал схемы 39 задержки сигнала связан с одним входом схемы 41 памяти значения P(tm + р), а второй ее вход

связан со схемой 31 сравнения. Выходные сигналы схемы 40 памяти значения P(tm) и схемы памяти 41 значения P(tm + тр) связаны с двумя входами схемы 42 сравнения значений P(tm) и P(tm + гр), причем сформированный на ее выходе сигнал аэростатической поправки P(tm + гр ) - Р (tm) поступает на один вход схемы 43 формирования истинного значения массы зерна M3(t), на другой ее вход поступает сигнал, равный текущему весу (массе) зерна в бункере (P(t) - Рбо) со схемы 31 сравнения. Выходной сигнал схемы 43 формирования истинного значения массы зерна M3(t) представляет собой аналоговый электрический сигнал, пропорциональный истинному значению массы зерна M3(t) в соответствии с выражением (4).

Блок 28 вычисления текущих значений влажности предназначен для формирования на выходе текущего значения интегральной влажности зерна w(t). Текущее значение интегральной влажности зерна определяется как

-, у (t) w VVMs(t)

где w0 - начальное количество влаги, содержащейся в зерне, поступившем в бункер к моменту его заполнения;

Aw(t) - изменение количества влаги в процессе хранения зерна;

M3(t) - текущее истинное значение массы (веса) зерна.

Поскольку начальное количество влаги w0 М30 WQ, a A w(t) M3(t) - М30, где М3о - начальная масса зерна, то

- f - №о Wo + (M3 (t) - IVbo) w jIVLM

Жф

или

- (Йо-1) + М3(0

(5)

Структурная схема блока 28 построена в соответствии с выражением (5). Блок 28 включает в себя вычитатель 44, формирующий разностный сигнал (w0-1), причем константа 1 задается источником 45 аналогового сигнала, умножитель 46, перемножающий два входных сигнала: значение начальной массы зерна М30 с выхода схемы 32 памяти значения начальной массы зерна и разностного сигнала (w0-1) с выхода вычи- тателя 44, сумматора 47 значений M3(t) и Мзо(йГ0-1), суммирующего сигнала с выхода умножителя 46 и сигнал с выхода схемы 43 формирования истинного значения массы зерна M3(t), а также делитель 48, формирующий на выходе аналоговый электрический сигнал, пропорциональный текущему значению интегральной влажности зерна w(t) в

соответствии с выражением (5), связанный с выходом сумматора 47 значений M3(t) и M30(w0-1) и выходом схемы 43 формирования истинного значения массы зерна M3(t). Выход блока 28 связан с одним из входов схемы 49 сравнения текущего значения влажности зерна с заданным, на другой вход которой поступает сигнал с задатчика

50влажности зерна, представляющего со- 0 бой регулируемый источник напряжения, а

выход схемы 49 сравнения связан со схемой

51управления тепловентиляционным блоком, состоящей из блока логики и силового блока.

5В вычислительной системе 22 предусмотрено два варианта определения среднего значения начальной влажности зерна w0:1 по показаниям поточного влагомера 23 и весоизмерительных датчиков 14; по ре0 зультатам лабораторных испытаний, когда начальная влажность зерна определяется в лаборатории путем взятия проб из бункера. В этом случае используется Инициативный ввод величины влажности w0, т.е. на схему

5 37 памяти среднего значения начальной влажности подается электрический аналоговый сигнал, соответствующий значению начальной влажности зерна w0.

Устройство работает следующим обра0 зом.

Перед началом заполнения бункера 1 по сигналу Начало заполнения бункера по показаниям весоизмерительных датчиков 14 с помощью сумматора 29 определяется

5 вес незаполненного бункера Рбо и это значение запоминается в схеме 30 памяти веса незаполненного бункера. Необходимость запоминания веса незаполненного бункера объясняется тем, что начальный вес бункера

0 может меняться за счет запыленности помещения, остатков зерна в местах, недоступных чистке. Затем начинается заполнение бункера 1 зерном, при этом масса (вес) бункера повышается, что соответствует началь5 ному участку 1 на фиг. 7. В результате на выходе схемы 31 сравнения в процессе заполнения появляется электрический аналоговый сигнал, соответствующий массе поступившего в бункер влажного зерна на

0 данный момент времени ti(P(ti) - Рбо), а на выходе делителя 33 имеет место аналоговый электрический сигнал, соответствующий среднему значению начальной влажности зерна w0(ti) на данный момент времени, По

5 сигналу Конец заполнения бункера прекращается интегрирование в интеграторе 36, а в схеме 32 памяти начальной массы влажного зерна происходит запоминание начальной массы зерна МЭо и в схеме 37 памяти среднего значения начальной влажности зерна w0 происходит запоминание среднего значения начальной влажности зерна WQ, вычисленное в соответствии с выражением (1).

Если начальная влажность зерна w0 от- личается от заданной, то на выходе схемы 51 управления тепловентиляционным блоком появляется сигнал на включение вентилятора 11. При включении вентилятора 11, подающего воздух в бункер 1, изменение давления воздуха в подводящей трубе 8 приводит к возникновению внешних сил и моментов, действующих на бункер 1, Чтобы при этом весоизмерительные датчики 14 не давали искаженных показаний весовых ха- рактеристик зерна, в конструкции бункера 1 предусмотрен аэростатический компенсатор 4. Так как с помощью аэростатического компенсатора 4 полностью подавить искажающие аэростатические силы не удается, в вычислительную систему 22 введен блок 27 коррекции веса. Блок 27 вступает в работу, когда происходит включение или отключение вентилятора 11, и функционирует в соответствии с выражением (4). При включе- нии вентилятора 11 заслонка датчика 25 наличия продувки бункера воздухом отклоняется от своего первоначального положения за счет потока воздуха в подводящем воздуховоде 5, срабатывает конечный выключатель и через его контакты поступает потенциал на вход схемы 38 формирования коротких импульсов, на выходе которой по переднему фронту поступившего напряжения формируется короткий импульс, ис- пользуемый для запуска схемы 40 памяти значения Р(т.т)(Р(к+1) на фиг. 7)(веса) массы зерна в момент включения вентилятора 11. По сигналу, полученному на выходе схемы 39 задержки сигнала на время гр , происхо- дит запоминание в схеме 41 памяти значения P(tm + Тр) веса (массы) зерна в момент окончания разгона вентилятора 11 (Р(к) на фиг. 7), а на выходе схемы 42 сравнения значений P(tm) иР (tm + tp) формируется ска- чок (P(tm + Гр) - P(tm). который вычитается в схеме 43 формирования истинного значения массы зерна M3(t) из значения текущего веса зерна (P(t) + Рбо). Если же вентилятор 11 отключается, то заслонка возвращается в исходное положение, концевой выключатель размыкается, напряжение падает до нуля и по заднему фронту этого напряжения на выходе схемы 38 формирования коротких импульсов появляется короткий импульс противоположной полярности, который через схему 39 задержки сигнала используется для запуска схемы 41 памяти значения P(tm + tp). При выключении вентилятора 11

блок 27 коррекции веса функционирует аналогично, только в схеме 43 формирования истинного значения массы зерна M3(t) происходит сложение скачка (P(tm + тр) - P(tm}) со значением текущего веса зерна (P(t) Рбо).

В блоке 28 вычислений текущих значений влажности осуществляется формирование аналогового электрического сигнала, пропорционального интегральной текущей влажности зерна w(t) в соответствии с выражением (5). Это значение сравнивается в схеме 49 сравнения текущего значения влажности зерна с заданным значением влажности w3afl, установленным задатчиком

50влажности зерна. На выходе схемы 49 сравнения формируется сигнал рассогласования, который воздействует на схему 51 управления тепловентиляционным блоком. Алгоритм работы схемы 51 управления тепловентиляционным блоком 9, состоящей из блока логики и силового блока, заключается в следующем. В блоке логики анализируется отклонение текущего значения влажности зерна в бункере 1 от заданного значения.

ЕСЛИ w(t) УЛ/зад, ТО С ПОМОЩЬЮ СИЛОВОГО

блоха включается вентилятор 11 и на каждом такте времени (наиболее удобно за такт времени принять постоянную времени зерновой массы относительно изменения ее влажности для данного типа зерна) в блоке логики осуществляется анализ скорости испарения влаги в бункере 1. Если скорость испарения влаги удовлетворяет заданному темпу испарения, то вентилятор остается включенным до следующего такта. Если на каком-либо такте окажется, что скорость испарения влаги меньше заданного значения или даже влажность начала расти, то на выходе силового блока схемы 51 управления тепловентиляционным блоком 9 появляется сигнал на включение электрокалорифера 10. Если w(t) w3aA, то силовой блок схемы

51управления тепловентиляционным блоком формирует сигнал на включение вентилятора 11 и в блоке логики на каждом такте анализируется скорость повышение влажности зерна. Если на очередном такте темп нарастания влажности зерна не удовлетворяет заданному значению, то силовой блок схемы 51 управления тепловентиляционным блоком включает распылительную форсунку 12, с помощью которой обеспечивается увлажнение подаваемого воздуха, а следовательно, и зерна, хранимого в вентилируемом бункере.

Работа предлагаемого устройства по одному из приведенных выше алгоритмов продолжается до тех пор, пока влажность

зерна не достигнет заданного значения или войдет в поле допуска.

Если начальная влажность зерна задается с помощью Инициативного ввода величины влажности w0, т.е. по результатам измерения начальной влажности в лабораторных условиях, то по сигналу Конец заполнения бункера в схеме 37 памяти среднего значения начальной влажности происходит запоминание полученного значения начальной влажности зерна w0 и канал вычисления среднего значения начальной влажности зерна w0 не функционирует.

На входы вычислительной системы 22, блоков 26-28, схем 49 и 51 поступают электрические аналоговые сигналы. Сигнал Начало Заполнения бункера представляет собой короткий импульс, по которому осуществляется запоминание веса незаполненного бункера в схеме 30 памяти веса незаполненного бункера и начинается интегрирование в интеграторе 36. Сигнал Конец заполнения бункера представляет собой также короткий импульс, с помощью которого осуществляется прекращение интегрирования в интеграторе 36 и обеспечивается запоминание значения начальной массы влажного зерна М3о в схеме 32 памяти значения начальной массы влажного зерна и среднего значения начальной влажности зерна w0 в схеме 37 памяти среднего значения начальной влажности зерна в моментокончания заоолнения бункера. Эти сигналы подаются оператором с помощью кнопок. Сигнал Инициативный ввод величины влажности w0 предназначен для ввода в схему 37 памяти среднего значения начальной влажности w0, определенной в лабораторных условиях. Этот сигнал задается оператором путем подачи на вход схемы 37 памяти среднего значения начальной влажности зерна уровня электрического аналогового сигнала, соответствующего значению начальной влажности зерна w0.

Таким образом, в предлагаемом устройстве введена система автоматического регулирования интегральной влажности в бункере. Причем в конструкции вентилируемого бункера 1 и в вычислительной системе 22 предусмотрена возможность подавления влияния искажений весоизмерительных датчиков 14 при включении и выключении вентилятора 11, что обеспечивает возможность управления тепловентиляционным блоком 9 в зависимости от текущей влажности зерна в бункере. Одновременно предлагаемое устройство позволяет иметь оперативную информацию о количестве

зерна, хранимого в бункере.

Формула изобретения

1.Устройство для хранения и сушки зерна, содержащее вентилируемый бункер с воздухораспределительной трубой, соединенной через подводящую трубу с тепло- вентиляционным блоком, отличающее- с я тем, что, с целью повышения качества сушки зерна и снижения энергетических затрат, оно дополнительно снабжено опорными конструкциями, аэростатическим компенсатором, поточным влагомером, весоизмерительными датчиками, датчиком на- личия продувки бункера воздухом, вычислительной системой, схемой сравнения текущего значения влажности зерна с заданным значением и схемой управления тепловентиляционным блоком, а последний снабжен распылительной форсункой, при этом опорные конструкции выполнены с

возможностью контакта с весоизмерительными датчиками, аэростатический компенсатор расположен между подводящей и воздухораспределительной трубами, поточный влагомер, весоизмерительные датчики

и датчик наличия продувки бункера воздухом соединены с входом вычислительной системы, выход которой через схему сравнения текущего значения влажности зерна связан со схемой управления тепловентиляционным блоком.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вычислительная система содержит блок вычисления начальных параметров зерна, блок коррекции массы зерна,

блок вычислений текущих значений влажности зерна, при этом блок вычислений начальных параметров зерна подключен к блоку вычислений текущих значений влажности зерна непосредственно и через блок

коррекции массы зерна.

ФигЗ

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для хранения и сушки различного рода зерновых материалов. Цель изобретения - повышение качества сушки зерна и снижение энергетических затрат. Вентилируемый бункер с воздухораспределительной трубой, соединенной через подводную трубу с тепловентиляционным блоком, снабжен опорными конструкциями, опирающимися на весоизмерительные датчики, поточным влагомером, датчиком наличия продувки бункера воздухом и аэростатическим компенсатором, расположенным между подводящей трубой и воздухораспределительной трубой, а также вычислительной системой. Весоизмерительные датчики, поточный влагомер и датчик наличия продувки воздухом соединены с входом вычислительной системы, состоящей из блока вычисления начальных параметров зерна, блока коррекции его веса и блока вычисления текущих значений влажности зерна, а выход вычислительной системы через схему сравнения текущего значения влажности зерна с заданным его значением связан со схемой управления тепловентиляционным блоком, причем теп- ловентиляционный блок снабжен распреде- лительной форсункой. Зерно через поточный влагомер поступает в бункер. Сигналы от весоизмерительных датчиков воздействуют на вычислительную систему, где формируется значение текущей интегральной (средней) влажности зерна, которое сравнивается с заданным значением. В случае неравенства этих значений включается вентилятор, а включение электрокалорифера или распылительной форсунки происходит в том случае, когда скорость изменения влажности зерна в бункере отличается от заданного значения. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. (Л С а СА чэ Јь чэ

Фи.г Ч

17

l2fj

А Г /f2- Lrr

Начало заполнения Конец заполнения

бункера бункера

фигб

i на вход вычисли -X-I тельно

тельной системы И

J

WJ-fABVrf, ВЗОД

5

P(U I

Р(кн) P.

Pfa) P(1

РК

о о

I I l psPJ1 || S „ I

и| ,OsJL/| /V, /I

Ч У11

/1I I

I I|ИИ

р kt. t

I i Л1it1

саполнение бункера

....абота вентипируямого бункера.

Фие.7