автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электрификация и автоматизация процесса очистки зерна в псевдоожиженном слое

Ст]э.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ПОДРАБОТКИ ЗЕРНА В ПСЕВДО

ОЖИЖЕННОМ СЛОЕ.

1.1. Классификация существующих признаков очистки и сортирования зерновых материалов

1.2. Применение техники псевдоожижения

1.3. Выв оды

1.4 Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПНЕВМОСЕПА

РАТОРА-ТРАНСПОРТЕРА КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

2.1. Выбор контролируемых и регулируемых параметров АСУ процессом очистки зерна в псевдоожиженном слое

2.2. Определение оптимальных условий протекания технологических процессов

Выв оды

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

3.1. Электрические средства контроля и управления степенью псевдоожижения.

3.2. Электрические средства контроля и управления выделением легких примесей

3.3. Электрические средства контроля и управления сходом фуражных отходов

3.4. Рекомендации по изготовлению и эксплуатации датчиков

3.4.1. Дифференциальный оптический датчик степени псевдоожижения

3.4.2. Датчик четкости сепарации.

Выв оды.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПСЕВДООЖЙЖЕННОГО ЗЕРНОВОГО

СЛОЯ КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

4.1. Экспериментальное и теоретическое обоснование динамики псевдоожижен-ного зернового слоя.

4.2. Исследование степени псевдоожижения слоя зернового материала как стационарного случайного процесса

В ы в о д ы.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ АСУ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ ЗЕРНА

В ПСВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ.

5.1. Математическая модель АСУ пневмо-сепаратором-транспортером

5.2. Обоснование статических параметров АСУ пневмосепаратором-транспорте

5.2.1. Оператор псевдоожиженного слоя

5.2.2. Оператор транспортирующего канала.

5.2.3. Оператор исполнительного механизма

5.3. Частотный анализ АСУ и синтез корректирующих устройств

5.4. Исследование параметров наблюдаемости и управляемости системы.

5.5. Лабораторные и производственные испытания автоматизированного пневмосепаратора-транспортера

5.6. Оценка надежности и технико- экономической эффективности АСУ процессом очистки зерна в псевдоожиженном слое

Выв оды

ОБЩИЕ ВЫВОда И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В принятом на ХХУ1 съезде КПСС Постановлении "Основные направления экономического и социального развития СССР на 19811985 годы и на период до 1990 года" сказано, что важнейшей задачей в земледелии является всемерное повышение плодородия почв и урожайности, а также дальнейший рост производства зерна, которое достигнет 238.243 млн.тонн [ П.

В принятой на майском Пленуме ЦК КПСС 1982 г. Продовольственной программе СССР на период до 1990 года Е 21 проблема ускоренного и устойчивого наращивания производства зерна названа в числе ключевых в сельскохозяйственном производстве. Для ее успешного решения необходимо ".осуществить в одиннадцатой пятилетке перевод семеноводства зерновых культур на промышленную основу, ускорить внедрение в производство высокопродуктивных сортов и гибридов" [ 23.

Но вместе с тем ".мы все чаще сталкиваемся с таким положением, когда узким местом становится не производство, а хранение, переработка продукции, доведение ее до потребителя" П.21.

На июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС отмечалось, что с целью выведения сельскохозяйственной отрасли в число передовых, необходимо ". обеспечить наиболее разумное использование производственного и научно-технического потенциала" L3*], что в полной мере можно отнести и к послеуборочной обработке зерна, т.к. многие эксплуатируемые в настоящее время зерноочистительные машины по своим техническим характеристикам перестали удовлетворять возросшим агротехническим требованиям с точки зрения универсальности и производительности 193, 104].

В связи с этим, большое значение приобретает разработка и внедрение принципиально новых устройств, высокопроизводительных и универсальных, способных успешно работать в технологических линиях очистки зерна и семян.

Многочисленные исследования, проведенные как в нашей стране [6,7,45,80 и дрЛ, так и за рубежом [ 14,21,110,112] показали, что одним из наиболее перспективных направлений разработки таких агрегатов является применение явления псевдоожижения, природа и свойства которого будут рассмотрены несколько ниже.

Вопросами разработки зерноочистительных машин, работающих на принципе псевдоожижения занимаются коллективы ученых ВНИИЗ, иибИМЭ, ЛОХИ, МмМСХ и др. Однако предельные технологические показатели данные агрегаты показывают лишь в режиме условной стабилизации, заключающемся в искусственном создании условий постоянства входных и управляющих воздействий, что в реальном рабочем режиме, характеризующемся наличием флуктуаций параметров массопотоков, а также множеством возмущающих факторов, осуществимо лишь средствами автоматики.

Область знаний, относящяяся к технике псевдоожижения, развивается быстро и взгляды ученых претерпевают изменения t2ll. Поведение псевдоожиженных систем настолько сложно, что до сих пор не существует моделей, полностью описывающих динамические свойства системы газ-твердые частицы. Для практического применения данного явления необходимо выявить полезные свойства систем, с целью получения желаемого результата.

На кафедре теплотехники и гидравлики МИМСХа под руководством д.т.н., профессора Л.И.Грачевой была осуществлена разработка пневмосепаратора-транспортера, осуществляющего очистку зерна в транспортируемом псевдоожиженном слое Ц803 . Отработана его конструкция, исследованы режимы работы. Несколько опытных образцов агрегата установлено в технологических линиях очистки зерна на Мелитопольском комбинате хлебопродуктов, где с его помощью

1аряду с доведением качества поступающего на комбинат продовольственного зерна до соответствия требованиям базисных кондиций ["95J, также осуществляется выполнение основных мероприятий по )беспеченшо взрывобезопасности элеваторов, сформулированных в изданных в 1983 г. "Правилах организации и ведения технологического процесса на элеваторах и хлебоприемных пунктах" 29 и направ-генных на улучшение работы аспирационных систем.

Вместе с тем, производственная эксплуатация пневмосепарато-)а-транспортера показала, что в нестабилизированном режиме рабо-?ы, из-за флуктуаций значений таких параметров, как подача материала, его натура и влажность, а также питающее напряжение двигате-гей вентиляторов и т.д., наблюдаются отклонения условий протека-шя технологических процессов от оптимальных, сопровождающиеся тибо недопустимо большими потерями полноценных зерен в отходах, шбо неудовлетворительным качеством очистки исходного зернового материала.

Исследования, проведенные на кафедре автоматизации сельско-созяйственного производства МИИСП под руководством чл.-корр. ЗАСХНИЛ, профессора И.Ф.Бородина позволили провести анализ техно-гогической схемы пневмосепаратора-транспортера, осуществляющего )чистку зерна в транспортируемом псевдоожиженном слое, как объ-зкта электрификации и автоматизации.

Целью настоящей работы является разработка и исследование электрических средств, обеспечивающих повышение эффективности эчистки зерна в псевдоожиженном слое посредством автоматического определения и поддержания оптимальных условий протекания технологического процесса.

В работе представлены теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию выбора контролируемых и регулируемых параметров автоматической системы управления.

Разработаны электрические средства контроля и управления на базе рецепторной и эффекторной частей системы, определенных из структурно-алгоритмической схемы массопотоков выделяемых фракций.

В результате выполненной работы получены следующие новые данные.

1. На основании поэлементного описания параметров физических переменных в координатах вход-выход, составлена математическая динамическая модель автоматизированного пневмосепаратора-гранспортера.

2. Теоретические и экспериментальные исследования механиче-зких и частотных диапазонов воздействия компонентов зернового материала выявили возможность снижения потерь полноценных зерен з легких примесях до 0,15.0,2$ при полном удалении последних.

3. Разработаны электрические средства контроля и управления, с основным из которых относятся: датчик четкости сепарации, де-штельный экран для схода фуражных отходов, бинауральная экстре-1альная система распознавания сигналов конденсаторных датчиков.

Практическая ценность проведенных исследований заключается > том, что разработанная автоматическая система позволяет осу-[ествлять контроль и управление процессом разделения на три фрак-;ии транспортируемого псевдоожиженного зернового слоя, обеспечи-ая при этом максимальную производительность, так как подача атериала рассматривается в виде независимого задающего воздей-твия.

На защиту выносятся:

1. Информативный признак оптимизации перераспределения ком-онентов зернового материала по толщине псевдоожиженного слоя.

2. Математическая модель взаимовлияния контуров регулирова-ия массопотоками выделяемых фракций.

3. Результаты исследования частотно-механических характерис-ик компонентов исходного зернового материала.

Технические средства автоматического контроля потерь юлноценных зерен в отходах.

Разработки АСУ процессом очистки зерна в псевдоожиженном )лое одобрены на Всесоюзных научно-технических совещаниях по автоматизации производственных процессов в растениеводстве С 42, , на научно-технической конференции "Автоматизация процес-зов сельскохозяйственного производства, приборы контроля и средства автоматизации" £493 , а также на научно-технических конфе-эенциях МИИСП, ЦНИИМЭСХ, МИМСХ и др.

Выводы

1. На основании поэлементного описания параметров физических переменных в координатах вход-выход элементов, составлена математическая модель АСУ пневмосепаратором-транспортером, адекватность которой проверена исследованием статических параметров системы.

2. Частотный анализ АСР массопотоками выделяемых фракций, проведенный в виде диаграммы Боде, показал абсолютную устойчивость системы в диапазоне реальных частотных флуктуаций псевдоожиженного зернового слоя.

3. Лабораторные и производственные испытания автоматизированного пневмосепаратора-транспортера показали работоспособность и помехоустойчивость предложенных устройств, а очищенный материал при этом отвечает требованиям базисных кондиций на [1родовольственное зерно, кроме случаев засоренности трудноот-целимыми примесями.

4. Годовой экономический эффект от внедрения системы автоматизации процесса очистки зерна в псевдоожиженном слое, обус-иовленный улучшением качества сепарации исходного зернового латериала и снижением потерь зерна в отходах, составил около цвух тысяч рублей на один автоматизируемый агрегат.

ОБЩИЕ вывода И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследование процесса очистки зерна в псевдоожиженном ое показало отклонения условий его протекания от оптимальных д воздействием имеющих место в нестабилизированной системе мно-численных возмущений в виде колебаний подачи ожижающего агента, рнового материала, его натуры, влажности и пр., демпфирование торых с оптимизацией условий протекания технологического про-сса возможно лишь посредством его электрификации и автоматиза-:и.

2. Анализ технологической схемы пневмосепаратора-транспорте-, позволил теоретически обосновать иерархичность управления пропсом очистки зерна в транспортируемом псевдоожиженном слое в [де трех взаимосвязанных контуров регулирования с обратными свя-тли по массопотокам выделяемых фракций: очищенного зерна, фураж-х отходов и легких примесей.

3. В качестве рецепторного параметра регулирования произво-[тельности вентилятора нагнетательного воздуховода целесообраз использовать экспериментально выявленное требование постоянст-l отношения высот расширившегося и компактного слоя.

4. С учетом характера частотно-механических характеристик »мпонентов исходного зернового материала разработаны электри-юкие средства определения четкости сепарации, признанные изо-ютением (а.с. II25069). Полученные регрессионные модели указы-1ют на наличие удовлетворительной прямолинейной зависимости жду выходными и входными параметрами этих устройств, а их пог-нпности не превышают - 5 %.

5. Инженерный экспресс-анализ степени псевдоожижения, как шрерывной случайной функции времени, позволил заключить о стагонарности данного случайного процесса и соответствии Гаус-)вскому закону распределения. Экспериментальными исследовани-ш динамики расширения зернового слоя выявлены две фазы его >евдоожикения в виде колебательного и апериодического процес-)в для двух исходных состояний: компактного и частично ожиженно

6. Анализ условий управляемости и наблюдаемости подтвер

I состоятельность теоретического обоснования принятой структур-)-алгоритмической схемы пневмосепаратора-транспортера. Частот-ш анализ АСР массопотоками выделяемых фракций, проведенный в зде диаграммы Боде, показал абсолютную устойчивость системы в яапазоне реальных частотных флуктуаций потоков зерна и ожижаю-эго воздуха. Быстродействие системы, при сохранении качества шамического функционирования, лежит в пределах 3 с, что удов-этворительно согласуется со временем транспортного запаздыва-ж при движении компонентов зернового слоя в пределах рабочей шеры.

7. Лабораторные и производственные испытания автоматизиро-энного пневмосепаратора-транспортера показали целесообразность рименения разработанной системы. Экономический эффект, обуслов-енный улучшением качества очистки исходного зернового материала снижением потерь зерна в отходах, составил 1985 руб. на один грегат в год, или 0,1 руб. на одну тонну очищенного зерна.

178

1. Материалы Пленума Центрального Комитета КПСС, 14-15 июня1983 г. M.s Политиздат. - 80 с.

2. А.С.556340 (СССР). Оптический уровнемер /А.Х.Гольберг,

3. A.П.Гришов. Опубл. в Б.И., 1977, Р 4.

4. А.с.1125069 (СССР). Датчик четкости сепарации /В.Т.Диордиев,

5. B.Н.Орел, В.Н.Соловьев. Опубл. в Б.И., 1984, № 43.

6. А.с. 780907 (СССР). Сепаратор для очистки и сортировки зерна

7. Баскаков А.П. Скоростной безокислительный нагрев и термическая обработка в кипящем слое. М.: Металлургия, 1968. - 428 с.

8. Бендат Дж.,Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. Пер.с англ.Г.В.Матушевского и В.Е.Привальского.- М.: Мир, 1974.- 464 с.

9. Беранек Я., Сокол Д. Техника псевдоожижения. Пер.с чешского В.Г.Айнштейна под ред.Н.И.Гелперина.- М.: Гостоптехиздат, 1972.- 160 с.

10. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования,- М.: Наука, 1972. 768 с.

11. Богоявленский В.М. К вопросу выбора изоляции для диэлектрических фрикционных устройств.- Сб.науч.тр./МИИСП, 1980, с.18, вып.13, с.51-53.

12. Бородин И.Ф., Диордиев В.Т. Применение техники псевдоожижения для сепарации зерновых смесей.- В кн.:Автоматизация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве.-Сб.науч.тр./МИИСП, 1982, с.3-8.

13. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Основы автоматики.- М.: Колос, 1977. 325 с.

14. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. Практикум по основам автоматикии автоматизации производственных процессов.- М.: Колос, 1974.- 255 с.

15. Босый Н.Д. Электрические фильтры.- Киев: Госиздат,1955.-516 с.

16. Боттерилл Дж. Теплообмен в псевдоожиженном слое. Пер.с англ.- М.: Энергия, 1980, 344 с.

17. Блауэрт Й. Пространственный слух. Пер.с нем.- М.: Энергия, 1979. 224 с.

18. Буровой И.А. Автоматическое управление процессами в кипящем слое.- М.: Металлургия, 1969. 471 с.

19. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных.- М.: Колос, 1967.- 159 с.

20. Веников В.А. Теория подобия и моделирования.- М.: Высшая школа, 1976.16, Вентцель Е.С. Теория вероятностей.- М.: Наука, 1964.- 576 с.17, Воронов А.А. Основы теории автоматического управления.- М.: Энергия, 1980. 312 с.

21. Воронов А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость.-М.: Наука, 1979. 336 с.19, Васильев Я.Я., Семенов Л.И. Взрывобезопасность на предприятиях по хранению и переработке зерна.- М.: Колос, 1983.- 224 с.

22. Ю. Временная инструкция по испытанию, регулированию и эксплуатации внутрицеховых пневмотранспортных установок на предприятиях по переработке зерна.- М.: ВНИИЭ, 1979.- 64 с.

23. Гейлер Л.Б. Введение в теорию автоматического регулирования. Минск, Наука и техника, 1967. - 526 с.

24. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г. и др. Основы техники псевдоожижения /Под ред.Н.И.Гельперина.- М.: Химия, 1967. 664 е.

25. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г. Псевдоожижение.- М.: Знание, 1968. 63 с.

26. Гольфандбейн Н.А., Колосов Л.В. Ретроспективная идентификация возмущений и помех.- М.: Советское радио, 1972.- 230 с.

27. Гирник М.Л., Миронюк С.К., Анискин В.И, Механизация и автоматизация послеуборочной обработки зерна.- Киев, Урожай, 1976. -152 с.

28. Годовой отчет Мелитопольского комбината хлебопродуктов о производственной деятельности за 1982 г.- Мелитополь, 1983. -124 с.

29. Гонтарев В., Паулин А. Время пребывания материала в псевдо-ожиженнои слое. Пер.с чешского.- М.: ВПП № A-I07I9.- 19 с.

30. ГОСТ 12.3.018-79. Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний.- М.: Изд-во стандартов, 1982.

31. ГОСТ 26.011-80. Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные.- М.: Изд-во стандартов, 1980.

32. ГОСТ 19852-74. Фоторезисторы. Фотодиоды. Фототранзисторы. Фотоэлектрические параметры и характеристики.- М.: Изд-во стандартов, 1977.

33. Государственные стандарты Союза ССР. Зерновые, бобовые и масляничные культуры.- М.: Изд-во стандартов, 1980.- 344 с.

34. Грачева Л.И., Дубовский В.В., Орел В.Н., Диордиев В.Т. Исследование и разработка автоматической системы работой пнев-мосепаратора.- В кн.:Автоматизация производственных процессов в растениеводстве: Тез.докл.Всесоюзн.совещания,Минск, 1978, с.103-104.

35. Гуляев Г.А. Основные направления и структура систем автоматизации зерноочистительных машин.- Науч.тр./ВИМ,1974, т.65, ч.1, с.144-154.

36. Гурлев Л.С. Справочник по электронным приборам.- Киев: Техника, 1966. 732 с.

37. Джалилов А.Х. Определение высоты слоя при сортировании семенного зерна по удельному весу в псевдожидкости.- Сб.науч. тр./МИИСП, 1968, т.4, вып.1, с.127-130.

38. Диордиев В.Т.Анализ технологической схемы пневмосепаратора-транспортера по очистке и сортировке зерновых смесей в псевдоожиженном слое.- Доклады ВАСХНИЛ, 1983, lb 2, с.46-48.

39. Диордиев В.Т., Орел В.Н. Оптимизация загрузки электрооборудования пневмосепаратора-транспортера по очистке и сортировке зерновых смесей в псевдоожиженном слое посредством автоматизации его работы. Науч.тр./УСХА, 1983, с.20-24.

40. Диордиев В.Т. Пневмосепаратор-транспортер зерновых смесей как объект автоматизации. В кн.: Автоматизация процессов сельскохозяйственного производства, приборы контроля и средства автоматизации: Тез.докл.науч.-техн.конф.Минск, 1982, с.34-35.

41. Дрогалин К.В., Жиганков Б.В., Карпов М.В. Очистка семян от трудноотделимых примесей.- М.: Колос, 1978. 125 с.

42. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов.- М.: Энергия, 1978. 112 с.

43. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном (кипящем) слое.- М.-Л.:Госэнергоиздат,19бЗ.- 488 с.

44. Инструкция по эксплуатации и уходу за скоростной кинокамерой CKC-I 27 с.

45. Исследование и разработка автоматической системы регулирования пневмосепаратором по очистке и разделению зерновой смеси на фракции в транспортном потоке./ Отчет по НИР .Гос.per. № 80073095.- 1Мелитополь, МИМСХ, 1980.

46. Каленюк Н.М. О возможности применения теории случайных функций.- К изучению процесса расслоения частиц в виброкипящем слое. В кн.:Механизация сельскохозяйственного производства.-Барнаул, 1974. с.50-53.

47. Калоша В.К., Лобко С.И., Чикова Т.О. Математическая обработка результатов эксперимента.- Минск, Высшая школа, 1982.103 с.57