Использование высоких технологий в процессе очистки зерна

МИНИСТЕРСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ  И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

Кафедра «Биомедицинская  техника.

Процессы и аппараты пищевых  производств»

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему: «Использование высоких технологий в процессе очистки зерна»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Иванова С.И.

 

Проверил: Ямпилов С.С.

доктор технических наук,

проф., зав. кафедрой ВСГУТУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Улан-Удэ - 2011 г.

 

Содержание

 

1. Введение…………………………………………………………………………2
2. Глава I. Структура и классификация машин по переработке зерна……….6
3. 1.1. Структура машин и назначение…………………………………………..6
4. 1.2. Классификация машин…………………………………………………….6
5. 1.3. Технологичность машин и аппаратов……………………………….…11
6. Глава II Технологические оборудования по очистке зерна. Сепараторы зерна…..………………………………………………………………………..…..14
7. 2.1 Фотосепаратор…………………………………………………………….14
8. 2.2 Компьютерные сепараторы………………………………………………16
9. 2.3 Многофункциональные безрешетные сепараторы зерна………………22
10. Заключение …………………………………………………………………...24
11. Список литературы…………………………………………………………...25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Начальным этапом любого производственного  процесса на предприятиях по переработке зерна является очистка зерна. 

Эта операция обеспечивает качество и сохранность зерна.  
При очистке зерна от мусора важно знать удельный вес и гранулометрию. Воздух извлекает легкий мусор, а отверстия решет пропускают мелкий мусор и задерживают крупный. Извлекаются:

• инертные тела (пыль, камни, земля, солома, листья, растительный мусор)
• зерна растений паразитов (подмаренник, овсюг, щавель, прочие злаки)
• зерна других подсевных растений
• зерна испорченные или больные, атрофированные, очень легкие (для пищевого и семенного использования).

В зависимости от обстоятельств, используются разные методы и машины для очистки зерна:

1. Прием: Предварительная очистка, обеспечивает сохранность и однородность зерна. Приемочная производительность может быть очень высокой, и не очень изменчивой.
2. Отбор: Очистка более тонкая, калибровка позволяет отобрать лучшее зерно или посевной материал. Рабочая скорость равномерная и невысокая.
3. Отправка: Очистка быстрая, производительность постоянная.

Для достижения качественной очистки, необходимо знать физические характеристики зерна, и основные отличия  от примесей. По конечному использованию, основные злаковые культуры, прочие злаковые культуры, овощи и кормовые культуры, подвергаются очистке от инертных примесей, зерен сорняков, зерен других культур  или зерен основной культуры, но очень мелких и поврежденных. Чтобы  отделить зерно от примесей по удельному  весу, используют аспирацию, а по зерновому  составу – решетную очистку.

Удельный вес / Аспирация. Воздушный поток поднимает легкий мусор и зерна. Для более значительного  отделения, повышают скорость вращения вентилятора. Границы:

• извлекается только легкий сор
• риск выдувания легких зерен до того как извлечется крупный, легкий мусор
• если зерно неоднородное, отделение будет нечетким
• вихревой поток увеличивает нечеткость очистки.

Зерновой состав / Решета. Перфорация решет позволяет отделять по двум размерам:

• Круглое отверстие – очистка по длине, продолговатое отверстие – по толщине
• В зависимости от характера зерна и мусора происходит выбор сит (решет): с круглыми или продолговатыми отверстиями.
• Крупные отверстия пропускают хорошее зерно и отделяют крупный мусор. Это первичная очистка.
• Мелкие отверстия пропускают мелкий мусор. Это просеивание.

На Очистителе Сепараторе (плоском) оба решета (первичная очистка  и грохочение) расположены друг над  другом. Вверху сито с крупной перфорацией, внизу - с мелкой. На барабанном очистителе каждое последующее цилиндрическое решето может быть как для первичного отделения, так и для просеивания (грохочения).

Прочие характеристики. Невозможно достигнуть качественной очистки, используя только продолговатые или круглые перфорации решет. В триерах зерно проходит через ячейки (альвеолы) по длине. Триера применяются для очистки семенного материала или высококачественной очистки зерна.  Существуют машины, способные производить дополнительную очистку или очистку по другим критериям: цвет, форма, ворс, текстура и т.д.

Точки контроля. Парадокс, но настройки не осуществляются по результатам очистки зерна. Настройки производятся по результатам контроля мусора. Каждая настройка регулируется до момента появления в отходах хорошего зерна. Каждый выход мусора подлежит настройке. Поэтому важным этапом настройки является отбор проб на каждом выходе отходов.

Точки настройки. Аспирация. Воздух должен равномерно пройти сквозь поток зерна. Во избежание прохождения воздуха в местах отсутствия зерна, зерно должно идти беспрерывным потоком. Во избежание вариации аспирации, производительность должна быть постоянной.  Высокая производительность дает очень плотный (толстый) поток зерна, что затрудняет воздуху проникнуть по всей толщине зерновой массы. Настройки производятся постепенно, с моментами выжиданиями, дающими возможность оценить результаты.

Решета. Подбор решет является важной частью настройки, определяющей производительность и качество работы. При очень высокой производительности существует риск больших потерь зерна  и низкого качества очистки.

• Решето для предварительной очистки не обеспечивает проходимость всего зерна, что приводит к выбросу хорошего зерна с крупным мусором.
• Решето вторичной очистки (калибровки) не пропускает весь мелкий мусор, как результат, он остается в хорошем зерне.

При заданной производительности, лучший результат достигается при:

• установке решета просеивания с самой крупной перфорацией, что позволяет извлечь максимум мелкого мусора
• установке решета предварительной очистки с самой мелкой перфорацией, что позволяет извлечь максимум крупного мусора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I Структура и классификация машин по переработке зерна

 

1.  Структура машин и назначение

 

Современная машина главных  образом состоит из питающих устройств, исполнительных механизмов с рабочими органами, приводного (двигательного  механизма, а также устройств  для регулирования и блокировки.

Питающее устройство предназначено  для непрерывной  или периодической  подачи исходного продукта или сырья  в машину. Одновременно это устройство может обеспечивать количественное дозирование по массе (весу) или объему подаваемого исходного продукта или сырья в зависимости от требований технологического процесса.

Исполнительный механизм предназначен для передачи движения рабочим органам машины. Он включает ведомое звено, которое соединены  рабочие органы, и ведущее звено, которое связано с приводным  механизмом.

Рабочие органы машины непосредственно  воздействуют на обрабатываемый продукт (исходный, промежуточный или конечный) согласно заданному технологическому процессу. Во многих случаях этот процесс  в машине осуществляется несколькими  рабочими органами, каждый из которых  выполняет определенную операцию. Такие  машины называются сложными в отличие  от простых машин с одним рабочим  органом.

Исполнительные машины характеризуются  условиями работы рабочих органов.  Существуют механизмы непрерывной  работы; их органы находятся в непосредственном  контакте с обрабатываемым продуктом  в течение всего цикла движения механизма. Известны также механизмы  прерывной работы, рабочие органы которых находятся в контакте с обрабатываемым продуктом лишь в течение части цикла движения. Механизма (рабочее перемещение); остальное  время рабочие органы такого механизма  находятся в нерабочем положении (холостое перемещение).

Современные машины пищевых  производств приводятся в движение главных образом индивидуальными  электродвигателями.

Кроме перечисленных механизмов, современные машины снабжают рядом  дополнительных устройств для регулирования  и настройки работы машины, управления, пуска, остановки, контроля, защиты и  блокировки.

Устройства защиты и блокировки должны предотвращать неправильные или несвоевременные включения  или отключения отдельных частей машины и предохранять их от разрушения при аварии сопряженных механизмов или машин.

 

2.   Классификация машин

 

При современном многообразии пищевых производств применяемое  в них технологическое оборудование весьма разнообразно. Это оборудование можно классифицировать по общим  признакам:

• Характеру воздействия на обрабатываемый продукт;
• Структуре рабочего цикла;
• Степени механизации и автоматизации;
• Принципу сочетания в производственном потоке;
• Функциональному признаку.

Кроме общих признаков, каждому  виду оборудования присущи специфические  свойства и особенности, которые  можно рассматривать как частные  признаки классификации.

По характеру воздействия  на обрабатываемый продукт различают:

• Машины, в которых продукт подвергается механическому воздействию; при обработке в этих машинах продукты изменяют не свойства, а лишь форму, размеры и другие подобные параметры, поддающиеся механическому воздействию;
• Аппараты, как особую категорию рабочих машин, в которых продукты испытывают воздействия  (физико-химические, биохимические, тепловые и электрические), изменяющие их физические или химические свойства, или агрегатное состояние.

В некоторых случаях технологическое  оборудование – это комбинация машины аппарата, в которой совмещаются  механическое, физико-химическое, тепловое другие указанные виды воздействия.

Характерная особенность  машин – наличие движущихся рабочих  органов, непосредственно механически  воздействующих на обрабатываемый продукт. Особенностью аппаратов является наличие  определенного реакционного пространства (рабочей камеры), в котором производится воздействие на продукт с целью  изменения его свойств. Вместимость  реакционного пространства определяется продолжительностью процесса и требуемой  производительностью аппарата.

По структуре рабочего цикла различают машины периодического действия и непрерывного действия.

В машинах периодического действия обрабатываемый продукт подвергается воздействию в течение определенного  периода времени, затем готовый  продукт выводится из машины. После  этого процесс возобновляется, повторяясь циклически. Режим работы рабочих  органов таких машин за время  цикла непрерывно изменяется.

В машинах непрерывного действия существует установившийся во времени  рабочий процесс: загрузка исходного  продукта и выгрузка готовой продукции  проводятся одновременно. Рабочие органы таких машин работают в стабильных условиях.

Таким образом, однородные по назначению органы и элементы машин  периодического действия требуют различного подхода к их расчету и конструированию.

По степени механизации  автоматизации операций различают  машины: неавтоматического действия, полуавтоматические и автоматические.

В машинах неавтоматического  действия вспомогательные операции (загрузка, выгрузка, перемещение, контроль) и некоторые технологические  операции выполняются при непосредственном воздействии человека на предмет труда. В таких машинах механизмы и орудия лишь облегчают труд человека, но не устраняют его.

В полуавтоматических машинах  все основные технологические операции и процессы выполняются машиной, ручными остаются некоторые транспортные, контрольные и другие вспомогательные  операции.

В автоматических машинах  технологические процессы, а также  все вспомогательные операции, включая  транспортные и контрольные, выполняются  машиной.

Особенность машин полуавтоматов  и автоматов – наличие, кроме  обычных механизмов и устройств, специальных механизмов и устройств, обеспечивающих автоматическое действие машин.

В процессе постоянного развития и совершенствования пищевой  промышленности все машины последовательно  заменяются полуавтоматическими или  полностью автоматическими.

По принципу сочетания  в производственном потоке различают  следующие машины: отдельные (частные), агрегатные или комплексные, комбинированные, а также автоматическую систему  машин.

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.