玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，包括加工腔壓力加載控制單元、進料速度控制單元、加工腔進氣控制單元和控制中樞；加工腔壓力加載控制單元包括壓力傳感器、壓力板和位移移動部件；壓力板可在位移移動部件的驅動下產生沿加工腔軸向方向的彎曲或位移，壓力傳感器實時對加工腔內部的壓力進行測量；進料速度控制單元包括調速電機和電機調速器；加工腔進氣控制單元包括風機和風量控制器；本實用新型可對整個加工腔的壓力進行調節控制，使得加工腔內玉米的密集度達到最優，從而達到最佳的生產效率，并通過對進料速度、氣流速度、加工腔內的壓力進行了實時監測、反饋和自動控制，提高了生產效率和生產設備的自動化程度。
【專利說明】玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種糧食加工機械，尤其是一種用于玉米脫皮和脫胚的自動反饋調節系統，具有加工效率高、自動化程度高等特點。
【背景技術】
[0002]玉米的脫皮和脫胚是玉米顆粒加工的基本工序，其主要是利用機械的力量破壞玉米的結構，從而使得玉米的外皮、胚芽和玉米的本體即胚乳進行分離，使之滿足后續破糝和磨粉等成品加工的要求。
[0003]常見的玉米脫皮脫胚機如圖1所示，玉米由進料斗I進入加工腔后，由高速旋轉的螺旋輸送頭7帶動玉米原料2進入加工腔內14內，加工腔14內部為與螺旋輸送頭7固為一體的砂輥3，加工腔的外部為圓筒狀的篩筒5，玉米原料2在旋轉的砂輥3和靜止的篩筒5的作用下翻滾、擠壓和摩擦，最后將玉米的皮和胚芽從玉米本體上剝離，其中皮、破碎的胚芽等碎料10穿過篩筒4上的篩孔17被收集進碎料斗11中，而包含完整胚芽的半成品或成品主料13由出料口 15排出。
[0004]通常情況下，砂輥3為多節，砂輥3和篩筒5之間的間隙控制在25_30mm之間，每節砂輥3由排料鐵輥4聯接，排料鐵輥4的外部為螺旋狀結構，主要作用是將皮和胚芽等排到碎料斗11內，同時通過螺旋轉動，將加工腔14內的原料自進口向出口導出。玉米脫皮脫胚機的驅動方式為常規的三項異步電機9通過皮帶輪8減速后，帶動轉軸16高速旋轉，轉軸16和螺旋輸送頭7、砂輥3同軸安裝為一體，并高速旋轉。為了控制進入加工腔14內的玉米流量，在進料斗I的下方設置了流量調節器6，其工作原理類似于閥門，通過手動調節閥門的大小，改變流進加工腔14內的玉米流量。
[0005]由于單臺機械中砂輥的長度和節數有限，通常一級加工僅能達到15%_25%的脫皮脫胚率，故通常采用四至六級的脫皮脫胚機級聯使用，前一級脫皮脫胚機出料口 15的半成品，經過輸送機構和風選機構后，將已經脫離的大尺度胚芽與半成品中或成品主料13分開,并將主料13再次輸入下一級，直到完成全部的脫皮和脫胚。
[0006]現有玉米脫皮脫胚機存在的主要問題有:
[0007]—、效率不高，僅依靠螺旋輸送頭將玉米顆粒轉送，并在砂輥和篩筒的摩擦和擠壓下脫皮脫胚，效率不高，且在高速旋轉中玉米、砂輥和篩筒之間因摩擦生熱，會影響到成品的顏色、口感等成色質量，如果因為散熱問題采取間歇式生產，則會大大降低玉米加工的效率。
[0008]二、無法對加工腔內的壓力和玉米顆粒的密集程度進行調節，從而達到最佳的脫皮脫胚效率，此外由于砂輥和篩筒之間的間隙尺寸固定，當砂輥磨損后只能通過更換新的砂輥來確保一定的脫皮脫胚效率；
[0009]三、現有技術通過在進料斗下方設置手動的流量控制器，與固定轉速的電機帶動螺旋輸送頭相結合，從而實現玉米進料速度的調節，在實際中應用中無法對流量進行連續參數變化的精細調節，且調節過程均為手動，無法實現自動反饋控制及精細操作。
【發明內容】

[0010]為解決上述問題，本實用新型設計了一種玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，通過空心轉軸將氣流引入加工腔，并自動控制加工腔的壓力、進料速度和腔內進氣流速，實現了玉米的翻轉及加工腔降溫，并大大提高了生產效率。
[0011]本實用新型的技術方案如下:
[0012]玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，包括加工腔壓力加載控制單元、進料速度控制單元、加工腔進氣控制單元和控制中樞；所述的加工腔壓力加載控制單元包括壓力傳感器、壓力板和位移移動部件；所述的壓力板設置在加工腔的軸端，并可在位移移動部件的驅動下產生沿加工腔軸向方向的彎曲或位移，所述的壓力傳感器實時對加工腔內部的壓力進行測量；
[0013]進料速度控制單元包括調速電機和電機調速器；所述的調速電機通過傳動裝置與螺旋輸送頭相聯；加工腔進氣控制單元包括風機和風機出口的風量控制器，所述的風量控制器通過管路與加工腔的空心轉軸相聯；
[0014]控制中樞包括采集單元和處理執行單元，所述的采集單元與壓力傳感器、電機調速器和風機調速器電聯接，用于實時獲取電機轉速、風機風量、腔內壓力信號或等效信號參數；所述的處理執行單元與位移移動部件、電機調速器和風機調速器電聯接，并將采集單元采集得到的參數與事先存儲的數據進行比較后，輸出執行指令給位移移動部件、電機調速器和風機調速器。
[0015]上述玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置中，壓力板為具有彈性的薄板結構，一端固定在加工腔軸端的機架上，另一端為懸空，所述壓力板的懸空端可在位移移動部件的驅動下產生彎曲變形。
[0016]上述玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置中，位移移動部件包括頂桿、絲杠和驅動電機，所述的驅動電機帶動絲杠轉動，使得頂桿產生位移，擠壓壓力板的懸空端，使得壓力板彎曲變形。
[0017]上述玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置中，位移移動部件包括壓力頂桿、氣體源或液壓源，所述的壓力頂桿在氣壓或液壓的驅動下擠壓壓力板的懸空端，使得壓力板彎曲變形。
[0018]上述玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置中，調速電機為變頻電機，電機調速器為變頻調速器。
[0019]上述玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置中，風機為變頻風機，風量控制器為風機變頻調速器。
[0020]上述玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置中，風機為恒功率風機，風量控制器為設置在風機出口的自動調節風門。
[0021]本實用新型具有的有益技術效果如下:
[0022]1、本實用新型將氣流通過空心轉軸及帶有氣孔的砂輥導入加工腔內，加速了玉米在加工腔內的翻滾和摩擦，提高了脫皮脫胚效率，同時氣流會帶走部分摩擦產生的熱量，提高了生產效率，使得機械能夠長時間連續工作而不會過熱，因而不會因加工的摩擦生熱，影響到成品的顏色、口感等成色，確保了產品的質量。
[0023]2、本實用新型在加工腔出口的一端設置了腔內壓力加載控制單元，對整個加工腔的壓力進行調節控制，使得加工腔內玉米的密集度達到最優，從而達到最佳的生產效率。同時采用腔內壓力的調節，可對砂輥磨損進行補償，在一定程度上延長了砂輥的壽命，降低生產成本。
[0024]3、本實用新型通過對進料速度、氣流速度、加工腔內的壓力進行了實時監測、反饋和自動控制，提高了生產效率和生產設備的自動化程度。
[0025]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0026]圖1為現有玉米脫皮脫胚機工作原理示意圖；
[0027]圖2為本實用新型改進的玉米脫皮脫胚機工作原理示意圖；
[0028]圖3為本實用新型氣流與砂輥、篩筒作用原理示意圖；
[0029]圖4為本實用新型增加了鋼絲刷的裝置原理示意圖；
[0030]圖5為本實用新型玉米脫皮脫胚自動化控制原理示意圖；
[0031]圖6為本實用新型自動化壓力加載控制單元原理示意圖。
[0032]附圖標記如下:
[0033]I一進料斗；2—玉米原料；3—砂棍；4一排料鐵棍；5—篩筒；6—流量調節器；7—螺旋輸送頭；8—皮帶輪；9一電機；10—碎料；11一碎料斗；12—機架；13—主料；14一加工腔；15—出料口 ；16—轉軸，17—篩孔，21—風機；22—空心結構；23—鋼絲刷；24—凸點；25—壓力加載控制單元；251—彈簧；252—壓力板；253—壓緊旋鈕；254—壓力傳感器；255—位移移動部件；26—螺旋槽；27—氣孔；28—排料絞龍；29—調節風門；30—氣流；41 一磁選裝置。
【具體實施方式】
[0034]相對于圖1的傳統玉米脫皮脫胚機，本實用新型的改進如下:
[0035]一、砂輥結構
[0036]如圖2和圖3所示，將傳統的實心轉軸16改為空心結構22，空心轉軸16的一端固定有皮帶輪8，砂輥3則套在空心轉軸16的另外一端；皮帶輪8 一端的空心轉軸16正對風機21的出口或者通過管道與風機21出口相聯，砂輥3的表面均布若干只氣孔27，加工中可使得風機21的氣流可通過氣孔27排入到加工腔14內。這樣以來，當砂輥3轉動而篩筒5固定不轉時，玉米在砂輥3和篩筒5之間的空隙中摩擦、擠壓時，氣孔27吹出的氣流30會加速加工腔14內玉米的摩擦力和翻滾速度，同時氣流30會帶走部分摩擦產生的熱量，大大提高了生產效率，同時使得機械能夠長時間連續工作而不會過熱，因而不會因加工的摩擦生熱，影響到成品的顏色、口感等成色，確保了產品的質量。為了達到最佳的效果，本實用新型在風機出口的管路上安裝有調節風門29，通過改變調節風門的大小，實驗獲取最佳的氣流速度。
[0037]為了防止脫出的皮和破碎胚芽，直接排放進碎料斗11引起的揚塵，如圖2所示，本實用新型在碎料斗11的下方設置了閉風排料絞龍28，在排料絞龍28螺旋葉片的旋轉作用下，碎料、灰塵等被自動吸入排放倉內，并保持良好的密封特性，防止了傳統直接排放引起的揚塵，避免了環境污染，改善了工人的勞動環境。
[0038]作為一種優選方式，如圖3所示，篩筒5的內壁設計得比較粗糙，同時在篩筒5的內壁鑲嵌有若干個凸點24，凸點24的粒徑大約為2-5mm，相鄰凸點24之間的間距約為20-30mm，這樣可以增大篩筒5和玉米之間的摩擦力，進一步提高了生產效率。
[0039]作為一種優選方式，如圖2所示，砂輥3的外表面刻有貫穿整個砂輥長度的螺旋槽26，當砂輥3轉動時，待加工的玉米粒可通過砂輥3上的螺旋槽26迅速從進口導向出口，使得顆粒在砂輥3外表面的顆粒分布更加均勻，比現有單純采用排料鐵輥4導出更快，從而提高了玉米的加工效率。實驗表明，螺旋槽26的螺距、槽深等參數影響著玉米的導向速度，從而對脫皮脫胚效率產生影響，本實用新型采用的螺旋槽26為單螺線，槽深為0.8-1.5cm，螺距為20-30cm，可達到的較好的效果。
[0040]為了進一步提高玉米脫皮的效率，如圖4所示，在砂輥3之間的排料鐵輥4位置安裝了鋼絲刷23，鋼絲刷23沿360°均布在排料鐵輥4的外圈一周，鋼絲的長度約為5_10mm，沿徑向的高度與砂輥3的外圈平齊，沿軸向鋼絲刷23的寬度約為30-50mm，當待加工的玉米由砂輥3的表面刻有螺旋槽26帶動下，從進口導向出口時，經過鋼絲刷23對玉米表面的摩擦，玉米表皮和胚芽被刷掉，并在氣流的作用下進入集料斗11。實驗效果表明，增加了鋼絲刷23的裝置與原有排料鐵輥4相比，可顯著增加摩擦次數，有效提高玉米的脫皮和脫胚效率。為了防止鋼絲刷23在運轉中產生掉絲、斷絲等對成品的影響，在出料口 15的底部設置了磁選裝置41，將掉絲、斷絲進行吸附，確保了食品安全。
[0041]實驗證明，采取本實用新型的措施，可以使得單臺裝置的脫皮脫胚效率達到30%-40%，故只需要2-3級裝置的級聯即可完成全部的脫皮和脫胚。
[0042]二、加工腔壓力調節
[0043]為了實現最佳的脫皮脫胚效率，如圖2所示，本實用新型采用改變加工腔14內的玉米半成品密集度及腔內壓力的方案。在一定的范圍內，當玉米半成品密集度及腔內壓力較大時，玉米在砂輥3和篩筒4之間摩擦力和摩擦次數會增大，進而提高脫皮和脫胚的效率，但是當玉米半成品密集度過高時，則不容易引起玉米的翻滾，反而會影響到脫皮和脫胚的效率，因此很有必要選擇一個最佳的腔內壓力參數。
[0044]本實用新型在出料口 15的上方、砂輥3和篩筒4的軸端，安裝了壓力加載控制單元25，壓力加載控制單元25包括彈簧251、壓力板252、壓緊旋鈕253和壓力傳感器254 ;平時工作時，加工腔14的腔內壓力和彈簧251的作用下，壓力板252處于一個固定的位置，當需要調節加工腔14內的玉米顆粒密度和加工腔14腔內壓力時，通過調節壓緊旋鈕253，使得壓力板252向腔內或腔外方向移動，改變腔內的壓力和腔內玉米顆粒密度，以達到最佳的脫皮脫胚效率。在壓力板252上還安裝了壓力傳感器254，實時地監測加工腔14腔內的壓力，為后續自動化壓力控制提供參數。
[0045]此外，對于傳統的工作方式，當砂輥3磨損到一定程度時，勢必會增大砂輥3和篩筒4之間的間隙，為保證脫皮脫胚效率，只能更換砂輥3，而本實用新型采用了壓力加載控制單元25后，只需要調節壓緊旋鈕253，使得壓力板252向腔內方向移動，就可以在一定程度上確保加工腔內的玉米半成品密集度，在一定程度上延長了砂輥的壽命，降低生產成本。
[0046]三、自動化控制
[0047]如圖5所示，為了進一步的精細調節，并實現對腔內壓力和玉米密集程度的自動調節控制，提高生產效率和生產設備的自動化程度，本實用新型對進料速度、氣流速度、力口工腔內的壓力進行了實時監測、反饋和自動控制，具體描述如下:
[0048]控制中樞包括采集單元和處理執行單元，采集單元與氣流流速傳感器、進料速度傳感器、腔內壓力傳感器電聯接，處理執行單元與氣流流速調節部件、進料速度調節部件、腔內壓力調節部件電聯接；采集單元實時獲取氣流速度、進料速度、腔內壓力參數，處理執行單元將采集得到的上述參數與事先存儲的數據進行比較后，輸出執行指令給氣流流速調節部件、進料速度調節部件和腔內壓力調節部件，使之滿足要求。
[0049]具體的操作步驟如下:
[0050]首先進行不同氣流流速、進料速度和腔內壓力參數下的調試實驗，獲取最佳脫皮脫胚效率時的最佳參數，將其輸入進控制中樞；在具體加工中，控制中樞的采集單元對氣流流速、進料速度和腔內壓力進行實時監測，并根據預先實驗獲得的最佳參數，由控制中樞的處理執行單元分別控制調節氣流流速、進料速度和腔內壓力。
[0051]為實現進料速度的連續調節，本實用新型將圖2所示的傳統定速電機9改為調速電機，由調速電機9通過傳動裝置帶動螺旋輸送頭7將玉米原料2導入加工腔14內，同時帶動砂輥3進行轉動，通過對調速電機9轉速的監測和調節，可以使得原料2按照設想的進料速度進入加工腔14內，并可通過對電機調速器參數的調節進行連續式轉速精細調節，同時省去了原有裝置中的流量調節器6。在具體實施中控制中樞的采集單元可以對電機調速器輸出的轉速參數信號或者電壓、頻率等其他等效信號參數進行采集，并由控制中樞的處理執行單元發出的指令給電機調速器，實現實時的反饋、控制和調節。調速電機可采用變頻電機，并通過變頻器實現轉速調節，達到控制進料速度的作用，同樣也可以采取步進電機等其他種類的電機，并配置相應的調速器。
[0052]同樣，氣流流速的調節可通過風機和風量控制器組合實現，風機通過管路與加工腔空心軸相聯，風量控制器設置在風機21出口。可采用變頻調速器控制的變頻風機來實現，也可采用恒功率風機，但是在風機21和空心轉軸16的連接管路上設置自動調節風門29。在具體實施時，控制中樞的采集單元可以對風機變頻調速器的轉速、電壓、頻率或其他等效信號參數進行采集，或者對自動調節風門29的輸出電壓信號進行采集，并由控制中樞的處理執行單元發出的指令給風機變頻調速器或者自動調節風門大小，同時實時的反饋、控制和調節，實現對氣體流速的調節。
[0053]為實現腔內壓力的自動調節，本實用新型的壓力加載控制單元25除了圖2所示的結構、通過手動調節壓緊旋鈕253外，還可以采用如圖6所示的結構，包括壓力板252、位移驅動部件255和壓力傳感器254，壓力板252為具有彈性的薄板結構，一端固定在機架12上，另一端為懸空，并在壓力作用下可以產生面向加工腔14方向的彎曲變形。壓力傳感器254實時獲取加工腔內的壓力參數，并將其反饋至控制中樞的采集單元，控制中樞根據預設的結果驅動位移驅動部件255運動，使得壓力板252變形，從而起到對加工腔14內的壓力和玉米顆粒密度的調節作用。壓力傳感器254包括壓力傳感頭和變送器，并通過變送器將參數輸入至控制中樞；位移移動部件255可以是安裝在絲杠上的頂桿，由步進電機帶動絲杠轉動，使得頂桿位移實現對壓力板的驅動；也可以采用高壓氣體或液體驅動的壓力頂桿，通過改變壓力頂桿的驅動力，從而使得壓力板252產生變形，起到調節加工腔內壓力的作用。
[0054]本實用新型已實現了玉米的高效率脫皮脫胚，并具有效率高、環境污染小、自動化操作程度高等優點，已成功用于玉米的加工，取得了良好的效益。
【權利要求】
1.玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，包括加工腔壓力加載控制單元(25)、進料速度控制單元、加工腔進氣控制單元和控制中樞；所述的加工腔壓力加載控制單元(25)包括壓力傳感器(254)、壓力板(252)和位移移動部件(255);所述的壓力板(252)設置在加工腔(14)的軸端，并可在位移移動部件(255)的驅動下產生沿加工腔(14)軸向方向的彎曲或位移，所述的壓力傳感器(254)實時對加工腔(14)內部的壓力進行測量； 所述的進料速度控制單元包括調速電機(9)和電機調速器；所述的調速電機(9)通過傳動裝置與螺旋輸送頭(7)相聯； 所述的加工腔進氣控制單元包括風機(21)和風機出口的風量控制器(29)，所述的風量控制器(29)通過管路與加工腔的空心轉軸(16)相聯； 所述的控制中樞包括采集單元和處理執行單元，所述的采集單元與壓力傳感器(254)、電機調速器和風機調速器電聯接，用于實時獲取電機轉速、風機風量、腔內壓力信號或等效信號參數；所述的處理執行單元與位移移動部件(255)、電機調速器和風機調速器電聯接，并將采集單元采集得到的參數與事先存儲的數據進行比較后，輸出執行指令給位移移動部件(255)、電機調速器和風機調速器。
2.根據權利要求1所述的玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置，其特征在于:所述的壓力板(252)為具有彈性的薄板結構,一端固定在加工腔(14)軸端的機架(12)上,另一端為懸空，所述壓力板(252)的懸空端可在位移移動部件(255)的驅動下產生彎曲變形。
3.根據權利要求2所述的玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，其特征在于:所述的位移移動部件(255)包括頂桿、絲杠和驅動電機，所述的驅動電機帶動絲杠轉動，使得頂桿產生位移，擠壓壓力板(252)的懸空端，使得壓力板(252)彎曲變形。
4.根據權利要求2所述的玉米脫皮脫胚機的壓力調節裝置，其特征在于:所述的位移移動部件包括壓力頂桿、氣體源或液壓源，所述的壓力頂桿在氣壓或液壓的驅動下擠壓壓力板的懸空端，使得壓力板(252)彎曲變形。
5.根據權利要求1至4任意之一所述的玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，其特征在于:所述的調速電機(9)為變頻電機，所述的電機調速器為變頻調速器。
6.根據權利要求1至4任意之一所述的玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，其特征在于:所述的風機(21)為變頻風機，所述的風量控制器為風機變頻調速器。
7.根據權利要求1至4任意之一所述的玉米脫皮脫胚機的自動反饋調節系統，其特征在于:所述的風機(21)為恒功率風機，所述的風量控制器為設置在風機(21)出口的自動調節風門(29)。
【文檔編號】B02B3/04GK203565118SQ201320642410
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】劉藝玲, 楊建華 申請人:西安鑫谷玉米制品有限公司