一种小型智能化循环式水稻烘干机及其工作流程的制作方法

本发明涉及一种小型智能化循环式水稻烘干机及其工作流程，属于农业机械技术领域。

背景技术：

水稻是我国主要粮食作物，种植面积为3294万公项，占我国耕地总面积的1/4。产量达1770万吨，占全世界水稻产量的37%。

水稻收割后含水很高，要想让水稻达到安全仓储的条件必须把水稻的含水率降低到12%,因此收获水稻后有一个主要步骤就是水稻烘干。

稻谷的结构不同于其他粮食作物，稻谷籽粒由坚硬的外壳和米粒组成。外壳对稻米起着保护作用，故稻谷比大米更易于保存。但是稻谷在干燥时其外壳起着阻碍籽粒内部水分向外表面转移的作用。所以，稻谷就成了一种较难干燥的粮食。试验表明稻壳、稻米和稻糠的干燥特性是不同的，其平衡含水率也各不相同，因此不能把稻谷看成是均匀体，而应看作是一种复合体。

水稻烘干主要是蒸发掉稻谷内部的机械结合水和部分物理化学结合水。水稻是一种多孔水和胶体，存在于不同形式的颗粒表面，细胞和毛细血管。

综上所述，稻谷的干燥不同于其它粮食的干燥，稻谷是一种热敏性的作物，干燥速度过快或参数选择不当容易产生爆腰。所谓爆腰就是稻谷干燥后或冷却后，颗粒表面产生微观裂纹，将直接影响稻谷碾米时的碎米率，从而影响稻谷的出米率。因此我国干燥标准规定：稻谷干燥机爆腰率的增值不超过3%。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种使水稻的含水量达到安全仓储的条件的小型智能化循环式水稻烘干机及其工作流程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种小型智能化循环式水稻烘干机，包括干燥箱，所述干燥箱内设置有上层输送带机构、中层输送带机构、下层输送带机构，所述干燥箱的上部设有进料口，下部设有出料口，侧部设有向干燥箱内鼓风的风机；

所述上层输送带机构包括同高度的第一输送辊和第二输送辊，第一输送辊和第二输送辊之间绕有上层输送带，所述中层输送带机构包括同高度的第三输送辊和第四输送辊，第三输送辊和第四输送辊之间绕有中层输送带，所述下层输送带机构包括同高度的第五输送辊和第六输送辊，第五输送辊和第六输送辊之间绕有下层输送带；

所述干燥箱内底部设置有三相异步电动机，所述第三输送辊上还设置有传动盘，所述传动盘边缘一周设有齿，靠近传动盘边缘一周具有台阶面，所述三相异步电动机的动力输出端与传动盘的台阶面之间绕有主传动带，所述第一输送辊、第四输送辊、第六输送辊上分别设置有齿轮，其中，第一输送辊上的齿轮与传动盘边缘的齿相互啮合，第四输送辊上的齿轮和第六输送辊上的齿轮相互啮合；

所述中层输送带分别与上层输送带和下层输送带的传动方向相反，进料口位于上层输送带传动方向初始端的上方，上层输送带传动方向末端位于中层输送带传动方向初始端的上方，中层输送带传动方向末端位于下层输送带传动方向初始端的上方，下层输送带传动方向末端位于出料口上方。

作为进一步的优选方案，所述进料口内还是在有定量给料机。

作为进一步的优选方案，所述风机位于靠近第二输送辊的位置，所述第二输送辊、第四输送辊、第六输送辊的侧面设置有防止水稻吹出的挡风板。

作为进一步的优选方案，所述风机配有步进电机，风机内置加热丝网。

作为进一步的优选方案，所述干燥箱内靠近上层输送带、中层输送带、下层输送带的位置分别安装一个温度传感器以及一个湿度传感器。

一种小型智能化循环式水稻烘干机的工作流程，包括以下步骤：

步骤一：启动三相异步电动机，三相异步电动机驱动第三输送辊以及传动盘同步转动，第三输送辊带动中层输送带以及第四输送辊同步转动，传动盘带动第一输送辊以及上层输送带同步转动，第四输送辊带动第六输送辊以及下层输送带同步转动；

步骤二：启动风机，调节到预定的温度和风量，风机产生的干燥气体经过干燥箱内部从出料口排出；

步骤三：将谷粒投入进料口，由定量给料机均匀分撒在上层输送带，谷粒依次从上层输送带、中层输送带、下层输送带依次掉落经过，充分与干燥箱内的干燥气体接触，最后从出料口排出。

作为进一步的优选方案，所述风机产生的干燥气体温度为温50℃～70℃，风机的风量为400m³/h～1200m³/h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明具有以下优点:

1、采用三级带传动，三相异步电动机带动一级带传动实现上层输送带的减速。

2、通过同步齿轮换向机构可以实现稻谷在整个箱体内进行三次翻滚，烘干机效率高、动力强、烘干效果好的优点，可以大大减轻劳动强度，提高劳动生产率。

3、温湿度自动控制系统由上位机与下位机组成，上位机采用pc机，上位机与现场plc相连，实现远程双向数据传送及数据处理。

4、烘干机构利用步进电机带动风机转动，将热风吹入箱体风扇，可以及时排除烘干过程所产生的湿气。

5、烘干机构依据稻谷干燥特点，对干燥条件和工况进行调节。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明温湿度自动控制系统结构图；

其中，1-干燥箱，2-进料口，3-出料口，4-风机，5-第一输送辊，6-第二输送辊，7-上层输送带，8-第三输送辊，9-第四输送辊，10-中层输送带，11-第五输送辊，12-第六输送辊，13-下层输送带，14-三相异步电动机，15-传动盘，16-主传动带，17-定量给料机，18-挡风板。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明的一种小型智能化循环式水稻烘干机，由进料口2、三级带传动（由上层输送带机构、中层输送带机构、下层输送带机构组成）、风机4（烘干机构）、出料口3和温湿度自动控制系统组成。

采用节能式的三相异步电动机14拖动，三相异步电动机14安装在机架的底部，这样就节省了三相异步电动机14所占空间。

进料口2与干燥箱1的上盖部位焊接固定，通过入料通道将水稻送入干燥箱1，进料口2由一毫米厚的钢板制作而成并通过喷漆涂油的方式防止其生锈。

定量给料机通过皮带输送物料，在定量给料机输送皮带的下面安装电子称量装置，皮带上的物料重量作用于称重传感器上产生一个正比于物料重量的电信号，计入系统控制器，同时皮带运行的速度由安装在被动辊上的测速传感器测出并送往系统控制器。

进料口2下部为进料漏斗，配合定量给料机可以将稻谷均匀的铺洒在上层输送带7上，以利于烘干，防止稻谷湿度过大出现粘连扎堆的情况，通过定量给料机和进料漏斗可以控制输送带上水稻的厚度不超过30厘米。

为了保证三层输送带上的稻谷的量相等，需要保证输送带的速度相等，稻谷从进料口2进入，上层输送带7将稻谷传送掉落至中层输送带10上，再由中层输送带10将稻谷传送掉落至下层输送带13上，可以实现稻谷在整个干燥箱1内进行三次翻滚，通过风机4将热风吹入箱体，就可以实现稻谷的烘干

三级带传动通通过三相异步电动机14带动一级带传动实现上层输送带7的减速，通过同步齿轮实现中、下层输送带的同步运动。

上层输送带机构主要是水稻预烘干，中层输送带机构是水稻烘干区，下层输送带机构是水稻烘干后输出。

水稻防溢出装置（挡风板18）安装在输送带末端，将传送带上的谷粒脱离下来，防止稻谷从一个传送带转到另一个传送带时，谷粒溢出传送带，同时也避免风机4的风量过大吹散稻谷。

准确的说，烘干机构由连接干燥箱1的风道，风机4，步进电机组成，风机4和步进电机之间为双膜片联轴器，利用步进电机带动风机4转动将热风吹入风道。

风机4是利用步进电机带动风机转动，内部丝网电加热，将热风吹入箱体，其利用了电吹风原理通过电机带动风机转动将热风吹入风道，风道接入箱体，整个箱体是个相对密封的结构，从而保证了箱体的温度。

温湿度自动控制系统由pc机、plc控制器、数字量扩展模块、模拟量输入模块、变频器、温度传感器、湿度传感器和触摸屏组成，plc控制器选用s7-200cpu226型控制器；数字量扩展模块选用具有8个数字输入和8个数字输出em223模块；模拟量输入扩展模块选用具有四路温度传感器输入的em231模块；变频器选用三菱fr-d700系列变频器；温度传感器选用pt100铂热电阻温度传感器，湿度传感器选用hm1500型湿敏电容湿度传感器，触摸屏选用mcgs7602ti型触摸屏；

温湿度自动控制系统采用比例积分微分（pid）控制算法，在plc中加入pid控制算法可以将plc运用到复杂的控制系统中，在闭环模拟的pid控制系统中，被控制量c(t)，如温度、湿度、压力、流量等是连续变化的模拟量，由于plc只能处理数字量，所以在设计pid控制器时必须将其离散化，用相应的数字计算代替积分、微分；

在上、中、下三层输送带上分别装有温度和湿度传感器，使用模拟量扩展模块em231用来连接温度传感器和湿度传感器，em231对采集到的温度和湿度传感器的电压电流进行a/d转换，得到的数字量输入到s7-200中，s7-200根据其中事先编好的程序来输出执行过程；

具体的说，自动控制系统由上位机与下位机组成，上位机采用pc机，上位机与现场plc相连，实现远程双向数据传送及数据处理，可设定和修改温度和湿度的标准值，查询历史记录以及分析各时间段的温湿度的数据，实现温湿度数据的自动记录;采用计算机实时监测温湿度参数、设定状态极限值，如果状态超出设定的极限值，报警系统会立即启动。下位机采用plc为控制系统的主控制器，通过变频器多段速控制三级带传动的异步电动机的转速。当温度传感器检测水稻温度较低、湿度传感器检测湿度较高时，三相异步电动机14的转速降低从而三级输送带的速度降低，使水稻烘干时间相应延长，同时plc控制异步电机转速增加，增加风机送风量，当水稻温度较高、湿度较低时，三相异步电动机14的转速增加从而三级输送带的速度增加，使水稻烘干时间相应减少，同时plc控制风机4的步进电机转速降低，减少风机4送风量。

已知水稻干燥过程中的爆腰，不仅与热风温度有关，还与热风湿含量和稻谷的初水分有关，经过多次论证、试验，本发明设计的水稻烘干机采用大风量低温干燥工艺，以批式或连续方式干燥谷物,当输送带上水稻的厚度在30厘米后,开始干燥,稻谷干燥机风量为400～1200m³/h，气流的输入风温50℃～70℃，使稻谷实际接触的温度只有35～40℃，降水幅度达10%；

结合上述结论，温湿度自动控制系统温湿度的pid程序包括温湿度采集程序设计和温湿度控制程序，程序设计原理如下：假设大气温度20～30℃，相对湿度60%～85%，稻谷的仓储安全含水率为12%，不同批次的稻谷含水率略有差异，依据稻谷干燥特点，对干燥条件和工况进行调节:当稻谷水分高于22%时，采用较大风量和较高的风温进行快速降水，并控制风温为60～70℃，控制每吨稻谷的通风量为800～1200m³/h，控制粮温<38℃，含水率<12%；当稻谷水分在18%～22%时，采用的风量、风温和降水速度均居中，且控制风温为60～70℃，控制每吨稻谷的通风量为600～1000m³/h，控制粮温<38℃，含水率<12%；当稻谷水分在18%以下时，采用较小的风温、风量和降水速度，且控制风温为50～60℃，控制每吨稻谷的通风量为400～800m³/h，控制粮温<38℃，含水率<12%。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。