автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности обработки семян зерновых колосовых культур на аэрожелобах путем совершенствования технологического прогресса и основных рабочих органов

<£/ .'-¿'Л?-;*

КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ВОЛХОНОВ МИХАИЛ СТАНИСЛАВОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ КУЛЬТУР НА АЭРОЖЕЛОБАХ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОСНОВНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Специальность 05. 20 .01 - Механизация

сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, заслуженный изобретатель Костромской/ области Е. М. Зимин

Кострома - 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 12

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................. 18

1.1. Анализ существующих технологий и способов сушки зерна..................... 18

1.2. Сушка зернового вороха и пути ее интенсификации................................. 31

1.3. Аэродинамическое сопротивление зернового вороха................................. 50

1.4. Цель и задачи исследований......................................................................... 58

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К И ИССЛЕДОВАНИЮ ВЛИЯНИЯ

РЕЖИМОВ РАБОТЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ЗЕРНОВОГО ВОРОХА, ПОСТУПАЮЩЕГО В СУШИЛКУ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЕЕ РАБОТЫ................................................................................................ 60

2.1. Определение влияния содержания сорных примесей в просушиваемом зерновом ворохе на производительность зерносушилки................... 60

2.2. Определение влияния содержания сорных примесей в просушиваемом зерновом ворохе на энергозатраты...................................................... 64

2.3 Теоретические предпосылки к определению влияния режима работы выпускного устройства в зерносушилке с последовательно - работающими аэрожелобами на технологические показатели работы установки.......................................................................................................... 65

2.3.1. Состояние слоя зерна при сушке на аэродинамических устрой-

ствах............................................................................................... 65

2.3.2. Влияние режима работы выпускного устройства на состояние

зернового слоя в сушильных коробах и рабочую характеристику тепловентиляционной системы...................................... 70

2.3.2.а. Динамика движения зерна и рабочая характеристика тепло-вентиляционной системы в непрерывно-периодическом режиме движения зерна..................................................................... 70

2.3.2.6. Динамика движения зерна и рабочая характеристика тепло-вентиляционной системы в непрерывном режиме движения

зерна................................................................................................ 74

2.3.2.в. Динамика движения зерна и рабочая характеристика тепло-вентиляционной системы в периодическом режиме движения зерна......................................................................................... 81

2.4. Выводы........................................................................................................... 82

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ............................................... 84

3.1. Программа исследований............................................................................. 84

3.2. Методика исследований.................................. .............................................. 85

3.2.1. Описание экспериментальных и производственной установок...................................................................................................... 85

3.2.2. Измерительные приборы.................................................................... 94

3.2.3. Методика планирования эксперимента по определению влия-

ния основных технологических и конструктивных параметров на аэродинамическую характеристику сети последовательно работающих аэрожелобов.................................................... 99

3.2.3.1. Методика определения вида аэродинамической характеристики сети аэродинамической установки в различных режимах ее работы........................................... 100

3.2.4. Методика исследования влияния режима работы выпускного устройства, расхода воздуха, поступающего в

сушильные короба, влажности зернового вороха на: высоту зернового слоя; степень ожижения зерна в сушильных коробах; потери давления в системе; производительность установки по выгрузке материала......................................................................................... 102

3.2.4.1. Методика определения высоты зернового слоя................. 104

3.2.4.2. Экспресс метод определения степени ожижения зернового слоя в сушильных коробах..................................... 105

3.2.4.3. Методика определения рационального сочетания параметров аэродинамической установки с последова-

тельно работающими сушильными коробами в непрерывно-периодическом и непрерывном режимах ее работы............................................................................. 107

3.2.5. Методика планирования эксперимента по сопоставлению (тарированию) полученных значений ожижения зернового вороха в процессе обработки на аэродинамической установке методом «просвечивания» зернового слоя и классическим способом............................................................................................. 108

3.2.6. Методика управления влажностью зерна.......................................... 109

3.2.7. Методика определения эффективности обработки зернового вороха на аэродинамической установке с последовательно работающими сушильными коробами в периодическом режиме

ее работы............................................................................................. 110

3.2.8. Методика определения экономической эффективности технологии сушки зернового вороха с использованием аэродинамической установки АС - М - 6.............................................................. 111

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................... 112

4.1. Определение влияния высоты зернового слоя на грузонесущей перегородке, влажности зерна, совместной работы вентиляторов тепло-вентиляционной системы, суммарной площади отверстий решетки системы разделения зерна и отработавшего воздушного потока на характеристику сети........................................................................................... 112

4.1.1. Определение показателя степени п аэродинамической харак-

теристики сети аэродинамической установки в различных режимах ее работы........................................................................... 113

4.1.2. Определение коэффициента вида сети к аэродинамической ус-

тановки с последовательно работающими сушильными коробами в различных режимах ее работы............................................. 116

4.2. Исследование влияния режима работы выпускного устройства,

расхода воздуха, влажности зернового вороха на динамику движения зерна по сушильным коробам и энергетические показатели работы установки.......................................................... 120

4.2.1. Влияние режима работы выпускного устройства, расхода

воздуха, влажности зернового вороха на высоту зернового слоя в сушильной камере................................................. 120

4.2.2. Влияние режима работы выпускного устройства, расхода

воздуха, влажности зернового вороха на ожижение зернового слоя в сушильной камере............................................. 126

4.2.3. Сопоставление (тарирование) полученных значений ожи-

жения зернового вороха в процессе обработки на аэродинамической установке методом «просвечивания» зернового слоя и классическим способом.................................... 131

4.2.4. Влияние режима работы выпускного устройства, расхода

воздуха, влажности зернового вороха на производительность установки по выгрузке зернового материала................................................................................................ 133

4.2.5. Влияние режима работы выпускного устройства, расхода

воздуха, влажности зернового вороха на потери давления в системе............................................................................ 137

4.2.6. Влияние режима работы выпускного устройства, расхода

воздуха, влажности зернового вороха на удельную мощность воздушного потока при транспортировании зерна............................................................................................... 142

4.2.7. Влияние режима работы выпускного устройства, расхода

воздуха, влажности зернового вороха на удельную мощность воздушного потока для создания слоя зерна на грузонесущей перегородке....................................................... 146

4.2.8. Определение области рационального сочетания парамет-

ров аэродинамической установки с последовательно ра-

I I 6

ботающими сушильными коробами в непрерывно периодическом и непрерывном режимах ее работы..............................................................................................................................................................................................151

4.3. Выводы......................................................................................................................................................................................................................153

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ........................................................................................................................156

5.1. Корреляционный и регрессионный анализ процесса сушки зерна на аэродинамической установке..............................................................................................................................................156

5.2. Канонический корреляционный анализ процесса сушки зерна..................................158

5.3. Определение неравномерности сушки зернового вороха на аэродинамической установке....................................................................................................................................................................160

5.4. Выводы......................................................................................................................................................................................................................161

6. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ЭКОНОМИЧЕ-

СКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ......................................................................................................................................................................163

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ................................................................................................................................................................................................169

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................................................................................................172

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................................................................................................................190

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

\Уф - фактическая производительность сушилки по сухому материалу, т/ч; к2 - коэффициент снижения производительности сушилки в зависимости от

вида культуры; П - допустимым влагосъем, %; сон - начальная влажность зерна, %; сок - конечная влажностью зерна, %; Мвл.м - масса влажного зернового вороха, кг; Т - экспозиция сушки, ч;

©ср.вз.н. - средневзвешенная начальная влажность зернового вороха, %;

со0 к, сос , ©пр. - начальная влажность соответственно основной культуры,

сорняков, примесей, %; Мок., Мс, Мпр - масса соответственно основной культуры, сорняков, примесей до сушки, кг.

® ср.вз.к. - средневзвешенная конечная влажность зернового вороха, %;

со 0 к, оУ с , со Пр - конечная влажность соответственно основной культуры,

сорняков, примесей, %; МП ок., М'с., М'пр- масса соответственно основной культуры, сорняков,

примесей после сушки, кг. С0.к.,Сс ,Спр - содержание соответственно основной культуры, сорняков и примесей в зерновом ворохе до сушки, %; - содержание 1-го компонента в зерновом ворохе до сушки, %; сс^ - влажность ¡-го компонента до сушки, %; оо\- влажность ьго компонента после сушки, %.;

фактическая производительность зерносушилки по сухому зерну, т/ч;

\¥п - паспортная производительность сушилки, т/ч;

- фактическая производительность зерносушилки по сухому зерновому вороху, т/ч;

С2 - тепловая мощность, расходуемая на удаление влаги из всей массы просушиваемого вороха, кВт;

С^о к. - тепловая мощность, расходуемая на удаление влаги из материала основной культуры, кВт;

С^с - тепловая мощность, расходуемая на удаление влаги из сорняков, кВт;

<3пр. - тепловая мощность, расходуемая на удаление влаги из примесей, кВт.

С>1 - тепловая мощность, расходуемая на удаление влаги из ьго компонента зернового вороха, кВт;

К1 - удельный расход теплоты на испарение одного килограмма влаги из 1-го компонента, кДж/кг;

Лит.м. - коэффициент использования тепловой мощности агента сушки;

Ф - угол естественного откоса зерна, град;

а - угол выхода воздушного потока из щели грузонесущей перегородки, град;

- коэффициент аэродинамического сопротивления;

АР - потеря полного давления потока при его прохождении через слой зерна, Па;

р - плотность газа, кг/м3;

иср.п. - средняя скорость потока перед зерновым слоем, м/с.

Fb.ii. - сила воздушного потока, Н;

к - высота зернового слоя на грузонесущей перегородке, м;

Ус - свободный объем, м3;

^"з.сб. - объем одной сбрасываемой порции зерна, м3;

Уз.выпматр. - зерновой объем выпускного патрубка, м3;

V з

у з.лр.обр. - зерновой объем призмы обрушения, м ;

км - безразмерный коэффициент сопротивления обтекаемого воздухом материала;

S - площадь миделева сечения перемещаемой массы, м2; ^ср.выхл - скорость выхода воздуха из щели грузонесутцей перегородки в i-ом сечении, м/с;

- средняя скорость выхода воздушного потока из щели грузонесущей перегородки, м/с; &м - скорость смещения материала, м/с; // - коэффициент расхода;

Pc.i.i ~ статическое давление внутри воздухораспределительного канала

аэрожелоба в i-ом сечении, Па; Рем ~ статическое давление над жалюзийной перегородкой в i-ом сечении

аэрожелоба, Па. Ра.у. - сопротивление аэродинамической установки, Па; Рв.п.к. - сопротивление воздухоподводящего канала, Па; Рв.р.к. - сопротивление воздухораспределительного канала, Па; Рп - сопротивление грузонесущей перегородки, Па; Рс. - сопротивление зернового слоя, Па; Рн.с. - сопротивление неподвижного зернового слоя, Па; GB.y. - производительность выпускного устройства, кг/ч; Gn o. - масса призмы обрушения зерна за время обрушения кг/ч; Va,Vb,V4,Vci - зерновые объемы, м3; G - производительности аэрожелоба, м3/с; g - ускорение свободного падения, м/с2;

fT - коэффициент трения скольжения частиц материала о дно транспортного канала аэрожелоба; ал - угол наклона лопатки жалюзи к горизонту, град; рм - плотность материала, кг/м3;

triep - время продольного переноса вещества в волновом движении, с; hJt ~ время, с;

а, Ь, с - полуоси эллипсоида зерновки, м;

$пер - скорость переноса вещества в волновом движении, м/с;

Р1 - полное давление, развиваемое вентилятором параллельной сети, Па; f - суммарная площадь отверстий решетки, м2; к - коэффициент вида сети;

па - показатель степени уравнения аэродинамической характеристики сети;

Рд - динамическое давление, Па;

тг°™ - относительная гарантийная ошибка, %;

р0 - гидростатическая составляющая давления, Па;

С2 - расход воздуха через сеть, м3/с;

Рн.врк. - площадь поперечного сечения начального участка ВРК сушильного короба, м2;

Рд ср - среднее динамическое давление в начальном сечении ВРК сушильного короба, Па;

- удельная мощность воздушного потока на создание слоя зерна на грузонесущей перегородке сушильного короба, Вт/мм; ТК[Урё - удельная мощность воздушного потока при транспортировании зерна, Вт/кг;

0 - ожижение зернового слоя, %;

- влажность зерна в процессе сушки, %;

п - частота вращения ротора шлюзового затвора, мин"1; И: -температура агента сушки, °С;

- температура нагрева зерна, °С; Б - критерий Фишера;

р - уровень значимости;

1 - жизнеспособностью зерна, %;

Я - коэффициент детерминации, %;

Уаг_чу - коэффициент вариации влажности зерна, %;

УагЧ:г - коэффициент вариации температуры нагрева зерна %.

Принятые сокращения

АО - акционерное общество;

АОЗТ - акционерное общество закрытого типа;

АС-М-6 - аэрожелобная сушилка, модуль, шестисекционная;

ВРК - воздухораспределительный канал сушильного короба;

П. - приложение;

ТЭН - трубчатый электронагреватель.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Данная работа посвящена исследованию пути повышения эффективности обработки семян зерновых колосовых культур на аэрожелобах. Острая необходимость подобного вида работы продиктована существующей в сельском хозяйстве проблемой увеличения производства качественного зерна.

В технологии возделывания и производства зерна важное место занимает послеуборочная обработка. По имеющимся данным /26,с.1; 54; 39,с.4/ ее доля в структуре общих затрат составляет 30...60 %, в структуре себестоимости - до 40 %. Своевременная и качественная послеуборочная обработка - один из путей сокращения потерь зерна, улучшения его семенных и продовольственных свойств.

В увлажненной зоне главная и наиболее ответственная операция послеуборочной обработки - сушка зернового материала. Отсутствие своевременной обработки может привести к большим потерям. Так при влажности вороха 25...28 % всхожесть семян через три дня снижается до 20 %, потери сухого вещества при влажности зерна 37 % составляют 0,7... 1 % за сутки /54,с.34/.

В целом по стране необходимо подвергать сушке 40...45 % собранного зерна /108,с. 1/. Причем объем работ неопределенный, и зависит не столько от количества обрабатываемого зерна, сколько от его влажности /54,с.45/. Средняя влажность зернового вороха, в Нечерноземной зоне, может достигать 25... 35 % и более при неблагоприятных погодных условиях, а засоренность 20...30 % /125,с.64; 58,с.27; 119,с.40; 48,с.123/.

В сумме затрат на сушку зерна на долю энергозатрат в зерносушилках различных типов приходится от 35 до 55 %, на долю

топлива - около 90 % от общих затрат /91,с.79; 126; 108,с.35/. Только на подогрев сушильного воздуха в Польше расходуется около 30 ПДж энергии, в бывшей Западной Германии- 6,1, во Франции-33,1, в Италии-5,8 и Великобритании-5,6 ПДж ежегодно /33,с.95/. При отсутствии качественной очистки зерна от сорняков и примесей, значительное количество тепловой энергии при сушке идет на нагрев и удаление влаги из засорителей.

При правильной сушке и правильном выборе диапазона температур не только не снижается качество семенного зерна, а наоборот, повышается его энергия прорас