автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Научные и технические решения проблемы влагометрии зерна и кормов в процессе их производства

Основные результаты и выводы

1. На основе обобщения и развития научных и практических результатов разработана методология решения проблемы влагометрии зерна и кормов, согласно которой средства измерений влажности рассматриваются как составная часть системы технических средств, реализующих производственный процесс, параметры приборов определяются технологическими требованиями с учетом свойств контролируемых материалов и условиями согласования с стандартизованными методами, технический уровень и достоверность измерений поддерживаются метрологическим обеспечением при производстве и эксплуатации приборов. Эти положения связывают все этапы создания и использования средств измерений и обеспечивают разработку целесообразно организованной метрологически обеспеченной системы влагомеров. Методология обладает достаточной общностью, поэтому применима к решению задач не только влагометрии, но и других средств измерений для сельскохозяйственного производства.

2. Используя данный подход, обоснованы структуры комплексов влагомеров для зерна и кормов, включающие полевые, автоматические поточные, лабораторные и образцовые средства измерений влажности. В структурах получили отражение все элементы рассматриваемых производственных систем как объектов управления с учетом их возможных состояний Сгруюуры комплексов вошли в ряд стандартов: ГОСТ 8.434-81, ГОСТ 26375-84, ГОСТ 29027-91.

3. Обоснованы основные метрологические параметры влагомеров. С вероятностью 0,99 условию получения всей хозяйственно необходимой информации о влажности соответствуют границы от 8 до 43 % для зерновых культур и семян трав, до 46 % для зернобобовых культур. Диапазон измерения влажности от 6 до 85 % включает все практически встречающиеся состояния технологических процессов, связанных с заготовкой различных видов сена, силоса, сенажа, гранул, брикетов и травяной муки.

Погрешности зерновых влагомеров, обеспечивающие оптимальные условия выполнения технологических операций, их конкурентную способность и согласованные с погрешностями образцовых средств измерений, должны составлять по поддиапазонам влажности: до 21 % ±(1,0. 1,2 %) для полевых, ±(0,8. 1,0 %) - лабораторных и ±(1,0. 1,3 %) - автоматических поточных влагомеров; в поддиапазоне 21. 27 % соответственно ±(1,2. 1,5 %), ±(1,0. 1,2 %), ±(1,5. 1,8 %).

Погрешности измерений влажности сена - ±2 % и свежеско-шенных и провяленных трав - ±4 %.

Межэлектродное расстояние, равное 5*.7 значениям среднего эквивалентного диаметра зерновок контролируемого материала, и вместимость измерительной ячейки не менее 80 г для основных зерновых культур являются исходными данными при выборе параметров электродной системы датчиков, обеспечивающими минимальное влияние^ на погрешности измерений скважистости и представительности пробы зерновой массы.

4. На основе разработанной модели ДП зерновой массы, в которой впервые учтены свойства свободной и связанной влаги, дано теоретическое обоснование определяющего влияния на погрешности измерений натуры и скважистости зерновой массы. Модель адекватно описывает ДП зерновой массы в диапазоне влажности от 14 до 24 %. С ростом влажности влияние скважистости на ДП уменьшается, а натуры увеличивается.

5. Установлено, что влияние на электрические свойства зерновой массы факторов, которые принято связывать с сортовыми отличиями и условиями выращивания культур, на 70 % определяется различием зерна по натуре. Вместе с тем, есть факторы, которые влияют на поведение материала в электрическом поле, но не имеют тесной связи с натурой. Выявление и разработка способов компенсации их влияния на электрические свойства является резервом дальнейшего повышения точности измерений емкостных влагомеров.

6. Предложена классификация датчиков влагомеров по способам компенсации плотности, найдены оригинальные технические решения ее компенсации в датчиках созданных приборов, обеспечивающие достижение обоснованных требований к погрешностям измерений влажности в условиях реальных значений анизотропии и гетерогенности зерна и кормов.

7. Разработаные математические модели, устанавливают общие закономерности влияния влажности и объемной плотности на электрические параметры зерна и семян, которые позволяют использовать способы и приемы совершенствования выпускаемых и создание более точных технических средств для измерения влажности.

8. Установленная корреляционная связь электрической емкости и всхожести для зерна пшеницы и ржи свидетельствует о перспективности исследований в целях установления электрического параметра, позволяющего создать быстродействующий прибор для оценки жизнеспособности семян.

9. Разработанная и внедренная в практику методика градуирования влагомеров основана на использовании смешанных увлажненных индивидуальных проб зерна с натурой, охватывающей диапазон реальных условий применения прибора, позволяет получать обобщенные градуировочные зависимости, отражающие многообразие йеинформа-тивных параметров конкретного материала. Методика позволила снять зависимость разработки приборов от сезонности проведения градуирования, необходимости заготовки и хранения больших масс зерна и семян высокой влажности, сократить объем градуировочных работ.

10. Исследования процесса обезвоживания травяных кормов, позволили обосновать параметры бюкс, исходя из вместимости пробы сухих трав (14. 16,4 %) массой 10 г, температуру (115°С) и продолжительность (4 ч.) сушки, количество параллельных определений, на основании которых разработана методика определения влажности, рекомендуемая в качестве основного метода при градуировке (МИ 1333-86), поверке (МИ 1611-87) и аттестации образцовых и рабочих средств измерений влажности (ТПр-89-83) кормов. Методика базируется на применении воздушно-тепловых установок типа СЭШ-ЗМ.

11. Обоснованы погрешности измерений инфракрасных влагомет-рических установок (зерновая и травяная мука, комбикорма - ±0,4 %, семена трав - ±0,5 %, зеленой массы и сена - ±0,85 %), позволившие рекомендовать их для применения в качестве образцовых средств при градуировке кормовых влагомеров.

12. Предложен способ определения эффективной глубины проникновения, обоснованы температурные режимы сушки: 115°С для измельченного зерна колосовых культур, травяной муки и семян трав с толщиной до 2 мм и ниспадающий режим для свежескошенных трав (130°С до влажности 50.55 % и 115°С до окончания процесса измерения), и оптимальные массы навесок - 5 г для муки, комбикормов, семян трав, 10 г - зеленой массы бобовых и 7 г - злаковых трав.

13: Осуществлено массовое внедрение в отрасли полевых влагомеров, используемых для оперативного технологического контроля влажности зерна и семян ВЗПК-1 и растительных кормов "Электроника ВЛК-01"; выпущены опытные партии лабораторных влагомеров ИВЗ и "Электроника ВЗ"; созданы и испытаны образцы поточных автоматических влагомеров; прошел приемочные испытания и рекомендован к производству микропроцессорный зерновой влагомер "Электроника ВЛК-200"; ведется освоение производства микропроцессорных, диэль-кометрических анализаторов технологических параметров зерна -АТПАЗ-01 и кормов - ЭЛИВС-100. Приборы не имеют аналогов в странах СНГ, а последний и в мировой практике.

14. Обоснованы параметры, созданы и внедрены в производство средства термометрии: полевой электронно-цифровой термометр "Зонд-1" и система автоматического контроля температуры СКТ-01, позволяющие повысить эффективность управления рядом технологических операций, где для получения конечной продукции высокого качества и при минимальных потерях наряду с информацией о влажности необходим оперативный контроль температуры (временное и длительное хранение зерна, закладка силоса и сенажа, хранение разных видов сена).

15. Практические значения результатов исследований электрофизических свойств зерна и кормов определяется, наряду с потребностями влагометрии, задачами, связанными с разработкой экологически чистых технологических установок для направленного воздействия на материалы электромагнитными полями в целях повышения технологических, посевных и др. свойств.

16. Результаты исследованйй реализованы в комплексе нормативно-технических документов (ГОСТы, РД, МИ, ТПр) 13 наименований, регламентирующих применение электрических методов измерений влажности твердых и сыпучих материалов, методы и средства градуировки, испытаний и поверки влагомеров, в результате чего создана и действует в стране систему стандартизации и метрологического обеспечения измерений влажности зерна и кормов.

Общий объем внедрения превышает 60 тыс. приборов, эксплуатируемых в сельском хозяйстве, так и других отраслях стран СНГ. Фактический экономический эффект от внедрения превышает 51 млн. руб. (в ценах 1990 г.).