автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование формы и конструктивных параметров распределителя теплоносителя для сушки сена в рулонах

На правах рукописи

ВОЩАНОВ Николай Алексеевич

; У-

Р Г Б ОЛ

- 1 ФЕЗ Ъ

ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ СУШКИ СЕНА В РУЛОНАХ

Специальность 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 2000

Работа выполнена на кафедре "Уборочные машины" Челябинского государственного агроинженерного университета.

Научные руководители • кандидат технических наук, профессор Четыркин Б. Н.

кандидат технических наук, доцент Степичев М. Г.

Официальные оппоненты: доктор технических нчук, профессор Лапшин ПЛ.;

кандидат технических наук, профессор Пережогин М.Л.

Ведущее предприятие: Челябинский научно-исследопательгкш"! нпсиггут сельского хозяйства.

I г. в /¿''часов на заседании

Зашита состоится "¡2? 2000 г. в /С^ч

г ~

диссертационного совета К 120.46.01 Челябинского государственного атроииженериг'го ус:и грситета по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина.75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан "££" 1999 г.

Ученый сикрс :<?рь • /

дисс1Г1Г,!Цпои^1.)П "X (< 1 ' . . / Л. Л. Натрушен

ро^З. 76е/. /- о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшими факторами роста продуктивности сельскохозяйственных животных являются увеличение производства грубых и сочных кормов, более широкое применение прогрессивных технологий их возделывания, заготовки, хранения, улучшения аруктуры и качества кормов.

Существующие способы заготовки сена характеризуются большими количественными и качественными потерями. Особенно это касается тех районов, и которых в период заготовки сена выпадает большое количество осадков. Поэтому разработка технологии заготовки сена и его сушки, способствующей сохранению качественных показателей, является важной народнохозяйственной задачей.

Основными недостатками досушки сена спрессованного в рулоны посредством активного вентилирования и существующими сушильными установками являются большая продолжительность процесса сушки и значительные энергетические затраты, обусловленные тем, что процесс сушки сена недостаточно изучен.

Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что повышенное содержание питательных веществ в сене, спрессованном в рулоны, при досушке их на сушильной установке, достигается путем подачи теплоносителя внутри рулона посредством распределителя.

Цель работы. Повышение эффективности сушки пресованного сена в рулонах и разработка рациональных конструктивных параметров распределителя теплоносителя ;ушильной установки, позволяющих максимально сохранить кормоше качества сена 1 процессе сушки при наименьших затратах энергии.

Объект исследования. Процесс сушки прессованного сена в рулонах на ;ушилыюй установке.

Предмет исследования. Влияние состояния исходного материала, режимов сушки т потери питательных веществ в сене, спрессованном в рулоны, и затраты энергии в фоцессе сушки.

Научная новизна. Использование уравнения Бернулли с учетом конкретных задач юзволило установить уровень потерь давления потока теплоносителя при одналыюй фильтрации через прессованное сено в рулоне. Получен коэффициент, озволяющий определить величину давления теплоносителя по диаметру и длине рессованной массы в рулоне. Обоснован способ дифференцированного

распространенна теплоносителя в рулоне прессованного сена. Получены зависимости, описывающие равномерный' выход теплоносителя из выпускных отверстий распределителя установки. Предложенное техническое решение подтверждено авторским свидетельством.

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследовании разработана сушильная установка н рабочий орган устройства - распределитель, иозпошиощий интенсифицировать процесс искусственной сушки прессованного сена и рулонах путем подачи теплоносителя вовнутрь рулона и равномерного его распределения в теле рулона. Обоснованы оптимальные параметры процесса сушки в рулонах. Применение разработанной установки позволило сократить время сушки, повысить производительность, снизить потери питательных веществ (каротина, протеина и т.д.) при снижении затрат энергии на сушку растительной массы.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены На научно-технических конференциях ЧИМЭСХ (1987-19К9т г.). ЧГЛУ (1996- 1999гг.), на заседании технического совета завода сельскохозяйственного машиностроения им.Фрунзе (г.Бишкек, 1990 г.)

Публикации. По результатам исследований опубликовано три научных работы.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (118 наименований)!! 11 приложений. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, рассматривается ее практическая значимость.

В первой главе проведен анализ существующих способов и средств сушки прессованного сена в виде рулонов, поставлена цель, обоснована проблема, выдвинута гипотеза и сформулированы основные задачи исследования.

Потери питательных веществ в высушиваемой траве определяются продолжительностью и условиями сушки. Продолжительность искусственной сушки прессованного сена в рулонах может быть сокращена путем внедрения новых сушильных установок и совершенствования существующих способоп

интенсификации, обеспечивающих рациональное использование теплоносителя в процессе сушки.

С этих позиций рассмотрены преимущества и недостатки современных различных технология сушки и хранения прессованного сена в рулонах, а также сушильных установок для сушки рулонов.

На основании проведенного анализа состояния проблемы сушки заготавливаемой травяной массы и существующих сушильных устройств установлено, что:

- недостаточно изучены вопросы взаимодействия рабочего органа сушильной установки с прессованным материалом;

- интенсификация сушки сена в рулонах возможна за счет совершенствования рабочих органов установки, целенаправленной подачи и равномерною распределения теплоносителя внутри рулона;

- существуют противоречия между возможностями использования технологий заготовки сена в рулонах к требованием максимального сохранения питательных веществ в сене.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач исследования:

1 - разработать способ и конструкцию камерной сушильной установки с рациональной подачей и распределением теплоносителя в рулоне спрессованного сена;

2 - обосновать форму и рациональные конструктивные параметры распределителя теплоносителя для реализации искусственной сушки с подачей теплоносителя внутрь рулона;

3 - исследовать влияние режимов процесса сушки и конструктивных основных параметров распределителя теплоносителя на сохранность питательных веществ в сене и затраты энергии в процессе сушки;

4 - провести экспериментальную проверку и хозяйственные испытания 1ехнолопт »•устройства для сушки прессованного сена в рулонах;

5 - дать технико-экономическую и энергетическую оценку процесса сушки прессованного сеиа в рулонах, досушенного в предложенной установке.

По второй главе проведен обзор теоретических разработок по активному вентилированию и сушке прессованного сена в тюках и рулонах. Исследования искусственной сушки сельскохозяйственных материалов с использованием

,,сушнльного aiciua'' iíoumuichhoü температуры впервые и России выполнены основоположником эсм.чсдельческой механики В. П. Горячкштмм.

Первые опыты но сушке трап горячими тазами проведены в СССР в 1928-30-х и. М.Г. Енренноимм. Впоследствии проблемой сушки занимались исследователи: Пчтрупшвичус 0.11:. Любарский В.М . Пьентик Л.Д.. Сарайкина С.С.. Данилович C.IO., Грутько U.M., Парнжанскас А и др.

Любарским D.M. и Пятрушявич)соч В.И. исследовапось аэродинамическое сопротивление слоя провяленной трапы при продувке се воздухом. В работах Уайга и Псо. Сечкина B.C., Сакуна В.А., Мацупы В.К., Дсркачевн И Г'., Никитиной Л. М.. (и.чочнрова А. В. и др. исследовано влияние влажности и температуры позд>ха, используемого в каче< i те агента сушки, на влагосолержаипе высушиваемого материала. Проблемой досушки прессованного сена занимались исследователи: Водяник Л И., Ахмедов М.Ш., Сизов В.И.. Любарский В.М, Пятрушявичус В.И. И) ан;.лта теоретических разработок установлено, что недостаточно изучены вопросы рациональной полам] и распределения теплоносителя внутри рулона.

Закономерность распределения теплоносителя по длине распределителя (рис.1.2) описывается уравнением Бернуллн:

Р,Гв'-«1 V,2(2g)-,-P; Г Л a,V22(2g)''+(V1-V2)2(2g)-|+^ LVJ(d2g)-' (1) где И| - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение скорости теплоносителя по сечению распределителя;

А гг - коэффициент трения'по длине распределителя; V\ и Уг - скорости теплоносителя, м/с;

Рi и P¡; давления (гидростатические напоры) в сечениях 1,2, Па; L - длина распределителя, м; «/-диаметр распределителя, м. Максимальный сташческий напор будет в конце распредели геля, который, если пренебречь лагерями па трение и потерями Корда, ранен динамическому напору на входном участке распределителя У,-К" ! 2g.

При дискретном распределении теплоносителя через п отверстий, находящихся па расстоянии « друг ог друга, давление перед любым ¡ м от кончи отверешеи ь распределителе составляет:

Распределение теплоносителя по длине распределителя

Рис.]

Чм/с А

14

13 12 II

10 9 8 7 6 5 4

Скорость и напор теплоносителя па выходе нз рулона спрессованного сена в радиальном

направлен«:!

Р, Па А

14

13 12 И

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Р, с распределителя

Р. с рулона

0.1

0,4

0.7 1.0

Рис. 2

1,3

Г = PM-0,SpV„2{(Z„Li / d(m+l)) (n/(n-Hf""(H-(,n~2)/n) (¡-(m-i)/mn )[l-((i-0

/(n-1))""' (i+m-2) (mi-m + 1)(п+т-2)~'(г>ш-т + 11'1]-l+(i/nf t 0,35(n-!)/nJ , (2) где Л,- начальное давление, Па;

р-плотность теплоносителя, кг/м3;

Уи- начальная скорость теплоносителя, м/с;

Л„ - коэффициент аэродинамического прения в начальном сечении; п -число выпускных отверстий; / - i-ое отверстие от конца распределителя; Lj - рабочая длина распределителя, м; т - коэффициент, принимаем равным 2. В результате сушки единичного рулона установлена неравномерность сушки сак, по диаметру и длине. Возникла необходимость разработки рабочею органа, обеспечивающего равномерное распределение теплоносителя внутри рулона. С аэродинамической точки зрения рулон сена с перфорированным распредели гелем представляет собой аппарате пространственным течением воздуха за счет давления, создаваемого вентилятором. Зависимость между скоростью воздуха и градиешом статического давления Р линейна, т.е.

где Уг- скорость воздуха в радиальном направлении, м/с; 1

Кпрс- проницаемость сена в рулоне, мг/с мм.вод.ст; ■

г- текущий радиус рулона сена, м;

Уг - скорость воздуха в направлении длины рулона, м/с;

с ■

Z-горизонтальная координата. Для выведения этих уравнений приняты допущения: плотность сена в рулоне -равномерная; плотность воздуха - постоянна; сено - изотропная среда. Коэффициент проницаемости сена в рулоне рассчитываем по формуле;

^ир.с

= £ (V„P.

С.ВЫХ .с.их ^сеч ') , (4)

(-1 (-t

где У„Гс„ых ■ скорость воздуха на выходе из рулона сена в п сечении, м/с; У „pt ,lx • скорость воздуха на входе в рулон сена в п сечсннн, м/с. II,.,, - п сечение на распределителе юнлошкч»«ели.

Проницаемость сена теплоносителем снижается по длине рулона (рис.3).

Зависимость коэффициента проницаемости сена теплоносителем от длины рулона

Рис.3

Равномерную раздачу теплоносителя можно осуществлять за счет изменения площади сечения выпускных отверстий по длине распределителя при его постоянном сечении.

Количество теплоносителя, протекающего через проектируемый распредели гель:

Ь = У-Г , (5)

где V- скорость теплоносителя в распределителе, м/с;

Г- площадь сечения распределителя, которая вычисляется по его диаметру, м2. Площадь первого отверстия определяем по выражению: // ~ Ь-(п-У„ ц У1 . (6) где /1-число отверстий на распределителе;

К„-скорость истечения теплоносителя из отверстий, м/с; //-коэффициент расхода теплоносителя {//= 0,65-0,69). При определении числа раздающих отверстий должно выдерживаться условие:

и •,- / • Г (/' Л У1- (7)

Площадь последующий отверстий определяем по формуле:

f, =

n ■ fl

при R , =

i - 1

n - 1

n ■ fi 1 + O

1 - Я

.84 f, -

V я - 1

2 n

где а- расстояние между выпускными отверстиями, м;

Х- коэффициент сопротивления принят по формуле Альтшуля:

X = 0,11

К^ 68 d + К

(Ю)

где К, - эквивалентная шероховатость;

Кэ= 0,01-0,02;

А -диаметр распределителя, мм;

Яе-число Рейнольдса.

На основании приведенных расчетов получены следующие конструктивные параметры распределителя теплоносителя: диаметр распределителя 110 мм при его длине 1500 мм; диаметр выпускных отверстий, увеличивающихся по ходу движения теплоносителя с 16 до 28 мм.

Затраты электроэнергии (рис.4) на досушку рулонов сена атмосферным воздухом можно представить общей формулой:

= А',,,).

(П)

(100 -WJÍdy-dJp.l

Затраты электроэнергии (см.рис.4) на досушку рулонов сена подогретым теплоносителем можно представить общей формулой:

г.

т {1Г| -1Г,)-1000 Рд -Г_

(Гоо- гг2 - с/в)/7,71> г0

где т- масса влажного сена в рулоне, кг;

IVI и ГГ; - влажность сена в рулоне до и после сушки, %: /',, - плигноегь воздуха. кг/м':

(12)

п

d0 -влагосодержание атмосферного воздуха, г/кг;

d\ • влагосодержание воздуха после сушки рулона атмосферным воздухом, г/кг;

di - влагосодержание воздуха после сушки рулона подогретым воздухом, г/кг;

I- производительность вентилятора, м3/ч;

Аэл.да- - мощность электродвигателя привода вентилятора, кВт;

А'эл xaj,.- мощность электрокалорифера , кВт;

Го - температура атмосферного воздуха, °С;

Г - температура теплоносителя, °С;

Р- давление подогретого воздуха, мм.рт.столба;

Ро - атмосферное давление воздуха, мм.рт.столба.

Затраты электроэнергии при досушке рулонов сена в зависимости от исходной влажности материала

З.эл^о -кВт-ч

25->

го -

15 ■

10 •I

5 • 0 •

20 25 30 35 40 YV,% .

1-затраты электроэнергии при досушке рулонов атмосферным воздухом;

2-затраты электроэнергии при досушке рулонов подогретым воздухом.

Рис.4

С целью получения оптимального уровня исходной влажности раанге.тьно!о материала совмещены графики механических потерь и шпакмьных веществ сена при сушке в поле и затрат энергии на его досушку. В и юге получены оптимальные значения влажности растительного материала, которые находятся в пределах 32--Ш",, (рис.5).

Зависимость механических потере, пь'««;.сл-н затрат энергии от исходной влажности сена !:р. досушке ero п рулонах

1- затраты электроэнергии при сушке сена атмосферным воздухом (1=20-25°);

2-затраты электроэнергии при сушке сена подогретым воздухом (1=125°);

К - содержание каротина в сене;

П - механические потери при досушке сена в поле.

Рис.5

В третьей главе • изложены обшая программа и методика экспериментальных исследований, даио описание экспериментальной установки, приборов, оборудования.

Программа экспериментальных исследований предусматривала: - методику снятия аэродинамической характеристики распределителя; • исследование распределения температуры и скорости теплоносителя по длине и

высоте рулона;

- определение мощности, потребляемой сушильной установкой, при сушке рулоном активным пептилнроваипем и г> чп-дтапемои сушильной установке. Все исследования проводились класепчсекгм методом с варьированием одного из факюро» нрн постоянстве других. Варьируемые факторы, основные уровни и

интервалы их варьирования Еыбиршшсь на основании метода априорного 'ранжирования и на основании поисковых агентов. Методика производственных (хозяйственных) испытаний соответствовала ОСТ 70.20.2-89.

Установка имеет рабочую сушильную камеру 12 (рис.6), которая изготовлена из листовой стали. В камеру 12 на поддоне устанавливается при помощь-фронтального погрузчика ПФ-0,5 рулон сена. На боковой стенке сушильной установки выполнено отверстие диаметром И 5 мм, в которое вводится распределитель 11. Он соединен со штоком гидроцилиндра 5. На левой торцевой стенке каркаса 13 установки закреплены агрегаты управления. В сушильной камере 12 распределитель 11 опирается на поддерживающий ролик 10. Для подогрева воздуха используется электрокалорифер 7 СФОЦ 60/05-11 мощностью 69,7 кВт, который обеспечивает подачу 4000 м3/ч. Распределитель 11 соединен с электрокалорифером 7 гибким воздуховодом 9, по которому осуществляется подача подогретого воздуха к распределителю 11, а затем к объекту сушки (рулону ). На выходе из калорифера 7 установлена воздушная заслонка 8 для регулирования скорости теплоносителя. Над сушильной камерой 12 расположено устройство для взвешивания рулонов сена, состоящее из подъемного гидроцилиндра 15, динамометра 14, ремней. Для выхода отработанного теплоносителя в правой торцевой стенке установки имеются отверстия диаметром 20 мм, а также одно большое окно в верхней стенке камеры 12 диаметром 250 мм.

о

Экспериментальная установка работает следующим образом. В сушильную камеру 12 помещают рулоны сена так, чтобы ось рулона совпадала с осью распределителя 11. Дверь сушильной камеры закрывают. При включении электродвигателя 3 начинает работать масляный насос 4, который соединен с электродвигателем через соединительную муфту 16. При нажатии ручки гидрораспределителя 6, масло насосом 4 подается в гидроцилиндр 5. Распределитель 11 под действием гидроцилиндра 5 вводится в рулон сена. При включении электрокалорифера 7 воздух, нагреваясь в нем до заданной температуры, подается по Гибкому воздуховоду 9 через распределитель 11 в рулон сена .

После окончания сушки рулона открывают дверь сушильной камеры и извлекают рулон при помощи фро1ггального погрузчика ПФ-0,5, а на его место устанавливают другой, с

г

Скорость areirra сутки в распределителе определяли по среднему динамическому напору. Динамический напор измеряли при помощи микроманометра ММН-240/5/-1.0 с трубкой Пито-Прандля. Методика снятия этой характеристики соответствует ОСТ 70.10.1-82. Температура теплоносителя, которая влияет на интенсификацию процесса сушки и на качество высушиваемого сена, замерялась в определенных точках рулона электротермомстром АМ - 29. Термодатчики устанавливали в определенных точках на рулоне, на заданную глубину. Для измерения скорости и температуры воздушного потока на выходе из рулона применяли термоанемометр ЭА - 2М. Замеры проводили в точках с интервалом 20 минут. Погрешность при измерении скорости составила - 1,5%, при измерении температуры - 3%.

Для определения оптимальных конструктивно-кинематических параметров лабораторной установки для досушки сена спрессованного в рулоны,а также для выявления общего характера изменения качественных показателен работы сушильной установки в зависимости от данных параметров,использовался метод активного планирования эксперимента. Оценка корреляционной связи параметров проводилась по критерию Фишера. Расчеты проводились .по типовым методикам с использованием ЭВМ,

Мощность, потребляемая на привод рабочих органов установки [электрокалорифер СФОЦ), замеряли счетчиком САЧУ - И 672М. Зависимость потребляемой мощности от температуры устанавливалась путем замеров мощности, потребляемой тэнами при заданных температурах теплоносителя на входе в эаспредслигель. Зависимость потребляемой мощности от изменения скорости теплоносителя - путем прикрытия или открытия заслонки. При изменении мощности, потребляемой рабочими органами установки, температура теплоносителя изменялась до 154 °С, скорость до 6,3 м/с.

По время хозяйственных испытаний в процессе сушки сена » рулонах пмсрялн температуру и относительную влажность атмосферного воздуха: температуру и относительную влажность теплоноситсл! на выходе из рулона.

Проводилось взвешивание рулонов'до сутки и после се окончания. В процессе :ушкн рулона три раза в определенных местах отбирались пробы на влажность, а в юнце сушки на химический аналш. Химический анализ па содержание картина и :ырого протеина в сене до и после сушки очредолкли и иьпяжке бензина Б-70 по .кггоду П.Х. Попаидоиуло с использованием фотоэ^екгрмеллориметра ФЭК-5Ш но 'ОСТ 6604-53. Содержание протеина онрслс.; м > ме годом сил и апия (но ¡uoiy).

i'í

Схема установки для дссушкн прессованного сена в рулонах

I-масляная емкость; 2-щнт управления; 3-электродвигатель; 4-масляный насос; 5 -главный гидроцилиндр; 6-гидрораспределитель; 7-калорифер;

8- воздушная заслонка; 9- гибкий воздуховод; 10-поддерживающий ролик;

II-распределитель; 12-сушильная камера; 13-рама установки;

14 - устройство для взвешивания; 15-гидроцнлиндр; 16 - соединительная муфта.

Рис.6 .

В четвертой главе представлены результаты'Лабораторных исследований,

полевых и хозяйственных испытаний, дан их анализ.

Результаты полевых исследований по сушке скошенной зеленой массы

люцерны в поле показали, что зеленую массу не рекомендуется провяливать до

влажности менее 30%, так как возникает опасность потерь сухой массы в результате

обивания рабочими органами сеноуборочных машин пересохших частей растений.

Величина этих потерь достигает 30%. На графике (рис.7) видно, что наибольшие

потери каротина (К) происходят в первые двое суиж сушки. Содержание ею н

и

Содержание каротина (К) и сырого прочуяна (Пр.с) в р^лск.-л сг^а из люцерны, хранившихся в сенояраинлнше в течение 1 месянз

К,игЛа* П>/ Я5

25

91

К2

Пае.

к

К|-содержание каротина в сене, спрессованном в рулоны, досушенном на сушильной установке, перед укладкой на хранение;

Кг-содержание каротина в сене, спрессованном в рулоны, досушенном на

сушильной установке, после хранения на открытой площадке в течение 1 месяца;

Прс |-содержание сырого протеина в сене, спрессованном в рулоны, досушенном на сушильной установке, перед укладкой на хранение;

НрС2-с6держанне сырого протеина в сене, спрессованном в рулоны, досушенных па сушильной установке, после храпения на открытой площадке в течение I месяца.

Рис.! 1

Габлцца

Затраты энергии на сушку сена по сравниваемым технологиям зш от отчей

Технология • заготовки сена

1

Ьлзовая ( с-з

"АлабугскшТ)

Предлагаемая

и

&

й о.

2

20-20

125

3

35-~1(Г

45-40

Я

о

С2

150

о

5

25000

! 5(0

о о

ч о о

50000

О О,

Ч о X о

0.072

0.01X

о. а с

0.231

0,1

г

3

гЗ

7

6

Ныбор оптимальных конструктивы:?' лэр^мепроа распределителя и оптимизация варьируемых факторов (температуры Т = 125 °С, начальной влажности прессованного сена в рулонах = 35%, скорости теплоносителя V = 4 м/с) подтверждается минимальными потерями каротина (К), сырого протеина (Пр.с), перевариваемого протеина (Пр.пр) при досушке сена в рулонах в сушильной установке (рис. 9).

Потери питательных веществ каротина (К), сырого протеина (Пр.с), перевариваемого протенна (Пр.пр) в зависимости от экспозиции при досушке рулонов сена в сушильной установке

Пр.с. К.мг/кг Пв.п. за

X _ к

Г--X i х i

к Пр< ? S ! ъ !

X 1 i

X Пр.1 х i 1 ¥ 1

X - - < í 1 1 j 1 ! ■

Í i ..... 1 - - ; ; ¡ ......1.....i i ' i i

Рис. 9

Применение сушильной установки для досушки сена позволяет сократи 1Ь время провяливания массы в поле в 2,5-3 раза, а сравнивая с досушкой активным вен нитрованием, в 1,5-2 раза. Качество cena в рулонах, досушенных на сушильной установке, соответствует первому классу с содержанием каротина 10-50мг/кг, сырого протеина 14,2-15,4 %. Сокращаются потери сырого протеина и 1,4 - 1,9 раза, каротина в 1,8-2,0 раза, в сравнении с различными технологиями заготовки сена, применяемыми в хозяйстве.

Результаты опытов lio хранению досушенных на установке рулонов сена изображены на рис.10, 11.

Содержание каротина (К) и сырого протеина (Пр.с) п рулонах сена m лгоигрнм, при хранении на открытой площадке п течение 4 мссяиеп

к.чпкг цр^

t

79

К

3

5

Kj-содержанис каротина в сене, спрессованном в рулоны, досушенном на сушильной

установке, перед укладкой на храпение; Кг-содержаипс карошна в сене, спрессованном в рулоны, досушенном па суштьтт

установке, после хранения на открытой площадке в течение 4 месяцев; Пр.с.гСодержаннс сырого протеина в сене, спрессованном » рулоны, досушенном на

сушильной установке, перед укладкой на храпение; Пр^-содержание сырого протеина п сене, спрессованном в рулоны, досушенном на сушильной установке, после храпения на огкрмюй площадке в течение 4 меечт-п

Рис.10

За период хранения рулонов сена па открытой площадке в течение 4 месяце» содержание каротина с 51,3 сничилось до 25,5 mi/кг, а содержание сырою протеина с 15,4 до 10.9 %. Потери каротина (К) в сене, спрессованном и рулоны, "»а месяц храпения составили 0,5 mi/кг. сырою прогеипа (Пр.с) - 0,1 *!>».

LL naioi'LjJiaiie проведен расчет экономической чффекптносгн предлагаемой установки для сушкп прессоплпиого сгн.т п рулонах н сравнении с ií.rjom.'i г >ри.'ш»т (таПл.1). применяемым ч хоччйстгс - досушкой яреесоканчок» « па ' и pwomx активным «ет иднров.-ншем.

Экономическая >ффекп'пносп. применения уелияжкн ;пя г\ шкн iipewiwm'P'r сена и рулонах о^ееиочикается та сче! учучни-ши wi'icctна Mimociirvor.» еечл ntr ионш.тч'.м больше получать сыро:о чршеина, кч'рон'ча. :» i.-f.-.i-«: еч"|- «инь •ч;спл\аичнон11ые шрятм 'ja ciei сшг-к'.'пня чатрит гр\;та, п пм'.'К'Ч"! р:< . v'von >м ipani.'HnpiiiponKV Расход учекгронюрг ни на с)ч«'с\ 1'г w, c>«ir> ж-гс.ч ' ').<}~3 >•» П.Olí' кЦ|-Ч. Фактическим юлопон .'МХН'МЧЧ'Л'КМП !".:: ; ; ми '-р. 4">'-г:' I Iрублей.

скошенной массе падает с 50 до 2& мг/кг. Затем снижение каротина замедляется

' Потери его за пять суток составили 5 мг/кг.

Содержание сырого протеина (Пр.с) и каротина (К) в скошенной зеленой массе люцерны в зависимости от сроков естественной сушки в поле

УУД» К.Ц

г 1 4

Рис.7

Т Дкн

Распределение температуры и скорости теплоносителя по длине и высоте рулона сена, находящегося в сушильной камере установки, показаны на графике (рис. 8). Перепад по скорости теплоносителя в измеряемых точках составляет 0,22 м/с и 0,08 м/с. Перепад температуры теплоносителя в замеряемых точках составил 3°С и 2,5°С.

Распределение температуры и скорости теплоносителя по длине и высоте рулона, находящегося в сушильной камере

Т,°с у, м/с

33

34 го ге г: 18 1« 10

в

4 ■ О.

28,3 -за,

! 1

}-------- —---г—-_Т 1 I—Ц "-3

! \- ; V 1

) ... ... 1,71 ¡V1 : 11,73 г 1 ! 1

210 460 «01 >00 1000 1200 1400 цЛП1

Рис. 8

Ог!щ;-е ..:■!, . t !

1. При заготовке сепп естественная сушка в условиях поля требует длительною (5-8 суток) времени для удаления избыточной влаги. Эго приводит к потере ниппельных веществ протеина (Пр), каротина (К), достигающей 50%.

2. Существующая технология досушивания рулонов прессованного сена методом активного вентилирования с подачей теплоносителя к поверхности рулона привотнт к нерациональному использованию теплоносителя, увеличению продолжительное m сушки (до 66ч) и затрат энергии на досушку сена ( 3,32 кВт ч/кг).

3. Разработаны рациональная технология и технические средства сушки сена и рулонах, в которой теплоноситель подастся внутрь рулона, равномерно распределяясь по его длине и высоте, при этом рулон находится в закрытой камере.

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена рациональная ферма' распределителя теплоносителя в виде цилиндра с комическим наконечником, размещенными по всей его длине отверстиями различного диаметра. Установленная закономерность распределения теплоносителя по длине рулона позволила обоснован, основные параметры распределителя:

диаметр распределителя -110 мм;

длина рабочей части распределителя -1200 мм;

- диаметры выпускных отверстий распределителя по ходу движения теплоносителя увеличиваются с 16 до 28 мм.

5. Для предложенного распределителя с указанными параметрами получен коэффициент проницаемости сена в рулоне теплоносителем.

6. Наилучшие качественные и энергетические показатели процесса сушки прессованного сена п рулонах с применением предложенного распредели геля получены при следующих оптимальных значениях варьируемых факторов:

- температуре теплоносителя па входе в рулон, °С — 125-130;

- влажности прессованного сена в рулонах. % - 30-35;

- скорости теплоносителя па входе в рулон, м/с - 4-5.

7. Экспериментально определено, чго качество сена в рулонах, досушенных на разработанной сушильной установке, соответствует 1 классу с содержанием каротина 25-50 мг'ьч. сырою ppoicmm Ы.2-1?.Ро, Досушка сена в рулонах на сушильной

установке сокращает потери сырого иротеина в 1,4-1,9 раза, каротина - 1,8-2,0 раз: 'затрата энергии в 4 раза, в сравнении с различными технологиями заготовки сен; применяемыми в хозяйстве.

8. В результате хозяйственных испытаний определено, что дополнительный дохо, 8т сохранения питательных веществ в прессованном сене, досушенном и; предложенной сушильной установке, по сравнению с сеном, заготовленным i хозяйстве с применением существующею способа активного вентилирования составил 4290 рублей. Экономия электроэнергии составила 1161 кВт ч. Годовой экономический эффект при этапном внедрении составил 55145 рублей. Разработан модульный вариант сушилки с распределителем теплоносителя. При необходимости увеличения производительности и сокращения времени сушки возможно создание досушивающего устройства в виде совмещенных двух, четырех и более модулей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Степичев М. Г., Вощанов Н. А. Результаты досушки сева в рулонах // Повышение производительности и качества работы зерноуборочных и зерноочистительных машин: Сб. научн. тр./ЧИМЭСХ. г. Челябинск, 1988, с. 74-78

2. Степичев М. Г., Вощанов Н. А.. Оптимизация параметров процесса сушки прессованного сена в рулонах // Повышение производительности и качества работы зерноуборочных и зерноочистительных машин: Сб. научн. тр. / ЧИМЭСХ .г. Челябинск, 1989, с. 77-81

3. Стелнчев М. Г., Булдашов В. М-, Вощанов Н. А. Передовые методы заготовки и хранения кормов: Сб. научн. тр./ ЧИМЭСХ . г. Челябинск, 1988, с. 74-78

Подписано к печати 23 А£к/>ЯРЯ J993г. Формат 64 84/16

Заказ 2.57 Тираж 100 экз.. Уоп ЧГАУ. 0 454080,иг. Челябинск, пр. Ленина, 75.

¿о

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО СУШКЕ ПРЕССОВАННОГО СЕНА.

1.1 Биохимический состав и физико-механические свойства скошенной зеленой массы

1.1.1 Биохимический состав скошенной зеленой массы.

1.1.2 Физико-механические свойства скошенной зеленой массы.

1.2 Анализ технологий заготовки прессованного сена с сушкой рулонов на стационаре

1.3 Интенсификация процесса сушки стебельчатых материалов.

1.4 Выводы и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ ФОРМЫ И ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

2.1 Обзор теоретических разработок по активному вентилированию и сушке прессованного сена.

2.2 Теоретические исследования распространения теплоносителя по длине распределителя

2.3 Обоснование формы и конструктивных параметров распределителя

2.4 Энергоемкость процесса сушки рулонов атмосферным воздухом.

2.5 Энергоемкость процесса сушки рулонов подогретым воздухом.

2.6 Выводы

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Экспериментальная установка.

3.2 Общая методика экспериментальных исследований.

3.2.1 Методика подготовки исходного материала.

3.2.2 Методика подготовки экспериментальной установки.

3.2.3 Методика исследований физико-механических свойств расти. тельных материалов

3.2.3.1.Определение сухого вещества.

3.2.3.2. Определение объемной массы и скважности

3.2.3.3. Определение гигроскопических свойств трав и сена

3.3 Методика снятия аэродинамической характеристики распределителя теплоносителя

3.4 Методика исследования распределения температуры теплоносителя по длине и высоте рулона.

3.5 Методика оптимизации процесса сушки прессованного сена в рулонах и обработки экспериментальных данных.

3.6 Методика определения мощности потребляемой сушильной установкой.

3.7 Методика хозяйственных испытаний установки для сушки прессованного сена в рулонах.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ.

4.1 Потери питательных вещв (каротина-К,рого протеина Пр) вошенной зеленой ме люцерны в завми отоков веннойшки в поле.

4.2 Распределение температуры и скорости теплоносителя по длине и высоте рулона.

4.2.1.Результаты распределения температуры и скорости теплоносителя по длине и высоте рулона находящегося вне сушильной камеры

4.2.2.Результаты распределения температуры и скорости теплоносителя по длине и высоте рулона находящегося в сушильной камере установки

4.3 Потери питательных веществ в сене прессованном в рулоны в процессе сушки и в период хранения.

4.4 Оптимизация параметров процесса сушки прессованного сена в рулонах.

4.5 Результаты производственных (хозяйственных) испытаний

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КАМЕРНОЙ УСТАНОВКИ С РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ СУШКИ ПРЕССОВАННОГО СЕНА В РУЛОНАХ.

Интенсификация процесса сушки и повышение качества высушенного в рулонах сена является актуальной проблемой сельскохозяйственного производства.

В основных направлениях экономического и социального развития Российской Федерации на период до 2000 года на основании интенсификации полевого и лугопастбищного кормопроизводства предусмотрены существенное увеличение производства грубых и сочных кормов, более широкое применение прогрессивных технологий их возделывания, заготовки, хранения, улучшение структуры и качества кормов.

Планируется значительное увеличение производства растительного кормового белка за счет повышения урожайности люцерны, клевера, гороха, подсолнечника, сои и других культур с высоким содержанием протеина [1,-2, 5].

Для осуществления поставленных задач важное значение приобретают ускорение темпов научных исследований по кормопроизводству, внедрение новых разработок в хозяйствах различной формы организации, совершенствование существующих и разработка новых индустриальных технологий по возделыванию кормовых культур.

В связи с этим очевидно, что для выполнения намеченного необходимо применять современные технологии производства кормов, в том числе и такого ценного корма, как сено. Долгое время приготовление сена было единственным способом сохранения зеленой массы трав на зимний период.

В основных направлениях развития техники для уборки сена в системе машин до 2000 года предусматривается широкое применение высокопроизводительных самоходных и прицепных машин, обеспечивающих полный сбор биологического урожая и снижение трудовых затрат.

За последние годы в связи с разработкой и широким внедрением в производство технологий силосования и приготовления сенажа удельный вес сена в рационах сельскохозяйственных животных уменьшился. Несмотря на это, приготовление сена остается одним из наиболее широко распространенных способов консервирования зеленой массы трав. В целом по стране объем производства сена увеличился. Так, если в конце десятой пятилетки колхозы и совхозы заготавливали 55-57 млн т сена, то в 1985 г. - более 77 млн т. Прессованного сена заготовлено в 1984 г.-15,3 млн т, в 1985 г. - 18,5 млн т.

В настоящее время заготовка прессованного сена значительно расширяется. Взамен пресс-подборщиков ПП-Ф 16 и К-454 (ГДР) с боковой подачей тюков в транспортные средства, позволяющих исключить процессы подбора и погрузки тюков, для прессования крупногабаритных прямоугольных тюков массой до 500 кг предполагается выпуск пресс-подборщика ПКТ-Ф-2.

Дальнейшее развитие получит прессование сена в рулоны. Наряду с рулонным пресс-подборщиком ПРП-1,6, намечается выпуск пресс-подборщиков для заготовки рулонов массой до 750 кг . Для погрузки рулонов и укладки их в скирды и хранилища предусматривается выпуск приспособления к новому погрузчику ПКУ-0,8.

Заготовка прессованного сена из валков позволяет уменьшить потери питательных веществ, снизить затраты труда, сократить расходы на транспортировку, рациональнее использовать сенохранилища.

Применение технологии приготовления прессованного сена по сравнению с рассыпным позволяет повысить его качество [93].

В последние годы все более широкое распространение получает прессование сена из валков в рулоны массой до 500 кг. Преимущества этой технологии перед заготовкой сена в обычных тюках заключаются в полной механизации процесса, повышении в 1,5 раза производительности труда, возможности применения для погрузки и транспортировки имеющихся в хозяйствах прицепов и тракторов с фронтальными погрузчиками.

В основном эта технология применяется в районах с сухим климатом. При прессовании рулонов сена в ненастную погоду или попадании их под дождь сено в рулонах разогревается, плесневеет, снижаются его кормовые достоинства.

Существующие способы консервирования влажного сена в рулонах с помощью химических веществ (консервантов), досушка рулонов активным вентилированием в настоящее время недостаточно эффективны.

Производственная практика показала нецелесообразность использования для заготовки сена в условиях влажного климата рулонных пресс-подборщиков ПРП-1, 6А из-за невозможности сушки рулонов на обычных установках активного вентилирования [83].

Для решения этой проблемы необходима новая технология заготовки прессованного сена в рулонах повышенной влажности.

Улучшить качество прессованного в рулонах сена возможно путем их принудительной сушки. Такой подход позволит создать предпосылки для реализации экономичного индустриального метода заготовки влажного прессованного в рулонах сена, с досушкой его на стационарной сушильной установке.

Цель работы. Повышение эффективности сушки пресованного сена в рулонах и разработка рациональных конструктивных параметров распределителя теплоносителя сушильной установки, позволяющих максимально сохранить кормовые качества сена в процессе сушки при наименьших затратах энергии.

Объект исследования. Процесс сушки пресованного сена в рулонах на сушильной установке.

Предмет исследования. Влияние состояния исходного материала, режимов сушки на потери питательных веществ в сене, спрессованном в рулоны и затраты энергии в процессе сушки.

Реализация работы. Результаты исследования и полученные математические модели могут быть использованы в технических расчетах проэктно-конструкторскими организациями, в учебном процессе высших сельскохозяйственных заведений.

Научная новизна. Использование уравнения Бернулли с учетом конкретных задач позволило установить уровень потерь давления потока теплоносителя при радиальной фильтрации через прессованное сено в рулоне.

Получен коэффициент, позволяющий определить величину давления теплоносителя по диаметру и длине прессованной массы в рулоне.

Обоснован способ дифференцированного распределения теплоносителя в рулоне прессованного сена.

Получены зависимости, описывающие равномерный выход теплоносителя из выпускных отверстий распределителя установки.

Техническое решение подтверждено авторским свидетельством.

Практическая ценность работы. На основании проведенных исследований разработаны сушильная установка и рабочий орган устройства - распределитель, позволяющий интенсифицировать процесс искусственной сушки пресо-ванного сена в рулонах путем подачи теплоносителя внутрь рулона и равномерного его распределения в теле рулона.

Обоснованы оптимальные параметры процесса сушки в рулонах.

Применение разработанной установки позволило сократить время сушки, повысить производительность, снизить потери питательных веществ ( каротина, протеина и т.д.) при снижении затрат энергии на сушку растительной массы.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях ЧИМЭСХ (19871988гг.), ЧГАУ (1996-1999гг.), на заседании технического совета завода сельскохозяйственного машиностроения им.Фрунзе (г.Бишкек, 1990г.)

Публикации. По результатам исследований опубликовано три научных работы.

Общие выводы

1. Особое значение, в особенности в уральском регионе, имеет максимально быстрое доведение травяной массы до кондиционной влажности. Естественная сушка в условиях поля требует длительного (5-8 суток) времени ля удаления избыточной влаги. При этом полученная в процессе исследования зависимость потерь питательных веществ протеина (Пр), каротина (К) в люцерновом сене показала, что при нахождении растительной массы в поле до 7 суток потери каротина достигают 50%.

2. Существующая технология досушивания рулонов пресованного сена методом активного вентилирования с подачей теплоносителя к поверхности рулона недостаточно эффективна, поскольку подведение к поверхности рулона теплоносителя приводит к его нерациональному использованию, вследствие чего продолжительность сушки остается значительной (66ч.), а затраты энергии на досушку 1кг. сена высоки ( 3,32кВт-ч.).

3. Разработаны рациональная технология и технические средства сушки сена в рулонах, отличающиеся от существующих тем, что теплоноситель подается внутрь рулона, равномерно распределяясь подлине и высоте рулона, при этом последний находится в закрытой камере.

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена рациональная форма распределителя теплоносителя в виде цилиндра с коническим наконечником, размещенными по всей его длине отверстиями различного диаметра. Установленная закономерность распределения теплоносителя по длине рулона позволила обосновать основные параметры распределителя:

- диаметр распределителя -110 мм;

- длина рабочей части распределителя -1200 мм;

- диаметры выпускных отверстий распределителя по ходу движения теплоносителя увеличиваются с 16 до 28 мм.

5. Для предложенного распределителя с указанными параметрами получен коэффициент проницаемости сена в рулоне теплоносителем.

6. Наилучшие качественные и энергетические показатели процесса сушки прессованного сена в рулонах с применением предложенного распределителя получены при следующих оптимальных значениях варьируемых факторов:

- температуре теплоносителя на входе в рулон, °С - 125-130;

- влажности прессованного сена в рулонах, % - 30-35;

- скорости теплоносителя на входе в рулон, м/с - 4-5.

7. Экспериментально определено, что качество сена в рулонах, досушенных на разработанной сушильной установке, соответствует 1 классу с содержанием каротина 25-50 мг/кг, сырого протеина 14,2-15,4%. Досушка сена в рулонах на сушильной установке сокращает потери сырого протеина в 1,4-1,9 раза, каротина - 1,8-2,0 раза, затраты энергии в 4 раза, в сравнении с различными технологиями заготовки сена, применяемыми в хозяйстве.

8. В результате хозяйственных испытаний определено что, дополнительный доход от сохранения питательных веществ в прессованном сене, досушенном на предложенной сушильной установке, по сравнению с сеном, заготовленном в хозяйстве с применением существующего способа активного вентилирования, составил 4290 рублей. Экономия электроэнергии составила 1161 кВт-ч. Годовой экономический эффект при этапном внедрении составил 55145 рублей.

1. Основные направления экономического и социального .развития Росий-ской Федерации на период до 2000 года.

2. Алдошин Н.В. Индустриальная технология производства кормов. М.: Агропромиздат, 19863. A.C. (СССР) № 12048984. A.C. (СССР) № 1205824

3. Алтунин Д.А. и др. Справочник по сенокосам и пастбищам. М.: Рос-сельхозиздат, 1986.

4. Анспок П.Ч. Пути повышения качества сена //Кормопроизводство. 1986. №6

5. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1971.

6. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976.

7. Ахмедов М.Ш. Исследование степени усадки растительного сырья в процессе его сушки //Научные труды НИПТИНЭСХ C-3.JL, 1977.

8. Ахмедов М.Ш. Исследования процесса сушки навитой в рулонные брикеты травы.

9. Бориневич В.А. Приготовление и хранение сена и травяной муки.- М.: Россельхозиздат, 1970.

10. Броза Антони Сушка кормовых трав на сено и травяную муку. -М.: 1969.

11. Белоконева Н.М. Изменение питательных кормов (трав) под воздействием искусственного обезвоживания //Зоотехника, Наука Белоруссии. 1983.14