автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование основных параметров универсального трехканального аэрожелоба для активного вентилирования и пневмовыгрузки зернового материала

На правах рукописи

ЦЫРЕНОВ НИМА ЕГОРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНОГО ТРЕХКАНАЛЬНОГО АЭРОЖЕЛОБА ДЛЯ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ И ПНЕВМОВЫГРУЗКИ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА

Специальность - 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 СЕН 2013

Улан-Удэ 2013

005533602

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» в период с 2004 по 2013 г.

Научный руководитель Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Онхонова Лариса Очировна доктор технических наук, профессор кафедры «Технический сервис и общеинженерные дисциплины» ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия» Кузьмин Александр Викторович кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» ФГБОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Ам-мосова»

Друзьянова Варвара Петровна

ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р.Филиппова»

Защита состоится 12 октября 2013 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.039.06 при ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» по адресу: г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в, ауд. 8-124.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления..

Автореферат разослан 11 сентября 2013 г. и размещен на сайте ВАК Минобрнауки РФ referat_vak@obrnadzor.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, Ж

канд. техн. наук, доцент ' Б.Д. Цыдендоржиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Со нние материально-технической базы играет существенную роль в процессах послеуборочной обработки зерна. В период массового поступления зерна наибольшую актуальность приобретает обеспечение сохранности качества свежеубранного урожая, как на стадиях временного хранения, так и окончательной закладки на длительное хранение. В условиях Сибири среднесуточная влажность свежеубранного зерна изменяется в пределах 18-27%, а засоренность составляет 6-16%. Такое зерно необходимо немедленно и в кратчайшие сроки обработать. Однако поступающий зерновой ворох в 2-3 раза превышает среднесуточную производительность зернообрабатываю-щей техники. В результате свежеубранный зерновой ворох скапливается на площадках временного хранения, подвергается самосогреванию и потере качества, в результате чего около 25-30% зерна приходит в негодность.

Ограниченное количество и отсутствие специализированных установок для активного вентилирования, предназначенных обеспечивать сохранение качественных показателей зерна, побуждает к проведению дальнейших исследований по разработке эффективных технических средств.

Перспективными являются аэрожелоба, в комплексе осуществляющие операции и активного вентилирования, и пневматической выгрузки зерна. Аэрожелоба представляют собой систему воздухораспределительных коробов различной длины, снабженных перфорированными решетками. Аэрожелобами могут оснащаться различные сооружения и горизонтального, и вертикального типов. Однако аэрожелоба не лишены недостатков, к числу которых относятся неравномерность разгрузки во времени, максимальная в начале процесса и минимальная в конце, большой расход электроэнергии и повышенное пылевыделение в зоне его работы.

Исследования, составившие основу диссертации, выполнены автором в Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления (ВСГУТУ) по планам научно-исследовательских и госбюджетных работ по теме «Научные и технические вопросы расчета и проектирования аэротранспортеров по их использованию в процессах послеуборочной обработки зерна и семян» (Гос.регистрация № 01.200.205.744).

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является разработка установки для активного вентилирования и пневморазгрузки зерна. В соответствии с поставленной целью и состоянием изучаемого вопроса поставлены следующие задачи исследования:

- теоретически обосновать пути повышения эффективности функционирования установки для активного вентилирования и пневморазгрузки, обеспечивающие сохранность зернового материала при минимальных энергозатратах;

- провести технологические и инженерные исследования применения установки для активного вентилирования и пневморазгрузки в структуре временной консервации зерна;

- обосновать параметры установки и разработать инженерную методику расчета и определить ее экономическую эффективность.

Объект исследований. Установка для активного вентилирования и пневморазгрузки, ее рабочие органы, свежеубранное зерно основных культур (пшеница, овес, ячмень).

Научную новизну представляют:

- математические модели аэродинамического сопротивления воздухораспределительного канала, перфорированной решетки, зерновой насыпи;

- критериальная зависимость, описывающая технологический процесс разгрузки зернового материала универсальным трехканальным аэрожелобом;

- оптимальные технологические режимы вентилирования и пневморазгрузки зерновой насыпи.

Технические конструктивные решения защищены патентами и свидетельствами №№ 48317, 79877, 82688, 2292275.

Практическую ценность имеют:

- технические решения установки для активного вентилирования и пневморазгрузки;

- методика расчета оптимальных параметров установки для активного вентилирования и пневморазгрузки;

- рекомендации по проведению операций активного вентилирования и пневморазгрузки.

Реализация результатов исследований:

- методика расчета параметров установки для активного вентилирования и пневморазгрузки применяется в учебном процессе и научных исследованиях в лабораториях Восточно-

Сибирского государственного технологического университета (ВСГУТУ);

- технические решения и методика расчета параметров установки, рекомендации по проведению операций активного вентилирования и пневморазгрузки предложены и внедрены в СПК «Хасуртайский» Хоринского и ООО «Сосновка» Селенгинского районов Республики Бурятия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: научной конференции «Научный и инновационный потенциал Байкальского региона глазами молодежи» (г. Улан-Удэ, 2003 г); международной научно-практической конференции «Агроинженерная наука: проблемы и перспективы развития» (г. Улан-Удэ, 2005 г); всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России» (г. Оренбург, 2005 г); международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2006 г); всероссийской молодежной научно-практической конференции (г. Иркутск, 2007 г); всероссийской молодежной научно-практической конференции «Молодые ученые Сибири» (г. Улан-Удэ, 2008 г); VIII международной научно-практической конференции «Техника и технология пищевых производств» (г. Могилев, 2011 г); VIII международной научно-практической конференции «Инновационные разработки для АПК» (г. Зерноград, 2013 г), научно-практической конференции «Технологии и средства механизации в АПК» (г. Улан-Удэ, 2006-2013 г).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 25 печатных работ, в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 4 патента РФ на изобретения.

На защиту выносятся:

- математические модели аэродинамического сопротивления воздухораспределительного канала, перфорированной решетки и зерновой насыпи;

- критериальная зависимость по определению производительности разгрузки универсального трехканального аэрожелоба в зависимости от параметров, оказывающих на нее влияние;

- рациональные технологические режимы вентилирования и разгрузки зерновой насыпи;

— методика расчета основных параметров установки для активного вентилирования и пневморазгрузки.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 170 наименований, в том числе 4 источника на иностранном языке, и приложений на 6 страницах. Основная часть содержит 143 страницы машинописного текста, 27 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование направлению исследований, указана цель работы и ее практическая значимость.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» дан обзор литературы по вопросам использования аэрожелобов на предприятиях сельскохозяйственного производства зерна, элеваторной промышленности и др., освещены вопросы расчета и конструирования устройств активного вентилирования и разгрузки зерна, сформулированы задачи исследований.

В России, в частности Сибири, включая и Бурятию, большая часть зернового материала поступает на асфальтированную площадку, затем с использованием отдельных машин, или зерноочистительных и зерноочистительно-зерносушильных агрегатов и комплексов оно обрабатывается, отгружается на производственные нужды или направляется на хранение. Недостатком такой технологии является использование открытых площадок, не оборудованных средствами активного вентилирования. Массовое скопление зернового вороха в период ожидания обработки ведет к самосогреванию, загрязнению вредителями, гниению. В зерновом ворохе интенсивно развиваются насекомые-вредители и микроорганизмы, а также происходит перераспределение влаги между зерном и примесями. В результате такого явления начальная влажность сырого зерна еще больше увеличивается, с ее увеличением возрастают энергозатраты на приведение зерна к кондиционному состоянию. Известно, что 25-30% затрат приходится на послеуборочную обработку.

В связи с вышесказанным, большую актуальность приобретает разработка высокопроизводительных устройств, способных эффективно проводить как временное, так и окончательное хранение зерна с одновременным охлаждением и частичным подсу-

шиванием. В существующих приемных отделениях с бункерами используются аэрожелоба одноканального исполнения, ведутся также исследования на трехканальных аэрожелобах.

Режимы использования аэрожелобов и их параметры в процессах послеуборочной обработки зерна исследовали многие отечественные ученые, в том числе В.И. Анискин, П.В. Блохин, Н.П. Черняев, B.C. Уколов, Е.М. Зимин, Н.П.Сычугов, С.А. По-доплелов, В.А. Резчиков, В.В. Солонецкий, Н.П. Сычугов, Е.М. Зимин, C.B. Иванов, JI.O. Онхонова, Бадмаев З.В., а также зарубежные ученые П. Смеречиньский, X. Хаве, Я. Урбан и мн.др.

Из последних разработок известны работы, где предложены различные варианты конструктивного оформления одноканаль-ных аэрожелобов, в том числе бункеров приемных отделений. Известны работы В.И. Анискина, A.B. Голубковича, JI.O. Онхо-новой, которые продвинули дальнейшие исследования по трех-канальным аэрожелобам. Указанными исследователями определены режимы функционирования трехканальных аэрожелобов.

Основной характеристикой аэрожелобов, как и любого другого устройства, является производительность. Исследованиями по определению производительности одноканальных аэрожелобов занимались В.И. Левченко, Е.А. Дмитрук, И.С. Сегаль, А.Ф. Трунов и др. Ими предложены расчетные зависимости для определения производительности одноканальных аэрожелобов.

Из выполненного обзора следует, что использование аэрожелобов в практике послеуборочной обработки зерна целесообразно. Перспективными являются трехканальные аэрожелоба, хотя еще требуются дальнейшие исследования. При эксплуатации в режиме транспортирования как одноканальных, так и трехканальных аэрожелобов, производительность вначале 40-45 т/ч, затем она неуклонно падает и к концу разгрузки становится равной 3-5 т/ч. Работа аэрожелобов сопровождается большим расходом электроэнергии (0,2-0,25 кВтч/т) в течение всего процесса вентилирования и разгрузки и повышенном пылевыделении.

На основании проведенного анализа поставлена цель и сформулированы задачи исследований.

Во второй главе «Теоретические предпосылки по обоснованию параметров установки для активного вентилирования и пневморазгрузки зерна» рассмотрены модели работоспособности установки, зависящие от конструктивных и технологических параметров. Рассмотрены модели разгрузки зерна, в том числе кри-

териальная зависимость по определению производительности. Рассмотрены зависимости по определению общего аэродинамического сопротивления всей установки, аэродинамических сопротивлений, возникающих в воздухораспределительных каналах и в перфорированной решетке, а также в зерновой насыпи.

Основной характеристикой установки для активного вентилирования и пневморазгрузки зерна является ее производительность. В режиме пневморазгрузки производительность зависит от множества переменных факторов, оказывающих на нее влияние, и находящихся в сложной зависимости друг от друга, вследствие чего ее очень трудно рассчитать.

Gp=f ДР,УФ, В1, Ьсл, Ь, рр, кь к2, ¥ри Брг, Н,„ 11п, \У, и г(в, г|3, 3,

Рт), (1)

где в - производительность разгрузки, кг/ч; g — ускорение свободного падения, м/с2; АР-давление воздуха в транспортирующем канале, Па; Уф - скорость фильтрации воздуха через воздухораспределительную решетку, м/с; В! - ширина транспортирующей поверхности, м; Ьсл - высота разгружаемого (транспортируемого) слоя зерна, м; Ь — длина транспортной поверхности, м; РР - угол наклона боковой решетки, град.; ^ и к2 - соответственно коэффициенты внутреннего и внешнего трения зерна;

и Рр2 - соответственно площадь транспортирующей и воздухораспределительных поверхностей, м2; <1Э- диаметр зерна, м; Н„ - высота транспортирующего канала, м; Ьп - высота зерновой массы, м; - влажность зерна, %; м; I - время разгрузки, ч; г|н и г|3 -соответственно вязкость воздуха и зерновой смеси, кг/м2 ч; 3 - засоренность зерна, %; £ - скважистость зерновой массы; рт - плотность зерна, кг/м3.

Составляя уравнение размерностей по методу Релея, в котором символ производительности со своим показателем размерности приравнивается произведению символов величин, влияющих на производительность с неизвестными показателями размерности, и, пренебрегая величинами, мало оказывающими влияние на разгрузку, получим уравнение по определению производительности для нестационарного процесса:

в/ Хва=С[(Рс12рЛвУ (Ш)с (ЬМ)" (Ьсл/ё/ \¥° ], (2) где а, с, (1, £ о — показатели физических величин; С - поправочный коэффициент.

В экспериментальной части производительность будем определять в зависимости от факторов, влияющих на нее, затем

приступим к определению показателей степеней в уравнении (2), а затем получим формулу вычисления производительности универсального трехканального аэрожелоба.

Для подбора вентилятора необходимо знать количество мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений, возникающих в установке, и определяемой по следующей зависимости:

£ДРаэр=1ДРк+ХДРр +ЕДРЗМ+1ДРСК, (3)

где ХДРаэр - суммарные потери напора в универсальном трехка-нальном аэрожелобе; £ДРК - сумма гидравлических сопротивлений при прохождении воздуха внутри каналов, Па; ХДРр - сумма гидравлических сопротивлений, возникающих при преодолении отверстий в решетках аэрожелоба; ХДРЗМ - потери напора в зерновой насыпи, Па; ЕДРСК - потери напора на создание скоростного движения, Па.

Сумма гидравлических сопротивлений при прохождении воздуха внутри каналов определится по формуле:

(4)

и 2%

ЭКв о

где X - коэффициент сопротивления по длине; Ь - длина воздуховода, м; иср - средняя скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; р - плотность воздуха, кг/м3; Оэкв - эквивалентный диаметр канала, м; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Аэродинамическое сопротивление от перфорированной решетки определится:

АРреш=^ у^-рвощ2 , (5)

реш

где С, - коэффициент местного сопротивления; Бщ - площадь щелей в решетке, м2; Бреш - площадь перфорированной решетки, м2; рв - плотность воздушного потока, кг/м3; ищ - средняя скорость воздушного потока на выходе из щели, м/с.

Аэродинамическое сопротивление в зерновой решетке определится по формуле, предложенной Б.Е. Мельником, Па (кгс/м2): АРзс. = а3-1-о + Ь3-1-о2, (6)

где 1 - длина линий тока в зерновой насыпи, м; и - скорость

фильтрации воздуха в зерновом слое, получаемая как частное от деления общей подачи воздуха в насыпь на площадь насыпи, обрабатываемой одним вентилятором без учета наличия зерна, м/с; а, и Ь3 - коэффициенты, характеризующие зерновой слой в аэродинамическом отношении.

Скоростной напор определится:

АРск = р • Ур2/2, (7)

где Ур— скорость воздуха, выходящего из щели перфорированной решетки, м/с.

Таким образом, полное аэродинамическое сопротивление установки определится по следующей зависимости:

ХДР ^Л-^-р^-Ну^Р.о^ '

же о реш

а3 - I -о + Ь3 •/ -и2 + р • ур2/2, (8)

В третьей главе «Программа и методика исследований» изложены основные положения и условия проведения экспериментов, описана экспериментальная установка, приведены программа исследований, техника измерений и обработки результатов опытов.

Программой исследований предусматривалось:

- подтверждение основных теоретических положений по выводу критериальной зависимости производительности разгрузки и работоспособности установки;

- проверка теоретических выводов по обоснованию параметров установки;

- подбор измерительной аппаратуры и разработка методики экспериментов.

В соответствии с программой работ была разработана экспериментальная установка, отличающаяся от существующих устройств установкой изогнутых пластин внутри всех воздухораспределительных коробов и перфорированными перегородками с пробитыми в них в шахматном порядке отверстиями полусферической формы. Схема установки приведена на рисунке 1.

Лабораторная установка (рис. 1) состоит из основного транспортирующего канала 1, боковых воздухораспределительных каналов 2, снабженных перфорированными решетками 3 и 4, воздушных заслонок для центрального 5, боковых воздухорас-

пределитсльных каналов 6, коллектора 7, отверстия с выгрузной заслонкой 8, бункера 9, вентилятора 10, изогнутых пластин 11.

Установка работает в двух режимах - вентилирования и пневмовыгрузки. В режиме вентилирования выгрузное отверстие перекрыто заслонкой 8, с заполнением бункера 9 зерновым материалом включается вентилятор 10, и воздух через диффузор 7 нагнетается в зерновую массу, снизу вверх аэрируя ее.

Для разгрузки зерновой массы открывается выгрузное отверстие 8, зерно самотеком до достижения угла естественного откоса высыпается в приемную емкость.

Для выгрузки оставшейся части включается вентилятор. Внутри воздухораспределительных каналов, перекрывая поперечное их сечение по всей длине, наклонно установлены изогнутые пластины 11.

Рисунок 1 - Схема универсального трехканального аэрожелоба с изогнутыми пластинами в каналах: 1 — основной транспортирующий канал; 2 - боковые воздухораспределительные каналы; 3 и 4 — перфорированные решетки, установленные соответственно в основном транспортирующем и боковых воздухораспределительных каналах; 5 и 6 - воздушные заслонки; 7 - коллектор; 8 - выгрузная заслонка; 9 - бункер; 10 - вентилятор; 11 - изогнутые пластины, установленные в каналах

Физическая модель имела размеры 2500x0,5x1,0 м, ширина центрального транспортирующего канала 0,2 м, высота 0,2 м, угол наклона сторон боковых воздухораспределительных каналов |3 = 45°. Выгрузное отверстие выполнено на всю ширину установки В = 0,5 м. Изогнутые пластины имеют в поперечном се-

чении дугообразную форму, концы пластин загнуты и вставлены в пазы стенок каналов, при этом в начале каналов дугообразная часть пластин расположена на днище каналов, а в конце каналов пазы пластин установлены на уровне с перфорированной решеткой основного транспортирующего канала. В качестве материала для изготовления перфорированных решет и изогнутых пластин использовалась оцинкованная тонколистовая жесть.

При проведении исследований на лабораторной установке использовался вентилятор марки ВЦ-14-46-3,1 с числом оборотов 3000 мин"1 мощностью 7,5 кВт, расходом воздуха 2,0-4,4 тыс. м3/ч и полным давлением 1850-2250 Па.

Температура окружающего воздуха и его относительная влажность определялись гигрометром психрометрическим ВИТ-1 с интервалом измерений 15-95%. Для измерения атмосферного давления использовали барометр — анероид метеорологический БАММ-1 с диапазоном измеряемого давления 80-106 кПа. Влажность зернового материала определяли электронным влагомером зерна \VILE-55 (Германия) и по стандартной методике.

Замеры давлений производили с помощью микроманометра ММН-240(5) 1 и пневмометрической трубки Пито-Прандтля (пневощуп) через каждые 300 мм по длине аэрожелоба протяженностью 1800 мм и ширине аэрожелоба через 200 мм.

Время истечения материала через выгрузное отверстие фиксировали секундомером. Для определения влияния подачи воздуха вентилятором на равномерность распределения воздуха в зерновой насыпи осуществлялись замеры статического давления воздушного потока проходящего через зерновую насыпь. Измерение давления в зерновой насыпи производилось по общепринятой методике путем исследования полей давления (изобар) в сечениях по длине и ширине насыпи находящейся в бункере модели. Изменение подачи воздуха осуществлялось регулируемой заслонкой на входном патрубке вентилятора. Высота зерновой насыпи измерялась металлической линейкой с пределом измерений до 1000 мм. Одновременно отбирались пробы для определения влажности зерна, регистрировалась относительная влажность воздуха. Исследования проводились на ворохе основных культур пшеницы, ржи, ячменя влажностью 14-27%, по засоренности 8-12%. При определении влияния толщины слоя зерновой насыпи на равномерность распределения воздуха производились за-

меры статического давления с постепенным погружением пнев-мощупа по высоте зерновой насыпи.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты исследований и их анализ. Работоспособность установки проверяли в двух режимах - режиме разгрузки сжатым воздухом и режиме вентилирования. В качестве исходного материала использовались искусственно увлажненные зерна основных культур - пшеницы с плотностью р3 = 0,75 т/м3; ржи р3 = 0,71 т/м3; ячменя р3 = 0,62 т/м3. Удельная подача воздуха находилась в пределах 70- 130 м3/ч т.

Во второй главе было выявлено, что производительность разгрузки находится в сложной зависимости от размеров и плотности зерна, геометрических параметров установки (ширины и длины транспортирующего канала), высоты зернового слоя и его влажности (2). Для определения производительности разгрузки устанавливали различные значения статического давления путем изменения входного отверстия с помощью воздушной заслонки. Для определения времени выгрузки зерна с различной влажностью методика замеров была следующая. Предварительно зерно погружали в бункер установки, разравнивали поверхность с помощью лопаточки, открывали выгрузное отверстие и после окончания истечения материала, включали вентилятор и измеряли время выгрузки, согласно принятой методики. Результаты эксперимента приведены в диссертации в главе 4.

При изучении влияния ширины на производительность нами предлагалась следующая методика. Ширина транспортирующего канала уже была определена В = 0,2 м, в соответствии с чем мы могли ее размеры изменять в сторону уменьшения. С этой целью во внутрь канала устанавливали сменные изогнутые пластины с отбортовками, с помощью которых устанавливали необходимую ширину транспортирующего канала - 50, 100, 150 и 200 мм.

Изогнутая пластина с торцевой части транспортирующего канала устанавливалась заподлицо с его днищем, концом она упиралась в перфорированную решетку канала. Опыты проводили в соответствии с выбранной методикой. Во избежание случайных ошибок опыты проводились в трехкратной повторности с усреднением результатов.

Анализ графика (рис. 2) показывает, что с увеличением ширины при различном статическом давлении производительность разгрузки увеличивается, с увеличением ширины канала мы име-

ем почти линейную зависимость увеличения производительности.

Рисунок 2 - Зависимость производительности разгрузки от ширины транспортной поверхности при различном статическом давлении.

Для выяснения картины зависимости производительности от высоты зернового слоя (рис. 3) нами установлены следующие значения: Ьп = 0,35, 0,50 и 0,70 м. Высота бункера составляла 0,8 м. Заполняя бункер зерном на соответствующую высоту, равную 0,35, 0,50 и 0,70 м, производили разгрузку зерна, сначала под действием сил гравитации, затем при включенном вентиляторе. Определение производительности производили по стандартной методике.

С,кг/с

Тр^ШО ' 11а 3 ^-о—

О 150 200 250 300 Ьс.„мм

Рисунок 3 - Зависимость производительности от высоты зернового

слоя

Р,Г 1200 Па

В качестве разгружаемого материала в опытах использовали различную культуру. Влажность каждой культуры соответственно составляла для овса и ячменя - 21,5%, пшеницы - 21,2%.

Анализ графика (рис. 3) влияния высоты на производительность разгрузки показывает, что с увеличением высоты зернового слоя производительность разгрузки увеличивается. Объясняется это тем, что с увеличением высоты порозность слоя уменьшается, вследствие чего плотность зерновой насыпи увеличивается. Эта закономерность сохраняется при подаче в транспортирующий канал воздуха с различным статистическим давлением (рис. 4).

кг/с При к,,- 270 мм

в,= 200 MM V

овес.

нше ниш

ич мень

О 600 800 1000 1200

Рисунок 4 — Зависимость производительности при различном статическом давлении воздуха

Для выявления зависимости производительности от плотности зерновой массы брали соответствующие плотности — 630, 650, 700, 750 кг/м3. Для увеличения плотности в зерновую массу закладывали мелкие камешки, маленькие кусочки шифера. Зависимость производительности от плотности зернового материала приведена на графике (рис. 5).

Выявлено, что с увеличением плотности зерновой массы производительность разгрузки увеличивается.

С целью выявления зависимости производительности от удельной подачи воздуха в транспортирующий канал, были произведены опыты на зерне овса, ячменя и пшеницы соответственно с влажностью — 21,5%, 21,5%, пшеницы —21,2%, слой транспортируемого зерна составлял hCJ] = 270 мм, давление подаваемого воздуха - 650, 850 и 1200 Па (рис. 5).

Рисунок 5 - Зависимость производительности от плотности зернового материала

Рисунок 6 - Зависимость производительности от удельной подачи воздуха в транспортирующем канале

Минимальный удельный расход воздуха на разгрузку и транспортирование получен для варианта его подачи во все три канала при скоростях фильтрации воздуха Уф от 1,0 до 1,3 м/с (рис. 6). При варианте подачи воздуха в центральный канал удельный расход воздуха повышается на 12-15%, а в боковые каналы - на 30-35%.

Угол наклона боковых решеток особого влияния не оказывает на производительность аэрожелоба.

Неизвестные показатели степеней в уравнении определяли графическим методом, как более простым и достаточно надежным. Порядок определения степеней покажем на примере нахождения значения а из равенства:

с/ ^=(Ра2Рв/Хз)а . (Ю)

Подставляя значения постоянных р„ = 0,750 т/м3, (1 = 0,003 м, р3 = 0,760 т/м3 и экспериментально найденные величины средней производительности 1,15 кг/с, при следующих параметрах установки: ширина транспортирующего основного канала 0,2 м, ширина боковых воздухораспределительных каналов 0,15 м, длина каналов, перекрываемых перфорированными перегородками с коэффициентом живого сечения ф| =0,12 для основного транспортирующего канала и (р2 = 0,24 для боковых воздухораспределительных каналов, 1800 м, угол наклона боковых воздухораспределительных каналов р = 45°, получали численные значения, которые наносили на логарифмическую координатную сетку (рис. 7) и определяли искомую точку.

Аналогичным образом находили ряд расчетных значений а при других условиях опыта, которые наносили на логарифмическую сетку. Через найденные точки проводили прямую, тангенс угла наклона которой дает соответствующее значение а. Значения остальных показателей степеней находим аналогичным путем. В результате получены численные значения показателей степеней:

а =-0,43; с = 1,73; с1 = 0,47; {= 0,97; о= -0,25. (11) Поправочный коэффициент С = 6,85-108 находили при Ьсл = 0,7м; Р = 45°.

Формула для расчета производительности окончательно приобретает вид:

в/ ^с1=С[(Рс12рДв)а (Ш)0'47 (Ь/с1)|-73(11сл/с1)0'97 р0'25. (12) Эффективность вентилирования зерновой насыпи определяется качеством воздухораспределения, что характеризуется полученными изобарами равных статических давлений по длине и ширине установки (рис. 8 и 9).

Возможность возникновения застойных зон сведены к минимуму за счет установки изогнутых пластин внутри всех каналов и повышенной подачей воздуха, достигаемой вследствие увеличенного сечения щелей полусферической формы.

Экспериментальными исследованиями, проведенными в главе 4 обоснованы основные параметры универсального трехка-нального аэрожелоба, которые приведены в общих выводах.

В пятой главе «Хозяйственные испытания» проведены хозяйственные испытания в СПК «Хасуртайский» Хоринского и ООО «Сосновка» Селенгинского районов Республики Бурятия. Целью испытаний были проверка работоспособности универ-

сального трехканального аэрожелоба в двух режимах, определение изменений влажности зерна по ширине и высоте зерновой насыпи. Высота слоя насыпи была 2,2 м; ширина 3,5 м и длина насыпи 10 м.

-о?

-К>7 -■0.6

-■0,5

--0,4 0.3

-02

■21 -1,1 ■20 --1,0 -19 +03

■18 тОВ

17

45

07

16 гОЦ

0.5

-0,08

- 0,07

- 0,06 —ООЬ

а 1-

-0,03

Рисунок 7 - К определению показателей степеней уравнения

Время вентилирования составляло 10 часов, удельная подача воздуха q = 300 м3/ч-т; начальная влажность вороха ячменя \У„ = 18%; засоренность Ъ = 9,2%; относительная влажность воздуха W0T1I = 60-65%; температура атмосферного воздуха

Эксперименты показали, что при использовании перфорированной решетки с отверстиями полусферической формы и уста-

Н,м О^э ДРа, Па:

0,7

0,6

0,5

0,4 ^^—о

0,3

0,2

0,2 0,6 0,8 1,2 Цм

Рисунок 8 - Схема распределения изобар статического давления в зерновой насыпи по ее длине

Н,м

0,7 г—

0,6 **

0,5 & о ■

0,4 40Я п

0,3

0,2 ч и

0,2 0,4 0.6 0,8 Цм

Рисунок 9 — Схема распределения изобар статического давления в зерновой насыпи по ее ширине

новленными изогнутыми пластинами внутри воздухораспределительных каналов обеспечивается достаточно высокий съем влаги в пределах 0,23-0,25% за первые часы вентилирования, одновременно с вентилированием зернового вороха происходит его подсушка. Основными факторами, влияющими на производительность аэрожелоба, являются конструктивные параметры аэрожелоба и свойства зернового вороха.

Анализ данных проводился с использованием методов математической статистики - критерия Стьюдента.

Проверка дисперсий измерений на однородность проводилась с помощью критерия Фишера.

В шестой главе «Расчеты экономической эффективности» приведен расчет экономической эффективности от внедрения в производство. Годовой экономический эффект от внедрения универсального трехканального аэрожелоба составил 250 тыс. руб. Срок окупаемости 0,7 года.

В седьмой главе приведена методика расчета универсального трехканального аэрожелоба.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Универсальный трехканальный аэрожелоб, снабженный изогнутыми пластинами внутри воздухораспределительных каналов, может использоваться в операциях активного вентилирования и разгрузки зернового материала в условиях временного и основного хранения в зернохранилищах (патенты РФ №№ 48317, 2292275, 79877, 82688).

2. Установлена расчетная зависимость производительности разгрузки от конструктивных параметров установки, характеристик и свойств зерновой массы.

3. При влажности зерна свыше = 22-24%, установленной как предельно допустимое значение при временной его консервации, сыпучесть вороха снижается и уменьшается его средняя производительность на 2,25-2,8%.

4. Отмечается эффективное воздухораспределение с коэффициентом неравномерности (кв=0,89) воздухораспределения при следующих параметрах:

- ширина транспортирующей поверхности в і = 0,2 м;

- ширина воздухораспределительного канала в2 = 0,15 м;

- угол наклона боковой воздухораспределительной решетки р = 45°С;

- коэффициент живого сечения основной транспортирующей и боковых воздухораспределительных решеток соответственно составил фі = 0,12 и ф2= 0,24;

-давление воздуха в канале, Рк= 800-1200 Па;

- расход воздуха = 20-22 тыс.м3/ч (при влажности вороха W = 26%).

5. Разгрузка зерна осуществляется при обеспечении статического давления в транспортирующем канале в пределах Рст= 1000-1200 Па.

6. Снижение температуры зерновой массы 1,„ зависит от температуры наружного атмосферного воздуха высоты слоя Ьсл, коэффициента неравномерности воздухораспределения кв, удельной подачи воздуха яуд. И составляет 1 зм. = 0,09-0,28°С в час при следующих условиях: Ьсл = 2-2,5 м; 1„„ = 15-19°С; Чуд= 290-325 м3/ч-т, влагосъем составляет ДW = 0,22% в час.

7. Разработана методика инженерного расчета параметров универсального трехканального аэрожелоба с изогнутыми пластинами и перфорированными перегородками с отверстиями полусферической формы.

8. Использование универсального трехканального аэрожелоба в приемных отделениях по сравнению с трехканальным аэрожелобом последней известной разработки позволяет снизить энергоемкость в 1,5 раза.

9. Годовой экономический эффект от использования установки составляет 250 тыс. руб. на один транспортирующий канал.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

а) изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Цыренов Н.Е. Разгрузка и транспортирование зернового вороха в трехканальном аэрожелобе [Текст] / Л.О. Онхонова // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2009. - № 5(5). - С. 148-152.

б) сборниках научных трудов и материалах конференций

2. Цыренов Н.Е. Приемный бункер с аэрожелобами [Текст]// Перспективы развития пищевой промышленности России:/ материалы всероссийской науч.-практ. конф. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2005. - С.30.

3. Цыренов Н.Е. Установка активного вентилирования и саморазгрузки [Текст] / Онхонова Л.О. и др. // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: сборник ст. и докл. IX Междунар. науч.-практ. конф. - Барнаул: Изд-во АлтГАУ, 2006. -С.136-138.

4. Цыренов Н.Е. Универсальный передвижной бункер для зернового материала [Текст] / Онхонова Л.О., Бадмаев З.В.// Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: сб. ст. и докл. IX междунар. науч.-практ. конф. -Барнаул: Изд-во АлтГАУ, 2006. - С. 138-142.

5. Цыренов Н.Е. Изучение процессов воздухораспределе-ния и пневмовыгрузки на перфорированных решетах и обоснование параметров аэродинамической установки [Текст] / Л.О. Онхонова и др.// сб. тр. Серия: Технология и средства механизации в АПК - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. Вып. 2. - С. 62-66.

6. Цыренов Н.Е. Об аэродинамике продуваемой зерновой насыпи [Текст]/ Онхонова Л.О. и др. // сб. науч. тр. Серия: Технологии и средства механизации в АПК. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007. Вып.З. - С. 100-108.

7. Цыренов Н.Е. О механизме разгрузки и обработки зерновой массы на саморазгружающейся установке активного вентилирования [Текст] / Онхонова Л.О. и др. // сб. науч. тр. Серия: Технологии и средства механизации в АПК. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007. Вып.З. - С. 108-110.

8. Цыренов Н.Е. Универсальный передвижной бункер для зерна [Текст] / Онхонова Л.О. и др. // сб. науч. тр. Серия: Технологии и средства механизации в АПК. -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007. Вып.4. - С.57-58.

9. Цыренов Н.Е. Исследование процесса вентилирования зернового вороха на трехканальном аэрожелобе [Текст] // Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания: материалы докл. всерос. молодежной науч.- практ. конф. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - С. 79-81.

10. Цыренов Н.Е. Обоснование применения трехканаль-ных аэрожелобов в процессе послеуборочной обработки зерна [Текст] / Онхонова Л.О. // Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания: материалы докл. всерос. молодежной науч.- практ. конф. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. -С. 81-83.

11. Цыренов Н.Е. Транспортирующая машина в послеуборочной обработке материалов [Текст] // Молодые ученые Сибири: материалы всерос. науч.-практ. молодежной конф. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2008. - С. 29-32.

12. Цыренов Н.Е. О научных и технических вопросах расчета и использования трехканальных аэрожелобов [Текст] // Аг-

роинженерная наука: Проблемы и перспективы развития: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2008. - С. 234-239.

13. Цыренов Н.Е. О механизме разгрузки и обработки зерновой массы на саморазгружающейся установке активного вентилирования [Текст] / Онхонова J1.0., Бадмаев З.В., Николаев Г.М // сб. науч. тр. Серия: Технология и средства механизации в АПК. Вып.З. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2007. - С. 94-100.

14. Цыренов Н.Е. О воздухораспределении в универсальном аэрожелобе [Текст] / Онхонова JI.O. и др.// В мире научных открытий. - Красноярск: Изд-во НИИЦ, 2009. - №1. - С. 34-38.

15. Цыренов Н.Е. К расчету основных параметров универсальных трехканальных аэрожелобов [Текст] / Онхонова Л.О., Бимбаев С.Е // материалы конф., посвящ. 50-летнему юбилею факультета МСХ. - Монголия, Улан-Батор: МонгСХУ, 2010.

16. Цыренов Н.Е. К расчету основных параметров универсальных трехканальных аэрожелобов. [Текст] / Данзанов A.A., Мантуров JI.A. // материалы, междунар. науч.-практ. конф., посвященной 80-летию БГСХА им. В.Р. Филиппова и 50-летию инженерного факультета «Инженерное обеспечение и технический сервис в АПК». - Улан-Удэ, 2011. - С. 141-146.

17. Цыренов Н.Е., О приемах предварительной сушки зерна на этапе накопления и перевозки на стационарный пункт [Текст] / Табинаев А.Э., Данзанов A.A. // материалы межвуз. науч. - практ. конф.: сб. науч. тр. Серия: Технология и средства механизации в АПК. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2011. Вып. 7. -С.34-38.

18. Цыренов Н.Е Предварительная сушка влажного зернового вороха в момент его накопления [Текст] / Онхонова Л.О., Данзанов A.A., Мантуров Л.А.// Технологии и технические средства в АПК: сб. науч. тр. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012.

19. Цыренов Н.Е. О целесообразности предварительной сушки зернового вороха в кузове автомобильного транспорта [Текст] / Онхонова Л.О., Табинаев А.Э., Гомбожапов С.Д., Онхо-нов А.Д. // Техника и технология пищевых производств: материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. 27-28 апр. - Могилев (Беларусь): Изд-во МГУП, 2011. - С. 234-239.

20. Цыренов Н.Е. Приемные бункера, оснащенные саморазгружающимися аэрожелобами / Онхонова Л.О., Табинаев А.Э., Гомбожапов С.Д., Данзанов A.A. // Техника и технология

пищевых производств: материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. 27-28 апр. - Могилев (Беларусь): Изд-во МГУП, 2011. -С. 80-81.

21. Цыренов Н.Е., Предварительная сушка влажного зернового вороха в момент его накопления [Текст] / Онхонова JI.O., Данзанов A.A., Мантуров JI.A// материалы, межвуз. науч.-практ. конф. Серия: Технология и средства механизации в АПК / -Улан-Удэ, 2012. - Вып. 8. - С. 114-117.

22 Патент 48317, РФ, МПК B65g Трехканальный универсальный аэрожелоб для активного вентилирования и выгрузки сыпучих материалов [Текст] / Онхонова Л.О., Бадмаев З.В., Цыренов Н.Е. Опубл. 10.10.05. Бюл. № 28. -4 с.

23. Патент 79877, РФ, МПК В 65 Установка для транспортирования и активного вентилирования семян и зерна [Текст] / Онхонова Л.О., Цыренов Н.Е., Онхонов Д.В., Онхонов А.Д. Опубл. 20.01.09. Бюл. № 2. - 4с.

24. Патент 2292275, РФ, МПК В65 Универсальный передвижной бункер для зернового материала [Текст] / Бадмаев З.В., Онхонова Л.О., Цыренов Н.Е. Опубл. 27.01.07. Бюл. №3. -4с.

25. Патент 82688, РФ, МПК В65. Установка для пнев-мотранспортирования и аэрации семян и зерна [Текст] / Онхонова Л.О., Цыренов Н.Е., Онхонов Д.В., Онхонов А.Д./Опубл. - 4 с.

Подписано в печать 9.9.2013 г. Формат 60x84 1/16 Усл.п.л.1,39. Тираж 100 экз. Заказ № 265.

Издательство ВСГУТУ. 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНОГО ТРЕХКАНАЛЬНОГО АЭРОЖЕЛОБА ДЛЯ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ И ПНЕВМОВЫГРУЗКИ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки РБ, доктор технических наук, профессор Онхонова Л.О.

На правах рукописи

042013622Б2

Цыренов Нима Егорович

сельского хозяйства

Улан-Удэ 2013

СОДЕРЖАНИЕ

с.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ................................ 4

АННОТАЦИЯ............................................................................. 5

ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 7

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ..................................

ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................ 9

1.1. Состояние вопроса и основные задачи по использованию......

технических устройств в процессах активного вентилирования и............

9

пневматической выгрузки зерна.....................................................

1.1.1.0 роли активного вентилирования и анализ существующих

устройств для активного вентилирования.......................................... 11

1.1.2. Аэрожелоба-транспортирующие и вентилирующие............

17

устройства..................................................................................

1.2. Свойства зерна как объекта обработки вентилированием и......

пневмовыгрузки........................................................................... 31

1.2.1. Аэродинамические свойства.......................................... 37

1.2.2. Теплофизические свойства............................................. 40

1.2.3. Технологические свойства............................................. 42

1.3. Режимы хранения зерна и характеристика емкостей..............

для хранения зерна....................................................................... 47

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЩАЯ МЕТОДИКА

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................... 53

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ.......

ПАРАМЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНОГО АЭРОЖЕЛОБА.......................... 57

2.1. Моделирование условий вентилирования............................. 57

2.2. Моделирование процесса разгрузки зернового вороха и........

вывод уравнения производительности в критериальной форме.............. 61

2.3. Исследования по определению аэродинамического..............

НС

сопротивления в аэрожелобе..........................................................

1

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ..................................................................................................................................88

ГЛАВА 3. ПРОГРАМА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ....................................90

3.1. Программа исследований............................................................................................90

3.2. Методика проведения лабораторных и производственных... исследований......................................................................................................................................................91

3.2.1. Описание экспериментальной установки........................... 91

95

3.2.2. Методы и средства измерении.....................................

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ........................................................... 97

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ................................. 98

4.1. Зависимости вентилирования в зерновом ворохе.............. 98

4.2. Изучение условий разгрузки и определение....................

производительности аэрожелоба................................................. Ю2

4.2.1. Зависимости производительности от давления...............

104

воздушного потока....................................................................

4.2.2. Зависимости производительности от ширины.................

транспортной поверхности.........................................................

4.2.3. Зависимости производительности от высоты..................

зернового слоя........................................................................ Ю8

4.2.4. Зависимости производительности от плотности...............

зернового слоя........................................................................ 108

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ............................................................... 110

ГЛАВА 5. ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ.............................. ш

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ...................... 117

ГЛАВА 7. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ........

УНИВЕРСАЛЬНОГО ТРЕХКАНАЛЬНОГО АЭРОЖЕЛОБА,..............

СНАБЖЕННОГО ИЗОГНУТЫМИ ПЛАСТИНАМИ........................ ш

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ........................................... 126

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................... 128

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................... 144

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Ь - длина аэрожелоба, м; Н - высота бункера, м;

Н] - транспортирующего канала аэрожелоба, м;

Н2 - высота бокового воздухораспределительного канала, м;

Н„- высота зерновой насыпи, м;

НЭф- эффективная высота зерновой насыпи, м;

В - ширина аэрожелоба, м;

В) - ширина транспортирующего канала аэрожелоба, м;

В2 - ширина воздухораспределительного канала аэрожелоба, м;

Вн - ширина зерновой насыпи, м;

гщ - радиус щели воздухораспределительной решетки, м;

п - количество щелей воздухораспределительной решетки, шт;

вР1 - ширина транспортирующей решетки, м;

вР2~ ширина воздухораспределительной решетки, м;

Рщ -площадь щелей воздухораспределительной решетки, м2;

Бр] -площадь транспортирующей решетки, м;

Рр2 — площадь воздухораспределительной решетки, м2;

(Зр - угол наклона воздухораспределительной решетки, град.;

- расход воздуха, м3/ч; Уф - скорость фильтрации воздуха в зерновой насыпи, м/с; Ук - скорость воздушного потока в канале, м/с; Ущ - скорость воздушного потока на выходе из щели, м/с; Р - плотность воздуха, кг/м3; Р3 - плотность зерновой насыпи, кг/м ; Е)экв.к -эквивалентный диаметр канала, м; АРУ - потери напора установки, Па; £ЛР - общие потери напора при вентилировании, Па; АРреш - потери напора решетки, Па;

АР« - дополнительные потери напора на создание скоростного давления, Па;

Re - критерий Рейнольдса;

к - коэффициент аэродинамического сопротивления по длине;

ф! - коэффициент живого сечения транспортирующей решетки;

ф2 - коэффициент живого сечения воздухораспределительной решетки;

К - относительная шероховатость стенок канала;

Ki - коэффициент внутреннего трения зерна;

Кг - коэффициент внешнего трения зерна;

кв - коэффициент неравномерности воздухораспределения;

Нсл- высота слоя зерновой насыпи, м;

A W - влагосъем, %;

Рсх - статическое давление воздуха, Па;

G - производительность разгрузки, т/ч;

АННОТАЦИЯ

Диссертация посвящена одной из актуальных проблем сельскохозяйственного производства - обеспечению сохранности влажного зернового вороха при временном и длительном хранении. В настоящее время зернопро-изводящие хозяйства не в достаточной мере обеспечены комплексными техническими средствами для послеуборочной обработки и хранения зерна и семян. Проблема обеспечения сохранности влажного зернового вороха приобретает особую актуальность в период валового поступления урожая. Одним из приемов немедленной обработки такого зерна является активное вентилирование, осуществляемое специализированными устройствами различных типов. Существующие установки активного вентилирования не лишены недостатков, они морально устарели и физически износились. Одним из новейших и перспективных устройств, обеспечивающим не только активное вентилирование, но и пневмовыгрузку, являются аэрожелоба. В работе проведен обзор и анализ существующих устройств активного вентилирования и пневматической выгрузки зерна, выявлены недостатки.

На основе результатов исследований вопросов активного вентилирования и пневматической выгрузки зернового вороха предложена конструкция универсального трехканального аэрожелоба с основным транспортирующим и двумя боковыми воздухораспределительными каналами, все три канала снабжены перфорированной решеткой с разным коэффициентом живого сечения. Внутри каналов устроены изогнутые пластины, началом своих совпадающим с днищем каналов, а концы их установлены на уровне перфорированной решетки. Изогнутые пластины имеют возможность выдвигаться и задвигаться в пазах стенок каналов. Обоснованы конструктивные и технологические параметры аэрожелоба, предложены методы расчета с использованием расчетных зависимостей. Установлены закономерности разгрузки как сыпучего, так и малосыпучего зернового вороха.

ВВЕДЕНИЕ

В период валового поступления зерна наибольшую актуальность приобретает обеспечение сохранности качества свежеубранного зерна, как на стадиях его временного хранения в ожидании обработки зерноочисти-тельно-сушильными комплексами и агрегатами, так и окончательной закладки на длительное хранение. Важнейшим этапом в технологических операциях по производству зерна является его послеуборочная обработка, на которую по многочисленным данным расходуется до 35...40% общих затрат и которая занимает до 40% в структуре себестоимости зернового материала. Как правило, в зерновых хозяйствах темпы уборки урожая в 2...3 раза превышают пропускную среднесуточную производительность зернообрабаты-вающей техники, увеличение парка которой нецелесообразно по экономическим показателям. В результате свежеубранный зерновой ворох скапливается на площадках временного хранения, подвергаясь самосогреванию и потере качества, особенно это касается вороха семенного материала. В условиях Сибири уборка зерновых производится в очень короткие сроки из-за погодных условий и длится 2...3 неделями. Влажность и засоренность поступающего зерна соответственно составляют 18...27% и 6... 16%. Действительно, если своевременно не начать обрабатывать влажное зерно, то оно в считанные дни будет потеряно, тем более контроль и регулирование состояния свежеубранного зерна при временном хранении практически не осуществляется.

Для обработки зерна существуют технологические линии, состоящие из комплекса машин, связанных между собой в заданной последовательности оперативными и накопительными бункерами и подъемно-транспортными механизмами. В результате своевременной обработки зерна сокращаются перемещения отдельных партий зерна внутри предприятия, повышается стойкость зерновых масс к хранению, лучше используется вместимость хранилища. Обработка зерна в процессе его поступления на пунк-

6

ты послеуборочной обработки резко сокращают потери зерна, возникающие в результате повышенной физиологической активности, свойственной зерновым массам в начальный период их хранения.

При отсутствии приспособленных хранилищ использование прием-но-вентилирующих отделений с устройствами для приема, активного вентилирования и саморазгрузки позволит решить проблему обеспечения сохранности зерна и семян, как при временном, так и длительном хранении. Имеется достаточное количество работ, посвященных совершенствованию технологических процессов ведения активного вентилирования и последующей разгрузке аэрожелобами в составе ОВХ комплексов КЗС-25Ш, КЗС-25Б и др. На сегодняшний день приемные отделения дя зерна оборудованы аэрожелобами как открытого, так и закрытого типов, с одним или несколькими воздухоподводящими каналами. Одно из основных преимуществ отделений, оснащенных аэрожелобами, заключается в возможности приема больших масс влажного зернового вороха (до 200 и более тонн) с обеспечением его временной консервации. Однако, имеющиеся недостатки, не позволяют использовать аэрожелоба более широко. К числу существенных недостатков аэрожелобов относятся неравномерность разгрузки во времени, большой расход электроэнергии и повышенное пылевыделение в зоне его работы.

Изысканию более совершенных технологий и транспортирующе-вентилирующих устройств посвящена эта работа.

Исследования, составившие основу диссертации, выполнены автором в Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления (ВСГУТУ) по планам научно-исследовательских и госбюджетных работ по теме «Научные и технические вопросы расчета и проектирования аэротранспортеров по их использованию в процессах послеуборочной обработки зерна и семян» (Гос.регистрация №01.200.205.744).

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Состояние вопроса и основные задачи по использованию технических устройств в процессах активного вентилирования и пневматической выгрузки зерна

Целью проведения операций вентилирования является охлаждение или подсушивание зернового слоя наружным воздухом, причем эффективность вентилирования полностью зависит от состояния наружного воздуха. В связи с тем, что не всегда бывает возможным использовать наружный воздух, прибегают к необходимости применения различных воздухоподогрева-тельных или охладительных устройств.

Во время уборки на зерноочистительно-сушильных пунктах может скапливаться большое количество зерна - до 30% от валового сбора, а в отдельные дни уборки накопление урожая на площадках зернотоков может достигать до 30...45% суточного поступления [107]. Причем, порча влажного свежеубранного зерна начинается уже при накоплении его в бункере комбайна и во время перевозки на ток.

Температура зерновой массы при поступлении от комбайнов на ток, как правило, выше температуры окружающей среды на 1...3 К при влажности зерна до 23% и засоренности до 15%, а при влажности 24...27% и засоренности до 30% - на 3...6К. Для семян с влажностью 20...30% безопасный период хранения при температуре 298...301 К (25...30°С) исчисляется часами, поэтому даже небольшое снижение температуры на 3...5 К зерновой массы существенно повышает ее стойкость [2-5, 10, 134]. Возможность одновременного поступления вороха нескольких культур затрудняет проведение операций по временному хранению.

Так, по данным Елизарова В.П. /59/ относительная стабильность показателя, характеризующего отношение максимального поступления зерна

за сутки к среднесуточному равна 2,0...4,5. Выявлено также, что большое

8

значение имеет вероятность одновременного поступления зерна нескольких культур. Для семеноводческих хозяйств вероятность поступления зерна более одной культуры составляет 69...80%, более двух - 10...20%.

Анализируя качественные и количественные потери зерна при уборке, Зимин Е.М. [67] отмечает, что научно не обосновано и неприемлемо на практике накопление больших масс зернового вороха на асфальтированных площадках с последующим перелопачиванием и рекомендует технологию временного хранения зернового вороха в приемных бункерах, оснащенных аэрожелобами. Размещение зернового вороха на открытых площадках (с активным вентилированием или без него) связано со значительными издержками и скопление больших масс зернового вороха на току и вызывает сбой в работе норий, машин предварительной очистки, подающих транспортеров.

Елизаров В.П. /60/ отмечает, что фактическая производительность комплексов снижается из-за неравномерности поступления зерна в течение суток, что вызывает необходимость строительства больших асфальтированных площадок. Дополнительные затраты труда при этом составляют 1,7 чел-ч на тонну зерна. Кроме того, хранение зерна на открытых площадках приводит к неоправданно большим потерям.

Анискин В.И. [10 ] подчеркивает, что основной способ приема зерна на комплексах типа КЗС предусматривает использование завальных ям, из которых ворох подается на технологическую линию комплекса. Однако, при значительной ее емкости, влажный и засоренный ворох склонен к слеживанию и самосогреванию. С целью устранения этих недостатков, завальные ямы увеличенной емкости в ряде хозяйств снабжены шнековыми или скребковыми транспортерами.

В своих исследованиях Панов A.A. [113] обосновал потребность в завальной яме увеличенной емкости, оснащенной системами активного вентилирования и выгрузными транспортерами, использование которых исключает самосогревание и слеживание зернового вороха. Свежеубранный зерновой ворох в подобных приемных отделениях без порчи может ожидать

9

обработку от 0,5 до 3 часов. Однако, предложенные решения существенно усложняют инфраструктуру предприятий послеуборочной обработки зерна и увеличивают затраты ручного труда.

Широкое распространение получили бункера активного вентилирования в качестве средства временного хранения и сушки семян и зерна. Ряд авторов предлагает использовать их для удлинения сроков послеуборочной обработки, например, для создания запаса зернового вороха соответствующего 3...5 суточной производительности зерносушилок [5,7-10]. Однако в работе [59] утверждается, что длительное хранение зерна в бункерах активного вентилирования нецелесообразно, так как происходит слеживание и снижение качественных показателей материала и высокая стоимость оборудования не окупается, на основании чего предлагается в качестве компенсирующих емкостей использовать приемные отделения с аэрожелобами. При этом указывается, что максимальная длительность временного хранения материала с влажностью до 27% и засоренностью 10... 15% не должна превышать 4 суток.

Анализ технологических операций приема зернового вороха на послеуборочную обработку позволяет сделать вывод о том, что определяющими факторами в выборе технологии являются влажность, засоренность, температура, а также интенсивность поступления зернового вороха. Необходимо учитывать минимально допустимый срок между поступлением зернового вороха и началом его об�