автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением

На правах рукописи

ИСУПОВ АЛЕКСЕИ ЮРЬЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА ПЕРЕД ПЛЮЩЕНИЕМ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степе™ кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005542159

Киров 2013

005542159

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук.

Научный руководитель: академик Россельхозакадемии,

доктор технических наук, профессор Сысуев Василий Алексеевич.

Официальные оппоненты: Шулятьев Валерий Николаевич, доктор технических

наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия», доцент кафедры «Технологического и энергетического оборудования»;

Яговкин Павел Васильевич, кандидат технических наук, общество с ограниченной ответственностью «НТЛ», начальник производственного отдела.

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита состоится 25 декабря 2013 года в 15 часов 00 минут на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 006.048.01 при Государственном научном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 610007, Киров, ул. Ленина 166-а, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного учреждения Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук.

Автореферат разослан ({¿¿р ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Глушков Андрей Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из перспективных и востребованных в сельскохозяйственном производстве технологий в настоящее время является технология плющения зерна, обеспечивающая снижение на 20...30% всех расходов, связанных с хранением корма, а также позволяющая увеличить привес животных на 5... 10%. Данная технология позволяет получать высококачественные концентрированные корма для различных групп животных из зерна, убранного в фазу молочно-восковой спелости, тем самым исключая сушку - самую дорогостоящую операцию послеуборочной обработки зерна. К тому же плющилки при необходимости позволяют перерабатывать сухое зерно, заменяя тем самым дробилки.

Зерно, поступающее с поля при несоблюдении правил агротехники и низкой культуре возделывания, может содержать до 15...20% минеральных и органических примесей (солома, семена сорных растений и т.п.). Присутствие в зерне подобного рода примесей отрицательно сказывается на качестве получаемого продукта - плющеном зерне. Кроме того любое случайное попадание металлических предметов в межвальцовый зазор плющилки зерна приводит к ремонту дорогостоящих вальцов.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является повышение производительности плющилки зерна и улучшение качества плющенного зерна в результате обоснования параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Для решения данной цели определены следующие задачи исследования:

- разработать конструктивно-технологическую схему устройства для очистки зернового вороха перед плющением;

- осуществить моделирование процессов разделения зернового материала в устройстве для фракционирования и очистке зернового вороха перед плющением;

- теоретически и экспериментально определить параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха различной влажности и засоренности;

- провести испытания опытного образца устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- определить технико-экономическую и энергетическую эффективность использования устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Объект исследований. Технологический процесс устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением и его элементы.

Предмет исследований. Процесс разделения зернового материала на фракции на плоских пробивных решетах под действием планок устройства для фракционирования и очистки зернового вороха. Научная новизна работы:

- конструктивно-технологическая схема вальцовой плющилки для зерна (патент РФ на изобретение № 2399421 МПК7 В 02 С 4/06);

- теоретическое моделирование движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера, позволяющее определить конст-

руктивные параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты экспериментальных исследований параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- расчеты экономической и энергетической обоснованности применения предлагаемого устройства.

Теоретическая и практическая значимость. По результатам проведенных исследований определены оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки от примесей фуражного зерна.

Получены аналитические зависимости, позволяющие определить длину решета с учетом конструктивных и кинематических параметров устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением, а также физико-механических свойств зернового вороха.

Степень достоверности. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях в Вятской государственной сельскохозяйственной академии в 2009 и 2010 г., НИ-ИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого и Марийском государственном университете в 2012 г., ГНУ ВНИИМЖ Россеяьхозакадемии в 2012 г.

По теме диссертации опубликовано 11 научных публикаций, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.

Работа выполнена в соответствии с планом научно- исследовательских работ в НИИСХ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого (тема «Разработать плющилку зерна» с Россельхозакадемией, номер государственной регистрации 09.01.04.01). На защиту выносятся следующие основные положения:

- конструктивно-технологическая схема устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты моделирования движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера в устройстве для фракционирования и очистке зернового вороха;

- совместное применение теории подобия и планирования эксперимента для оптимизации параметров устройства;

- результаты экспериментальных исследований по обоснованию основных конструктивных параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты технико-экономической и энергетической оценки технологической линии, состоящей из вальцовой плющилки зерна с устройством для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение отражает актуальность темы, цель работы и основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проведен анализ состава и физико-механических свойств, поступающего из под комбайна зернового вороха, а также технологии плющения зерна и технических средств для ее осуществления.

Обзор трудов, затрагивающих тему диссертационной работы, выявил достаточно большой и разнообразный спектр этих научных работ, касающихся исследований смежной направленности, например, разделение зерна по физико-механическим свойствам и описание характера взаимодействия частиц зернового материала друг с другом, так и непосредственно не пересекающихся друг с другом, например, механизация приготовления кормов (технология и средства для плющения зерна) и разделение зернового материала по физико-механическим свойствам.

Изучению вопросов разработки и совершенствования технологии плющения зерна посвящены работы В.А. Сысуева, П.А. Савиных, В.А. Казакова, А.Н. Перекопского, Л.Н. Баранова и других.

Изучением вопроса сепарации зерна с применением решет занимались такие ученые как: М.Н. Летошнсв, Г.Д. Терсков, И.Е. Кожуховский, В.М. Соловьев и Г.Н. Павлихин, А.Б. Барилл и Н.И. Шабанов, X. Регге и В.Н. Минаев, В.С. Быков и другие.

Во второй главе «Теоретические обоснования конструктивно-технологических параметров устройства для очистки и фракционирования зернового вороха» приведено: определение типа отверстий решет и вероятности прохождения (частицы) зерновки через них; определение максимально допустимой скорости движения одиночной частицы; моделирование движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера; применение теории подобия для моделирования рабочего процесса установки по фракционированию зернового материала, обоснование конструктивно-технологической схемы линии для очистки и фракционирования зернового вороха перед плющением зерна.

Рабочий процесс конструктивно-технологической схемы линии для очистки и фракционирования зернового вороха от примесей перед плющением (рисунок 1) осуществляется следующим образом: поступивший, например, с поля после ком-байнирования на измельчение (плющение) зерновой материал 13 загружают в бункер 11, откуда через заслонку 12 он подается в питающее устройство - скребковый транспортёр 10. Затем зерновой материал обрезиненными скребками 6 перемещается по нижней стенке 1 корпуса транспортера 9 (участок АВ) и поступает на подсевное решето (участок ВС).

По мере прохождения материала 13 по решету мелкие примеси, содержащиеся в нем, просеиваются через отверстия данного решета, попадают в приемник 2 мелких отходов и через него отправляются на утилизацию, а весь остальной зерновой материал перемещается скребками 6 на колосовое решето СО. Подлежащее измельчению зерно просеивается на данном решете через его отверстия, попадает в приемник 7 подлежащего измельчению зерна и через него в питательный бункер 5, откуда поступает в камеру 3 для измельчения (плющения) вальцами 4. Крупные же примеси остаются на решете СБ, перемещаются обрезиненными скребками 6 до точки Б нижней стенки 9 корпуса транспортера, затем под действием силы тяжести попадают в приемник крупных примесей 8 и через него направляются на утилизацию или дальнейшую переработку.

- мелкие примеси;

—* - подлежащее плющению зерно;

- поступивший на плющение зерновой материал;

- крупные примеси

Рисунок 1 - Технологическая схема линии для приготовления плющеного зерна с устройством для очистки и фракционирования зернового вороха: 1 - нижняя стенка корпуса транспортера, состоящая из трех соединенных между собой участков: цельнометаллической пластины (участок АВ), решета для выделения мелких примесей (подсевного решета) (участок ВС) и решета для выделения крупных примесей (колосового решета) (участок СБ); 2, 7, 8 - приемники фракций; 3 - камеры для плющения; 4 - вальцы; 5 - питательный бункер (течка); 6 - обрезиненные скребки; 9 — корпус; 10 - скребковый транспортер 11 — загрузочный бункер, 12 - регулировочная заслонка; 13 - зерновой материал

Связь между частицами, составляющими слой зернового материала на решете, а также механизмом привода и звеньями устройства для очистки и фракционирования зернового вороха можно рассматривать как жесткую кинематическую связь. Следовательно для определения максимальной скорости движения зернового материала утрлш по решету под действием планок (скребков транспортера) можно рассматривать не всю совокупность перемещаемых частиц зернового материала, а лишь одну отдельно взятую частицу.

Ограничительным условием для частицы зернового материала будет являться попадание в отверстие решета и пересечение ее центра масс плоскости решета (отверстия) под воздействием планок, перемещающихся с постоянной скоростью утр.

Для определения скорости движения частицы, обеспечивающей выполнение условия её попадания в отверстие, составлена расчетная схема, представленная на рисунке 2.

Для определения времени, затрачиваемого на скатывание частицы с вершины порции материала (треугольника) составим и решим уравнение:

Рисунок 3 - Схема движения частиц вороха под действием планок транспортера: 1 - решето; 2 - планка транспортера; 3 - слой зернового материала

шета равна скорости транспортирования

ma = mg + N + ¥,„Р. (6) Для удобства вычислений используем декартову систему координат ОХУ, при этом ось ОХ располагаем параллельно склону порции - гипотенузе треугольника (рисунок 4).

Тогда время, затрачиваемое для скатывания частицы, определится из уравнения:

сое (ог+ $»)•*,+с = 0. (7) Скорость частиц по поверхности ре следовательно, время движения частицы ¿2: В

и=— ■ (8)

Исходя из условия неразрывности между частицами:

Определим время цикла частицы .

где

по внешнему контуру:

+'2+13, (10) г,, г3,- время движения частицы по склону (гипотенузе треугольника), поверхности решета и скребку (планке).

Зададимся условием, что частицы зернового материала хотя бы раз с вероятностью р соприкоснутся с поверхностью решета. Для чего определим необходимое число циклов в наружном контуре п для выполнения нашего условия.

Вероятность попадания частиц из одного слоя в другой будем рассматривать как геометрическую вероятность, то есть как соотношение площадей контуров. При этом:

(11)

Тогда вероятность нахождения

Рисунок 4 — Расчетная схема для определения времени на скатывание частицы с вершины порции материала

частицы в наружном слое р -значит и соприкосновения с поверхностью решета:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ЗОНАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СЕВЕРО-ВОСТОКА имени Н.В. РУДНИЦКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

На правах рукописи

Исупов Алексей Юрьевич 04201450764

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА ПЕРЕД ПЛЮЩЕНИЕМ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -академик Россельхозакадемии доктор технических наук, профессор В.А. Сысуев

Киров-2013

„г ,;/:;mv'.,y д-'-'-и^-' w.- < v ^

»г**, _ * к л

<i и ? , < ' Z , »

> > i* > ' * i

4* * * ' *

* 1 >

i ' V i ,

, СОДЕРЖАНИЕ , vs ЛЦ1 /U*'^:,

„ > - ; I/ **

* % ,/> * / « ( f 't СОДЕРЖАНИЕ.......:..../.:....................................................I............:!..........:....!. JJJ.... 2

ВВЕДЕНИЕ..................................................:........................................................:.........'A

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.....................'.л 8

1.1 Состав зернового вороха, поступающего с поля............................................8

1.2 Физико-механические свойства зернового материала............................10

1.3 Технологии и технические средства для плющения зерна...................I.... 13 1

1.4 Обзор научных работ и исследований по теме диссертации.....................32

1.5 Цели и задачи научного исследования...........................................................35 ч

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА...................................................37

2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы линии для очистки и фракционирования зернового вороха перед плющением зерна....'..............37

2.2 Определение типа отверстий решет и вероятности прохояедения (частицы) зерновки через них................................................................................39

' ¿V

2.3 Определение максимально допустимой скорости движения одиночной частицы.......................................................................................................'...!............43

2.4 Моделирование движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера...........................................................................47

2.5 Применение теории подобия для моделирования рабочего процесса установки по фракционированию зернового материала.................................53

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................................................59

£

3.1 Программа экспериментальных исследований...........................................59

3.2 Приборы, устройства и оборудование............................................................59

3.3 Методика определения физико-механических показателей зернового материала и их результаты....................................................................................60

3.3.1 Вариационные характеристики зерна и примесей...................................60

3.3.2 Определение угла "естественного откоса ф и внешнего угла трения зернового материала...................................................................................62 ^

О * \ ",( « ' I V * / * '' \ f ill * %,%

3.4 Методика определения влажности и засоренности....*.....................64 ,

3

.5 Расчеты и определения показателен работы!......................

# j.3.1 количественные показатели .......оэ;1>щ.

й • .3.5,/к

ж*

т. ^щж^шй

I ,*>, ^ 1 1 1-Аь * г 1 > > *■» * ' ^(¡К V»?'Г'»'4

НЧ ,' и '»ч 'м , ' > " '

3.5.2 Энергетические показатели.....1......./..'.1'.........1л.4...........1...л...............65

3.5.3 Качественные показ^ели:..:.;..:....;^.!..::..:;:!!^.../.......лЛ':........66,

3.5.4 Методика определения производительности решета ..Л.............67 *>

3.6 Методика обработки экспериментальных данных.....................:...."......67>

д <1

3.7 Методика проведения многофакторного эксперимента............................69 4

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.......................... 73 V

* ' * I { - !

4.1 Экспериментальная установка для исследований по очистке и ^ < фракционированию зернового вороха перед плющением............................. 73 *

* . (а

4.2 Результаты предварительных исследований конструктивно-технологичеких параметров устройства для очистки и фракционирования зернового вороха перед плющением..............-.........................................................75 4*

с , «к ,е

и» ' I « у

4.2.1 Исследования влияния конструктивных и кинематических факторов % на показатель засоренности фуражного зерна..............................................77

4.2.2 Исследования влияния конструктивно-технологических факторов на показатель полноты разделения продукта е.......................................1...............80 ,

4.3 Исследования и обоснование параметров колосового решета................: 84 - ^

" < ' Л Ч'1'

4.4 Результаты исследований рабочего процесса устройства для Г ' фракционирования и очистки от примесей зернового материала.............'!... 87 <>

4.5 Результаты применения теории подобия для моделирования рабочего' * процесса установки по фракционированию зернового материала.......¿1......и.'..(..'91|

5 ИСПЫТАНИЯ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ.......................................................................................................9,4' «

5.1 Результаты производственных испытаний технологической линии......94

5.2 Результаты ведомственных испытаний устройства для фракционирования и очистки зернового материала........................................95

5.3 Технико-экономическое обоснование применения плющилки с

устройством для фракционирования и очистки зернового материала........96

1 * ? *

5.4Расчёт энергетической эффективности.........................................................97

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.......................................................................................1.1..........101

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................................103

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................................113

> 4 V «

. ! Г * У/ • » » " Я

\ ' * Ч I ' 1

, " ' - " ' п. ^ > * ' ЛЪ'фМ * 1 »

, •Л/.***.* «- < л. ' 4

Г 44"*

V

I ^ ' ; 1 '' 1 йша1' >тшк

ВВЕДЕНИЕ

Прочная кормовая база является основой для развития и укрепления отрасли животноводства. Сегодня 60...75% себестоимости продукции животноводства составляют корма. Таким образом, доходность единицы продукции этой отрасли сельскохозяйственного производства определяется затратами на получение кормов.

Снизить затраты хозяйств возможно за счет обеспечения сельскохозяйственных животных кормами, сбалансированными по питательным веществам, то есть полноценными кормами с лучшей перевариваемостью и усвояемостью.

Поиску решения обозначенной проблемы, как у нас в стране, так и за рубежом, придается все большее значение. В связи с этим разрабатываются технологии и машины подготовки фуражного зерна к скармливанию, позволяющие повысить питательную ценность получаемого продукта при сохранении его минимальной себестоимости. К одной из таких перспективных и востребованных в сельскохозяйственном производстве технологий, в настоящее время, относят технологию плющения зерна, обеспечивающую снижение на 20...30% всех расходов, связанных с хранением корма, а также позволяющую увеличить привес животных на 5... 10%. Данная технология позволяет получать высококачественные концентрированные корма для различных групп животных из зерна, убранного в фазу мо-лочно-восковой спелости, тем самым исключая сушку - самую дорогостоящую операцию послеуборочной обработки зерна. К тому же, плющилки при необходимости позволяют перерабатывать сухое зерно, заменяя тем самым дробилки.

Зерно, поступающее с поля при несоблюдении правил агротехники и низкой культуре возделывания, может содержать до 15...20% минеральных и органических примесей (солома, семена сорных растений и т.п.). Присутствие в зерне подобного рода примесей отрицательно сказывается на качестве получаемого продукта — плющеного зерна. Кроме того любое случайное попадание металлических предметов в межвальцовый зазор плющилки ¡зерна приводит к ремонту дорогостоящих вальцов.

Таким образом, дальнейшее совершенствование технологии плющения зерна и средств для ее осуществления связано с разработкой способов улучшения качества продукта. В связи с этим разработка метода и средства для удаления примесей из зерна, необходимого для технологии плющения, является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является повышение производительности плющилки зерна и улучшение качества плющенного зерна в результате обоснования параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Для решения данной цели определены следующие задачи исследования:

- Разработать конструктивно-технологическую схему устройства для очистки зернового вороха перед плющением;

- Осуществить моделирование процессов разделения зернового материала в устройстве для фракционирования и очистке зернового вороха перед плющением;

- Теоретически и экспериментально определить параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха различной влажности и засоренности;

- Провести испытания опытного образца устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- Определить технико-экономическую и энергетическую эффективность использования устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Объект исследований. Технологический процесс устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением и его элементы.

Предмет исследований - процесс разделения зернового материала на фракции на плоских пробивных решетах под действием планок устройства для фракционирования и очистки зернового вороха. _ , I 1

Научная новизна работы: ^

- конструктивно-технологическая схема вальцовой плющилки для зерна (патент РФ на изобретение № 2399421 МПК7 В 02 С 4/06);

- теоретическое моделирование движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера, позволяющее определить конструктивные параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты экспериментальных исследований параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- расчеты экономической и энергетической обоснованности применения устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Практическая ценность. По результатам проведенных исследований определены оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки от примесей фуражного зерна.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях в Вятской государственной сельскохозяйственной академии в 2009 и 2010 г., НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого в 2012 г., Марийском государственном университете в 2012 г., ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии в 2012 г.. По теме диссертации опубликовано 12 научных публикаций, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.

Работа выполнена в соответствии с планом научно- исследовательских работ в НИИСХ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого Россельхозакадемии (тема «Разработать плющилку зерна», номер государственной регистрации 09.01.04.01). На защиту выносятся следующие основные положения:

- конструктивно-технологическая схема устройства для фракционирования и

очистки зернового вороха перед плющением;" - / /■ ,

, - 'V ' " , - • •• -

- результаты моделирования движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера в устройстве для фракционирования и очистке зернового вороха;

- совместное применение теории подобия и планирования эксперимента для оптимизации параметров устройства;

- результаты экспериментальных исследований по обоснованию основных конструктивных параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты технико-экономической и энергетической оценки технологической линии, состоящей из вальцовой плющилки зерна с устройством для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Состав зернового вороха, поступающего с поля

В работах Анискина В.И. [5, 6], Карпова Б.А. [41], Акивис С.И. [3] и других исследователей [8, 29, 40, 43 и др.] изучение свойств зернового материала и влияния на него условий окружающей среды показало, что интенсивность физиологических процессов, протекающих в нем, определяется обилием разнообразных факторов, главными из которых являются: влажность зернового материала и насыщенность влагой окружающей среды, то есть содержащаяся в воздухе, на элементах конструкций и приемных емкостях и т.п.; температура зернового материала и окружающих ее предметах; доступ воздуха к зерновой массе. Это объясняется тем, что они создают благоприятные условия для жизнедеятельности биоком-понетов содержащихся в зерновой массе: микроорганизмов, насекомых, клещей, зерна и семян сорных растений (рисунок 1.1).

15 20 \л/, %

^ ^ Ж □

Рисунок 1.1 - Влияние температуры и влажности на состояние зернового вороха [48]: 1 - согревание зерна в связи с жизнедеятельностью насекомых; 2 - падение всхожести; 3 - согревание вследствие плесневения; 4 - область безопасного хранения

Колебания влажности зернового вороха в течение суток характеризуются

^ , н " >(\ „ i

^ >г « * Ь Л <

9

среднеквадратическим отклонением в 1...3%, а в отдельных случаях оно составляет 5,5%. В переувлажненых зонах такие колебания значительно больше. Так, например, при средней влажности образца 26% в нем содержится много зерен с влажностью 30...35% [6,48, 97,100].

Наряду с этим зерновой ворох содержит части растений: частицы соломы, стержни колосьев, колосовые и цветочные чешуйки и семена сорных растений, а также минеральные примеси. Содержание семян основной культуры в ворохе составляет 85...98%, а влажность зерна озимых культур может достигать 25...30%, яровых культур - 30...40%, органических примесей - 40...70%, при этом влажность увеличивается с ростом засоренности зернового вороха [10,41,99].

Своевременное выделение из свежеубранного зернового вороха примесей осуществляется машинами предварительной очистки зерна, что, в свою очередь, определяет требования к ним. Предварительная очистка предполагает выделение не менее 50% сорных примесей, а также содержание полноценных зерен во всех видах отходов (легких, крупных и мелких примесей) не должно превышать 0,2% по массе зерна основной культуры исходного материала [10, 44, 53, 60].

Для зерна, используемого для приготовления комбикормов, рекомендуется применять следующие ограничительные показатели качества, приведенные в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Ограничительные показатели качества зерна, применяемого для приготовления комбикормов, %, не более [10]

Показатели Рожь Пшеница Ячмень Овес Горох

Влажность 16,0 16,0 15,5 16,0 16,0

Содержание сорных примесей 5 5 8 5 5

В том числе вредных примесей:

горчака и вязеля 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

спорыньи и головни од 0,1 0,1 0,1 , —

куколя - 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Содержание зерновых примесей " ' 15- 15 \\ * 15 - N ' > 15,\ ** ч ** ^ ,15

Также в исследованиях [59] установлено, ?гго в зависимости от культуры и ,

* л ' я ♦ * „ » > } ^ ^ т . <

сорта физико-механические свойства зерна существенно изменяются.*При этом % отмечается значительное влияние влажности, рост значения которой способствует повышению пластичности материала, что в свою очередь влияет на показатели рабочего процесса плющения: снижает энергоемкость процесса, повышает пропускную способность и качество готового продукта[30, 59].

1.2 Физико-механические свойства зернового материала

Неоднородность поступающего вороха по влажности, засоренности, а также разнообразие сортов культур, условий выращивания и ряда других факторов, приводит к большой вариации физико-механических свойств зернового материала, которые необходимо учитывать при организации сельскохозяйственного производства. К таким свойствам относятся: насыпной вес, угол естественного откоса, геометрические размеры, коэффициенты трения и т.д. [4,9,12,28].

Геометрические размеры частиц материала определяются тремя величинами: толщиной, длиной и шириной. Толщиной считается наименьший размер частицы, длиной - наибольший, шириной - средний. Изменчивость размеров материала определяют вариационными рядами и кривыми [10,44, 54] (приложение А).

Графики, представляющие собой вариации характеристик толщины, длины, ширины семян и сорняков, могут быть весьма разнообразны по способу перекрытия вариационных кривых. Вследствие этого необходимо обладать полной характеристикой размеров зерен для их оптимального разделения. Для поиска решения о возможности полного разделения смеси на составляющие ее фракции в каждом

конкретном случае недостаточно изучать вариации каждого признака в отдельно, у ^ 1

ста, а необходимо определить^ корреляцию признаков между собой. Полученные ^

„ £ «V . д . . I ч н ' I- 1 *

* ч / ? 5 V * < . ' „ ' '

корреляционные таблицы дают возможность построить технологическии процесс

актгм оппячом.* ЧТОПТ.Т полностью пачяелить-чепнокои'матепиалтя составляющие

фракции/Пример пространственной,корреляционной решетки по,трем признакам^ 5

\ . Л , к ( * -1' - >1 . . ' ** " \ « •» л "•** .1 * ГА' •

тЛч * , • „ , ? -I, к , » . Г' . 'V , ■ Л