автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов вентилирования зерна в радиальных бункерных системах для условий Эфиопии

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА "НАУЧНО-ЖХЖЦОВАТЕЛЬСгаЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХСШЙЛБЕННаГО МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО ШСХШ)

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РНШЮВ ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА В РАДИАЛЬНЫХ БУНКЕИШХ СИСТЕМАХ ДЛЯ УСЛОВИЙ

ЭЕШШИ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного

производства

На правах рукописи

Ш И М Е К Т Дугу Туфа

Авторефер а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения имени В. П. Горячкина -

АО ВИСКОМ

Научный руководитель - доктор технических наук, академик МАИПТ

A. В. Авдеев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

B. А. Резчиков

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю. Д. Фрегер

Ведущее предприятие - Завод "Брянсксельмаш" г. Брянск

Запрета состоится 27 июня 1996 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 169.06.01 АООТ "Научно-исследовательский институт сельскохозяйственного, машиностроения" им. ' В.П. Горячкина (АО ВИСХШ), 127247, Москва, Дмитровское ш., 107. • .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО НИСХСМ.

Автореферат разослан И(А10Я 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, - доктор технических наук, профессор

А.А. Сорокин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В странах развивающегося мира одной из самых центральных задач развития и стабилизации национальной экономики является решение проблемы преодоления кризиса з продовольственном обеспечении населения. От практической реализации ее во многом зависит преодоление общей хозяйственной отсталости этих стран и достижение ими реальной экономической самостоятельности. В стратах Африки, где продовольственное обеспечение основной части населения крайне недостаточно, сельскохозяйственное. производство находится на низком уровне. Все это подтверждает актуальность и неотложность разработки техяико-экономических мер, которые могли бы в этом регионе мира переломить сложившуюся ситуации в области сельского хозяйства.

В рэшениа данной прсблеш наращивание производства аерна является основой создания стабильной продовольственной базы. Для решения этой задачи правительство № Эфиопии предусматривает планомерное оснащение сельского хозяйства современными средствами механизации, что в перспективе позволит повысить, производительность труда, сократить сроки проведения палевых работ, снизить потери и увелкгжть производство сельскохозяйственной продукции, Однако; в принятой правительством Эфиопии программе,практически не уделено должного- внимания послеуборочной обработке собранного урсгаая. Общеизвестно, что несовершенство ее сказывается на значительных потерях убранного урожая. '

Учитывая экономические возможности а климатические условия, на первом этапе работы, относящемуся к снижению потерь зерна в сельском хозяйстве № Эфиопии, может явиться внедрение в послеуборочной обработке вентилируемых систем, способных подсушивать и длительно сохранять урожай зерна.

В последнее десятилетие вентилирование зерна, как наиболее экономичный прием хранения урожая, широко применяется в странах Европы, Америке, Канаде, России л других странах. В Эфиопии этот опыт пота не имеет распространения.

Дедь работы. Обоснование параметров и резкшов вентилирования выращиваемых е Эфиопии зерновых культур в радиальных

бункерных системах с радиальной раздачей воздуха в слой материала при сохранении качества и снижении потерь убранного урожая.

Объекты и методика исследований. Бункер активного вентилирования БВ-40А и бункерное отделение 0БВ-160А производства АО "Брянсксельмаш", эксплуатируемые в сельском хозяйстве России; термомеханические и аэродинамические процессы при вентилировании (сушке) зерна. Теоретические исследования проведены на математических моделях с использованием законов аэро- и термодинамики, тепло- и массообмена в сыпучих материалах, описывающих параметры обрабатываемого ' материала, теплоносителя (воздуха) и конструкции вентилируемых систем. Экспериментальные исследования проведены на натурных образцах бункера в условиях эксплуатации и лабораторной установке.

Научная новизна. Определены сыпучие свойства зерновых культур, выращиваемых в Эфиопии. Доработаны методика исследоваг ний и лабораторная установка для бесконтактного определения геометрических характеристик зерновых материалов в насыпи.' Предложена инженерная методика расчета вентилируемых систем с радиальной раздачей воздуха в слой зерна для условий Эфиопии, которые характеризуются двумя периодами уборки урожая и длительным сроком хранения обработанного зерна до реализации. Разработана инженерно-экономическая методика расчета эффективности применения в аграрном секторе Эфиопии бункеров активного вентилирования БВ-40А производства АО "Брянсксельмаш" (Россия).

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате проведенных исследовании обоснованы рекомендации по использование в аграрном чсекторе Эфиопии вентилируемых бункерных установок для семенного, товарного и кормового зерна, исключив при этом потери и снижения качества убранного урожая.

Реализация научно-технических результатов. Выводы, рекомендации и результаты исследовании подготовлены к передаче Министерству сельского хозяйства Федеративной Республики Эфиопия.

Достоверность разработанных основных положений, выводов а рекомендации подтверждены сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Диссертационная работа обсуждена на НТС

отдела машин для уборки и обработки зерновых культур АО ВИСХОМ.

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 печатных работах, объемом 1,25 п. л.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 4 разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы насчитывает 233 страницы, включая 46 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 166 наименований, из них 22 на английском языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность теш - и сформулированы основные положения,, выносимые на защиту.

В первой главе "Авадиа агроклиматических и агротехнических условий производства сельскохозяйственной продукции в Эфиопии" приведены для аграрного сектора Эфиопии краткий анализ административно-хозяйственного положения, характеристики климата и почвенных условий, анализ состояния с производством сельскохозяйственной зерновой продукции, состояние механизации работ при производстве сельскохозяйственной продукции, анализ причин потерь урожая при производстве зерна.

Основное место в экономике Эфиопии принадлежит сельскому хозяйству. Ойо служит источником существования для более чем 85 X населения сельской местности. Анализ экономического положения страны показывает, что несмотря на благоприятные поч-венно-климатические условия, сельскохозяйственное производство практически не развивается. Основные причины заключаются в крайне низком уровне развития производительных сил, использовании примитивных методов и орудий труда, слабом внедрении агротехнических достижений, особенно в частном секторе. Такому развитию содействуют и мелкоконтурность полей и большое разнообразие возделываемых культур.

Большая часть обрабатываемых земель республики занята под продовольственные культуры, имеющие преимущественно потребительское значение. К ним относятся пшеница, ячмень, тефф, сорго, кукуруза и некоторые другие. Наиболее важным^ экспортными культурами являются кофе и масличные культуры. Производство этих культур осуществляется в частном секторе, где находится 95 1 пахотной земли.

Отсутствие в Эфиопии машиностроительных заводов вынуждает страну импортировать тракторы и сельхозмашины различных марок из СНГ, Англии, Германии, бывшей Чехословакии, Румынии, Югославии и других стран. Приобретаемую технику отличает -высокая раэномарочность. Поддерживать в рабочем состоянии такое разнообразие тракторов и техники весьма сложно. В стране практически нет отлаженной системы по ремонту и сервису сельскохозяйственной техники. Среди госферм имеются всего несколько хозяйств, которые оснащены ремонтными мастерскими, укомплектованы опытными механиками, трактористами и комбайнерами, имеющих достаточные навыки работы на энергонасыщенной технике.

Послеуборочная обработка аерна в государственном и частном секторах осуществляется по следующей схеме. Зерно с поля поступает на зерновой двор (ток) и его складируют на площадках в.бурты. При необходимости аерно сушат на этих площадках с помощью солнечной энергии. Перед закладкой на хранение зерно отвеивают и высушивают путем подбрасывания лопатами (используется в зависимости от объема обрабатываемого аерна до 50 и более человек). В зависимости от климатических условий и местных обычаев зерно хранится в самодельных бамбуковых вертикальных цилиндрах, глиняных складах или в подземных ямах и мешках. Эти способы применяют в основном в крестьянских (частных) хозяйствах. На госфермах имеются склады промышленного изготовления, оснащенные вентиляционными системами.

Анализ уровня механизации в производстве зерна показыва-. ет, что в Эфиопии, где 95 X пахотных угодий принадлежит частным крестьянским хозяйствам, практически находит применение только мобильная техника (трактора). До настоящего времени в аграрном секторе применяют традиционные методы почвообработки, возделывания, уборки и послеуборочной обработки сельскохозяйственной продукции с помощью элементарных орудий и средств труда, т. е. преобладает натуральное производство продукции в растениеводстве. Исторически сложившееся положение и ваши исследования показывают, что при таком хозяйствовании в аграрном секторе ожидать существенного роста продукции не приходится. Влияние же климатических условий на снижение сбора урожая является существенным, особенно в дождливые периоды уборки.

Анализ уровня механизации производства сёльскохозяйствен-■ ной продукции, а также причин потери урожая позволяют сделать

вывод о том, что на данном этапе в республике можно значитель- ■ но повысить объем производства зерновых за счет снижения потерь, путем внедрения в аграрном секторе республики технических средств по послеуборочной обработке урожая и, в первую очередь, механизируемых вентилируемых емкостей по хранению зерна, например, бункеров активного вентилирования БВ-40.

Во второй главе "Теоретические и экспериментальные исследования по вентилированию зерна".

Развитием теории вентилирования (сушки) зерна занимались ' значительное количество"ученых и специалистов, среди них: В.П. Горячкин, М.А. Клеев, З.Л. Тиц, A.B. Лыков, С.Д. Птицын, В.И. Анискин, Г.С. Окунь, В.Н. Рыков, В.А. Резчиков, М.Г. Голик, А. Мельников, М.Я. Захарев, Ю.Л. Фрегер, Г.А. Ровный, A.B. Авдеев, И.Н. Босин, M.S. Ketchmsn, S.S. Koford, В. Хэкилл и др. Из анализа литературных источников видно, что в зависимости от ПОХОДКОЙ ВЛЗКНООхй ЗсрНЗ ЦеЛеСиОираЗНО ИСПОЛЬ ЗСВЗхЬ для его сушки атмосферный или подогретый воздух. Вместе с тем в области интенсификации влагоотдачи, например, в бункерах радиального вентилирования, имеются неизученные вопросы, выяснение которых, особенно для условий Эфиопии, мскат способствовать повышения эффективности использования рекомендации по тепловым режимам вентилирования в зависимости от толщиеы слоя, исходной влажности зерна и удельной подачи воздуха. В этой связи представляет интерес разработка инженерной методики расчета бункерных систем на базе известных исследовании.

Изучая тепло- и массосбмен в процессах сушки, Лыков A.B. установил, что перемещение влаги из центра зерновки к его поверхности в основном происходит вследствие влагопроводности, обусловленной наличием градиента влагосодержания. Если пренебречь явлением термозлагопроводкости, то плотность потока влаги можно представить зависимостью

is=-kroüu, (1)

где к - коэффициент влагопровадйости, кг/м-ч;

То ~ удельный вес абсолютно сухого материала, кг сухого вещества/м3;

Ли -Изменениевлагосодержания, кг влаги/кг (сухого вещества) 'М.

Знак (-) указывает на движение влаги в сторону уменьшения вла-госодержания. Балансовое уравнение массы на основе сохранения вещества имеет вид:

ЭМ/ЗХхг-кТо (Ли) 5=В (Р»-Рп) э, .(2)

где Б - площадь поверхности материала, м2;

В - коэффициент испарения жидкости, кг/См^); Рт-Рп - разность парциальных давлении пара на; поверхности материала и в окружающей среде.

Из уравнения теплового баланса определяется интенсивность конвективной сушки зернового слоя

(3)

Теплота а^с-^ср переданная от нагретого воздуха к маг териалу расходуется на испарение жидкости гЗп и на нагрев маг териала (Го^удЬ/зс). Расход тепла на нагрев материала в период постоянной скорости вдагоудаления незначителен по сравнению с теплом затрачиваемым на испарение влаги и этим расходом можно пренебречь. Из уравнения (3) для определения плотности потока влаги из слоя получено выражение:

Зг^Ссс/г) (ЬсЧп)ср-стоК/г(Э1/зт:), (4)

где се - коэффициент теплообмена между материалом и воздухом, ккал/м2ч°С;

(Ъс^п)ср -средняя разность температур воздуха и поверхности материала, °С; . г - теплота испарения воды, ккад/кг; Зп - плотность потока влаги из слоя, кг/м^ч; с.- теплоемкость материала, отнесенная к единице объема

абсолютно сухого вещества, ккад/кг°С; И - гидравлический радиус, равный отношению объема зерна V

к его поверхности Я; ЪЬ/ъх - средняя скорость подогрева материала, °С/ч; Пренебрегая перепадом статического давления по высоте слоя и объемом зерновой емкости в конической нижней части бункера, составляющей 3 - 5 % от общей полезной емкости, выразим

условную скорость воздуха (скорость, отнесенную к незаполненному сечению) через удельную подачу и геометрические размеры бункера. Зерновая емкость цилиндрической части есть (рис. 1)I

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема вентилируемого бункера БВ-40.

у^Ог^-гц2), (5)

где Н - высота цилиндрической части бункера, м;

Ик» Гц - радиусы соответственно корпуса и центральной трубы, м.

Часовая подача воздуха определяется из зависимости

Ьй^Га, (6)

где д - удельная подача воздуха, м3/ч кг; Та - плотность зерна, кг/ы3; V1 - вместимость цилиндрической части бункера, м3.

Тогда скорость воздуха на входе в слои и выходе из него:

Уц.1У3600Рц, Ук«1У3600Рк, м/с (7)

В результате подстановки значении V1 и I в уравнение-(7) получим:

Уц«фГа (Г?к2-Гц2) / (7200Уц),

Ук"ФГа (Кк2"Гц2) / (7200ак), (В)

В этом случав аналогично выражение (8) скорость воздуха в любой точке слоя будет:

У*ЯГа(Кк2-гц2)/(7200г), (9)

где г - радиальная координата точки слоя, м.

Вентилирование зерна продолжается до тех пор, пока влажность всей зерновой массы в вентилируемом бункере не снизится до кондиционной 13-14 X, При этом, имея в виду, что наружные слои зерна будут иметь влажность близкую к исходной, в качестве первого приближенна считаем скорость влагоудаления из всей емкости постоянной., ¥огда продолжительность вентилирования зерновой массы может быть определена из уравнения материального баланса сушильной установки циклического действия (3)

*1"*2 (¿2-<11)

ШЗ -:-----(10)

100-112 1000 где V - количество влаги, кг испаренной за период сушки;

0 - вес партии зерна, кг;

«2 ~ исходная и >рнечная средняя влажность слоя, X;

с11, йъ - влагосодержание воздуха на входе в слои и выходе из него, г/кг сухого воздуха; £п - общий расход воздуха, кг.

■¿паОтЭС. (11)

Чи - удельный расход воздуха, кг/ч на кг зерна.

В уравнении (10) влагосодержание воздуха на входе в слой

(с11) и выходе из него (¿г) определяется *э I—с! диаграмм* по температуре г относительной влажности сзгхего »1) * отработанного (Ьг, 92) воадуха.

Продолжительность периода вентилирования с учетсм уравнении (10) и (11) может быть представлена а виде:

1000(»1-»2)

■С ^--(12)

(100-»2) Мг-сЮ <ь

Для практического пользования более удобен метод расчета продолжительности процесса сушки в неподвижном слое предложенный Ровным Г.А. Исходя из условия параболического распределения влажности по толщине неподвижного слон в экспоненциального закона сушки элементарного слоя, он вывел уравнение

*1-*р/№=1,5Ткр/С1-а-ехр(-кт^со)3, (13)

из которого можно определить длительность процесса (Т|<р) в 1-ом периоде при постоянной скорости сушки. Коэффициент сузпкя в уравнении (13) берется при данном режиме для элементарного слоя. Из уравнения (13) критическая влажность (в конце 1-го периода) составляет

(14)

где «1 - начальная влажность зерна, отнесенная к общему весу, X; N - скорость сушки, ч"1.

Удельные затраты электроэнергии на перемещение агента сушки в общем виде записываются:

ЭьИвХЛ», (15) •

х - обшдя продолжительность, ч; где N3 - мощность потребляемая вентилятором, кВт;

¿п-Р

Ив»---, (16)

(ЗбОО-Ю2)**

где ~ общий расход воздуха, кг за период сушки;

- ю -

Р - общее 'аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы, Н;

Ив - к. п. д. вентилятора.

Уравнение (17) с учетом (16) и (10) для: периода "сушки с прогревом примет вид

Р

Э»-, (17)

З67,2(с12-<11)Т1В

Излаженная методика позволяет расчетным путей определить технологические и конструктивные параметры установки радиального типа для вентилирования зерновых материалов.

Из материалов данного раздела видно, что па процесс вентилирование зерна оказывают влияние как агроклиматические факторы, так и режимы работы вентиляционных систем. Результаты сопоставления кривых распределения среднемесячных температур и относительной влажности атмосферного воздуха в Эфиопии позволят заключить, что в период уборки урожая начальная влажность зерна может быть выше кондиционной (14 X), а технологический прием вентилирования с целью снижения потерь я повышения качественных свойств зерна можно весьма эффективно использовать в некоторых регионах страны. Данный вывод базируется на том, что в периоды уборки урожая на всем ее протяжении температура и относительная влажность воздуха остаются соответственно положительной и невысокой. Подогрев воздуха с целью подсушивания зерна, по видимому, может иметь место в начале уборки (сентябрь-октябрь) и при наличии дождей. Проведенные нами исследования показывают, что доля времени вентилирования зерна подогретым воздухом от общего времени вентилирования может составить 20-25 X. При этом обосновано, что вентилирование зерна при длительном его хранении надо осуществлять в благоприятные дня, а при необходимости (май-сентябрь) с подогревом воздуха.

В связи с этим нами определено, что установки типа вентилируемых бункеров, имеющие значительные толщину (1,0 м) и аэродинамическое сопротивление слоя, что отражается на энергетических затратах, имеют следующие преимущества: -

1) они хорошо вписываются в поточную линию послеуборочной обработки; 2) процесс активного вентилирования в них поддается полной механизации и автоматизации, что обеспечивает высокую экономическую эффективность подработки семян с сохранением качества; 3) саыоразгрузка и полная очищаемость закромов позво-

ляют исключить тяжелый физический труд и опасность засорения сортового материала; 4) конструкция рабочей камеры обеспечивает универсальность применения; 5) при равных объемах обрабатываемого зерна смонтированные вентилируемые бункера занимают в несколько раз меньшую площадь, чем склады напольного типа.

При этом установки отличает: минимальная энергоемкость, равномерность распределения воздуха, мобильность, простота, удобство и надежность конструкции в эксплуатации, высокая технологическая и экономическая эффективность.

В третьей главе "Аналитические и экспериментальные исследования физико-механических свойств зерновых культур" приведены программа и методика лабораторных исследований, результаты экспериментального исследования по определению сыпучих свойств зерновых материалов, выралщваемых в Эфиопии, сравнение этих свойств с зерном, выращиваемым в России. При этом изучалось влияние на сыпучесть влажности, высоты и скорости истечения материала из емкости, а также приведена методика математической обработки результатов экспериментальных исследований.

Изучением процессов истечения сыпучих материалов из бункеров занимались К.Н. Алферов, П. И. Лукьянов, Ф.Е. Кенеман, И.П. Хинчевский, Й.П. Мерзляков, П.Н. Платонов, И.А. Банит, Г.А. Гениев, Р. Квапил, С.А. Чесноков, A.B. Анатольев, Я. Ци-боровский, K.M. Бондыиьский, А.П. Кафтун, Д.С. Плохин, С. А. Куров, И.И. Качалова, П.А. Зенков, Э.В. Дженикс, Л.В. Гячев, Э.А. Данилова, И.Н. Босинова, Г.В, Ануфреев, A.B. АВдеев, И.Г. Лысых и др. .Анализ работ этих исследователей показал, что известные методы определения угла естественного откоса сыпучих материалов обладает рядом Недостатков, вызванных, в основном, неточностью измерений и нестабильностью формирования насыпного конуса. Для устранения отмеченных недостатков нами была доработана лабораторная установка по определению физико-механических свойств сыпучих материалов конструкции ВИСХОМ.

Результаты лабораторных исследований показали, что среди материалов, подвергшихся изучению^физико-механические свойства значительно отличаются друг от друга и они в основном зависят от их влажности. Так, для пшеницы, ячменя и мелкозернистого теффа при влажности более 20 X получены практически одинаковые углы естественного откоса. У сорго данный угол образуется при влажности свыше 27,5 I, а для кукурузы независимо от ее исход-

вей глзхнэстх, ■ относительно стабильный угол естественного откоса мсагао получить ера высоте истечения ее из воронка ла5ора-тервой установки до плиты менее 200 км.

Опытным путем установлено, что увеличение высота истечения для сухого зерна (менее 14 Z) позволяет более рационально заполнять хранилищ. Для влажного зерна, креме кукурузы, при его транспортировании по зернопрезодам следует принимать во внимание, что минимальный угол наклона их должен превышать на 3-5° максимальный угол естественного откоса, которые для зернового материала, выращиваемого в Эфиопии, получены авторш: для пшеницы-42,5°, ячменя - 41°, сорго - 37,5°, те<й - 34° и кукурузы - 38°. Результаты опытов на пшенице в виде примера приведены на рис. 2.

Экспериментальными исследованиями' установлено, что диаметр истечения материала из емкостей для практических целей оказывает незначительное влияние на формирование угла естественного откоса для всех изученных зерновых культур, выращиваемых в Эфиопии. Рациональное и экономически оправданное проектирование поточных линий для сыпучих материалов возможно при оптимизации результатов исследований и разработке математического обеспечения для расчета конструктивных параметров машин и оборудования таких линий.

Проведенные нами исследования позволили на базе математического моделирования с использованием численных методов подбора уравнений кривых, отражающих в двумерной системе координат общую тенденцию и зависимость угла естественного откоса сыпучих материалов от геометрических и физико-механических факторов, влияющих на его формированиеfопределить характер взаимосвязи между нишц

Оценка адекватности математических моделей осуществлялась о помощью различных статистических показателей: критериев Стьюдента t, Фишера F, коэффициента множественной корреляции коэффициента детерминации Dua, обобщающего анализа дисперсий. Свойства выборки характеризуются законом нормального, распределения.

На рис. 3, 4, 5 в виде примера представлены зависимости угла естественного откоса пшеницы от высоты и диаметра истечения материала и его влажности при выборке из 294 опытов. Результаты экспериментальных исследований и математической обра-

w=16.65%

20

10 +

at 0.2 аз 0.4 as o.e ar

h,m

w=34.07%

40 -

30

»T

10

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

h. m

w=22.8%

*T

» ♦

2D -

i

10 '-

0 (-

0.1 0-2 OJ 04 0.5 О-в 0.7

h, m

w*41.98%

»

ж -

20 -1*0 -

0 J—

o.t

w=37.8%

02 OJ 0.4 03

0.6 0.7

tr. —»-«ми —9—22-9 шш -*-25.9им -*—31-5ИИ

Условия проведения опытов:

температура воздуха -18... 20*С, влажность воздуха - 65... 70N контрольная масса материала - 1кг

Рис. 2 Влияние высоты (h) и диаметра (D) мстешимя зерна пшеницы на угол естественного отхоса (?)

- и -

,40у

за->

36- • 34. г 32 ■»

30

9 = 32.15+0.491/Н

влажность зерна 13.5... 41.98% температура воздуха 18 ... 20°С влажность воздуха 65... 70%

0.20

0.28

0.36

0.44

0.52

0.60

0.63 Н.м

Рис. 3. Зависимость угла естественного стиха <р от высоты истечения зерна Н

I

Рис. 4. Зависимость угла естественного откоса <р от диаметра истечения зерна О

40- ■

за —

36-■ 34..

3230>

18

9 »42.10-183.1ЛЛГ

22

26

температура воздуха 18... 20*С влажность воздуха 65... 70% высота истечения зерна 0.2... 0.7 Ы диаметр истечения зерна 19... 31.5 мм

—-1

38

—н-

30

-4—

34

Рис. 5. Зависимость угла естественного откоса у ОТ ПЭРЭМвТрОВ Н, 1> И и/

ботки опытных данных1 с исключением резко наделяющихся значении угла естественного откоса, позволяли сопоставить свойства (рис. 6) зерна (пример для пшеницы), выращиваемых в Эфиопии и России. Это сопоставление показывает, что.сыпучесть зерна из Эфиопии несколько выше. Отклонение составляет 9...13 X (3,5...6°) при максимальных значениях угла естественного откоса. Приведенные данные позволяют сделать вывод, что выпускаемый АО "Брянсксельмаш" (Россия) бункер активного вентилирования БВ-40 может найти применение в аграрном секторе Эфиопии, а математические зависимости, в соответствии с предложенной методикой обработки экспериментальных данных, позволяют оптимизировать процессы истечения, транспортирования и закладки на длительное хранение зернового материала с учетом его влажное- . ти. Математические зависимости для расчета оптимальных значений, полученные с помощью ЭВМ,по культурам приведены в табл.

При этом максимальная погрешность при сопоставлении расчетных данных с экспериментальными составила 14 X.

45

-О*

40 +

I

I

35 -30

—*— Пшеница, !

; выращиваемая а |

I России !

—а—Пшеница, |

{ выращиваемая в, |'

Эфиопии ' !

25 +10

15

20

25

30

35 40

Влажность, %

Рис.6. Сопоставление зависимостей угла естественного откоса от влажности зерна

Таблица

Математические зависимости для расчета оптимальных значений угла естественного откоса (?)(от диаметра (0) и высоты (Н) истечения и влажности (*) аерновых материалов) .

Наименование культуры Уравнение Параметр Качество ма- . тематической модели Оптимальные значения

Обозначение в модели Влияние факторов, Коэфф. детерминации X Оценка по Я-критерию

Пшеница (294Г 242,7 297,8 4*80,29 ---7.42Н-0.7580 - - И Р я Н й 48,4 8,1 5,8 62,3 ** 0*19,8 им

Ячмень (292 Г 1288 1,053 <р.-49,09 + -- 20,41Н-0,63480 -- +1,0680 □ Н я Н 0 67.3 10.4 13 90,7 А* 0*34.727 им Н«0,277 м

Сорго. (217)• ¥•-49,12 + 0,2976» - 23,4Н + 0,12370 - 1,840 * н 0 47.9 15.1 2,1 65,1 ** Н«0.277 к.

Теефа (269) 233,6 1,053 о» 54,24 ---20,41Н-0,63480 --+1,0680 0 Н я н 0 27,0 21,3 48,3 ** Н»24,75 им

507,6 1,255 9x95,38 -0.3601D-37.15H---0,4216»-- я Н * н 0 8,4 20,0 54,7 83,1 ** (Ы3.81 и

* - Количество опытов.

** - Модель приемлема для прогноза.

- 17 -

В четвертой главе приведены результаты расчетов по возможности использования вентилируемого бункера ВВ-40А в сельском хозяйстве Эфиопии. Автор принял участие в хозяйственно-полевых испытаниях зерноочистительно-сушильного комплекса (зернодвора), разработанного АО ВЙСХСМ, в составе которого установлены 4 бункера БВ-40А (изготовитель АО "Брянсксельмаш"), в АО "Городище" Веневского района Тульской области России в период уборочных сезонов 1994 и 1995. годов. Результаты этих исследований позволили провести расчет экономического эффекта от применения Б8-40 по сравнению с технологией перемешивания зерна лопатами, которое в настоящее время широко используется при просушивании зерна в Эфиопии. Экономический эффект от применения БВ-40А составил 11733,56 долларов США на один бункер при эксплуатации его 300 часов в году, а снижение затрат труда - в 2 раза.

Использование бункера БВ-40А в аграрном секторе Эфиопии может быть более эффективно и удельные затраты существенно снижены, если норня будет обслуживать нэ один бункер (два, три ит. д.) а эксплуатация их в год от двух периодов уборки осуществляться до 10 месяцев. Эти условия следует учитывать при проектировании зернодвора, который необходимо увязывать с сезонной производительностью хозяйства и сроком эксплуатации вентилируемых бункеров в году.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ хозяйственной деятельности в аграрном секторе Федеративной Республики Эфиопии свидетельствует о том, что 95 I пахотных угодий принадлежит частным'крестьянским хозяйствам, где практически не происходит внедрения механизации, особенно в послеуборочной обработке зерна. Природно-климатические особенности республики из-за низкого уровня механизации работ на зернотоках приводят к высоким потерям убранного урожая, производству семян с низкими посевными показателями и, как следствие этого, при учете всех отрицательных причин, стабильные невысокие урожаи.

2. Изучение методов и средств для сохранности убранного урожая показывает, что своевременная, качественная а с низкой себестоимостью обработка урожая может быть осуществлена на аг-

регатах, комплексах или поточных линиях по послеуборочной обработке зерна, которых в аграрном секторе Эфиопии пока нет. В таких условиях механизация послеуборочной обработки зерна должна проходить поэтапно и в первую очередь основное -внимание следует уделить внедрению в хозяйствах для хранения зерна вентилируемых установок промышленного изготовления. Такой установкой может быть бункер активного вентилирования типа ЕВ-40 производства АО "Брянсксельмаш" (Россия).

3. В результате экспериментальных исследований по изучению физико-механических свойств зерновых материалов, выращиваемых в Эфиопии (пшеница, ячмень, сорго, тефф и кукуруза), и сопоставление этих свойств с аналогичным зерном, выращиваемым в России, установлено, что угол естественного откоса у зерна из Эфиопии, например, пшеницы.на 11,6-2 (5°) меньше, чем у зерна из.России. Этими опытами подтверждена возможность использования в аграрном секторе Эфиопии вентилируемых бункеров тип БВ-40 (АО "Брянсксельмаш" Россия).

Опытами установлено, что основное влияние на сыпучесть 'зернового материала из Эфиопии оказывает его влажность. В результате математической обработки экспериментальных данных по- . лучены максимальные углы естественного откоса: для пшеницы -42,5°, ячменя - 41°, сорго - 37,5°, тефф - 34° и кукурузы -38° в диапазоне их влажности от 27,5 2 до 42 X. При атом определено, что на уровень максимального заполнения емкостей 'зерновым материалом,кроме влажности,влияют диаметр и высота установки устройства для истечения его.

4. Математическое моделирование на ЭВМ физико-механических свойств зернового материала позволило определить в зависимости от влажности, диаметра и высоты засыпки материала оптимальные расчетные значения угла его естественного откоса. При атом полученные математические зависимости позволяют оптимизировать процесс истечения сыпучего материала (зерновые) при транспортировании его в зернопроводах и закладке на длительное хранение. Расчетами установлено, что при влажности, например, зерна пшеницы (из Эфиопии)-13,5 X угол естественного-откоса должен составлять 29°. Ори этом высота и диаметр истечения материала рассчитываются соответственно-с приведенным диаметром емкости для хранения зерна через поправочные' коэффициенты.

.Разработана методика инженерного расчета свойств зерновых

материалов в зависимости от их влажности. Сопоставление результатов расчетов на ЭВМ с экспериментальными данными показали удовлетворительную сходимость. Максимальная погрешность составила 14 2.

5. Хозяйственная проверка работы бункера ЕВ-40А производства АО "Брянсксельмзш" (Россия) в агрохозяйстве АО "Городище" Веневского района Тульской области показала (сезоны уборки 1994 и 1995 гг.) возможность использования такого бункера в условиях Эфиопии для сушки, вентилирования и хранения сельскохозяйственных зерновых материалов.

6. Расчетная экономическая эффективность от применения вентилируемого бункера БВ-40А, только на сушке зерна, в сравнении с ручным способом сушки, используемым в Эфиопии, составляет более 11 тыс. долларов на один бункер при эксплуатации его 300 часов в году. При этом экономия затрат труда составляет 99,5 Z.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- 1. Equipment for active ventilation of grain. Shimekt D. Т., Avdeev A. V,// Agricultural Research in Ethiopia. 1996 - 7 P-

2. Механизация в зернопроизводстве Эфиопии. Шимект Д. Т., Авдеев А. В. Рукопись деп. в ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 5 N 1634-ТС96.

3. Результаты изучения угла естественного откоса зерновых культур Эфиопии. Шимект Д.Т., Авдеев А.В. Рукопись деп. в ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш,$N 1633-тс9б.