автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров пневмоцентробежной очистки зерна

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА й ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ

К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

лыонг ьак Выот

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОЦЕНТРОБЕЖНОЙ

ОЧИСТКИ ЗЕРНА

Специальность 05.20.ul - механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

т Т ТТЛ-Т -Г I ТО^ ГТ/1

и'слхи^и^а.с; ОГ^-УХЛ. Нау л

Научный руководитель: Доктор технических наук профессор В.М. Халанский

Москва 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ ........... 4

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ . 8

1.1 Современное состояние и перспективы развития механизации уборки и послеуборочной обработки риса во Вьетнаме ......... 8

1.2 Физические основы пневмосепарации зернового вороха .......... 15

1.3 Анализ процессов сепарации зернового вороха в

воздушном потоке и конструкций пневмосепараторов 23 1.4 Выбор и обоснование конструкции устройства для

разгона и раскручивания зернового вороха в ПЦС . 62 1.5 Цель и задачи исследований . . . . .68 ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕМЯН РИСА..........69

2.1 Размерная характеристика семян риса . . .69

2.2 Индивидуальная масса семян риса . . . .72

2.3 Плотность семян риса . . . . . . .77

2.4 Аэродинамические свойства семян риса . . .79

2.5 Фрикционные свойства семян риса . . . .82 ГЛАВА III. ТЕОРЕТИЧЕСОКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МН0Г03АХ0ДН0Г0 ВИНТОВОГО ЖЕЛОБА ПЦС . . . .89

ВЫВОДЫ...........119

ГЛАВА IV. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........120

4.1 Программа экспериментальных исследований . .120

4.2 Описание лабораторной установки . . . .120

4.3 Порядок проведения опытов ..... .123

4.4 Количество опытов и их повторность . . . .126

4.5 Методика аэродинамического исследования камеры .130

4.6 Методика определения равномерности распределения вороха по камере разгона ..... .134

ГЛАВА V. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ . 138

5.1 Влияние угла наклона желобов на показатели чистоты и потерь семян ....... .138

5.2 Влияние числа каскадных конусов на показатели чистоты и потерь семян ..... .142

5.3 Влияние расхода воздуха на показатели чистоты и потерь семян . . . . . . . . .144

5.4 Влияние содержания половы в ворохе на показатели чистоты и потерь семян ..... .144

5.5 Влияние содержания соломы в ворохе на показатели чистоты и потерь семян . . . . . .14 6

5.6 Влияние влажности вороха на показатели чистоты и потерь семян ........ .147

5.7 Влияние подачи вороха на показатели чистоты и потерь семян . . . . . . . . .149

5.8 Влияние диаметра внутренней трубы камеры разгона на показатели чистоты и потерь семян . . . .150

5.9 Сравнительные испытания ПЦС и серийной зерноочистительной машины ОПС-2 . . . .155

ВЫВОДЫ...........157

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......... .159

ЛИТЕРАТУРА........ . .162

ПРИЛОЖЕНИЯ..........179

ВВЕДЕНИЕ

Сельское хозяйство Вьетнама в основном ориентировано на производство риса. В меньших объемах производится зерно пшеницы, кукурузы, проса, сои, гороха и некоторых других культур.

Производство риса сосредоточено в основном в мелкотоварных крестьянских хозяйствах при большом объеме ручных операций. Одной из наиболее трудоемких операций является уборка, включающая две операции: скашивание и обмолот рисовой массы на стационаре. Для обмолота применяют простейшие ручные стационарные молотилки, в т.ч. аксиально-роторные и очесывающие (4).

Образовавшийся после обмолота и очеса зерновой ворох обрабатывают веянием на ветру или простейшими веялками. Поэтому механизация процессов выделения (сепарации) зерна из мелкого зернового вороха и его окончательная очистка является важной

народнохозяйственной проблемой, требующей своего решения.

Одним из перспективных способов выделения зерна, семян, бобов из листостебельного вороха, образованного при вымолоте и очесе является способ разделения вороха на компоненты в аэродинамическом силовом поле. Известно множество конструкций пневмосепараторов для реализации указанного способа. Часть из них, в основном пневмогравитационные сепараторы, широко используют в рабочих органах машин для уборки урожая, его очистки и сортирования.

Наибольшее распространение получили

пневмосепараторы с вертикальным каналом, рабочий процесс которых построен на противотоке разделяемых фракций, что приводит к частым столкновениям частиц разделяемых фракций, изменению траекторий их движения и нарушению разделения, особенно при увеличении подачи и содержания легкого компонента в исходном материале выше допустимых (удельная нагрузка до 35 т/ч.м% содержании легкой фракции не более 10%). По этой причине указанные сепараторы практически не имеют резерва для интенсификации и повышения эффективности рабочего

1Сл. •

В связи с этим в последние годы (начиная с 60-х годов) во многих промышленно развитых странах, в т.ч. в России, разрабатывается новое направление

совершенствования пневмосепараторов, связанное с использованием интенсивных силовых полей. При этом решается важная научно-техническая проблема по повышению рабочих скоростей, основные положения которой были сформулированы академиком В.П.Горячкиным: «повышенная скорость орудия влечет за собою: более значительное насыщение материи энергией, а

следовательно, и увеличение соответственно напряжения; по видимому, неизбежный переход к совершенно новому виду орудия на новом принципе; увеличение производительности, улучшение качества работы; легкости конструкции и равномерности движения» (22).

Из известных направлений совершенствования пневмосепараторов наибольший интерес представляют

разработки по обоснованию схемы и параметров пневмоцентробежных сепараторов зернового вороха, в которых ворох раскручивается в высокоскоростной вращающийся поток и обдувается потоком воздуха. Здесь скорость фильтрации воздуха через слой может значительно превышать критическую скорость зерна, что существенно увеличивает объемную плотность энерго- и массообмена. Таким образом, открывается перспектива создания малогабаритных аппаратов высокой

производительности для индивидуальных крестьянских хозяйств Вьетнама.

Исследования, выполненные на кафедре

сельскохозяйственных машин ТСХА под руководством профессора В.М.Халанского подтвердили высокую эффективность использования пневмоцентробежных

сепараторов для выделения зерна из мелкого зернового вороха, образованного при вымолоте и очесе зерна (119).

Разгон вороха в высокоскоростной вращающийся поток в пневмоцентробежных сепараторах осуществляется сложным по конструкции лопастным ротором с механическим приводом. Для условий Вьетнама имеется необходимость упрощения указанного блока ПЦС и использование сепаратора на двух операциях: выделение зерна из мелкого зернового вороха и предварительной очистки свежеубранного зерна, поступающего от зерноуборочных комбайнов.

Настоящая работа посвящена изучению физико-механических свойств основных сортов риса, возделываемых во Вьетнаме, разработке конструкции

винтового завихрителя зернового вороха ПЦС,

обоснованию его параметров при использовании на ПЦС многокаскадной камеры разделения с направляющими решетками. Обработка зернового вороха в таком ПЦС позволяет существенно упростить рабочий процесс и повысить качество разделения вороха на фракции. В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований ПЦС и материалы сравнительных испытаний опытного образца

пневмоцентробежной очистки зерна при обработке зернового вороха пшеницы на полевой опытной станции ТСХА. Дан анализ эффективности использования опытного ПЦС при очистке свежеубранного зерна.

На защиту выносятся следующие положения:

- физико-механические свойства зерна основных сортов риса, возделываемых во Вьетнаме;

- математическая модель движения вороха в винтовом канале ПЦС при воздействии на частицы воздушного потока;

- экспериментальные зависимости потерь и полноты выделения примесей от конструктивных, аэродинамических и технологических параметров ПЦС, свойств, состава и состояния зернового вороха;

- параметры новой схемы пневмоцентробежной очистки зерна, снижающей удельные металлоемкость и энергоемкость и повышающей удельную производительность ПЦС.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Современное состояние и перспективы развития механизации уборки и послеуборочной обработки риса во Вьетнаме.

Вьетнам находится в Юго-Восточной Азии, (рис.1.1). Рис является самой важной продовольственной культурой. Он занимает 51-55% площади сельскохозяйственной земли республики. Его можно сеять круглый год, снимая по два урожая. Во Вьетнаме рисоводство ведется в типичных сложных условиях региона. Влажность воздуха высокая. Ежемесячная относительная влажность в течение года составляет 78-90%. Осадки выпадают обильные. Годовая сумма их изменяется в пределах 1500-3500 мм. Неравномерное распределение осадков в течение года приводит к большому различию влажности почвы в период уборки риса.

В зависимости от природных условий сорта риса, возделываемые во Вьетнаме, к моменту уборки имеют высокую влажность: колоски могут иметь влажность свыше 25%, а стебли - 80%. В этих условиях, как показывают многие исследования, наиболее приемлемой технологией уборки риса является раздельная уборка (4).

В летний дождливый период на чеках, залитых водой, скашивают рис с высоким срезом, почти до середины стеблей, оставляя нижнюю часть на корню. В зимний период, когда почва сухая, рис скашивают под корень.

После скашивания стебли разделяют на две части: нижнюю часть стеблей не содержащую зерен, оставляют

Рис 1 -1: Сельскохозяйственная карта Вьетнама 1: ю.ооо.ооо

г

г.

а

Ж

Ч'

^ Ж

} ^

-

V

УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ ^ - тропические джунгли

- умеренные леса

Ф - субтропические леса

- приморские леса

- почвы - водяной рис

- земля ферафита

- скалистая гора, приморские

пески

сушиться на поле; верхнюю, зерностебельную часть, перевозят на площадки для стационарного обмолота, где удобнее защищать рисовую массу от плохой погоды. В условиях Вьетнама нет возможности применять комбайны и автотранспорт, так как чеки малы по площади и сильно переувлажнены, а дороги узкие.

Стационарная технология обмолота риса выгодна тем, что она позволяет снижать потери зерна при обмолоте стационарными молотилками на площадке, где можно полностью собирать все зерно путем повторного обмолота соломы. Стационарные зерноочистительные машины предназначенные для предварительной очистки зернового вороха в складах и на открытых площадках применяются редко, хотя и необходимы при послеуборочной обработке риса во Вьетнаме.

Механизация операций послеуборочной обработки риса также, как и механизация других работ в рисоводстве, обусловлены не только природными, но и социально-экономическими и техническими условиями. Вьетнамское сельское хозяйство относится к мелкому типу производства. Дальнейшее развитие сельского хозяйства тесно связано, в первую очередь, с развитием механиз ации.

Основными целями механизации являются: повышение производительности и уменьшение напряженности труда, увеличение урожайности культур и валового сбора зерна, учет требований сезонности, повышение качества полевых работ, обработки, переработки и хранения

сельскохозяйственной продукции, внедрение новых

прогрессивных технологий и т.д. Однако, в СРВ между потребностью в механизации и возможностями ее реализации имеются существенные трудности и противоречия.

Производительность труда в сельском хозяйстве СРВ оказалось очень низкой. Труженик в сельском хозяйстве мог прокормить только самого себя. В то время как в мире один работающий в сельском хозяйстве может прокормить 13-20 членов общества. Поэтому является необходимым развитие механизации с целью повышения производительности труда в рисоводстве.

Анализ структуры трудовых ресурсов сельского хозяйства показывает, что среди работающих в хозяйствах молодые работники составляют лишь 12-15%, женщины -58% (в рисоводстве 68%), составляя основную часть рабочей силы сельскохозяйственного производства. Женщины и люди слабой работоспособности напряженно работают в тяжелых условиях рисоводства.

Облегчение их труда за счет применения техники в различных полевых работах является актуальным вопросом. Однако на развитие механизации рисоводства серьезные ограничения накладывает специфика рисоводства.

Рисовые поля во Вьетнаме плохо выравнены. По рельефу всю посевную площадь республики можно разделить на три географические зоны: равнинную, которая занимает 52% площади, холмистую - 11%, горную - 37%. Даже в равнинной зоне рисовые поля очень рассредоточены из-за густого расположения поселков и населенных пунктов, несельскохозяйственных объектов и других не рисовых

участков. Чеки имеют малые размеры. Большие чеки (длина больше 200 м) занимают около 20%. С внедрением в СРВ семейного подряда и развитием личных крестьянских хозяйств чеки стали разделять на более малые делянки. В связи с постепенной передачей земли крестьянам и учетом различных качественных показателей почвы, закрепленная за крестьянским хозяйством площадь посева не сосредоточивается на одном месте, а распределяется малыми участками на значительном отдалении друг от друга. Рисовые поля плохо реконструированы, отсутствуют хорошие дороги, мосты, линии связи, линии электропередачи и различные другие сооружения, необходимые для применения машин, особенно больших и средних, имеющих высокую производительность работы.

С другой стороны наличие излишних трудовых ресурсов в сельском хозяйстве также затрудняет форсированное развитие механизации. В настоящее время трудовые ресурсы страны огромны. Они увеличиваются со средним темпом свыше 3% в год и оказываются излишними. Обеспечение работой этих людей становится большой проблемой. Вовлечение рабочей силы страны в сельскохозяйственное производство является главным направлением решения этой проблемы. Развитие механизации с целью повышения производительности и уменьшения затрат труда еще больше увеличивает количество лишенных работы людей, обостряет проблему.

С переходом экономики страны на рыночные условия, крестьянские дворы выступают, как главный производитель сельского хозяйства, которому характерна хозяйственная

самостоятельность и самофинансирование, они покупают технику за счет своих собственных средств. Но их покупательная способность остается низкой. Средняя площадь пашни в каждом крестьянском дворе составляет около 0,4 га. С этой площади семейный доход в каждом сезоне возделывания, в натуральном выражении, колеблется в пределах от 300 до 100 кг риса. В среднем число членов одной семьи равно 5-6 человек. Доход от такой деятельности на душу населения оказывается очень малым. Доходы от других видов хозяйственной деятельности незначительны. Низкая покупательная способность хозяйств значительно ограничивает развитие механизации сельского хозяйства. С другой стороны, применение сельскохозяйственных машин в хозяйствах имеет невысокую экономическую эффективность из-за высокой удельной стоимости на единицу продукции. Это связано, главным образом, с существенным увеличением цен на основные виды материалов и топлива, которые обычно покупают на внешнем рынке. Другой причиной является низкое качество отечественных машин.

Сельскохозяйственное машиностроение страны не развивается в соответствии с потребностями. Отечественное машиностроение не может выпускать высококачественные сложные по конструкции и управлению машины, не может обеспечить их прочность и надежность в работе. Зарубежная техника, как правило, дорогая. В то же время, многие машины не применимы к условиям рисоводства Вьетнама. Их детали быстро изнашиваются и выходят из строя. Ремонтная база сельскохозяйственной

техники слабая и не обеспечена запчастями. Во Вьетнаме уровень механизации по операциям рисоводства представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Уровень механизации по операциям рисоводства

Оснащенность Уровень

Основные операции энергией, механизации,

л. с . / г а %

площади пашни

Обработка почвы 0, 98 27

Посев и посадка 0,20 1

Уход за посевами и

ирригационные работы 1,50 25

Уборка риса 0,30 2,5

Анализ всего вышеуказанного позволяет сделать следующие выводы:

1. Уборка и послеуборочная обработка риса, как и другие операции рисоводства Вьетнама, имеют низкий уровень механизации, обусловленный, в основном, сложившимися в стране неблагоприятными почвенно-климатическими и социально-экономическими условиями.

2. Низкая производительность труда и тяжелые условия работы в сельском хозяйстве тормозят процесс увеличения валового сбора зерна. Для успешного выполнения продовольственной программы необходимо развитие механизации рисоводства, которое требует создание ряда предпосылок, в частности, усиления потребности населения в механизации произ