автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности послеуборочной обработки высоковлажного зерна путем совершенствования технологии и технических средств

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ

КИРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЗОНАЛЬНАЯ МАШИНОИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ

На правах рукописи

МАШКОВЦЕВ МИХАИЛ ФЕДОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ

ВЫСОКОВЛАЖНОГО ЗЕРНА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель-доктор техн. наук, профессор Бурков А.И.

Оричи- 1999

¿•■л

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ............... 7

1.1. Основные свойства зернового вороха в зонах повышенного улаж- 7 нения ............................................................................

1.2. Краткая характеристика технологий и технических средств для послеуборочной обработки высоковлажного зерна ................... 9

1.2.1. Технологии послеуборочной обработки высоковлажного зерна............................................................................ 9

1.2.2. Анализ технических средств для послеуборочной обработки влажного зернового вороха............................................ 18

1.3. Цель и задачи исследования................................................ 42

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОВЛАЖНОГО ЗЕРНА................................................................................ 45

2.1. Основные принципы и направления совершенствования послеуборочной обработки высоковлажного зерна............................ 45

2.2. Функциональные и технологические схемы реконструируемых комплексов и новых технологических линий...............;.......... 48

2.3. Повышение эффективности процесса сушки высоковлажного зерна в бункерных установках............................................. 63

2.4. Совершенствование технологии вывода рециркуляционных сушилок на установившийся режим......................................... 67

2.4.1. Вывод формулы разделения потока зерна на рециркуляции ... 68

2.4.2. Определение времени вывода рециркуляционных сушилок на установившийся технологический режим.......................... 73

2.5. Выводы.......................................................................... 74

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ........................ 76

3.1. Программа и общая методика проведения исследований............ 76

3.2. Методика испытания рециркуляционных сушилок................... 77

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫВОДА РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СУШИЛКИ СЗШ-16 НА УСТАНОВИВШИЙСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ............................. 82

5. РЕКОНСТРУИРОВАННЫЕ И НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНИИ И КОМПЛЕКСЫ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОВЛАЖНОГО ЗЕРНА И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ.......................................................................... 92

5.1. Подбор технологического оборудования при реконструкции типовых зерноочистительно-сушильных комплексов .................... 92

5.2. Реконструированные комплексы КЗС-20Ш............................. 94

5.2.1. Комплекс КЗС-20Ш с сушилкой М-819 и отделением вентилируемых бункеров ОБВ-160А....................................... 94

5.2.2. Комплекс КЗС-20Ш с сушильным отделением ОСВС-5........ 100

5.2.3. Комплекс КЗС-20Ш с зерновой карусельной сушилкой СЗК-8

и бункерами БВ-40А.................................................... 102

5.3. Технологическая линия реконструированного комплекса

КЗС-1 ОБ с сушильным отделением ОСВС-5 ........................... 105

5.4. Зерноочистительно-сушильный комплекс на базе арматуры агрегата ЗАВ-40 и сушилки С-20............................................... 107

5.5. Зерноочистительно-сушильный комплекс на базе арматуры агрегата ЗАВ-40 и сушилки М-819............................................. 110

5.6. Технологическая линия комплекса КЗС-25 с сушилкой М-819..... 114

5.7. Зерноочистительно-сушильный комплекс на базе агрегата

ЗАВ-25 и отделения сушки ОСВС-5...................................... 116

5.8. Предлагаемые схемы реконструкции комплексов КЗС-20Ш и КЗС-40 с сушилками С-20 и С-10.......................................... 117

5.8.1. Реконструируемый комплекс КЗС-20Ш с сушилкой С-20 ...... 117

5.8.2. Реконструируемый комплекс КЗС-20Ш с сушилкой С-10 ...... 121

5.8.3. Реконструируемый комплекс КЗС-40 с сушилкой С-20......... 123

5.9. Технико-экономические показатели реконструируемых и новых зерноочистительно-сушильных комплексов............................ 125

5.10. Выводы................................................................................................................................................133

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.....................................................................134

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..................................136

ПРИЛОЖЕНИЯ...............................................................................................................149

ВВЕДЕНИЕ

Одна из самых важных задач в работе агропромышленного комплекса России - обеспечение устойчивого производства зерна. Решение данной задачи во многих регионах страны осложняется влажными условиями уборки и повышенным, в связи с этим, влагосодержанием зернового вороха.

В производстве зерна основные затраты приходятся на послеуборочную обработку. Состояние материально-технической базы послеуборочной обработки зерна (ПОЗ) в последние годы резко ухудшилось. Имеющиеся комплексы износились и устарели морально, применяющиеся на них технологии ПОЗ не отвечают современным требованиям. Строительство новых комплексов практически приостановилось. Поэтому совершенствование существующих технологических линий и комплексов ПОЗ высоковлажного зерна с учетом достижений науки, испытаний и практики является важной народнохозяйственной задачей.

Работа выполнена в Кировской государственной зональной машино-сиспытательной станции в 1980-1998 гг. в инициативном порядке.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности послеуборочной обработки высоковлажного зерна путем совершенствования технологий и технических средств существующих комплексов и разработки новых технологических линий с использованием отечественного и импортного оборудования.

Объектами исследования являлись физико-механические свойства влажного зернового вороха, технологические линии зерноочистительно-сушильных комплексов, выполненных по типовым и индивидуальным проектам, технологические процессы рециркуляционных сушилок.

В диссертационной работе разработаны принципы реконструкции типовых и создания новых технологических линий и комплексов послеубороч-

ной обработки высоковлажного зерна, на основе которых предложены функциональные и технологические схемы реконструированных и новых линий.

Теоретически обоснован процесс вывода рециркуляционных сушилок на установившийся режим и усовершенствована методика их испытаний.

Предложен новый способ сушки зерна в бункерных установках, позволяющий повысить интенсивность и экономичность процесса сушки и улучшить качество зерна (а.с. 1601479).

Разработанные принципы реконструкции типовых и создания новых технологических линий и комплексов реализованы в ряде хозяйств Кировской области при реконструкции и модернизации комплексов предыдущего поколения КЗС-20Ш, КЗС-40, КЗС-10, а также при реконструкции и строительстве новых комплексов на базе зерноочистительного агрегата - ЗАВ-25.

Математическая модель процесса вывода рециркуляционных сушилок на установившийся режим положена в основу усовершенствованной методики их испытаний, позволяющей повысить точность опытов и полноту получаемой информации.

На защиту выносятся следующие положениея:

- принципы реконструкции типовых и разработки новых технологических линий и комплексов послеуборочной обработки высоковлажного зерна; -

- функциональные и технологические схемы реконструированных и новых технологических линий послеуборочной обработки высоковлажного зерна;

- математическая модель процесса вывода рециркуляционных сушилок на установившийся режим;

- усовершенствованная методика испытаний рециркуляционных сушилок;

- результаты испытаний и производственной эксплуатации реконструированных и новых комплексов.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Кировского сельскохозяйственного института в 1987-1991 гг., Ленинградского СХИ в 1988-1990 гг., НПО «Нечер-ноземагромаш» (г.С.-Петербург-Пушкин) в 1986-1988 гг., в СКБ завода «Брянсксельмаш» в 1985 г., научно-технических советах Кировского комитета сельского хозяйства, продовольствия и торговли в 1983-1995 гг., Кировской машиноиспытательной станции в 1985... 1998 гг.

Основное содержание диссертации изложено в 22 научных статьях и авторском свидетельстве на изобретение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Основные свойства зернового вороха в зонах повышенного увлажнения

Одним из основных показателей состояния зернового вороха является уровень влажности зерна и других его компонентов. Во всех природно-экономических зонах повышенного увлажнения влажность зернового вороха, поступающего на зерноочистительно-сушильные комплексы, значительно превышает кондиционную. По годам в разных хозяйствах и зонах она может колебаться от 14 до 41%, такие данные приводятся в исследованиях Елизарова В.П., Авдеева A.B., Захарченко И.В., Киреева М.Н., Чижикова А.Г., Голуб-ковича A.B., Эрка Ф.Н. и других исследователей [5,31,35,40,41,53,124,128]. При испытаниях линии послеуборочной обработки семян в УралНИИСХ в 1995 году [88] влажность поступающего с поля зернового вороха ячменя, пшеницы, ржи была 14... 15%, а при испытаниях в 1972 году переведенной на рециркуляцию шахтной зерносушилки СЗШ-16 в колхозе им.Кирова Оричев-ского района Кировской области влажность зернового вороха составила 37...41% [98]. Зерно, особенно семенное и продовольственное, может длительное время храниться только в сухом состоянии при определенной влажности. С повышением влажности в зерне усиливается дыхание, начинают интенсивно протекать биохимические процессы, происходит распад полезных веществ зерна с выделением тепла, углекислого газа, влаги или спирта [21,52,121]. Результатом протекания биохимических процессов во влажном зерне является потеря его массы, самосогревание, дополнительное увлажнение, частичная или полная потеря всхожести и других потребительских свойств. При повышенной влажности зерновой массы в ней создаются условия для ускоренного размножения микроорганизмов и насекомых, которые также ухудшают потребительские свойства зерна. Влажный зерновой ворох, поступающий с поля, совершенно непригоден для длительного хранения и

должен сразу же подвергнуться обработке с целью снижения его температуры и влажности.

Другой важной характеристикой зернового вороха, которую необходимо учитывать при его послеуборочной обработке, является засоренность. Пределы изменения засоренности зернового вороха различных зерновых культур неодинаковы и существенно зависят от уровня агротехники. Исследования [27,35,36] показали, что засоренность зернового вороха, как правило, увеличивается с ростом его влажности при прочих равных условиях. По данным испытаний Кировской МИС [91,96,98] при правильной агротехнике и нормально отрегулированных механизмах комбайнов засоренность зернового вороха при влажности до 20% не превышает 6...8%, при более высокой влажности вороха она может достигать 10... 15 и более %.

На послеуборочную обработку зернового вороха в значительной степени влияет количество и состав примесей. На его сохранность особенно отрицательно влияют зеленые части растений и семена сорняков, содержащие 50...80% воды [51,121]. Уже в первые часы хранения большая часть влаги из этих примесей поглощается зерном, что повышает его влажность и ухудшает условия даже кратковременного хранения. Поэтому самой первой и незамедлительной операцией является предварительная очистка зернового вороха от крупных, легких и мелких примесей.

При разработке, монтаже и эксплуатации оборудования и машин послеуборочной обработки зерна (ПОЗ) необходимо, учитывать способность зерновой массы перемещаться по наклонной плоскости. Сухая зерновая масса обладает хорошей сыпучестью, поэтому при погрузке, разгрузке, очистке и сушке используют гравитационный способ его перемещения (самотек). Степень сыпучести зернового вороха зависит от формы, размера, состояния и характера поверхности зерна и примесей, состава примесей, а также от формы и состояния поверхности, по которой он перемещается. Большое влияние на сыпучесть зернового вороха оказывает его влажность. При наличии в зерно-

вом ворохе большого количества органической примеси, а также при самосогревании зерна его сыпучесть резко снижается, а иногда теряется совсем. Сыпучесть зернового материала характеризуется двумя показателями - углом естественного откоса и углом трения. Данные показатели приводятся во многих литературных источниках [5,56,99].

Способность зернового вороха при загрузке и разгрузке транспортных средств, зерносушилок и зернохранилищ расслаиваться в соответствии с плотностью, парусностью и коэффициентом трения его составных частей называется самосортированием. При загрузке хранилищ, оперативных емкостей, шахтных и бункерных сушилок тяжелое зерно и тяжелые примеси, обладающие меньшей парусностью и большей плотностью, располагаются ближе к центру падения, а легкие примеси и щуплое зерно удаляются от центра ближе к стенкам сушилок, емкостей. Результатом самосортирования зерна в сушилках является неравномерное движение в них зерна, неравномерный его нагрев, образование застойных зон. При сушке в шахтных и бункерных сушилках недостаточно очищенного зерна происходит образование застойных зон из мелких примесей, что приводит к нарушению технологического процесса.

1.2. Краткая характеристика технологий и технических средств для послеуборочной обработки высоковлажного зерна

1.2.1. Технологии послеуборочной обработки высоковлажного зерна

Технология послеуборочной обработки зерна зависит от его вида и назначения, а также от начальной влажности, засоренности и состава сорняков.

При повышенной начальной влажности зернового вороха обработку его нужно проводить сразу же после уборки - так, чтобы не сдерживалась работа комбайнов и были сохранены семенные, продовольственные и фуражные качества зерна. Обработка зерна повышенной влажности должна включать:

прием (взвешивание, определение качества), предварительную очистку, временное хранение до сушки, сушку и окончательную очистку.

Технология послеуборочной обработки фуражного зерна независимо от его влажности предусматривает прием, предварительную очистку, временное хранение на вентилируемых установках, сушку за один пропуск и первичную очистку.

Для получения продовольственного зерна зерновой ворох после сушки дополнительно обрабатывают на триерах для удаления коротких и длинных примесей.

Технология послеуборочной обработки семенного зерна выбирается в зависимости от исходной влажности зернового вороха [74].

Приемные устройства должны обеспечить прием всего зернового вороха, поступающего от комбайнов, и полностью сохранить семенные и товарные качества зерна. При предварительной очистке вороха для облегчения работы последующих машин и механизмов должны быть выделены грубые соломистые, легкие и мелкие примеси. Предварительная очистка позволяет выделить из зернового вороха более влажную фракцию, уменьшить при этом его влажность до 3% и значительно сократить расходы на дальнейшую обработку вороха [23,25,32].

После предварительной очистки вороха влажное зерно до сушки должно храниться на площадках или в бункерах активного вентилирования. Их емкость может быть различной в зависимости от погодных условий зоны, влажности исходного материала и производительности сушилок. Ф.Н.Эрк, А.Е.Иванов и др. [127] рекомендуют емкость установок активного вентилирования иметь для семенного зерна 15...20%, для продовольственного и фуражного - 8.. .10% от валового сезонного поступления зерна на пункт.

Технология и режимы сушки зерна осуществляются в зависимости от его назначения. Продовольственное и фуражное зерно при любой его начальной влажности можно сушить за один проход через сушилку [74]. При сушке

семенного зерна съем влаги за один проход через сушилку не должен превышать 6%. Более высокий съем влаги нецелесообразен, так как в этом случае необходимо увеличивать экспозицию сушки со снижением температуры поступающего теплоносителя, что заметно снижает эксплуатационно-технологические показатели сушилки. При более высокой влажности исходного материала после первого пропуска через сушилку зерно направляют на отлежку в бункера активного вентилирования, а затем после отлежки в них зерно снова пропускают через сушилку [2,3,4,30,31,59,62,63,68,69,70,114]. Сушить зерно высокой влажности, многократно пропуская через сушилку партии, равные вместимости шахты, также нецелесообразно из-за значительного снижения ее производительности.

При переводе зерносушилки на рециркуляционный способ сушки зерно сушится в ней в потоке практически с любой исходной влажностью- до кондиционной. Рециркуляционный метод сушки всесторонне исследован учеными и широко внедрен на предприятиях бывшего