автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ ДЛЯ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНОКОМБАЙНОВОГО ВОРОХА

/ -55 і23

На правах рукописи

НАЧИНОВ Дмитрий Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ ДЛЯ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНОКОМБАЙНОВОГО ВОРОХА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005 /і

Работа выполнена в Открытом Акционерном Обществе «Научно-исследовательский институт сельско *оїяй стаєнного машиностроения» имени В.П. Горячкина ОАО «ШІСХОМ».

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Ко л чин Николай Николаевич.

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель наукн н техники РФ, доктор технических наук, профессор Серый Георгий Федорович,

Доктор технических наук, профессор Реічиков Вениамин Алексеевич.

Ведущее предприятие:

Центральная Государственная зональная машиноиспытательная станция (ЦМІ1С).

Зашита состоится «_» _

диссертационного совета Д

200 5 г. в 10 часов на заседании 217.046.01 в Научно-исследовательском

институте сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина — ОАО «ВИСХОМ», по адресу: 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВИСХОМ».

Автореферат разослан «_»_200 $ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ^

доктор технических наук, профессор / Г .П. Варламов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных направлений повышения уровня производства зерна является рост эффективности использования технических средств в поточной послеуборочной обработке урожая. В этом случае применение усовершенствованных методов и приемов интенсификации технологических процессов с обеспечением поточной работы техники независимо от физико-технологических свойств зернокомбайнового вороха гарантирует снижение потерь убранного урожая до уровня технически неизбежных (1,5-2,0%) и увеличение «закромного» объема зерна.

Эксплуатируемые в настоящее время в системе агропромышленного комплекса (АПК) страны серийные зерноо чистительно-сушильные комплексы типа КЗС и зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ имеют ряд существенных недостатков. Основной из них — низкая приспособленность к поточной обработке зернокомбайнового вороха повышенной влажности (более 22%) за один технологический проход до кондиционного качества зерна (14%), что приводит к потерям убранного урожая (до 30% и более) и снижению качества зерна. В этой связи внедрение у зернопроизводителей поточных технологических линий, способных бесперебойно работать на зернокомбайновом ворохе повышенной влажности при минимальном уровне потерь без снижения качества зерна, является перспективным. Проводимые в нашей стране работы в этом направлении пока не принесли практических результатов. В зарубежной практике повышенная влажность зерна встречается крайне редко. Недостаточно изучены фнзико-технологические свойства зернокомбайнового вороха н влияние их на работу приемника и последующих технических средств, входящих в состав поточных линий. Поэтому решение задач по обоснованию, исследованию и разработке усовершенствованной поточной линии для послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха повышенной влажности весьма актуально и имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель работы - изыскание н обоснование способов совершенствования и повышения эффективности использования поточных технологических линий для послеуборочной обработки комбайнового зернового вороха повышенной влажности.

Объектами исследований являются технология и технические средства механизация послеуборочной обработки зерна, свойства комбайнового зернового вороха повышенной влажности, конвейеры и оборудование, лабораторные установки, промышленные образцы, поточные технологические линии.

Предметом исследований являются физико-технологические свойства зернокомбайнового вороха и влияние их на перемещение материала в технологии послеуборочной поточной обработке урожая.

Методика исследований. В аналитических исследованиях применен метод теории сыпучих сред. Экспериментальные исследования проводились на специальных лабораторных установках и на эксплуатируемой в хозяйствах технике по общепринятым методикам. Обработка результатов опытов осуществлялась с помощью методов математической статистики. Для определения качественных показателей зерна использовались государственные и отраслевые стандарты, а также частные методики, разработанные в ОАО «ВИСХОМ».

Научную новизну работы составляют

технология послеуборочной обработхи (за одкн технологоемкий проход) комбайнового вороха повышенной влажности (б злее 22%гза,&«'? ^очйтаам в

фонд научной литературь

№

-/1-35*23

конструкции линии приемного бункера с накопительными резервными емкостями дня систем «приемник - предварительная очистка» и «временное хранение — сушка»;

❖ математическая модель функционирования приемника зернокомбайнового вороха с учетом минимального и максимального поступления вороха на обработку, времени уборки урожая, продолжительности эксплуатации поточной линии и физико-технологических свойств вороха.

Практическую ценность работы составляют

❖ методики расчета пропускной способности и конструктивных параметров приемника зернокомбайнового вороха повышенной влажности, методы расчета компенсирующих емкостей перед зерносушилкой.

❖ методология определения вместимости, для предварительно очищенного зерна, компенсирующих емкостей, обеспечивающих сохранность и оптимизацию затрат при гарантированном его качестве до сушки;

❖ усовершенствованные технологические схемы поточных линий для послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха;

*t* методы приема комбайнового вороха от самосвальных автомобилей и прицепов, накапливание без перевалок предварительно очищенного зерна, с обеспечением его временного хранения, дозаривания и стабилизации термовлажностных параметров перед сушкой.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований приняты и использованы в производстве предприятиями ЗАО «Агропромтехннка» (г. Киров) и ЗАО «ОКБ по сушилкам «Брхнсксельмаш». Разработанные методики расчеггов технических средств и параметров применены при проектировании технологической поточной линии для послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха, которая с 2003 года успешно эксплуатируется в хозяйстве ЗАО «Колхоз Уваровский» (Можайский район, Московской области), в том числе на обработке комбайнового зернового вороха повышенной влажности.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях в МГУ пищевых производств (г. Москва, 2002 г.); Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, 2003 г.); Тульском государственном университете {г. Тула, 2004 г.); Тамбовском государственном технологическом университете (г. Тамбов, 2004 г.); ВИЭСХ (г. Москва, 2004 г.); на секциях НТС ОАО «ВИСХОМ» (г. Москва, 2003 и 2004 гг.); на техническом совете ЗАО «Агропромтехннка» (г. Киров, 2003 и 2004 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах. Общий объем - 3,8 пл., лично автора - 2,92 пл..

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 136 наименований, в т.ч. 13 на иностранном языке, и 3 приложений. Общий объем работы насчитывает 150 страниц компьютерного текста, включая 60 рисунков и 20 таблиц.

На защиту выносятся

результаты анализа современного состояния технологии и технических средств механизации послеуборочной обработки зерна комбайновой уборки с определением тенденции развития технических средств для поточной послеуборочной обработки зерна;

s

''' результаты аналитических исследований технологических процессов и параметров для расчета технических средств поточной линии (приемник зериокомбайнового вороха повышенной влажности, компенсирующие емкости до сушки, оптимизация работы приемника);

❖ результаты экспериментальных исследований физико-технологических свойств зериокомбайнового вороха, обоснование режиме» работы технических средств зернопунктов;

*> результаты эксплуатационных исследований зернообрабашвающей поточной линии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и ее народнохозяйственное значение и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе, «Современное состояние технологии н средств механизации послеуборочной обработки зерна» приведены агротехнологическле условия производства зерна в России, результаты анализа состояния производства и технический уровень техники для послеуборочной обработки зерна, как в нашей стране, так и за рубежом (основные зериопро изводящие страны).

Анализ современного состояния производства и механизации послеуборочной обработки зерновых показывает, что постоянное наращивание производства зерна в развитых зерногфоюводящих странах неразрывно связано с созданной за многие десятилетия и периодически совершенствующейся инфраструктурой уборки, обработки и хранения урожая. В России, где в основе своей такая инфраструктура не была своевременно создана, имеет место значительный износ технических средств (2...3 срока превышающие паспортный «срок службы») как у производителей, так и в системе хранения (элеваторы) н у переработчиков зерновой продукции, что отражается на значительных потерях убранного урожая. Поэтому был сделан вывод, что основой повышения производства зерна в стране является создание, в первую очередь, у зернопроизводителей соответствующей современным требованиям материально-технической базы (МТБ) обработки и временного хранения убранного урожая.

Вопросам теории, расчета технологически* процессов послеуборочной обработки сельскохозяйственных материалов, в том числе зерна, проектирования поточных линий, включая зерноочистительную и (утильную технику, снижения потерь зерна, энергозатрат, себестоимости и повышения производительности при производстве семенного материала, определения качественных его показателей в зависимости от назначения и сортности посвящены работы A.B. Авдеева, A.A. Авдеевой, В.А. Алейникова, В.И. Анискина, А.Д. Галкина, В.Д. Галкина,

A.П. Гержоя, A.C. Гинзбурга, Г.А. Гуляева, Л.В. Гячева, ВЛ, Елизарова, ВЛ. Жидко, H.H. Колчина, Л.И. Кроппа, И.Г. Лысых, Г.Р. Озонова, В.А. Резчикова,

B.Ф. Самочетова, Г.Ф. Серого, ЛА. Трисвятского, H.A. Урханова, М.М. Фирсова, Ю.Л. Фрегера, Г.Ф. Ханхасаева, ВД, Шафоростова, Ф.Н. Эрка и других специалистов. Среди зару бежных ученых эти проблемы изучали A. Auzelins, H. Becker, H. Brown, H, Burgart, H. Clive, C. Culpia, H. DohJcr, D. Fans, Z. Katic, S. Koferd и другие.

Анализ известных работ показал, что большинство из них относится к исследованию и созданию техники и поточных линий для послеуборочной обработки малосыпучих сельскохозяйственных материалов и зерна, обработке других культур, в

ь

т.ч. и семян масличных, зернобобовых, крупяных и др., подтверждает универсальность технологий на базе зернообрабатывающей техники. При этом особенности комбайнового вороха других культур, обрабатываемых по классической технологии, не учитываются, что обуславливает необоснованные потери убранного урожая, и снижение их посевных качеств. В связи с изложенным сформулированы основные задачи исследований;

• поведение анализа современного состояния технологии и средств механизации для послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха;

• определение тенденций развитая и проведение анализа использования технических средств для поточной послеуборочной обработки зерна;

• проведение экспериментальных исследований физико-технологических свойств зернокомбайнового вороха;

• проведение аналитических исследований технологических процессов для расчета параметров технических средств поточной линии (приемник зернокомбайнового вороха повышенной влажности, компенсирующие емкости до сутки, оптимизация работы приемника);

• изучение условий эксплуатации и оценка основных параметров зернообрабатывающей поточной линии;

• практическая реализация и технико-экономическая эффективность результатов исследований.

Во второй главе, «Анализ использования технических средств для поточной послеуборочной обработки зерна» приведен анализ материалов изучения конструкций и технологических особенностей приемников малосыпучих материалов, машин предварительной очистки зернокомбайнового вороха, сушилок для очищенного зерна, буккерных установок для временного хранения зерна, металлических зернохранилищ и транспортирующего оборудования для межоперационного перемещения материала.

Анализ особенностей конструкций приемников показал, что до настоящего времени у зернопроизводителей в эксплуатации, в основном, находятся завальные ямы, которые в свое время были приняты в типовых проектах на зерноочистителыю-сушильные комплексы типа КЗС и зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ. Эти приемники (завальные ямы) не приспособлены к работе на малосыпучем повышенной влажности зериокомбайновом ворохе, т.к. они рассчитаны на исходную влажность вороха до 20% и засоренности до 5%. Определено, что известные исследования, посвященные приему и равномерному дозированию малосыпучих сельскохозяйственных материалов, большей своей частью, посвящены обоснованию параметров и режимов эксплуатации приемников в основном на траве, льноворохе, силосе, картофеле. Они практически не приспособлены для решения задач по обеспечению работы поточной линии по приему зернового вороха, особенно повышенной влажности, от применяемых у зер-нопроизводителей многотоннажных (15 т и более) транспортных средств, способов их разгрузки (боковая или задняя), не обеспечивают стабилизацию подачи материала от приемника на последующие технические средства линии.

Опыт эксплуатации комплексов КЗС и агрегатов ЗАВ свидетельствует о том, что на эффективность послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха большое влияние оказывает предварительная его очистка, которая повышает сыпучесть материала и снижает затраты на сушку. Выпускаемые предприятиями машины для предварительной очистки, например, обеспечивают их работу при влажности вороха до

35% и содержании сорной примеси до 20%. Однако при обработке вороха повышенной влажности и засоренности резко снижается (в 3-5 раз) производительность этих машин. Кроме этого, известные и апробированные в эксплуатации новые способы уборки зерновых (например, невейка, очес), требуют изыскание новых подходов к эксплуатации машин для предварительной обработки вороха. Обобщение результатов анализа показало, что проблему интенсификации процесса разделения зернового вороха в ворохоочистителе можно осуществить за счет предварительного расслоения вороха на фракции для выделения соломистых и мелких сорных семян перед поступлением зерновой массы в разделительную камеру или на рабочие органы.

Анализ применяемой в стране и за рубежом сушильной техники показал, что большинство эксплуатируемых зерносушилок сушат зерно в вертикальном и горизонтальном слоях конвективным методом. Сравнительным анализом выявлено, что сушилки малой производительности (до 2 т/ч) уступают более производительным по исполнению элементов конструкции н комплектующим, а также по качеству используемого материала. Малые зерносушилки не имеют стандартных систем безопасности, очистки отходящего теплоносителя и воздуха, систем экономии тепла, у них отсутствуют защитные устройства от возгорания зерна и экстренного автоматического отключения теплогенератора.

Анализ применения металлических зернохранилищ в поточных линиях по послеуборочной обработке зерна показал, что хранение его в металлических (в основном цилиндрических) хранилищах значительной вместимости имеет определенные особенности. Такие силосы не пригодны для хранения зерна влажностью выше 20%, так как в этом случае возможна его быстрая порча. При хранении возникает разность температур у стенок и в центре емкости, причем зимой и летом перепад и градиент температуры изменяются. Температурный градиент обуславливает и перемещение влаги в насыпи, что может привести к образованию очагов повышенного увлажнения (особенно при закладке на хранение неоднородного по влажности зерна) и порче продукции. Оболочка металлического силоса сокращается или расширяется под воздействием температуры наружного вовдуха, вследствие чего зерновая масса в первом случае уплотняется и сжимается, а во втором -разрыхляется то способствует ее внутренней миграции. В силосах больших диаметров (>15 м) трудно обеспечить равномерную загрузку и выгрузку зерна, что вызывает неравномерное напряжение в оболочке.

Эксплуатация промышленных поточных линий по послеуборочной обработке зерна в условиях сельского хозяйства, свидетельствуют о том, что в основном для межоперадаонного транспортирования зерна в поточных линиях по послеуборочной его обработке используются вертикальные ковшевые нории, скребковые и шнековые конвейеры. Обобщение результатов испытаний норий на государственных машиноиспытательных станциях (МИС) в составе зерносущкльных отделений на различных зерновых культурах, свидетельствует о том, что работа их в соответствии с инструкциями по эксплуатации обеспечивает уровень дробления зерна не более 1%. Шнековые и скребковые конвейеры и самотечные зернопроводы являются основными источниками травмирования зерна. Определено, что величина травмирования зависит от конструкции конвейеров, угла установки их при эксплуатации, режимов работы, зазора между кожухом и др.. Результаты изучения качества зерна после прохождения его через самотечные зернопроводы позволяют заключить, что на уровень травмирования влияют длина зернопровода, угол его установки, количество соединений, переходников, колен и других элементов самотечного транспорта.

Анализируя работу поточных линий (ЗАВ и КЗС), базой для которых является «классическая» технологическая схема послеуборочной обработки зерна, автором было установлено, что данная схема при реальных условиях уборки урожая н существующих приемнике зернового вороха и предварительной его очистке, не может компенсировать даже суточную неравномерность поступления зернокомбайнового вороха на обработку, не говоря уже о сезонной. При этом определено, что не менее важной задачей для стабильной работы такой линии является агсжение пиковых нагрузок на сушильную технику и более равномерное распределение их.

Проведенные исследования показали, что при совершенствовании поточных линий необходимо, обеспечить их работу на комбайновом зерновом ворохе повышенной влажности (более 22%), снизить долю неиспользованных отходов в фуражной фракции, уменьшить уровень потерь (до технически неизбежных 1,5%) и травмирования (до 1 %) зерна, а также повысить технико-эксплуатационные показатели. Все отмеченное в совокупности возможно реализовать за счет выделения из вороха на стадии предварительной очистки мелких сорных примесей и фуражных отходов, увеличения суточной производительности линии за счет установки в нее накопителей предварительно очищенного зерна до и после сушки, выполняющих несколько технологических процессов (дозаривание, стабилизацию по температуре н влажности зерна, отлежку и охлаждение фракции зерна по назначению и т.д.).

В третей главе, «Исследование фшико-технолгогических свойств зернокомбайнового вороха» приведены результаты лабораторных исследований влияния влажности зерна пшеницы на угол естественного откоса и выведены уравнения регрессии для расчета величины этого угла, а также обоснованы формы бунта зернового вороха, получаемого при самосвальной выгрузке,

В результате лабораторных исследований на установке конструкции ВИСХОМ и обработки экспериментальных данных по изучению влияния влажности на угол естественного откоса зерна, получены уравнения регрессии

-для скорости истечения зерна из лабораторного бункера

Уи = 1,29Р°'2\ м/с; (I)

- для угла естественного откоса зерновой массы

а = 11,6 + 1,68*У„ ~ 0,02\У*, град, (2)

где ~ исходная влажность зерна, %; Уи - скорость его истечения из бункера, м/с; Р- площадь истечения, м*. Зависимости (I) и (2) в последующем были использованы при расчетах наклонных плоскостей приемника зернового вороха, при выборе углов наклона зернопровода и разгрузочных конусов накопительных емкостей.

С целью выявления возможности повышения эффективности работы приемника комплексов КЗС были проведены исследования угла естественного откоса свежеубран-пых зерновых материалов (пшеница, рожь, ячмень я овес) и формируемых смесей из сухого и влажного зерна. Последние получали путем смешивания, искусственно увлажненного или свежеубранного зерна с кондиционным (14%). Смеси составлялись в соотношении сухого к влажному и, наоборот, влажного к сухому. При этом зерновая масса формировалась влажностью 14, 20, 25, 30, 35 и 40% с отклонением ±0,5%.

Искусственное увлажнение зерна проводили по общепринятой методике. Зерновая масса влажностью 14% получалась с помощью сушки.

Результаты исследований позволили определить, что при уборочной исходной влажности 32...36% (рис. 1, кривая 1) зерновые материалы имеют выраженный максимум угла естественного откоса, который находится в пределах 41...44 градусов. Добавление к влажному зерну сухого позволяет снизить величину этого максимума (кривые 2...5). Причем, при исходной влажности зерна около 40% и соотношении сто с сухим (14%) более 1:2 позволяют стабилизировать угол а для пшеницы, ржи, ячменя на уровне 34 градуса, а овса - 31. Отклонения от этих значений составили не более ± 1 градуса. Данная серия опытов показала, что перед поступлением на обработку зерноком байнового вороха влажностью более 22%, завальную яму (приемник) комплексов КЗС можно предварительно на 1/3 объема, заполнить кондиционным по влажности (14%) зерном. Этот прием обеспечивает некоторое повышение эксплуатационных возможностей приемников КЗС, но не устраняет присущие им недостатки (см, стр. б).

а,

•>0 Л 30

1 м

**

Ю К а. грев

га

«

30 Л <*и,'Л

а, «О

!В

__ ---

✓ * 'И

« «

/ и

№ »__

А

>5 га и

т 9)

» У*н.'/.

Рис. 1. Изменение угла естественного откоса а зерновой массы пшеницы (д), ячменя (б), овса (в) н ржи (г) в зависимости от исходной влажности И'к н концентрации зерносмеси:

коыигктрадия згрносмеск: — влажного к сухому: 1-1:0; 2- 1:2; 3-1:3,1:4,1:5; — сухое к влажному: 4- 1:2 ,1:3; 5 -1:4, 1:5

Фюико-технологических свойства зернокомбайнового вороха изучали по форме бунта, получаемого при самосвальной разгрузке прицепа автомобильного «Сармат». В нашем случае наибольший интерес для разработки приемника зернокомбайнового вороха, представляла боковая разгрузка прилепа. В результате геометрических измерений формы сваленного на площадку вороха, была составлена осредненная схема образуемого бунта (рис. 2).

Результаты исследований позволили получить расчетную модель бунта. Она включает в себя несколько отличающихся друг от друга объемов, которые имеют ярко выраженные точки перехода между собой, В этом случае полный объем (Уе) бунта определяется суммой отдельных объемов

У,=У1+Уг+Ул+У4+У,. (3)

После преобразования слагаемых в зависимости (3) с учетом значений У/, У}, У3, У*, Уs получено

(1г} -Н)- ¡1,(1, -1,) + М$ + /«,/,]+ Ы41, (4)

где В - ширина бунта, м; А, Л*, Из, Н} - соответственно высоты отдельных объемов, м; I, ¡и /л Ь, 1*1*-соответственно длины отдельных объемов, м.

Рис. 2. Схема бунта зернового вороха после разгрузки прицепа «Сармат»

I.. .5 - номера объемов; ————- осредленные результаты замеров; ~ ~~~ расчетная форма бунта

Результаты проведенных исследований, были использованы автором при разработке конструкции универсального приемника для зернокомбайиового вороха и других малосыпучих сельскохозяйственных материалов. Исходными значениями для расчета приемника являются: длина самосвального прицепа — 8 м и масса зернокомбайиового вороха в нем — 15 т. В конструкцию приемника заложены: подвижное днище, автономная эксплуатация и обслуживание, технологическая связь с последующими техническими средствами поточной линии.

В четвертой главе, «Аналитические исследования процессов а исходные параметры для расчета технических средств поточной линни», приведены результаты исследований по обоснованию пропускной способности приемника зернокомбайиового вороха, методики расчета его рабочего объема, методы расчета работы приемника в поточной линии и методика определения вместимости компенсирующих емкостей перед зерносушилкой.

На основе данных, полученных при осложненных в период уборки погодных условиях, был сформулирован принцип расчета пропускной способности приемника зер-нокомбай нового вороха, а также основные требования к нему. При этом учитывалась отличительная особенность рассматриваемого региона - стабильные размеры и структура посевных площадей, что характерно для Нечерноземной зоны РФ. При этом расчетная производительность приемника определялась по зависимости A.B. Авдеева

G ■ КG G • KG

П = —-= —£-т/ч f5i

яр г (I 5)-r ' '

'рас Гд^д

где Gg - суточное поступление зернового вороха, т; KG - коэффициент неравномерности поступления суточного сбора урожая; т^ и г^п - соответственно время обслуживания поточной линии расчетное и минимальное, ч, которые связаны зависимостью

(б)

Принимая во внимание опыт эксплуатации отечественных зернотоков и зарубежных послеуборочных технологических линий, для надежной работы приемника, выбран некоторый запас его производительности, т.е. рабочая пропускная способность составляет

П'лр = КЛпр, (7)

где К - коэффициент запаса пропускной способности (принят в пределах 2...6: меньший предел для производительности 20 т/ч и выше, больший предел - 5 т/ч и ниже). Тогда, расчетная пропускная способность приемника в общем виде определяется по формуле

Пяо=К -- ' """, -Т/ч, (8)

где — минимальный сбор урожая по хозяйству, т; 6' и (7 — соответственно

1ЛП й лщ

минимальное и максимальное суточное поступление зернового вороха на обработку, т; Г„, Т„ Тр - соответственно нормативное время уборки, ч; продолжительность и количество рабочих дней уборки.

Нами определено, что при предварительной обработке зернокомбайнового вороха имеет место в основном три фактора, влияющие на нестабильность работы линии; интенсивность поступления, влажность и засоренность исходного материала. Анализ возмущающих воздействий на неравномерность поступления вороха, при различном времени усреднения показывает, что неравномерность увеличивается по мере уменьшения времени усреднения Д/. Среднее квадратичное отклонение интенсивности поступления резко увеличивается по экспоненциальному закону по мере уменьшения Д/ (рис. 3, кривая сг(). Определено, что при времени усреднения более 30 минут сг?1 - 3

п

т/ч, а при Д*= 1 мин, - а~я. = 14,3 т/ч, В общем случае эту закономерность можно аппроксимировать зависимостями

•е ,т/ч,

где

а<тах =-7е-*р

(9)

(10)

где Утр — вместимость транспортных средств, т; Ср — время их разгрузки ч; Л - постоянный параметр; Чш^ — средняя интенсивность поступления зернового вороха от комбайнов, т/ч,

тМ

ю

Рис. Взаимосвязь среднеквадратичного отклонения ег^ с максимальным д, часовым поступлением вороха на обработку от времени усреднения

(квантования)Л

В зависимости (10)

где и*, А* — соответственно производительность каждого комбайна, т/ч; их количество, шт., и коэффициент одновременности их работы; Аи - отношение зерна к соломе. Тогда максимальная интенсивность поступления вороха определяется из выражения

\*р у

е'^.Г/Ч.

(И)

Здесь г, - величина, зависящая от закона распределения интенсивности поступления зернокомбайнового вороха.

Приемник линии должен принять весь ворох (>„, т.е. имеем

При увеличении времени усреднения от нуля до больших значений (Л—то) про-

V

изводктельность поточной линии уменьшается от максимального значения —1К. до

средней интенсивности поступления (], , а емкость приемника увеличивается от нуля

ф

до значительных величин (бесконечности). В этом случае, уравнения (11) и (12) удовлетворяют граничным условиям. Оптимальная величина Леям определяется с учетом зависимостей на рис. 3. Совместный анализ этих зависимостей и уравнений (11) и (12) показывает, что при времени усреднения более 10 минут значения сг^ и практически не меняются. При времени усреднения менее 2-х минут, резко возрастает ■

В этом случае, время усреднения должно находиться в интервале между 5 и 10 мин.

Одно из требований, сформулированных нами к приемнику зерпокомбайнового вороха, предусматривает возможность работы его с транспортными средствами при различных способах самосвальной разгрузки. В этом случае при постоянстве ширины приемника В1 площадь £ поперечного сечения его по длине принята переменной для вороха повышенной влажности. Лимитирует эту площадь объем вороха, поступающий от самосвальных машин или транспортного прицепа. Тогда переменный объем приемника У„р можно представить функцией

где а/- угол поворота шарннрно закрепленной части днища приемника.

Из расчетной схемы (рис. 4) видно, что трузонесущая поверхность приемника состоит из трех частей. Центральной (подвижное днище), стационарной /„ и двух шарнирных а. При установке составных частей горизонтально (Я/ = 0), наибольшая площадь поперечного сечения приемника будет

При подъеме шарнирных частей днища приемшжа на 90 град, (а/ = 90 трэд.) наименьшая площадь поперечного сечения приемника будет

<13)

(14)

$т1я — К ' 9 •

В соответствии со схемой рис. 4, при О < «/ <90° получаем S, = а ■ sin а, - {а'Cosa, +/„), S3 = b-cosa, -(а-cosci] +1я+2-Д3),

(15)

(1б)

1 - вертикальная стенка; 2 - поворотная часть дниша; 3 - подвижная часть днища; 4 - гидроцшшчдр; 5 - шарнир

Зависимости (16) и (17) позволяют расчетным путем по формуле (13) определить объем приемника и значения его конструктивных параметров.

Из практики эксплуатации КЗС и ЗАВ известно, что эффективным методом для организации поточной послеуборочной обработки зерна является временное хранение предварительно обработанного урожая на токах хозяйств в бунтах, складах, хранилищах н тд,. В этом случае было принято, что эксплуатация подсистем временного хранения и сушки должна рассматриваться совместно. Причем, согласно наших исследований поступление зерна, требующего сушки, аппроксимируется графиком в виде трапеции. Основными характеристиками такого графика (рис. 5) являются: интенсивности поступлення зернокомбайнового вороха Ц, за периоды времени и І3, соответственно, наращивания, стабилизации и снижения

интенсивности уборки при общем времени уборки урожая - І0 = + Іг + І3.

Если ~ /¡(І) - функция поступления комбайнового вороха на послеуборочную обработку, + /(23 = Хз(~ функция сушки цк и предварительно і очищенного высушенного О, зерна, то поступившая, но не прошедшая предварительную очистку масса вороха, может быть определена из уравнения

О»)

о в

где їм — соответственно поступление зернового вороха и производительность сушилки, т/ч; / - показатель интенсивности сушки зерна при временном хранении (принято активное вентилирование), ч'1; О, — масса предварительно очищенного высушенного зерна при временном хранении, т.

її

Рнс. 5. Расчетный график необходимого соотношения вместимости системы временного хранения урожая и производительности зерносушилки за бесперебойный период ее работы и

Максимальное поступление такого вороха во времени определяется зависимостью

во о

(19)

При решении уравнение (] 9), можно получить вместимость системы временного хранения

Решение данной задачи упрощается при допущении, что производительность сушилки во времени от до 1П изменяется линейно по прямой АД (рис.5). Тогда в точке Д общая производительность процесса сушки равна

Чс = <Лг т/ч.

(20)

В этом случае вместимость системы временного хранения равна площади многоугольника АВСД, т.е.

Если правая часть уравнения (21) имеет размерность в плановых тоннах, то и левую часть следует привести к такой же размерности. Для этого достаточно

вместимость в тоннах умножить на переводной коэффициент функции приведения =/(№), отражающая исходную влажность IV зерна до сушки, т.е.

(22)

Из уравнения (22) с учетом зависимости (21) получено

Зависимость (23) позволяет исходя из интенсивности поступления зернокомбайнового вороха производительности зерносушилки сроков и периодов уборки // и урожая определить массовую вместимость

компенсирующих емкостей для предварительно очищенного зерна.

В пятой главе, «Эксплуатационные исследования основных параметров зериообрабатывающей поточной линии». Приведены результаты эксплуатационных исследований по изучению устойчивости работы системы приема и предварительной очистки зернокомбайнового вороха, временного хранения и охлаждения зерна в вентилируемых металлических силосах и влияния работы шнековых и скребковых конвейеров на энергопотребление.

Опытами по выявлению влияния влажности IV зернового вороха на интенсивность его поступления на зерноток (АО «Городище» Веневского района Тульской области) определена (рис, 6) линейная зависимость между этими факторами. Статическая обработка опытов позволила получить уравнение регрессии вида

Ч, = 36-{ЗЯ-1У). (24)

Яе> т/сутки

500 ■400

хо

МО 100 о

Н 18 18 20 22 24 26 38 30

IV, %

Рис. 6. Зависимость интенсивности поступления зернокомбайнового вороха с полей от его влажности (У

Коэффициент корреляции г,ж = 0,78. Из зависимости (24) видно, что снижение влажности УУ исходного материала может способствовать повышению производитель-

ности сушилки дж. Согласно зависимости (23) это приведет к сокращению массового объема Цб системы временного хранения предварительно очищенного зерна.

Кроме этого установлено на 14% увеличение неравномерности выхода отходов при предварительной очистке вороха влажностью менее 18%, а при его влажности 18... 22%, замечено более равномерное (±5%) поступление материла из приемника в приемную норию и на машины предварительной очистки. В результате эксплуатационных исследований было определено, что система приема и предварительной обработки вороха, при наличии в ней компенсирующих вентилируемых емкостей, позволяет значительно повысить устойчивость работы этой системы и сгладить неравномерность поступления зернового материала на обработку.

Изучение процессов временного хранения и охлаждения зерна после сушки в компенсирующих в металлических вентилируемых силосах с вертикальной и радиальной раздачей воздуха в зерновой массе позволило определить, что временное хранение зерна в них в течении десяти дней не снижает качества зерна. При этом в силосе с вертикальной раздачей воздуха удельный его расход составлял 60 м7ч*т, а при радиальной раздаче - до 400 м'/чт. Выявлено, что охлаждение зерна после сушки более эффективно и интенсивно происходит в силосе с радиальной раздачей воздуха в зерновой массе. Так, согласно исследований интенсивность охлаждения зерна в таком силосе составила 0,55аС/ч, а в силосе с вертикальной продувкой - 0,05°С/ч, т.е. в 11 раз меньше. Полученные результаты позволили рекомендовать, при переводе в зерносушилке зоны охлаждения в зону сушки процесс охлаждения зерна осуществлять в емкостях с радиальной раздачей воздуха, например, БВ-40В.

Оценка влияния работы шнековых и скребковых конвейеров (производительностью 22 т/ч) на энергопотребление показала, что при работе шнекового конвейера удельная потребляемая им энергоемкость зависит от частоты вращения пера шнека и имеет минимальные свои значения в диапазоне п — 350. ,.650 обУмин. (рис. 7). При этом установлено, что минимальная удельная энергоемкость для меньших значений отношения шага витка шнека к его диаметру (5ЛЗ) имеет смещение в сторону большей частоты вращения витка.

Рис. 7. Зависимость удельной энергоемкости W^ от частоты вращении и н отношения шага к диаметру витка S:D шнекового конвейера

S- 150 мм

Щ? S:D-0,S

1

100

При эксплуатации горизонтального скребкового конвейера (производительностью 32,4 т/ч) установлено, что шаг скребков от 76 до 752 мм практически не влияет на его энергопотребление. При эксплуатации данного конвейера под углом 40 градусов изменение шага скребков от 76 до 225 мм привело к увеличению потребляемой мощности с 0,85 до 1,88 кВт, т.е. более чем в 2 раза.

Проведенными исследованиями определено, что в технологических поточных линиях более экономично, по отношению к скребковым конвейерам, эксплуатировать шнековые, т.к. они при одной и той же производительности потребляют в 2,5 раза меньше электроэнергии.

В шестой главе, «Практическая реализация п технико-экономическая эффективность результатов исследований. Перспектива использования поточной послеуборочной обработки зериокомбан нового вороха». Результаты проведенных исследований, позволили, при участии автора разработать, технологическую поточную линию (рис, 8) для хозяйства производителя зерна и семян ЗАО «Колхоз Уваровский» Можайского района Московской области.

Рис. 8. Технологическая схема поточной линии зерно пункта ЗАО «Колхоз «Уваровский» для послеуборочной обработки продовольственного и семенного зерна

Данная линия представляет собой стационарный зернопункг, работа которого заключается в следующем. Материал из приемника зернокомбайнового вороха направляется на машину предварительной очистки, после которой отходы попадают в соответствующий бункер, а очищенное зерно в два бункера активного вентилирования БВ-40А, где оно накапливается, проходит дозаривание и термовлажностную стабилизацию перед сушкой. Из бункеров БВ зерно поступает в сушилку С-20, а после нее в другие два буккера БВ, где оно накапливается перед дальнейшей обработкой, проходит отлежку и термовлажностую стабилизацию, а в зависимости от технологической схемы работы сушки («классическая» ели при переводе зоны охлаждения в

сушильную) и охлаждение зерна. Для получения зерна продовольственного или семенного назначения, первое, при необходимости, обрабатывают на машине первичной очистки, а второе, дополнительно, на машине вторичной очистки (триерный блок). В эксплуатацию зернопункт был введен в 2003 году. Два уборочных сезона эксплуатации зернопункта подтвердили правильность разработанных методик расчета основных технологических систем и технических средств, способствующих поточной послеуборочной обработке зернокомбайнового вороха влажностью более 22% (табл.).

Таблица.

Результаты работы системы временного хранения н сушки на предварительно очищенном зерне пшеницы продовольственного назначения (зона охлаждение переведена в сушильную)

п/п Показатели Ел, изм. Вием* хронометража

10" II" 12» 13м 14м 16" 18"

1. Температура воздух», термометр; сухой влажный •с ПЛ 14,3 17,6 14,3 18,4 14.7 19,1 21,0 15,8 20,4 15,3 18,3 14.6

2. Влажность зерна; досушки после сушки после охлаждения в бункере БВ-40А % 24,3 15,2 14.0 24.0 15.1 13.9 32Д 16,7 14.1 33,0 16,4 14.0 27,« 15.« 13.8 27,6 13,8 13,6 27,4 16,1

3. Температура агента сушки •с 90 90 83,4 89 90 90 90

4. Температура зерна: до сушки после сушки после охлаждения в бункере ВВ-40А *С 22,3 46,0 13.7 22,4 46.0 23.7 19,6 39,6 22,4 19,6 42,1 21,6 22,3 45,0 24,7 22,0 44,6 24,8 22,0 44,3

5. Пропускная способности супники по сырому зерну т/ч 11.3 18,3 12.6 12,6 14,1 14,1 14,1

6. Всхожесть зерна: досушки после очлаэиенля •л 94 56 94 94 82 91 80 91 »2 87 82 82 84 85

Система приемника и машин предварительной очистки зернокомбайнового вороха работала стабильно, даже при влажности исходного материала до 33%, обеспечивая пропускную способность системы на уровне работы сушилки по «классической» схеме, что подтверждает результаты исследований, где приведены материалы по изучению устойчивой работы такой системы на ворохе высокой влажности.

Технико-экономическими расчетами определено, что абсолютная эффективность от эксплуатации этой поточной технологической линии для послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха (зернопункта) составляет 2 738,1 тыс. руб. Капитальные вложения, при эксплуатации линии на зерновом ворохе повышенной влажности (более 22%), окупаются практически за три сезона уборки урожая.

Результаты проведенных исследований, данные расчетов и экспериментальных работ были переданы и использованы предприятиями ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров) и «СКВ по сушилкам «Брянсксельмаш», как дополнения к инструкциям по эксплуатации и при корректировке конструкторской документации на поточные линии и технические средства (бункер Б8-40А, нория НЛД-160, сушилка С-20 и т.д.). С 2004 года, предложения автора по эксплуатации технических средств для поточный линий по послеуборочной обработке зернокомбайнового вороха вошли в рабочую и сопроводительную документацию, позволяя увеличить диапазон работы этих линий с 20% исходной влажности вороха до 33%.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния технологии и уровня механизации послеуборочной обработки комбайнового зернового вороха в АПК России показывает, что обработка вороха повышенной влажности (более 22%) поточно практически не осуществляется на серийных пунктах типа КЗС и ЗАВ. Это объясняется их ограниченными технологическими возможностями, в том числе из-за используемой в качестве приемного устройства завальной ямы, а также недостаточной изученностью свойств такого вороха.

Зарубежный опыт для решения данного вопроса не может быть использован в полной мере из-за значительного отличия условий уборки в США и европейских странах, где повышенная влажность комбайнового зернового вороха встречается крайне редко. В связи с изложенным сформулированы основные задачи исследований.

2, Нашими исследованиями подтверждено, что комбайновый зерновой ворох повышенной влажности относится к малосыпучим сельскохозяйственным материалам. Установлено также, что физико-технологические свойства зернокомбайнового вороха повышенной влажности (более 22%) можно улучшить путем смешивания его с кондиционным (сухим) по влажности зерном. При этом увеличение объема сухого зерна к влажному в смеси пшеницы, ржи и ячменя более 1:2,5, а овса 1:3, мало влияет на изменение сыпучести зерновой массы. Полевыми опытами определено, что автомобильный прицеп «Сармат», при боковой самосвальной разгрузке зернокомбайнового вороха повышенной влажности образует бунт с пятью неразрывными объемами различной высоты. При этом средняя длина буна составила 9,2 м, а максимальная высота - 2,3 м. На основе этих показателей, а также с учетом свойств вороха и опыта эксплуатации приемных бункеров хартофеяееортировальных пунктов, имеющих подвижное дно, автором разработана конструкция приемника для зернокомбайнового вороха повышенной влажности,

3. Обобщепие результатов испытаний и изучение работы межоперационных транспортирующих средств в зерноочистительно-суш ильных агрегатах и комплексах показали, что, при эксплуатация вертикально ковшевых норий, величина травмирования и повреждений зерна от использования их может иметь минимальные значения (до 0,01%). Основное влияние на травмирование зерна в шнековых конвейерах оказывает частота вращения витков шнека. В скребковых конвейерах повреждение зерна зависит от влажности и кратности его пропусков через конвейер. Из общего количества травмированных семян, прошедших послеуборочную обработку на известных поточных линиях, на долю зернопроводов приходится от П до 25%, Экспериментально определено, что в технологических поточных линиях более экономичнее по отношению к скребковым конвейерам, устанавливать шнековые конвейера, потребление электроэнергии которых в 2,5 раза ниже. Сокращение длины зернопроводов с 30 м до 6 снижает количество травмированного зерна в б... 11 раз.

4, Решающим фактором обеспечения машинной послеуборочной обработки комбайнового зернового вороха является применение технологий на основе систем «приемник — предварительная очистка» вороха и «временное хранение — сушка» очищенного зерна, с использованием накопительных систем в пункте обработки. При этом теоретически установлено, что оценку уровня совместимости эксплуатации этих систем можно определить суммарной вместимостью О, вороха приемников и предварительно очищенного зерна накопительными емкостями. Расчет проведен с

учетом функции ц,(г), относящейся к сезонному производству зерна и суточному поступлению вороха соответственно за период уборки. При этом в соответствии с поступлением вороха за сезон уборки и зерна, требующего сушки, на зерноток график работы поточной линии имеет вид трапеции.

5. Установлено, что пропускная способность приемника комбайнового вороха повышенной влажности прямо пропорционально зависит от минимального валового сбора урожая, максимального поступления вороха на обработку в течение суток и продолжительности периода уборки, и обратно пропорционально от количества уборочных дней, нормативного времени уборки, минимального поступления вороха на обработку в течение суток и максимального времени работы транспорта при перевозке вороха от комбайнов. При этом, на основании экспериментальных исследований серийных поточных линий неравномерность объемов сбора урожая определена в пределах от 1,5 до б, обслуживания транспортом - от 1,0 до 5,0, суточного поступления вороха-от 1,0 до 10 и запаса пропускной способности от 2,0 до 6,0.

6. Изучение в хозяйственно-полевых условиях функционирования усовершенствованной нами технологической поточной линии и разработанных опытных систем «приемник - предварительная очитка» комбайнового вороха и «временное хранение — сушка» предварительно очищенного зерна, в т.ч. повышетюй влажности, при эксплуатации сушилки по «классической» схеме и при переводе зоны охлаждения в сушильную, показало, что оба варианта работы поточной линии обеспечивают надежное и эффективное выполнение технологического процесса при обработке исходного вороха. Показатели работы, полученные в хозяйственных условиях, подтверждают основные положения проведенных исследований, обеспечивая доведение влажности зерна до кондиционной. Так при «классической» схеме работы максимальная влажность зерна в ворохе достигала 22%, а при переводе зоны охлаждения в сушильную — 33%.

7. Анализ показателей экономической эффективности эксплуатации поточной технологической линии для послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха в хозяйстве ЗАО «Колхоз Уваровский» Московской области, Можайского района в течение двух сезонов уборки показывает, что включенные в ее состав технические средства обеспечивают получение положительного результата по критерию балансовой прибыли (срок службы 10 лет), при этом абсолютная эффективность составляет 2 738,1 тыс. руб.. Капитальные вложения, при эксплуатации линии на зерновом ворохе повышенной влажности (более 22%), окупаются практически за три сезона уборки урожая.

8. Результаты проведенных исследований, полученные данные расчетов и экспериментальных работ использованы предприятиями ЗАО «Агропромтехника» (г. Киров) и «ОКБ по сушилкам «Брянсксельмаш» в инструкциях по эксплуатации и при корректировке конструкторской документации на поточные линии и зерносушильную технику, С 2004 года результаты разработок автора по эксплуатации технологических средств поточных линий по послеуборочной обработки зернокомбайнового вороха повышенной влажности, вошли в сопроводительную документацию, позволяя увеличить диапазон работы таких линий с 20% до 33% исходной влажности вороха.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Снижение повреждения зерна транспортными средствами технологических линий И Сб. докл. и статей юбилейной научной конференции посвящ. 80-летию

специальности «Технология хранения и переработки зерна». - М.: Изд. МГУПП, 2002, с. 39-41 (соавторы Авдеев A.B., Тухватулшш М.М. и др.).

2. Травмирование зернового материала различными типами транспортеров // Сб. науч. докл. Всероссийской научн.-техн. конф. «Молодые ученые Сибири». Кинематика, динамика, прочность машин н механизмов; проблемы автомобатьного транспорта; технология машиностроения. - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2003, с. 137-138.

3. Классификация и элементная база бестарных зернохранилищ // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №10, 2003, сЛ5-38 (соавторы Авдеев A.B., Левков Л,Э. и др.).

4. Влияние конструктивных параметров скребкового транспортера на эксплуатационные показатели // Известия ТулГУ. Серия. Проблемы сельскохозяйственного машиностроения. Вып. 1. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - стр. 153-158 (соавторы Борисов A.M., Авдеева АЛ.).

5. Влияние влажности зерновых материалов на угол естественного откоса.// Тракторы и сельскохозяйственные машины, №4, 2004, с.30-32 (соавторы Авдеев A.B., Авдеева АЛ. и др.).

6. Энергопотребление шнековыми и скребковыми транспортерами при поточной обработке зерна,// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 4-й Международной научно-технической конференции. Часть 2. - Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2004. - с. 193-198 (соавторы Косарев A.B., Авдеева A.A.).

7. Влияние параметров шнекового транспортера на эксплуатационные показатели // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №6, 2004, с,4б-48 (соавторы Борисов A.M., Авдеева A.A. и др.).

8. Охлаждение и хранение зерна в металлических сил осах// Тракторы и сельскохозяйственные машины, №9, 2004, с.36-39 (соавторы Левков Л.Э., Авдеева A.A. и др.).

9. Приемное отделение линии для зерновых и мелкодисперсных материалов7/ Тракторы и сельскохозяйственные машины, Wall, 2004, с.5б (соавторы Авдеев A.B., Каленов С.Э. и др.).

10. Совершенствование технологических линий для послеуборочной обработки зерна // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №1, 2005, с.

Зак. 38.

Объем 1,25 п. л.

Издательство МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

Тир. ЮОэст.

Л £5/, Мсф<Г.?*. /СкГЛУ/Гу ¡ '

^ éi? ЗАс-r - MA irr ^

/ / '