автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса протравливания посевного зерна в устройствах камерного типа

005005334

Опиев Олег Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОТРАВЛИВАНИЯ ПОСЕВНОГО ЗЕРНА В УСТРОЙСТВАХ КАМЕРНОГО ТИПА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

- 8 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград 2011

005005334

Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО АЧГАА).

Научный руководитель - доктор технических наук профессор

Богомягких Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

ведущий научный сотрудник Тищенко Михаил Алексеевич

доктор технических наук профессор Забродин Виктор Петрович

Ведущая организация - Федеральное государственное учреждение

«Северо-Кавказская государственная машиноиспытательная станция», г.Зерноград

Защита состоится «28 » декабря 2011г. в [2 час. на заседании диссертационного совета ДМ 220.00101 в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (АЧГАА) по адресу: г.Зерноград Ростовской области, ул.имЛенина, 21, ауд. 201, корпус 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан «24 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор

Н.И.Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Известно, что семена зерновых культур являются продуктом питания не только для человека, но и для всевозможных болезней, грызунов и различного рода вредителей сельскохозяйственных культур. Поэтому перед посевом они должны протравливаться.

Протравливание посевного материала должно быть экономически выгодным и экологически безопасным.

Одной из основных задач протравливания зерна является улучшение его всхожести.

Протравливание зерна осуществляется специальными машинами или устройствами. Однако они недостаточно обеспечивают равномерное распределение средств защиты по поверхности семян и сложны по конструкции, а также допускают травмирование семян.

На сегодняшний день существует проблема разрешения противоречия между необходимостью в совершенствовании процесса протравливания семян зерновых культур и уровнем научных знаний о нем и его реализации в сельском хозяйстве.

Поэтому тема диссертационной работы актуальна как с теоретической, так и практической точек зрения.

Цель работы - повышение качества посевного зерна путем совершенствования процесса его протравливания в устройствах камерного (закрытого) типа.

Объект исследования - процесс подачи зерна в камеру смешивания и равномерное нанесение на его поверхность средств защиты.

Предмет исследования - закономерности изменения взаимосвязей факторов, влияющих на качество зерновок при их протравливании защитными препаратами в устройствах камерного типа.

Методы исследования включали аналитическое описание процесса, экспериментальные исследования. Использовались методы математической статистики, основные положения механики сыпучих тел, многофакторный эксперимент, современные методы оценки качества посевного материала.

Научную новизну работы представляют: математическая модель бессводообразующего истечения семян из бункера-дозатора на распределительный конус устройства; зависимости распределения семян в камере протравливания от величины их подачи и параметров распределительного (конусного) устройства; зависимости качества протравливания и полноты протравливания семян от параметров распределительного устройства и производительности протравливателя камерного типа.

Л/

Практическую ценность представляют: технологическая схема процесса протравливания семян, его параметры и режимы протекания; методика инженерного расчета протравливателя камерного типа.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования внедрены в хозяйствах: СПК «Новая победа» Яшалтинского района республики Калмыкия, ОАО «Племзавод Сухотинский».

Апробация работы: Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО АЧГАА (г.Зерноград, 2009-2011 гг.).

Публикация результатов: Результаты исследования опубликованы в одной монографии (в соавторстве) и шести статьях объемом 1,6 пл., из них две статьи в научных сборниках, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся:

- технологическая схема, параметры и режимы работы протравливателя семян зерновых культур камерного типа;

- теоретические предпосылки процесса протравливания зерна в устройстве камерного типа в зависимости от формы образующей бункера-дозатора, угла наклона распределительного конуса и взаимного их расположения;

- методика инженерного расчета протравливателя семян камерного

типа.

Объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, пять глав, общие выводы, список литературы из 118 наименований, таблиц -11, рисунков - 46 и два приложения.

Основной текст диссертации изложен на 114 страницах машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы, цель, объект и предмет исследований, а также научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Протравливание посевного зерна в свете существующих теорий, технологий и систем машин. Задачи исследований» приведен анализ теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых: Агафонова З.Б., Белоконь А.П., Возняковской Ю.М., Груздева Г.С., Маслова Г.Г., Мечкало АЛ. и др., а также изобретений и патентов глубиной в 30 лет за период с 1980 по 2010 годы. Из этого анализа следует, что наиболее приемлемыми протравливателями семян зерновых культур (как с экономической, так и экологической точек зрения) являются протравливающие устройства камерного (закрытого) типа (рис. 1). Однако, из этого анализа также следует и то, что эти устройства требуют усовершен-

ствования как с точки зрения протекания технологического процесса, так и с точки зрения определения их параметров и режимов работы.

Рисунок 1 - Схема устройства для протравливания зерновок: 1 - бункер-дозатор; 2 - распределительный конус; 3 - корпус (камера);

4 - распылитель (форсунка) рабочей жидкости

Исходя из этого, в диссертационной работе решаются следующие задачи:

- обосновать технологическую схему, параметры и режимы работы протравливателя семян зерновых культур камерного типа;

- разработать теоретические предпосылки процесса протравливания зерновок в устройствах камерного типа;

- разработать методику инженерного расчета протравливателя семян камерного типа;

- дать экономическую оценку результатов исследования.

В основу решения указанных задач положены следующие научная и рабочая гипотезы.

Научная гипотеза. Наиболее полная обработка всей поверхности зерновок может быть осуществлена путем сообщения им вращательного движения при их сходе с распределительного конуса устройства во встречный поток протравителя, создаваемый распылителями.

Н'

и

Рабочая гипотеза. Вращательное движение зерновок при их сходе с распределительного конуса устройства может быть получено за счет периферийной части поверхности распределительного конуса устройства, выполненной в форме логисты с повышенным коэффициентом внешнего трения.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса протравливания зерновок в устройствах камерного типа» на основании известной комбинированной механической модели сыпучего тела профессоров Л.В.Гячева и В.А. Богомягких определена рациональная форма образующей стенки бункера-дозатора семян.

- (Р°~КС\

агсБт I-1)

^-

Н1 = £,- • 1п

(1)

где Ло - входное отверстие бункера-дозатора; 8; - эксцентриситет центра тяжести зерновки; Л, - текущий радиус выпускного отверстия бункера-дозатора; Пх - текущая высота бункера-дозатора.

Предельные производительность и скорость истечения из него семян

* 5 • (я«'5 - К'ЬсX1 - С) ;

= к

У1

V

(2)

Ч,

*Р К2 ' (3)

в

где у, - угол наклона образующей стенки бункера-дозатора к горизонту в плоскости его выпускного отверстия; С - скважность потока семян в долях единицы; Янсв - наибольший сводообразующий размер выпускного отверстия бункера-дозатора; Яв - радиус его выпускного отверстия. -

При этом возможны два варианта функционирования системы «емкость дозатора (1) - распределительный конус (2)» - независимое их функционирование и зависимое их функционирование.

При первом варианте расположения бункера-дозатора и распределительного конуса относительно друг друга производительность бункера-дозатора не связана с пропускной способностью распределительного конуса. В этом случае (см. рис. 1)

Я' > 0,51> • tgy^ и Я' > 0,5 • tga при а = уу (4)

При втором же варианте (зависимом функционировании, Я=0) пропускная способность системы увеличивается по мере возрастания угла а и при некотором его значении расход дпр будет равен расходу при свободном истечении семян, что также нежелательно.

Нормальное функционирование системы будет иметь место при условии дпр.к >длрг , где, соответственно, предельные производительности распределительного конуса (дпр.к) и бункера-дозатора (дп/,г), то есть, когда а>у1.

При этом уравнение образующей распределительного конуса высотой Нк имеет вид

У{-Нк-е х. экспонента. (5)

С целью интенсификации вращения зерновок при их сходе с распределительного конуса периферийную часть последнего (логисту) необходимо выполнять из материала с повышенным коэффициентом трения. Нисходящий поток вращающихся зерновок лучше протравливается рабочей жидкостью, которая распыляется форсунками 4 (см. рис. 1) навстречу потоку зерновок.

При этом, относительная скважность этого потока зерновок выразится зависимостью

С = (6)

»7

где р - насыпная плотность зернового материала;

71 - плотность зерновок.

Окончательно производительность устройства

ст.

где гп - масса зерна, поступающего из бункера-дозатора на распределительный конус устройства;

г - время, за которое поступила эта масса на распределительный конус.

С целью исключения травмирования зерновок о поверхность распределительного конуса скорость его истечения их бункера-дозатора не должна превышать значения, определяемого формулой

V,

2Ь3уг

пР-3

В третьей главе «Программа и методики экспериментальных исследований» приведены технические средства, использованные при проведении экспериментальных исследований: экспериментальная установка для обоснования параметров и режимов работы протравливания семян; типы конусов для распределения семян; компрессор КВ-7,0; секундомер СОП-ГГР2А-ТУ-25-1819-021-90; весы лабораторные ВЛР-20 ГОСТ-19491;

гири ГОСТ-7328-82 2-й класс; линейка ГОСТ-427-75 ±1 мм; редуктор воздушный с датчиком.

Для определения качества протравливания семян использовались газовый хроматограф «Цвет 500М»; аппарат для встряхивания АВУ-1 (ТУ 64-1-1001-73); весы лабораторные ВЛКТ -500 (ГОСТ 19491-74); азот особой чистоты в баллонах с редуктором (ГОСТ 9293-74); ацетон (ГОСТ 2603-79); тритиконазол; воронки для фильтрования стеклянные (ГОСТ 8613-75); колбы конические плоскодонные на 250 мл (ГОСТ 10394-72); колбы мерные на 100 мл (ГОСТ 1770-74); фильтры бумажные «белая лента» (ТУ 6-09-1678-77); цилиндры мерные на 50-100 мл (ГОСТ 1770-74); колонка набивная стеклянная длиной 1м с внутренним диаметром 2 мм, заполненная неподвижной фазой 5% ОУ-17.

Приведены частные методики по определению производительности установки и распределения семян на распределительном конусе; скважности потока семян; углов наклона образующих стенок бункера-дозатора и распределительного конуса; производительности форсунок (распылителей рабочей жидкости); качества протравливания семян; обработки экспериментальных данных.

Кроме того, приведена методика выбора и проведения 2-х факторного эксперимента с целью определения численных значений тех параметров, которые невозможно было проанализировать аналитически - это угол распределительного конуса (а) и производительность установки по зерну (\У).

В четвертой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований процесса протравливания посевного зерна в устройстве камерного типа» дан анализ результатов конструктивных и режимных параметров протравливателя камерного типа. В качестве критерия оптимизации (отклика функции) принята полнота протравливания семян, которая зависит от нормы расхода препарата и обрабатываемого материала.

Получено уравнение регрессии для оценки качества протравливания семян

У, =91,21- 2х, -Зх2-7,24х^ ~ 4,24х22,

где 7/ - процентное значение действующего вещества (полнота протравливания) от заданной нормы, %; х, - угол распределительного конуса (а); х2 - производительность установки по зерну (V/), т/ч.

В результате получено, что максимальная степень обработки семян происходит при угле распределительного конуса а=45° и производительности установки \У=3 т/ч.

График зависимости производительности установки от величины зазора (Ь) между конусом и стенкой бункера-дозатора показан на рисунке 2.

60°/ 45/

/

О 9 18 27 36 Ь» мм

Рисунок 2 - График функции ^=/(7^ при а = 30°, 45°, 60° (пшеница)

Из графика следует, что проектная производительность установки в 5 т/ч может быть достигнута с использованием распределительных конусов, у которых а находится в диапазоне от 60° до 30° при величине зазора Ь от 15 до 30 мм.

Результаты исследований показывают, что площадь распределения конуса увеличивается с увеличением угла его образующей (рис. 3) по параболе.

Рисунок 3 - Зависимость площади распределения (Б) от а распределительного конуса

Из графика также следует, что изменение площади распределения и, соответственно, скважности сходящего с конуса потока семян можно осуществлять изменением угла а конуса при постоянных параметрах бункера-дозатора и постоянном расстоянии И от него. С увеличением угла а конуса среднестатистическая скважность потока семян равна ~28-30%.

При угле конуса 30° сходящий поток семян с конуса практически стабилен и имеет плотность, например, по пшенице р = 770 кг/м3 со скважностью С » 23%.

Анализ данных позволяет отдать предпочтение углу распределительного конуса а = 45°. При этом угле все показатели для обеспечения качества процесса протравливания наиболее благоприятны. Так, скважность потока зерновок при а = 45° на 19,4% лучше, чем при а = 30°. При угле распределительного конуса в 60° все показатели процесса не уступают оптимальному значению угла а = 45°, но повышение скорости скатывания зерновок с поверхности конуса снижает качество протравливания семян (полноту их протравливания), примерно, на 25-35%.

Таким образом, наиболее оптимальные значения углов: у1=45°-50°; а=45° при И от 15 до 30 мм.

Качество протравливания семян также зависит от типа распылителей рабочей жидкости и их установки в камере протравливателя. В исследованиях использован эжекционно-щелевой распылитель. На рисунке 4 показан график зависимости производительности распылителей (^раСп) при 0,15 МПа от высоты (Я) питательной емкости.

Рисунок 4 - График функции Жрасп =/(Н) при 0,15 МПа

Следует отметить, что во всем диапазоне Я изменения качества распыла не наблюдалось, то есть, высота Н геометрического расположения питательной емкости рабочей жидкости относительно распылителей (форсунок) не играет никакой роли.

Зависимость производительности распылителей (^расп) от давления воздуха (Р) при их одинаковой высоте относительно питательной емкости показана на рис. 5.

Рисунок 5 - График функции Жрасп =/(Р) при Н=сот1 относительно питательной емкости

Из графика следует, что в диапазоне давлений от нуля до 0,1 МПа тенденция изменения производительности имеет характер отличный, чем при давлениях от 0,1 до 0,3 МПа. Проведенная оценка качества распыла на давлениях до 0,1 МПа дала неудовлетворительный результат. С увеличением давления улучшается качество распыла и длина его конуса и, следовательно, повышается качество обработки зерновок рабочей жидкости. То есть, диапазон давлений от 0,1 до 0,3 МПа является наиболее приемлемым при обработке зерновок, сходящих с логисты конуса в относительном своем вращении.

Таким образом, функции исследуемых параметров в достаточно высоком интервале варьирования имеют четко выраженные линейные зависимости, позволяющие разработать достоверные практические рекомендации по регулировке и настройке протравливающей установки на стадии ее производственной эксплуатации, что позволяет обеспечить ее высокую эффективность работы и снизить интеллектуальную нагрузку на потребителя.

В таблице приведены данные, показывающие влияние конструктивных и режимных параметров протравителя камерного типа на полноту нанесения рабочей жидкости (препарата) на поверхность зерновок, сходящих с логисты распределительного конуса.

Полнота протравливания семян пшеницы в протравливающем устройстве камерного типа

Конструктивные и режимные параметры установки Показатель качества обработки семян Количество семян, обработанных при данной полноте в относительном объеме, шт.

Полнота нанесения препарата, %

Угол распределительного конуса а = 45°, >У= 3 т/ч 97 100

Угол а 30°, "№=3 т/ч 95 67

Угол а =60°, У/=3 т/ч 96 79

Из таблицы следует, что % полноты обработки оболочки зерновок удовлетворяет агрономическим требованиям посевного материала.

протравливателя камерного типа

На основании результатов исследования в работе предложена методика инженерного расчета устройства для протравливания посевного материала камерного типа. Последовательность этого расчета следующая:

1. Определяется количество распылителей.

2. Определяется производительность установки.

3. Определяется высота бункера-дозатора относительно распределительного конуса.

4. Определяется диаметр камеры протравливания и ее высота.

5. Определяется производительность распылителя.

Для настройки протравливающей установки в работу следует пользоваться разработанной номограммой (рис. 6).

В пятой главе «Экономическая эффективность внедрения в производство протравливателя зерна камерного типа» показано, что при производительности установки 0,67 т/ч, чистый дисконтированный доход составляет 994,5 тыс.рублей, а срок ее окупаемости не превышает 0,4 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате исследований установлено следующее.

'1. Технологическая схема протравливателя семян с конусным распределителем потока и эжекционно-щелевыми распылителями рабочей жидкости обеспечивает надежность процесса и, в среднем, 96% равномерность протравливания зерна при 8 распылителях.

2. Оптимальная скважность потока в 28+30% обеспечивается поверхностью распределительного конуса с углом раствора а=45+50°.

3. Оптимальные параметры полноты и равномерности протравливания семян получены при давлении воздуха в системе, равном 0,15 МПа; расходе раствора рабочей жидкости каждым распылителем 0,67 л/мин при производительности устройства 3 т/ч.

4. Для осуществления бессводообразующего («мягкого») истечения зерна из бункера-дозатора на распределительный конус необходимо, чтобы углы а и у] находились в пределах значений 45+50°.

5. Экспериментальные значения показателей скважности в пересчете на м2 поверхности распределительного конуса согласуются с теоретическими с разницей, не превышающей 5 %, и составили при угле а=30° - 0,22 м2 (площадь рассева семян по поверхности конуса); при угле а=45° - 0,26 м2 и при а=60° - 0,32 м2.

6. Основной качественный показатель - полнота протравливания семян - соответствует исходным агротребованиям при производительности установки в 3 т/ч; норме расхода раствора - 10 л/т и угле распределитель-

ного конуса 45°. При этом, 100 % пропускаемого объема семян обрабатывается с полнотой протравливания равной 96 %.

7. Разработана методика инженерного расчета протравливателя семян камерного типа, основой которой является номограмма, позволяющая определить расход рабочей жидкости, давление воздуха в системе и положение уравнительной емкости распылителей относительно логисты распределительного конуса.

8. Протравливатель семян камерного типа обеспечивает снижение эксплуатационных затрат на 5,65 %, получение чистого дисконтированного дохода 994,5 тыс.руб. при сезонной нагрузке 170 тыс.т обрабатываемых семян при сроке окупаемости 0,4 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Опиев О.И. Определение формы образующей стенки дозатора устройства для обработки семян / О.И.Опиев, А.А.Серегин // Международный технико-экономический журнал. - Москва: ООО «Спектр»,-,2011. -№3.-2 с.

2. Опиев О.И. О рациональной форме образующей распределительного конуса устройства для обработки семян / О.И.Опиев, АЛ.Серегин // Международный технико-экономический журнал.- Москва: ООО «Спектр». 2011. - №4.- 3 с.

Публикации в других изданиях:

3. Опиев О.И. Устройство для обработки семян защитно- стимулирующими веществами / О.И.Опиев, А.А.Серёгин // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. - Вып.1.- 2 с.

4. Опиев О.И. К определению формы образующей стенки дозатора устройства для обработки семян защитно-стимулирующими веществами / О.И.Опиев, А.А.Серёгин, В.В.Серегина // Вестник аграрной науки Дона. -Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010,- Вып.1.- 2 с.

5. Опиев О.И. Влияние скважности сыпучего тела на расходную характеристику дозатора устройства для обработки семян защитно- стимулирующими веществами / О.И.Опиев, В.А.Богомягких, А.А.Серёгин // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010.-Вып.2,- 3 с.

6. Опиев О.И. Экспериментальное определение конструктивных и режимных параметров протравителя семян / О.И.Опиев, В.А.Богомягких,

АЛ.Серёгин // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2011. - Вып.З.- 2 с.

7. Опиев О.И. Устройство камерного типа для обработки зерна / О.И.Опиев, В.А.Богомягких, А.М.Бондаренко, А.А.Серегин.- Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА.- 2011.- 135 с.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 24.11.11. Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 433

РИО ФГБОУ ФПО АЧГАА 347740, Зерноград Ростовской области, ул.Советская, 15.

Диссертация Опиева Олега Ивановича защищена на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01 в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии 27 марта 2012 года.

??

0 1 1^-0/г^и/

Федеральное государственное оюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

(ФГБОУ ВПО АЧГАА)

На правах рукописи

Опиев Олег Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОТРАВЛИВАНИЯ ПОСЕВНОГО ЗЕРНА В УСТРОЙСТВАХ КАМЕРНОГО ТИПА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор

Богомягких Владимир Алексеевич

Зерноград 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение............................................................................................4

1. ПРОТРАВЛИВАНИЕ ЗЕРНА В СВЕТЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕОРИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМЫ МАШИН..............................7

1.1. Краткие сведения о болезнях, травмах и способах обработки зерна колосовых культур протравителями...........................................7

1.2. О характеристиках основных физико-механических свойств зерна пшеницы как дискретного сыпучего материала............................8

1.3. Краткий анализ технических средств для протравливания посевного зерна.....................................................................9

1.4. Некоторые сведения о бункерах и распределительных устройствах... 17

1.4.1. Бункеры......................................................................17

1.4.2. Распределительные устройства.............................................18

1.5. Анализ аналитических исследований процесса протравливания зерна.................................................................................18

1.6. Выводы и задачи исследований................................................22

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОТРАВЛИВАНИЯ ЗЕРНОВОК В УСТРОЙСТВАХ КАМЕРНОГО ТИПА.................................................................24

2.1. Обоснование основных допущений механической модели зернового сыпучего тела.......................................................24

2.2. Теоретические предпосылки исследования дозирующе-распреде-лительной системы протравливателя зерна камерного типа............29

2.2.1. Исследование бункера-дозатора.......................................29

2.2.2. Исследование распределительного устройства...................35

2.3. Особенности схода зерновок с поверхности лотка конического распределителя и их полета навстречу распыленному потоку препарата в закрытой камере протравливателя............................40

2.4. «Стекатель» для разрушения вероятных динамических сводов

в бункере-дозаторе...............................................................50

2.5. Выводы по главе.......................... .......................................51

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................53

3.1. Общая программа и методика исследований..............................53

3.2. Оборудование и приборы для проведения экспериментальных исследований......................................................................53

3.3. Частные методики проведения экспериментальных исследований ....56

3.3.1. Определение свойств зерновок и зернового материала..........56

3.3.2. Определение расхода зернового материала и характера

его распределения на поверхности конуса..........................58

3.3.3. Определение расхода форсунок......................................59

3.3.4. Определение тритиконазола на поверхности зерновки...........60

3.3.5. Определение дальности полета зерновок...........................62

3.4. Методика обработки данных однофакторных экспериментов..........62

3.5. Методика планирования многофакторного эксперимента...............65

3.5.1. Определение наибольшего сводообразующего размера выпускного отверстия бункера-дозатора при динамическом сводообразовании зерновок............................................65

3.5.2. Влияние конструктивных и режимных параметров протравливателя зерна на качественные показатели процесса протравливания............................................................68

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.....................................................................73

4.1. Характеристика зерновых материалов ..........................................73

4.2. Расход зернового материала и характер его распределения на поверхности распределительного конуса.......................................74

4.3. О расходе жидкого протравителя форсунками.............................79

4.4. Качество обработки зерна......................................................79

4.5. Определение наибольшего сводообразующего выпускного отверстия бункера-дозатора при динамическом сводообразовании зерновок...........................................................................

4.6. Влияние конструктивных и режимных параметров протравливателя зерна на качественные показатели процесса протравливания.................................................................90

4.7. Методика инженерного расчета установки камерного типа.............96

4.8. Выводы по главе.................................................................99

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО ПРОТРАВЛИВАТЕЛЯ ЗЕРНА КАМЕРНОГО ТИПА.........100

Общие выводы...........................................................................107

Список использованной литературы.................................................109

Приложения ..............................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Протравливание посевного зерна одна из важнейших и экологически небезопасных операций в сельском хозяйстве. От качественного проведения этой операции во многом зависит урожайность зерновых колосовых и многих других сельскохозяйственных культур. Обработка зерна протравителями необходима для уничтожения возбудителей болезней растений, всевозможных плесеней, стимулирования развития растений и их всхожести.

Обработка посевного зернового материала протравителями, которые в то же время, стимулируют устойчивый «иммунитет» растения к заболеваниям, а озимых культур и к холодам, производится различными установками и устройствами, которые при выполнении основной операции протравливания не должны загрязнять внешнюю среду и быть экологически безопасными для обслуживающего их персонала.

Качественно обработанное зерно считается тогда, когда полная поверхность его зерновок равномерно покрывается протравителем на 100%. Этим качеством, к сожалению, до настоящего времени не обладает ни одна установка и ни одно устройство, как в нашей стране, так и за рубежом. В то же время, процесс протравливания зерна ими часто не совсем экологически чистый.

Указанных недостатков более или менее лишены устройства камерного (закрытого) типа [3,6]. Однако, отдельные элементы этих технических средств, в частности, дозирующе-распределительная система, требуют достаточно глубокого научного обоснования как с точки зрения ее параметров, так и с точки зрения ее режимов работы [5].

Из изложенного следует, что существует социальная проблема несоответствия между уровнем в необходимости совершенствования процесса протравливания зерна и уровнем научных знаний об этом процессе и его реализации в сельском хозяйстве.

Разрешение этого противоречия (несоответствия) - задача актуальная как с научной, так и практической точек зрения.

Цель работы - повышение качества обработки посевного материала путем совершенствования процесса его протравливания в устройствах камерного (закрытого) типа.

Объект исследования - процесс подачи зерна в камеру смешивания и равномерное нанесение на его поверхность средств защиты.

Предмет исследования - закономерности изменения взаимосвязей между факторами, влияющими на качество обработки зерновок при их протравливании защитными препаратами в устройствах камерного типа.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- конструктивно-технологическая схема, параметры и режимы работы протравливателя зерна колосовых культур камерного типа;

- теоретические предпосылки процесса протравливания зерна в устройстве камерного типа;

- методика инженерного расчета протравливателя зерна камерного

типа.

Диссертационная работа включает пять глав.

В первой главе представлен анализ отечественных и зарубежных исследований, связанный с темой настоящей диссертационной работы. Приведены выводы этого анализа и на их основе сформулированы основные задачи исследований.

Во второй главе показаны теоретические предпосылки, на основе которых раскрывается физическая сущность процесса и строятся аналитические структуры, определяющие основные параметры процесса и режимы его протекания. Приводятся основные выводы теоретических исследований.

В третьей главе представлена общая программа и методика исследований, а также частные методики исследований, приборы и оборудование для проведения опытов.

В четвертой главе осуществлен анализ теоретических и экспериментальных данных, показана их адекватность. Приводится методика инженерного расчета устройства. Приводятся выводы.

В пятой главе приведена экономическая оценка эффективности результатов исследований при их внедрении в сельскохозяйственном производстве.

Приводятся общие выводы, литература и приложения.

1. ПРОТРАВЛИВАНИЕ ЗЕРНА В СВЕТЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕОРИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМЫ МАШИН

1.1. Краткие сведения о болезнях, травмах и способах обработки зерна колосовых культур протравителями

Наиболее распространенные болезни, поражающие зерновки колосовых культур - это сетчатая пятнистость, твердая головня, стеблевая головня, пыльная головня, фузариоз и септориоз. Подробно об этих болезнях изложено в работах [43, 48].

Наиболее подвержены заражению зерновки и их зародыши с трещинами и повреждениями от насекомых и грызунов. Систематизация повреждений зерновок подробно приведена в работе [43].

Для предупреждения каждой болезни существует определенный препарат [17] и способ его применения [17].

Способ протравливания зерновок протравителями может быть с увлажнением, когда на зерновку наносят, в частности, суспензию. Способ простой и экономичный, но имеет недостаток, заключающийся в быстром осыпании протравителя в процессе его высыхания.

Полусухой способ - это обработка зерновок растворами препаратов с последующей выдержкой в закрытом объеме. Производительность этого способа невысокая.

При мокром протравливании зерно достаточно обильно увлажняют, затем несколько часов (от 2 до 6 часов) выдерживают («томят») под полотном (брезентом), а затем сушат. Производительность этого способа также невысокая.

При сухом протравливании производят обработку зерновок нанесением на ее поверхность препарата в виде порошка. Способ экологически небезвреден и неэффективен, так как более 50% препарата осыпается с поверхности зерновки.

Так называемый, мелкодисперсный способ обработки зерна - это обработка поверхности зерновки туманом распыленной суспензии. При таком способе нанесения на поверхность зерновки протравителя зерно перед посевом можно длительное время хранить без потери основных свойств протравителя.

При термическом способе обработки зерно сначала выдерживается в воде при температуре от 40° до 50° в течение 2-3 часов, а затем его сушат до полного высыхания. Этот способ, зачастую, применяют при пыльной головне.

Ионизирующий способ (способ ионизирующих излучений) убивая, например, пыльную головню, стимулирует рост растений. Способ эффективный, но относительно дорогой.

Способ протравливания зерна пленкообразующими протравителями эффективен, производителем, хорош при хранении, транспортировке и непосредственно при посеве зерна.

Выбор этих способов и препаратов для них зависит от качества посевного зерна, его зараженности до посева и возможной зараженности в процессе развития растений.

При протравливании зерновок неравномерность их протравливания ( в соответствии с агротехническими требованиями) не должна превышать 20% при допустимом их травмировании не более 0,5 %.

Основными показателями, оценивающими качество обработки зерна, являются: заданная норма протравителя, равномерность его нанесения на поверхность зерновок, степень и прочность прилипания препарата к оболочке зерновок.

1.2. О характеристиках основных физико-механических свойств зерна пшеницы как дискретного сыпучего материала

Для проведения исследований по обработке зерна пшеницы протравителями необходимо знать характеристики основных физико-механических

свойств отдельных зерновок, а также зерновых сыпучих тел, находящихся в граничных условиях (например, в емкости, сосуде, бункере-дозаторе и т.п.).

Для отдельных (дискретных) зерновок необходимо знать их геометрические размеры (ширину, длину и толщину), а также условный их диаметр; фрикционные свойства (углы внутреннего, внешнего и приведенного трения), а также их плотность и влажность.

Для зерновых сыпучих тел, находящихся в граничных условиях, необходимо знать их насыпную плотность, угол укладки (угол давления) зерновок в граничном объеме, угол естественного откоса, угол наклона к вертикальной оси емкости линий скольжения зерновок (в объеме бункера-дозатора).

Кроме того, если это необходимо в соответствии с выбранной моделью сыпучего материала, необходимо знать упруго-прочностные свойства зерновок. Последнее также связано с травмированием зерновок при их обработке в протравливающих установках или устройствах.

Все эти характеристики определяются экспериментальным путем, а если это возможно, то они берутся из справочников или технической литературы.

Указанный комплекс характеристик зерновок и зерновых сыпучих тел - не догма. Он определяется в соответствии со способом обработки зерна и обосновано выбранной конструкцией устройства для реализации этого способа (процесса).

С этой целью проведем анализ существующих установок и устройств, осуществляющих процесс протравливания зерна в различного рода протравителях.

1.3. Краткий анализ технических средств для протравливания

посевного зерна

В сельском хозяйстве для протравливания посевного зерна наиболее широкое распространение получили протравливатели зерна барабанного типа, а также шнековые и камерные протравливатели.

К первым из них относятся «ПУ-ЗА» и «ПС-3000» [6]; ко вторым -«ПСШ-3», «ПСШ-5», «АС-2УМ» [8]; к третьим - «ПС-10», «АПЗ-10», «Мо-битокс», «АПС-4», «КПС-10», «КПС-40» и «ПСК-15» [9].

Все три типа протравливателей используются при сухом способе протравливания зерна порошковидными препаратами со средним их расходом 3-^5 кг/т. Барабанные и шнековые протравливатели часто также используются при полусухом протравливании зерна растворами и суспензиями со средним их расходом от 20 до 30 л/т. При способе с увлажнением используются, как правило, камерные протравливатели со средним расходом препаратов и суспензии от 10 до 12 л/т.

При мокром протравливании зерна суспензиями и эмульсиями с расходом до 100 л/т используются шнековые и барабанные протравливатели.

Протравливатели барабанного типа по своей конструкции очень простые устройства и используются в случае сухих или довольно разбавленных протравителях. Производительность их невысокая и они поэтому используются, как правило, для протравливания зерна небольших партий [48].

В шнековых протравливающих устройствах протравливание зерна происходит в корпусе шнека путем смешивания зерна с протравителями при их перемещении шнеком. Качество обработки зерна в этих устройствах зависит от геометрических параметров шнека (его длины и диаметра), коэффициента заполнения полости кожуха шнека зерном и препаратом, а также времени их смешивания.

Базовым устройством шнекового типа в настоящее время является «ПСШ-3».

Его недостатки - небольшая производительность, низкое качество протравливания, возможность травмирования зерновок [49].

В протравливающей машине «ПУ-ЗА» протравливание осуществляется во вращающемся барабане. Предназначена она, в основном, для сухого, полусухого и мокрого способа протравливания зерна [48]. К недостаткам уст-

ройств такого барабанного типа относятся: неудовлетворительное качество смешивания препарата и обрабатываемого зерна, небольшая производительность, громоздкость и материалоемкость конструкции.

В устройствах камерного типа протравливание зерна осуществляется способом увлажнения путем распыления суспензий на оболочке зерновок, попадающих в поток распыла суспензии. К таким устройствам относятся «ПС-10», «КПС-40», «АПЗ-10», «АПС-4» [39].

К недостаткам этих устройств относятся: недостаточно хорошая обработка зерна препаратом, травмирование зерна в выгрузном шнеке и о стенки камеры протравливания из-за больших оборотов рассевающего диска.

Эти установки являются, в основном, стационарными. Они материало-емки и дорогие по стоимости.

Такие установки используются при больших объемах работ. Многие хозяйства не имеют такого объема посевного зерна. Поэтому из-за высокой стоимости стационарных установок и высокой их энергоемкости, хозяйства часто используют протравливатели менее энергоемкие и с меньшей производительностью.

Установка КТС-0,5 предназначена для непрерывного обеззараживания зерна пшеницы от пыльной головни в горячей воде и его последующей сушки до кондиционной влажности. Однако, она имеет низкую про