Исследование прогресса распределения семян зерновых культур в воздушном потоке при транспортировании аэрожелобом

Актуальность проблемы. Сохранение урожайных качеств семян зерновых колосовых культур является одной из ключевых проблем сельского хозяйства. Главной причиной снижения качества при традиционном способе обработки служит существующий уровень состояния первой его стадииподготовки семенного материала к обработке на машинах первичной очистки и сушки.

В структуре себестоимости зерна доля послеуборочной обработки достигает 40.50% /44/. Основой повышения ее эффективности путем воздействия воздушным потоком на зерновой ворох, прибывающий от зерноуборочных комбайнов, является внедрение в систему машин, осуществляющих послеуборочную обработку, приемных отделений /38/. Применение приемных отделений, оборудованных аэрожелобами, дает возможность, кроме подготовки семян к первичной обработке и сушке, выбрать рациональную технологию, оптимальное регулирование машин /48/.

Опыт применения аэродинамических транспортеров в системе линий для послеуборочной обработки зерновых позволяет рассматривать их как наиболее перспективные технологические устройства. Однако, при переходных режимах в аэрожелобах скорость перемещения материала находится в пределах (0,43. .0,85)/37, 41/. При этом возникает опасность травмирования, которое и является основной причиной снижения качества посевного материала.

В связи с этим совершенствование приемных отделений, оборудованных аэрожелобами, является актуальной проблемой.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы Костромской государственной сельскохозяйственной академии 1980. 1999 гг. по теме «Совершенствование технологии и технических средств при послеуборочной обработке зернового вороха». В 1981.1985 гг. исследования проводились по целевой комплексной программе ГКНТОЦ 0.32 «Зерно», а в 1999 г. — по программе 01.01.05 «Применение аэродинамических устройств для сушки семян в плотном и псевдоожиженном слое «.

Целью исследования является обоснование параметров скоростных режимов работы аэротранспортеров, а также подбор материалов для исполнения или облицовки частей грузонесущего канала, что даст возможность решить задачу снижения травмирования зерна при транспортировании его аэродинамическими установками.

Объект исследования. В качестве объекта исследования были выбраны физико-механические свойства семян зерновых колосовых культур, технологический процесс аэродинамического транспортирования, аэрожелоба с устройствами ввода зерна в воздушный поток, создаваемый распределительным и транспортным каналами.

Методика исследования. В диссертационной работе использованы стандартные, а также вновь разработанные методики постановки опытов и обработки данных проводимых исследований с использованием ЭВМ. Научная новизна состоит из:

• теоретического обоснования выбора скорости перемещения зернового материала и ее влияния на травмирование семян зерновых колосовых культур;

• методов изучения процесса перемещения сыпучих материалов;

• рекомендаций по выбору материалов, применяемых при конструировании аэрожелобов.

Достоверность теоретических заключений подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Проведенные исследования позволили наметить пути снижения травмирования зерна при работе аэрожелобов в переходных режимах. Уточнена методика расчета аэродинамических устройств, которая может быть использована, как в практике, так и в учебном процессе кафедры сельскохозяйственных машин Костромской государственной сельскохозяйственной академии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях в Костромской государственной сельскохозяйственной академии в 1989. 1999 гг., на областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 1989 году, в Ивановском сельскохозяйственном институте в 1995 году, в Санкт-Петербургском государственном агроуниверситете в 1999 году.

По теме диссертации опубликовано восемь работ.

На защиту выносятся следующие положения:

• теоретические предпосылки возникновения травмирования семян в процессе выгрузки их аэрожелобом при различной величине подачи;

• теоретические предпосылки разрушения зерен при их соударении с преградой при учете объема, массы, и аэродинамических свойств;

• рациональные способы снижения травмирования семян.

Выводы по главе.

1. В результате экспериментальных исследований была подтверждена теоретическая зависимость изменения скорости перемещения частиц зернового вороха от времени перемещения и скорости воздушного потока. Аппроксимирующая кривая, полученная по результатам исследований, располагается внутри зоны, ограниченной кривыми, соответствующими минимальной и максимальной скоростям перемещения зерна, полученными теоретическим путем.

2. Выявлена зависимость скорости перемещения частицы от ее массы.

3. На основании исследования травмирования зерна при транспортировании аэрожелобом доказана правомерность использования формулы, предназначенной для определения степени травмирования зернового материала одной отдельно взятой машиной в технологической цепи.

4. Доказана степень влияния демпфирующего материала в облицовке поверхности ограничительных конструкций приемного отделения на степень травмирования зерна.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

Широкое использование приемных отделений, оборудованных аэрожелобами, обеспечивает сохранность качества зерна при неблагоприятных погодных условиях. Создание определенного режима временного хранения, необходимого для данного вида, объема и физического состояния вороха, позволяет максимально снизить потери зерна. Однако, существующие технологии уборки урожая, а главное, неритмичность поступления зернового материала на переработку приводят к ухудшению работы приемных отделений с точки зрения перемещения зерна аэрожелобами. При неритмичной поставке зерна от комбайнов к приемному отделению нарушается непрерывность потока зернового материала, уровень насыпи снижается, а в результате происходит местное оголение жалюзийной перегородки транспортного канала. При этом основная часть воздушного потока выходит через освободившуюся часть жалюзи, захватывая близлежащие порции зерна и перемещая их со скоростью, близкой к скорости воздушного потока. Данный процесс продолжается до полного освобождения транспортного канала. А при создании подобной скорости перемещения зерна неизбежен его срыв с грузонесущей перегородки и удар об ограничительные конструкции аэрожелоба, следствием чего является снижение качества за счет появления травм.

В результате наших исследований было выявлено, что травмирование зерна можно максимально снизить за счет покрытия торцевой стены аэрожелоба слоем демпфирующего материала, а именно — резиновым полотном. В качестве исходного материала была выбрана транспортерная лента, необходимый расход которой определялся из условия облицовки на высоту двух метров. Учитывая конфигурацию поверхности, можно определить, что площадь облицовки составляет 4,5 м². Стандартная транспортерная лента имеет ширину, равную 0,7 м. Необходимая длина полотна составляет 6,5 м. По ценам 1999 года стоимость одного метра ленты составляет 300 рублей. Затраты на материал составляют 1950 рублей, на монтаж — 585 рублей (30% стоимости материала).

В результате данного усовершенствования улучшается качество зернового материала. Если ориентироваться на среднестатистическое хозяйство Костромской области, количество произведенного им зерна Go составляет 750 тонн в год (по данным сводного годового отчета Костромской области по сельскохозяйственным предприятиям АПК). Частота создания условий для травмирования зерна может быть определена из соотношения ритмичности поставки материала к приемному отделению и производительности комплекса машин, используемых для переработки вороха.

Производительность КЗС-20Ш WK составляет 8 т/ч /31/. (При выборе комплекса для расчетов ориентировались на имитацию максимально неблагоприятных условий для перемещения зерна аэрожелобом).

Непрерывность потока материала при перемещении по грузонесущей перегородке будет обеспечена лишь при соблюдении условия.

Wmp > WK, где Wmp — общая производительность транспортных машин, т/ч.

Исходя из возможного числа дней уборки зерновых D (по нашей зоне -21.53 дня /31, с. 53./), принимая во внимание неблагоприятные условия уборки (для расчетов выбираем максимальное значение: D = 53), среднесуточную производительность можем определить из выражения:

Wc=G°'kc, т/дн., где кс — коэффициент суточной неравномерности, кс = 2,5 /31/. В данном случае Wcp составляет 35,4 т/дн.

Принимая во внимание напряженность периода, продолжительность рабочего дня считаем равной 10 часам. Следовательно, часовую производительность поставки, учитывая коэффициент часовой неравномерности, можно определить из выражения:

W-k".

W = —-—- т/ч гг тр гр

1 р где кн — коэффициент часовой неравномерности, кн = 2,08 /31/;

Тр — продолжительность рабочего дня, ч.

Таким образом, расчет показал, что часовая производительность перерабатывающего комплекса Жк превышает часовую производительность транспортировки зерна от поля к приемному отделению РУтр. Учитывая грузоподъемность автомобилей, используемых на транспортных работах Ом, равную 3 т, плотность потока можно определить, как.

Wmp .1.

GM.

Откуда X = 2,45 ч" .

Таким образом, можно сделать вывод, что процесс срыва слоя зерна происходит после выгрузки каждой машины. Следовательно, это дает возможность определить количество зерна, повреждаемого в результате данного процесса.

Масса зерна, ударяющегося о стену аэрожелоба в результате резкого увеличения скорости в течение одного цикла (обработка объема, загружаемого одной машиной), может быть вычислена, исходя из геометрических параметров желоба.

Срыв слоя происходит с момента начала оголения жалюзийной решетки. Объем, вмещаемый поверхностью жалюзи (рис. 4.1.), может быть вычислен: 2.

Ш* 0,5л" т/л 5 где Ьж — длина аэрожелоба, мм;

Яж — радиус скругления жалюзи, м.

Таким образом, Уж = 0,424 м .

Масса данного объема зерна составляет Ож = 0,3 т.

Исходя из объема произведенного зерна, за все время уборки данный процесс повторится в среднем 250 раз. Общая масса зерна, участвующего в процессе Стр, составит 75 т.

Возвращаясь к результатам исследований травмирования зерна при ударе о бетон, можно сказать, что все это зерно теряет не менее 9% всхожести (табл. 3.17.) и к семенному зерну отнесено быть не может /74/.

При облицовке конструкции слоем резины всхожесть практически остается неизменной. Таким образом, в пересчете на общий объем производства зерна хозяйством 10% его остается в категории семенного и не отходит в фураж. Стоимость фуражного зерна составляет 1300 руб./т. Стоимость семенного — 2000 руб./т. Годовая экономия может быть рассчитана, как.

•Э &-тр (Сс ~ Сф), где Отр Сс Сф.

— общая масса зерна, участвующего в процессе травмирования, т;

— стоимость одной тонны семенного зерна, руб.;

— стоимость одной тонны фуражного зерна, руб.

Схема транспортного канала.

Рис. 4.1.

Таким образом, годовая экономия за счет сохранения посевных качеств зерна составит 49 965 руб.

Учитывая капитальные вложения на переоборудование, срок окупаемости будет равен 0,05 года.

1. Анализ существующих способов послеуборочной обработки зерна подтверждает целесообразность ввода в технологическую линию приемных отделений зернового вороха, оборудованных аэродинамическими устройствами.

2. Обзор литературных источников показал, что влияние большинства механических транспортирующих устройств на качество зернового материала хорошо изучено, однако широкое применение аэродинамических устройств, работающих в различных режимах (подача материала, активное вентилирование, псевдоожижение в сушильных установках), сдерживается недостаточной изученностью с точки зрения теории и практики процесса травмирования зерен.

3. В данной работе установлены причинно-следственные связи, определяющие признак травмирования зерен при их транспортировании в канале аэродинамического устройства, распределение массива зерен по скорости смещения в зависимости от их геометрических и плотностных характеристик, а также скорости воздушного потока.

4. Проведенный теоретический анализ процесса выгрузки объема зерна, находящегося в приемном отделении, позволил установить основные факторы, влияющие на травмирование зерна:

• производительность аэродинамического транспортера;

• скорость смещения зерна;

• материал ограничительных конструкций аэрожелоба.

5. Результаты экспериментальных исследований подтвердили основные выводы теоретического анализа:

• скорость смещения зерна является функцией от скорости воздушного потока, времени перемещения, а также геометрических и плотностных характеристик зернового материала;

• травмирование зерна находится в непосредственной зависимости от скорости его перемещения и демпфирующей способности материала ограничительных конструкций.

6. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны методика анализа степени травмирования и рекомендации по использованию аэрожелоба в основных режимах, а также при создании критических нагрузок для зерна. Методические разработки могут быть использованы, как при эксплуатации существующих, так и проектировании новых типов аэродинамических устройств.

7. Испытания и эксплуатация опытных и производственных образцов приемных отделений сушильных установок с аэродинамическими устройствами показали, что транспортирование в режиме выгрузки на расстояние до 12 метров снижает всхожесть зерна на 2.2,5%.

8. При облицовке конструкции слоем демпфирующего материала всхожесть зерна при транспортировании аэрожелобом остается практически неизменной. В пересчете на общий объем производства 10% зерна дополнительно остается в категории семенного.

9. Установки, работающие в области зерносушения, накопления и временного хранения вороха в приемных отделениях, внедренных в хозяйстве ТОО «Волга» Нерехтского Костромской области показали, что семена, получаемые при сушке и транспортировке, имели показатели, отвечающие посевным стандартам: всхожесть — 97.98%- энергия прорастания — 95%.

10. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения разработки составил 49 965 рублей.