авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Энергосберегающие технологические линии и технические средства для обработки продукции зерновых культур на северо-востоке европейской части российской федерации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СЫЧУГОВ Юрий Вячеславович ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Киров-2011 2

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Горбунов Борис Иванович;

доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии Кормановский Леонид Петрович;

доктор технических наук, профессор Смелик Виктор Александрович Ведущее предприятие: ГНУ Северо-Западный научно-исследо вательский институт механизации и электри фикации сельского хозяйства Российской ака демии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 8 июля 2011 г. в 13 часов 30 минут на заседании объ единенного диссертационного совета ДМ 006.048.01 в Государственном на учном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 610007, г. Киров, ул.Ленина, 166а, ауд.426.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного учреждения Зональный научно-исследовательский институт сель ского хозяйства Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук.

С авторефератом можно ознакомиться на сайте по адресу:

www.niish-sv.narod.com.

Автореферат разослан "_" июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Ф.Ф.Мухамадьяров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности России и в значительной мере определяется валовым сбором зерна, необходимого для формирования семен ных фондов, обеспечения продуктами питания населения и животноводства зернофуражом. В соответствии со стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России, разрабо танной Российской академией сельскохозяйственных наук, и Министерства сельского хозяйства РФ намечено в 2015…2020 гг. довести производство зерна до 95…105 млн. т с долей фуражного зерна 35…55 млн. т. В настоящее время в том числе осложнилось положение с послеуборочной обработкой зерна и под готовкой семян. Из-за низкого качества семян страна ежегодно недобирает зерна порядка 10…15 млн.т.

В сельскохозяйственных предприятиях в основном применяют техно логию послеуборочной обработки зерна с использованием зерноочиститель ных агрегатов и комплексов 60-х годов, выработавших свой физический и моральный ресурс.

Выбор и разработка ресурсосберегающей технологии приготовления фуражного зерна к скармливанию - одна из самых актуальных задач современ ного кормопроизводства. Наиболее энергоемкими процессами послеуборочной обработки фуражного зерна в регионе являются сушка и его дальнейшая пере работка – дробление. На сушку 1 т влажного зерна расходуется до 25 л жидко го топлива, а на дробление – до 20 кВт·ч электроэнергии. Таких больших за трат топлива и электроэнергии можно избежать, если применить плющение фуражной фракции с последующим ее консервированием.

В кормовом балансе крупного рогатого скота более 60% приходится на объемистые корма (сено, солома и др.), которые служат основой их рациона.

Вместе с тем, выпускаемые промышленностью России машины не отвечают требованиям к качеству измельчения, пропускной способности и энергоемко сти, не учитывают зональные условия эксплуатации.

Повышение эффективности функционирования зерноочистительных машин, плющилок зерна, измельчителей-раздатчиков грубых кормов, совер шенствование поточных технологичных линий получения семенного и продо вольственного зерна за один проход, применение технологий фракционирова ния с плющением фуражного зерна и решение задачи исключения ручного труда является актуальной проблемой сельскохозяйственного производства.

Цель исследования: повышение эффективности получения продоволь ственных ресурсов и кормов путем разработки и совершенствования высоко производительных энерго- и ресурсосберегающих технологических линий и технических средств послеуборочной обработки продукции зерновых культур.

Объектом исследования выбраны физико-механические свойства зерно вых смесей, зерна, рулонов соломы, технологические процессы пневмосепара ции зерновых смесей, плющения зерна, измельчения и раздачи рулонированных грубых кормов, опытные и экспериментальные образцы зерноочистительных машин, плющилок зерна и измельчителей-раздатчиков грубых кормов.

Научную новизну работы составляют:

- результаты исследований параметров воздушного потока в пневмосистемах зерноочистительных машин с использованием метода конечных элементов;

- экспериментально-теоретическое обоснование применения метода фракционирования зерна с последующим плющением;

- аналитические зависимости, определяющие непрерывность процесса приготовления рулонированных грубых кормов техническими средствами измельчения и раздачи;





- новые технологические линии и технические средства послеуборочной обработки зерна, измельчения и раздачи грубых кормов.

Новизна технических решений подтверждена а.с. СССР и 28 патентами РФ на изобретения.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Результаты исследований позволят проводить дальнейшее совершенст вование и разработку конструктивно-технологических схем технических средств и технологических линий по очистке фракций и плющению зерна, измельчению и раздаче грубых кормов.

Результаты исследований нашли отражение в научном отчете по совме стному проекту на тему «Экологически безопасные технологии и техниче ские средства обработки почвы, внесения удобрений, защиты растений, заго товки кормов и зерна» Института строительства, механизации и электрифи кации сельского хозяйства (Польша) и ПКБ НИИСХ Северо-Востока (г. Ки ров, Россия), использованы ПКБ НИИСХ Северо-Востока при разработке и постановке на производство зерноочистительных машин МПО-30Д, МПО-30ДФ, МПО-30Р, МВО-8Д (патенты РФ на изобретение № 2299098, № 2319534, № 2177565, № 2235221 и др.), МЗУ-20Д (патенты РФ на изобре тение № 2223154, № 2229787, № 2294235, № 2304454);

плющилок ПЗД-3, ПЗД-6 (патент РФ на полезную модель № 48817);

измельчителей-раздатчиков ИРК-5, ИРК-5Н (патенты РФ на изобретение № 2147176, № 2251249, № 2266640). Машины и технологические линии внедрены в хозяйствах рес публик Марий-Эл, Татарстана, Мордовии, Чувашии, Удмуртии, Пермского края, Кировской, Свердловской и др. областей РФ.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладыва лись и обсуждались на: бюро отделения растениеводства Россельхозакадемии (2007 г.);

бюро отделения механизации Россельхозакадемии (2009 г.);

науч ных конференциях: секции механизации, электрификации и автоматизации Северо-Восточного научно-методического центра (1997, 1998 г.г.);

Вятской государственной сельскохозяйственной академии (1999, 2005, 2006 г.г.);

IX Международном симпозиуме «Экологические аспекты механизации живот новодства» (Польша, г. Варшава, 2002 г.);

X Международном симпозиуме «Экологические аспекты механизации сельскохозяйственных растений» (Польша, г.Варшава, 2003, 2006, 2007 г.г.);

Международной научно практической конференции «Здоровье-питание-биологические ресурсы» (Россия, г. Киров, 2002 г.);

V Международной научно-технической конферен ции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Россия, г. Москва, 2006 г.);

X Международном симпозиуме имени профессора Ч.Канафойского «Проблемы конструирования и эксплуатации сельскохозяй ственных машин и оборудования» (Польша, г.Плоцк, 2006 г.);

XII Междуна родной конференции «Проблемы интенсификации продукции животноводст ва с соблюдением стандартов Европы» (Польша, г.Варшава, 2006 г.);

I, VIII, IX и X Международных научно-практических конференциях «Научно технический прогресс в животноводстве - научное обеспечение реализации направления ускоренного развития животноводства» (Россия, г.Подольск, 1998, 2005, 2006, 2007 г.г.);

Международной научно-практической конферен ции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (Республика Беларусь, г. Минск, 2007 г.);

X Международной научно практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования техно логии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Респуб лика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, 2008 г.).

На защиту выносятся следующие научные положения:

конструктивно-технологическая схема пневмосистемы зерноочистительных машин и теоретическое обоснование процессов движения воздушного потока в ее пневмосепарирующих каналах, осадочных камерах, устройствах очистки воздуха и результаты исследований по уравновешиванию решетных станов;

- способ фракционирования зерна с разделением его на крупные и мелкие фракции, а также отходов с последующей сушкой крупной и плющением мелкой;

- конструктивно-технологическая схема двухступенчатой плющилки зерна и результаты теоретических исследований движения плющеного материала в смесительной камере плющилки в зависимости от его коэффициента парусности;

- теоретические предпосылки по обоснованию измельчения стебельных материалов рабочими органами, их инерционность при измельчении, а также процесса движения рулонированных кормов в питателе измельчителя раздатчика;

- модели регрессии и оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы зерноочистительных машин, плющилок зерна, измельчителей-раздатчиков грубых кормов и их рабочих органов;

- новые перспективные энергосберегающие технологические линии, созданные на базе разработанных технических средств послеуборочной обработки продукции зерновых культур;

- результаты испытаний разработанных технических средств и технологических линий в производственных условиях и их технико экономические показатели.

Публикации. По теме опубликовано 86 научных работ, в том числе книга «Механизация послеуборочной обработки зерна и трав», рекомендации по заго товке и использованию высоковлажного фуражного зерна, 10 работ в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, в материалах международ ных научно-практических конференций, 1 авторском свидетельстве СССР и патентах РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 разделов, общих выводов и приложений. Общий объем составля ет 536 страниц, из них 398 страниц - основной текст, включающий 188 ри сунков и 48 таблиц. Список литературы представлен 469 источниками, 6 из них - на иностранных языках. В 51 приложении приведены данные по теоре тическим и экспериментальным исследованиям, программы по обработке ма териалов на ЭВМ, акты внедрений технических средств, расчеты экономиче ского эффекта от внедрений технических средств, копии авторского свиде тельства СССР и патентов РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое описание состояния исследуемой пробле мы по теме выполненной работы, цель и основные положения, выносимые на защиту. Работа выполнена автором самостоятельно и относится к реализации "Концепции развития механизации, электрификации и автоматизации сель скохозяйственного производства Северо-Восточного региона Европейской части России на 2002...2010 г.г.", разработанной коллективом авторов в со ставе академиков РАСХН Кормановского Л.П., Кряжкова В.М., Сыроват ки В.И., Сысуева В.А. и учеными ВИМ, ВНИИМЖ, ВИЭСХ, НИИСХ Севе ро-Востока, НГСХА, ВГСХА. В концепции отмечено, что для укрепления технической базы послеуборочной обработки зерновых культур необходимо разработать и освоить производство более совершенных технических средств и технологических линий. Данная концепция явилась основой теоретических и экспериментальных исследований, разработки и производства технических средств и технологических линий послеуборочной обработки продуктов об молота зерновых культур в ПКБ и отделе механизации НИИСХ Северо Востока. Обобщенный материал, полученный в процессе исследований, при веден автором в диссертационный работе.

Решение отдельных частных задач по теме диссертационной работы вы полнялось автором совместно с академиком Россельхозакадемии Сысуе вым В.А., д.т.н., профессорами Алешкиным А.В., Бурковым А.И. при участии к.т.н. Исупова В.И., Чернятьева Н.А., Немчанинова В.В., Тупицына В.Е., Забо лоцких И.Ю., Сычугова А.Н., Шабалина А.М., Скоробогатых В.Н. Всем им ав тор выражает искреннюю благодарность.

В первой главе "Состояние проблемы и задачи исследования" приведен обзор существующего уровня механизации послеуборочной обработки про дуктов обмолота зерновых культур, при этом установлено, что:

- зерноочистительные машины имеют низкую пропускную способ ность, высокие удельные энергозатраты на обработку зерна, недостаточно эффективно работающую воздушную очистку до и после решетной аспира ции, а решетная часть машин требует усовершенствования;

- плющилки зерна малопроизводительны и энергоемки, их рабочие ор ганы сложны в изготовлении, что значительно влияет на их себестоимость;

- измельчители-раздатчики в основном выполняют одну-две операции с использованием ручного труда при малой пропускной способности, высоких удельных энергозатратах, низком качестве измельчения и точности дозирования;

- технологические линии по обработке зерна требуют реконструкции, т.е. замены устаревших технических средств более совершенными с возмож ностью за один проход получать готовый продукт более высокого качества (продовольственное зерно, семена, плющеное зерно).

Изучению процессов сепарирования и плющения зерна, измельчения грубых кормов, совершенствования технических средств и технологий после уборочной обработки посвящены труды В.П. Горячкина, В.И. Анискина, А.В. Алешкина, В.Р. Алешкина, С.А. Алферова, В.Л. Андреева, В.Г. Антипина, А.А. Артюшина, П.А. Афанасьева, А.И. Буркова, А.М. Валге, Б.И. Вагина, Е.Ф. Ветрова, В.Ф. Второго, И.В. Горбачева, Б.И. Горбунова, Н.И. Грабельковского, Н.С. Дорофеева, В.М. Дринчи, Ю.И. Ермольева, Н.В. Жолобова, А.Н. Зюлина, Л.П. Кормановского, М.В. Киреева, А.И. Климка, И.Е. Кожуховского, Н.И. Косилова, Я.Н. Куприца, В.А. Кубышева, Р.Ф. Курбанова, В.М. Кряжкова, Ю.Ф. Лачуги, М.Н. Летошнева, А.Я. Малиса, С.В. Мельникова, А.С. Матвеева, Н.М. Морозова, В.Г. Мохнаткина, В.И. Оро бинского, В.Д. Попова, Е.И. Резника, В.С. Ромалийского, В.С. Сечкина, В.К. Скоркина, В.А. Смелика, А.А. Сундеева, В.И. Сыроватки, В.А. Сысуева, Н.П. Сычугова, А.П. Тарасенко, Б.Г. Турбина, Н.И. Ульриха, Е.Е. Хазанова, Н.А. Чернятьева и др. ученых.

На основании анализа теоретических и экспериментальных исследова ний сформулирована научная проблема и поставлены следующие задачи ис следования:

- разработать конструктивно-технологическую схему универсальной пневмосистемы и теоретически обосновать процесс движения воздушного потока в ее пневмосепарирующих каналах, осадочных камерах, жалюзийно противоточных воздухоочистителях зерно- и семяочистительных машин, а также провести динамическое уравновешивание их решетных станов;

- обосновать режимы фракционирования зернового вороха на ранней стадии его послеуборочной обработки на фракции крупного, мелкого зерна и отходов, с последующей плющением и консервированием мелкой и сушкой крупной фракций;

- провести исследования по обоснованию целесообразности двухсту пенчатого плющения зерна, разработать конструктивно-технологическую схему плющилки и провести теоретические исследования по перемещению плющеного материала в камере смешивания;

- выполнить теоретические исследования процесса измельчения сте бельных материалов рабочими органами, влияния их инерционности на про цесс измельчения, а также движения рулонов соломы в питателе измельчите ля-раздатчика;

- исследовать, обосновать и оптимизировать конструктивно-техноло гические параметры и режимы функционирования разработанных и усовер шенствованных технических средств и технологических линий послеубороч ной обработки зерна и измельчения соломы;

- провести испытания в производственных условиях разработанных технических средств и технологических линий и определить их технико экономические показатели.

Во второй главе "Теоретическое обоснование совершенствования тех нических средств для обработки зерна и соломы" приведены: усовершенство ванные конструктивно-технологические схемы технических средств;

результа ты теоретических расчетов распределения полей скоростей воздушного потока в универсальной пневмосистеме в целом, так и в ее элементах;

результаты экс периментально-теоретических исследований по динамическому уравновеши ванию решетных станов;

расчетно-теоретический анализ движения частиц плющенного зерна в смесительной камере плющилки;

теоретические предпо сылки к совершенствованию измельчителей-раздатчиков грубых кормов.

С целью повышения эффективности функционирования пневмосистем зерноочистительных машин проведено численное моделирование по изучению ее динамических свойств. Для этого технологическая схема разомкнутой воз душной системы с узловыми точками на границах разбита на элементы (рис.1).

- зерновой во рох;

в - чис тый воздух;

- мелкие и круп ные примеси;

- легкие примеси;

примеси;

очищенный воз дух;

- зерно вой материал, прошедший до решетную сепа рацию в первом ПСК;

- очи щенный зерновой материал Рисунок 1 - Технологическая схема пневмосистемы: 1 - приемный бункер зер нового материала;

2 - питающий валик;

3 и 10 - первый и второй пневмосепа рирующие каналы;

4 и 8 - осадочные камеры (емкости Е1 и Е2);

5 - канал меж ду емкостями Е1 и Е2;

6 - диаметральный вентилятор;

7 - выходной канал;

9 - выводные устройства примесей Данную схему, с точки зрения протекания воздуха, представим в виде пневматической цепи (рис.2), в которой 1, 2...8 узловые точки.

После выделения различных по структуре элементов цепи составлены идеализированные модели для каждого из них с одним определяющим эф фектом (инерция потока воздуха или его сжимаемость и т.д.). Изменение дав ления Pi в емкостях осадочных камер Е1 и Е2 описывается уравнениями (1) и (2), характеристика вентилятора – уравнением (3), а движение воздушного потока в каналах – уравнениями (4)…(7):

dP V VE1: E1 [( 1F1 2 F2 ) 4 F4 ] ;

(1) 2 dt a dP V VE2: E22 [( 1F1 2 F2 ) 6 F6 ], (2) dt a где i - средние скорости в соответствующих узловых точках;

Fi - площади поперечных сечений каналов в узловых точках (i=1, 2…n);

- плотность воз душного потока;

а2 – квадрат скорости звука в воздухе.

R 7 4 В Е R R Е1 3 R Рисунок 2 - Схема пневматической цепи воздушной системы зерноочисти тельной машины: R1 и R2 - сопротивление первого и второго пневмосепари рующих каналов;

R3 - сопротивление канала, размещенного между емкостями Е1, Е2;

В - вентилятор;

R4 - сопротивление канала на выходе Р6 Р7 = PОВ k В 7, (3) где РОВ, kВ - константы, определяемые в результате аппроксимации характе ристики вентилятора.

При Р1=Ра, Р2=Ра, Р3=Р4, Р8=Ра имеем:

2 d1 1 1;

R1: L1 ( P -P3 )- 1 ( A1cos 1t ) (4) dt 2 2 d2 2 ( A2 cos 2t ) 2 ;

R2: L2 ( P2 -P3 )- 2 (5) dt 2 d ( 2 - 5 );



L3 3 ( P4 -P5 )- 3 R3: (6) 4 dt d4 2 ( P8-P7 )- 4 R4: L4 ( 7 - 8 ), (7) dt где Ра - атмосферное давление, i (i=1,…,4) - коэффициенты сопротивления, (1 и 2 учитывают среднее значение сопротивления зернового слоя);

A1, А2 - амплитудные значения сопротивления зернового слоя, которые изме няются с частотой 1;

2;

L1;

L2 - длина первого и второго участков пневмати ческой цепи.

Представленная система уравнений решена методом Рунге-Кутта. В ре зультате получена зависимость скоростей воздушного потока i от времени t и амплитуды изменения скоростей А от значений частотных воздействий на каналы, часть которых приведена на рисунке 3.

При варьировании значениями параметров в уравнениях (1)…(7) уста новлено, что:

- уменьшение VЕ1 до 0,34…0,45 м3 приводит к автоколебаниям в ПСК, что является причиной неустойчивого протекания динамических процессов в пневмосистеме. Увеличение объемов VЕ1, VЕ2 в пределах 0,45…1,34 0,92…1,92 м3 сглаживает колебательные процессы, происходящие в ПСК;

- увеличение сопротивления первого канала ( 1=4,21…10) выравнивает скорости воздушных потоков и доводит их до рабочих значений. При этом отсутствуют резонансные колебания при малых объемах осадочных камер:

VЕ1=0,6…0,3 м3 и VЕ2=1,0…0,92 м3.

А рад/с 1, а б Рисунок 3 - Зависимость изменения скорости воздушного потока в пневмосепа рирующих каналах от времени t при 1=5 рад/с;

2=5 рад/с;

P =48 Па;

VE1=0,34 м3;

VE2=0,92 м3;

1=10;

F1=0,11 м2 (а);

зависимость амплитуды измене ния скорости воздуха в ПСК от частоты входного воздействия 1 (б) Математические методы исследования использованы при создании пневмосистемы зерноочистительной машины. При этом объем осадочной ка меры 4 составляет 1,1 м3 и глубина первого канала 3 дорешетной аспирации 0,16 м, а входной патрубок второго ПСК 10 послерешетной аспирации раз вернут на 180 (рис.1).

Далее проведены исследования воздушного потока на работоспособ ность в элементах пневмосистемы. Для этого выполнен расчет полей скоро стей воздушного потока в пневмосепарирующем канале и инерционном жа люзийно-противоточном пылеуловителе методом конечных элементов. Об ласть потока разделяли на треугольные конечные элементы, а матрицы ко нечных элементов составлены на основе гармонического уравнения Лапласа:

2 u u hx 2 + h y 2 = 0, (8) x y где hx,h y – коэффициенты фильтрации, которые могут быть различными в разных направлениях. Учитывая граничные условия обоих типов имеем:

u u u 1) u = u на S1 ;

2) h = qn на S 2, qn = nxhx + ny hy, (9) x y n где nx, ny – коэффициенты, учитывающие проекцию нормали на границу элемента.

Применяя вариационную формулировку Галеркина, получаем уравне ние:

{u}n,T {hx {b}{b}T h y {a}{a}T }dxdy{u}n {u}n,T {ф}q n dS, (10) 4 A ( A) (S ) n где А - площадь элемента;

u - узловые значения потенциала скоростей;

ф - базисные функции для треугольного элемента;

- вектор узловой на грузки на границе области;

a, b - коэффициенты, зависящие от координат узлов соответствующего конечного элемента;

Т - индекс транспонирования матрицы.

После преобразований уравнение (10) приводится к виду:

[ K e ]{u}n = {P e }, (11) e где [K ] - матрица коэффициентов влияния для треугольного элемента. Это уравнение связывает узловые значения искомой функции через матрицу ко эффициентов влияния с потоком воздуха на границе элемента. После объеди нения по всей области оно имеет вид:

[ K ]{u}n = {P}, (12) где {u}n - глобальные узловые неизвестные.

После решения системы уравнений (12), в которой учтены граничные условия методом Гаусса, можно определить скорости воздушного потока, при этом имеем:

un x 1 hx b1 hx b2 hx b = un 2. (13) y 2 A h y a1 h y a2 h y a un Теоретические поля скоростей воздушного потока в пневмосепари рующем канале и воздухоочистителе рассчитаны с помощью программы "Mathcad" и сравнены с экспериментальными, полученными замерами с по мощью цилиндрического зонда.

Из анализа движения воздушного потока в воздухоочистителе (с окном в делительной перегородке) (рис.4) следует, что теоретические и эксперимен тальные поля скоростей имеют незначительные отклонения.

Для повышения эффективности работы зерноочистительных машин ам плитуду колебания их решетных станов и частоту вращения вала кривошипа приняли А = 30 мм, n = 230 мин-1, вместо традиционных А = 7,5 мм и n = 420 мин-1 при коэффициенте кинематического режима, равном 1,8. Поэтому проведены исследования по уравновешиванию сил инерции и моментов от сил инерции у машин с одним и двумя решетными станами. Согласно принципу N N N Фkx = 0;

Фky = 0;

М о (Ф k ) = 0. В резуль Даламбера необходимо иметь:

k =1 k =1 k = тате исследований установлено, что у машин с одним решетным станом, имеющим массу 140 кг, радиус кривошипа r = 0,03 м и расстояние от центра вращения до центра тяжести противовеса 0,105 м, уравновешивание наступает при массе противовеса 40 кг. По оси у сила инерции противовеса Ф1у = 1,49 кН, у машины К-523 "Петкус" Ф1у = 1,6 кН. У машин с двумя ре шетными станами значения силы инерции по осям x и y в зависимости от мас сы противовеса приведены на рисунке 5. Практически силы инерции по оси х уравновешиваются массой противовеса 23 кг, по оси у максимальная сила инерции равна 1,324 кН (рис.5). Она уравновешивается массой машины. Для сравнения отметим, что машина К-246А "Петкус" имеет вертикальную нагруз ку до 2,2 кН.

Рисунок 4 - Поле скоростей воз душного потока при течении зернового слоя в воздухоочисти теле (с окном в делительной пе регородке):

а - расчетное;

б - эксперимен б тальное a Фхmax, Фymax, Н Ф y max Фy max Рисунок 5 - Зависимости Фх max Фхmax максимальных суммар ных проекций сил инер ции Фх max и Ф y max 35 m3, кг от массы противовеса m 0 10 15 20 23 25 Разработанные зерноочистительные машины имеют возможность фрак ционирования зерна, то есть выделения фуражной фракции, которую для более эффективного использования в качестве корма животным плющат на вальцо вых станках. Схема разработанной плющилки зерна ПЗД-3 двухступенчатого типа с гладкими вальцами (вальцовый станок) приведена на рисунке 6.

Для качественного смешивания плющеного зерна с консервантом прове ли исследование движения плющеных частиц в камере смешивания в зависи мости от сопротивления внешней среды, которое выражается уравнением:

2t gk 0 k + g g1e ( 0 k + g ) (14) x= t + ln, kk 2g где k – коэффициент парусности, м-1;

g – ус корение свободного падения, м/с2;

0 – на чальная скорость час тицы, м/с.

Если принять, что сила сопротивле ния среды не оказывает значительного сопро тивления на частицы, то можно использовать уравнение:

gt + 0t. (15) x= Полученные вы ражения (14) и (15) по зволили разработать ме - фуражное зерно;

тодику расчета пере - выход плющеного зерна мещения частиц и реа лизовать ее в компью Рисунок 6 – Конструктивно-технологическая схе терной программе в ма плющилки ПЗД-3: 1 – бункер-питатель;

Mathcad 2001 Profes 2 – вальцы;

3 – форсунка;

4 – шнек выгрузной;

sional. Так при k = 0, 5 – камера смешивания;

6 – очищающие ножи k=0,153 м-1 и k=0,390 м- время перемещения составляет от 0,12 до 0,17 секунды.

С использованием разработанных технических средств защищен патент на способ фракционирования зерна с выделением фуражной фракции перед сушкой и с последующим ее плющением, что позволяет уменьшить энергоза траты при сушке полноценного зерна и получить качественный корм для жи вотных с более высокой усвояемостью.

После обмолота зерновых культур полученную солому закатывают в рулоны, которые в дальнейшем отправляют на животноводческие комплексы и используют в качестве грубого корма и подстилки. Для этого разработан измельчитель-раздатчик с вертикальным измельчающим устройством, техно логическая схема машины приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Конструктивно-технологическая схема усовершенствованного из мельчителя-раздатчика грубых кормов: 1 - бункер;

2 - устройство загрузочное;

3 - транспортер подающий;

4 - шасси;

5 - отражатели;

6 – камера измельчения;

7 - роторы;

8 - молотки;

9 - камера осадочная;

10 - транспортер выгрузной;

11 - канал рециркуляционный;

12 - кожух;

13 - транспортер подкручивающий Машина загружает рулон, транспортирует его, измельчает и дозировано раздает измельченную массу в кормушки или на подстилку животным. Со вершенствование измельчителей-раздатчиков предполагает анализ движения рулона в камере измельчителя и определения скорости подачи его к измель чающим органам. Форма рулона в поперечном сечении может быть некруг лой, то есть в виде эллипса из-за особенностей его формирования и хранения.

Для описания качения эллипса использованы теорема об изменении момента количе ства движения в проекции на ось, проходящую через мгно венный центр скоростей пер пендикулярно плоскости (рис.8), и теорема о движении центра масс в проекции на вертикальную ось. Оси х1 и у жестко связаны с верхними планками подающего транс портера, которые перемещают Рисунок 8 - Расчетная схема качения эллипса ся с постоянной скоростью.

Тогда имеем:

M A : J A = mg ( x2 A ) Nf К y1C x1A m;

(16) Fky : m1C = mg N, y где - вторая производная по времени от угла поворота эллипса C вокруг мгновенного центра скоростей – точка A;

y1C - скорость центра масс в проек ции на ось y1 ;

x1 A - проекция мгновенного центра скоростей на ось x1A ;

J A - момент инерции эллипса относительно точки A ;

mg - сила тяжести;

x2 A - координаты точки A в поступательно перемещающихся осях вместе с центром эллипса;

N - нормальная реакция опорной поверхности;

f K - коэф фициент сопротивления качению;

m - масса рулона;

1C - ускорение центра y масс эллипса в проекции на ось y1 ;

( y1C x1A m) - перемещение мгновенно го центра скоростей по неподвижной центроиде.

Качение рулона обусловлено изменением угла, при этом, решая уравнение 17, получаем:

tt1 y y 2 A (0) mg ( x2 A f K )dt dt mf K 2 A = 0 + 0t + + JA JA J A (0) 00 (17) mf K + y 2 A (0)t, J A (0) где начальные условия движения.

0 ;

0 ;

y2 A (0);

y2 A (0);

j A (0) Момент инерции эллипса относительно мгновенного центра скоростей A будет меняться при изменении угла в соответствии с теоремой Штейнера:

2 J A = J C + m( x2 A + y2 A ), (18) где J C - момент инерции относительно центра масс.

Алгоритм численного определения угла был реализован в компью терной программе, которая учитывала размеры рулона, коэффициент сопро тивления качения и скорость питающего транспортера. Программа преду сматривала изменение малой оси эллипса за каждую половину оборота руло на на величину, пропорциональную вылету молотков в камеру измельчения.

Результаты расчетов промежутков tK - времени отката и tЗ - отсутствия подачи материала к роторам при различных значениях тр представлены на диа грамме (рис.9).

На первых оборотах рулона, когда a b и сопротивление качению fK существенно, отката не происходит. Отметим, что tЗ является временем от сутствия подачи лишь при условии, что tЗ tK. Если tЗ tK, то средняя угловая скорость отката меньше, либо равна естественной угловой скорости враще ния рулона на питающем транспортере без откатывания. Таким образом, при tЗ = tK происходит качественное движение рулона, при котором не нарушается процесс измельчения.

Технологическая схема разработанного измельчителя-раздатчика с го ризонтальным измельчающим устройством представлена на рисунке 10.

Факторы, влияющие на процесс измельчения грубых кормов, носят случайный характер, поэтому изменение момента сопротивления на роторе приводит к изменению угловой скорости и образованию момента сил инер ции. Дифференциальное уравнение движения системы "привод-ротор" пред ставлено в виде равенства:

d (19) J = M С + M П + M (t ), dt где J - приведенный момент инерции ротора и привода;

- угловая скорость ротора;

МС - момент сопротивления вращению ротора;

МП - момент вращения ротора, переданный от двигателя;

М(t) - центрированная случайная функция времени, для которой экспериментально определена корреляционная функция.

tз, с а б Рисунок 9 - Зависимости времени прерывания tЗ подачи материала от скоро сти движения подающего транспортера (а);

зависимости времени отката tК рулона от ротора при различных скоростях движения подающего транспор тера (б), где 1, 2, 3, 4, 5 – полуобороты рулона Момент сил сопротивления с дополнительным возмущением:

MC M C ( ) = M C ( 0 ) + (), (20) где MC (0) - момент сил сопротивления при невозмущенном движении;

- приращение угловой скорости ротора.

Момент, передаваемый на ротор от двигателя, равен:

(21) M П = M0, где М0, - константы, определяемые по характеристике двигателя с учетом передаточного отношения привода (М0 - соответствует моменту при устано вившемся движении). Тогда имеем:

(22) M C (0 ) + M 0 = 0.

Рисунок 10 - Конструктивно технологическая схема из мельчителя-раздатчика ру лонированных грубых кор мов: 1 - бункер;

2 - подающий транспортер;

3 - загрузочный механизм;

4 - рама;

5 - проти ворежущая пластина;

6 - но жевой ротор;

7 - нож;

8 - до полнительный транспортер Дифференциальное уравнение возмущенного движения в приращениях - при = 0 + имеет вид:

d () MC () () + M (t ), (23) J = dt где 0 - угловая скорость при установившемся движении;

- константа, учи тывающая характеристику двигателя.

Приведем уравнение (23) к стандартному виду:

dy + ky = (t ), (24) dt MC M (t ) где y = ;

k = - случайная функция.

+ ;

(t ) = 0 J J Решение уравнения (24) имеет вид:

t k (t ) kt ( )d.

y = Ce +e (25) При t =0 y(0) = y0, тогда C = y0. Величина y0 может быть величиной случайной или детерминированной. При этом корреляционная функция урав нения (24), если дисперсия функции X(t) постоянна и равна DH, имеет вид:

' ' D K y (t,t' ) = D0 e k (t +t ) + Н (e kt 1)(e kt 1). (26) k Подставляя в выражение (26) t ' = t, получаем дисперсию:

D D y (t ) = D0e 2kt + Н (e kt 1) 2. (27) k DН При t имеем D y.

k Для исследования динамических характеристик рабочего процесса из мельчителя-раздатчика момент инерции ротора определен методом трифи лярного подвеса.

Момент инерции ротора равен:

Mgr 2 T Jр =. (28) 4 l По условиям проведения опытов принята длина нити l = 2 м, радиус окружности r = 0,177 м, масса ротора M = 230 кг, его диаметр 0,47 м и длина 1,8 м. В результате исследований определено, что период колебаний T со ставляет 1,55 с, а по выражению (28) определено, что момент инерции ротора равен Jр = 21,5 Н м2. При исследовании частотных характеристик момента сопротивления расчеты проводились для двух типов привода ротора:

1 = 53,2 Н м/(рад с) при приводе от электродвигателя и 2 =6,12 Н м/(рад с) от ВОМ трактора.

По выражению (27) получены дисперсии для угловой скорости ротора 2 Dy1 = 4,35(рад с), Dy2 = 267(рад с) при дисперсии входного процесса D = 2,5 103 (Н м).

Для нахождения спектральной плотности отклонения угловой скорости использовано соотношение:

S ( p) = W (ip) S M ( p), (29) где SM – спектральная плотность момента сопротивления на роторе;

W(ip) частотная характеристика системы.

В соответствии с (23) имеем:

W (ip) =, (30) MC + J 2 p2 + где p - частота спектральной плотности.

Для снижения дисперсии угловой скорости ротора необходимо увеличить момент инерции ротора с приводом, или уменьшить дисперсию входного воздей ствия, то есть стабилизировать или уменьшить подачу материала к измельчаю щему рабочему органу, либо создать существенный запас мощности привода.

Проведенные теоретические исследования позволяют разработать экс периментальные образцы технических средств послеуборочной обработки зерна и соломы с более эффективным технологическим процессом.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследо ваний" приведена программа экспериментальных исследований в соответст вии с поставленными задачами повышения эффективности функционирова ния технологических линий и технических средств, описаны общепринятые и частные методики исследований. Представлены экспериментальные установ ки, используемые приборы и оборудование. Для определения значений эф фекта очистки пневмосистем использовано зерно пшеницы, ржи, ячменя, зерносмеси и древесный опил.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований тех нических средств для очистки зернового вороха" представлены результаты исследований и оптимизации параметров пневмосистемы разомкнутого типа (рис.1), которая имеет два пневмосепарирующих канала 3, 10, осадочную ка меру 4 и инерционный жалюзийно-противоточный воздухоочиститель, а ка нал послерешетной аспирации повернут на 180. На первом этапе проведены исследования пневмосепарирующего канала дорешетной аспирации с уст ройством ввода зернового материала (рис.11).

Рисунок 11 - Схема устройства ввода с пневмосепарирующим каналом дорешет ной аспирации: 1 - приемный бункер;

2 - разравнивающий шнек;

3 - заслонка;

4 - пневмосепарирующий канал После проведения однофакторных экспериментов по определению влияния высоты верхней части Нв (x1) и нижней Нн (x2) частей ПСК и угла наклона (x3) при глубине канала hк = 0,15 м и удельной нагрузке qн = 8,3 кг/(с·м), при потерях Пз зерна, не превышающих 0,05%, на эффект очистки зерна Ез (y) реализован план Бокса-Бенкина второго порядка для трех факторов.

После обработки результатов эксперимента получена адекватная с 95% вероятностью математическая модель процесса пневмосепарирования зерно вого материала в ПСК:

y 47,37 1,18 x1 5,46 x2 1,21x3 2,26 x12 0,43x1 x2 1,86 x1 x (31) 2 0,83x2 0,05 x2 x3 3,23x3.

Анализ математической модели (31) проведен с помощью двумерных сечений поверхностей отклика. Максимальное значение эффекта очистки зерна Ез = 52,13% достигается при x1=0,1 (Нв=0,575 м), x2 =1 (Нн=0,32 м), x3 = 0,15 ( = 71,5 ).

При исследовании устройства ввода зерновой смеси в канал по данным анализа схем пневмосистем зерноочистительных машин выбрана глубина ка нала в интервале hк = 120…160 мм. Исходя из конструктивных соображений приняты следующие параметры загрузочного устройства: угол ввода = 55°, высота загрузочного окна в интервале b = 125…170 мм. Эксперименты прово дились при удельных нагрузках на канал qн = 2,8;

5,5 и 8,3 кг/(с·м). С увеличе нием глубины hк канала эффект Ез очистки зерна возрастает до некоторого максимума, значение которого определяется удельной нагрузкой qн (рис.12, а).

Анализ однофакторных экспериментов показал, что наибольший эф фект очистки материала достигается при b = 165...170 мм и глубине канала 160 мм.

С целью более глубокого изучения процессов пневмосепарирования зернового материала в наклонном пневмосепарирующем канале с устройст вом ввода реализован план Бокса-Бенкина второго порядка для четырех фак торов. Исследуемыми факторами являются: х1 - угол ввода, х2 - глубина hк ПСК, х3 - удельная нагрузка qн и х4 - высота загрузочного окна b. В качестве критерия оптимизации выбран эффект очистки зерна Ез (y) в ПСК при поте рях полноценного зерна в отходы Пз = 0,05%.

Ез, % Ез, % qн=2,8 кг/с·м qн=5,5 кг/с·м qн=8,3 кг/с·м b, м 0,12 0,135 0,15 0, hк, м а б Рисунок 12 - Зависимости эффекта очистки зерна Ез от глубины hк ПСК при различных удельных нагрузках qн [кг/(с·м)] при угле ввода = 55° и высоте за грузочного окна b = 125 мм (а) и от высоты загрузочного окна b при глубине канала hк = 150 мм, угла ввода = 55° и удельной нагрузки qн = 8,3 кг/(с·м) (б) После реализации плана и обработки результатов эксперимента полу чена адекватная с 95% вероятностью математическая модель процесса пнев мосепарирования зернового материала в ПСК (%):

y 58,48 1,53x1 15,66 x2 3,83x3 1,4 x4 6,54 x12 0,17 x1 x 2 0,4 x1 x3 0,38 x1 x4 3,94 x2 0,78 x2 x3 0,25 x2 x4 0,09 x3 (32) 0,98 x3 x4 0,008 x4.

Анализ математической модели (32) проведен с помощью двумерных сечений поверхности отклика. Максимальное значение эффекта очистки Ез = 73,48% достигается при x1 = -0,16 ( = 53,4 );

x2= -1 (qн = 6,9 кг/с·м);

x3 = 1 (hк = 0,16 м) и x4=1 (b = 0,16 м).

Для очистки воздушного потока от примесей, выделенных в пневмосе парирующем канале дорешетной аспирации, применена камера гравитацион ного типа (рис.13). Для увеличения эффективности работы осадочная камера снабжена отражательной перегородкой 2. Исходя из конструктивных сообра жений, глубину осадочной камеры выбрали 1,18 м, а длину - 1,31 м.

Проведены однофактор ные эксперименты по выявле нию влияния скорости в воз душного потока на входе в каме ру на эффект Эо (y1) выделения примесей и гидравлическое со противление РП (y2) при различ ных положениях глубины S и длины l отражательной перего родки. На основании этих иссле дований выполнен эксперимент по плану Бокса-Бенкина второго порядка для трех факторов: х1 – скорость воздушного потока;

х2 – глубина отражательной перего Рисунок 13 - Схема исследуемой осадоч родки;

х3 – длина перегородки.

ной камеры с отражательной перего родкой: 1, 4 – входной и выходной кана- В результате реализации лы;

2 – отражательная перегородка;

плана эксперимента получены 3 – шнек вывода примесей адекватные математические мо дели эффекта Эо выделения при месей и гидравлического сопротивления РП осадочной камеры:

y1 73,7 2,76 x1 2,75x2 12,79 x3 10,43x12 0,45x1 x (33) 2 1,29 x1 x3 27,68x2 1,81x2 x3 25,59 x3 ;

27,47 4,83x1 22,92 x2 7,97 x3 5,55x y2 0,75x1 x (34) 2 2,09 x1 x3 12,73x2 16,33x2 x3 8,67 x3.

После анализа математи ческих моделей с помощью двумерных сечений определи ли, что максимальное значение эффекта выделения примесей sв Эо=75,57% достигается при l I ( в= 6,14 м/с);

x1 = 0, I Lp x2 = 0,04 (S = 0,27 м) и x3 = -0, (l = 0,14 м) при гидравлическом сопротивлении менее 30 Па.

hж hв Исследования влияния Р основных конструктивных па l раметров воздухоочистителя Нп (рис.14) на эффект осаждения l Рисунок 14 - Схема инерцион ного жалюзийно-противоточ ного воздухоочистителя примесей и его гидравлическое сопротивление проведены при постоянных размерах ранее исследованной нами жалюзийной решетки (длина отгиба пла стин lо=0,012м ;

шаг пластин Р = 0,027 м;

длина пластин l = 0,029 м;

угол на клона пластин = 29°).

После проведения однофакторных экспериментов был реализован план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для четырех факторов. Были выбраны следующие факторы: x1 - длина жалюзийной решетки Lр;

x2 - длина окна в верхней части делительной перегородки l;

x3 - расстояние по верти кали Sв от оси вентилятора до точки пересечения линии делительной перего родки со стенкой воздухоочистителя;

x4 - глубина hж выходного отверстия жалюзийного очистителя. В качестве критериев оптимизации – эффект очи стки воздуха Ев (y1) и гидравлическое сопротивление PП (y2) инерционного жалюзийно-противоточного воздухоочистителя.

После реализации плана эксперимента и обработки результатов были получены математические модели рабочего процесса:

y1 = 94,65 + 0,71x1 0,15 x2 0,52 x3 + 0,11x4 0,89 x1 0,67 x1 x (35) 2 2 0,49 x1 x4 1,24 x2 + 0,3x2 x3 + 0,42 x2 x4 1,42 x3 + 0,67 x3 x4 1,16 x4 ;

y 2 = 236,9 16,7 x1 10,2 x2 + 6,5 x3 13,3x4 1,8 x1 + 0,7 x1 x2 + (36) 2 + 0,7 x1 x3 + 1,3x1 x4 0,6 x2 x4 + 0,6 x3 3,1x4.

Анализ математических моделей проведен методом наложения двумер ных сечений и решением компромиссной задачи (рис.15).

0,0750 0,1550 92,0 93, 93, 92,5 216 218 0, м 0, l, l, м hж, м 94, 93,0 94,5 93, 224 -1 0, 0,5 -0, -1 1 0, 0,0500 0, 94, 230 92, -0, -0, 0, 0, 94, 256 92, 0, 0,0250 - - 0,380 0,405 0,430 SS,в, м 0, 0,70 0,75 0,80 Lр, м 0,90 в а б Рисунок 15 - Двумерные сечения поверхностей отклика, характеризующие эф фект очистки воздуха Ев, % ( ) и гидравлическое сопротивление PП, Па ) воздухоочистителя: а – при х3 =-0,39 (Sв=0,41 м), х4 =-0,22 (hж =0,12 м);

( б – при х1=0,60 (Lр=0,86 м), х2 =-0,15 (l=0,046 м) На основании проведенного анализа принято компромиссное решение и определены рациональные значения изучаемых факторов: х1 =0, (Lр =0,86 м);

х2 =-0,15 (l=0,046 м);

х3 =-0,39 (S в =0,41 м);

х4 =-0, (hж =0,12 м), при которых эффект очистки Ез = 94,96%, а гидравлическое со противление PП = 227 Па.

Показатели процесса работы пневмосистемы машины МПО-30Д в ре жиме предварительной очистки зерна представлены на рисунке 16. Из анализа полученных зависимостей следует, что при увеличении скорости в от 4,5 до 7,5 м/с потребляемая мощность возрастает от 2,5 до 3,2 кВт, при этом удель ные энергозатраты Nуд снижаются. Снижается и концентрация Зв запыленно сти выходящего из пылеуловителя воздуха от 2,1 до 1,75 г/м3, повышается эффект очистки воздушного потока Ев от 56 до 63%. Наряду с этим снижается содержание mоп легких примесей в осадочной камере: они начинают выно сится в осадочную камеру пылеуловителя.

По результатам 80 Ез проведенных исследо Nэл Nэл, кВт ваний построены зави Ев Ез, Ев, Nуд, кВт/(м /с) симости эффекта Ез mоп, % Зв, г/м Nуд очистки зерна от удель 40 2 ной нагрузки qн зерно mоп Зв вого материала в ПСК при различной влажно сти W и засоренности зерна З=10% (рис.17).

0 4 5 6 в, м/с 8 Анализируя зависимо сти, полученные в ходе Рисунок 16 - Влияние скорости в воздушного экспериментальных ис потока в ПСК на показатели процесса работы следований, следует от пневмосистемы машины МПО-30Д метить, что увеличение влажности зернового материала от 14,0 до 31,0% при нагрузке qн = 8,33 кг/(с·м) приводит к снижению эффекта очистки зерна Ез на 2,74%.

Исследования пневмосистемы машины МВО-8Д при работе в режиме вторичной очистки пшеницы сорта "Иргина" выполнены при производительно сти 8,16 т/ч. Средняя скорость воздуха в первом пневмосепарирующем канале срI составляла 5,84 м/с, коэффициент вариации по ширине канала ш = 5,83%, по глубине - г = 10,91%;

во втором канале срII = 10,22 м/с, ш = 4,21%, г = 4,84%. Следовательно, равномерность воздушного потока в каналах следует считать высокой. При очистке семян ржи сорта "Кировская 89" при производи тельности 5,6;

6,8;

8,1;

9,3;

10,4;

11,5 т/ч выявлена зависимость эффекта очист ки зерновой смеси и потерь полноценного зерна от производительности (рис.18). Исходный зерновой материал имел влажность 12,6…14,2% и содержал 1,83…2,98% примесей. Наибольшую часть примесей составляли семена сорных растений – 0,62…1,16% (в основном семена пырея), органическая примесь – 0,36…0,85%, дробленое зерно – 0,37…0,55% и семена склероции и спорыньи – 0,2…0,35%.

Расход воздуха, проходящего че Ез,% рез воздухоочиститель опытной уста новки, составлял Qв=7800…7900 м3/ч.

Во время опытов концентрация зерно вой пыли в воздухе, выходящем из инерционного жалюзийно - противо точного воздухоочистителя, колебалась в пределах 78,4…83,3·10-3 г/м3. Содер жание пыли в воздухе у пульта управ ления равнялось 8,7·10-3 г/м3. При этом в первой осадочной камере улав ливалось12,22…12,53 кг/ч выделен qн ных первым пневмосепарирующим каналом примесей, а в пылеосади Рисунок 17 - Зависимости показате тельной камере воздухоочистителя – лей эффективности функциониро 24,15…25,68 кг/ч примесей. Эффект вания пневмосистемы от удельной очистки пылеуловителем составил нагрузки qн зернового материала в ПСК при З = 10%: - 69,28%.

Проведено уравновешивание W = 14,0%;

- W = 22,5%;

- W = 31,0% решетных станов машин предвари тельной МПО-30Д и вто ЕЗ1, ЕЗ2, ричной МВО-8Д очистки EЗ1= f (Q) % зерна, при этом оптималь ная масса противовесов со EЗ2= (Q) ставила, соответственно, ПЗ, % МI = 28,8 и МII = 22,24 кг. В результате проведенных 1, 20 ПЗ2= (Q) теоретических и экспери ментальных исследований 1, разработана универсальная пневмосистема, которая 0, реализована в зерноочи ПЗ1= (Q) стительных машинах, по 56 7 8 9 10 Q, т/ч ставленных на производст Рисунок 18 - Зависимости эффекта очистки зер- во. Конструктивно новой смеси от легких примесей и потерь пол технологические схемы ноценного зерна в первом и втором пневмосепа рирующих каналах от производительности ма- машин приведены на ри сунке 19.

шины МВО-8Д В пятой главе "Результаты исследований технических средств для плющения сухого и влажного зерна" приведены результаты исследований фи зико-механических свойств зерна и конструктивно-технологических пара метров плющилки ПЗД-3 (рис.6).

а б в г - поток очищаемого материала;

- воздушный поток с легкими приме сями;

в - очищенный воздух;

- крупные примеси;

- пыль;

- мелкие примеси;

- легкие примеси;

- чистое зерно Рисунок 19 - Технологические схемы зерноочистительных машин предвари тельной и первичной очистки МПО-30Д (а), МПО-30Р (б), МПО-30ДФ (в), МПО-60Д (г): 1 – приемное устройство с разравнивающим шнеком;

2 – пневмо сепарирующий канал дорешетной аспирации;

3 – скребковый транспортер;

4 – решетные станы;

5 – канал послерешетной аспирации;

6 – воздухоочисти тель с выводным шнеком;

7 – диаметральный вентилятор;

8 - радиальный вен тилятор;

9 – осадочная камера Для определения оптимальных конструктивно-технологических пара метров плющилки зерна реализован полнофакторный эксперимент типа 3 2, исследуемыми показателями рабочего процесса являлись: y1 – потребляемая мощность N, кВт;

y2 - пропускная способность, Q, т/ч;

y3 – сход с решета с диаметром отверстий 2,5 мм, %;

y4 – энергоемкость Э, кВт·ч/т и y5 – удельные энергозатраты, q, кВт·ч/(т·ед.ст.пл.). В качестве варьируемых факторов при няты: диаметр вальцов D, мм (x1) и их окружная скорость, м/с (x2). При этом модели регрессии имеют вид:

y1=6,297+1,115 x1+0,757 x2+0,245 x12+0,220 x22+0,400 x1 x2;

(37) y2=1,195+0,203 x1–0,010 x2–0,182 x12–0,005 x22+0,028 x1 x2;

(38) y3=8,184–0,242 x1+1,442 x2+0,748 x12–0,124 x22–2,155 x1 x2;

(39) y4=5,244–0,245 x1+0,742 x2+1,248 x12+0,258 x22+0,038 x1 x2;

(40) y5=2,373–0,090 x1+0,307 x2+0,240 x12+0,360 x22+0,085 x1 x2. (41) На основании анализа моделей регрессии с помощью двумерных сечений (рис.20, а, б) установлено, что при диаметрах вальцов D = 275…300 мм, их дли не 250 мм и окружных скоростях = 6…6,75 м/с удельные энергозатраты про цесса двухступенчатого плющения зерна имеют минимальное значение q = 2,32...2,44 кВт ч/(т ед.ст.пл.), а сход с решета 2,5 мм составляет 4,78...6,20% при максимальной пропускной способности Q = 1,24...1,28 т/ч и наименьшей энергоемкости Э = 4,74...5,10 кВт ч/т.

а б Рисунок 20 - Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие влияние диаметра вальцов (х1) и их окружной скорости (х2) на: а - пропускную способность Q, т/ч, (y2 – – – –) и энергоемкость Э, кВт·ч/т, (y4 ––––);

б - сход с решета при диаметре отверстий 2,5 мм, %, (y3 – – – –) и удельные энергозатра ты q, кВт·ч/(т·ед.ст.пл.), (y5 ––––) Основными показателями качества готового продукта являются коэф фициент абсорбции, характеризующий способность материала поглощать своей поверхностью и удерживать жидкие и газообразные вещества, и сред няя толщина хлопьев, зависящие от равномерности подачи зерна в зону плющения. В связи с этим проведены исследования по определению влияния типа и частоты вращения питающего устройства на коэффициент абсорбции, среднюю толщину хлопьев, а также на пропускную способность и энергоза траты (рис.21).

При выборе питающего устройства для плющилки исследовали три ти па питателей: лопастной, шнековый и валец с канавками.

Исследования проводились на зерне ячменя, частота вращения n пи тающих устройств изменялась в диапазоне 50…150 мин -1 при длине вальцов 400 мм. Полученные зависимости (рис.21) показали, что увеличение частоты вращения всех типов питателей приводит к снижению коэффициента абсорб ции до 0,73… 0,47 и увеличению средней толщины хлопьев до 1,57…1,8 мм.

При этом увеличение частоты питающего устройства приводит к росту про пускной способности шнекового питателя (от 1,1 до 2,3 т/ч) и вальца с канав ками (от 3,2 до 4,4 т/ч), а у лопастного питателя сначала к росту до 3,6 т/ч, за тем к снижению до 3,2 т/ч.

10 1,0 2, 5 hср j Q Э, кВт ч j кВт ч hср, мм Q, т/ч Э т 0,8 hср т 4 8 1, hср Q j 0, 3 6 1, Э Э j 0, 2 0, Q 0, 1 2 0, 0 0 100 n, мин 150 100 n, мин -1 - а б Рисунок 21 - Влияние частоты вращения питающего устройства на показатели рабочего процесса плющилки: а - пропускная способность Q и энергозатраты Э, б - коэффициент абсорбции j и средняя толщина хлопьев h ( - питающий валец с канавками;

- лопастной питатель;

- шнековый питатель) После реализации плана активно-пассивного эксперимента определено, что наиболее целесообразно использовать валец с канавками. При плющении зерна влажностью 20…23% для питающего вальца оптимальная частота вра щения 80…100 мин-1, при этом средняя толщина хлопьев составляет 1,38…1,42 мм, коэффициент абсорбации – 0,8…0,83, пропускная способ ность – 3,4…3,8 т/ч и энергозатраты – 4,0…4,3 кВт·ч/т.

В процессе исследований проведен ряд опытов по плющению зерна различных культур, отличающегося влажностью. Для примера на рисунке представлены зависимости изменения энергоемкости процесса плющения зерна ячменя различных сортов от его влажности. При этом изменение влаж ности зерна ячменя с 16…20% снижает энергозатраты с 5,3 до 4,6 кВт·ч/т, увеличение влажности до 24% приводит к росту энергозатрт до 5,0 кВт·ч/т, а последующее ее увеличение снижает энергозатраты до 4,4 кВт·ч/т.

Рисунок 22 - Зависимости изменения энергоемкости процесса двухступенчатого плющения от влажности зерна: - зерно ячменя сорта "Биос-1";

——— - зер но ячменя сорта "КСИ-15";

- - - - зерно ячменя сорта "Дымка" На базе плющилки ПЗД-3 разработана плющилка ПЗД-6 производи тельность 6 т/ч.

В шестой главе "Результаты исследований технических средств для измельчения незерновой части урожая" проведено исследование и оптимиза ция конструктивно-технологических параметров измельчителей-раздатчиков с вертикальной ИРК-5 (рис.7) и горизонтальной ИРК-5Н (рис.10) осью вра щения измельчающих рабочих органов.

На основе анализа данных серии опытов по исследованию существую щего измельчителя-раздатчика внесены некоторые изменения в его конструк цию (увеличено количество рядов молотков, заменен пружинный выгрузной транспортер на скребковый, изготовлена рециркуляционная камера, на рото рах установлены "отражатели").

Для проверки работоспособности измельчителя-раздатчика в реальных условиях эксплуатации была реализована матрица активно-пассивного экспе римента. В качестве управляемых факторов на основе предыдущих исследо ваний были выбраны: x4 - линейная скорость молотков м, м/с;

x2 - скорость движения основного и подкручивающего транспортеров тр, м/с. Влажность (x5) W,% и плотность рулонов (x6), кг/м3 являлись неуправляемыми факто рами и контролировались при проведении опытов. Для удобства расчетов они так же, как и управляемые, представлены в нормированном виде. В качестве критериев оптимизации выбраны: пропускная способность (y1) Q, т/ч;

удель ные энергозатраты (y5) q, кВт ч/ (т ед. ст.изм.) и средняя длина измельченных частиц (y6) lср, м.

После реализации опытов и расчетов коэффициентов регрессии по ал горитму, базирующемуся на методике Грама-Шмидта, получены математиче ские модели второго порядка:

y1 = 12,928 + 1,567 x2 2,119x5 + 3,995x6 1,809x4 1,25x4 x5 + (42) 2 + 1,990x2 x5 2,714x2 x6 4,284x5 + 4,640x5 x6 3,319x6 ;

y5 = 0,210 + 0,053x2 + 0,036x5 0,106x6 + 0,045x4 + 0,059x2 x5 + (43) 2 + 0,050x2 x6 0,021x5 0,085x5 x6 0,018x6 ;

y6 = 56,60 3,19 x4 + 9,07 x2 + 2,54 x5 8,03x6 4,48x4 x2 2,36 x4 x (44) 2 2 3,32 x4 x6 3,15x2 + 6,78x2 x5 7,64 x5 6,16 x5 x6 9,44 x6.

Анализ двумерного сечения (рис.23, а) показывает, что с увеличением плотности рулонов и снижением влажности удельные энергозатраты и сред няя длина измельченных частиц уменьшаются, а производительность Q =12,2 т/ч сохраняется при влажности в интервале от 20 до 35% и плотности рулонов от 60 до 123 кг/м3.

Двумерные сечения (рис.23, б) в координатах линейной скорости мо лотков и плотности рулонов показывают, что с увеличением плотности руло нов возрастает производительность, снижаются удельные энергозатраты и улучшается качество измельчения. Линейная скорость молотков не оказывает существенного влияния на показатели работы измельчителя-раздатчика, а увеличение влажности материала ведет к росту энергозатрат, снижению про изводительности и качества измельчения.

123 0, 37,3 27,8 42,2 36, 0, 50,6 0, 46, 0,14 0, 12,,, 56,1 56,1 13,,,3 кг/м кг/м 0,21 10,2 0, 8, 10, 58, 2, 6, 0, 40,2 40, 14,6 W, % 51,4, м/с 42 м/с м,м а б Рисунок 23 - Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие про пускную способность Q ( );

удельные энергозатраты q ( ), среднюю длину измельченных частиц lср ( ) Экспериментальные исследования позволили определить оптимальные конструктивно-технологические параметры разработанного измельчителя раздатчика ИРК-5Н с горизонтальным ротором: скорость подающего транс портера, тр.п.= 0,16...0,18 м/с;

частота вращения ножевого ротора, - nр = 800 мин ;

угол установки дополнительного транспортера, тр = 1,5…2° при пропускной способности Q = 6,3 т/ч, степени измельчения = 6,0, удель ных энергозатратах q = 0,325 кВт·ч/(т·ед.ст.изм.).

В седьмой главе "Результаты испытаний разработанных технических средств" приведен анализ результатов производственных и государственных испытаний зерноочистительных машин МПО-30Д (предварительная очистка) (рис.19, а), МВО-8Д (вторичная очистка) (рис.24, а), разработанных на осно ве универсальной пневмосистемы, аналогичной им разработанной машины МЗУ-20Д (рис.24, б), плющилки зерна ПЗД-3, измельчителей-раздатчиков ИРК-5 (молотковый), ИРК-5Н (ножевой).

Результаты государственных испытаний зерноочистительных машин МПО-30Д, МВО-8Д, МЗУ-20Д подтверждают экспериментальные данные, по лученные в лабораторных условиях и при производственной проверке. В …2005 гг. в СХПК им. Кирова Кировской области Кировской МИС проведены испытания машины МПО-30Д в составе зерноочистительно-сушильного ком плекса, которые показали, что полнота выделения примесей на очистке при по даче 30 т/ч составила 56,4% для ячменя и 51,5% при очистке озимой ржи. При этом концентрация пыли в рабочей зоне при влажности исходного материала 15…20% составила до 4,0 мг/м3, уровень шума – 81 дБА. Удельные энергозатра ты при очистке зерна ячменя - 0,103...0,149 кВт ч/т при подаче 20,8…30,0 т/ч, озимой ржи - 0,077...0,107 кВт ч/т при подаче 23,5…32,8 т/ч.

По рекомендации Кировской МИС ПКБ НИИСХ Северо-Востока ос воено производство машин МПО-30 различных модификаций, в период с 2000 по 2011 гг. выпущена 51 машина.

8 б а - поток очищаемого материала;

- воздушный поток с легкими приме в - очищенный воздух;

сями;

- крупные примеси;

- пыль;

- мелкие примеси;

- легкие примеси;

- чистое зерно Рисунок 24 - Технологические схемы зерноочистительных машин вторичной очистки МВО-8Д (а), МЗУ-20Д (б): 1 – приемное устройство с разравниваю щим шнеком;

2 – пневмосепарирующий канал дорешетной аспирации;

3 – скребковый транспортер;

4 – решетные станы;

5 – канал послерешетной аспирации;

6 – воздухоочиститель с выводным шнеком;

7 – диаметральный вентилятор;

8 - осадочная камера Государственные приемочные испытания машины МВО-8Д проведены в 2007 году в СПК "Заря" Кировской области на очистке семян ржи сорта "Кировская 89" при подаче 5,67...8,66 т/ч и на очистке семян пшеницы сорта "Иргина" при подаче 5,63...10,32 т/ч в составе зерноочистительно сушильного комплекса. Машина за один проход улучшает качество семян пшеницы на 0,6...2,7%, семян ржи - на 1,1...2,0%. Потери полноценного зерна в отходы - соответственно 2,15...3,62% и 1,45...2,45%. Содержание семян ос новной культуры в очищенном материале ржи - 98,7...99,3%, т.е. получены семена категории ЭС (элитные семена) и РС (репродукционные семена).

Полнота выделения примесей на очистке зерна ржи составила от 41,4 до 63,3%, на очистке пшеницы - от 32,8 до 64,2%. Удельные энергозатраты со ставили на очистке семян ржи 0,32...0,49 кВт ч/т, на очистке семян пшеницы 0,26...0,48 кВт ч/т. По рекомендации ФГУ "Кировская МИС" за период с по 2011 гг. ПКБ НИИСХ Северо-Востока выпущено 8 машин МВО-8Д.

Испытания машины МЗУ-20Д проведены Кировской МИС в СПК "Рас свет" Кировской области в составе зерноочистительно-сушильного комплекса при работе в режиме вторичной очистки. При выполнении технологического процесса машина по содержанию семян основной культуры за один проход обеспечивает качество семенного материала, соответствующее нормам кате горий ЭС и РС (озимая рожь). Мелкие семена соответствуют нормам катего рии РС. Потери зерна основной культуры в отход при подаче 6,2…18,0 т/ч со ставили 1,86…3,35%. Полнота выделения примесей при очистке фракции крупного зерна - 95,7…99,4%, фракции мелкого зерна - 24,1…32,0 %. Эффек тивность очистки составила 57,4…93,7% при выделении крупного зерна и 13,6…21,9 % - при выделении мелкого.

Заключение ФГУ "Кировская МИС": машина вписывается в поточную технологию послеуборочной обработки зерна и семян и найдет применение в хозяйствах зоны деятельности МИС.

Испытания плющилки ПЗД-3 проведены Кировской МИС в 2006 году в СХПК "Красная Талица" Кировской области на плющении сухого и влажного зерна ячменя и зерносмеси, предназначенных для скармливания животным.

При плющении зерна ячменя влажностью 11,4% и 20,9 % производитель ность составила 4,4 т/ч. При этом средняя толщина хлопьев не превышала 1,60 мм с однородностью по толщине 12,20%, коэффициент абсорбции - 0,72, средневзвешенная толщина хлопьев - 1,58 мм. Количество целых зерен в го товом продукте (0,05%) соответствует зоотребованиям на плющеное зерно.

При плющении зерносмеси, состоящей из 54,66 % зерна ячменя, 20,88% зер на овса и 24,46% зерна пшеницы производительность составила 3,7 т/ч при средней толщине хлопьев 1,51 мм. Однородность хлопьев по толщине 14,96%, коэффициент абсорбции - 0,85, средневзвешенная толщина хлопьев 1,50 мм при удельных энергозатратах 2,7...5,5 кВт ч/т. Целых зерен в продук те не имелось. ФГУ "Кировская МИС" рекомендует изготовить опытную пар тию машин. Выпущено 3 плющилки.

Производственные испытания измельчителя-раздатчика ИРК-5 прове дены в опытно-производственном хозяйстве "Пригородное" Кировской об ласти. В качестве перерабатывающего материала использованы рулоны ози мой ржи. Плотность рулона составляла 80…95 кг/м3, влажность их массы – 21…26%, масса - 90…120 кг. На основе испытаний установлено, что пропу скная способность измельчителя-раздатчика ИРК-5 в зависимости от плотно сти рулонов колебалась в интервале 5,0…9,6 т/ч;

равномерность выдачи про дукта – 2,5 кг/п.м.;

удельные энергозатраты – 0,184 кВт ч/(т ед.ст.изм.);

сред няя длина измельчения – 35 мм. Машина работоспособна, удобна в обслужи вании, измельченный корм соответствует зоотехническим требованиям.

Производственные испытания ИРК-5Н проведены в ГУ НИИСХ Севе ро-Востока. При измельчении рулонов ржи пропускная способность равня лась 6,3…6,5 т/ч;

удельные энергозатраты - 0,32…0,325 кВт ч/(т ед.ст.изм.);

степень измельчения - = 5,9…6,1. Машина работоспособна, обеспечивает равномерность выдачи готового продукта в кормушки согласно зоотребова ниям. Опытный образец машины передан Нолинскому РМЗ Кировской об ласти для серийного производства.

В восьмой главе "Эффективность применения разработанных технологи ческих линий и технических средств для обработки зерновых культур" приведен экономический расчет разработанных технических средств. Также представлены данные по эффективности очистки зерна на поточных технологических линиях, оборудованных разработанными зерноочистительными машинами.

Годовой экономический эффект по приведенным затратам при приме нении машины МПО-30Д, вследствие более низкой ее стоимости и более вы сокой производительности по сравнению с базовой машиной К-523, состав ляет 87840 рублей.

При сравнении машин МВО-8Д и К-547 установлено, что годовой эко номический эффект по приведенным затратам от использования МВО-8Д со ставляет 545300 рублей. В основном он обусловлен более низкой стоимостью разработанной машины.

Годовой экономический эффект от применения машины МЗУ-20Д, в сравнении с машиной МВО-20Д, составляет 53238 рублей.

При сравнении плющилок зерна ПЗД-3 и MUPSKA-350 определено, что годовой экономический эффект составил 43400 рублей за счет более низ кой стоимости плющилки ПЗД-3 и меньших удельных затрат электроэнергии.

При сравнении технико-экономических показателей измельчителей раздатчиков ИРК-5, ИРК-5Н с ИРК-145 установлено, что годовой экономиче ский эффект при применении разработанных машин составляет соответст венно 67400 рублей и 84600 рублей.

На основе разработанных технических средств в хозяйствах внедрены линии послеуборочной обработки зерна с применением технологии фракцио нирования и плющения (патент РФ №2371262). Для примера на рисунке приведена схема технологической линии, внедренной в агрофирме "Подгор цы" Кировской области.

- ворох с поля;

- неис, пользуемые отходы;

- зерно перво го сорта, прошедшее предварительную очистку;

зерно второго сорта;

- сухое зерно;

- фуражное зерно от МВО-8Д;

- фуражное зерно от триерного блока;

- зерно, очищенное на МВО-8Д;

чистое зерно Рисунок 25 - Зерноочистительно-сушильный комплекс КЗС-20Ш агрофирмы "Подгорцы": 1 - завальная яма;

2 - нория сырого зерна;

3 - машина предвари тельной очистки зерна МПО-30ДФ;

4 - транспортер неиспользуемых отходов;

5 - прицеп 2ПТС-4;

6 - бункер-накопитель влажного зерна;

7 - сушилка СЗШ-16А;

8 - бункер-накопитель сухого зерна;

9 - нория;

10 - машина вторич ной очистки зерна МВО-8Д;

11 - бункер-накопитель фуражного зерна;

12 - транспортер скребковый;

13 - триерный блок ЗАВ-10.90000А;

14 - бункер накопитель чистого зерна;

15 – плющилка Применение в технологической линии машины предварительной очи стки с фракционированием зерна позволяет выделить фуражную фракцию перед его сушкой и отправлять ее на плющение, что значительно сокращает энергозатраты и позволяет получить качественный корм для животных.

В таблице приведен расчетный и фактический годовой экономический эффект от внедрения разработанных технических средств на комплексах хо зяйств при получении семенного материала.

Таблица Экономические показатели от внедрения новых технических средств Годовой экономический эф Год Наименование Техническое фект от получения семян, руб.

внедре хозяйства средство ния расчетный фактический 1. СПК "Нагорск", Ки МПО-30Д 2003 110 235 95 ровская область 2. СПК "Заря", Киров- МПО-30Д, 2006 394 188 386 ская область МВО-8Д 3. ООО "Русь", Киров- МПО- 2006 149 033 146 ская область (2 шт.) 4. НИИСХ "Нива", Та МПО- 2007 164 316 150 тарстан 5. СПК "им.Коминтерна", МПО-30, 2007 143 744 117 Кировская область МВО-8Д 6. СПК "Красная Тали- МПО-30, 2007 99 879 78 ца" Кировская область МВО-8Д 7. СПК "им.Кирова" МПО-30Д 2005 112 135 129 Кировская область 8. Агрофирма "Подгор- МПО-30ДФ, 2008 188 099 186 цы" Кировская область МВО-8Д 9. СПК "Рассвет" Ки- МПО-60Д 2008 167 898 174 ровская область МЗУ-20Д ОБЩИЕ ВЫВОДЫ На основании теоретических и экспериментальных исследований ре шена проблема повышения эффективности функционирования технологиче ских линий и технических средств послеуборочной обработки зерна и незер новой части урожая путем повышения производительности и качества про дукции, при минимальных удельных энергозатратах.

При выполнении исследований получены следующие основные выводы:

1. Разработана универсальная разомкнутая пневмосистема, включаю щая устройство ввода зернового материала, наклонный пневмосепарирую щий канал дорешетной аспирации, пылеосадительную камеру, вертикальный пневмосепарирующий канал послерешетной аспирации и инерционный жа люзийно-противоточный пылеуловитель с размещенным в его верхней части диаметральным вентилятором (патенты РФ № 2299098, № 2319534, № 2177565, № 2235221).

По результатам экспериментальных исследований определены конст руктивные параметры устройства ввода зернового материала и наклонного пневмосепарирующего канала, при которых достигается максимальный эф фект очистки зернового вороха 72,2% при скорости воздушного потока от 4, до 7,7 м/с и потерях полноценного зерна в отходы не более 0,05%. Оптималь ные значения конструктивных параметров осадочной камеры составляют:

H = 1,18 м, L=1,3 м (глубина и длина);

глубина и длина отражательной пере городки S = 0,27 м, l = 0,14 м, при этом эффект выделения примесей состав ляет 75,5%, а гидравлическое сопротивление - 30 Па. Вертикальный канал послерешетной аспирации в нижней части имеет глубину 130 мм, а в направ лении сверху вниз по ширине он выполнен конфузорным. При скорости воз духа в канале 9 м/с и при потерях полноценного зерна не более 0,05% эффект очистки равен 67%.

Инерционный жалюзийно-противоточный воздухоочиститель имеет эффект очистки воздуха от примесей 90,36% при величине гидравлического сопротивления 226 Па. Скорость воздушного потока в осадочной камере пы леуловителя в различных сечениях составляет 8…11 м/с при коэффициенте вариации - от 4,7 до 8,7%. Концентрация пыли на выходе из пылеуловителя равна 78,4...83 мг/м3. Полученные модели регрессии рабочего процесса по зволили определить оптимальные конструктивно-технологические парамет ры, при которых эффект очистки достигает 80%.

2. Машина предварительной очистки зерна МПО-30Д состоит из уни версальной разомкнутой пневмосистемы и решетного стана с двумя ярусами решет. Скорость воздуха в пневмосепарирующих каналах составляет до 7,5 м/с в первом и до 9 м/с - во втором. При очистке ячменя сорта "Эколог" пропускная способность составила 20...30 т/ч, полнота выделения примесей до 56,4%, удельные энергозатраты - 0,103...0,149 кВт ч/т. При очистке зерна озимой ржи сорта "Кировская 89" пропускная способность составила до 30 т/ч, полнота выделения примесей - 51,5%, удельные энергозатраты 0,077…0,107 кВт ч/т.

3. Машина вторичной очистки МВО-8Д состоит из универсальной ра зомкнутой пневмосистемы и двух решетных станов с тремя плоскостями ре шет. Максимальная скорость воздушного потока в первом канале составляет 7,94 м/с, втором - 11,67 м/с. При очистке семян ржи "Кировская 89" с пропу скной способностью 5,6...8,6 т/ч их чистота составляет 98,7...99,3%, что соот ветствует качеству элитных (ЭС) и репродукционных (РС) семян. При этом полнота выделения примесей равна 41,4...63,3%, удельные энергозатраты 0,32...0,49 кВт ч/т, дробление семян не более 0,1%, потери - 2,15...3,62%. При обработке зерна пшеницы "Иргина" при подаче 5,6...10,3 т/ч содержание се мян основной культуры в очищенном материале равно 95,6...98,9%, потери семян составляют 1,45...2,45%, их дробление - до 0,1%, что соответствует се менам категории РС. При этом полнота выделения примесей составляет 32,8...64,2%, удельные энергозатраты - 0,26...0,48 кВт ч/т.

4. Универсальная по назначению машина МЗУ-20Д имеет три пневмо сепарирующих канала - один до- и два послерештной аспирации, две осади тельные камеры, инерционный жалюзийно-противоточный воздухоочисти тель со встроенным в нем диаметральным вентилятором и два решетных ста на. При очистке семян озимой ржи при подаче 6,2...18,0 т/ч получены элит ные семена (фракция крупных зерен) и репродукционные семена (фракция мелких зерен), полнота выделения сорных примесей в этих фракциях соста вила соответственно 95,7...99,4 % и 24,1...32,0%, содержание сорных семян в крупной фракции - 15…20 шт/кг. Эффективность очистки равнялась 57,4...93,7%, удельный расход электроэнергии - 0,30...0,92 кВт ч/т.

5. Двухступенчатая плющилка зерна ПЗД-3 имеет диаметр вальцов 275 мм, длину - 400 мм, зазоры между вальцами первой ступени 1,7…1,8 мм, второй – 0,5…0,6 мм. При окружной скорости вальцов 6,00…6,75 м/с пропу скная способность при плющении зерна ячменя и зерносмесей, имеющих влажность 11…24%, составляет 2,1…3,7 т/ч, энергозатраты - 2,7…5,5 кВт ч/т.

Плющилка выдает готовый продукт с толщиной хлопьев 1,42…1,5 мм, при этом однородность по толщине составляет 9,7…14,9%, коэффициент абсорб ции - 0,85…1,00. Без учета сопротивления среды по теоретическим расчетам частица проходит камеру смешивания за 0,12 с. Эти показатели соответству ют зоотехническим требованиям.

6. Измельчитель-раздатчик рулонов соломы ИРК-5 состоит из двух измель чающих молотковых роторов с вертикальной осью вращения, подающего, под кручивающего и выгрузного транспортеров, приспособления для загрузки руло нов в агрегат. При оптимальных значениях параметров рабочих органов машины - скорости подающего и подкручивающего транспортеров тр = 0,17 м/с, скоро сти выгрузного транспортера тр.вг = 2,65 м/с при раздаче корма и тр.вг = 4,35 м/с - при внесении подстилки, частоте вращения роторов nр = 1830 мин-1, процентное содержание частиц размером 0,010…0,005 м составляет 87%. При измельчении рулонов, имеющих плотность 80...95 кг/м3 и среднюю длину стеблей 350 мм, пропускная способность составляет 5,0...9,6 т/ч.

7. Измельчитель-раздатчик рулонов соломы ИРК-5Н состоит из ножевого ротора с горизонтальной осью вращения, подающего и дополнительного транс портеров, загрузочного устройства рулонов и имеет подвижные боковые стенки для фиксирования рулона в горизонтальном положении. При оптимальных зна чениях параметров машины - частоте вращения ротора nр=750…1000 мин-1, скорости подающего и дополнительного транспортеров при выдаче корма тр = 0,16…0,18 м/с степень измельчения стеблей составляет 5,9…6,1, удельные энергозатраты - 0,32…0,325 кВт ч/(т ед.ст.изм) и пропускная способность 6,3...6,5 т/ч. При внесении подстилки при скорости подающего и дополнитель ного транспортеров тр.п = 0,12…0,13 м/с степень измельчения стеблей равна 6,3…6,5, удельные энергозатраты - 0,46…0,48 кВт ч/(т ед.ст.изм). За счет повы шенной инерционности ротора достигнут устойчивый режим его работы, что значительно повышает равномерность выдачи готового продукта.

8. Зерноочистительные машины МПО-30Д, МВО-8Д, МЗУ-20Д и двух ступенчатая плющилка зерна ПЗД-3 прошли государственные испытания в Кировской МИС и рекомендованы в массовое производство. Эти технические средства работают в составе технологических линий в хозяйствах Кировской области и других регионов РФ.

Измельчители-раздатчики ИРК-5 и ИРК-5Н прошли ведомственные ис пытания, которые проводились в производственных условиях в животновод ческих хозяйствах Кировской области.

9. Разработанные и изготовленные технические средства внедрены в тех нологических линиях послеуборочной обработки зерна, а также в линии с фракционированием и плющением зерна в хозяйствах Северо-Восточного ре гиона европейской части РФ. Технологические линии позволяют за один проход получать семенной и продовольственный материал высоких репродукций.

Функционирование технологий с фракционированием зерна, т. е. при отделении фуражной фракции перед сушкой с последующим плющением, позволяет до 15% сократить энергозатраты и получить качественный корм для животных.

Применение разработанных энерго- и ресурсосберегающих техниче ских средств – машин МПО-30, МВО-8Д, МЗУ-20Д, ПЗД-3, ИРК-5 и ИРК-5Н и создание на их основе технологических линий в Северо-Восточном регионе европейской части Российской Федерации позволяет увеличить эффектив ность получения семенных продовольственных ресурсов и кормов.

При этом годовой экономический эффект в ценах 2008 года от примене ния машин МПО-30Д, МВО-8Д, МЗУ-20Д и ПЗД-3 при обработке зерна ржи и пшеницы составляет соответственно 77870, 462080, 53238 и 38530 рублей, от внедрения ИРК-5 и ИРК-5Н - соответственно 77290 и 83470 рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Качественный анализ воз душного потока в пылеулавливающем устройстве // Тракторы и сельскохозяйствен ные машины. 2008. № 3. С. 11-12.

2. Разработка технических средств для послеуборочной обработки зерна / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Техника и оборудование для села. 2006. № 10. С. 21-24.

3. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Динамическое уравновешива ние решетных станов машины вторичной очистки зерна МВО-8Д // Тр. Кубанского государственного аграрного университета. 2008. № 6. С. 179-183.

4. Сычугов Ю.В. Динамическое уравновешивание решетного стана машины для очистки зернового вороха // Тракторы и сельскохозяйственные машины. № 8.

2006. С. 50-52.

5. Сычугов Ю.В. Новые технологии и технические средства послеуборочной об работки зерна // Тракторы и сельскохозяйственные машины. № 6. 2004. С. 22-25.

6. Сычугов Ю.В., Скоробогатых В.Н. Оценка устойчивости функционирова ния разомкнутой пневмосистемы // Тракторы и сельскохозяйственные машины.

2009. № 5. С. 27-30.

7. Сычугов Ю.В., Шабалин А.М. Определение оптимальных параметров пневмосистемы зерноочистительной машины // Техника в сельском хозяйстве. 2008. № 4. С. 51-52.

8. Теоретические исследования питающего и выгрузного транспортеров / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 3. С. 61-64.

9. Оптимизация конструкции осадочной камеры зерноочистительной машины / Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. [и др.] // Тракторы и сельхозяйственные машины. 2010. №8. С.38-41.

10.Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Казаков В.А. Новые технологии и технические средства при реконструкции зерноочистительно-сушильных комплексов // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2010. № 3 (18). С. 65-68.

Рекомендации для науки, производства и образования 11. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Исупов В.И. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян трав // Монография. Киров: ФГУИПП «Вятка», 2003. 367 с.

12. Рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна / Под. ред. Ю.Ф. Лачуги. М.: Россельхозакадемия, 2006. 130 с.

13. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Северо-Восточного региона Европейской части России на 2002…2010 гг. / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.]. Киров:

НИИСХ Северо-Востока, 2002. 136 с.

Публикации в материалах конференций и сборниках научных трудов 14. Савиных П.А., Сычугов Ю.В. Новые зерноочистительно-сушильные ком плексы на базе машин, разработанных в институте для получения семян зерновых и трав // INYNIERIA ROLNICZA A RODOWISKO: XIII Midzynarodowa Konferenc ja Naukowa. Midzyzdroje. Poland, 2008. Р. 201-202.

15. Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Исупов В.И. Пункт послеуборочной обра ботки семян трав с применением энергосберегающей технологии // Экология и сельскохозяйственная техника: Мат-лы 5-й Международ. научн.-практ. конф. 15- мая 2007 г. Санкт-Петербург, 2007. Т. 2. С. 302-308.

16. Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Зерноочистительно-сушильные комплексы на базе сушилки М-819 и УСС-1,540 для получения семян зерновых и трав // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и перера ботки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения. Мат-лы Международ. на учн.-практ. конф. Йошкар-Ола, 2008. Вып. X. С. 396-401.



Pages:   || 2 |
 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.