Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Характеристика зернового вороха, поступающего на пункты послеуборочной обработки в Северо-Западном районе Нечерноземной зоны РСФСР 8
1.2. Методы обоснования и расчёта необходимой производительности зерноочистительных машин в роточных линиях зерноочистительно-сушильных пунктов 20
1.3. Агротехнические требования на машины предварительной очистки. Особенности агротехнических требований к предварительной очистке свежеуб-ранного переувлажненного зернового вороха 26
1.4. Методы и средства предварительной очистки зернового вороха 29
1.4.1. Общие сведения 29
1.4.2. Машины, применяемые для предварительной очистки зерна 31
1.4.3. Пути интенсификации процессов предварительной очистки зерна 35
1.5. Цель и задачи исследования 58
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПНЕШО-ЖШЕТНО-
Г0 СЕПАРАТОРА 61
2.1. Обоснование метода интенсификации процесса предварительной очистки зернового вороха цилиндрическим решетом с наружной рабочей поверхностью... 61
2.2. Схема технологического процесса 63
2.3. Проверка перспективности предложенного метода интенсификации процесса предварительной очистки зернового вороха 72
2.4. Изучение рабочего процесса пневморешетного сепаратора методами планирования эксперимента.. 76
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ІІРОВВДЕЇШ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ
НЫХ ИССЛЕДОВАНИЕ 89
3.1. Программа исследований 89
3.2. Экспериглеытальная установка, приборы и оборудование 90
3.3. Методика проведения экспериментальных исследований 99
3.3.1. Методика установления режимов работы 99
3.3.2. Методика проведения опытов 104
3.3.3. Критерии оценки эффективности функционирования пневморешетного сепаратора 107
3.3.4. Методика обработки опытных данных... 109
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 114
4.1. Исследование влияния основных параметров и режимов работы аэропитателя на эффективность процесса предварительной очистки зернового вороха 114
4.2. Исследование влияния установочных параметров и кинематических режимов рабочего органа для очистки зернового вороха от крупных примесей на эффективность сепарирования 131
4.3. Влияние влажности обрабатьшаемого зернового материала на показатели эффективности рабочего процесса очистки зернового вороха от крупных примесей 163
4.4. Влияние типа, коэффициента живого сечения и гидравлического сопротивления воздухораспределительной перегородки на сегрегацию псевдоожижеыного слоя зернового вороха... 166
4.5. Изучение структуры воздушного потока внутри цилиндрического решета и её влияние на эффективность работы решетного сепаратора... 176
5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ВОРОХООЧИСТИТЕЛЯ В ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНО-CУШИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА 186
5.1. Результаты испытаний ворохоочистителя в хозяйственных условиях 186
5.2. Технико-экономическая эффективность отвнедрения экспериментального ворохоочистителя 191
ВЫВОДЫ 198
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 202
ПРИЛОЖЕНИЕ 215
- Характеристика зернового вороха, поступающего на пункты послеуборочной обработки в Северо-Западном районе Нечерноземной зоны РСФСР
- Обоснование метода интенсификации процесса предварительной очистки зернового вороха цилиндрическим решетом с наружной рабочей поверхностью...
- Экспериглеытальная установка, приборы и оборудование
- Исследование влияния основных параметров и режимов работы аэропитателя на эффективность процесса предварительной очистки зернового вороха
- Результаты испытаний ворохоочистителя в хозяйственных условиях
Введение к работе
, В Продовольственной программе СССР на период до 1990 года^ одобренной майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, подчеркивается, что ускоренное и устойчивое наращивание производства зерна -ключевая проблема в сельском хозяйстве /І/. В ближайшие годы необходимо обеспечить возрастающие потребности страны в продовольственном и фуражном зерне, иметь необходимые резервы зерна и ресурсы его для экспорта.
Основное назначение зерновой отрасли Нечерноземной зоны -обеспечение надёжной кормовой базы главной отрасли региона -животноводства /2/. К 1990 году намечается увеличение среднегодового сбора зерна в Нечерноземье до 43 млн. тонн. С ростом валового сбора зерна соответственно увеличивается объём послеуборочной обработки, являющейся одним из ответственных этапов производства зерна. Внедрение индустриальных технологий послеуборочной обработки зерна в условиях дальнейшего углубления специализации и концентрации сельскохозяйственного производства требует создания высокопроизводительных агрегатов и зерно-сушильных комплексов.
В районах повышенного увлажнения интенсификация процесса послеуборочной обработки зерна имеет особенно важное значение. Наличие примесей во влажном ворохе приводит к его самосогреванию, порче, ухудшению сыпучести и увеличению энергозатрат при сушке. Для предотвращения порчи зерна требуется немедленная его предварительная очистка от влажных, засоряющих примесей .
При использовании существующих ворохоочистительных машин их производительность и качество работы существенно снижаются при обработке свежеубранного зернового вороха повышенной влажности. В связи с этим необходимо создавать высокопроизводитель- ные рабочие органы для машин предварительной очистки зерна, эффективно работающие на зерновом ворохе кондиционной и повышенной влажности.
Наиболее эффективного увеличения удельной производительности ворохоочистителей следует ожидать за счёт использования новых методов и средств разделения зернового материала. Анализ методов и средств предварительной очистки позволяет считать наиболее перспективными для обработки зернового вороха повышенной влажности комбинированные рабочие органы, созданные на основе пневморешетных сепараторов скальператорного типа. Целью настоящей работы является изыскание метода повышения удельной производительности цилиндрического решета с наружной рабочей поверхностью и обоснование наиболее рациональных параметров и режимов совместной работы воздушного потока и решетного сепаратора.
Тема диссертационной работы соответствует целевой комплексной программе ІКНТ О.Ц. - 032 и плану НИР Ленинградского сельскохозяйственного института, тема 10 раздел 3.
В диссертационной работе обоснован метод интенсификации процесса предварительной очистки зернового вороха цилиндрическим решетом с наружной рабочей поверхностью. С использованием обоснованного метода разработано высокопроизводительное устройство для предварительной очистки зернового вороха и изучен его рабочий процесс с использованием теории математического планирования эксперимента.
Определена область наиболее рациональных параметров и режимов работы предложенных средств интенсификации процесса предварительной очистки зернового вороха. Исследовано влияние влажности обрабатываемого зернового материала на показатели эффектив- ности рабочего процесса очистки зернового вороха от крупных примесей. Проведены производственные испытания экспериментального ворохоочистителя в составе поточной технологической линии зерно-очистительно-сушильного комплекса.
Характеристика зернового вороха, поступающего на пункты послеуборочной обработки в Северо-Западном районе Нечерноземной зоны РСФСР
Зерновой ворох, поступающий от комбайнов на стационарные пункты обработки, представляет собой механическую смесь семян основной культуры, семян сорных и культурных растений, органических и минеральных примесей. Органические примеси, включают в основном вегетативные части растений основной культуры и сорняков, являются наибольшей по объёму фракцией незерновой части вороха.
Минеральные примеси: пыль минерального происхождения, песок, комочки земли и др. составляют обычно не более 1,0...1,5$ от массы поступающего на обработку зернового материала / 3 /. Основные свойства всех составных этой смеси, количественное соотношение фракций во многом определяют или значительно влияют на процесс сепарации.
Количественные и качественные показатели потока свежеубран-ного зернового вороха зависят от различных факторов: почвенно-климатических условий, температуры и влажности воздуха, количества осадков, продолжительности росы, уровня агротехники, спелости хлебов, продолжительности работы комбайнов и др./4, 5, 6/.
Правильный учёт комплекса агроклиматических условий является важнейшим элементом научного подхода к проблеме программирования урожаев в том или ином районе земледелия.
Климат основных сельскохозяйственных районов Северо-Запада РСФСР характеризуется умеренно холодной неустойчивой зимой, нежарким летом, затяжной весной и осенью. Неустойчивость погоды здесь объясняется систематическим активным обменом воздушных масс различного происхождения - арктического, атлантического, континентального и даже тропического.
Для Северо-Западного района РСФСР характерна большая изменчивость погоды по годам, когда особенно резко меняется температурный режим и количество выпадающих осадков. При общей оценке климатических условий на большей части территории района как благоприятных для возделываемых культур необходимо отметить, что в отдельные годы сказываются и весьма неудовлетворительные, а иногда и резко отрицательные погодные условия.
Особенно продолжительный период переувлажнения наступает осенью, что объясняется увеличением количества осадков, наступлением прохладной погоды и значительным уменьшением потребления влаги из почвы растениями. Это приводит к замедлению созревания сельскохозяйственных культур, особенно зерновых / 7 /.
По данным Федосеева А.П. / 8 / в нечерноземной полосе в 70...80 лет складываются неблагоприятные погодные условия для уборки урожая, в 36% лет приходится убирать полеглый хлеб. В Северо-Западном районе еще более высока вероятность полегания хлебов.
class2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПНЕШО-ЖШЕТНО-
Г0 СЕПАРАТОРА class2
Обоснование метода интенсификации процесса предварительной очистки зернового вороха цилиндрическим решетом с наружной рабочей поверхностью
Изучению вопросов повышения эффективности очистки зерновых смесей посвящены работы В.П. Горячкина, Н.Н. Летошнева, В.Г. Ан-тинина, СМ. Григорьева, Н.Н. Ульриха, В.А. Кубышева, П.М. Заики, СА. Алферова, Е.С Гончарова и других учёных.
Теоретическое описание рабочих процессов, осуществляемых наружной поверхностью цилиндріїчесішх решет и транспортирующих устройств приводится в исследованиях Л.Б. Левенсона, П.С Козь-мина, Б.М. Шмелева, Г.Д. Терскова, П.М. Василенко, М.Я. Резни-ченко, Н.И. Луткина и других /98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105/.
Перечисленные авторы касались вопросов перемещения частицы относительно движущейся цилиндрической поверхности и в основном при изучении процессов очистки зерна от мелких и лёгких примесей /98, 100, 101, 105 и др./.
Применительно к нашей задаче особый интерес представляют работы М.В. Киреева, Г.Е.Травиной, Х.Х. Валиева, В.К. Романенко, Л.И. Мачихиной и др. /106, 107, 108, 20, II, 109, 83/, где сделана попытка теоретически выявить факторы, влияющие на очистку зерна от крупных примесей на цилиндрическом решете с наружной рабочей поверхностью.
В результате теоретического анализа /20/ установлено, что существенное влияние на выполнение технологического процесса очистки оказывают: величина подачи зерна на поверхность барабана и его частота вращения, угол подачи исходного продукта, скорость движения слоя и др.
Б работах /II, 87/ определено, что производительность сепаратора зависит от толщины подаваемого слоя, скорости слоя материала и находится в прямой зависимости от диаметра цилиндра.
В результате исследований, представленных в работе /109/ теоретически обосновано и экспериментально доказано положительное влияние зернового потока на захват барабаном частиц низшего слоя, что позволяет увеличить активную дугу просеивания; выявлено противоречивое влияние отношения окружной скорости барабана к скорости потока на просеивание частиц зерна и извлечение длинных примесей. При этом установлено, что основными факторами, влияющими на эффективность процесса, являются: наклон питающего лотка к горизонтали, угол подачи исходного продукта, окружная скорость барабана и скорость движения слоя.
Экспериглеытальная установка, приборы и оборудование
Для исследований технологического процесса цилиндрического решета с наружной рабочей поверхностью, работающего с аэропитателем и без аэропитателя, была создана универсальная экспериментальная установка, основные параметры и конструктивные размеры которой были установлены на основе результатов теоретических исследований и предварительных поисковых опытов.
Установка состоит из основных частей (рис. 3.1): рамы, бункера, аэропитателя с лотком-интенсификатором, воздушной камеры, секции решетного сепаратора, генератора воздушного потока с воздуховодами и привода. Рама состоит из лонжерона 27, передней телескопической опоры 32 и центральной шарнирной опоры 25. На лонжероне 27 установлены: загрузочный бункер 15, выравнивающий канал 20, аэропитатель, состоящий из воздухораздающего канала 12 и воздухораспределительной перегородки II, с лотком-интенсифика-тором 7, секция решетного сепаратора АВСД, редуктор 30 и электродвигатель 28 привода решетного сепаратора. В загрузочном бункере 15 установлена рукоятка 16 управления питающей заслонкой 17. Аэропитатель сверху закрыт коробом 14, образующим выпускной патрубок I. Воздухораспределительная перегородка II аэропитателя собрана из пластин, образующих направленный угол выхода струй воздуха (рис. 2.5в), а перегородка лотка-интенсификатора 7 - из пластины, имеющей профрезерованные под углом к плоскости лотка щели (рис. 3.7). Воздухораздающий канал 12 аэропитателя и выравнивающий канал 20 установлены на стойках параллельно плоскости лонжерона 27. В секции решетного сепаратора АВСД консольно закреплены цилиндрическое решето 5 и очистительная щётка 4. Конструкция цилиндрического решета (рис. 3.5) позволяет осуществлять вращение барабана при неподвижной оси, на которой устанавливали направители зерна. Вывод продуктов из установки производится через перекидные клапаны 29, 31 и инерционный пылеотделитель 33.
Исследование влияния основных параметров и режимов работы аэропитателя на эффективность процесса предварительной очистки зернового вороха
В соответствии с результатами теоретического анализа и поставленной целью необходимо было определить области наиболее рациональных установочных параметров и режимов работы аэропитателя, обеспечивающие эффективную предварительную очистку зернового вороха.
Для этого выполнили экспериментальные исследования, позволившие выяснить влияние значимых факторов - коэффициента живого сечения vpg воздухораспределительной перегородки аэропитателя, угла выхода струй воздуха из перегородки и угла наклона аэропитателя 0\а к горизонтали на показатели эффективности исследуемого процесса а. П ц Е (данные о полноте выделения длинных соломистых частиц не приводятся, так как в результате обогащения зернового вороха на аэропитателе Ес была не ниже 0,95).
На данном этапе экспериментальных исследований потери полноценного зерна в отходы, в основном, превышали допустимые значения, однако в результате анализа причин, влияющих на данный оценочный критерий, условие П 0,05% в последующем (см. п.п. 4.2.) было удовлетворено.
В качестве воздухораспределительного устройства аэропитателя использовали перегородку, набранную из пластин со скошенными под углом Y)j = 6730 кромками. На лотке устанавливали перегородку с щелевым выходом струй воздуха и коэффициентом живого сечения v(?a = 31% при угле наклона лотка к горизонтали (/ = 30 и угле подачи,Л =6. Эксперименты выполняли в диапазоне варьирования статического давления в выравнивающем канале установки Р = 960...1400 Па при постоянной величине открытия питающей заслонки и частоте вращения цилиндрического решета =30 мин . При исследовании угла выхода струн воздуха из воздухораспределительной перегородки использовали горизонтально установленную перегородку с регуляторами выхода струй воздуха (рис. 3.8, 3.9, решение о выдаче авторского свидетельства по заявке В 3297139).
Угол выхода струй воздуха У1 из перегородки оказывает существенное влияние на процесс перемещения зерновой смеси в псев-доожиженном слое /79/. Различное соотношение значений, составляющих Т и S сшш (\ воздействия воздушных струй на зерновой материал, изменяет гидродинамическую обстановку псевдоожи-женного слоя, при том возможно движение потока зернового материала тонким слоем с большей скореетью и наоборот. При наличии в конце аэропитателя тормозящего устройства в виде цилиндрического решета с наружной рабочей поверхностью создаются условия, отличные от ранее рассмотренных в /79/. Поэтому необходимо было уточнить дшпазон варьирования значений утла \Л , при котором обеспечиваются благоприятные режимы питания цилиндрического решета зерновым материалом и высокоэффективное обогащение зерновой смеси.
Результаты испытаний ворохоочистителя в хозяйственных условиях
Целью производственных испытаний являлась проверка возможности использования экспериментального ворохоочистителя в составе поточной технологической линии предприятия по послеуборочной обработке зерна.
Испытания проводились на зерноочистительно-сушильном комплексе семеноводческого совхоза "Красная Славянка" Гатчинского района, Ленинградской области в августе-сентябре 1982 года.
Для предварительной очистки зернового вороха использовали экспериментальную установку (рис. 3.1, 3.2), устройство и принцип работы которой описаны в разделе 3, а основные параметры и режимы работы приведены в таблице 5.1.
