Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований и технических средств для предварительной очистки зерна 10
1.1 Особенности и технические средства для предварительной обработки зерна 10
1.2 Применение зернометательных машин в послеуборочной обработке зерна 13
1.3 Анализ конструкций зернометателей 17
1.3.1 Ленточные зернометатели 17
1.3.2 Вентиляторные зернометатели 24
1.3.3 Лопастные зернометатели 28
1.3.4 Зернометательные рабочие органы Ханхасаева Г.Ф 31
1.4 Анализ некоторых теоретических исследований работы лопастных метателей 35
1.5 Влияние прочностных свойств зерновых материалов на механические повреждения при обработке зернометателем 41
1.6 Выводы и задачи исследований 46
2. Теоретическое обоснование параметров и режимов работы лопастного метательного рабочего органа с ускоряющей крыльчаткой 49
2.1 Основные понятия и допущения принятые в работе 49
2.2 Анализ ударного взаимодействия зерновки с лопаткой 50
2.3 О функциональной структуре метательного рабочего органа с ускоряющей крыльчаткой 63
2.4 Анализ движения зерновки по лопаткам ускоряющей крыльчатки 67
2.5 Анализ движения зерновки по лопаткам наружного диска 79
2.6 Выводы 86
3. Программа и методика экспериментальных исследований 88
3.1 Программа исследований 88
3.2 Оборудование и методика определения некоторых механических характеристик зерна пшеницы и ячменя 89
3.3. Методика определения параметров роторного зернометателя 94
3.3.1. Определение параметров ускоряющей крыльчатки 97
3.3.2. Определение параметров наружного диска 102
3.4. Определение агротехнической оценки работы зернометателя 103
3.5 Методика определения качества работы роторного зернометателя.ЛОб
3.5.1 Исследование процесса распределения зернового вороха на площадке метания 106
3.5.2 Исследование процесса разделения зерна по длине метания... 107
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 108
4.1 Определение механических характеристик зерна пшеницы и ячменя 108
4.1.1 Анализ диаграммы сжатия единичных зёрен 108
4.1.2 Определение коэффициента упругости 112
4.2 Определение параметров и режимов работы роторного зернометателя 112
4.2.1 Обоснование геометрических и кинематических параметров ускоряющей крыльчатки 112
4.2.2 Определение угла сектора рассева и скорости схода зерна с лопаток ускоряющей крыльчатки 113
4.2.3 Определение степени травмирования зерна ускоряющей крыльчаткой 116
4.2.4 Определение параметров наружного диска 121
4.2.5 Обоснование постановки наружной направляющей камеры .123
4.3 Агротехническая оценка работы роторного зернометателя 126
4.3.1 Определение макроповреждения зерна в зависимости от угла постановки лопаток и частоты вращения наружного диска 127
4.3.2 Определение посевных качеств зерна после обработки метателем 129
4.4 Определение качества работы роторного зернометателя 134
4.4.1 Результаты исследования распределения зерна на площадке .134
4.4.2 Результаты исследования процесса разделения зерна по длине метания 137
4.5 Классификация зернометательных машин 142
4.6 Выводы 143
5. Технико-экономическое обоснование разработанного роторного зернометателя с ускоряющей крыльчаткой 145
Общие выводы 158
Литература 160
Приложения 170
- Применение зернометательных машин в послеуборочной обработке зерна
- Анализ ударного взаимодействия зерновки с лопаткой
- Определение параметров ускоряющей крыльчатки
- Анализ диаграммы сжатия единичных зёрен
Введение к работе
Основной отраслью сельского хозяйства является производство зерновых культур, от которого в целом зависит и развитие остальных отраслей. Производство зерновых культур включает в себя ряд последовательных операций, в состав которых входят: уборка, послеуборочная обработка и переработка. Нарушение технологии одной из выполняемых операций приводит к необратимым последствиям.
Увеличение производства зерна в последние годы вызывает определённую сложность в его производстве. Особое внимание в производстве зерновых уделяется послеуборочной обработке зерна. Зерновой ворох, поступающий на послеуборочную обработку, представляет собой смесь зерна основной культуры, семян других растений (сорных), минеральных (комочки земли) и органических (полова, частицы растений) примесей. Задачей послеуборочной обработки является доведение качества зерна до требуемых кондиций, установленных государственным стандартом.
Большое значение в послеуборочной обработке уделяется предварительной очистке зернового вороха. Качество и степень предварительной очистки оказывают большое влияние на качество выполнения остальных операций послеуборочной обработки (первичная и вторичная очистка). Традиционная технология очистки зерна предусматривает последовательный пропуск зернового вороха через целый комплекс зерноочистительных машин, на каждом из которых выделяются примеси различного состава. В результате этого зерно основной культуры подвергается многократному воздействию рабочих органов, что приводит к повышению дробления и травмирования зерна и в итоге сказывается на его товарных, продовольственных и семенных качествах, как готового продукта.
Кроме этого сложные погодные условия и увеличение урожайности зерновых вызывают колебания качественных и количественных характеристик зернового вороха, в частности влажности и засорённости. Увеличение допус-
каемых норм влажности и засорённости приводит к снижению производительности зерноочистительных машин на 2% на каждый процент увеличения засорённости и на 5% на каждый процент увеличения влажности /11/.
Неравномерность поступления зерновой массы с полей приводит к скоплению зерна в буртах на открытых площадках зернотоков. Вследствие несвоевременной предварительной очистки, т.е. хранения в течении 1-2 суток свежеубранного зернового вороха на площадке зернотока приводит к снижению энергии прорастания до 1,8%, а всхожести семян до 8% /11, 46, 47, 48/. Во избежание последствий такого рода в сельскохозяйственном производстве предусмотрены машины, предназначенные для перелопачивания свежеубранного зернового вороха - это метатели. Несмотря на разнообразие конструкций метательных рабочих органов, наибольшее распространение для обработки зерна получили ленточные метатели. Так метательный рабочий орган применяется в конструкции машин ЗМ и ЗПС. Также метательный рабочий орган является неотъемлемой частью пневмоинерционных сепараторов, которые были разработаны в 80-е годы под руководством Н.И. Косилова /47, 93/. Пневмоинерцион-ные сепараторы предназначены для очистки грубого зернового вороха и разделения его на фракции.
Исследованиями /48, 49, 51, 52, 56, 64, 66, 92, 94/ установлено, что применение зернометателей в процессе предварительной очистки зернового вороха позволяет снизить его влажность на 3%, , избавиться от вредителей и разделить зёрна на сорта. Однако применение ленточных зернометателей ограничено, вследствие повреждения зерна между бесконечной лентой и прижимным барабаном /48, 76, 98/. Кроме этого использование машин марки ЗПС (при перелопачивании) не даёт существенных результатов (частичного подсушивания и предварительной очистки) при обработке увлажнённого зернового вороха из-за незначительной скорости метания.
Совершенствованием конструкций метательных машин с целью снижения травмирования зерна занимались многие ученые /48, 49, 51, 52, 56, 64, 66, 92, 94/. Определённых результатов в последние годы были достигнуты
7 Г.Ф. Ханхасаевым /1, 3, 4, 5, 6, 7, 94/. Он предложил вместо сплошного прижимного барабана использовать лопастной, и подачу зерна осуществлять во внутреннюю полость барабана. Таким образом, впервые были созданы порционные метатели. В результате анализа рабочего процесса усовершенствованного метателя были выявлены два источника повреждения зерна. В первом случае повреждение происходит при встрече зерна с лопатками прижимного барабана за счёт неоднократного удара. Во втором случае зерно повреждается между лентой и кромками торцевых дисков и кромками лопаток прижимного барабана.
Несмотря на достоинства порционного метания зернового вороха его можно сделать более эффективным, за счёт снижения плотности порций зерна при метании, т.е. перейти к получению на выходе из аппарата не струи, а веера.
Анализ конструкций зернометателей показал, что они требуют дальнейшего совершенствования с целью снижения травмирования зерна и повышения эффективности работы.
Исходя из этого, целью исследований является снижение травмирования зерна роторным зернометателем, за счёт совершенствования его параметров и технологического процесса работы.
Объект исследований: процесс взаимодействия зерна с лопатками разрабатываемого лопастного метательного рабочего органа с ускоряющей крыльчаткой.
Предмет исследований: закономерности процесса взаимодействия зерна с лопатками лопастного метательного рабочего органа с ускоряющей крыльчаткой, технологические и кинематические параметры роторного зернометателя.
Научная гипотеза: снижение степени травмирования зерна роторным зернометателем можно достичь снижением скорости встречи зерновки о лопатку ротора, за счёт уменьшения угла (менее 90) между векторами начальной скорости зерна и окружной скорости ротора и увеличения начальной поступательной скорости зерновки.
Научная новизна. Снижение травмирования зерна при обработке роторным зернометателем достигается уменьшением скорости в момент удара,
8 за счёт использования лопаток ускоряющей крыльчатки, подача зерна на которые осуществляется на меньшем радиусе. Установлены закономерности процесса ударного взаимодействия зерновки с лопаткой метательного диска. Выявлены факторы, влияющие на величину мгновенной силы в момент удара, т.е. на степень травмирования зерна при ударе. Техническая новизна подтверждена двумя патентами на изобретение №2215681 и № 2225269. /81, 82/. Практическая значимость:
результаты определения механических характеристик, таких как модуль Юнга, допускаемая нагрузка (не вызывающая изменений структуры зерновки) и разрушающая нагрузка для зёрен районированных сортов пшеницы и ячменя;
разработан рабочий орган роторного метателя зерна с ускоряющей крыльчаткой, сводящий степень повреждения зерна к минимуму.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Закономерности процесса ударного взаимодействия зерновки о лопатку метательного диска, связывающие величину мгновенной силы в момент удара с механическими характеристиками зерновки и геометрическими и кинематическими параметрами лопатки ротора.
Кинематические, геометрические и технологические параметры роторного метателя зерна с ускоряющей крыльчаткой.
Методика и результаты определения механических характеристик, таких как модуль Юнга, допускаемая нагрузка (не вызывающая изменений структуры зерновки) и разрушающая нагрузка для зёрен районированных сортов пшеницы и ячменя.
Реализация результатов исследований. Разработанная экспериментальная установка роторного зернометателя с ускоряющей крыльчаткой успешно прошла испытания и внедрена в учебно-опытном фермерском хозяйстве АЧГАА и в фермерском хозяйстве «ООО Багира» Егорлыкского района.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах АЧГАА и ВНИПТИМЭСХ.
Содержание работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения.
В главе 1 проведён анализ конструкций зернометателей и опыт их применения в послеуборочной обработке зерна. Рассмотрена общая классификация метательных рабочих органов зерна и указаны недостатки существующих конструкций.
Рассмотрены некоторые теоретические вопросы работы лопастных метателей и проанализированы результаты исследований прочностных свойств зерна.
В главе 2 проведены теоретические исследования процесса ударного взаимодействия зерновки о лопатку с учётом механических характеристик. Произведён анализ математического описания работы лопастного метателя с целью определения параметров ускоряющей крыльчатки и наружного диска.
В главе 3 установлены задачи экспериментальных исследований. Приведена методика экспериментальных исследований определения механических характеристик зерна, определения параметров и качества работы экспериментального рабочего органа.
В главе 4 экспериментально обоснованы параметры роторного зерно-метателя. Произведена агротехническая оценка работы экспериментального метателя зерна в полевых условиях.
В главе 5 определена технико-экономическая эффективность применения роторного метателя зерна с ускоряющей крыльчаткой.
Публикация результатов исследований. Результаты проведённых исследований отражены в 10 печатных работах.
Работа выполнена на кафедре сопротивления материалов и деталей машин Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград, Ростовской обл.) в соответствии с планом НИР академии.
Применение зернометательных машин в послеуборочной обработке зерна
В сельскохозяйственном производстве метательные машины нашли широкое применение на зерноскладах и зернотоках, и впервые начали применяться в начале 30-х годов для погрузочно-разгрузочных работ. В дальнейшем их использовали для предварительной очистки зернового вороха, частичной подсушки и охлаждения на открытых площадках зернотоков. Достоинства метателей: малая энергоёмкость, компактность конструкции, большая маневренность, возможность перемещать материал в любом направлении и в труднодоступные места, одновременно очищать зерновой ворох от грубых примесей и частично подсушивать. При перевалке зерна метателем можно снизить влажность на 3...5%, температуру нагретого зерна с 30...35 до 20С, избавиться от вредителей и разделить зёрна на сорта /49/. Признаком разделения зернового вороха при метании, являются различия в аэродинамических свойствах составляющих его компонентов. К ним относят скорость витания, коэффициент сопротивления и коэффициент парусности.
По исследованиям А.А. Кукибного, степень очистки зерна от примесей на зернопульте можно достичь до 99,5%. При одноразовой переброске снизить влажность зернового вороха путём проветривания на 1,5-2,0% и его температуру (согретого до 30-35С) - до 20С даже в летних условиях /50/.
На практике способ сортировки зерна овса зернопультом впервые был внедрён в одном из хозяйств Восточной Сибири /51/. Ленточный зерномёт разместили против ворот склада (Рис 1.2). Зерно непосредственно из автомобиля высыпается в бункер 11 размером 1,6x1,6x2,75 м. В воротах склада устанавливали щит 13 высотой 1м, а за ним - передвижной ленточный конвейер 14 с металлическим бункером 15 длиной 7,5-8 м, с укреплённым на ферме конвейером.
По длине бункер разделён на 10 отделений, заканчивающихся воронками с задвижками 16, расположенными над лентой конвейера на расстоянии 0,1-0,12 м. На конец конвейера надевается металлическая головка, заканчивающаяся телескопически гибкой трубой 17, которая может быть направлена на цепочки конвейеров 18 и 19, идущие в разных направлениях. При работе зерномёта колосья, солома, щуплые зёрна отвеиваются перед щитом и на склад не поступают. Если при этом открыть задвижки 1-5 бункеров и пустить в ход ленту конвейера, то наиболее крупное зерно по цепочке конвейеров будет укладываться в отведённое для него место. Остальные задвижки остаются закрытыми, пока в передней части бункера накопится более мелкое зерно. После этого закрывают задвижки 1-5, телескопическую трубу перебрасывают на вторую цепочку конвейеров и открывают задвижки 6-10. Таким образом, мелкое зерно отделяется от крупного. Зерно, собранное по отсекам, можно сортировать и хранить отдельными буртами, куда оно подаётся специальными передвижными конвейерами. При производительности зерномёта 45-50 т/ч за сутки можно принять и рассортировать на три фракции 700 т зерна. После одноразового пропуска зерна через зерномет отделяется примерно 1/3 зёрен с пониженной всхожестью.
Исследованием разделения семян зернометателем по удельному весу занимались В.Н. Макаров и В.И. Телегин. В результате исследований на ленточном зернопульте ВИМ-10 была подтверждена выдвинутая ними гипотеза, что зерно, брошенное зернопультом под определённым углом к горизонту, летит по траектории описываемой параболой. При этом зерно падает на разном расстоянии от зернопульта, из-за различных аэродинамических свойств, размеров и удельного веса каждой зерновки. Результаты исследований приведены в таблице 1.1.Как отметил И.Ф. Пикуза /66/, применение зернометательных установок в технологии послеуборочной обработки зерна является одним из важнейших факторов в борьбе за повышение урожайности и увеличение сбора зерна за счёт ликвидации потерь и порчи его во время обработки на токах. По результатам его исследований установлено, что для ленточных зернопультов уменьшение засорённости зерновой массы достигает от 4 до 20% и более. Снижение влажности происходит от 1 до 7% в теплую и солнечную погоду и повышение всхожести от 2 до 7% /66/. Необходимо также отметить то, что качественные показатели работы зернопульта не зависят от засорённости и влажности посту-паемого на обработку зернового вороха, что в свою очередь повышает качество работы остальных зерноочистительных машин.
Анализ ударного взаимодействия зерновки с лопаткой
В данном случае единственной мгновенной силой Р является реакция поверхности лопатки N, которую мы определили по формуле Герца (2.11), т.е. N=P. Рассмотрим процесс взаимодействия зерновки с лопаткой с целью определением направления и величин относительных скоростей зерновки с лопаткой до и после удара. Схема относительных скоростей зерновки до и после удара с радиально установленной лопаткой По схеме взаимодействия зерна с лопаткой видно, что возникает косой удар, т.е. скорости соударяемых тел не лежат на одной прямой, а направлены по отношению друг другу под углом. Исходя из этого, значения составляющих ударного импульса возникающего по нормали и по касательной к поверхности составят: Рассматривая процесс удара зерновки о лопатку по нормали п-п его можно разделить на две фазы /24/. В течение первой фазы зерновка сжимается до тех пор пока её скорость не станет равной нулю; в течение второй фазы форма зерновки восстанавливается (за счёт упругости). В момент, когда зерновка отделится от поверхности лопатки, явление удара заканчивается. В начале второго этапа центр тяжести зерновки приобретает скорость Vn2. Запишем уравнения мгновенных импульсов нормальной составляющей для обеих фаз удара: mVn-mVnl=S1; mVn2-mVn=S2. (2.14) Считая отношение импульсов S/Si коэффициентом восстановления, соответственно получаем /24/: V -V V"2 У" =s. "и nl Вводя предположение, что скорость Vn=0 (скорость в конце первой и начале второй фаз удара), тогда получим зависимость, связывающую нормальные составляющие относительной скорости частицы до и после удара: Vn2=s-Vnl. (2.15) Согласно второй гипотезе Ньютона, т.е. гипотезе сухого трения, тангенциальная составляющая ударного импульса пропорциональна его нормальной составляющей /44/: K2-vt,=±f-(v„2-v„,), (2.16) где/- коэффициент сухого трения. Знак «+» или «-» в правой части противоположен знаку величины VTl, т.к. ударное взаимодействие приводит к уменьшению относительной скорости движения. Сущность выражения (2.16) заключатся в том, что соударяющиеся поверхности взаимодействуют по закону сухого трения и что взаимодействие остаётся одним и тем же, как при немгновенных, так и при мгновенных силах.
Следует также заметить, что выражение (2.16) описывает закон изменения тангенциальной составляющей скорости только в определенной области величин VTl и VnI. Используя выражение (2.16) получаем: VT2=VTl±f.(l-s)-V„,. (2.17) Полученное выражение вне области применимости при условии, что Vtl\ + f-(l s)-V„, 0. По схеме относительных скоростей частицы с лопаткой видно (Рис. 2.5 а), что до удара зерновка двигалась со скоростью Vo. В момент встречи зерновки с поверхностью лопатки вектор скорости Vo по отношению к горизонту направлен под углом «. Лопатка движется с линейной скоростью cor, где г - радиус встречи зерновки с лопаткой. В дальнейшем скорость зерновки будем рассматривать относительно поверхности лопатки (как подвижной преграды) и тогда составляющие относительной скорости зерновки до удара с учётом того, что преграда является подвижной, будут равны: Vn] =cor-Vn0=cor-V0-cosa; Vrl = Vr0 = V0 -sinor (2.18) Нормальные составляющие относительной скорости зерновки до и после удара будут связаны соотношением (2.15) и тогда относительная скорость зерновки после удара составит: Vn2=s-(a r-V0-cosa). (2.19) С учётом гипотезы сухого трения (выражение 2.17) касательная составляющая относительной скорости зерновки после удара составит: VT2 = VTl-f.(Vn2-Vnl) = V0-sma + f-(cor-V0-cosa)-(l-s). (2.20) Полученные формулы (2.19) и (2.20) справедливы для радиально установленных лопаток. Теперь рассмотрим один из случаев постановки лопаток под углом у/0 к начальному радиусу назад по ходу вращения (Рис. 2,6), Потому что в данном случае при сходе зерна с лопаток наблюдается уменьшение угла сектора рассева (п. 2.4), по сравнению с лопатками, установленными вперёд по ходу вращения /32/, что существенно влияет на качественные показатели работы роторного метателя зерна /17/. п cor а) до удара б) после удара Рис. 2.6 Схема относительных скоростей зерновки до и после удара с лопаткой установленной назад по ходу вращения Принцип взаимодействия зерновки с наклонной лопаткой такой же, как и с радиальной лопаткой. Отличие состоит в том, что теперь линия действия нормальной реакции лопатки не будет совпадать с направлением абсолютной скорости лопатки cor, что в свою очередь приводит к снижению ударной силы на зерновку. Запишем составляющие относительной скорости зерновки до удара: Vnl=cor-cosУ/Q-VQ-sin( z + у/о); Vzl=cor-siny/0-V0-cos(a +i//0). (2.21) После удара составляющие относительной скорости зерновки составят: Vn2=s-vni=s ( R -cosj30-V0 Sm(a + j30) VT2 = coR sin PQ - V0 sin(a +/30) + f (a R - cos / (2.22) -V0 cos(a + p0))-(l-s) В результате полученной зависимости (2.22) видно, что величина нормальной составляющей относительной скорости зерновки в момент удара зави 59 сит от нескольких факторов, таких как частота вращения, угол постановки лопатки к начальному радиусу и др. Рассмотрим более подробно факторы, значи тельно влияющие на величину скорости Vnj. Рис. 2.7 Зависимость нормальной составляющей относительной скорости в момент удара от угловой скорости лопатки (частоты вращения1) В результате полученной прямо пропорциональной зависимости нормальной составляющей относительной скорости в момент удара от угловой скорости лопатки (Рис. 2.7) видно, что с увеличением угловой скорости от 20 до 70 с 1 величина скорости Vn] возрастает не менее чем в 5-6 раз. Таким образом, для снижения величины скорости VnJ необходимо стремится к снижению частоты вращения лопаток. Значительное влияние на величину нормальной составляющей относительной скорости зерновки в момент удара оказывает радиус встречи частицы с лопаткой (радиус подачи). По графику зависимости (Рис. 2.8) можно определить, что увеличение радиуса подачи от 0,05 м до 0,2 м (в четыре раза) приводит к увеличению скорости V„i в 8-15 раз (в зависимости от частоты вращения).
Определение параметров ускоряющей крыльчатки
Определение параметров ускоряющей крыльчатки Одним из основных технологических параметров работы ускоряющей крыльчатки является получение веера выбрасываемого материала с наименьшим углом сектором рассева на выходе с крыльчатки, который в свою очередь предопределяет дальнейший технологический процесс работы зернометателя. На величину угла сектора рассева влияет способ и место (радиус относительно центра вращения) подачи зерна на лопатки ускоряющей крыльчатки. Для проведения исследований в лабораторных условиях была сконструирована экспериментальная лабораторная установка (Рис. 3.6).Экспериментальная установка состоит из неподвижной рамы 1, на которой смонтированы вал 2 с лопастным диском 3 (в дальнейшем ускоряющая крыльчатка), установленные на опоре 4. Привод ускоряющей крыльчатки осуществляется посредством клино-ремённой передачи 5 через промежуточный вал и механический вариатор 6. Подача зернового вороха осуществляется из загрузочного бункера 7, установленного на раме 1. Определение способа и места подачи материала на ускоряющую крыльчатку. Подача зерна на лопатки ускоряющей крыльчатки зернометателя осуществлялась двумя способами. По первому способу зерно по воронке жёстко закреплённой на бункере сразу подавалось на ускоряющую крыльчатку (Рис. 2.14 а). При этом подача осуществлялась с торцевой стороны крыльчатки. Длина лопаток равнялась радиусу диска, и устанавливались они под различным углом к начальному радиусу. В данном случае исследовали зависимость величины угла сектора рассева от частоты вращения и от радиуса подачи зерна на лопатки. Частоту вращения крыльчатки изменяли при помощи механического вариатора, установленного в приводе ускоряющей крыльчатки. Выше указанный способ подачи зерна имеет несколько недостатков. Так с увеличением производительности свыше 5 т/ч и частоты вращения более 250 об/мин, во-первых, происходит торцевой отскок зерна с поверхности лопаток, во-вторых, увеличивается угол сектора рассева зерна, что существенно влияет на технологический процесс работы метателя и на качество обрабатываемого зерна. Исходя из этого, возникла необходимость изменить способ подачи зернового вороха на ускоряющую крыльчатку. Теперь зерно из бункера подаётся на желоб 1 специальной формы (Рис. 3.7), стационарно закреплённый на раме мета 99 теля и расположенного во внутренней полости ускоряющей крыльчатки 2. Схема подачи материала показана на Рис. 2.14 б). Положе ние желоба на раме регулируется при помощи наре- //\ занных пазов в стойках крепления 6 (Рис. 3.9). Ис- /УлУу ходя из этого, конструктивно длина лопаток соста- rXl вила 75 мм. Соответственно с увеличением произ- // У/ водительности увеличилось и число лопаток. Пода- V.—!__К Направление движения зеона ча зернового вороха осуществлялась на внутренние кромки лопаток ускоряющей крыльчатки и зависе- Рис. 3.7 Форма желоба ла от положения желоба, который находился на некотором расстоянии от лопаток, равном 5-7 мм, что составляет величину длины 1,5-2 семян. Положение желоба определяется углом установки нижней его кромки, при помощи разметочной шкалы 5 установленной на ободе с торца крыльчатки (Рис. 3.8). В процессе опыта определяли зависимость величины сектора рассева от угла постановки лопаток к начальному радиусу и от числа оборотов ускоряющей крыльчатки. Положение места подачи зернового вороха изменяли положением загрузочного бункера, как по вертикали, так и по горизонтали при помощи пазов нарезанных в стойках крепления. Место подачи зерна на лопатки фиксировали при помощи координат: среднего радиуса подачи и угла установки желоба относительно вертикальной оси крыльчатки. Установку координат зоны подачи производили при помощи разметочной шкалы 5 установленной с торцевой стороны ускоряющей крыльчатки (Рис. 3.8) и штангенциркуля.
Определение сектора рассева производилось с целью выявления закономерности распределения зернового вороха на выходе с лопаток ускоряющей крыльчатки. При изменении места подачи зерна на лопатки ускоряющей крыльчатки изменяется направление и величина угла сектора рассева зерна при попадании на лопатки наружного диска. По ходу опыта определяли также необходимое количество лопаток, своевременно сообщающих необходимую скорость схода зёрен на лопатки наружного диска. Ускоряющая крыльчатка с установленным желобом; 1 - диск; 2 - желоб; 3 - лопатки; 4 - улавливатели; 5 - разметочная шкала; 6 - стойки крепления желоба Методика определения угла сектора рассева. Угол сектора рассева определяли при помощи улавливателя 4 (Рис. 3.8), состоящего из двух продольных пластин, соединённых поперечными планками, установленными под углом равным углу схода зёрен и заканчивающиеся ёмкостями для зерна (Рис 3.9). Внешне внутренняя сторона улавливателя имеет форму полуокружности с радиусом немного больше радиуса диска крыльчатки. Поперечные планки улавливателя относительно центральной оси вращения крыльчатки установили с интервалом 10 , что наиболее точно позволяет определить сектор рассева. Порядок проведения опыта проходил так. При открытии задвижки загрузочного бункера материал самотёком в ограниченном количестве поступал на лопатки ускоряющей крыльчатки. В момент схода с лопаток зёрна устремлялись в отверстия между поперечными планками улавливателя и попадали соответственно в его ёмкости. В дальнейшем зерно извлекалось из каждой ёмкости и взвешивалось на весах ВЛКТ-500 с предельной ошибкой не более 3%. Опыт проводился при изменении числа оборотов ускоряющей крыльчатки и угла по 101 становки лопаток к начальному радиусу. Для проведения опытов использовали также секундомер и тахометр. Рис. 3.9 Схема для определения угла сектора рассева ускоряющей крыльчатки Число повторностей определили по известной методике /57/. Для этого приняли доверительную вероятность равную а=0,95 и предельную ошибку опыта 5=±Зо\ где а - среднеквадратическое отклонение. Исходя из этого по таблице 4 /85/, получаем число повторностей равное 3.
Анализ диаграммы сжатия единичных зёрен
По степени травмирования повреждения зерна классифицируют на 2 большие группы: макро и микротравмы /13/. Первая группа включает повреждения, связанные с отчленением от семени какой-то части её органического вещества, по второй - повреждение тканей семени (уколы, вмятины, ссадины и т.п.) не сопровождающиеся потерей вещества семени. В процессе исследования свойств зерна при сжатии на установке были получены диаграммы сжатия единичных зёрен/17, 20/. Как было сказано ранее, одновременно были получены диаграммы усилия сжатия и абсолютной деформации зерна в зависимости от времени. По полученным диаграммам можно определить величину деформации соответствующую величине усилия на определённый момент времени. Известна характерная особенность строения структуры зерна - анизотропия, то есть неодинаковость его свойств по различным направлениям, которая сильно проявляется при оценке механических свойств /45/. Признаком проявления такого свойства служит неравномерность строения структуры зерна, в состав которой входят: слои оболочек, белковый каркас, крахмальный наполнитель (в виде зёрен), зародыш /13/. В процессе опытов была подтверждена закономерность анизотропных свойств зерна (пшеницы), то есть, на величину сопротивления влияет и положение зерна в момент нагружения. По результатам опытов представленных в таблице приложения 5 можно сделать вывод: что зёрна пшеницы (твёрдых и мягких сортов) обладают большой сопротивляемостью в положении «бочок-бочок» и наименьшей сопротивляемостью в положении «стоя». Чем больше влажность зерна, тем меньше 109 величина разрушающего усилия. При одной и той же влажности величина разрушающего усилия для твёрдой пшеницы гораздо выше, чем для мягкой. При сжатии единичных зёрен ячменя выполняется выше описанная закономерность, как и для зёрен пшеницы. Проанализируем рабочую диаграмму сжатия усилия и абсолютной деформации мягкой пшеницы влажностью 11 % в положении «бочок-бочок» (рис. 4.1 а), полученную с использованием оборудования (Рис. 3.2-3.4) На диаграмме усилий (рис. 4.1 б) выделены характерные участки, характеризующие способность зерна сопротивляться сжатию при определённых деформациях. Первый участок диаграммы усилий отрезок "0-А", представляет собой прямую линию с небольшим углом наклона, параллельно по диаграмме абсолютной деформации происходит прямо пропорциональное увеличение деформации относительно нагрузки. На данном этапе нагружения зерновка сохраняет свои упругие свойства.
Участок "А-В" диаграммы соответствует условной текучести, т. е. увеличению деформации при постоянной нагрузке. Величина абсолютной деформации в этот момент составляет примерно сотые доли. Это объясняется тем, что на поверхности зерновки происходит распределение сжимающей силы по площади, что вызывает заполнение пустот в структуре между слоями оболочек. Визуально оценить состояние зерновки в этот момент после снятия нагрузки невозможно. Стекловидность зерна в целом не нарушена, лишь при 15-ти кратном увеличении на поверхности зерна в месте контакта с подвижным штоком имеется незначительная вмятина размером 0,4x0,2 мм. При дальнейшем увеличении нагрузки на диаграмме усилий выделен участок "В-С" в виде прямой линии, но с большим углом наклона, чем на первом участке. Увеличение деформации происходит прямо пропорционально увеличению нагрузки, угол наклона прямой на диаграмме абсолютной деформации не изменился. На данном участке зерновка сохраняет свои упругие свойства, но с образованием незначительной пластической деформации. При снятии нагрузки на по данном участке ближе к точке "С" в структуре зерновки визуально на просвет можно наблюдать появление внутренних трещин, поперёк зерновки и величина остаточной деформации составляет 0,01 мм. В месте контакта со штоком в структуре зерновки происходит местное уплотнение (изменение цвета) крахмальных зёрен, дальнейшее увеличение нагрузки ведёт к увеличению внутренних трещин. Следующий участок "С-Д" диаграммы усилий соответствует ярко выраженной текучести, со значительным ростом деформации при постоянной нагрузке. Здесь наблюдается образование трещин уже на поверхности крахмального наполнителя у границ внешней оболочки зерновки, вызванное внутренними сдви Ill гами элементарных частиц, что подтверждает наличие значительной пластической деформации. Также нарушается стекловидность зерновки, в структуре на просвет наблюдаем тёмные участки в местах образования трещин. Величина остаточной деформации после снятия нагрузки составила от 0,02 до 0,04 мм. При дальнейшем увеличении нагрузки деформация возрастает не линейно. На участке "Д-Е" в значительной степени преобладает образование пластической деформации, сопровождающееся разрушением оболочек и в целом зерна. Разрушение сопровождается незначительным треском и образованием наружной трещины, как правило, поперёк зерновки. Проанализировав диаграммы сжатия и оценив состояние структуры зерна на каждом из её участков, можно определить значение сжимающей силы, при котором в структуре зерновки начинают появляться микротрещины. Величина нагрузки (допускаемой) не вызывающей значительных изменений в структуре зерна мягкой пшеницы (влажностью 11%) в положении «бочёк-бочёк» составляет 80 Н, в положении «спинка-бороздка» - 65 Н, в положении «стоя» - 50 Н. Для твёрдой пшеницы (влажностью 12%) в положении «бочёк-бочёк» величина допускаемой нагрузки составит 117 Н, в положении «спинка-бороздка» 127 Н (Приложение 5).
