Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 8
1.1 Производство сои на Дальнем Востоке 8
1.2 Классификация сои на Дальнем Востоке 10
1.3 Классификация транспортирующих устройств, применяемых в сельскохозяйственном производстве 13
1.4 Состояние качества семян и товарного зерна сои 27
1.5 Теоретические предпосылки обоснования снижения повреждения зерна в транспортирующих устройствах 32
2 Теоретические исследования 42
2.1 Зерно сои, как объект механических воздействий транспортирующих рабочих органов комбайна. Силы действующие на зерно и типы травмирования 42
2.2 Обоснование действующих сил на зерно сои в винтовом транспортере, приводящих к разрушению зерна 48
2.3 Силы соударения зерна с рабочими органами транспортирующих устройств 68
2.4 Осевая нагрузка на поверхность эластичного обрамления 72
2.5 Определение диаметра эластичного обрамления 81
3. Методика исследований 88
3.1 Методика определения степени травмирования 88
3.2 Методика исследования повреждаемости зерна в винтовых транспортерах 90
3.3 Определение силы деформации и жесткости эластичного обрамления 94
3.4 Методика производственных испытаний 98
3.5 Измерение мощности и затрат электроэнергии 101
3.6 Методическая обработка результатов эксперимента 101
4 Результаты экспериментальных исследований 104
4.1 Способы изготовления шнеков ( полиэтиленовых, металлических и полиэтиленовых со щеточным обрамлением наружной кромки винта) 104
4.2 Сравнительная оценка качества работы экспериментального винтового транспортера с материалом рабочего органа (сталь, полиэтилен) 108
4.3 Анализ качества работы стального и полиэтиленового шнека с обрамлением наружной кромки винта 117
4.4 Осевая нагрузка на поверхность эластичного щеточного обрамления 120
4.5 Сила деформации упругой нити 121
4.6 Относительная жесткость щеточного элемента эластичного обрамления 124
5 Экономическая эффективность 134
Заключение 140
Список литературы 142
Приложения
- Производство сои на Дальнем Востоке
- Зерно сои, как объект механических воздействий транспортирующих рабочих органов комбайна. Силы действующие на зерно и типы травмирования
- Методика определения степени травмирования
- Способы изготовления шнеков ( полиэтиленовых, металлических и полиэтиленовых со щеточным обрамлением наружной кромки винта)
Введение к работе
В агропромышленном комплексе Дальнего Востока за последние годы произошли изменения, вызвавшие значительный спад его уровня развития, в том числе и в отраслях растениеводства. Ухудшилась материально-техническая база, отмечаются значительные колебания валовых сборов продукции.
Условия хозяйствования в современных условиях ориентированы на получение экономической выгоды от вложения средств в освоение технологий, современную технику и применение инновационных разработок. Одним из приоритетных направлений развития АПК является возделывание сои.
На данном этапе увеличение производства сои в Амурской области за счет расширения площади практически не возможно из-за высокого удельного веса её в структуре пашни, дефицита сельскохозяйственной техники и квалифицированных трудовых ресурсов. Поэтому дальнейшее наращивание валового производства сои возможно на основе перехода на ресурсно-энергосберегающие технологии, обеспечивающие рост урожайности и предотвращение потерь зерна на всех этапах его производства.
Средний урожай сои в мире в 2000 году по данным международной статистики был на уровне 20 ц/га, а по отдельным государствам изменялся от 24 ц/га до 9 ц/га, в том числе в США —24 ц/га, в Бразилии 18 ц/га, в Китае — 13 ц/га, в России - 9 ц/га. Приведённые данные показывают, что Амурская область и, в целом, Дальний Восток, обладают крупными резервами увеличения объёмов производства сои за счет роста её урожайности. Потенциально возможный уровень урожайности сои в производственных условиях 20 ц/га у всех районированных на Дальнем Востоке сортов сои. Повышение урожайности является важным резервом увеличения производства сои. Основу высоких урожаев составляют качественные семена, обладающие высокой полевой всхожестью. Одной из главных причин снижения посевных качеств семян, их низкой полевой всхожестью являются механические повреждения, которые получает зерно сои
5 в процессе обмолота урожая и очистки на зерноочистительных поточных линиях. Механические повреждения зерна сои обуславливают снижение валовых сборов зерна, ухудшение товарных, посевных и продуктивных качеств. Повышение качества семян и товарной сои составляет важную проблему, так как в соеперерабатывающие комбинаты поступает большое количество зерна сои с отступлением от установленных ГОСТ требований. В качестве семян высевают сою некондиционную причем ежегодно на площади в количестве свыше 20%.
Устранение механических повреждений зерна сои на стадии её уборки и послеуборочной обработки представляет актуальную задачу.
Наличие большой повреждаемости зерна сои при уборке и послеуборочной обработке определяет, что данные средства механизации не полностью соответствуют биологическим и физико-механическим особенностям культуры сои.
Для научного обоснования мер по снижению механического повреждения зерна при повышении уровня механизации необходимо глубоко изучить и обосновать процессы механического повреждения сои на стадии уборки и послеуборочной обработки. Это позволит правильно с теоретическим освещением решать вопросы конструктивного совершенствования рабочих органов транспортирующих устройств, а также рациональному выбору режимов обработки семенного и товарного зерна сои. Изучению факторов, влияющих на повреждение зерна сои при взаимодействии его с рабочими органами транспортирующих устройств, с целью совершенствования технологического процесса на основе дальнейшего качественного развития, обеспечивающего снижение повреждения зерна сои, и посвящена данная работа.
Новизна научных положений заключается в том, что на основе системного подхода к механизму взаимодействия зерна сои с рабочими органами транспортирующих устройств машин для уборки и обработки, выявлены закономерности технологического процесса, позволяющие снизить силу удара и исключить защемление зерна, определить оптимальные параметры устройств при транспортировании и создать технические средства, обеспечивающие минимальные повреждения зерна.
Практическая ценность работы определяется следующими положениями: результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологии и техники бережного транспортирования зерна сои. Разработана методика расчета параметров транспортирующих устройств, обеспечивающая создание технических средств с минимальным повреждением зерна сои на стадии уборки и обработки.
Основные результаты исследований реализованы при разработке тематического задания - «Уточнить показатели и нормы качества семян сои при пересмотре действующих стандартов», при создании винтовых транспортёров в ОПКТБ ДальНИПТИМЭСХ, КТБ АО «Элеватормельмаш». Конструкции полиэтиленовых и металлических со щеточным элементом винтовых транспортёров включены в систему машин для зоны Дальнего Востока в качестве сменных рабочих органов.
Экспериментальные образцы рабочих органов и винтовых транспортёров демонстрировались на выставке научных достижений АПК России 1992 году в г. Чань Чунь КНР.
Все исследования проводились с Планом основных научных направлений Федерального государственного образовательного высшего профессионального образования Дальневосточного государственного аграрного университета, Дальневосточного научно-исследовательского и проектно-техЕїического института механизации и электрификации сельского хозяйства и связан с выполнением научно-исследовательских работ по теме 13.10. Разработка технологий и технических средств для уборки и послеуборочной обработки сои в Амурской области.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ДальГАУ (г. Благовещенск 2000-2005 гг.), и на расширенном заседании кафедр «Механизация АПК» и
7 «Эксплуатация машинотракторного и автомобильного парков» ДальГАУ (2005
Производство сои на Дальнем Востоке
Среди регионов Дальневосточного федерального округа на протяжении 1995-2004 годов Амурская область занимает первое место по производству зерновых культур и сои.
Еврейская автономная область 12,9 12,9 18,2 16,4 7,4 20,8 34,39 Сокращение посевных площадей неизбежно привело к сокращению производства сельхозтоваропроизводителями Амурской области продукции со-еводства. Так, в 2003 году производство сои сократилось по сравнению с 1995 годом, на 9,1%, в 2000 году аналогично по сравнению с 1990 годом в 2,8 раза.
Резкое снижение посевных площадей, отсутствие государственной поддержки сельхозтоваропроизводителей, погоня их за прибылью от возделывания сои привели к тому, что в настоящее время севообороты практически сводятся к двухпольному «соя — зерновые культуры». Нарушение технологии возделывания культур, отсутствие в севообороте паров и минимальное количество многолетних трав привело к заметному снижению урожайности зерновых культур и сои. Так, урожайность зерновых культур в 2000 году снизилась по сравнению с 1986-1990 годами в 1,8 раза и составила 6,4 ц/га, сои, соответственно, в 1,3 раза и составила 7,9 ц/га.
Природные условия, созданные сорта Амурской селекции позволяют в настоящее время и в перспективе повысить значение области в производстве сои.
Развитие отрасли связано, прежде всего, с созданием современной со-еперерабатывающей промышленности, обеспечивающей комплексную переработку товарной сои, соевых отходов с получением высококачественных, недорогих продуктов питания и кормовых добавок на основе ценного соевого белка и растительного масла.
Основу высоких урожаев составляют качественные семена, которые без дополнительных затрат, в среднем на 20% [90, 94], увеличивают валовой сбор сои, поэтому необходимы исследования, направленные на повышение качества семян и товарной сои в процессе уборки и обработки зерна.
Уборка и обработка зерна сои осуществляется системой машин, предназначенной, в основном, для возделывания зерновых культур. Этот комплекс машин по своим технологическим режимам не отвечает в полной мере биологическим особенностям культуры и физико-механическим свойствам её семян. Вследствие этого отмечаются высокие потери зерна при уборке и обработке. Потери зерна сои, вызванные её дроблением и микроповреждением, довольно значительные и составляют до 20% урожая.
Дробленое и микроповрежденное зерно, не отсортировывалось полностью при обработке, поэтому оно не только снижает посевную всхожесть семян, но и ухудшает качество продовольственного зерна, так как поврежденное зерно сои, вследствие высокого содержания масла (20-22%) засоряется, окисляется, повышается кислотность масла и снижаются продовольственные качества самого зерна и продуктов его переработки.
В сельском хозяйстве перемещение зерна, кормов и других грузов осуществляют транспортёры непрерывного действия. Перемещение груза происходит по заранее установленному пути. Особенности сельскохозяйственных грузов обуславливают разнообразие методов и приёмов грузоперемещения. Па-ряду с обычными приёмами обработки грузов (подъёмом и перемещением) применяют выбрасывание, копнение, опрокидывание, перекатывание и др. Классификация транспортёров непрерывного действия приведена на рисунке
Назначение подъемно-транспортных устройств — общее и специальное, по способу установки транспортирующих средств подразделяются на стационарные, передвижные, навесные, самоходные;
Типы транспортеров классифицируются на ленточные, пластинчатые, цепные, скребковые, винтовые, штанговые, пневматические, инерционные, ковшовые, роликовые.
По характеру перемещения груза эти транспортирующие средства можно разделить на три основные группы.
1. Средства с подвижным несущим органом - ленточные транспортёры, ковшовые элеваторы и др.
2. Средства с неподвижным несущим органом (желоба, лотки, отводы и др.). Груз скользит или скатывается, причём его движение соответствует перемещению транспортирующего (захватывающего) тягового органа, к ним относятся скребковые транспортеры, самотаски и др.
3. Средства с неподвижным несущим органом, в которых груз движется относительно транспортирующего органа (например, шнека). На уборке, послеуборочной обработке и промышленной переработке зерна сои самое широкое применение нашли винтовые конвейеры, скребковые транспортеры и ковшовые элеваторы. Применяются также ленточные транспортеры и пневмотранспортеры.
В последние годы за рубежом для погрузки сыпучих материалов чаще всего применяются погрузчики шнекового типа [31, 94, 95, 143]. Так, например, в США выпуск шнековых погрузчиков составляет свыше 50% от общего количества погрузчиков различного типа [196].
Винтовые и скребковые конвейеры нашли широкое применение в качестве составных узлов комбайнов, зерноочистительных машин, триеров, бункеров, зерносушилок, протравителей, передвижных погрузчиков и других машин.
Такое распространение винтовые и скребковые конвейеры получили благодаря следующим достоинствам: простота устройства, монтажа и обслуживания, компактность, надежность в работе, герметичность, возможность применения индивидуального привода, промежуточной загрузки или разгрузки, невысокая цена устройства.
Винтовые и скребковые транспортеры, применяемые в сельскохозяйственных машинах, могут выполнять различные функции. Например, два шнека и скребковые транспортеры с различной навивкой винта и направлением вращения скребков от одного привода осуществляют забор зерна из бурта (протравитель семян ПС - 10, семяочистительная машина СМ-4, зернопогрузчик передвижной ЗПС - 10А), в ряде зерноочистительных машин шнек выполняет функцию равномерного распределения зерна по ширине решета (ОВС 25, СМ -4 и др.). В загрузчике удобрения СЗУ - 20 шнековый поперечный транспортер служит смесителем нескольких удобрений. В специальных машинах шнек может выполнять роль дозатора, питателя, пресса. Конкретно по шнековым и скребковым транспортерам классификацию можно несколько расширить по конструкции рабочего органа: винты - сплошные, ленточные, спиральные; скребки - прямоугольные, прямоугольные со скошенными углами, трапециевидные, дисковые; по режиму работы - тихоходные и быстроходные. Привод норий, шнековых, скребковых и пневмотранспортеров, работающих в стационарных условиях, в большинстве случаев осуществляется от электродвигателя. На передвижных загрузочных средствах в последнее время чаще стали применять гидропривод (модификация загрузчика сеялок ЗАУ - 3, семейство загрузочных устройств БЗУ и др.).
Зерно сои, как объект механических воздействий транспортирующих рабочих органов комбайна. Силы действующие на зерно и типы травмирования
Соя относится к бобовым растениям и содержит больше всего сырого белка (30...50%) абсолютно сухой массы зерна [125]. Содержание масла колеблется от 17 до25%, углеводов 13 до 23%. Сырой белок, масло и углеводы в совокупности составляют 65...87%) сухой массы зерна. Общее содержание минеральных веществ составляют 4,87...5,47% сухого вещества зерна.
Химический состав зерна сои зависит от сорта, экологических и метеорологических условий, агротехники (срока посева, применяемых удобрений, орошения и др.).
Зерно сои представляет собой твердое, упругопластичное неоднородное тело, содержащее ряд органических и неорганических веществ.
Зерно покрыто плотной кожурой (семенной оболочкой), защищающей его внутреннюю часть. Оболочка сои составляет 7% веса всего зерна и состоит из трех слоев: палисадного, гиподермы и питательной ткани [125].
Строение различных по структуре слоев оболочки сои с клетками то продольными, то поперечными, обилие капилляров, преобладание в химическом составе оболочки углеводов, подверженных одревеснению, приводят к тому, что сопротивление излому и разрывным усилиям у оболочки невелико, особенно при низкой влажности. Благодаря различному не совпадающему в геометрическом отношении строению отдельных оболочек и их взаиморасположению, разрывное усилие оболочки у бобовых меняется более чем в 1,5 раза при изменении направления усилия, т.е. оболочка обладает анизотропностью прочностных свойств [126]. При создании новых рабочих органов транспортирующих устройств необходимо выбирать материал, режимы работы, технологические зазоры, кривизну рабочего органа и др. показатели каждого элемента конструкции так, чтобы без риска разрушения или изменения формы данные рабочие органы сопротивлялись действию внешних сил, передающихся на него от частей конструкции и массы перемещаемого зерна, при силовом взаимодействии семян с рабочими элементами молотильных и транспортирующих устройств зерно не должно перегружаться выше своих естественных пределов прочности. Несоблюдение этого требования ведет к местному или общему разрушению семян - их микроповреждению и дроблению.
При уборке зерно сои и его составные части - семядоли, кожура и зародыш воспринимают внешние нагрузки и действие их передают друг другу.
Различают силы сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенные силы — это давление, передающиеся на зерно сои через площадку, размеры которой очень малы по отношению ко всему зерну. При расчетах, благодаря малости площадки, передающей давление, сосредоточенная сила будет приложена в точке.
Распределенными нагрузками являются силы, приложенные непрерывно на протяжении некоторой длины или площадки сферы сои.
Далее, нагрузки делятся на постоянные и временные. Первые действуют во все время существования зерна сои как единой конструкции, например, при накоплении его в бункерах. Временные нагрузки действуют на зерно лишь в течение некоторого промежутка времени (примером может служить удар зерна о рабочие органы или наоборот).
По характеру действия нагрузки можно разделить на статические и динамические. Статические нагружают зерно постепенно, будучи приложены к зерну, они не меняются или меняются незначительно. При передаче статических нагрузок на зерно все её части находятся в равновесии; ускорение элементов конструкции отсутствует или очень мало. Если же эти ускорения значительны и изменения скорости элементов транспортирующих устройств с зерном при взаимодействии происходит за сравнительно небольшой период времени, то это будет приложение динамических нагрузок. Примерами таких нагрузок могут служить ударные и повторно-переменные.
Ударные и повторно-переменные нагрузки передаются на зерно сразу полной своей величиной. Таково, например, давление рабочего элемента винта на зерно при защемлении его между винтом и кожухом.
Повторно-переменные нагрузки действуют на зерно со стороны транспортирующих устройств, повторяясь, значительное число раз. Во многих случаях при перемещении зерна сои транспортирующими устройствами нагрузки, действующие на зерно сои, представляют собой комбинацию нескольких видов динамических воздействий.
Заканчивая классификацию сил, действующих на зерно сои при его обмолоте и перемещении, можно выделить воздействие тех ее частей, на которые оно опирается. Эти силы называются реакциями. Они определяются из условия, что зерно находится в равновесии под воздействием всех, приложенных к нему сил и реакций.
Зерно сои, как конструкция в целом, при действии внешних сил в большей или меньшей степени может изменять свою форму или даже разрушится. Это изменение носит общее название — деформация. Величина и характер деформаций связаны со структурой и строением зерна сои. Зерно сои (рис. 2.1.1) кондиционной влажности представляет собой твердое, упругопластичное неоднородное тело, содержащее ряд органических и неорганических веществ. Оно покрыто плотной кожурой (семенной оболочкой), защищающей его зародыш и семядоли от разрушения. Семядоли, кожура и зародыш составляют, соответственно, около 91%, 7% и 2% от массы всего зерна [1]. Все составные части зерна сои можно отнести к классу кристаллических материалов с насыщением очень малых кристаллических зерен с системой атомов, образующих кристаллическую решетку. Деформация сои происходит за счет изменения расположения атомов - их сближения или удаления.
Методика определения степени травмирования
В результате механического воздействия со стороны рабочих органов транспортирующих устройств зерно сои имеет упругие и остаточные деформации, называемые механическими повреждениями. Они представляют собой местные или общие разрушения сои как единой и сложной конструкции. Как по степени, так и по характеру эти разрушения имеют различия. Классификация нагрузок, деформаций и механических повреждений сои представлена в разделе 2.1 (рис. 2.1.2). Она вносит завершенный логический смысл в исследования и применяется в производственных целях при определении качества семян и товарной сои.
Изучением характера и степени травмирования семян в процессе их уборки и подработки занимаются многие исследователи. Тем не менее, простой методики для определения травмированных семян сои нет. В настоящее время для определения микроповрежденных семян применяется два метода -биологический и органолептический. Сущность биологического метода заключается в том, что о количестве микроповрежденных семян судят по их всхожести. Как отмечает А.Н. Пугачев [132...134], этот метод дает только относительное значение количества микро поврежден но го зерна, так как снижение всхожести может быть вызвано и другими причинами (наличие поврежденных вредителями и болезнями семян и т.д.), а не только механическими травмами. Кроме того, данный метод не дает возможности установить тип механического повреждения и как влияют различные типы на посевные качества семян. Но, несмотря на это, многие исследователи рекомендуют определять микроповреждения по силе роста [92, 93], энергии прорастания и всхожести [92, 93, 162, 169].
Мы считаем, что биологический метод для определения микроповрежденных семян сои неприемлем, так как он требует много времени и не дает полной характеристики о микроповреждениях семян.
Не пригоден, также, известный для этих целей органолептический метод определения микроповрежденных семян зерновых культур при помощи обычной лупы с предварительным окрашиванием семян в анилиновых и гистологических красителях, предложенный К.Я. Калашниковой и М.Ф. Олимпиевой и дополненный И.Г. Строной и В.М. Шевченко. Этот метод основан на дифференцированном окрашивании наружных тканей семени и тканей под ним: ткань под оболочкой интенсивно окрашивается в тех случаях, когда в ней есть трещины, разрывы и т.д. Но рекомендованные авторами красители не дают интенсивной окраски на семенах сои. Этим методом нельзя выявить травмы семян сои ещё и потому, что при обильном смачивании происходит дополнительное растрескивание и отслаивание оболочки и семядолей вследствие неравномерного смачивания всего объема зерна сои, содержащего большое количество белка, склонного к набуханию. Способ определения травмирования семян, разработанный во ВНИИ сои, основанный на окрашивании в иодовом спиртовом растворе, приводит к высоким затратам.
Если учесть, что точность определения травмированных семян всех перечисленных методов не превышает как и при визуальном определении, то в последующем для определения микроповреждения семян сои можно остановится на методе непосредственного просмотра семян через бинокулярную лупу 7...8 кратного увеличения, который наиболее широко применяют в практике оценки семян, особенно при государственных испытаниях зерноуборочных комбайнов, зерноочистительных и сортировочных машин, сеялок, зернопогрузчиков, машин для протравливания семян и других.
Пробы для определения количества травмированных семян отбирают из общего образца, предназначенного для проведения других анализов и отобранного в соответствии с ГОСТ 12036-96 из выделенной навески (100 г) отбирают семена с выбитым зародышем, дробленные и раздавленные, взвешивают их и вычисляют в процентом отношении к весу всего зерна. Эти зерна не могут считаться семенами и они должны отойти в процессе очистки семян. Для определения микроповреждений из каждой навески отбирают по две сотни семян подряд без выбора (всего по образцу будет проанализировано 400 зерен). Семена каждой сотни просматривают при помощи бинокулярного микроскопа 7...8 кратного увеличения. Поврежденные семена раскладывают в коробочки по типам травм, подсчитывают и взвешивают с точностью до 0,01 г. Результаты анализа каждой сотни семян описывают в таблицу и окончательный результат выводят из анализа четырех сотен семян.
На основании теоретических предпосылок было установлено, что для снижения общей нагрузки зерна при транспортировании его шнеком необходимо, с одной стороны, применять в качестве материала рабочих органов неметаллические материалы (капрон, полиэтилен, резину и др.) в связи с тем, что модуль упругости их на 2...3 порядка меньше, чем у металлов. С другой стороны, проводить конструктивные изменения существующих конструкций. Мапример, чтобы полностью исключить защемление семян в шнековом транспортере, необходимо зазор между кромкой винта шнека и кожухом выполнять не менее определенной величины, большей сумме максимальной толщины перемещаемого зерна и прогиба вала винта шнека.
С целью проверки теоретических предпосылок и возможности использования в качестве материала рабочих органов винтового транспортера -полиэтилена с эластичным щеточным обрамлением при транспортировании легко дробимых семян сои нами изготовлена экспериментальная установка (рис. 3.2.1). Состоящая из винтового транспортера, укрепленного на раме, питающего и выгрузного устройства, отсекателя пробоотборщика и универсального регулятора скорости УРС - 2,5. Конструкция установки позволяет задавать транспортерам угол наклона от 0" до 40. Плавно изменять частоту вращения от 0 до 500 об./мин и дозировать подачу транспортируемого материала. Общая задача исследования потребовала изготовления сменного шнека из полиэтилена ВД, полиэтиленового шнека с обрамлением. Форма и параметры изготовленного шнека соответствовали стандартам (рис. 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3,3.2.4) с обрамлением В лабораторных исследованиях и в полевых во время уборки и послеуборочной обработки зерна сои на зерноочистительном комплексе предусматривалось изучение влияния фактической производительности винтового транспортера на величину повреждения зерна сои. А также влияния скорости движения рабочих органов данного транспортера на механические повреждения зерна.
Качество работы винтового транспортера с различным материалом винта изучали при частоте вращения равной ±150, 250, 350, 450, 550 об./мин. Изменение частоты вращения рабочих органов добивались за счет использования универсального регулятора скорости УРС - 2,5. Во всех испытаниях определялась производительность с помощью расходомера.
Исследования качественных показателей работы шнека со стальным и полиэтиленовым витком в зависимости от зазора между кожухом и витком проводили при 1, 3, 5, 7, 9, И и 13 мм, выбранных на основании результатов предварительных экспериментов и обоснованных теоретическими предпосылками.
В задачу основного эксперимента входило определение влияния влажности зерна сои на механические повреждения стальным и полиэтиленовым шнеком. В опытах приняты четыре диапазона влажности -8...9, 10...11, 13...14, 15...16%. Эти опыты проводили на зерновом дворе ОГГХ ВНИИ сои в период массовой уборки сои хозяйством, что позволило использовать для опытов сою естественной влажности. Перед проведением опытов зерновой материал предварительно готовили следующим образом: удаляли из него сорные примеси, я также дробленные и плющеные зерна и выдерживали его некоторое время в герметически закрытой емкости с целью получения зернового материала более выравненной влажности.
Способы изготовления шнеков ( полиэтиленовых, металлических и полиэтиленовых со щеточным обрамлением наружной кромки винта)
Цилиндрическую полую полимерную заготовку закрепляют в патроне токарно-винтового резного станка и затем специальным резцом нарезают на всю глубину заготовки прямоугольную резьбу. Полученную спираль нагревают в воде с температурой 80 - 90 С, растягивают и закрепляют на валу начальный и последний виток с помощью болтов к приваренным кронштейнам вала.
При данном способе изготовления цельного полимерного винта шнекового конвейера за счет упругих свойств полимера и определенных согласно требованиям параметров внутреннего диаметра заготовки появляется новое свойство - способность винтовой части шнекового конвейера растягиваться на валу на длину шага, внутренней поверхностью плотно обвивать вал и крепится на нем, что исключает дополнительное крепление витков винта на валу, кроме первого и последнего.
Экспериментальный полиэтиленовый шнек с обрамлением Металлический шнек с обрамлением изготавливали на базе готового шнека комбайна, соответствующего ГОСТ. Винтовая спираль шнека 1 (рис 4.1.5) жестко приварена к валу 2 и по её наружной кромке выполняли равновеликие надрезы вглубь винта на одинаковую высоту. Образовавшиеся в результате надрезов ребра 3 винта 1 относительно ленты винта поочередно в шахматном порядке противоположно изогнуты в полуцилиндрические поверхности - ребра 4. В эти чередующиеся в шахматном порядке полуцилиндрические поверхности - ребра 4 вкладывается щеточное обрамление 5, состоящие из пучков 6 капроновых нитей диаметром 0,0003...0,0004 м. Чередующиеся полуцилиндрические поверхности - ребра 4 обжаты до смыкания в кольцо, внутри которого расположен щеточный элемент.
Механические повреждения зерна сои — главный недостаток винтовых транспортеров. В устранении этого недостатка заключается основная задача данной работы. Для выполнения эффективности предлагаемых решений была исследована работа четырех вариантов шнековых транспортеров. Результаты исследований приведены далее по тексту.
Механические повреждения зерна сои при транспортировании его шнеком зависят от многих факторов, основными из которых являются окружная скорость шнека, зазоры между винтом и кожухом и влажность зерна. Задачей исследования предусматривалось возможность использования в конструкции шнека неметаллических материалов, например, винта изготовленного из полиэтилена и жестко закрепленного на валу.
Проведенные исследования позволяют оценить работу новой конструкции шнека, а также степень влияния каждого фактора на механические повреждения для материала рабочего органа шнека - сталь, полиэтилен.
При решении поставленной задачи, процесс транспортирования зерна сои в шнеке представляется в виде ряда математических моделей, где качественные показатели транспортирования зерна сои шнеком оцениваются в зависимости от нескольких, одновременно действующих, факторов. С этой целью проведены исследования по методу полного факторного эксперимента типа 2", основные положения которого изложены в [2, 21,50].
Обработка результатов опытов методов математической статистики позволила получить математические модели дробления зерна сои при транспортировании его шнеком с различным сочетанием материала рабочего органа в виде следующих уравнений регрессии: 1. Стальной рабочий орган:
Анализ полученных зависимостей показывает, что дробление зерна сои в наибольшей степени зависит от величины зазора между винтом шнека и кожухом. Меньшее влияние на дробление зерна оказывает прочность самого зерна, т.е. его физико-механические свойства, определяемые влажностью и окружная скорость шнека.
Какова степень влияния величины зазора между винтом шнека и кожухом на дробление зерна шнеком показывают коэффициенты придг, в уравнениях (4.1), (4.2). С увеличением величины зазора дробление сои при транспортировании её шнеком снижается. Наибольшее влияние на дробление оказывает величина зазора при материале рабочего органа шнека - сталь, причем, наиболее опасным положением необходимо считать такое, когда транспортируемое зерно сои пониженной влажности (10%).
Коэффициенты при х2 показывают, что увеличение влажности вызывает снижение дробления зерна сои и, наоборот, снижение влажности ведет к увеличению дробления и если для рабочего органа винта шнека, изготовленного из полиэтилена, это увеличение менее значительно, то для стального шнека снижение влажности вызывает резкое увеличение дробления.
Увеличение окружной скорости вращения шнека вызывает незначительное увеличение дробления зерна сои.
По величине свободных членов и коэффициентов переменных в уравнениях (4.1), (4.2) можно оценить не только степень влияния каждого фактора на дробление зерна при транспортировании его шнеком, но сделать вывод о целесообразности (с точки зрения дробления) применения того или иного материала в конструкции рабочих органов.
Анализ уравнений показывает, что менее всего дроблению подвергнуто зерно сои при транспортировании его шнеком с полиэтиленовым рабочим органом, более опасным для дробления зерна оказался серийный шнек.
Особенно важное значение при транспортировании сои шнеком необходимо уделить величине зазора между винтом и кожухом, так как несоблюдение должного зазора вызывает резкое увеличение дробления сои.
Величина свободных членов полученных уравнений показывает, что для снижения микроповреждения целесообразно использовать рабочий орган, изготовленный из полиэтилена.
Основное увеличение повреждаемости зерна сои для всех испытываемых рабочих органов винтового конвейера происходит за счет защемления его и прокатывание между кромкой винта шнека и кожухом при величине зазора несколько меньшем или равном толщине или ширине зерна сои.
Исследование влияния зазоров на качественные показатели транспортируемого зерна сои серийным и экспериментальным шнеком проводилось при оптимальных оборотах шнека для материала рабочего органа сталь, полиэтилен. При этом зазоры изменялись от 1 до 13 мм.
Таким образом, зазор, а пропорционально ему и площадь просвета между винтом шнека и кожухом, изменялись в широких пределах.
Как и следовало ожидать, увеличение зазоров в первоначальный момент не вызывало заметного увеличения дробления и микроповреждения зерна сои и только при достижении величины зазора 3-7 мм увеличивалось количество поврежденных зерен. Объясняется это тем, что в шнеке, помимо ударного воздействия винта на зерно, возможна деформация сжатия его, причем не в одной точке сферы, а при перекатывании на всем отрезке пути винтовой кромки шнека. С увеличением зазора до 3-7 мм увеличивается вероятность защемления с перекатыванием и сжатия сферических зерен между кромкой винта шнека и кожухом, а это приводит к разрушению и микроповреждению сои.
