Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1 Влияние травмирования семян на их посевные качества 7
1.2 Исследование травмирования семян рабочими органами и элементами машин для послеуборочной обработки 11
1.3 Виды загрузочно-распределительных устройств и факторы, влияющие на травмирование семян этими устройствами и равномерность загрузки рабочих органов зерноочистительных машин 14
1.4 Пути снижения травмирования семян в загрузочно-распределительных устройствах зерноочистительных машин 27
1.5 Цель и задачи исследований 29
2 Теоретическое исследование процесса работы загрузочно-распределительного устройства 31
2.1 Принципиальная схема загрузочно-распределительного устройства 31
2.2 Математическая модель процесса разгрузки ковша нории 35
2.3 Математические зависимости перемещения частицы по поверхности гравитационного гофрированного распределительного устройства 53
2.4 Анализ уравнений процесса разгрузки ковшовой нории НТХ-20 57
2.5 Обоснование объема бункера-компенсатора 66
2.6 Анализ уравнений перемещения частицы по поверхности гравитационного гофрированного распределительного устройства 69
2.7 Выводы 77
3 Программа и методика экспериментальных исследований 78
3.1 Программа экспериментальных исследований 78
3.2 Объекты исследований и экспериментальная установка 78
3.3 Методика проведения экспериментальных исследований 81
3.3.1 Методика определения влияния быстроходной и тихоходной норий, распределительных устройств и других машин и оборудования зерноочистительного агрегата на травмирование и лабораторную всхожесть семян 81
3.3.2 Методика определения количества разгружаемого материала по длине пути разгрузки ковша нории НТХ-20 84
3.3.3 Методика исследования влияния угла наклона гравитационного гофрированного распределительного устройства на его пропускную способность 85
3.3.4 Методика определения равномерности распределения зернового вороха гравитационным гофрированным распределительным устройством 86
3.3.5 Методика определения влияние пропуска зернового вороха через гравитационное гофрированное распределительное устройство на величину травмирования семян и их посевные качества 87
3.4 Математическая обработка результатов экспериментальных исследований 87
4 Экспериментальные исследования процесса загрузки и распределения зернового вороха по ширине рабочих органов зерноочистительных машин 89
4.1 Исследование влияния быстроходной и тихоходной норий, распределительных устройств и других машин и оборудования зерноочистительного агрегата на травмирование и лабораторную всхожесть семян 89
4.2 Определения количества разгружаемого материала по длине пути разгрузки ковша нории НТХ-20 94
4.3 Влияние угла наклона гравитационного гофрированного распределительного устройства на егр пропускную способность 97
4.4 Исследование равномерности распределения зернового вороха гравитационным гофрированным распределительным устройством 98
4.5 Влияние пропуска зернового вороха через гравитационное гофрированное распределительное устройство на величину травмирования семян и их посевные качества 103
4.6 Выводы 104
5 Технико-экономическая оценка эффективности загрузочно-распределительного устройства 105
5.1 Общие положения методики расчета экономической эффективности загрузочно-распределительного устройства 105
5.2 Исходная информация для расчета экономической эффективности экспериментального загрузочно-распределительного устройства 108
5.3 Расчет экономической эффективности применения проектируемого загрузочно-распределительного устройства 109
Общие выводы 114
Список использованной литературы 116
Приложения 130
- Пути снижения травмирования семян в загрузочно-распределительных устройствах зерноочистительных машин
- Анализ уравнений перемещения частицы по поверхности гравитационного гофрированного распределительного устройства
- Методика определения количества разгружаемого материала по длине пути разгрузки ковша нории НТХ-20
- Исследование влияния быстроходной и тихоходной норий, распределительных устройств и других машин и оборудования зерноочистительного агрегата на травмирование и лабораторную всхожесть семян
Введение к работе
Одной из главных задач сельского хозяйства нашей страны является производство зерновых культур. Предусматривается, что к 2008 году производство зерна в России должно возрасти в 2 раза по сравнению с сегодняшним днем и достигнуть 140 млн. тонн [6]. Однако без использования высококачественных семян добиться высокой урожайности для решения этой задачи не представляется возможным. Большое отрицательное влияние на семенной материал оказывают механические повреждения семян. Механические повреждения семян кроме снижения валового сбора зерна, ухудшают хлебопекарные, посевные и продуктивные качества, снижают стойкость к его хранению. Следовательно, устранение механических повреждений зерна является актуальной задачей.
Настоящая работа посвящена совершенствованию процесса загрузки рабочих органов зерноочистительных машин, так как использование устройств и машин, подающих зерновой ворох и загружающих рабочие органы зерноочистительных машин, приводит к значительному росту механических повреждений зернового материала при зерноочистке.
В настоящее время широкое распространение получили загрузочно-распределительные устройства, состоящие из быстроходных норий или наклонных скребковых конвейеров, используемых для подъема материала на необходимую высоту, и шнековых приемно-распределительных устройств, используемых для равномерного распределения сыпучего материала по ширине зерноочистительных машин и равномерной их загрузки во времени. Следует отметить, что существенным недостатком, как быстроходных норий, скребковых конвейеров, так и шнековых приемно-распределительных устройств являются значительные механические повреждения зернового материала.
Целью настоящей работы является снижение травмирования зерна загрузочно-распределительным устройством зерноочистительных агрегатов. Объектами исследований являются: процесс разгрузки ковша тихоходной нории и распределительное устройство, реализующее процесс распределения зернового вороха по ширине рабочих органов зерноочистительных машин.
Предметом исследований являются закономерности истечения материала из ковшей тихоходной нории при их разгрузке и перемещения зернового вороха по поверхности гравитационного распределительного устройства.
Научная новизна состоит в разработке математических моделей послойной разгрузки ковша тихоходной нории и перемещения частицы по поверхности гравитационного распределительного устройства с учетом его конструктивных особенностей.
Предложено техническое решение для реализации процесса равномерной подачи во времени и распределения зернового вороха по ширине рабочих органов зерноочистительных машин, состоящее из тихоходного ковшового вертикального конвейера для подъема материала на необходимую высоту, бункера-компенсатора и гравитационного распределительного устройства. Распределительное устройство выполнено в виде наклонных веерообразных каскадно-расположенных секций с гофрированной поверхностью, у которых число гофр в каждой последующей секции удвоено, при этом образующие впадин гофр предшествующей секции совмещены с соответствующими выступами гофр последующей.
На защиту выносятся математические модели послойной разгрузки ковша тихоходной нории и перемещения частицы по поверхности гравитационного распределительного устройства, техническое решение для реализации процесса подачи и распределения зернового вороха по ширине рабочих органов зерноочистительных машин, его параметры.
Пути снижения травмирования семян в загрузочно-распределительных устройствах зерноочистительных машин
Традиционные рекомендации по снижению травмирования зерна загру-зочно-распределительными устройствами включают в себя примерно следующие предложения: полностью использовать производительность устройств, применять упругие материалы вместо металла, применять все необходимые регулировки и так далее. Однако добиться существенного снижения травмирования зерна этими устройствами пока не удается. Одной из причин этого С.А. Аристов [16] отмечает, что широко используемые в поточных линиях транспортирующие механизмы (шнеки, нории, скребковые транспортеры) были разработаны для транспортирования не зерна, а совершенно других сыпучих материалов, для которых проблемы травмирования нет. Как отмечалось ранее, одной из причин повышенного травмирования семян загрузочно-распределительными устройствами являются быстроходные нории. Причиной является значительная скорость движения ковшей, которые повреждают семена при загрузке их в нижнем башмаке нории и из-за значительных инерционных сил, при разгрузке в верхней головке [20,80,134]. С целью исключения травмирования семян транспортным оборудованием рядом ученых [3] была разработана конструкция тихоходной нории, в которой линейная скорость движения тяговой цепи - 0,42 м/с.
Проведенные исследования [134] показали, что при перемещении семян подсолнечника тихоходной норией НТХ-20 увеличение травмирования их не обнаружено.
Следовательно, одним из путей снижения травмирования семян загрузочно-распределительными устройствами является применение тихоходных норий, например нории НТХ-20.
При проектировании и эксплуатации зерноочистительных агрегатов и комплексов нужно стремиться к сокращению как числа механических воздействий на зерновой ворох, так и длины его транспортирования, так как при увеличении длины транспортирования зернового материала микроповрежденность зерна возрастает, к уменьшению длины самотечных устройств и количества поворотов в них, угол наклона самотечных устройств должен быть минимальным [76,112,118]. Многократный пропуск материала через агрегат или комплекс с целью доведения его до кондиции не приемлем, так как ведет к росту микроповреждений семян [76].
Применение в приемно-распределиттельных устройствах зерносливов не допустимо, так как ведет к повторному воздействию транспортирующих рабочих органов на зерновой материал, что вызывает рост травмирования семян.
Снижение травмирования семян в зерноочистительных агрегатах и машинах достигается исключением из конструкции шнековых транспортеров, ударных устройств, сокращением потоков, скребковых транспортеров [43,75,113]. При проектировании конструкций приемно-распределительных устройств необходимо стремиться к сокращению активного воздействия рабочих органов на зерновой ворох, при возможности использовать приемно-распределительные устройства гравитационного действия.
Целью настоящей работы является снижение травмирования зерна загру-зочно-распределительным устройством зерноочистительных агрегатов.
На основании проведенного анализа литературы можно сделать вывод, что одним из путей снижения травмирования семян загрузочно-распрсделительными устройствами является применение тихоходных норий, например нории НТХ-20, и приемно-распределительного устройства гравитационного действия.
Для обоснования параметров приемного устройства необходимо знать характер разгрузки ковшей нории. Работы, посвященные разгрузке ковшей нории, были разработаны на основе быстроходных норий с небольшим объемом ковшей и не учитывали послойную разгрузку ковшей, а рассматривали массу в ковше как материальную точку с целью определения угла схода частицы с ковша и траектории ее полета [65,68,99]. Для тихоходных норий с большим объемом ковшей необходимо рассмотреть послойную разгрузку ковшей с целью определения секундного расхода материала для определения равномерности разгрузки ковшей во времени.
Поэтому для рассмотрения разгрузки ковшей нории применительно к нашим условиям необходимо провести специальное исследование.
Для получения равномерности распределения вороха по ширине рабочих органов зерноочистительных машин необходимо рассмотреть процесс перемещения частицы по поверхности гравитационного распределительного устройства, обосновать его параметры.
В соответствии с поставленной целью предстоит решить следующие основные задачи исследования:
1. Разработать техническое решение для реализации процесса равномерной подачи во времени и распределения зернового вороха по ширине зерноочистительных машин;
2. Разработать математическую модель процесса послойной разгрузки ковша тихоходной нории и уравнения перемещения частицы по поверхности гравитационного распределительного устройства;
3. Обосновать конструктивные параметры и режимы работы загрузочно-распределительного устройства.
Анализ уравнений перемещения частицы по поверхности гравитационного гофрированного распределительного устройства
На пропускную способность гравитационного распределительного устройства, согласно выражению (48), будут влиять следующие факторы: угол наклона гравитационного гофрированного распределительного устройства, ширина его загрузочной части, глубина гофр в загрузочной части, параметры бункера-компенсатора и его высота постановки относительно распределительного устройства.
Для более равномерного распределения материала по поверхности решет зерноочистительных машин гофры распределительного устройства не должны переполняться. Ширину зоны распределения материала приняли равной ширине решет зерноочистительных машин - 0,96 м. Влияние параметров бункера-компенсатора на пропускную способность гравитационное распределительного устройства определяется скоростью истечения зернового материала из бункера [10,21,47,48,57,71,138]. В силу незначительного влияния скорости истечения зернового материала из бункера-компенсатора на пропускную способность распределительного устройства и небольшого диапазона изменения этой скорости в зависимости от производительности бункера [10,48], для расчета принимаем скорость истечения материала из бункера независящей от производительности.
Пропускную способность гравитационного гофрированного распределительного устройства будет ограничивать первоначальная скорость движения зерна по распределительному устройству. Из выражения (45) видно, что для получения начальной скорости движения материала по распределительному устройству, т.е. предотвращения сгруживания материала в загрузочной части, угол наклона распределительного устройства должен быть больше угла приведенного трения материала.
Из рисунка 18 видно, что при увеличении глубины гофр, ширины зоны загрузки материала и угла наклона распределительного устройства пропускная способность возрастает.
С увеличением угла наклона распределительного устройства с 35 до 50 градусов при глубине гофр 0,05 м и ширине зоны загрузки распределительного устройства 0,3 м его пропускная способность возрастает от 4 до 14 т/ч (рисунок 18 а). При увеличении глубины гофр до 0,1 м без изменения ширины зоны загрузки пропускная способность распределителя составляет 8...28 т/ч в зависимости от угла наклона распределительного устройства (рисунок 18 в).
С увеличением ширины зоны загрузки пропускная способность распределительного устройства увеличивается, но при этом будет возрастать длина разгрузного отверстия бункера-компенсатора, что увеличивает неравномерность истечения материала из бункера [50].
С увеличением угла наклона распределительного устройства пропускная
способность распределительного устройства также возрастает, но так как угол наклона устройства должен быть ограничен скоростью схода частицы с него, то получить сколь угодно большую пропускную способность без изменения других параметров устройства невозможно.
Максимальную скорость схода с гравитационного гофрированного распределительного устройства будет иметь частица, движущаяся по центральному лотку, а минимальную - частица, движущаяся по крайним лоткам (рисунок 19). Однако разница между максимальной и минимальной скоростями схода частицы с распределительного устройства при одних и тех же его параметрах не превышает 0,2 м/с.
При увеличении угла наклона распределительного устройства с 35 до 40 градусов максимальная скорость схода частицы возрастает от 0,9 до 1,5 м/с (рисунок 19). А при дальнейшем увеличении этого угла до 50 градусов максималь скорость схода достигает 2,27 м/с.
На скорость схода частицы с распределительного устройства также оказывает влияние угол наклона стенок его гофр, который определяется их глубиной и шириной (выражение 53). С увеличением угла наклона стенок гофр от горизонтали увеличивается сила трения материала о стенки гофр, что приводит к уменьшению скорости схода частиц с распределителя.
Так при угле наклона распределительного устройства 35 градусов с уменьшением угла наклона стенок гофр от горизонтали с 40 до 58 градусов максимальная скорость схода частицы уменьшается от 1,7 м/с до 0 (рисунок 20). А при увеличении угла наклона распределителя до 50 градусов и угле наклона стенок гофр 40 градусов максимальная скорость схода частицы с распределительного устройства возрастает до 2,7 м/с. Таким образом, увеличение угла наклона стенок гофр распределителя свыше 58 градусов при небольших углах наклона самого распределителя может вызвать сгруживание распределяемого
При увеличении длины распределителя возрастает скорость схода частицы, за счет разгона ее по поверхности распределительного устройства. Так при увеличении длины распределительного устройства с 0,5 до 0,9 м при его угле наклона 40 градусов максимальная скорость схода частицы возрастает с 1,2 до 1,6 м/с (рисунок 21).
Методика определения количества разгружаемого материала по длине пути разгрузки ковша нории НТХ-20
Объектом исследования являлся процесс разгрузки ковша нории НТХ-20. Параметры ковша нории представлены на рисунке 25.
Для определения количества разгруженного материала по длине пути разгрузки ковша нории был изготовлен приемник зернового вороха, представляющий собой короб длиной 0,5 м, шириной 0,4 м и высотой 0,35 м. По длине приемника через каждые 0,03 м были установлены перегородки, образующие отсеки для приема материала.
Приемник зерна устанавливался между разгрузочными (приводными) звездочками 5 (рисунок 1) нории и ниже траектории движения нижней громки ковшей нории при их разгрузке. Исследования характера разгрузки ковшей нории производили при степени их заполнения 77 %, 87 % и 95 %, что при скорости движения цепи нории 0,42 м/с и шаге расстановке ковшей 1 м соответствовало производительности 16 т/ч, 18 т/ч и 19 т/ч соответственно.
Перед проведением опытов нижний башмак нории и ее ковши освобождали от зерна. В один из нижних ковшей нории засыпали ворох пшеницы. Включали норию. При подъеме ковша он успевал разогнаться до постоянной скорости 0,42 м/с. После разгрузки ковша выключали норию и извлекали приемник. Зерновой ворох из каждого отсека приемника взвешивали, и данные заносили в таблицу. Опыты производили в трехкратной повторности. Образцы взвешивали на весах ВЛК-2500 с точностью до 0,5 г. Скорость движения цепи нории рассчитывали по формуле
где D - диаметр разгрузочной звездочки, м; п - количество оборотов звездочки за время t; t - время опыта по определению скорости движения цепи нории, с.
Время опыта для определения скорости движения цепи нории принимали равное 30 с. Время опыта замеряли секундомером С-1-2А.
3.3.3 Методика исследования влияния угла наклона гравитационного гофрированного распределительного устройства на его пропускную способность
Опыты проводили при углах наклона гравитационного гофрированного распределительного устройства 30, 35, 40, 45 и 50 градусов.
Для проведения опытов предварительно тарировали величину открытия заслонки в бункере. Заполняли бункер ворохом пшеницы и открывали заслонку на определенную величину в течение 20 с. Материал, вытекающий из бункера собирали и взвешивали. Путем деления этой массы материала на время проведения опыта (20 с) рассчитывали пропускную способность бункера при данной величине открытия заслонки. Опыты производили в трех повторностях.
Выставив распределительное устройство на заданный угол наклона к горизонту, и, засыпав в бункер 1 (рисунок 23) экспериментальной установки зерновой ворох пшеницы, постепенно приоткрывали заслонку бункера до тех пор, пока не происходило переполнение гофр в загрузочной части распределительного устройства. Зафиксировав производительность (по величине открытия заслонки), повторяли опыт при этой производительности в течение 20 секунд. При необходимости производили корректировку величины открытия заслонки и снова повторяли опыт в трех повторностях. Пропускную способность распределительного устройства при заданном угле его наклона записывали в таблицу.
Время опыта замеряли секундомером С-1-2А.
Для тарировки величины открытия заслонки использовали весы РН-50.
Равномерность распределения зернового вороха гравитационным гофрированным распределительным устройством исследовали при производительности 5, 8, 10 и 20 т/ч. Для оценки равномерности распределения под гравитационным гофрированным распределительным устройством был смонтирован приемник зернового вороха 6 (рисунок 23), состоящий из 10 отсеков.
Для проведения опыта в бункер 1 (рисунок 23) экспериментальной установки засыпали зерновой ворох пшеницы и открывали заслонку (предварительно протарированную) на величину, необходимую для заданной производительности. Продолжительность опыта составляла 20 секунд. Массу зерна, попавшего в каждый отсек, взвешивали и записывали в таблицу. Равномерность распре 87 деления зернового вороха по ширине распределительным устройством оценивали средним квадратичным отклонением.
Материал из каждого отсека взвешивали на весах ВЛК-2500 с точностью до 0,5 г.
Время опыта замеряли секундомером С-1-2А.
Опыты проводили в трехкратной повторносте.
Исследование влияния быстроходной и тихоходной норий, распределительных устройств и других машин и оборудования зерноочистительного агрегата на травмирование и лабораторную всхожесть семян
Для определения влияния быстроходной и тихоходной норий, распределительных устройств и других машин и оборудования зерноочистительного агрегата на травмирование и лабораторную всхожесть семян, нами, для исследования, была выбрана линия зерноочистительного агрегата (рисунок 24), содержащая завальную яму, скребковый транспортер ТЗ-50, две нории НПЗ-20, тихоходную норию НТХ-20, машину предварительной очистки МПО-50 с распределительным устройством вальцового типа, машину первичной очистки МЗС-25 с бункерным приемно-распределительным устройством, триерный блок ЗАВ-10.90.000 и самотечные устройства,
Целью исследований являлось обоснование выбора нории НТХ-20 и анализ травмирования зерна машинами с распределительными устройствами и шнековыми рабочими органами.
Исследование влияния пропуска зернового вороха пшеницы влажностью 16 % через оборудование зерноочистительного агрегата (рисунок 24) на травмирование семян и лабораторную всхожесть проводили в ОАО «Промкор» Воронежской области.
Динамика микроповреждений зерна пшеницы по типам травм при послеуборочной обработке на соответствующем оборудовании зерноочистительного агрегата показывает (рисунок 26, таблица 2, приложение 3), что прирост микро-травмированного зерна пшеницы за один пропуск через агрегат составляет более 15%.
На всех технологических и вспомогательных операциях при обработке зерна на данном зерноочистительном агрегате происходит прирост микроповреждения семян, причем за счет повреждения семян в области зародыша (таблица 2). Основными источниками повреждения семян являются такие транспортирующие устройства, как скребковый транспортер и две зерновых нории НПЗ-20, при использовании которых суммарный прирост повреждений зерна пшеницы достигает 7,35 %, что составляет примерно 48 % от общего прироста микротравмирования за один пропуск через зерноочистительный агрегат. Основными причинами повреждений зерна этими устройствами являются: волочение семян по поверхности кожуха скребкового транспортера, защемление семян между скребками и поверхностью кожуха, удар кромок ковшей по поверхности семян, динамическое воздействие ковша при прохождении через массу, значительные инерционные силы при разгрузке ковшей норий и так далее.
Прирост травмирования тихоходной норией НТХ-20 не превышает 0,5 %, в отличие от нории НПЗ-20, у которой прирост составляет в среднем 2,5 %. Сравнительно небольшой прирост травмирования зерна норией НТХ-20 объясняется меньшей скоростью движения ковшей нории, вследствие чего уменьшается повреждение семян при их заборе в нижнем башмаке и исключается травмирование в верхней головке.
Увеличение травмирования семян машиной МПО-50, с распределительным устройством вальцового типа в целом составляет 0,5 %. Травмирование происходит за счет активного воздействия питающего валика на семена.
Травмирование зерна машиной вторичной очистки МЗС-25 с бункерным приемно-распределительным устройством составляет 1,2 %, причем основная часть зерна повреждается на решетах зерноочистительной машины.
Прирост повреждений семян в триерном блоке ЗАВ-10.90.000А составляет около 2,5 %. Основной причиной которых является воздействие шнеков при выгрузке основного материала в овсюжных триерах.
Прирост микротравмирования семян в зернопроводах агрегата вызван ударными нагрузками на зерновой ворох при изменениях направления движения и взаимодействия с порогами в соединениях.
Динамика изменения посевных качеств семян пшеницы при послеуборочной обработке на соответствующем оборудовании зерноочистительного агрегата показывает (таблица 3, приложение 5.), что вследствие увеличения травмирования семян их энергия прорастания снижается на 3 %, а лабораторная всхожесть уменьшается с 95 % до 93 %, Уменьшение лабораторной всхожести главным образом происходит после прохода семян быстроходных норий.
Таким образом, исключение из конструкции зерноочистительных агрегатов скребковых транспортеров, шнековых транспортирующих устройств, сокращения количества подъемов материала нориями, а также отказ от быстроходных норий (замена их тихоходными) позволит снизить травмирование семян и уменьшить снижение их лабораторной всхожести при зерноочистке.
