Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшей задачей сельского хозяйства остается дальнейшее увеличение производства зерна для удовлетворения растущих потребностей населения в продуктах питания н пищевой промышленности в основном сырье. Уже при достигнутом уровне производства зерна возрастает нагрузка на зерноочистительную технику, что приводит к нарушению технологии его поточной послеуборочной обработки.
Качество зернового материала после обработки в значительной мере определяется соответствием технических средств объему и рациональной технологии послеуборочной обработки зерна (ПОЗ). Однако отсутствие установленной связи между общим объемом влажного и сырого зерна и обобщенным показателем погодных условий - гидротермическим коэффициентом (kwt) в конкретной зоне затрудняет прогнозирование объемов ПОЗ, определение необходимого набора рабочих органов и их параметров для поточной обработки зерна. Поэтому обработка зерна в существующих технологических линиях не позволяет осуществлять отбор высококачественных семян без потерь и обеспечить эффективность их очистки от примесей по длине.
В последние годы в хозяйствах Сибири из высеянных семян менее половины составляют семена 1 и 2 классов, а доля семян 1 класса - около 30%, что значительно ниже, чем в среднем по России. В Забайкалье качество семян хуже, в основном, из-за засоренности овсюгом. По данным ряда исследователей, недобор урожая в целом по стране из-за неудовлетворительной подготовки семян составляет 10... 15 млн. тонн (2,2...2,5 ц/га), а недостаточная эффективность очистки продовольственного зерна от примесей по длине снижает качество муки при переработке.
Триеры, как основные машины для очистки зерна от примесей по длине, имеют низкую удельную производительность и не обеспечивают очистку материала в потоке. Попытки исследователей решить проблему очистки зерна от примесей по длине на триерах не привели к существенным результатам. Основной причиной, сдерживающей дальнейшее увеличение производительности триеров, является несовершенство конструкции их основного рабочего элемента - ячейки, которая практически не изменялась с начала текущего столетия и была создана из условия возможностей технологии ее изготовления того времени. Конструкция ячейки должна обеспечивать оптимальный технологический процесс, если она обоснована исследованием движения зерна по поверхности и в ячейке.
В условиях рыночной экономики нужно использовать выполнение совмещенных технологических операции фракционного разделения и очистки зерна от примесей по длине путем обоснования параметров других более производительных рабочих
органов машин без дополнительных затрат. Поэтому, наряду с интенсификацией процессов очистки материала в триерах, необходимо обосновать параметры пневмои-нерционного и решетного сепараторов, совмещая фракционное разделение и очистку зерна от примесей по длине с его очисткой по аэродинамическим свойствам и размерам. При этом можно выделять более половины исходного материала в виде фракции чистого зерна, а остальную - очищать на триерах, обеспечивая их разгрузку в два и более раза и одновременно отбор крупной "тяжелой" фракции.
Таким образом, интенсификация технологического процесса очистки зерна по признакам длины на пневмоинерционном, ситовом и ячеистых сепараторах и разработка их рабочих органов связаны с решением народно-хозяйственной задачи и представляют большую актуальность.
Исследования и разработки, составившие основу диссертации, выполнены в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (ВСГТУ) в соответствии с планами основных научных направлений НИР в период с 1967 по 1997 г. Основные разделы включены в план важнейших НИР Министерства образования Российской федерации и связаны с выполнением НИР №74023145 и №1870019603 и целевой комплексной научно-технической программы ОЦ.032 по постановлению ГКНТ СССР №527 от 22 декабря 1980 го разделам: - 02.03.Т1.01 "Подготовить исходные данные на разработку технологических процессов обработки семян в Сибири (зона Забайкалья); -02.03.Т1.02 "Разработать и обосновать технологическую и конструктивную схемы машины вторичной очистки семян (триера) производительностью 20 т/ч".
Цель работы - разработать теоретические положения, определяющие создание технологии и технических средств для интенсификации технологического процесса сортирования и очистки зерна от примесей по длине.
Объекты исследования - местные зерновые смеси, технологические процессы машин для фракционного разделения и очистки зерна от примесей по длине.
Задачи исследования:
определить влияние зональных условий ПОЗ на общий объем влажного и сырого зерна, характеристики местных зерновых смесей для интенсификации фракционного разделения и очистки зерна от примесей по длине.
выявить возможности совершенствования технологий ПОЗ с использованием эффекта сортирования и очистки зерна за счет гшевмоинерционного воздействия при метании материала в воздушный поток и эффекта самосортирования материала при движении на сите сепаратора с целью разделения зерновой смеси на фракции "чистого" зерна и содержащей длинные примеси;
выявить закономерности ориентации зерна с учетом влияния зернового слоя
при движении на рабочих поверхностях, разделяющих по длине, с целью обоснования рациональной формы ячейки (отверстия) на поверхности;
на основе выявленной закономерности движения зерна по рабочей поверхности разработать математические модели, позволяющие определить условия и закономерности движения зерна при его западании в ячейки триеров;
определить закономерности движения длинных и коротких зерен в ячейках при выпадении из ячеек с учетом начальных параметров их расположения, определяемых конструктивными особенностями формы ячеек в их главных сечениях, и уточнить параметры движения зерна после отрыва от поверхности ячейки с целью обоснования конструкций приемно-выводных устройств в цилиндрических и дисковых триерах;
провести оценку эффективности основных результатов исследований.
Методы исследований - статистический метод исследования зональных условий и свойств местных зерновых смесей обеспечил выявление их взаимосвязей и технологических особенностей разделения и очистки зерна от примесей по длине.
Теоретико-экспериментальный метод позволил на основе статистической механики, механики твердого тела и сплошной среды рассмотреть теорию ориентации зерна при движении по рабочим поверхностям сепараторов, теорию движения зерна при западании в ячейку и выпадении зерен из ячеек в триерах, разделения зерна при метании в воздушный поток. При этом широко применялись математическое и физическое моделирование процессов обработки и движения зерна на специально созданных лабораторных установках с автоматическим регулированием и регистрацией основных параметров процессов триерирования и зернометания, а также методы скоростной киносъемки, кино- и фоторегистрации. Результаты исследований и статистические материалы обрабатывались методами математической статистики и использовались для проверки достоверности полученных аналитических зависимостей.
Экономическая оценка эффективности рекомендуемых мероприятий и разработок, результатов их внедрения проводилась в соответствии с ГОСТами 23728-79 и 23730-79.
Научная новизна: Теоретически и экспериментально развито положение М.Г.Голика о том, что гидротермический коэффициент (kwt) характеризует качество свежеубранного зернового вороха, в частности, как объекта обработки для обоснования технологии и технических средств в зоне Забайкалья.
Теоретически и экспериментально доказана возможность совершенствования технологии ПОЗ использованием эффекта разделения и очистки зерна от примесей по длине за счет гшевмоинерционного воздействия при порционном метании материала в воздушный поток, эффекта расслоения материала при движении по поверхности си-
та с целью разделения зерновой смеси на фракции "чистого" зерна, зерновой смеси с длинными примесями и отходов.
Выявлено аналитически и подтверждено экспериментально, что зерно на рабочих поверхностях сепараторов ориентируется своей длинной осью в сторону относительного движения в результате несовпадения точек приложения равнодействующих от гравитационно-инерционных сил и сил трений (сопротивлений и связей), на основе чего обоснована продолговатая форма ячейки и ее направленное расположение на сепарирующей поверхности.
Разработаны математические модели, определяющие условия и закономерности движения зерна при западании в ячейки и при вьшадении из ячеек. Обоснованы конструкции продолговатых ячеек в их главных сечениях, обеспечивающие интенсификацию очистки зерна в цилиндрических и дисковых триерах. С учетом скорости движения зерна при вьшадении из ячейки разработана математическая модель, уточняющая известные зависимости, для определения траектории движения после его отрыва от поверхности и расчета конструктивных параметров приемно-выводных устройств триеров.
Новизна технических решений, сделанных на основе выявленных закономерностей процессов обработки зерна, подтверждена 29 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения машин и их рабочих органов, полученными в период выполнения диссертации и использованных в работе.
Достоверность теоретических положений и зависимостей подтвердилась экспериментальной проверкой в лабораторных и производственных условиях, результатами испытаний и эксплуатацией машин.
Практическую ценность работы представляют результаты исследований, реализованные и представленные в виде:
рекомендаций по применению технологий и технических средств предварительной обработки, фракционного разделения и очистки зерна от примесей по длине в зоне Забайкалья;
технологических схем фракционного разделения и очистки зерна от примесей по длине с применением порционного зернометателя, модернизированных ситовых рабочих органов сепараторов и триеров, внедренных при модернизации СОП в совхозе "Анинский" (1986 г.), линии очистки зерна на Заудинском мелькомбинате (1978-1980 гг.), КЗС-25"Б" в совхозе "Боргойский" Джидинского района республики Бурятия;
конструкций лопастных зернометателей с методикой расчетов их основных параметров (а.с.733709, 776962, 876865, патенты №№ 665433, 1000337, 2021427, 865433), экспериментальные образцы которых испытаны на пунктах ПОЗ;
разработанных конструкций ячеек и рабочих органов триеров (а.с.№№227769, 560652, 980865). Опытные образцы ячеистых поверхностей с продолговатыми ячейками для цилиндрических триеров изготовлены на заводе им. Фрунзе (г. Харьков) в 1986 г. и прошли испытания в 1992.. 1993 гг. в лабораторных условиях, а новые рабочие органы для дисковых триеров, после лабораторных испытаний, приняты к внедрению на Одесском заводе "Продмаш" в І986 г. и включены в план новой техники по НИОКР, утвержденный министерством продовольственного машиностроения;
конструктивных схем пневмоинерционных устройств для обработки зерна а.с.№№252486, 1207525, патенты №№ 879220, 1267143, 1147449, 1651998, которые созданы в виде лабораторных установок и действующих моделей;
методики расчета углов выпадения коротких и длинных зерен в цилиндрических и дисковых триерах для определения рациональных конструктивных параметров приемно-выводных устройств триеров;
методического пособия "Технология очистки зерна и основы расчета рабочих органов зерноочистительных машин" и образцов рабочих органов триеров, созданных автором в период работы над диссертацией и удостоенных бронзовой медали ВДНХ СССР (постановление от 5.05.1987 г.);
действующей модели установки для тепловой пневмонерционной обработки зерна по авт. св. № 552486, удостоенной бронзовой медали ВДНХ СССР (постановление от 5.09.1978 г.);
технологической линии приема, фракционного разделения и очистки зерна от примесей по длине с использованием лопастного зернометателя, созданного и испытанного в совхозе им. Тельмана в Селенгинского района (1992 г.);
созданного опытного образца безременного зернометателя (по патенту Р.Ф. №2021427, авторы Урханов Н.А. и др.), изготовленного и испытанного на базе агрофирмы "Догой" Моготуйского района Агинского Бурятского автономного округа Читинской области.
Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составил 800 млн. рублей (в ценах 1995 г.).
Апробация работы. Основные положения работы доложены на научных конференциях ВИМ (1965 -1968 г.г.), ВНИИЗ - на 11 Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы сепарации зерна и других сыпучих материалов" (1972 г.), СибИМЭ (1976-1992 г.г,), МТИПП -на Всесоюзной научно-технической конференции "Пути совершенствования процессов и оборудования" (1984 г.), ЧИМЭСХ (1981, 1983, 1985, 1986, 1990 г.г.), ГСКБ Одесского завода "Продмаш" (1984 г.), ГСКБ "Воронежзерномаш" (1968, 1982 г.г.), НТС Министерства заготовок СССР (1979 г.),
ВДНХ СССР (1978,1986, 1991 гг.) -новые рабочие органы триеров удостоены бронзовых медалей, НТС завода им. Фрунзе, г. Харьков (1982 г., 1986 г.), ОТИПП - на 5-й Всесоюзной конференции "Механика сыпучих материалов", г. Одесса (1991г), на ежегодных научно-технических конференциях ППС ВСГТУ (1967..1997 гг.).
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 306 печатных изданиях, в т.ч. в 4-х брошюрах, 2-х учебных пособиях и 2-х монографиях общим объемом 35 п.л.
Структура и объем диссертации: Работа состоит из введения, девяти глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Основной объем диссертации составляет 402 страницы, включая 130 иллюстраций, 22 таблицы и библиографический список из 281 наименований, в т.ч. 8 иностранных. Приложения приведены на 63 страницах.
