WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

СЫЧУГОВ Юрий Вячеславович

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКЦИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Киров-2011

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Горбунов Борис Иванович;

доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии Кормановский Леонид Петрович;

доктор технических наук, профессор Смелик Виктор Александрович Ведущее предприятие: ГНУ Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится 8 июля 2011 г. в 13 часов 30 минут на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 006.048.01 в Государственном научном учреждении Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 610007, г. Киров, ул.Ленина, 166а, ауд.426.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного учреждения Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук.

С авторефератом можно ознакомиться на сайте по адресу:

www.niish-sv.narod.com.

Автореферат разослан "___" июня 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Ф.Ф.Мухамадьяров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности России и в значительной мере определяется валовым сбором зерна, необходимого для формирования семенных фондов, обеспечения продуктами питания населения и животноводства зернофуражом. В соответствии со стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России, разработанной Российской академией сельскохозяйственных наук, и Министерства сельского хозяйства РФ намечено в 2015…2020 гг. довести производство зерна до 95…105 млн. т с долей фуражного зерна 35…55 млн. т. В настоящее время в том числе осложнилось положение с послеуборочной обработкой зерна и подготовкой семян. Из-за низкого качества семян страна ежегодно недобирает зерна порядка 10…15 млн.т.

В сельскохозяйственных предприятиях в основном применяют технологию послеуборочной обработки зерна с использованием зерноочистительных агрегатов и комплексов 60-х годов, выработавших свой физический и моральный ресурс.

Выбор и разработка ресурсосберегающей технологии приготовления фуражного зерна к скармливанию - одна из самых актуальных задач современного кормопроизводства. Наиболее энергоемкими процессами послеуборочной обработки фуражного зерна в регионе являются сушка и его дальнейшая переработка – дробление. На сушку 1 т влажного зерна расходуется до 25 л жидкого топлива, а на дробление – до 20 кВт·ч электроэнергии. Таких больших затрат топлива и электроэнергии можно избежать, если применить плющение фуражной фракции с последующим ее консервированием.

В кормовом балансе крупного рогатого скота более 60% приходится на объемистые корма (сено, солома и др.), которые служат основой их рациона.

Вместе с тем, выпускаемые промышленностью России машины не отвечают требованиям к качеству измельчения, пропускной способности и энергоемкости, не учитывают зональные условия эксплуатации.

Повышение эффективности функционирования зерноочистительных машин, плющилок зерна, измельчителей-раздатчиков грубых кормов, совершенствование поточных технологичных линий получения семенного и продовольственного зерна за один проход, применение технологий фракционирования с плющением фуражного зерна и решение задачи исключения ручного труда является актуальной проблемой сельскохозяйственного производства.

Цель исследования: повышение эффективности получения продовольственных ресурсов и кормов путем разработки и совершенствования высокопроизводительных энерго- и ресурсосберегающих технологических линий и технических средств послеуборочной обработки продукции зерновых культур.

Объектом исследования выбраны физико-механические свойства зерновых смесей, зерна, рулонов соломы, технологические процессы пневмосепарации зерновых смесей, плющения зерна, измельчения и раздачи рулонированных грубых кормов, опытные и экспериментальные образцы зерноочистительных машин, плющилок зерна и измельчителей-раздатчиков грубых кормов.

Научную новизну работы составляют:

- результаты исследований параметров воздушного потока в пневмосистемах зерноочистительных машин с использованием метода конечных элементов;

- экспериментально-теоретическое обоснование применения метода фракционирования зерна с последующим плющением;

- аналитические зависимости, определяющие непрерывность процесса приготовления рулонированных грубых кормов техническими средствами измельчения и раздачи;

- новые технологические линии и технические средства послеуборочной обработки зерна, измельчения и раздачи грубых кормов.

Новизна технических решений подтверждена а.с. СССР и 28 патентами РФ на изобретения.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Результаты исследований позволят проводить дальнейшее совершенствование и разработку конструктивно-технологических схем технических средств и технологических линий по очистке фракций и плющению зерна, измельчению и раздаче грубых кормов.

Результаты исследований нашли отражение в научном отчете по совместному проекту на тему «Экологически безопасные технологии и технические средства обработки почвы, внесения удобрений, защиты растений, заготовки кормов и зерна» Института строительства, механизации и электрификации сельского хозяйства (Польша) и ПКБ НИИСХ Северо-Востока (г. Киров, Россия), использованы ПКБ НИИСХ Северо-Востока при разработке и постановке на производство зерноочистительных машин МПО-30Д, МПО-30ДФ, МПО-30Р, МВО-8Д (патенты РФ на изобретение № 2299098, № 2319534, № 2177565, № 2235221 и др.), МЗУ-20Д (патенты РФ на изобретение № 2223154, № 2229787, № 2294235, № 2304454); плющилок ПЗД-3, ПЗД-6 (патент РФ на полезную модель № 48817); измельчителей-раздатчиков ИРК-5, ИРК-5Н (патенты РФ на изобретение № 2147176, № 2251249, № 2266640). Машины и технологические линии внедрены в хозяйствах республик Марий-Эл, Татарстана, Мордовии, Чувашии, Удмуртии, Пермского края, Кировской, Свердловской и др. областей РФ.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: бюро отделения растениеводства Россельхозакадемии (2007 г.); бюро отделения механизации Россельхозакадемии (2009 г.); научных конференциях: секции механизации, электрификации и автоматизации Северо-Восточного научно-методического центра (1997, 1998 г.г.); Вятской государственной сельскохозяйственной академии (1999, 2005, 2006 г.г.); IX Международном симпозиуме «Экологические аспекты механизации животноводства» (Польша, г. Варшава, 2002 г.); X Международном симпозиуме «Экологические аспекты механизации сельскохозяйственных растений» (Польша, г.Варшава, 2003, 2006, 2007 г.г.); Международной научнопрактической конференции «Здоровье-питание-биологические ресурсы» (Россия, г. Киров, 2002 г.); V Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Россия, г. Москва, 2006 г.); X Международном симпозиуме имени профессора Ч.Канафойского «Проблемы конструирования и эксплуатации сельскохозяйственных машин и оборудования» (Польша, г.Плоцк, 2006 г.); XII Международной конференции «Проблемы интенсификации продукции животноводства с соблюдением стандартов Европы» (Польша, г.Варшава, 2006 г.); I, VIII, IX и X Международных научно-практических конференциях «Научнотехнический прогресс в животноводстве - научное обеспечение реализации направления ускоренного развития животноводства» (Россия, г.Подольск, 1998, 2005, 2006, 2007 г.г.); Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (Республика Беларусь, г. Минск, 2007 г.); X Международной научнопрактической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, 2008 г.).

На защиту выносятся следующие научные положения:

- конструктивно-технологическая схема пневмосистемы зерноочистительных машин и теоретическое обоснование процессов движения воздушного потока в ее пневмосепарирующих каналах, осадочных камерах, устройствах очистки воздуха и результаты исследований по уравновешиванию решетных станов;

- способ фракционирования зерна с разделением его на крупные и мелкие фракции, а также отходов с последующей сушкой крупной и плющением мелкой;

- конструктивно-технологическая схема двухступенчатой плющилки зерна и результаты теоретических исследований движения плющеного материала в смесительной камере плющилки в зависимости от его коэффициента парусности;

- теоретические предпосылки по обоснованию измельчения стебельных материалов рабочими органами, их инерционность при измельчении, а также процесса движения рулонированных кормов в питателе измельчителяраздатчика;

- модели регрессии и оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы зерноочистительных машин, плющилок зерна, измельчителей-раздатчиков грубых кормов и их рабочих органов;

- новые перспективные энергосберегающие технологические линии, созданные на базе разработанных технических средств послеуборочной обработки продукции зерновых культур;

- результаты испытаний разработанных технических средств и технологических линий в производственных условиях и их техникоэкономические показатели.

Публикации. По теме опубликовано 86 научных работ, в том числе книга «Механизация послеуборочной обработки зерна и трав», рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна, 10 работ в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, в материалах международных научно-практических конференций, 1 авторском свидетельстве СССР и патентах РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 разделов, общих выводов и приложений. Общий объем составляет 536 страниц, из них 398 страниц - основной текст, включающий 188 рисунков и 48 таблиц. Список литературы представлен 469 источниками, 6 из них - на иностранных языках. В 51 приложении приведены данные по теоретическим и экспериментальным исследованиям, программы по обработке материалов на ЭВМ, акты внедрений технических средств, расчеты экономического эффекта от внедрений технических средств, копии авторского свидетельства СССР и патентов РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое описание состояния исследуемой проблемы по теме выполненной работы, цель и основные положения, выносимые на защиту. Работа выполнена автором самостоятельно и относится к реализации "Концепции развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Северо-Восточного региона Европейской части России на 2002...2010 г.г.", разработанной коллективом авторов в составе академиков РАСХН Кормановского Л.П., Кряжкова В.М., Сыроватки В.И., Сысуева В.А. и учеными ВИМ, ВНИИМЖ, ВИЭСХ, НИИСХ Северо-Востока, НГСХА, ВГСХА. В концепции отмечено, что для укрепления технической базы послеуборочной обработки зерновых культур необходимо разработать и освоить производство более совершенных технических средств и технологических линий. Данная концепция явилась основой теоретических и экспериментальных исследований, разработки и производства технических средств и технологических линий послеуборочной обработки продуктов обмолота зерновых культур в ПКБ и отделе механизации НИИСХ СевероВостока. Обобщенный материал, полученный в процессе исследований, приведен автором в диссертационный работе.

Решение отдельных частных задач по теме диссертационной работы выполнялось автором совместно с академиком Россельхозакадемии Сысуевым В.А., д.т.н., профессорами Алешкиным А.В., Бурковым А.И. при участии к.т.н. Исупова В.И., Чернятьева Н.А., Немчанинова В.В., Тупицына В.Е., Заболоцких И.Ю., Сычугова А.Н., Шабалина А.М., Скоробогатых В.Н. Всем им автор выражает искреннюю благодарность.

В первой главе "Состояние проблемы и задачи исследования" приведен обзор существующего уровня механизации послеуборочной обработки продуктов обмолота зерновых культур, при этом установлено, что:

- зерноочистительные машины имеют низкую пропускную способность, высокие удельные энергозатраты на обработку зерна, недостаточно эффективно работающую воздушную очистку до и после решетной аспирации, а решетная часть машин требует усовершенствования;

- плющилки зерна малопроизводительны и энергоемки, их рабочие органы сложны в изготовлении, что значительно влияет на их себестоимость;

- измельчители-раздатчики в основном выполняют одну-две операции с использованием ручного труда при малой пропускной способности, высоких удельных энергозатратах, низком качестве измельчения и точности дозирования;

- технологические линии по обработке зерна требуют реконструкции, т.е. замены устаревших технических средств более совершенными с возможностью за один проход получать готовый продукт более высокого качества (продовольственное зерно, семена, плющеное зерно).

Изучению процессов сепарирования и плющения зерна, измельчения грубых кормов, совершенствования технических средств и технологий послеуборочной обработки посвящены труды В.П. Горячкина, В.И. Анискина, А.В. Алешкина, В.Р. Алешкина, С.А. Алферова, В.Л. Андреева, В.Г. Антипина, А.А. Артюшина, П.А. Афанасьева, А.И. Буркова, А.М. Валге, Б.И. Вагина, Е.Ф. Ветрова, В.Ф. Второго, И.В. Горбачева, Б.И. Горбунова, Н.И. Грабельковского, Н.С. Дорофеева, В.М. Дринчи, Ю.И. Ермольева, Н.В. Жолобова, А.Н. Зюлина, Л.П. Кормановского, М.В. Киреева, А.И. Климка, И.Е. Кожуховского, Н.И. Косилова, Я.Н. Куприца, В.А. Кубышева, Р.Ф. Курбанова, В.М. Кряжкова, Ю.Ф. Лачуги, М.Н. Летошнева, А.Я. Малиса, С.В. Мельникова, А.С. Матвеева, Н.М. Морозова, В.Г. Мохнаткина, В.И. Оробинского, В.Д. Попова, Е.И. Резника, В.С. Ромалийского, В.С. Сечкина, В.К. Скоркина, В.А. Смелика, А.А. Сундеева, В.И. Сыроватки, В.А. Сысуева, Н.П. Сычугова, А.П. Тарасенко, Б.Г. Турбина, Н.И. Ульриха, Е.Е. Хазанова, Н.А. Чернятьева и др. ученых.

На основании анализа теоретических и экспериментальных исследований сформулирована научная проблема и поставлены следующие задачи исследования:

- разработать конструктивно-технологическую схему универсальной пневмосистемы и теоретически обосновать процесс движения воздушного потока в ее пневмосепарирующих каналах, осадочных камерах, жалюзийнопротивоточных воздухоочистителях зерно- и семяочистительных машин, а также провести динамическое уравновешивание их решетных станов;

- обосновать режимы фракционирования зернового вороха на ранней стадии его послеуборочной обработки на фракции крупного, мелкого зерна и отходов, с последующей плющением и консервированием мелкой и сушкой крупной фракций;

- провести исследования по обоснованию целесообразности двухступенчатого плющения зерна, разработать конструктивно-технологическую схему плющилки и провести теоретические исследования по перемещению плющеного материала в камере смешивания;

- выполнить теоретические исследования процесса измельчения стебельных материалов рабочими органами, влияния их инерционности на процесс измельчения, а также движения рулонов соломы в питателе измельчителя-раздатчика;

- исследовать, обосновать и оптимизировать конструктивно-технологические параметры и режимы функционирования разработанных и усовершенствованных технических средств и технологических линий послеуборочной обработки зерна и измельчения соломы;

- провести испытания в производственных условиях разработанных технических средств и технологических линий и определить их техникоэкономические показатели.

Во второй главе "Теоретическое обоснование совершенствования технических средств для обработки зерна и соломы" приведены: усовершенствованные конструктивно-технологические схемы технических средств; результаты теоретических расчетов распределения полей скоростей воздушного потока в универсальной пневмосистеме в целом, так и в ее элементах; результаты экспериментально-теоретических исследований по динамическому уравновешиванию решетных станов; расчетно-теоретический анализ движения частиц плющенного зерна в смесительной камере плющилки; теоретические предпосылки к совершенствованию измельчителей-раздатчиков грубых кормов.

С целью повышения эффективности функционирования пневмосистем зерноочистительных машин проведено численное моделирование по изучению ее динамических свойств. Для этого технологическая схема разомкнутой воздушной системы с узловыми точками на границах разбита на элементы (рис.1).

- зерновой вов - чисрох;

тый воздух;

- мелкие и крупные примеси;

- легкие примеси; - примеси; - очищенный воздух; - зерновой материал, прошедший дорешетную сепарацию в первом ПСК; - очищенный зерновой материал Рисунок 1 - Технологическая схема пневмосистемы: 1 - приемный бункер зернового материала; 2 - питающий валик; 3 и 10 - первый и второй пневмосепарирующие каналы; 4 и 8 - осадочные камеры (емкости Е1 и Е2); 5 - канал между емкостями Е1 и Е2; 6 - диаметральный вентилятор; 7 - выходной канал;

9 - выводные устройства примесей Данную схему, с точки зрения протекания воздуха, представим в виде пневматической цепи (рис.2), в которой 1, 2...8 узловые точки.

После выделения различных по структуре элементов цепи составлены идеализированные модели для каждого из них с одним определяющим эффектом (инерция потока воздуха или его сжимаемость и т.д.). Изменение давления Pi в емкостях осадочных камер Е1 и Е2 описывается уравнениями (1) и (2), характеристика вентилятора – уравнением (3), а движение воздушного потока в каналах – уравнениями (4)…(7):

VE1 dPVE1: [( F1 2F2) F4] ; (1) 1 a2 dt VE2 dPVE2: [( F1 2F2) F6], (2) 1 a2 dt где i - средние скорости в соответствующих узловых точках; Fi - площади поперечных сечений каналов в узловых точках (i=1, 2…n); - плотность воздушного потока; а2 – квадрат скорости звука в воздухе.

R 6 4 В R R 3 Е Е R Рисунок 2 - Схема пневматической цепи воздушной системы зерноочистительной машины: R1 и R2 - сопротивление первого и второго пневмосепарирующих каналов; R3 - сопротивление канала, размещенного между емкостями Е1, Е2; В - вентилятор; R4 - сопротивление канала на выходе Р6 Р7 = PОВ kВ7, (3) где РОВ, kВ - константы, определяемые в результате аппроксимации характеристики вентилятора.

При Р1=Ра, Р2=Ра, Р3=Р4, Р8=Ра имеем:

2 d 1 R1: L1 1 (P1-P3)- (A1cos t) ; (4) 1 dt 2 2 d 2 R2: L2 2 (P2-P3)- (A2cos t) ; (5) 2 dt 2 d 2 L3 3 (P4-P5)- ( - );

R3: (6) 3 4 dt 2 d 2 R4: L4 4 (P8-P7 )- ( - ), (7) 4 7 dt 2 где Ра - атмосферное давление, i (i=1,…,4) - коэффициенты сопротивления, (1 и 2 учитывают среднее значение сопротивления зернового слоя);

A1, А2 - амплитудные значения сопротивления зернового слоя, которые изменяются с частотой 1; 2; L1; L2 - длина первого и второго участков пневматической цепи.

Представленная система уравнений решена методом Рунге-Кутта. В результате получена зависимость скоростей воздушного потока i от времени t и амплитуды изменения скоростей А от значений частотных воздействий на каналы, часть которых приведена на рисунке 3.

При варьировании значениями параметров в уравнениях (1)…(7) установлено, что:

- уменьшение VЕ1 до 0,34…0,45 м3 приводит к автоколебаниям в ПСК, что является причиной неустойчивого протекания динамических процессов в пневмосистеме. Увеличение объемов VЕ1, VЕ2 в пределах 0,45…1,34 - 0,92…1,92 м3 сглаживает колебательные процессы, происходящие в ПСК;

- увеличение сопротивления первого канала ( =4,21…10) выравнивает скорости воздушных потоков и доводит их до рабочих значений. При этом отсутствуют резонансные колебания при малых объемах осадочных камер:

VЕ1=0,6…0,3 м3 и VЕ2=1,0…0,92 м3.

А, рад/с а б Рисунок 3 - Зависимость изменения скорости воздушного потока в пневмосепарирующих каналах от времени t при 1=5 рад/с; =5 рад/с; P =48 Па;

VE1=0,34 м3; VE2=0,92 м3; =10; F1=0,11 м2 (а); зависимость амплитуды изменения скорости воздуха в ПСК от частоты входного воздействия 1 (б) Математические методы исследования использованы при создании пневмосистемы зерноочистительной машины. При этом объем осадочной камеры 4 составляет 1,1 м3 и глубина первого канала 3 дорешетной аспирации - 0,16 м, а входной патрубок второго ПСК 10 послерешетной аспирации развернут на 180 (рис.1).

Далее проведены исследования воздушного потока на работоспособность в элементах пневмосистемы. Для этого выполнен расчет полей скоростей воздушного потока в пневмосепарирующем канале и инерционном жалюзийно-противоточном пылеуловителе методом конечных элементов. Область потока разделяли на треугольные конечные элементы, а матрицы конечных элементов составлены на основе гармонического уравнения Лапласа:

2 u u hx + hy = 0, (8) x2 yгде hx,hy – коэффициенты фильтрации, которые могут быть различными в разных направлениях. Учитывая граничные условия обоих типов имеем:

u u u 1) u = u на S1 ; 2) h = qn на S2, qn = nxhx +nyhy, (9) n x y где nx,ny – коэффициенты, учитывающие проекцию нормали на границу элемента.

Применяя вариационную формулировку Галеркина, получаем уравнение:

{u}n,T {hx{b}{b}T hy{a}{a}T }dxdy{u}n {u}n,T {ф}qndS, (10) 4A(A) (S) n где А - площадь элемента; u - узловые значения потенциала скоростей;

ф - базисные функции для треугольного элемента; - вектор узловой нагрузки на границе области; a, b - коэффициенты, зависящие от координат узлов соответствующего конечного элемента; Т - индекс транспонирования матрицы.

После преобразований уравнение (10) приводится к виду:

e [K ]{u}n = {Pe}, (11) где [Ke] - матрица коэффициентов влияния для треугольного элемента. Это уравнение связывает узловые значения искомой функции через матрицу коэффициентов влияния с потоком воздуха на границе элемента. После объединения по всей области оно имеет вид:

[K]{u}n ={P}, (12) {u}n где - глобальные узловые неизвестные.

После решения системы уравнений (12), в которой учтены граничные условия методом Гаусса, можно определить скорости воздушного потока, при этом имеем:

un x hxb1 hxb2 hxb3 y = 2A hya1 hya2 hya3 un. (13) un Теоретические поля скоростей воздушного потока в пневмосепарирующем канале и воздухоочистителе рассчитаны с помощью программы "Mathcad" и сравнены с экспериментальными, полученными замерами с помощью цилиндрического зонда.

Из анализа движения воздушного потока в воздухоочистителе (с окном в делительной перегородке) (рис.4) следует, что теоретические и экспериментальные поля скоростей имеют незначительные отклонения.

Для повышения эффективности работы зерноочистительных машин амплитуду колебания их решетных станов и частоту вращения вала кривошипа приняли А = 30 мм, n = 230 мин-1, вместо традиционных А = 7,5 мм и n = 420 мин-1 при коэффициенте кинематического режима, равном 1,8. Поэтому проведены исследования по уравновешиванию сил инерции и моментов от сил инерции у машин с одним и двумя решетными станами. Согласно принципу N N N Даламбера необходимо иметь: Фkx = 0; Фky = 0; Мо (Ф ) = 0. В резульk k=1 k=1 k=тате исследований установлено, что у машин с одним решетным станом, имеющим массу 140 кг, радиус кривошипа r = 0,03 м и расстояние от центра вращения до центра тяжести противовеса 0,105 м, уравновешивание наступает при массе противовеса 40 кг. По оси у сила инерции противовеса Ф1у = 1,49 кН, у машины К-523 "Петкус" Ф1у = 1,6 кН. У машин с двумя решетными станами значения силы инерции по осям x и y в зависимости от массы противовеса приведены на рисунке 5. Практически силы инерции по оси х уравновешиваются массой противовеса 23 кг, по оси у максимальная сила инерции равна 1,324 кН (рис.5). Она уравновешивается массой машины. Для сравнения отметим, что машина К-246А "Петкус" имеет вертикальную нагрузку до 2,2 кН.

Рисунок 4 - Поле скоростей воздушного потока при течении зернового слоя в воздухоочистителе (с окном в делительной перегородке):

а - расчетное;

б - эксперимен a б тальное Фхmax, Фymax, Н 201513Фymax Фy max 10Рисунок 5 - Зависимости Фхmax Фхmax максимальных суммар5ных проекций сил инерции и Фхmax Фy max 0 10 15 20 23 25 30 35 m3, кг от массы противовеса mРазработанные зерноочистительные машины имеют возможность фракционирования зерна, то есть выделения фуражной фракции, которую для более эффективного использования в качестве корма животным плющат на вальцовых станках. Схема разработанной плющилки зерна ПЗД-3 двухступенчатого типа с гладкими вальцами (вальцовый станок) приведена на рисунке 6.

Для качественного смешивания плющеного зерна с консервантом провели исследование движения плющеных частиц в камере смешивания в зависимости от сопротивления внешней среды, которое выражается уравнением:

e2t gk (0 k + g ) 0 k + g g x = t + ln, (14) k k 2 g где k – коэффициент парусности, м-1; g – ускорение свободного падения, м/с2; – начальная скорость частицы, м/с.

Если принять, что сила сопротивления среды не оказывает значительного сопротивления на частицы, то можно использовать уравнение:

gtx = + 0t. (15) Полученные выражения (14) и (15) позволили разработать ме - фуражное зерно;

тодику расчета пере - выход плющеного зерна мещения частиц и реализовать ее в компьюРисунок 6 – Конструктивно-технологическая схетерной программе в ма плющилки ПЗД-3: 1 – бункер-питатель;

Mathcad 2001 Profes2 – вальцы; 3 – форсунка; 4 – шнек выгрузной;

sional. Так при k = 0, 5 – камера смешивания; 6 – очищающие ножи k=0,153 м-1 и k=0,390 м-время перемещения составляет от 0,12 до 0,17 секунды.

С использованием разработанных технических средств защищен патент на способ фракционирования зерна с выделением фуражной фракции перед сушкой и с последующим ее плющением, что позволяет уменьшить энергозатраты при сушке полноценного зерна и получить качественный корм для животных с более высокой усвояемостью.

После обмолота зерновых культур полученную солому закатывают в рулоны, которые в дальнейшем отправляют на животноводческие комплексы и используют в качестве грубого корма и подстилки. Для этого разработан измельчитель-раздатчик с вертикальным измельчающим устройством, технологическая схема машины приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Конструктивно-технологическая схема усовершенствованного измельчителя-раздатчика грубых кормов: 1 - бункер; 2 - устройство загрузочное;

3 - транспортер подающий; 4 - шасси; 5 - отражатели; 6 – камера измельчения;

7 - роторы; 8 - молотки; 9 - камера осадочная; 10 - транспортер выгрузной;

11 - канал рециркуляционный; 12 - кожух; 13 - транспортер подкручивающий Машина загружает рулон, транспортирует его, измельчает и дозировано раздает измельченную массу в кормушки или на подстилку животным. Совершенствование измельчителей-раздатчиков предполагает анализ движения рулона в камере измельчителя и определения скорости подачи его к измельчающим органам. Форма рулона в поперечном сечении может быть некруглой, то есть в виде эллипса из-за особенностей его формирования и хранения.

Для описания качения эллипса использованы теорема об изменении момента количества движения в проекции на ось, проходящую через мгновенный центр скоростей перпендикулярно плоскости (рис.8), и теорема о движении центра масс в проекции на вертикальную ось. Оси х1 и ужестко связаны с верхними планками подающего транспортера, которые перемещаютРисунок 8 - Расчетная схема качения эллипса ся с постоянной скоростью.

Тогда имеем:

M :

J = mg( x2A) NfК y1C x1A m;

A A (16) Fky :

my1C = mg N, где - вторая производная по времени от угла поворота эллипса C вокруг мгновенного центра скоростей – точка A; y1C - скорость центра масс в проек ции на ось y1 ; x1A - проекция мгновенного центра скоростей на ось x1A ;

J - момент инерции эллипса относительно точки A ; mg - сила тяжести;

A x2 A - координаты точки A в поступательно перемещающихся осях вместе с центром эллипса; - нормальная реакция опорной поверхности; fK - коэфN фициент сопротивления качению; - масса рулона; 1C - ускорение центра m y масс эллипса в проекции на ось y1 ; ( y1C x1A m) - перемещение мгновенного центра скоростей по неподвижной центроиде.

Качение рулона обусловлено изменением угла, при этом, решая уравнение 17, получаем:

t t 1 y2A y2A(0) = + t + mg( x2A fK )dt dt mfK + 0 J J J (0) 0 0 A A A (17) mfK y2A(0)t, + J (0) A где ; ; y2A(0);y2A(0); jA(0)- начальные условия движения.

0 Момент инерции эллипса относительно мгновенного центра скоростей A будет меняться при изменении угла в соответствии с теоремой Штейнера:

2 J = JC + m(x2A + y2A), (18) A где JC - момент инерции относительно центра масс.

Алгоритм численного определения угла был реализован в компьютерной программе, которая учитывала размеры рулона, коэффициент сопротивления качения и скорость питающего транспортера. Программа предусматривала изменение малой оси эллипса за каждую половину оборота рулона на величину, пропорциональную вылету молотков в камеру измельчения.

Результаты расчетов промежутков tK - времени отката и tЗ - отсутствия подачи материала к роторам при различных значениях представлены на диатр грамме (рис.9).

На первых оборотах рулона, когда a b и сопротивление качению fK существенно, отката не происходит. Отметим, что tЗ является временем отсутствия подачи лишь при условии, что tЗ > tK. Если tЗ tK, то средняя угловая скорость отката меньше, либо равна естественной угловой скорости вращения рулона на питающем транспортере без откатывания. Таким образом, при tЗ = tK происходит качественное движение рулона, при котором не нарушается процесс измельчения.

Технологическая схема разработанного измельчителя-раздатчика с горизонтальным измельчающим устройством представлена на рисунке 10.

Факторы, влияющие на процесс измельчения грубых кормов, носят случайный характер, поэтому изменение момента сопротивления на роторе приводит к изменению угловой скорости и образованию момента сил инерции. Дифференциальное уравнение движения системы "привод-ротор" представлено в виде равенства:

d J = MС + M + M (t), (19) П dt J где - приведенный момент инерции ротора и привода; - угловая скорость ротора; МС - момент сопротивления вращению ротора; МП - момент вращения ротора, переданный от двигателя; М(t) - центрированная случайная функция времени, для которой экспериментально определена корреляционная функция.

tз, с а б Рисунок 9 - Зависимости времени прерывания tЗ подачи материала от скорости движения подающего транспортера (а); зависимости времени отката tК рулона от ротора при различных скоростях движения подающего транспортера (б), где 1, 2, 3, 4, 5 – полуобороты рулона Момент сил сопротивления с дополнительным возмущением:

MC MC ( )= MC (0 ) + (), (20) MC(0) где - момент сил сопротивления при невозмущенном движении;

- приращение угловой скорости ротора.

Момент, передаваемый на ротор от двигателя, равен:

M = M0, (21) П где М0, - константы, определяемые по характеристике двигателя с учетом передаточного отношения привода (М0 - соответствует моменту при установившемся движении). Тогда имеем:

MC (0) + M0 = 0. (22) Рисунок 10 - Конструктивнотехнологическая схема измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов: 1 - бункер; 2 - подающий транспортер; 3 - загрузочный механизм; 4 - рама; 5 - противорежущая пластина; 6 - ножевой ротор; 7 - нож; 8 - дополнительный транспортер Дифференциальное уравнение возмущенного движения в приращениях - при = 0 + имеет вид:

d() MC J = () ()+ M (t), (23) dt где - угловая скорость при установившемся движении; - константа, учитывающая характеристику двигателя.

Приведем уравнение (23) к стандартному виду:

dy + ky = (t), (24) dt y=; k = 1 MC + ; (t)= M (t) - случайная функция.

где J J Решение уравнения (24) имеет вид:

t kt k(t ) y = Ce + e ()d. (25) При t =0 y(0)= y0, тогда C = y0. Величина y0 может быть величиной случайной или детерминированной. При этом корреляционная функция уравнения (24), если дисперсия функции X(t) постоянна и равна DH, имеет вид:

DН kt k(t+t' ) kt' K (t,t' ) = D0e + (e 1)(e 1). (26) y k Подставляя в выражение (26) t' = t, получаем дисперсию:

DН kt 2kt Dy (t)= D0e + (e 1)2. (27) k DН При t имеем Dy 2.

k Для исследования динамических характеристик рабочего процесса измельчителя-раздатчика момент инерции ротора определен методом трифилярного подвеса.

Момент инерции ротора равен:

Mgr2 T J =. (28) р l 4По условиям проведения опытов принята длина нити l = 2 м, радиус окружности r = 0,177 м, масса ротора M = 230 кг, его диаметр 0,47 м и длина 1,8 м. В результате исследований определено, что период колебаний T составляет 1,55 с, а по выражению (28) определено, что момент инерции ротора равен Jр = 21,5 Н м2. При исследовании частотных характеристик момента сопротивления расчеты проводились для двух типов привода ротора:

= 53,2 Н м/(рад с) при приводе от электродвигателя и =6,12 Н м/(рад с) - 1 от ВОМ трактора.

По выражению (27) получены дисперсии для угловой скорости ротора Dy1 = 4,35(рад с)2, Dy2 = 267(рад с)2 при дисперсии входного процесса D = 2,5 103 (Н м)2.

Для нахождения спектральной плотности отклонения угловой скорости использовано соотношение:

S( p) = W (ip) SM ( p), (29) где SM – спектральная плотность момента сопротивления на роторе; W(ip) - частотная характеристика системы.

В соответствии с (23) имеем:

W (ip) =, (30) MC J p2 + + где p - частота спектральной плотности.

Для снижения дисперсии угловой скорости ротора необходимо увеличить момент инерции ротора с приводом, или уменьшить дисперсию входного воздействия, то есть стабилизировать или уменьшить подачу материала к измельчающему рабочему органу, либо создать существенный запас мощности привода.

Проведенные теоретические исследования позволяют разработать экспериментальные образцы технических средств послеуборочной обработки зерна и соломы с более эффективным технологическим процессом.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований" приведена программа экспериментальных исследований в соответствии с поставленными задачами повышения эффективности функционирования технологических линий и технических средств, описаны общепринятые и частные методики исследований. Представлены экспериментальные установки, используемые приборы и оборудование. Для определения значений эффекта очистки пневмосистем использовано зерно пшеницы, ржи, ячменя, зерносмеси и древесный опил.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований технических средств для очистки зернового вороха" представлены результаты исследований и оптимизации параметров пневмосистемы разомкнутого типа (рис.1), которая имеет два пневмосепарирующих канала 3, 10, осадочную камеру 4 и инерционный жалюзийно-противоточный воздухоочиститель, а канал послерешетной аспирации повернут на 180. На первом этапе проведены исследования пневмосепарирующего канала дорешетной аспирации с устройством ввода зернового материала (рис.11).

Рисунок 11 - Схема устройства ввода с пневмосепарирующим каналом дорешетной аспирации: 1 - приемный бункер;

2 - разравнивающий шнек; 3 - заслонка;

4 - пневмосепарирующий канал После проведения однофакторных экспериментов по определению влияния высоты верхней части Нв (x1) и нижней Нн (x2) частей ПСК и угла наклона (x3) при глубине канала hк = 0,15 м и удельной нагрузке qн = 8,3 кг/(с·м), при потерях Пз зерна, не превышающих 0,05%, на эффект очистки зерна Ез (y) реализован план Бокса-Бенкина второго порядка для трех факторов.

После обработки результатов эксперимента получена адекватная с 95% вероятностью математическая модель процесса пневмосепарирования зернового материала в ПСК:

y 47,37 1,18x1 5,46x2 1,21x3 2,26x1 0,43x1x2 1,86x1x (31) 2 0,83x2 0,05x2x3 3,23x3.

Анализ математической модели (31) проведен с помощью двумерных сечений поверхностей отклика. Максимальное значение эффекта очистки зерна Ез = 52,13% достигается при x1=0,1 (Нв=0,575 м), x2 =1 (Нн=0,32 м), x3 = 0,15 ( = 71,5 ).

При исследовании устройства ввода зерновой смеси в канал по данным анализа схем пневмосистем зерноочистительных машин выбрана глубина канала в интервале hк = 120…160 мм. Исходя из конструктивных соображений приняты следующие параметры загрузочного устройства: угол ввода = 55°, высота загрузочного окна в интервале b = 125…170 мм. Эксперименты проводились при удельных нагрузках на канал qн = 2,8; 5,5 и 8,3 кг/(с·м). С увеличением глубины hк канала эффект Ез очистки зерна возрастает до некоторого максимума, значение которого определяется удельной нагрузкой qн (рис.12, а).

Анализ однофакторных экспериментов показал, что наибольший эффект очистки материала достигается при b = 165...170 мм и глубине канала 160 мм.

С целью более глубокого изучения процессов пневмосепарирования зернового материала в наклонном пневмосепарирующем канале с устройством ввода реализован план Бокса-Бенкина второго порядка для четырех факторов. Исследуемыми факторами являются: х1 - угол ввода, х2 - глубина hк ПСК, х3 - удельная нагрузка qн и х4 - высота загрузочного окна b. В качестве критерия оптимизации выбран эффект очистки зерна Ез (y) в ПСК при потерях полноценного зерна в отходы Пз = 0,05%.

Ез, % qн=2,8 кг/с·м Ез, % qн=5,5 кг/с·м qн=8,3 кг/с·м 0,12 0,135 0,15 0,165 b, м hк, м а б Рисунок 12 - Зависимости эффекта очистки зерна Ез от глубины hк ПСК при различных удельных нагрузках qн [кг/(с·м)] при угле ввода = 55° и высоте загрузочного окна b = 125 мм (а) и от высоты загрузочного окна b при глубине канала hк = 150 мм, угла ввода = 55° и удельной нагрузки qн = 8,3 кг/(с·м) (б) После реализации плана и обработки результатов эксперимента получена адекватная с 95% вероятностью математическая модель процесса пневмосепарирования зернового материала в ПСК (%):

y 58,48 1,53x1 15,66x2 3,83x3 1,4x4 6,54x1 0,17x1x2 0,4x1x3 0,38x1x4 3,94x2 0,78x2x3 0,25x2x4 0,09x3 (32) 0,98x3x4 0,008x4.

Анализ математической модели (32) проведен с помощью двумерных сечений поверхности отклика. Максимальное значение эффекта очистки Ез = 73,48% достигается при x1 = -0,16 ( = 53,4 ); x2= -1 (qн = 6,9 кг/с·м);

x3 = 1 (hк = 0,16 м) и x4=1 (b = 0,16 м).

Для очистки воздушного потока от примесей, выделенных в пневмосепарирующем канале дорешетной аспирации, применена камера гравитационного типа (рис.13). Для увеличения эффективности работы осадочная камера снабжена отражательной перегородкой 2. Исходя из конструктивных соображений, глубину осадочной камеры выбрали 1,18 м, а длину - 1,31 м.

Проведены однофакторные эксперименты по выявлению влияния скорости возв душного потока на входе в камеру на эффект Эо (y1) выделения примесей и гидравлическое сопротивление РП (y2) при различных положениях глубины S и длины l отражательной перегородки. На основании этих исследований выполнен эксперимент по плану Бокса-Бенкина второго порядка для трех факторов: х1 – скорость воздушного потока; х2 – Рисунок 13 - Схема исследуемой осадоч- глубина отражательной перегоной камеры с отражательной перего- родки; х3 – длина перегородки.

родкой: 1, 4 – входной и выходной канаВ результате реализации лы; 2 – отражательная перегородка;

плана эксперимента получены 3 – шнек вывода примесей адекватные математические модели эффекта Эо выделения при- месей и гидравлического сопротивления РП осадочной камеры:

y1 73,7 2,76x1 2,75x2 12,79x3 10,43x1 0,45x1x (33) 2 1,29x1x3 27,68x2 1,81x2x3 25,59x3 ;

y2 27,47 4,83x1 22,92x2 7,97x3 5,55x1 0,75x1x (34) 2 2,09x1x3 12,73x2 16,33x2x3 8,67x3.

После анализа математических моделей с помощью двумерных сечений определили, что максимальное значение эффекта выделения примесей Эо=75,57% достигается при I I x1 = 0,147 ( = 6,14 м/с);

в x2 = 0,04 (S = 0,27 м) и x3 = -0,(l = 0,14 м) при гидравлическом hв hж сопротивлении менее 30 Па.

Исследования влияния основных конструктивных параметров воздухоочистителя (рис.14) на эффект осаждения Рисунок 14 - Схема инерционного жалюзийно-противоточного воздухоочистителя в s p L п Н l Р l l примесей и его гидравлическое сопротивление проведены при постоянных размерах ранее исследованной нами жалюзийной решетки (длина отгиба пластин lо=0,012м ; шаг пластин Р = 0,027 м; длина пластин l = 0,029 м; угол наклона пластин = 29°).

После проведения однофакторных экспериментов был реализован план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для четырех факторов. Были выбраны следующие факторы: x1 - длина жалюзийной решетки Lр; x2 - длина окна в верхней части делительной перегородки l;x3 - расстояние по вертикали Sв от оси вентилятора до точки пересечения линии делительной перегородки со стенкой воздухоочистителя; x4 - глубина hж выходного отверстия жалюзийного очистителя. В качестве критериев оптимизации – эффект очистки воздуха Ев (y1) и гидравлическое сопротивление PП (y2) инерционного жалюзийно-противоточного воздухоочистителя.

После реализации плана эксперимента и обработки результатов были получены математические модели рабочего процесса:

y1 = 94,65+ 0,71x1 0,15x2 0,52x3 + 0,11x4 0,89x1 0,67x1x (35) 2 2 0,49x1x4 1,24x2 + 0,3x2x3 + 0,42x2x4 1,42x3 + 0,67x3x4 1,16x4 ;

y2 = 236,9 16,7x1 10,2x2 + 6,5x3 13,3x4 1,8x1 + 0,7x1x2 + (36) 2 + 0,7x1x3 +1,3x1 x4 0,6x2x4 + 0,6x3 3,1x4.

Анализ математических моделей проведен методом наложения двумерных сечений и решением компромиссной задачи (рис.15).

0,0750 1 0,1550 292,93,93,92,5 20,0,2l, м l, м hж, м 94,93,0 94,93,22-1 0,-1 -0,5 0,5 0 0 1 0,0,050,13294,292,-0,-0,0,110,03294,256 92,22-0,100,0250 -0,70 0,75 0,80 Lр, м 0,90 0,380 0,405 0,430 SS,, м 0,4в в а б Рисунок 15 - Двумерные сечения поверхностей отклика, характеризующие эффект очистки воздуха Ев, % ( ) и гидравлическое сопротивление PП, Па ( ) воздухоочистителя: а – при х3=-0,39 (Sв=0,41 м), х4=-0,22 (hж=0,12 м);

б – при х1=0,60 (Lр=0,86 м), х2=-0,15 (l=0,046 м) На основании проведенного анализа принято компромиссное решение и определены рациональные значения изучаемых факторов: х1=0,(Lр=0,86 м); х2=-0,15 (l=0,046 м); х3=-0,39 (Sв=0,41 м); х4=-0,(hж=0,12 м), при которых эффект очистки Ез = 94,96%, а гидравлическое сопротивление PП = 227 Па.

Показатели процесса работы пневмосистемы машины МПО-30Д в режиме предварительной очистки зерна представлены на рисунке 16. Из анализа полученных зависимостей следует, что при увеличении скорости от 4,5 до в 7,5 м/с потребляемая мощность возрастает от 2,5 до 3,2 кВт, при этом удельные энергозатраты Nуд снижаются. Снижается и концентрация Зв запыленности выходящего из пылеуловителя воздуха от 2,1 до 1,75 г/м3, повышается эффект очистки воздушного потока Ев от 56 до 63%. Наряду с этим снижается содержание mоп легких примесей в осадочной камере: они начинают выносится в осадочную камеру пылеуловителя.

По результатам Ез проведенных исследоNэл Nэл, кВт ваний построены завиЕв Ез, Ев, Nуд, кВт/(м /с) симости эффекта Ез mоп, % Зв, г/м Nуд очистки зерна от удельной нагрузки qн зерноmоп Зв вого материала в ПСК при различной влажности W и засоренности 0 зерна З=10% (рис.17).

4 5 6, м/с Анализируя зависимов сти, полученные в ходе Рисунок 16 - Влияние скорости воздушного в экспериментальных испотока в ПСК на показатели процесса работы следований, следует отпневмосистемы машины МПО-30Д метить, что увеличение влажности зернового материала от 14,0 до 31,0% при нагрузке qн = 8,33 кг/(с·м) приводит к снижению эффекта очистки зерна Ез на 2,74%.

Исследования пневмосистемы машины МВО-8Д при работе в режиме вторичной очистки пшеницы сорта "Иргина" выполнены при производительности 8,16 т/ч. Средняя скорость воздуха в первом пневмосепарирующем канале составляла 5,84 м/с, коэффициент вариации по ширине канала ш = 5,83%, срI по глубине - г = 10,91%; во втором канале = 10,22 м/с, ш = 4,21%, срII г = 4,84%. Следовательно, равномерность воздушного потока в каналах следует считать высокой. При очистке семян ржи сорта "Кировская 89" при производительности 5,6; 6,8; 8,1; 9,3; 10,4; 11,5 т/ч выявлена зависимость эффекта очистки зерновой смеси и потерь полноценного зерна от производительности (рис.18). Исходный зерновой материал имел влажность 12,6…14,2% и содержал 1,83…2,98% примесей. Наибольшую часть примесей составляли семена сорных растений – 0,62…1,16% (в основном семена пырея), органическая примесь – 0,36…0,85%, дробленое зерно – 0,37…0,55% и семена склероции и спорыньи – 0,2…0,35%.

Расход воздуха, проходящего чеЕз,% рез воздухоочиститель опытной установки, составлял Qв=7800…7900 м3/ч.

Во время опытов концентрация зерновой пыли в воздухе, выходящем из инерционного жалюзийно - противоточного воздухоочистителя, колебалась в пределах 78,4…83,3·10-3 г/м3. Содержание пыли в воздухе у пульта управления равнялось 8,7·10-3 г/м3. При этом в первой осадочной камере улавливалось12,22…12,53 кг/ч выделенqн ных первым пневмосепарирующим каналом примесей, а в пылеосадиРисунок 17 - Зависимости показатетельной камере воздухоочистителя – лей эффективности функционирования пневмосистемы от удельной 24,15…25,68 кг/ч примесей. Эффект нагрузки qн зернового материала в очистки пылеуловителем составил ПСК при З = 10%: - 69,28%.

W = 14,0%; - W = 22,5%;

Проведено уравновешивание - W = 31,0% решетных станов машин предвари- тельной МПО-30Д и втоЕЗ1, ЕЗ2, EЗ1= f (Q) ричной МВО-8Д очистки % зерна, при этом оптимальEЗ2= (Q) ная масса противовесов составила, соответственно, ПЗ, % МI = 28,8 и МII = 22,24 кг. В результате проведенных 1,ПЗ2= (Q) теоретических и экспериментальных исследований 0 1,разработана универсальная пневмосистема, которая 0,реализована в зерноочиПЗ1= (Q) стительных машинах, по5 6 7 8 9 10 Q, т/ч ставленных на производстРисунок 18 - Зависимости эффекта очистки зерво. Конструктивноновой смеси от легких примесей и потерь полтехнологические схемы ноценного зерна в первом и втором пневмосепамашин приведены на ририрующих каналах от производительности масунке 19.

шины МВО-8Д В пятой главе "Результаты исследований технических средств для плющения сухого и влажного зерна" приведены результаты исследований физико-механических свойств зерна и конструктивно-технологических параметров плющилки ПЗД-3 (рис.6).

а б в г - поток очищаемого материала; - воздушный поток с легкими примев - очищенный воздух; - крупные примеси; - пыль;

сями;

- мелкие примеси; - легкие примеси; - чистое зерно Рисунок 19 - Технологические схемы зерноочистительных машин предварительной и первичной очистки МПО-30Д (а), МПО-30Р (б), МПО-30ДФ (в), МПО-60Д (г): 1 – приемное устройство с разравнивающим шнеком; 2 – пневмосепарирующий канал дорешетной аспирации; 3 – скребковый транспортер;

4 – решетные станы; 5 – канал послерешетной аспирации; 6 – воздухоочиститель с выводным шнеком; 7 – диаметральный вентилятор; 8 - радиальный вентилятор; 9 – осадочная камера Для определения оптимальных конструктивно-технологических параметров плющилки зерна реализован полнофакторный эксперимент типа 32, исследуемыми показателями рабочего процесса являлись: y1 – потребляемая мощность N, кВт; y2 - пропускная способность, Q, т/ч; y3 – сход с решета с диаметром отверстий 2,5 мм, %; y4 – энергоемкость Э, кВт·ч/т и y5 – удельные энергозатраты, q, кВт·ч/(т·ед.ст.пл.). В качестве варьируемых факторов приняты: диаметр вальцов D, мм (x1) и их окружная скорость, м/с (x2). При этом модели регрессии имеют вид:

y1=6,297+1,115 x1+0,757 x2+0,245 x12+0,220 x22+0,400 x1 x2; (37) y2=1,195+0,203 x1–0,010 x2–0,182 x12–0,005 x22+0,028 x1 x2; (38) y3=8,184–0,242 x1+1,442 x2+0,748 x12–0,124 x22–2,155 x1 x2; (39) y4=5,244–0,245 x1+0,742 x2+1,248 x12+0,258 x22+0,038 x1 x2; (40) y5=2,373–0,090 x1+0,307 x2+0,240 x12+0,360 x22+0,085 x1 x2. (41) На основании анализа моделей регрессии с помощью двумерных сечений (рис.20, а, б) установлено, что при диаметрах вальцов D = 275…300 мм, их длине 250 мм и окружных скоростях = 6…6,75 м/с удельные энергозатраты процесса двухступенчатого плющения зерна имеют минимальное значение q = 2,32...2,44 кВт ч/(т ед.ст.пл.), а сход с решета 2,5 мм составляет 4,78...6,20% при максимальной пропускной способности Q = 1,24...1,28 т/ч и наименьшей энергоемкости Э = 4,74...5,10 кВт ч/т.

а б Рисунок 20 - Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие влияние диаметра вальцов (х1) и их окружной скорости (х2) на: а - пропускную способность Q, т/ч, (y2 – – – –) и энергоемкость Э, кВт·ч/т, (y4 ––––); б - сход с решета при диаметре отверстий 2,5 мм, %, (y3 – – – –) и удельные энергозатраты q, кВт·ч/(т·ед.ст.пл.), (y5 ––––) Основными показателями качества готового продукта являются коэффициент абсорбции, характеризующий способность материала поглощать своей поверхностью и удерживать жидкие и газообразные вещества, и средняя толщина хлопьев, зависящие от равномерности подачи зерна в зону плющения. В связи с этим проведены исследования по определению влияния типа и частоты вращения питающего устройства на коэффициент абсорбции, среднюю толщину хлопьев, а также на пропускную способность и энергозатраты (рис.21).

При выборе питающего устройства для плющилки исследовали три типа питателей: лопастной, шнековый и валец с канавками.

Исследования проводились на зерне ячменя, частота вращения n питающих устройств изменялась в диапазоне 50…150 мин-1 при длине вальцов 400 мм. Полученные зависимости (рис.21) показали, что увеличение частоты вращения всех типов питателей приводит к снижению коэффициента абсорбции до 0,73… 0,47 и увеличению средней толщины хлопьев до 1,57…1,8 мм.

При этом увеличение частоты питающего устройства приводит к росту пропускной способности шнекового питателя (от 1,1 до 2,3 т/ч) и вальца с канавками (от 3,2 до 4,4 т/ч), а у лопастного питателя сначала к росту до 3,6 т/ч, затем к снижению до 3,2 т/ч.

10 1,0 2,5 hср Q j кВт ч кВт ч j Э, Q, т/ч hср hср, мм Э т 4 0,8 т 1,Q hср j 3 0,1,Э Э j 0,0,Q 0,0,0 0 -1 -n, мин 50 100 100 n, мин 150 1 а б Рисунок 21 - Влияние частоты вращения питающего устройства на показатели рабочего процесса плющилки: а - пропускная способность Q и энергозатраты Э, б - коэффициент абсорбции j и средняя толщина хлопьев h ( - питающий валец с канавками; - лопастной питатель; - шнековый питатель) После реализации плана активно-пассивного эксперимента определено, что наиболее целесообразно использовать валец с канавками. При плющении зерна влажностью 20…23% для питающего вальца оптимальная частота вращения 80…100 мин-1, при этом средняя толщина хлопьев составляет 1,38…1,42 мм, коэффициент абсорбации – 0,8…0,83, пропускная способность – 3,4…3,8 т/ч и энергозатраты – 4,0…4,3 кВт·ч/т.

В процессе исследований проведен ряд опытов по плющению зерна различных культур, отличающегося влажностью. Для примера на рисунке представлены зависимости изменения энергоемкости процесса плющения зерна ячменя различных сортов от его влажности. При этом изменение влажности зерна ячменя с 16…20% снижает энергозатраты с 5,3 до 4,6 кВт·ч/т, увеличение влажности до 24% приводит к росту энергозатрт до 5,0 кВт·ч/т, а последующее ее увеличение снижает энергозатраты до 4,4 кВт·ч/т.

Рисунок 22 - Зависимости изменения энергоемкости процесса двухступенчатого плющения от влажности зерна: - зерно ячменя сорта "Биос-1"; ——— - зерно ячменя сорта "КСИ-15";

- - - - зерно ячменя сорта "Дымка" На базе плющилки ПЗД-3 разработана плющилка ПЗД-6 производительность 6 т/ч.

В шестой главе "Результаты исследований технических средств для измельчения незерновой части урожая" проведено исследование и оптимизация конструктивно-технологических параметров измельчителей-раздатчиков с вертикальной ИРК-5 (рис.7) и горизонтальной ИРК-5Н (рис.10) осью вращения измельчающих рабочих органов.

На основе анализа данных серии опытов по исследованию существующего измельчителя-раздатчика внесены некоторые изменения в его конструкцию (увеличено количество рядов молотков, заменен пружинный выгрузной транспортер на скребковый, изготовлена рециркуляционная камера, на роторах установлены "отражатели").

Для проверки работоспособности измельчителя-раздатчика в реальных условиях эксплуатации была реализована матрица активно-пассивного эксперимента. В качестве управляемых факторов на основе предыдущих исследований были выбраны: x4 - линейная скорость молотков, м/с; x2 - скорость м движения основного и подкручивающего транспортеров, м/с. Влажность тр (x5) W,% и плотность рулонов (x6), кг/м3 являлись неуправляемыми факторами и контролировались при проведении опытов. Для удобства расчетов они так же, как и управляемые, представлены в нормированном виде. В качестве критериев оптимизации выбраны: пропускная способность (y1) Q, т/ч; удельные энергозатраты (y5) q, кВт ч/ (т ед. ст.изм.) и средняя длина измельченных частиц (y6) lср, м.

После реализации опытов и расчетов коэффициентов регрессии по алгоритму, базирующемуся на методике Грама-Шмидта, получены математические модели второго порядка:

y1 =12,928+1,567x2 2,119x5 + 3,995x6 1,809x4 1,25x4x5 + (42) 2 +1,990x2x5 2,714x2x6 4,284x5 + 4,640x5x6 3,319x6 ;

y5 = 0,210+ 0,053x2 + 0,036x5 0,106x6 + 0,045x4 + 0,059x2x5 + (43) 2 + 0,050x2x6 0,021x5 0,085x5x6 0,018x6 ;

y6 = 56,60 3,19x4 + 9,07x2 + 2,54x5 8,03x6 4,48x4x2 2,36x4x (44) 2 2 3,32x4x6 3,15x2 + 6,78x2x5 7,64x5 6,16x5x6 9,44x6.

Анализ двумерного сечения (рис.23, а) показывает, что с увеличением плотности рулонов и снижением влажности удельные энергозатраты и средняя длина измельченных частиц уменьшаются, а производительность Q =12,2 т/ч сохраняется при влажности в интервале от 20 до 35% и плотности рулонов от 60 до 123 кг/м3.

Двумерные сечения (рис.23, б) в координатах линейной скорости молотков и плотности рулонов показывают, что с увеличением плотности рулонов возрастает производительность, снижаются удельные энергозатраты и улучшается качество измельчения. Линейная скорость молотков не оказывает существенного влияния на показатели работы измельчителя-раздатчика, а увеличение влажности материала ведет к росту энергозатрат, снижению производительности и качества измельчения.

10,09 137,27,42,2 36,0,0,50,46,0,14 0,12,,, 56,56,13,,, кг/м0,кг/м10,0,8,10,58,2,6,0,40,40,14,6 W, % 51,, м/с 42 м, м/с м а б Рисунок 23 - Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие пропускную способность Q ( ); удельные энергозатраты q ( ), среднюю длину измельченных частиц lср ( ) Экспериментальные исследования позволили определить оптимальные конструктивно-технологические параметры разработанного измельчителяраздатчика ИРК-5Н с горизонтальным ротором: скорость подающего транспортера, = 0,16...0,18 м/с; частота вращения ножевого ротора, тр.п.

nр = 800 мин-1; угол установки дополнительного транспортера, = 1,5…2° тр при пропускной способности Q = 6,3 т/ч, степени измельчения = 6,0, удельных энергозатратах q = 0,325 кВт·ч/(т·ед.ст.изм.).

В седьмой главе "Результаты испытаний разработанных технических средств" приведен анализ результатов производственных и государственных испытаний зерноочистительных машин МПО-30Д (предварительная очистка) (рис.19, а), МВО-8Д (вторичная очистка) (рис.24, а), разработанных на основе универсальной пневмосистемы, аналогичной им разработанной машины МЗУ-20Д (рис.24, б), плющилки зерна ПЗД-3, измельчителей-раздатчиков ИРК-5 (молотковый), ИРК-5Н (ножевой).

Результаты государственных испытаний зерноочистительных машин МПО-30Д, МВО-8Д, МЗУ-20Д подтверждают экспериментальные данные, полученные в лабораторных условиях и при производственной проверке. В 20…2005 гг. в СХПК им. Кирова Кировской области Кировской МИС проведены испытания машины МПО-30Д в составе зерноочистительно-сушильного комплекса, которые показали, что полнота выделения примесей на очистке при подаче 30 т/ч составила 56,4% для ячменя и 51,5% при очистке озимой ржи. При этом концентрация пыли в рабочей зоне при влажности исходного материала 15…20% составила до 4,0 мг/м3, уровень шума – 81 дБА. Удельные энергозатраты при очистке зерна ячменя - 0,103...0,149 кВт ч/т при подаче 20,8…30,0 т/ч, озимой ржи - 0,077...0,107 кВт ч/т при подаче 23,5…32,8 т/ч.

По рекомендации Кировской МИС ПКБ НИИСХ Северо-Востока освоено производство машин МПО-30 различных модификаций, в период с 2000 по 2011 гг. выпущена 51 машина.

8 б а - поток очищаемого материала; - воздушный поток с легкими примев - очищенный воздух;

сями; - крупные примеси; - пыль;

- мелкие примеси; - легкие примеси; - чистое зерно Рисунок 24 - Технологические схемы зерноочистительных машин вторичной очистки МВО-8Д (а), МЗУ-20Д (б): 1 – приемное устройство с разравнивающим шнеком; 2 – пневмосепарирующий канал дорешетной аспирации;

3 – скребковый транспортер; 4 – решетные станы; 5 – канал послерешетной аспирации; 6 – воздухоочиститель с выводным шнеком; 7 – диаметральный вентилятор; 8 - осадочная камера Государственные приемочные испытания машины МВО-8Д проведены в 2007 году в СПК "Заря" Кировской области на очистке семян ржи сорта "Кировская 89" при подаче 5,67...8,66 т/ч и на очистке семян пшеницы сорта "Иргина" при подаче 5,63...10,32 т/ч в составе зерноочистительносушильного комплекса. Машина за один проход улучшает качество семян пшеницы на 0,6...2,7%, семян ржи - на 1,1...2,0%. Потери полноценного зерна в отходы - соответственно 2,15...3,62% и 1,45...2,45%. Содержание семян основной культуры в очищенном материале ржи - 98,7...99,3%, т.е. получены семена категории ЭС (элитные семена) и РС (репродукционные семена).

Полнота выделения примесей на очистке зерна ржи составила от 41,4 до 63,3%, на очистке пшеницы - от 32,8 до 64,2%. Удельные энергозатраты составили на очистке семян ржи 0,32...0,49 кВт ч/т, на очистке семян пшеницы - 0,26...0,48 кВт ч/т. По рекомендации ФГУ "Кировская МИС" за период с 20по 2011 гг. ПКБ НИИСХ Северо-Востока выпущено 8 машин МВО-8Д.

Испытания машины МЗУ-20Д проведены Кировской МИС в СПК "Рассвет" Кировской области в составе зерноочистительно-сушильного комплекса при работе в режиме вторичной очистки. При выполнении технологического процесса машина по содержанию семян основной культуры за один проход обеспечивает качество семенного материала, соответствующее нормам категорий ЭС и РС (озимая рожь). Мелкие семена соответствуют нормам категории РС. Потери зерна основной культуры в отход при подаче 6,2…18,0 т/ч составили 1,86…3,35%. Полнота выделения примесей при очистке фракции крупного зерна - 95,7…99,4%, фракции мелкого зерна - 24,1…32,0 %. Эффективность очистки составила 57,4…93,7% при выделении крупного зерна и 13,6…21,9 % - при выделении мелкого.

Заключение ФГУ "Кировская МИС": машина вписывается в поточную технологию послеуборочной обработки зерна и семян и найдет применение в хозяйствах зоны деятельности МИС.

Испытания плющилки ПЗД-3 проведены Кировской МИС в 2006 году в СХПК "Красная Талица" Кировской области на плющении сухого и влажного зерна ячменя и зерносмеси, предназначенных для скармливания животным.

При плющении зерна ячменя влажностью 11,4% и 20,9 % производительность составила 4,4 т/ч. При этом средняя толщина хлопьев не превышала 1,60 мм с однородностью по толщине 12,20%, коэффициент абсорбции - 0,72, средневзвешенная толщина хлопьев - 1,58 мм. Количество целых зерен в готовом продукте (0,05%) соответствует зоотребованиям на плющеное зерно.

При плющении зерносмеси, состоящей из 54,66 % зерна ячменя, 20,88% зерна овса и 24,46% зерна пшеницы производительность составила 3,7 т/ч при средней толщине хлопьев 1,51 мм. Однородность хлопьев по толщине - 14,96%, коэффициент абсорбции - 0,85, средневзвешенная толщина хлопьев - 1,50 мм при удельных энергозатратах 2,7...5,5 кВт ч/т. Целых зерен в продукте не имелось. ФГУ "Кировская МИС" рекомендует изготовить опытную партию машин. Выпущено 3 плющилки.

Производственные испытания измельчителя-раздатчика ИРК-5 проведены в опытно-производственном хозяйстве "Пригородное" Кировской области. В качестве перерабатывающего материала использованы рулоны озимой ржи. Плотность рулона составляла 80…95 кг/м3, влажность их массы – 21…26%, масса - 90…120 кг. На основе испытаний установлено, что пропускная способность измельчителя-раздатчика ИРК-5 в зависимости от плотности рулонов колебалась в интервале 5,0…9,6 т/ч; равномерность выдачи продукта – 2,5 кг/п.м.; удельные энергозатраты – 0,184 кВт ч/(т ед.ст.изм.); средняя длина измельчения – 35 мм. Машина работоспособна, удобна в обслуживании, измельченный корм соответствует зоотехническим требованиям.

Производственные испытания ИРК-5Н проведены в ГУ НИИСХ Северо-Востока. При измельчении рулонов ржи пропускная способность равнялась 6,3…6,5 т/ч; удельные энергозатраты - 0,32…0,325 кВт ч/(т ед.ст.изм.);

степень измельчения - = 5,9…6,1. Машина работоспособна, обеспечивает равномерность выдачи готового продукта в кормушки согласно зоотребованиям. Опытный образец машины передан Нолинскому РМЗ Кировской области для серийного производства.

В восьмой главе "Эффективность применения разработанных технологических линий и технических средств для обработки зерновых культур" приведен экономический расчет разработанных технических средств. Также представлены данные по эффективности очистки зерна на поточных технологических линиях, оборудованных разработанными зерноочистительными машинами.

Годовой экономический эффект по приведенным затратам при применении машины МПО-30Д, вследствие более низкой ее стоимости и более высокой производительности по сравнению с базовой машиной К-523, составляет 87840 рублей.

При сравнении машин МВО-8Д и К-547 установлено, что годовой экономический эффект по приведенным затратам от использования МВО-8Д составляет 545300 рублей. В основном он обусловлен более низкой стоимостью разработанной машины.

Годовой экономический эффект от применения машины МЗУ-20Д, в сравнении с машиной МВО-20Д, составляет 53238 рублей.

При сравнении плющилок зерна ПЗД-3 и MUPSKA-350 определено, что годовой экономический эффект составил 43400 рублей за счет более низкой стоимости плющилки ПЗД-3 и меньших удельных затрат электроэнергии.

При сравнении технико-экономических показателей измельчителейраздатчиков ИРК-5, ИРК-5Н с ИРК-145 установлено, что годовой экономический эффект при применении разработанных машин составляет соответственно 67400 рублей и 84600 рублей.

На основе разработанных технических средств в хозяйствах внедрены линии послеуборочной обработки зерна с применением технологии фракционирования и плющения (патент РФ №2371262). Для примера на рисунке приведена схема технологической линии, внедренной в агрофирме "Подгорцы" Кировской области.

- ворох с поля;

, - неиспользуемые отходы;

- зерно первого сорта, прошедшее предварительную очистку; - зерно второго сорта;

- сухое зерно;

- фуражное зерно от МВО-8Д;

- фуражное зерно от триерного блока; - зерно, очищенное на МВО-8Д; - чистое зерно Рисунок 25 - Зерноочистительно-сушильный комплекс КЗС-20Ш агрофирмы "Подгорцы": 1 - завальная яма; 2 - нория сырого зерна; 3 - машина предварительной очистки зерна МПО-30ДФ; 4 - транспортер неиспользуемых отходов;

5 - прицеп 2ПТС-4; 6 - бункер-накопитель влажного зерна; 7 - сушилка СЗШ-16А; 8 - бункер-накопитель сухого зерна; 9 - нория; 10 - машина вторичной очистки зерна МВО-8Д; 11 - бункер-накопитель фуражного зерна;

12 - транспортер скребковый; 13 - триерный блок ЗАВ-10.90000А; 14 - бункернакопитель чистого зерна; 15 – плющилка Применение в технологической линии машины предварительной очистки с фракционированием зерна позволяет выделить фуражную фракцию перед его сушкой и отправлять ее на плющение, что значительно сокращает энергозатраты и позволяет получить качественный корм для животных.

В таблице приведен расчетный и фактический годовой экономический эффект от внедрения разработанных технических средств на комплексах хозяйств при получении семенного материала.

Таблица Экономические показатели от внедрения новых технических средств Год Годовой экономический эфНаименование Техническое внедре- фект от получения семян, руб.

хозяйства средство ния расчетный фактический 1. СПК "Нагорск", Ки2003 МПО-30Д 110 235 95 1ровская область 2. СПК "Заря", Киров- МПО-30Д, 2006 394 188 386 1ская область МВО-8Д 3. ООО "Русь", Киров- МПО-2006 149 033 146 5ская область (2 шт.) 4. НИИСХ "Нива", Та2007 МПО-30 164 316 150 1тарстан 5. СПК "им.Коминтерна", МПО-30, 2007 143 744 117 5Кировская область МВО-8Д 6. СПК "Красная Тали- МПО-30, 2007 99 879 78 2ца" Кировская область МВО-8Д 7. СПК "им.Кирова" 2005 МПО-30Д 112 135 129 8Кировская область 8. Агрофирма "Подгор- МПО-30ДФ, 2008 188 099 186 5цы" Кировская область МВО-8Д 9. СПК "Рассвет" Ки- МПО-60Д 2008 167 898 174 8ровская область МЗУ-20Д ОБЩИЕ ВЫВОДЫ На основании теоретических и экспериментальных исследований решена проблема повышения эффективности функционирования технологических линий и технических средств послеуборочной обработки зерна и незерновой части урожая путем повышения производительности и качества продукции, при минимальных удельных энергозатратах.

При выполнении исследований получены следующие основные выводы:

1. Разработана универсальная разомкнутая пневмосистема, включающая устройство ввода зернового материала, наклонный пневмосепарирующий канал дорешетной аспирации, пылеосадительную камеру, вертикальный пневмосепарирующий канал послерешетной аспирации и инерционный жалюзийно-противоточный пылеуловитель с размещенным в его верхней части диаметральным вентилятором (патенты РФ № 2299098, № 2319534, № 2177565, № 2235221).

По результатам экспериментальных исследований определены конструктивные параметры устройства ввода зернового материала и наклонного пневмосепарирующего канала, при которых достигается максимальный эффект очистки зернового вороха 72,2% при скорости воздушного потока от 4,до 7,7 м/с и потерях полноценного зерна в отходы не более 0,05%. Оптимальные значения конструктивных параметров осадочной камеры составляют:

H = 1,18 м, L=1,3 м (глубина и длина); глубина и длина отражательной перегородки S = 0,27 м, l = 0,14 м, при этом эффект выделения примесей составляет 75,5%, а гидравлическое сопротивление - 30 Па. Вертикальный канал послерешетной аспирации в нижней части имеет глубину 130 мм, а в направлении сверху вниз по ширине он выполнен конфузорным. При скорости воздуха в канале 9 м/с и при потерях полноценного зерна не более 0,05% эффект очистки равен 67%.

Инерционный жалюзийно-противоточный воздухоочиститель имеет эффект очистки воздуха от примесей 90,36% при величине гидравлического сопротивления 226 Па. Скорость воздушного потока в осадочной камере пылеуловителя в различных сечениях составляет 8…11 м/с при коэффициенте вариации - от 4,7 до 8,7%. Концентрация пыли на выходе из пылеуловителя равна 78,4...83 мг/м3. Полученные модели регрессии рабочего процесса позволили определить оптимальные конструктивно-технологические параметры, при которых эффект очистки достигает 80%.

2. Машина предварительной очистки зерна МПО-30Д состоит из универсальной разомкнутой пневмосистемы и решетного стана с двумя ярусами решет. Скорость воздуха в пневмосепарирующих каналах составляет до 7,5 м/с в первом и до 9 м/с - во втором. При очистке ячменя сорта "Эколог" пропускная способность составила 20...30 т/ч, полнота выделения примесей - до 56,4%, удельные энергозатраты - 0,103...0,149 кВт ч/т. При очистке зерна озимой ржи сорта "Кировская 89" пропускная способность составила до 30 т/ч, полнота выделения примесей - 51,5%, удельные энергозатраты - 0,077…0,107 кВт ч/т.

3. Машина вторичной очистки МВО-8Д состоит из универсальной разомкнутой пневмосистемы и двух решетных станов с тремя плоскостями решет. Максимальная скорость воздушного потока в первом канале составляет 7,94 м/с, втором - 11,67 м/с. При очистке семян ржи "Кировская 89" с пропускной способностью 5,6...8,6 т/ч их чистота составляет 98,7...99,3%, что соответствует качеству элитных (ЭС) и репродукционных (РС) семян. При этом полнота выделения примесей равна 41,4...63,3%, удельные энергозатраты - 0,32...0,49 кВт ч/т, дробление семян не более 0,1%, потери - 2,15...3,62%. При обработке зерна пшеницы "Иргина" при подаче 5,6...10,3 т/ч содержание семян основной культуры в очищенном материале равно 95,6...98,9%, потери семян составляют 1,45...2,45%, их дробление - до 0,1%, что соответствует семенам категории РС. При этом полнота выделения примесей составляет 32,8...64,2%, удельные энергозатраты - 0,26...0,48 кВт ч/т.

4. Универсальная по назначению машина МЗУ-20Д имеет три пневмосепарирующих канала - один до- и два послерештной аспирации, две осадительные камеры, инерционный жалюзийно-противоточный воздухоочиститель со встроенным в нем диаметральным вентилятором и два решетных стана. При очистке семян озимой ржи при подаче 6,2...18,0 т/ч получены элитные семена (фракция крупных зерен) и репродукционные семена (фракция мелких зерен), полнота выделения сорных примесей в этих фракциях составила соответственно 95,7...99,4 % и 24,1...32,0%, содержание сорных семян в крупной фракции - 15…20 шт/кг. Эффективность очистки равнялась 57,4...93,7%, удельный расход электроэнергии - 0,30...0,92 кВт ч/т.

5. Двухступенчатая плющилка зерна ПЗД-3 имеет диаметр вальцов 275 мм, длину - 400 мм, зазоры между вальцами первой ступени 1,7…1,8 мм, второй – 0,5…0,6 мм. При окружной скорости вальцов 6,00…6,75 м/с пропускная способность при плющении зерна ячменя и зерносмесей, имеющих влажность 11…24%, составляет 2,1…3,7 т/ч, энергозатраты - 2,7…5,5 кВт ч/т.

Плющилка выдает готовый продукт с толщиной хлопьев 1,42…1,5 мм, при этом однородность по толщине составляет 9,7…14,9%, коэффициент абсорбции - 0,85…1,00. Без учета сопротивления среды по теоретическим расчетам частица проходит камеру смешивания за 0,12 с. Эти показатели соответствуют зоотехническим требованиям.

6. Измельчитель-раздатчик рулонов соломы ИРК-5 состоит из двух измельчающих молотковых роторов с вертикальной осью вращения, подающего, подкручивающего и выгрузного транспортеров, приспособления для загрузки рулонов в агрегат. При оптимальных значениях параметров рабочих органов машины - скорости подающего и подкручивающего транспортеров = 0,17 м/с, скоротр сти выгрузного транспортера = 2,65 м/с при раздаче корма и = 4,35 м/с тр.вг тр.вг - при внесении подстилки, частоте вращения роторов nр = 1830 мин-1, процентное содержание частиц размером 0,010…0,005 м составляет 87%. При измельчении рулонов, имеющих плотность 80...95 кг/м3 и среднюю длину стеблей 350 мм, пропускная способность составляет 5,0...9,6 т/ч.

7. Измельчитель-раздатчик рулонов соломы ИРК-5Н состоит из ножевого ротора с горизонтальной осью вращения, подающего и дополнительного транспортеров, загрузочного устройства рулонов и имеет подвижные боковые стенки для фиксирования рулона в горизонтальном положении. При оптимальных значениях параметров машины - частоте вращения ротора nр=750…1000 мин-1, скорости подающего и дополнительного транспортеров при выдаче корма = 0,16…0,18 м/с степень измельчения стеблей составляет 5,9…6,1, удельные тр энергозатраты - 0,32…0,325 кВт ч/(т ед.ст.изм) и пропускная способность - 6,3...6,5 т/ч. При внесении подстилки при скорости подающего и дополнительного транспортеров = 0,12…0,13 м/с степень измельчения стеблей равна тр.п 6,3…6,5, удельные энергозатраты - 0,46…0,48 кВт ч/(т ед.ст.изм). За счет повышенной инерционности ротора достигнут устойчивый режим его работы, что значительно повышает равномерность выдачи готового продукта.

8. Зерноочистительные машины МПО-30Д, МВО-8Д, МЗУ-20Д и двухступенчатая плющилка зерна ПЗД-3 прошли государственные испытания в Кировской МИС и рекомендованы в массовое производство. Эти технические средства работают в составе технологических линий в хозяйствах Кировской области и других регионов РФ.

Измельчители-раздатчики ИРК-5 и ИРК-5Н прошли ведомственные испытания, которые проводились в производственных условиях в животноводческих хозяйствах Кировской области.

9. Разработанные и изготовленные технические средства внедрены в технологических линиях послеуборочной обработки зерна, а также в линии с фракционированием и плющением зерна в хозяйствах Северо-Восточного региона европейской части РФ. Технологические линии позволяют за один проход получать семенной и продовольственный материал высоких репродукций.

Функционирование технологий с фракционированием зерна, т. е. при отделении фуражной фракции перед сушкой с последующим плющением, позволяет до 15% сократить энергозатраты и получить качественный корм для животных.

Применение разработанных энерго- и ресурсосберегающих технических средств – машин МПО-30, МВО-8Д, МЗУ-20Д, ПЗД-3, ИРК-5 и ИРК-5Н и создание на их основе технологических линий в Северо-Восточном регионе европейской части Российской Федерации позволяет увеличить эффективность получения семенных продовольственных ресурсов и кормов.

При этом годовой экономический эффект в ценах 2008 года от применения машин МПО-30Д, МВО-8Д, МЗУ-20Д и ПЗД-3 при обработке зерна ржи и пшеницы составляет соответственно 77870, 462080, 53238 и 38530 рублей, от внедрения ИРК-5 и ИРК-5Н - соответственно 77290 и 83470 рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Качественный анализ воздушного потока в пылеулавливающем устройстве // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 3. С. 11-12.

2. Разработка технических средств для послеуборочной обработки зерна / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Техника и оборудование для села. 2006. № 10. С. 21-24.

3. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Динамическое уравновешивание решетных станов машины вторичной очистки зерна МВО-8Д // Тр. Кубанского государственного аграрного университета. 2008. № 6. С. 179-183.

4. Сычугов Ю.В. Динамическое уравновешивание решетного стана машины для очистки зернового вороха // Тракторы и сельскохозяйственные машины. № 8.

2006. С. 50-52.

5. Сычугов Ю.В. Новые технологии и технические средства послеуборочной обработки зерна // Тракторы и сельскохозяйственные машины. № 6. 2004. С. 22-25.

6. Сычугов Ю.В., Скоробогатых В.Н. Оценка устойчивости функционирования разомкнутой пневмосистемы // Тракторы и сельскохозяйственные машины.

2009. № 5. С. 27-30.

7. Сычугов Ю.В., Шабалин А.М. Определение оптимальных параметров пневмосистемы зерноочистительной машины // Техника в сельском хозяйстве.2008. № 4. С. 51-52.

8. Теоретические исследования питающего и выгрузного транспортеров / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 3. С. 61-64.

9. Оптимизация конструкции осадочной камеры зерноочистительной машины / Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. [и др.] // Тракторы и сельхозяйственные машины. 2010. №8. С.38-41.

10.Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Казаков В.А. Новые технологии и технические средства при реконструкции зерноочистительно-сушильных комплексов // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2010. № 3 (18). С. 65-68.

Рекомендации для науки, производства и образования 11. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Исупов В.И. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян трав // Монография. Киров: ФГУИПП «Вятка», 2003. 367 с.

12. Рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна / Под. ред. Ю.Ф. Лачуги. М.: Россельхозакадемия, 2006. 130 с.

13. Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Северо-Восточного региона Европейской части России на 2002…2010 гг. / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.]. Киров:

НИИСХ Северо-Востока, 2002. 136 с.

Публикации в материалах конференций и сборниках научных трудов 14. Савиных П.А., Сычугов Ю.В. Новые зерноочистительно-сушильные комплексы на базе машин, разработанных в институте для получения семян зерновых и трав // INYNIERIA ROLNICZA A RODOWISKO: XIII Midzynarodowa Konferencja Naukowa. Midzyzdroje. Poland, 2008. Р. 201-202.

15. Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Исупов В.И. Пункт послеуборочной обработки семян трав с применением энергосберегающей технологии // Экология и сельскохозяйственная техника: Мат-лы 5-й Международ. научн.-практ. конф. 15-мая 2007 г. Санкт-Петербург, 2007. Т. 2. С. 302-308.

16. Савиных П.А., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Зерноочистительно-сушильные комплексы на базе сушилки М-819 и УСС-1,540 для получения семян зерновых и трав // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Мосоловские чтения. Мат-лы Международ. научн.-практ. конф. Йошкар-Ола, 2008. Вып. X. С. 396-401.

17. Сысуев В.А., Савиных П.А., Сычугов Ю.В. Разработка технологии фракционирования и консервирования влажного зерна // Научное обеспечение реализации направления «Ускоренное развитие животноводства»: Сб. научн. тр. Подольск, 2006. Т. 16. Ч. 3. С. 34-38.

18. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. Разработка зерноочистительных машин в применении к комплексам послеуборочной обработки зерна // Аграрная наука Северо-Востока Европейской части России в начале XXI века: состояние и перспективы. Киров: Вятская ГСХА, 2005. С. 170-182.

19. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. Разработка, исследование и применение воздушно-решетных машин на пунктах послеуборочной обработки зерна // EKOLOGICZNE ASPEKTY MECHANIZACJI PRODUKCJI ROSLINNEJ XII INTERNATIONAL SYMPOSIUM. Warszawa, 2006. Р. 178-183.

20. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Исупов В.И. Новые технические средства в технологических линиях послеуборочной обработки зерна // Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE.

Warszawa, 2005. Р. 385-390.

21. Машина предварительной очистки зерна и семян МПО-30Д и результаты испытаний на МИС / Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. [и др.] // Приоритетные направления научно-технического обеспечения АПК Северо-Востока. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2005. С. 223-229.

22. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Оптимизация конструктивных параметров инерционного жалюзийно-противоточного воздухоочистителя пневмосистемы машины вторичной очистки зерна МВО-8Д // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Сб. науч. тр. Киров, 2008. Вып. 3. С. 214-219.

23. Сычугов Ю.В. Машины предварительной очистки зерна и семян многолетних трав // EKOLOGICZNE ASPEKTY MECHANIZACJI PRODUKCJI ROSLINNEJ XII INTERNATIONAL SYMPOSIUM. Warszawa, 2006. Р. 190-195.

24. Сычугов Ю.В. Повышение эффективности послеуборочной обработки зерна путем совершенствования технических средств и технологических линий // Разработка и внедрение технологий и технических средств для АПК СевероВосточного региона Российской Федерации: Мат-лы Международ. научн.-практ.

конф. 10-11 июля 2007 г. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2007. С. 181-185.

25. Сычугов Ю.В. Применение топочных агрегатов на твердом топливе в семяочистительно-сушильных линиях и комплексах послеуборочной обработки семян зерновых и трав - IX INTERNATIONAL SYMPOSIUM ECOLOGICAL ASPECTS OF MECHANIZATION OF PLANT PRODUCTION. Warszawa, 2002. Р. 348-352.

26. Применение зерноочитительно-сушильных линий с секционной сушилкой для обработки семенного зерна / Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. [и др.]. INZYNIERIA SYSTEMOW BIOAGROTECHNICZNYCH Zeszyt 8. 2001. Р. 262-266.

27. Сушка и особенности обработки семян клевера и других многолетних трав на семяочистительно-сушильных линиях с применением секционной сушилки / Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В. [и др.]. INZYNIERIA SYSTEMOW BIOAGROTECHNICZNYCH Zeszyt 8, 2001. Р. 256-262.

28. Сычугов Ю.В., Исупов В.И., Шабалин А.М. Применение машины предварительной очистки зернового вороха МПО-30 в экспериментальных сушильных линиях // Приоритетные направления научно-технического обеспечения АПК Северо-Востока. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2005. С. 229-233.

29. Сычугов Ю.В., Скоробогатых В.Н. Исследование разомкнутой пневмосистемы с устройством для создания потока воздуха и его очистки от примесей // INZYNIERIA SYSTEMOW BIOAGROTECH-NICZNYCH PLOCK, 2005. Р. 203-207.

30. Сычугов Ю.В., Скоробогатых В.Н. Пневмосистема для зерно- и семяочистительных машин // X International symposium «Ecological aspects of mechanization of plant production». Warszawa, 2003. Р. 211-216.

31. Сычугов Ю.В., Скоробогатых В.Н., Алешкин А.В. Анализ динамических свойств воздушной системы машин предварительной очистки МПО-30Д // Приоритетные направления научно-технического обеспечения АПК Северо-Востока. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2005. С. 234-239.

32. Сычугов Ю.В., Сычугов А.Н. Машина вторичной очистки зерна МВО-8Д и результаты предварительных испытаний на МИС // Улучшение эксплуатационных показателей мобильной энергетики: Мат-лы I Всероссийской научн.-практ. конф.

«Наука-Технология-Ресурсосбережение» и 54-й научн.-практ. конф. профессорскопреподавательского состава и аспирантов инж. фак-та Вятской ГСХА, посвященной 55-летию инж. фак-та. Киров, 2007. Вып. 7. С. 56-60.

33. Сычугов Ю.В., Шабалин А.М., Сычугов А.Н. Динамическое уравновешивание решетного стана зерноочистительной машины МПО-30Д // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2006. Ч. 2. С. 162-167.

34. Определение траектории движения частицы, скользящей по винтовой поверхности шнека / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // X Midzynarodowa Konferencja Naukowa «Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE» Warszawa, 2004. Р. 427-433.

35. Результаты исследований выгрузного устройства мобильного измельчителяраздатчика грубых кормов / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Научнотехнический прогресс в животноводстве - перспективные ресурсосберегающие технологии: Сб. науч. тр. Подольск, 2005. Т. 15. Ч. 2. С. 150-156.

36. Результаты теоретических исследований шнекового выгрузного транспортера мобильного измельчителя-раздатчика / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE. Warszawa, 2005. Р. 411-414.

37. Исследование измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов с ножевым рабочим органом / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2004. № 5. С. 123-128.

38. Савиных П.А., Тупицын В.Е., Сычугов Ю.В. Результаты сравнительных испытаний измельчителя-раздатчика грубых кормов с различными рабочими органами // Научно-технический прогресс в животноводстве – машинно-технологическая модернизация отрасли: Сб. науч. тр. Подольск, 2007. Т. 17.Ч. 2. С. 121-127.

39. Исследование усовершенствованного мобильного измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Энергосберегающие технологии и технические средства механизации животноводства СевероВостока России: Сб. науч. тр. Киров, НИИСХ Северо-Востока, 1999. Т. 2. С. 124-126.

40. Исследование рабочего процесса измельчителя-раздатчика грубых кормов с ножевым рабочим органом / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE: Materialy na konferencje. Warszawa, 2005. Р. 451-455.

41. Модели функционирования мобильного измельчителя-раздатчика грубых кормов / Савиных П.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE: Materialy na konferencje. Warszawa, 2006. Р. 447-448.

42. Совершенствование конструкции и исследование параметров измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Общие проблемы технического обеспечения агропромышленного производства: Сб. научн. тр. Москва, ВИМ, 2000. Т. 130. С. 187-193.

43. Оптимизация параметров усовершенствованного мобильного измельчителя-раздатчика / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства. Новые технологии и технические средства – основа восстановления отечественного животноводства: Сб. науч. тр. ВНИИМЖ. Подольск. 1999. Т. 8. Ч. 2. С. 44-49.

44. Влияние силы сопротивления среды на движение плющеного зерна в выгрузной камере вальцовой плющилки / Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE: Materialy na konferencje. Warszawa, 2006. Р. 469-472.

45. Сысуев В.А., Савиных П.А., Сычугов Ю.В. Исследование рабочего процесса мобильного измельчителя-раздатчика методами планирования эксперимента // Современные проблемы сельскохозяйственной механики: Мат-лы Междунар. науч.практ. конф. (Минск, 26-27 мая 1999 г.). Минск, 1999. Ч. 2. С. 45-46.

46. Сысуев В.А., Савиных П.А., Сычугов Ю.В. Результаты исследований модернизированного измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов и подстилки // Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства: Сб. науч. тр. ВНИИМЖ. – Подольск, 1998. – Т. 7. - ч. 1. – С. 59-65.

47. Результаты экспериментально-теоретических исследований рабочего процесса измельчителя-раздатчика грубых кормов с ножевым ротором/ Сысуев В.А., Сычугов Ю.В. [и др.] // Problemy intensyfikacji produkcji zwierzcej z uwzgldnieniem ochrony rodowiska i standardw UE. Warszawa, 2005. Р. 449-456.

48 Сычугов Ю.В., Шабалин А.М. Разработка и результаты экспериментально-теоретических исследований зерноочистительной машины // Разработка и внедрение технологий и технических средств для АПК Северо-Восточного региона Российской Федерации: Материалы Международ. науч.-практ. конф. 10-11 июля 2007 г. - Киров, НИИСХ Северо-Востока, 2007.- С.185-190.

49. Сычугов Ю.В. Предварительные результаты испытаний модернизированного измельчителя-раздатчика // Совершенствование технологий и технических средств в сельскохозяйственном производстве: Сб. науч. тр. ВГСХА. Киров, 1999. С. 35-36.

50. Сычугов Ю.В., Тупицын В.Е., Зяблицев С.В. Разработка мобильной кормоприготовительной техники для молочно-мясного животноводства //Научнотехнический прогресс в животноводстве – ресурсосбережение на основе создания и применения инновационных технологий и техники: Сб. науч. тр. Подольск, 2008.

Т. 18. Ч. 2. С. 168-171.

Авторские свидетельства и патенты 51. Аэродинамический желоб для транспортирования сыпучих материалов:

а.с. №1181964 СССР. № 3519327; заявл. 08.12.1982; опубл. 30.09.1985. Бюл №36. 4 c.

52. Воздушно-решетная зерноочистительная машина: патент № 2223154 Рос.

Федерация. № 2002106962; заявл. 18.03.2002; опубл.10.02.2004. Бюл. № 4. 5 с.

53. Решетная часть зерно- семяочистительной машины: патент № 2229787 Рос.

Федерация. № 2002104588; заявл. 20.02.2002; опубл. 20.02.2004. Бюл. № 16. 4 с.

54. Раздатчик-измельчитель кормов: патент № 2251249 Рос. Федерация.

№ 2003127917; заявл. 16.09.2003; опубл. 10.05.2005. Бюл. № 13. 5 с.

55. Раздатчик-измельчитель кормов: патент № 2266640 Рос. Федерация.

№ 2004110337; заявл. 05.04.2004; опубл. 27.12.2005. Бюл. № 36. 6 с.

56. Устройство для создания и очистки потока воздуха от примесей: патент № 2294235 Рос. Федерация. № 2005117867; заявл. 27.02.2006; опубл. 27.02.2007.

Бюл. № 6. 4 с.

57. Пневмосистема зерно- и семяочистительных машин: патент № 22990Рос. Федерация. № 2005115923; заявл. 25.05.2005; опубл. 20.05.2007. Бюл. № 4. 5 с.

58. Вальцовый станок: патент на полезную модель № 48817 Рос. Федерация.

№ 2005113897; заявл. 05.05.2005; опубл. 10.11.2005. Бюл. № 31. 2 с.

59. Диаметральный вентилятор: патент № 2177565 Рос. Федерация.

№ 2000116082; заявл. 19.06.2000; опубл. 27.12.2001. Бюл.№ 36. 4 с.

60. Диаметральный вентилятор для работы в разветвленной нагнетательной сети: патент № 2211380 Рос. Федерация. № 2001116456; заявл. 13.06.2001; опубл.

20.03.2003. Бюл. № 24. 3 с.

61. Диаметральный вентилятор: патент № 2235221 Рос. Федерация.

№ 2003106587; заявл. 11.03.2003; опубл. 27.08.2004. Бюл. № 24. 4 с.

62. Устройство для создания и очистки потока воздуха от примесей: патент № 2304454 Рос. Федерация. № 2004106880; заявл. 09.03.2004; опубл. 20.08.2007.

Бюл. № 23. 5 с.

63. Устройство для очистки воздушного потока от легких примесей: патент № 2319534 Рос. Федерация. № 2006118672; заявл. 29.05.2006; опубл. 20.03.2008.

Бюл. № 8. 4 с.

64. Способ фракционирования и последующего плющения зернового материала и устройства для его осуществления: патент № 2371262 Рос. Федерация.

№ 2008103297; заявл. 28.01.2008; опубл. 27.10.2009. Бюл. № 30. 12 с.

65. Решетный стан зерноочистительной машины: патент №2385776 Рос. Федерация. №2008140341; заявл. 10.10.2008; опубл. 10.04.2010. Бюл. №10. 5 с.

66. Воздушно-решетная зерноочистительная машина: патент №2393030 Рос.

Федерация. №2009118230; заявл. 12.05.2009; опубл. 27.06.2010. Бюл. №18. 8 с.

Подписано в печать 2011 г. Формат 60х84/Усл.печ.л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ №.

Отпечатано с оригинал-макета.

Типография ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии 610007, Киров, Ленина, 166А







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.