CC BY
59
3. Определение траектории движения почвенного пласта по сферическому диску с приводом от гидромотора / П.И. Попиков, П.Н. Зюкин, М.С. Хрипченко [и др.] // Вестн. науч.-техн. журн. наук о лесе РАЕН. - 2000. - Вып. 3. - Ч. 7. - С. 190-195.
4. Пат. 64843 РФ, МПК А 01 В 9 / 00. Дисковый корпус плуга / П.И. Попиков, П.Э. Гончаров, С.В. Дорохин, В.Н. Коротких ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2007108331/22; заявл. 05.03.2007; опубл. 27.07.2007. Бюл. № 21. - 3 с.
---------♦'----------
УДК 631.6 С.К. Манасян, О.В. Пиляева
КОМБИНИРОВАННАЯ БУНКЕРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ, ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА
В статье рассмотрены вопросы создания новых комбинированных машин для послеуборочной обработки зерна. Предложены конструкции машин для сушки и очистки зерна, позволяющие интенсифицировать процессы и повысить технологическую эффективность послеуборочной обработки. Доказано преимущество бункерных установок, позволяющих проводить сушильновентиляционные процессы в более щадящем режиме.
Авторы считают, что послеуборочный технологический процесс можно унифицировать с помощью комбинированных бункерных установок и предложенных рабочих органов многофункционального назначения.
В современных конструкциях машин для послеуборочной обработки зерна очистка и сортирование производятся в виде раздельных технологических процессов, объединенных в единую поточную многомашинную систему.
Учитывая общность агентов сушки и очистки (в качестве которых во многих случаях выступает воздушный поток), а также некоторые элементы конструкции зерносушильных и зерноочистительных машин, и основываясь на использовании бункерных установок, как в загрузочной и выгрузной их частях, так и в качестве основной (сушильной или очистительной камеры) их системы, нами была предложена комбинированная бункерная установка.
Под действием силы воздушной струи, создаваемой диаметральным вентилятором, зерновая масса, поступающая с определенной скоростью из загрузочного бункера в основную камеру, расслаивается и разрыхляется, ее отдельные частицы получают различное ускорение, отлетая на разные расстояния и отдавая влагу действующему на них воздушному потоку. При этом на каждую частицу действуют две силы: сила давления воздушного потока и сила тяжести самой частицы. В то же время скорость сушки многократно возрастает в случае использования подогретого воздуха с пониженной относительной влажностью (низким влаго-содержанием). С целью уменьшения затрат энергии целесообразно использование рециркуляции воздуха после прохождения им через циклон для отделения пыли и мелких примесей. Сортирование зерновой массы по аэродинамическим свойствам (лобовое сопротивление, парусность, скорость витания) и плотности частиц может производиться в воздушном потоке, направленном вертикально или под углом к горизонту. Семена с малой массой при постоянной скорости воздушного потока совершают больший путь и осаждаются в дальнем приемнике, а тяжелые - в ближнем к вентилятору (рис.).
У \
Схема работы комбинированной бункерной установки для сушки и очистки зерна:
1 - электроподогреватель; 2 - вентилятор; 3 - загрузочный бункер; 4 - рабочая камера бункерного типа;
5 - приемник мелкой фракции; 6 - приемник средней фракции; 7 - приемник полноценного зерна;
8 - выгрузной бункер; 9 - циклон
С целью обеспечения возможности комбинирования в одном бункерном устройстве процессов очистки и сортирования нами предложена следующая установка, которая состоит из диаметрального вентилятора, обеспечивающего равномерный воздушный поток по ширине канала; перфорированного лотка-отбойника, обеспечивающего стабильную подачу зернового материала на цилиндрическое решето; бункера-питателя с заслонкой; шнеков для выгрузки зерна и удаления крупных примесей; циклона для сбора легких примесей и пыли.
Предлагаемый рабочий орган бункерной установки, состоящий из совместно работающих цилиндрического решета (сортирующего по размерам частиц) и лотка-отбойника (очищающего по аэродинамическим свойствам и подсушивающего частицы), позволяет снизить степень травмирования зерна, повысить удельную производительность и предварительно обогатить зерном нижние слои очищаемого материала.
Зерновой материал из бункера-питателя через регулируемое заслонкой отверстие по дну бункера поступает на перфорированный лоток-отбойник, являющийся его продолжением и имеющий коэффициент живого сечения, равный 0,25. Легкие примеси и пыль выделяются воздушным потоком и поступают в циклон. На перфорированном лотке происходит псевдоожижение исходного материала, в результате чего крупные примеси перемещаются в верхний слой (всплывают), что значительно улучшает условия выделения их цилиндрическим решетом, а также интенсифицирует процесс сушки зерна; происходит ориентация зерен, улучшаются условия прохода их в отверстия цилиндрического решета. Очищенное зерно и выделившиеся крупные примеси выводятся наружу шнеками.
Отсутствие в машине быстродвижущихся, вибрирующих или колеблющихся рабочих органов и использования в ней тихоходных цилиндрического решета и шнеков, контактирующих с зерном, создают условия его наименьшего травмирования.
В настоящее время можно считать установленным положение о том, что механические повреждения семян рабочими органами уборочных и зернообрабатывающих машин наносят существенный урон сельскому хозяйству. Но если травмирование зерна рабочими органами бильного действия молотильных аппаратов и транспортирующими рабочими органами норий и элеваторов (в основном в результате динамического сжатия зерна в нижней головки нории) достаточно хорошо изучено в результате многолетних исследований (ВИМ, ЧГАУ, СибИМЭ, СПбГАУ, ВИСХОМ), то травмируемость рабочими органами бункерных и сушильных установок находится на начальной стадии изучения.
Наличие различных, как альтернативных, так и взаимодополняющих друг друга технических средств для сушки (бункерные установки для низкотемпературной сушки и активного вентилирования и высокотемпературные сушилки шахтного, барабанного и других типов), очистки, обмолота, хранения, транспортирования зерна, требует разработки комплексной методики сравнительной оценки их технологической надежности, адаптируемости и эффективности. Одним из основных элементов этой комплексной методики должна являться методика оценки травмируемости зерна в зависимости от рабочих органов и режимов технологических процессов, а также от прочностных возможностей материала зерна. Представляется, что такая оценка имеет важное значение и на этапе проектирования новых машин для послеуборочной обработки зерна и их рабочих органов, а также при решении задач по синтезу оптимальных технологических линий обработки зерна.
Механические повреждения зерна в процессе послеуборочной обработки представляют собой результаты взаимодействия и сочетания друг с другом двух групп, включающих набор различных факторов и свойств. К первой группе следует отнести физико-механические свойства самого зерна, в первую очередь, модуль его упругости, как упруго-пластичный материал определенной влажности. К второй группе параметров можно отнести показатели рабочих органов и внутриконструкционных элементов.
Травмируемость зерна представляет собой его общее или местное разрушение зерна под воздействием нагрузок, передаваемых рабочими органами при контактировании. Повреждение любого материала наступает тогда, когда напряжения, возникающие в результате некоторых (механических, тепловых) воздействий, больше прочностных возможностей материала. Причем прочность зерна, как и повреждаемость, можно подразделить на механическую и биологическую. В настоящей работе рассматриваются только механические воздействия. Пределы механической прочности представляют собой предельные нормальные и касательные напряжения, значениями которых должны ограничиваться напряжения, возникающие в материале.
В процессе послеуборочной обработки зерно находится в своем естественном природном биологическом состоянии, поэтому возможности воздействия на прочностные показатели зерна (которые обуславливаются влажностью, стекловидностью, сортом) являются ограниченными.
Выполнение или невыполнение условия прочности зависит от величины ударных нагрузок, являющихся наиболее распространенным видом воздействия рабочих органов на зерновой материал в существующих конструкциях машин для послеуборочной обработки зерна.
Материал зерна пшеницы, как и семян других сельскохозяйственных культур, является упругопластичным. При повышении влажности зерно пластифицируется. Пластический материал ударным нагрузкам сопротивляется лучше, чем хрупкий. Минимальная травмируемость характерна для зерна с влажностью, близкой к кондиционной (для пшеницы в диапазоне от 14 до 17%). В то же время при небольшом уменьшении влажности зерна, например, 13,12 и тем более 11%, травмируемость резко возрастает (преобладающим видом разрушений при этом являются скол отдельных частей семян, выбивание зародыша, разрушение зерна в целом). Причем влажность дробленных семян всегда на 2-7% ниже общей влажности зернового материала. При повышении влажности зерна, например, 18, 19 и даже 20%, травмируемость возрастает медленно (преобладающим видом повреждений при этом являются повреждения оболочек эндосперма и зародыша, твердость которых снижается при увеличении влажности).
Анализ существующих теорий деформации для упругих и упруго-пластичных материалов (теории Герца и закона Герстнера) позволил сделать вывод о возможности использования принципа суперпозиции упругих и пластических деформаций в зерне. Тогда максимальную силу при соударении зерна с рабочим органом можно разложить на две составляющие, соответствующие максимальным силам удара при упругом и пластическом деформировании зерна. Причем соотношение между этими составляющими зависит от влажности зерна, а также от значений действующих нагрузок.
Первая из этих составляющих зависит от массы, скорости, упругих постоянных соударяемых тел, геометрии поверхностей зерна и рабочего органа в окрестности точки контакта. Она пропорциональна ( с коэффициентами пропорциональности 2/3 и 5/2 в степени 3/5) кинетической энергии зерновки в степени 3/5, коэффициенту главной кривизны в точке контакта в степени (-1/2), произведению модулей упругости зерна и материала рабочего органа и обратно пропорциональна сумме этих модулей, взятых с весовыми коэффици-
ентами, равными (1-м), где м - квадрат коэффициента поперечной деформации зерна и материалого рабочего органа соответственно.
Вторая составляющая определяется как корень квадратный из удвоенной кинетической энергии зерновки, деленной на коэффициент податливости при пластической деформации зерна, имеющий размерность (см/кг).
Анализируя данную зависимость, можно сделать вывод о большом влиянии на травмируемость упругих свойств соударяемых материалов. А именно:
1. При увеличении модулей упругости происходит:
- увеличение максимальной силы удара;
- уменьшение величины площади контакта;
- увеличение удельного контактного давления.
2. С ростом удельного контактного давления происходит:
- увеличение напряжения в зоне контакта;
- увеличение в конечном счете степени травмируемости зерна.
3. При увеличении пластических свойств зерна происходит:
- снижение общей силы удара;
- увеличение величины площади контакта;
-уменьшение напряженности материала в зоне контакта.
4. С увеличением скорости соударения и крупности зерновок происходит:
- увеличение ударной силы;
-повышение уровня травмированности зерна;
- возрастание опасности разрушения зерен.
Выводы
1. Предложен подход создания комбинированных бункерных установок для послеуборочной обработки зернового матермала, позволяющих совмещать, интенсифицировать процессы и снижать уровень травмируемости зерна.
2. Основным типом деформации для зерна в реальных условиях обработки в бункерных установках (предназначенных для временного хранения, сушки, активного вентилирования и охлаждения) и сушильных установках является деформация сжатия, которая может происходить при точечном соприкосновении отдельных зерен друг с другом и с рабочими органами машин.
3. Величина сближения центров контактирующих тел (зерновок между собой или зерновки и рабочего органа) прямо пропорциональна сжимающему усилию (нагрузке), модулям упругости зерна и рабочего органа, главному коэффициенту кривизны, коэффициенту формы.
4. Снижение уровня травмированности зерна в бункерных и сушильных установках может быть обеспечено набором рабочих органов, изготовленных из различных соответствующим образом подобранных материалов. Например, при замене стального рабочего органа резиновым (у которого модуль упругости в десятки раз меньше) существенно уменьшается травмирование зерна.
5. Влияние влажности на травмируемость зерна носит сложный характер. При повышении влажности модуль упругости зерна снижается, причем это снижение резче проявляется у сортов пшеницы с высокой стекловидностью.
6. Уровень механической травмируемости зерна в бункерных установках для сушки и активного вентилирования зерна в несколько раз меньше, чем в шахтных сушилках, и на порядок ниже по сравнению с барабанной сушилкой, работающей в режиме сушки зерна фуражного назначения.
7. Учитывая «мягкость» температурных режимов и «щадящий» характер процесса тепломассообмена в бункерных установках, можно утверждать о значительном сокращении биологической травмируемости зерна в сравнении с высокотемпературным процессом сушки в сушилках непрерывного и периодического действия.
8. Предлагаемый рабочий орган комбинированной бункерной установки, состоящий из совместно работающих цилиндрического решета и лотка-отбойника, позволяет снизить степень травмирования зерна, повысить удельную производительность и предварительно обогатить зерном нижние слои очищаемого материала.
