CC BY
14
УДК 631.531.027.2
ОБОСНОВАНИЕ ГРАНИЦ ВАРЬИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛОПАСТНОГО ОТРАЖАТЕЛЯ КАМЕРЫ СМЕШИВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ДРАЖИРАТОРА
А. В. ЧЕРВЯКОВ
ГНУ «Научно-исследовательский экономический институт Министерства экономики Республики Беларусь г. Минск, Беларусь, 220086
С. В. КУРЗЕНКОВ, Д. А. МИХЕЕВ
УО «Белорусская государственная орденов Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия», г. Горки, Могилевская область, Беларусь, 213407
(Поступила в редакцию 12.07.2016)
Дражирование семян является перспективным направлением в области предпосевной обработки. Для дражирования семян используют специализированное оборудование, которое называется дражиратор. В статье предлагается к рассмотрению схема центробежного дражиратора семян, разработанного в УО БГСХА совместно c сотрудниками НПП «Белама плюс» (г. Орша). Для активизации процесса смешивания и наслаивания в камере смешивания дражиратора используется лопастной отражатель. Лопастной отражатель представляет собой отсекающую поверхность в виде обратного усеченного конуса, внутри которого закреплены лопасти. В статье определены основные параметры лопастного отражателя центробежного дражиратора, оказывающие влияние на процесс дражирования семян. Такими параметрами яв-ляются:НоТ - высота установки лопастного отражателя, кот - количество лопастей, 5 - угол наклона лопасти, 1отр - длина лопасти, h0Tp - высота лопасти. Приведены результаты теоретических исследований по определению оптимального интервала изменения угла наклона лопасти, установленной в лопастном отражателе камеры смешивания центробежного дражиратора. Анализ этих результатов показал, что 5 можно принять равным 35°. Представлены рекомендации по границам варьирования параметров лопастного отражателя в экспериментах: количества лопастей в отражателе от 4 до 12; высоты установки лопастного отражателя от 0 до Нп.
Ключевые слова: дражирование семян, дражиратор, варьирование, лопасть.
Seed pelleting is a promising direction in the field ofpre-sowing treatment. For the pelleting of seeds they use specialized equipment, called granulator. The article presents a scheme of centrifugal granulator of seeds developed in BSAA together with the staff of «Belama plus» (Orsha). To activate the process of mixing and layering in the mixing chamber of granulator they use paddle reflector. Paddle reflector is a separating surface in the form of reverse truncated cone inside which the blades are secured. The article determines the basic main parameters of paddle reflector of centrifugal granulator influencing the process of seed pelleting. These parameters are: Hre - the height of paddle reflector, кГ1! - the number of blades, fi - the angle of blade tilt, lre - the length of the blade, hre - the height of the blade. We have presented results of theoretical research into the determination of the optimal interval of variation of the tilt angle of the blade, installed in the blade reflector of mixing chamber of centrifugal granulator. Analysis of these results showed that fi can be assumed equal to 35°. We have presented recommendations for the limits of variation ofparameters of blade reflector in the experiments: the number of blades in the reflector from 4 to 12; the height of paddle reflector from 0 to Hp.
Keywords: seed pelleting, granulator, variation, blade.
Введение
На современном этапе развития сельского хозяйства Республики Беларусь стоит задача в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур при снижении затрат на их производство. Одним из способов решения этой задачи может являться применение технологии дражирования семян. Технология дражирования семян является перспективной для сельского хозяйства стран СНГ и Республики Беларусь, а создание эффективного оборудования, представляется актуальной проблемой.
Дражирование - способ обработки семян путем обволакивания их поверхности защитной питательной оболочкой правильной формы. Использование «семенного драже» позволяет обеспечить более равномерный высев семян, сократить в 2-3 раза затраты труда на обработку посевов, способствует экономии на 30-40 % посевного материала, улучшает условия роста растений, способствует более скорому прорастанию растений и повышению полевой их всхожести [2; 3]. Существует 3 основных способа нанесения искусственных оболочек на поверхность семян: 1 - дражирование наслаиванием; 2 - прессование гранул; 3 - выдавливание (штамповка) таблеток [4]. Наиболее перспективным является способ дражирования семян путем постепенного наслаивания оболочек [1].
На основании обзора существующих конструкций дражираторов [1, 6] в УО БГСХА совместно c сотрудниками НПП «Белама плюс» (г. Орша) была разработана конструкция центробежного дражиратора семян с лопастным отражателем (рис. 1). Устройство работает следующим образом: семена через впускную заслонку 2 попадаются в камеру смешивания 8 и под действием вращающегося с угловой скоростью со дна 9 перераспределяется, совершая спиралевидное движение вверх по цилиндрической поверхности корпуса камеры смешивания. За счет приданной семенам инерции, они попадают на лопастной отражатель 10, двигаясь по поверхности которого отражаются вниз на подвижное дно 9. Падая, семена образуют по контуру камеры смешивания волнообразный поток «семенную завесу» высотой h, который в течение цикла г1 обрабатывается жидким химическим компонентам связующего действия. Для этого на дисковый распылитель 7, вращающийся с угловой скоростью срас, из резервуара 5 по патрубку 6 поступает жидкий химический компонент связующего действия.
Рис. 1. Схема центробежного дражиратора семян с лопастным отражателем: 1 - загрузочный бункер для семян; 2 - впускная заслонка; 3 - бункер для порошкообразных препаратов защитного и стимулирующего действия; 4 -трубопровод порошкообразных препаратов;
5 - резервуар с жидкими компонентами; 6 - трубопровод подачи жидких компонентов; 7 -дисковый распылитель;
8 - камера смешивания; 9 - дно камеры смешивания; 10 - лопастной отражатель; 11 - выгрузная заслонка;
12 - выгрузной бункер; 13 - электродвигатель привода дна камеры смешивания;
14 - электродвигатель привода распылителя; 15 - рама
Посредством дискового распылителя 7 он разбивается на капли и капельный поток пронизывает поток движущихся семян перпендикулярно его движению, обеспечивая равномерное нанесение жидкого компонента на семенной материал. В результате проведения цикла обработки в течение времени Т\ на поверхности каждого семени образуется тонкий слой жидкого компонента связующего действия. Затем в течение времени г2 начинается цикл ввода и смешивания порошкообразных препаратов защитного и стимулирующего действия с семенами. В это время из бункера 3 строго дозированная порция порошка защитного и стимулирующего действия попадает на дисковый распылитель 7, с которого равномерно перераспределяется в поток движущегося семенного материала. При активном совместном движении частичек порошкообразного компонента с семенами, происходит налипание порошка на их поверхность. Постоянное соприкосновение в этом случае семян со стенками корпуса способствует распространению и уплотнению защитно-питательной оболочки на поверхности семян.
Циклы ввода жидкого компонента и порошкообразных препаратов повторяются до тех пор, пока семенное драже не приобретает нужный объем. После обработки семенного материала автоматически открывается выгрузная заслонка 11, и порция готового продукта через образовавшееся отверстие за счет центробежной силы поступает в бункер 12.
Для активизации процесса отрыва семян от стенок рабочей камеры и создания «семенной завесы» в предлагаемой установке было предложено использовать лопастной отражатель. Лопастной отражатель должен создавать благоприятные условия для смешивания химических компонентов с семенами при этом, не травмируя их.
Основная часть
Нами предлагается аналитический метод исследования движения семенного материала по лопастному отражателю в камере смешивания центробежного дражиратора.
Включение в конструкцию предлагаемой установки лопастного отражателя обусловлено интенсификацией рассматриваемого процесса. Данный элемент позволяет: исключить повисание материала в виде вращающегося шлейфа, при котором его перемешивания практически не происходит; увеличить площадь и глубину проникновения вводимых компонентов в массу обрабатываемой порции семян; создать благоприятные условия протекания процессов перемешивания и наслаивания за счет организации активного движения компонентов, при котором совершается не только сложное перемещение всей массы, но и движение внутри ее с постоянным взаимодействием с элементами конструкции камеры смешивания. Лопастной отражатель включает в себя отсекающую поверхность - 1 и лопасти -2 (рис. 2).
Рис. 2. Фрагмент лопастного отражателя: 1 - отсекающая поверхность отражателя; 2 - лопасть отражателя; 3 -корпус
Отсекающая поверхность представляет собой обратный усеченный конус высотой Лотр, меньшее основание которого направлено внутрь рабочей камеры под углом а, а большее было состыковано с цилиндрическим корпусом - 3. По всей длине конуса равномерно зафиксированы кот отражающих лопастей, которые образовывают в точках закрепления углы Д с касательными плоскостям корпуса. Каждая лопасть отражателя имеет форму прямоугольного треугольника с меньшим катетом, равным Лотр, характеризующим ее высоту, большим катетом, равным /отр, характеризующим ее длину и гипотенузой закрепленной к образующей отражателя. При такой конструкции лопастного отражателя высота его отсекающей поверхности равна Лотр, а ее конусность определяется по формуле:
Эффективную работу лопастного отражателя определяют следующие условия: 1) семена должны отражаться от лопастей и создавать «семенную завесу»; 2) размещение лопастей по круговому контуру корпуса и их геометрия должны обеспечить достаточную глубину обработки семенного потока химическими компонентами оболочки; 3) потоки семян при отражении от лопастей не должны пересекаться; 4) семена после отражения от лопастей не должны попадать на дисковый распылитель.
Первое условие может быть обеспечено за счет подбора высоты установки лопастного отражателя (Яот). Очевидно, что эта величина должна изменяться в пределах от 0 до максимальной высоты подъема семян по стенке камеры смешивания (Нп) и ее оптимальные значения целесообразно определить на основании экспериментов с учетом обеспечения наилучшего качества протекания процесса дра-жирования. Выполнение всех последующих условий определяется конструктивными параметрами лопасти: углом наклона Д, длинной /отр, высотой Лотр и их количеством кот. С целью уменьшения количества факторов, влияющих на изучаемый процесс, было проведено их теоретическое осмысление. Количество лопастей кот в отражателе отвечает за распределение всего потока семян по зонам, где должны происходить однотипные процессы движения для создания «семенной завесы».
Выделенные зоны должны обеспечивать равномерность перераспределения материала с одной стороны, а с другой - исключать сталкивание материала различных зон в местах схода с лопастей. Перемешивание материала различных зон должно происходить только в восходящем его потоке. При этом количество лопастей не должно усложнять конструкцию лопастного отражателя. На основании этого было сделано предположение, что количество лопастей должно быть четным значением, лежащим в интервале от 4 до 12. Угол наклона лопасти Д определяет глубину обработки семенного материала А, взаимодействие потоков различных зон и влияет на потери его скорости при попадании на лопасть. В качестве глубины обработки семенного материала рассматривали максимальное отклонение его от стенок корпуса при отражении от лопасти из расчета, что удар семян не упругий коэффициент к=0, а угол ¿=90°. В этом случае буде определена минимальная глубина обработки семенного материала. Для теоретического анализа этого параметра в своих исследованиях использовали схему для расчета глубины обработки семенного потока в зависимости от угла наклона лопасти отражателя (рис. 3).
К
Аа = аг^
(1)
В ч
N
\
Ж
Рис. 3. Зависимость угла наклона лопасти на глубину обработки семенного потока
Рассматривали лопасть отражателя внутри окружности радиуса камеры смешивания Лдн, направленную под углом Р к ее касательной в точке крепления А(Лдн; 0). При таком расположении лопасти возможное максимальное отклонение А определялось длиной отрезка СВ, т. е. расстоянием между серединой хорды АВ и серединой одноименной дуги АВ окружности. В данном случае окружность, характеризующая корпус, задавалась уравнением:
х2 + /= ДдН.
Фрагмент ее, лежащий в первой и второй четверти координатной плоскости, определялся уравнением:
* ЧК1н - X2 ■
Прямая, характеризующая расположение лопасти и содержащая хорду АВ, задавалась функцией:
у = • (Ддн - х). (2)
В результате решения уравнения:
а/Яд2Н - х2=с^(Р) • (ДДн - х), (3)
при ограничениях < х < ^ были установлены координаты точки • соз(2 • р); д • sin(2 • р)). На основании полученного результата и того, что точка В является серединой отрезка АВ были найдены координаты точки щд • ео8(р); к • 81п(Р)). Величина А определялась как расстояние между точкой В и прямой:
* _ |сд| - Идн • °г§(Р) • °08(Р)+ кдн • 8'"(Р) - ^дн • с*ё(Р)| _ Кдн •(1 - ео8(Р)). (4)
л/йё^Р+Т
С увеличением угла наклона лопасти увеличивается и глубина обработки, причем она становится значимой при углах более 30°.
Верхнюю границу изменения угла наклона лопасти определяли из условия минимизации потерь скорости семени при входе ее на лопасть. Такая скорость равна произведению конечной скорости движения семени по корпусу на косинус угла наклона лопасти. Она характеризует потерю инерции семени при входе на лопасть и силу его удара о лопасть. Теоретический анализ показал, что при возрастании угла наклона лопасти существенно снижается скорость семени.
Так, при 40° входная скорость семени становится меньше на 23,4 %. Этот факт говорит о том, что уже при значениях Р = 40° происходит значительный удар семени о лопасть и потеря его инерции. В свою очередь это снижает эффективность работы лопасти и может негативно сказаться на качестве получаемого продукта.
Так как угол наклона лопасти изменяется в узких границах от 30° до 40°, то для упрощения анализа изучаемого процесса его можно зафиксировать на среднем уровне, т. е. 35°.
Заключение
На основании вышесказанного был сделан вывод, что основными параметрами лопастного отражателя, оказывающими влияние на процесс дражирования семян являются: Нот - высота установки лопастного отражателя, кот - количество лопастей, р - угол наклона лопасти, /отр - длина лопасти, Нотр - высота лопасти. Теоретический анализ показал, что параметр р можно принять равным 35 °. В качестве первичных границ варьирования остальных параметров могут выступать: Нот от 0 до Нп, кот -четное число, изменяющееся от 4 до 12. Параметры /отр и Лотр зависят от порции обрабатываемых семян, оптимальные значения этих параметров должны быть определены в ходе экспериментальных исследований при условии наилучшего протекания изучаемого процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курзенков, С. В. Прогрессивные технологии и оборудование для дражирования семян / С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Научно технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. научно-практ. конф. Минск, 21-22 Октября 2015 г. в 2 томах / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»; редкол.: П. П. Казакевич [и др.]. - Минск, 2015. - Т. 2. - С. 123-129.
2. Михеев, Д. А. Дражирование, как перспективный метод предпосевной обработки семян / Д. А. Михеев // Научно технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Междунар. научно-практ. конф. Минск, 10-11 Октября 2012 г. в 3 томах / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»; редкол.: П. П. Казакевич [и др.]. -Минск, 2012. - Т. 2. - С. 261-264.
3. Михеев, Д. А. Перспективы предпосевной обработки семян / Д. А. Михеев // Молодежь и инновации - 2013: материалы Международной научно-практ. конференции молодых ученых г. Горки, 29-30 мая, 2013 г.: в 2 ч. / Белорус. гос. с.-х. акад.; редкол.: А. П. Курдеко [и др.]. - Горки, 2013. - Ч. 2. - С. 16-18.
4. Михеев, Д. А. Способы дражирования семян / Д. А. Михеев // Молодежь и инновации - 2013: материалы Международной научно-практ. конференции молодых ученых г. Горки, 29-30 мая, 2013 г.: в 2 ч. / Белорус. гос. с.-х. акад.; редкол.: А. П. Курдеко [и др.]. - Горки, 2013. - Ч. 2. - С. 19-21.
5. Устройство для дражирования семян: пат. 9732 Респ. Беларусь, МПК А 01С1/06 / Д. А. Михеев, С. В. Курзенков, А. В. Червяков; заявитель Белорус. гос. с-х. академия. № и 20130198; заявл. 01. 03. 13; опубл. 30. 12. 13 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2013. - №.6 - С. 161.
6. Червяков, А. В. Результаты экспериментальных исследований процесса дражирования семян сахарной свеклы в центробежном дражираторе с использованием лопастного отражателя / А. В. Червяков, С. В. Курзенков, Д. А. Михеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - №4. - С. 146-150.
