Результаты исследований виброконвейера для обеззараживания зерна Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

diameter, the pitch of the helix and the frequency of rotation of the screw mixer.

УДК 664.002.5

Keywords: mixer, conveyor, spiral, the quality of the mixture, a mixture of non-uniformity, the energy intensity of mixing.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИБРОКОНВЕЙЕРА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗЕРНА

В.В. Коновалов, доктор технических наук, профессор В.П. Терюшков, кандидат технических наук, доцент А.В. Чупшев, кандидат технических наук, ст. преподаватель Е.В. Паужолис, аспирант

Пензенская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: tvp141@mail.ru

Представлены результаты исследований виброконвейера по выявлению влияния параметров мешалок, установленных по длине виброконвейера, на производительность устройства, мощность его привода, температуру нагрева поверхности зерен и энергоемкость подачи зернового вороха. Ключевые слова: обеззараживание зерна, виброконвейер, частота вращения, мешалка.

При использовании фуражного зерна в качестве корма, оно должно соответствовать, кроме прочего, гигиеническим требованиям на зараженность микрофлоры и содержание ядовитых продуктов их жизнедеятельности. Для устранения зараженности фуражного зерна требуется провести его обеззараживание. Для обеззараживания зерна от обсеменности микрофлорой применяют разные способы: химические, термические, электрофизические (УФ, ИК-излучение) и прочие [1-9].

Одним из подобных перспективных способов обеззараживания зерна является его облучение инфракрасным или ультрафиолетовым излучением, что позволяет, кроме уничтожения микрофлоры, расположенной на поверхности зерновки, в случае усиления

воздействия излучения еще прогреть внутреннюю структуру зерна для улучшения усвоения питательных веществ. При интенсивном воздействии излучения возможна также мик-ронизация зерновки, обеспечивая, тем самым, получение нового продукта.

Для подобной обработки зерна разработано устройство термического обеззараживания зерна (рис. 1). Оно состоит из рамы (на рис. не показано), установленного на ней виброконвейера, состоящего из виброскатной доски 5 и вибратора 4, накопительного бункера 1, лопастного дозатора-питателя 2. Над виброскатной доской виброконвейера установлены последовательно несколько лопастных ворошителей 7. К днищу кожуха и над виброскатной доской установлены на-

8 9

излучатель; 4 - вибратор; 5 - вибродоска; 6 - нагревательный элемент; 7 - ворошитель; 8 - шарнирная

Journal of VNIIMZH №4(16)-2014

239

опора; 9 - выгрузное отверстие; 10 - кожух верхний

В процессе работы устройства из накопительного бункера 1 зерно ссыпается самотеком в дозатор-питатель 2, обеспечивающий наличие достаточного количества зерна на виброскатной доске 5.

В случае включения вибратора 4 зерно начинает двигаться вдоль виброскатной доски. Расположение виброскатной доски 5 с углом установки в и амплитуда ее колебаний А обеспечивает движение зерна вниз с необходимой производительностью. Наличие над виброскатной доской 5 ворошителей 7 обеспечивает как перемешивание движущихся слоев, так и одновременное притормаживание сходящего зерна. Тем самым, повышается время его прогрева [3,4, 5,6,7]. Нагретый материал ссыпается через выгрузное отверстие 9.

В процессе исследований устройства осуществлено проведение несколько серий экспериментов. На рассматриваемом этапе определялись параметры ворошителя зерна, позволяющие при минимальных энергозатратах обеспечить наилучшие условия нагрева зерновой массы на момент ее схода с виброскатной доски. Для этого исследовалось воздействие количества лопастей 21 (ед.) и частоты вращения п1 (мин-1) вала ворошителя на работу устройства термического обеззараживания зерна. При исследованиях температура наружного воздуха составляла 20°С, угол наклона виброскатной доски питателя в=13°, амплитуда вибрации виброскатной доски А=1 мм при работе двух кварцевых излучателей, каждый мощностью 250 Вт. Ширина виброскатной доски 0,2 м.

В результате статистической обработки экспериментальных данных по температуре нагрева зерна при количестве лопастей на каждой мешалке (в одном поперечном сечении вала) ворошителя, равном Zv=2, получено уравнение регрессии (рис. 2): 1=65,18266+

+0,000001(П3'690241)1,728397(-°'033169п), (1)

где n - частота вращения вала ворошителя, мин-1. Коэффициент корреляции -R=0,98482. Результаты F-теста - 0,968256.

Анализ результатов обработки данных показывает, что с увеличением частоты вращения четырех мешалок температура зерна увеличивается. Это связано с тем, что движение лопастей направлено навстречу материальному потоку, что притормаживает поток, увеличивая время нагрева, а соответственно, и температуру. При частоте вращения более 150 мин-1 перед мешалками скапливается значительный объем зерен, что приводит к пересыпанию зерна через лопасти независимо от их скорости. Стабилизация температуры поверхности зерна (при 74°C) позволяет для дальнейших исследований ограничить частоту вращения мешалок 170 мин- .

Model: t-c0+(c1)'<n"M )*(«"(c*n)) t=65.1S+0,0000D11 '(^3,69024 >'e^<-0.03316ei]"lVI

a)

б)

Рис. 2. Влияние частоты вращения мешалки ворошителя п (мин-1) на температуру зерна, сходящего со скатной доски питателя 1 (°С): а - график функции; б - сходимость опытных и расчетных данных

Установлено совместное влияние частоты вращения и количества лопастей мешалок на

температуру зерна, сходящего с виброскатной доски (рис. 3), °С:

t=64,70559+0,408026Zv+0,019193n+0,007003 п^у-9,02е-0,6^у2/п+0,000112п2,

(2)

где Zу - количество лопастей мешалки, ед. Коэффициент корреляции - Я=0,98709. Результаты Б-теста - 0,961914.

Следовательно, данная модель адекватно описывает данные и входит в 95% доверительный интервал.

м-:.-.' '.' V 17'41 ?"/>■"/'.'

й 7■;:-Л 171 -0,00701 Э7"/'.' 0,000020ц о.00001 И'".-". "г ''■«"■¿УК! 1;'.'-,'/V 'I

О 2

Рис. 4. Влияние астоты темни и ') и

количества лопастей Zv (ед.) мешалки ворошителя

на производительность устройства Q (кг/с)

Рост числа ворошилок приводит к резкому уменьшению подачи устройства. Это увеличивает время нагрева материала, что способствует росту температуры (рис. 3, 4). Увеличение числа лопастей мешалки с 2 до 4 ед. снижает производительность на 42%, а повышение частоты вращения ворошителя до 170 мин-1 снижает производительность на 25%. Отсутствие ворошилок (т.е. п=0 мин-1) резко повышает подачу материала. В состав привода входят: электровибратор, электропривод ворошилок и электропривод дозатора.

Суммарная мощность привода устройства (без учета работы нагревателей) описывается уравнением регрессии (рис. 5): Ws= -50,65+135,^у+4,242374п-

Рис. 3. Влияние частоты вращения п (мин-) и количества лопастей Zv (ед.) мешалки ворошителя на температуру зерна t (°С)

Анализ результатов обработки данных показывает, что рост количество лопастей мешалок ворошителя позволяет повысить температуру зерна на 1,4°С или 1,9%. Отсутствие ворошилок (т.е. п=0) снижает температуру зерна до 66°С, т.е. на 13,6%.

Уравнение регрессии подачи (кг/с) виброскатной доски (рис. 4): Q=0,055317-0,00762Zv-0,000026n-0,0000105nZv+9,85e-0,8Zv2/n (3)

Коэффициент корреляции - Я=0,98176. Результаты F-теста - 0,946068.

0,200143nZv-0,014067n

(4)

Коэффициент корреляции Результаты F-теста - 0,946068.

-0,00255^у7п

R=0,98176.

О 2

Рис. 5. Влияние частоты ния п (мин1) и количества лопастей Zv (ед.) мешалки ворошителя на суммарную мощность устройства Ws (Вт)

Отсутствие работы ворошилок позволяет снизить затраты мощности почти в 2,5 раза. При частоте вращения лопастей более 100 мин-1 наблюдается стабилизация прироста мощности. Наибольшая мощность соответствует частоте вращения ворошителей 120170 мин-1. Рост числа лопастей с 2 до 4 увеличивает мощность с 500 до 680 Вт (на 36%).

Мощность привода мешалок ворошителя описывается уравнением регрессии (рис. 6).

-152,6841+138,47^у+4,12374п-0,224219nZv-0,013593n2-0,002629•Zv2/n (5)

Лоигпа! оГ VNIIMZH №4(16)-2014

241

Коэффициент корреляции - Я=0,98723. Результаты F-теста - 0,962312.

Характеры зависимостей суммарной мощности и мощности, затрачиваемой на привод ворошителей, соответствуют друг другу, а значения достаточно близки, т.е. привод ворошителей является определяющим для затрат мощности привода. Увеличение частоты вращения способствует росту затрачиваемой мощности привода ворошителей до 540 Вт. При этом уменьшение числа лопастей с 4 до 2 ед. снижает потребляемую мощность до 350-370 Вт (на 31-35%).

Рис. 6. шние частоты ения п (мин1) и количества лопастей Zv (ед.) мешалки ворошителя на мощность привода ворошителей устройства W т (Вт)

Энергоемкость подачи зерна Y1 (Дж/кг) описывается уравнением регрессии (рис. 7). У1=41400,69-27261^¥+233,2198П+ 5496,332Zv2-2,64464n2+0,529420Zvn2 (6)

Коэффициент корреляции - Я=0,898057. Результаты F-теста - 0,93273.

Рис. 7. Влияние частоты вращения п (мин-) и количества лопастей Zv (ед.) мешалки ворошителя на энергоемкость подачи зерна Y (Дж/кг)

Полученный характер изменения энергоемкости подачи определяется тенденциями

-1

производительности устройства и затратами мощности с учетом их взаимодействия.

Выводы:

- рост количества лопастей мешалки повышает энергоемкость подачи зерна. Меньшая энергоемкость подачи зерна соответствует количеству лопастей мешалки = 2, при частоте вращения ворошителя 150-170 мин-1;

- при частотах вращения ворошителя более 150-170 мин-1 наблюдается стабилизация температуры нагрева поверхности зерновок вороха. Двукратное увеличение числа лопастей у каждой мешалки ворошителя (с 2 до 4 ед. увеличивает наибольшую температуру на 1,4°С до 76,4°С, что соответствует повышению температуры на 1,9%, т.е. температурный эффект практически отсутствует;

- увеличение количества лопастей мешалки ворошителя с 2 до 4 ед. способствует уменьшению производительности на »42%;

- при частоте вращения более 100 мин наблюдается стабилизация потребляемой мощности, влияние оказывает лишь количество лопастей ворошителя. При 4 лопастях затрачиваемая мощность - около 650 Вт. Уменьшение числа лопастей с 4 до 2 снижает потребляемую мощность до 475-500 Вт (на 27-23%). Следовательно, следует считать рациональными установку по 2 лопасти на мешалках каждого ворошителя с частотой вращения 150-170 мин-1. При этом производительность устройства Q=0,0202 кг/с или 72,7 кг/ч на каждые 0,2 м ширины питателя.

Литература:

1. Горский И.В. Обработка семян пшеницы озонированным воздухом: дис. к. т. н. М., 2004. 202 с.

2. Сыроватка В.И. СВЧ-обработка комбикормов // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №1(9). С. 29-37.

3. Мишуров Н.П. Определение скорости вибротранспортирования слоя фуражного зерна // Техника и оборудование для села. 2011. №11. С. 40-42.

4. Курдюмов В.И. Экспериментально-теоретическое обоснование установки контактного типа для тепловой обработки зерна // Нива Поволжья. 2010. №2.

5. Установка для микронизации зерна / В.Ф. Некра-шевич и др. // Инновационные технологии и средства механизации в животноводстве. М., 2011. С. 155-159.

6. Пат. 2471391 РФ. Установка теплового обеззараживания рассыпных комбикормов / Сыроватка В.И. и др. Заяв. 17.03.11; Опубл. 10.01.13, Бюл. №1.

7. Пат. 2125385 РФ. Установка для производства взорванного зерна / Сысуев В.А. и др. Опубл. 27.01.99.

8. Пат. 2168911. Установка для микронизации зерновых продуктов / Чекрыгина И.М. и др. Заяв. 12.10.99.

9. Рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного зерна / Сыроватка В.И. и др. М., 2006.

The results of studies vibroconveyor to identify the influence of parameters agitators installed УДК 631:636

along the length vibroconveyor device performance, power drive it, the temperature of the heating surface of the grains and energy supply of grain heap.

Keywords: disinfection of grain, vibroconveyor, speed, stirrer.

ПОСТРОЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ КОНСТРУКЦИИ СМЕСИТЕЛЕЙ ВИБРАЦИОННОГО ТИПА

В.А. Пушко, кандидат технических наук, старший научный сотрудник И.Г. Бойко, аспирант

Оренбургский Государственный Аграрный Университет E-mail: publcentr@mail.ru

В статье представлена теоретическая модель в виде системы дифференциальных уравнений, наглядно отражающих механизм построения вибрационного формирования однородности сыпучего материала, с учетом внедрения автоматизированной системы контроля температуры в производственных условиях для конструкции смесителей периодического действия вибрационного типа.

Ключевые слова: теоретическая модель, автоматизированный контроль температуры, конструкция смесителя вибрационного типа, сыпучий материал.

Для построения автоматизированной системы контроля температуры в производственных условиях используется восьмика-нальное устройство - УКТ38 Щ.4, при этом программа проверки динамического нагрева рабочих поверхностей подвижных элементов - вибровозбудителей (электромагнитных) перфорированных лопаток вибрационного смесителя (рис. 1) включает измерение и отображение диагностической информации в реальном режиме времени с дальнейшим расчетом теплофизических и виброреологических характеристик сыпучего материала, а

также с последующим сохранением и статистической обработкой полученных результатов в МаШСЛО [1, 2, 3, 4].

Как известно, интенсификация процесса смешивания в большей степени зависит от амплитудно-частотных характеристик; так, вибрационные эффекты, наблюдаемые в предлагаемом способе формирования однородности смеси, вызывают определенные сложности при теоретическом моделировании, отражающем, главным образом, взаимодействие основных геометрических и технологических параметров смесителя с физико-механическими свойствами исходного материала. Поэтому при разработке теоретической модели были учтены основные особенности процесса вибрационного смешивания сыпучих материалов, отличные от традиционного формирования однородности смеси, с принятием ряда допущений [5].

Во-первых, это необходимость соблюдения условий, определяющих эффективность работы смесителя: коэффициент, влияющий на смешивание при радиальном перемещении штоков гидроцилиндров от центра до края емкости смесителя (Я); коэффициент, влияющий на смешивание при осевом (вертикальном внедрении в сыпучий материал)

Journal of VNIIMZH №4(16)-2014

243