Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Андреев Василий Леонидович. Повышение эффективности очистки семян зерновых культур в условиях Евро-Северо-Восточного региона путем разработки и совершенствования технологий и воздушно-решетных машин : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 Киров, 2005 474 с. РГБ ОД, 71:05-5/673

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6

ВВЕДЕНИЕ 9

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И СОДЕРЖАНИЕ ПРОБЛЕМЫ 17

1.1. Особенности производства зерна в Евро-Северо-Восточном регионе России 17

1.2. Краткий анализ техіюлопій послеуборочной обработки семян зерновых культур в Евро-Северо-Восточном регионе России 25

1.3. Классификация и анализ машин для очистки семян зерновых культур 35

1.4. Краткий обзор теоретических исследований по теме диссертационной работы 71

1.5. Содержание проблемы и задачи исследования 77

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР 81

2.1. Пути повышения эффективности очистки семян зерновых культур 81

2.2. Теоретическое обоснование эффективности фракционной технологии с раздельной обработкой фракций крупного и мелкого высушенного зерна 96

2.3. Обоснование схемы замкнуто-разомкнутой пневмосистемы воздушно-решетной машины 108

2.4. Теоретическое обоснование схемы пневмосистемы с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и параметров дискового распределителя зерна с наклонными секторами 111

2.5. Обоснование схемы и расчет основных конструктивно-технологических параметров инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя 134

2.6. Выводы 146

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 150

3.1. Программа экспериментальных исследований 150

3.2. Экспериментальные установки, приборы и оборудование 151

3.3. Методика проведения исследований

и обработки экспериментальных данных 164

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР, РАЙОНИРОВАННЫХ В ЕВРО-СЕВЕРО-ВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ РОССИИ 171

4.1. Исследование технологий очистки семян озимой ржи 171

4.2. Исследование технологий очистки семян яровой пшеницы 180

4.3. Исследование технологий очистки семян ячменя 190

4.4. Выводы 202

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПНЕВМОСИСТЕМ ЗЕРНО-И СЕМЯОЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН 204

5.1. Исследование пневмосистемы с замкнуто-разомкнутым циклом воздушного потока и двумя пневмосепарирующими каналами 204

5.1.1. Сравнительное исследование пневмосистем с разомкнутым

и замкнуто-разомкнутым циклами воздушного потока 204

5.1.2. Влияние конструктивных параметров воздухоподводящего участка на качество технологического процесса в замкнутом пневмосепарирующем канале 205

5.1.3. Исследование устройств регулирования скорости воздуха в пневмосепарирующих каналах 210

5.1.4. Влияние положения кромки смежной стенки осадочных камер и сопротивления нагнетательной ветви пневмосистемы на характеристики воздушного потока в пневмосепарирующих каналах 216

5.1.5. Определение основных конструктивных параметров первой осадочной камеры 224

5.1.6. Определение основных конструктивных параметров второй осадочной камеры 227

5.2. Исследование пневмосистемы с замкнуто-разомкнутым циклом

воздушного потока и тремя пневмосепарирующими каналами 234

5.2.1. Оптимизация основных конструктивных параметров отвода двойного канала послерешетной аспирации 234

5.2.2. Исследование функционирования одинарного и двойного каналов послерешетной аспирации 246

5.3. Исследование пневмосистемы с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна 253

5.3.1. Оптимизация основных конструктивных параметров и частоты вращения дискового распределителя зерна 253

5.3.2. Сравнительное исследование разработанной и серийно выпускаемой пневмосистем с кольцевым аспирационным каналом 265

5.4. Исследование по уточнению конструктивно-технологических параметров инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя 267

5.4.1. Влияние конструктивных параметров пылеуловителя на эффект осаждения примесей и его гидравлическое сопротивление 267

5.4.2. Влияние скорости входа воздуха в пылеуловитель и концентрации примесей на эффект очистки отработанного воздуха 271

5.5. Выводы 273

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИСПЫТАНИЙ ВОЗДУШНО-РЕШЕТНЫХ МАШИН 277

6.1. Исследование и испытания воздушно-решетной машины вторичной очистки зерна МВО-10 с замкнуто-разомкнутой пневмосистемой и каналами до- и послерешетной аспирации 277

6.1.2. Оценка независимого регулирования скорости воздуха в пневмосепарирующих каналах 280

6.1.3. Исследование качества очистки семян в пневмосепарирующих каналах 282

6.1.4. Исследование работы осадочных камер и Л-образного инерционного жалюзишю-противоточного пылеуловителя 285

6.1.5. Результаты государственных приемочных испытаний опытного образца воздушно-решетной машины вторичной очистки зерна МВО-10 288

6.2. Исследование и испытания воздушно-решетной машины АЗМ-І0/5-ВРФ с замкнуто-разомкнутой пневмосистемой и тремя пневмосепарирующими каналами 291

6.2.1. Исследование технологического процесса воздушно-решетной машины АЗМ-10/5-ВРФ 293

6.2.2. Сравнительное исследование поточной и фракционной технологий очистки семян с обработкой крупной и мелкой фракций в двойном канале послерешетной аспирации и триерных цилиндрах 298

6.2.3. Результаты предварительных и приемочных испытаний опытного образца воздушно-решетной машины АЗМ-10/5-ВРФ 303

6.3. Исследование и испытания виброцентробежной машины первично-вторичной очистки семян МЗП-25/10, снабженной пневмосистемой с вертикальным кольцевым

аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна с наклонными секторами 309

6.3.1. Качество воздушного потока в вертикальном

кольцевом аспирационном канале 312

6.3.2. Исследование технологического процесса опытного образца виброцентробежной машины первично-вторичной очистки МЗП-25/І0 314

6.3.3. Результаты государственных предварительных испытаний опытного образца виброцентробежной машины первично-вторичной очистки МЗП-25/10 319

6.4 Выводы 321

7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СЕМЯН НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ, ОБОРУДОВАННЫХ РАЗРАБОТАННЫМИ МАШИНАМИ 324

7.1. Эффективность очистки семян по поточной технологии на зерноочистительно-сушилыюм комплексе КЗС-20Ш, оборудованном машиной МВО-10 324

7.2. Функционирование машины вторичной очистки зерна МВО-10 в отделении очистки семян 326

7.3. Эффективность очистки семян на зерноочистителыю-сушнлыюм комплексе, работающем по фракционной технологии с выделением фуражного зерна на стадии предварительной очистки и оборудованном машиной МВО-10 329

7.4. Эффективность очистки семян по фракционной технологии с использованием машины АЗМ-10/5-ВРФ 333

7.5. Функционирование семяочистительноц линии, включающей воздушно-решетные машины ЗВС-20А, МЗП-25/10, два триерных блока ЗАВ-10.90.000А, пне вм о сепаратор ПС-15 338

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 345

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 350

ПРИЛОЖЕНИЯ  

Введение к работе:

Актуальность темы. Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности России, которая рассматривается как способность государства и его регионов гарантировать удовлетворение потребностей на уровне, обеспечивающем нормальную жизнедеятельность населения. Главным ее направлением является обеспечение зерно.м. Для полного и стабильного удовлетворения потребностей страны в продовольственном и необходимом для восстановления животноводства фуражном зерне требуется довести валовые сборы зерна в 2010 г. до 105... 110 млн. т, в том числе фуражного - до 55...60 млн. т. Приоритетным направлением развития агропромышленного комплекса при этом является широкое использование прогрессивных технологий и технических средств, учитывающих почвенно-климатические особенности различных регионов [53, 148, 250, 251].

В общем производстве зерна в регионе Евро-Северо-Востока России одними из основных являются затраты на послеуборочную обработку [59, 111, 199, 254, 355]. Зерновой ворох, поступающий от комбайнов на пункты послеуборочной обработки, характеризуется не только высокой влажностью, но и засоренностью, причем влажность засоряющих частиц превышает в 2„.3 раза влажность зерна [264]. Известно, что время безопасного хранения зернового вороха влажностью более 30%, предназначенного на семена, составляет примерно 1...2 часа [114 и др.].

Качество семян оказывает существенное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. Высокая урожайность в ведущих зернопроизводя-щих странах достигается главным образом за счет использования не менее 90...95% семян первого класса. В России же качество семян является низким, что приводит к недобору урожая до 10 млн. т ежегодно. В течение ряда последних лет заготавливается около 40% семян яровых зерновых и зернобобовых культур первого и второго классов, из которых семена первого класса составляют не более 15%. По мнению академика В.И.Анискина, Э.В.Жалнина, А.Н. Зюлииа, увеличение в семенном фонде доли семян первого класса до 60% могло бы дать прибавку урожая в среднем на 0,6 т/га, до 80% - 0,8 т/га, при 100% -около 1,0 т/га, что позволило бы уменьшить и себестоимость производства зерна [41, 188, 211]. Поэтому своевременная и эффективная обработка зернового материала с целью получения качественных семян является важной народнохозяйственной задачей.

В хозяйствах Евро-Северо-Восточного региона России, в основном, применяют поточную технологию послеуборочной обработки зерна и семян с использованием типовых зерноочнстителыю-сушильных комплексов или комплексов, построенных по индивидуальным проектам, в ряде случаев - поточную с отлежкой, двухэтапную, фракционную или применяют разрозненные машины [61, 181, 200, 211, 238, 239, 267, 290, 342, 367 и др.].

Использование поточной технологии обеспечивает повышение производительности, снижение себестоимости продукции и затрат труда, ускорение оборачиваемости оборотных средств [52, 143, 175, 190, 199, 214, 227, 228, 271, 321, 367, 371 и др.]. В то же время, типовые комплексы предназначены, в основном, для обработки продовольственного зерна, поэтому для получения семян зачастую несколько раз пропускают материал через зерноочистительные машины, что увеличивает травмирование, потери и снижает выход семян [61, 129,239,257, 290, 367,368 и др.].

Поточная технология с отлежкой подсушенных семян [2, 3, 57, 145, 146, 330, 387, 396, 412 и др.] позволяет соблюдать более мягкий режим тепловой его обработки, но требует наличия дополнительных емкостей для отлежки подсушенного зерна, например, бункеров БВ-40А активного вентилирования.

Поточная технология послеуборочной обработки зерна с рециркуляционным способом сушки [200, 213, 230, 239, 396 и др.] позволяет повысить производительность сушилок, но требует высокой квалификации персонала.

При использовании двухэтапной технологии уменьшается потребность в рабочей силе в наиболее напряженное время, а также снижаются удельные капитал овложспия и эксплуатационные затраты вследствие использования машин меньшей производительности и их использования более продолжительное время [200, 211, 217, 239, 372 и др.]. Однако в этом случае требуются дополнительные складские помещения, увеличиваются затраты на погрузочно-разгру-зочные работы и транспортирование семян.

В отдельных хозяйствах применяют фракционную технологию на стадии предварительной очистки, при которой семенное зерно обрабатывается в щадящем тепловом режиме, а фуражное - более жестком, что приводит к экономии затрат энергии и увеличивает производительность сушилок семенного зерна [40, 211, 245-248, 362, 411, 414 и др.].

При фракционировании высушенного семенного материала более рациональным является выделение в начале технологического процесса части семян, не требующих дополнительной обработки [50, 150, 214, 267, 351 и др.]. Предлагается выделять данную фракцию по аэродинамическим признакам [187, 210, 388 и др.], при помощи решет выделять две фракции семян, одна из которых не содержит коротких примесей, другая - длинных [150, 383 и др.], фракционирование по толщине или длине зерновки и на пневмосортировалыюм столе [215, 233] и ряд других технологических решений.

Большинство сельскохозяйственных предприятий имеют слабое финансовое состояние [53, 61, 148, 235, 363, 398 и др.], их материально-техническая база, в том числе и послеуборочной обработки, требует немедленного укрепления. На большинстве типовых зерноочистителыю-сушильных комплексов при гораздо меньших в сравнении с новым строительством затратах необходимо провести модернизацию или реконструкцию с использованием отечественного оборудования, которые окупаются за один-два года [272]. Причем для условий региона важно реконструкцию или модернизацию провести таким образом, чтобы на типовых комплексах можно было получать и качественные семена.

Цель исследований - повышение эффективности очистки семян зерновых культур путем разработки и совершенствования технологий и воздушно-решетных машин при снижении их металло- и энергоемкости, обеспечении охраны окружающей среды.

Объектами исследования являлись технологические процессы очистки семян и отработанного воздуха от примесей, технологические линии, экспериментальные и опытные образцы зерно- и семяочистнтельных машин, их пнев-мосепарирующие системы.

Методика исследований. При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частные методики с применением физического и математического моделирования, использованием современных приборов и вычислительной техники.

Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждена результатами теоретических, экспериментальных исследований, положительными результатами ведомственных» государственных испытаний и эксплуатации разработанных воздушно-решетных машин, усовершенствованных технолоп [ЧЄСКИХ линий.

Выполненная работа является частью программ НИР Российской академии сельскохозяйственных наук (05.Р.01 «Механизация и автоматизация растениеводства», тема «Разработка машины вторичной очистки зерна производительностью Ют/ч», номер государственной регистрации 01.91.0038782; тема 07.01.02 «Агрегат зерноочистительный малогабаритный АЗМ-5», номер государственной регистрации 01.97.0007281; 02.03 «Создать комплекс конкурентоспособных технических средств нового поколения, построенных на принципах блочно-модулыюсти, трансадаптивности, ресурсосбережения, для устойчивого производства продукции растениеводства», тема 02.01.01.01 «Виброцентробежная машина первично-вторичной очистки семян МЗП-25/10», номер государственной регистрации 01.2002.03893) и договоров с Комитетом сельского хозяйства и продовольствия Кировской области.

Hayчная новизна и практическая значимость:

- фракционная технология очистки с разделением предварительно очи 13

щепных и высушенных семян на фракции крупного и мелкого зерна на решетах и последующей их раздельной обработкой в пневмосепарирующих каналах и триерах;

- аналитические зависимости для определения конструктивных и технологических параметров вращающегося дискового распределителя зерна с наклонными секторами, функционирующего в пневмосистеме с вертикальным кольцевым аспирационным каналом, Л-образного инерционного жалюзийно-противоточ но го пылеуловителя;

- модели регрессии технологического процесса очистки семян в замкнуто-разомкнутых пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин, пневмосистеме с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна с наклонными секторами, очистки отработанного воздуха в Л-образном инерционном жалюзийно-противоточном пылеуловителе;

- новые технические решения пневмосистем с замкнуто-разомкнутым циклом воздушного потока, кольцевым аспирационным каналом, воздушно-решетных машин, зерноочистительного агрегата, инерционных пылеуловителей (а.с. № 1799642 СССР, патенты К«№ 1799641, 2000855, 2003385, 2014109, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297, 2122462, 2176565, 2189726, 2195805 РФ).

Технологии и воздушно-решетные машины, разработанные и усовершенствованные при участии автора, отличаются более высокой эффективностью очистки семян при снижении металло- и энергоемкости, обеспечении охраны окружающей среды.

Результаты научных исследований представлены в завершенном виде и использованы при подготовке рекомендаций по реконструкции типовых зерно-очистительно-сушильных комплексов и созданию новых технологических линий в соавторстве с Л.И.Бурковым и М.Ф.Машковцевым [87J.

Экспериментальные и опытные образцы воздушно-решетных машин вторичной очистки семян MB О-10 (а.с. № 1799642 СССР, патенты Лге№ 1799641, 2000885, 2003385, 2014109, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297 РФ), первично-вторичной очистки ЛЗМ-10/5-ВРФ (патенты №№ 1799641, 2000885, 2003385, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297, 2122462, 2189726, 2195805 РФ), виброцентробежной машины первично-вторичной очистки семян МЗП-25/10 (патент № 2176565 РФ) успешно прошли ведомственные и государственные испытания.

ОАО «Яранский механический завод» Кировской области освоено серийное производство машины вторичной очистки семян МВО-10, на 01.09.2004 г. выпущена 91 машина (приложение I). 

Проектно-конструкторским бюро Зонального научно-исследовательского института сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого Россель-хозакадемии на 01.12.2004 г. изготовлено 12 машин МВО-10, 2 машины АЗМ-Ї0/5-ВРФ, 2 машины МЗП-25/10 (приложение 2).

Материалы исследований осадочных камер с Г-образным движением воздуха и различной формой дна, инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя переданы в ОАО ГСКБ «Зерноочистка» (приложения 3 и 4), а также использованы (приложения 1 и 2) при разработке пневмосистемы универсальной зерноочистительной машины предварительно-первичной очистки МЗУ-25/15 (патенты J&Jfe 1799641, 2000885, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297 РФ; на 01.07.2004 г. ОАО «Яранский механический завод» выпущено 18 машин) и пневмосепаратора ПС-15 (патент №2033845 РФ; на 01.07.2004 г. ОАО «Яранский механический завод» выпущено 17 машин, на 01.12.2004 г. ПКБ НИИСХ Северо-Востока - 5 машин).

Годовой экономический эффект от использования пяти усовершенствованных технологических линий, оборудованных разработанными машинами, составляет 2769,1 тыс. рублей (в ценах 2003 г.), срок окупаемости произведенных затрат - 1.. .3 года.

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях НИИСХ Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого (1991-2004 гг.), Санкт-Петербургского ГЛУ (1992, 1993 гг.), ВИМ (2000-2003 гг.), СЗ НИИМЭСХ (2000-2002 гг.), Института Инженерии Варшавской Политехники (2002 г.), ВИЭСХ (2003 г.), конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Вятской ГСХА (1991-2004 гг.) и научно-практической конференции Комитета сельского хозяйства и продовольствия Кировской области (2003 г.).

По теме диссертации опубликовано 84 работы, в том числе изданы рекомендации по реконструкции типовых зерноочистительно-сушильных комплексов, опубликовано 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, 6 статей депонированы в организациях государственной системы научно-технической информации, 15 статей опубликовано в материалах международных конференций, получены 1 авторское свидетельство СССР и 13 патентов РФ на изобретения (приложения 5-18).

На защиту выносятся следующие положения:

- теоретические предпосылки повышения эффективности очистки семян;

- фракционная технология очистки семян с разделением после предварительной обработки и сушки на фракции крупного и мелкого зерна на решетах и последующей их раздельной обработкой в пневмосепарирующих каналах и триерах;

- схемы, конструктивно-технологические параметры и модели регрессии процесса очистки семян замкнуто-разомкнутых пневмосистем воздушно-решетных семя очистительных машин, включающих два и три пневмосепарирующих канала, первый из которых очищает зерновой материал до решет, а второй и третий - после решет, один диаметральный вентилятор, две осадочные камеры с общей смежной стенкой, инерционный пылеуловитель;

- схема, конструктивно-технологические параметры и модели регрессии процесса очистки семян пневмосистемы виброцентробежной машины первично-вторичной очистки с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна, снабженным наклонными секторами; - соотношение конструктивных параметров гравитационных осадочных камер с отражательной перегородкой при симметричной форме дна и со смещенным выгрузным устройством к входному и выходному окну;

- схема, математические зависимости функционирования и конструктивно-технологические параметры Л-образного инерционного жалюзийно-проти-воточного пылеуловителя;

- результаты испытаний и функционирования в производственных условиях разработанных воздушно-решетных машин и усовершенствованных технологических линий.

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору, заслуженному изобретателю Российской Федерации А.И.Буркову -научному руководителю и консультанту на протяжении всей работы по данной проблеме, соавтору многих совместных публикаций; сотрудникам НИИСХ Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого за содействие на различных этапах диссертационной работы - кандидатам технических наук О.П.Рощину, В.А.Казакову, С.Л.Лопшову, В.В.Шилину, С.Л.Демшину, младшим научным сотрудникам А.М.Хаустову, М.В.Симонову, А.Л.Глушкову, инженерам Н.М.Игнатовой, Н.Н.Яговкиной, лаборанту-исследователю Т.В.Соколовой; кандидату технических наук, доценту Вятского государственного университета ВЛО.Иномпстову за помощь при создании программы на языке СіҐ для персонального компьютера; сотрудникам Проектно-конструкторского бюро НИИСХ Северо-Востока за помощь при создании экспериментальных и опытных образцов воздушно-решетных зерно- и семяочистительных машин первично-вторичной очистки зерна МВО-10, АЗМ-Ї0/5-ВРФ, МЗП-25/10; преподавателям и аспирантам Вятской государственной сельскохозяйственной академии за ценные замечания и предложения при апробации результатов исследований; сотрудникам Кировской государственной зональной машиноиспытательной станции и Опытного хозяйства Кировской МИС за содействие при проведении испытаний.  

Подобные работы
Фоминых Александр Васильевич
Повышение эффективности сепарирования зерна и сои на основе совершенствования фракционных технологий и машин
Шабалин Антон Михайлович
Повышение эффективности функционирования машины предварительной очистки зерна путем совершенствования рабочих органов
Сычугов Андрей Николаевич
Повышение эффективности функционирования машины вторичной очистки зерна путем совершенствования рабочих органов
Хавыев Алмаз Альбертович
Повышение эффективности очистки элитных семян пшеницы от низконатурных примесей путем разработки семеочистительной приставки производительностью 1 т/ч
Петухов Борис Семенович
Повышение эффективности производства льна-долгунца в условиях Северо-Западного региона Российской Федерации путем выбора рациональной технологии и разработки адаптивных технических средств
Шахаев Василий Леонидович
Совершенствование технологии защиты почвы от ветровой эрозии путем разработки вычесывателя корневищных сорняков
Сёмин Дмитрий Викторович
Совершенствование технологии и машины для удаления коры с плодов тыквы
Шевкун Николай Александрович
Совершенствование технологии и машины для посадки садов
Давлетшин Мударис Мубарякшанович
Совершенствование технологии, рабочих органов машин для возделывания и уборки сахарной свеклы
Катченков Сергей Александрович
Совершенствование технологии и комплекса машин для производства семян и волокна льна путем оптимизации технологических и конструктивных параметров рабочих органов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net