Обоснование параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Исупов, Алексей Юрьевич

• Исупов, Алексей Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Исупов, Алексей Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЙ

£

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Приборы, устройства и оборудование

3.3 Методика определения физико-механических показателей зернового материала и их результаты

3.3.1 Вариационные характеристики зерна и примесей

3.3.2 Определение угла "естественного откоса ф и внешнего угла трения зернового материала

О * \ ",( « ' I V * / * '' \ f ill * %,%

3.4 Методика определения влажности и засоренности

3

.5 Расчеты и определения показателен работы!

# j.3.1 количественные показатели

й • .3.5,/к

ж*

т. ^щж^шй

I ,*>, ^ 1 1 1-Аь * г 1 > > *■» * ' ^(¡К V»?'Г'»'4

НЧ ,' и '»ч 'м , ' > " '

3.5.2 Энергетические показатели

3.5.3 Качественные показ^ели:..:.;..:

3.5.4 Методика определения производительности решета ..Л

3.6 Методика обработки экспериментальных данных

д <1

3.7 Методика проведения многофакторного эксперимента

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

* ' * I { - !

4.1 Экспериментальная установка для исследований по очистке и ^ < фракционированию зернового вороха перед плющением

* . (а

4.2 Результаты предварительных исследований конструктивно-технологичеких параметров устройства для очистки и фракционирования зернового вороха перед плющением

с , «к ,е

и» ' I « у

4.2.1 Исследования влияния конструктивных и кинематических факторов % на показатель засоренности фуражного зерна

4.2.2 Исследования влияния конструктивно-технологических факторов на показатель полноты разделения продукта е

4.3 Исследования и обоснование параметров колосового решета

" < ' Л Ч'1'

4.4 Результаты исследований рабочего процесса устройства для Г ' фракционирования и очистки от примесей зернового материала

4.5 Результаты применения теории подобия для моделирования рабочего' * процесса установки по фракционированию зернового материала

5 ИСПЫТАНИЯ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ

5.1 Результаты производственных испытаний технологической линии

5.2 Результаты ведомственных испытаний устройства для фракционирования и очистки зернового материала

5.3 Технико-экономическое обоснование применения плющилки с

устройством для фракционирования и очистки зернового материала

1 * ? *

5.4Расчёт энергетической эффективности

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

> 4 V «

. ! Г * У/ • » » " Я

\ ' * Ч I '

, " ' - " ' п. ^ > * ' ЛЪ'фМ * 1 »

, •Л/.***.* «- < л. '

Г 44"*

V

I ^ ' ; 1 '' 1 йша1' >тшк

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением»

ВВЕДЕНИЕ

Прочная кормовая база является основой для развития и укрепления отрасли животноводства. Сегодня 60...75% себестоимости продукции животноводства составляют корма. Таким образом, доходность единицы продукции этой отрасли сельскохозяйственного производства определяется затратами на получение кормов.

Снизить затраты хозяйств возможно за счет обеспечения сельскохозяйственных животных кормами, сбалансированными по питательным веществам, то есть полноценными кормами с лучшей перевариваемостью и усвояемостью.

Поиску решения обозначенной проблемы, как у нас в стране, так и за рубежом, придается все большее значение. В связи с этим разрабатываются технологии и машины подготовки фуражного зерна к скармливанию, позволяющие повысить питательную ценность получаемого продукта при сохранении его минимальной себестоимости. К одной из таких перспективных и востребованных в сельскохозяйственном производстве технологий, в настоящее время, относят технологию плющения зерна, обеспечивающую снижение на 20...30% всех расходов, связанных с хранением корма, а также позволяющую увеличить привес животных на 5... 10%. Данная технология позволяет получать высококачественные концентрированные корма для различных групп животных из зерна, убранного в фазу мо-лочно-восковой спелости, тем самым исключая сушку - самую дорогостоящую операцию послеуборочной обработки зерна. К тому же, плющилки при необходимости позволяют перерабатывать сухое зерно, заменяя тем самым дробилки.

Зерно, поступающее с поля при несоблюдении правил агротехники и низкой культуре возделывания, может содержать до 15...20% минеральных и органических примесей (солома, семена сорных растений и т.п.). Присутствие в зерне подобного рода примесей отрицательно сказывается на качестве получаемого продукта — плющеного зерна. Кроме того любое случайное попадание металлических предметов в межвальцовый зазор плющилки ¡зерна приводит к ремонту дорогостоящих вальцов.

Таким образом, дальнейшее совершенствование технологии плющения зерна и средств для ее осуществления связано с разработкой способов улучшения качества продукта. В связи с этим разработка метода и средства для удаления примесей из зерна, необходимого для технологии плющения, является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является повышение производительности плющилки зерна и улучшение качества плющенного зерна в результате обоснования параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Для решения данной цели определены следующие задачи исследования:

- Разработать конструктивно-технологическую схему устройства для очистки зернового вороха перед плющением;

- Осуществить моделирование процессов разделения зернового материала в устройстве для фракционирования и очистке зернового вороха перед плющением;

- Теоретически и экспериментально определить параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха различной влажности и засоренности;

- Провести испытания опытного образца устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- Определить технико-экономическую и энергетическую эффективность использования устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Объект исследований. Технологический процесс устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением и его элементы.

Предмет исследований - процесс разделения зернового материала на фракции на плоских пробивных решетах под действием планок устройства для фракционирования и очистки зернового вороха. _ , I 1

Научная новизна работы: ^

- конструктивно-технологическая схема вальцовой плющилки для зерна (патент РФ на изобретение № 2399421 МПК7 В 02 С 4/06);

- теоретическое моделирование движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера, позволяющее определить конструктивные параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты экспериментальных исследований параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- расчеты экономической и энергетической обоснованности применения устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

Практическая ценность. По результатам проведенных исследований определены оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы устройства для фракционирования и очистки от примесей фуражного зерна.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях в Вятской государственной сельскохозяйственной академии в 2009 и 2010 г., НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого в 2012 г., Марийском государственном университете в 2012 г., ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии в 2012 г.. По теме диссертации опубликовано 12 научных публикаций, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.

Работа выполнена в соответствии с планом научно- исследовательских работ в НИИСХ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого Россельхозакадемии (тема «Разработать плющилку зерна», номер государственной регистрации 09.01.04.01). На защиту выносятся следующие основные положения:

- конструктивно-технологическая схема устройства для фракционирования и

очистки зернового вороха перед плющением;" - / /■ ,

, - 'V ' " , - • •• -

- результаты моделирования движения совокупности частиц вороха на решете под действием планок транспортера в устройстве для фракционирования и очистке зернового вороха;

- совместное применение теории подобия и планирования эксперимента для оптимизации параметров устройства;

- результаты экспериментальных исследований по обоснованию основных конструктивных параметров и режимов работы устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением;

- результаты технико-экономической и энергетической оценки технологической линии, состоящей из вальцовой плющилки зерна с устройством для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1 Состав зернового вороха, поступающего с поля

В работах Анискина В.И. [5, 6], Карпова Б.А. [41], Акивис С.И. [3] и других исследователей [8, 29, 40, 43 и др.] изучение свойств зернового материала и влияния на него условий окружающей среды показало, что интенсивность физиологических процессов, протекающих в нем, определяется обилием разнообразных факторов, главными из которых являются: влажность зернового материала и насыщенность влагой окружающей среды, то есть содержащаяся в воздухе, на элементах конструкций и приемных емкостях и т.п.; температура зернового материала и окружающих ее предметах; доступ воздуха к зерновой массе. Это объясняется тем, что они создают благоприятные условия для жизнедеятельности биоком-понетов содержащихся в зерновой массе: микроорганизмов, насекомых, клещей, зерна и семян сорных растений (рисунок 1.1).

15 20 \л/, %

^ ^ Ж □

Рисунок 1.1 - Влияние температуры и влажности на состояние зернового вороха [48]: 1 - согревание зерна в связи с жизнедеятельностью насекомых; 2 - падение всхожести; 3 - согревание вследствие плесневения; 4 - область безопасного хранения

Колебания влажности зернового вороха в течение суток характеризуются

^ , н " >(\ „ i

^ >г « * Ь Л <

9

среднеквадратическим отклонением в 1...3%, а в отдельных случаях оно составляет 5,5%. В переувлажненых зонах такие колебания значительно больше. Так, например, при средней влажности образца 26% в нем содержится много зерен с влажностью 30...35% [6,48, 97,100].

Наряду с этим зерновой ворох содержит части растений: частицы соломы, стержни колосьев, колосовые и цветочные чешуйки и семена сорных растений, а также минеральные примеси. Содержание семян основной культуры в ворохе составляет 85...98%, а влажность зерна озимых культур может достигать 25...30%, яровых культур - 30...40%, органических примесей - 40...70%, при этом влажность увеличивается с ростом засоренности зернового вороха [10,41,99].

Своевременное выделение из свежеубранного зернового вороха примесей осуществляется машинами предварительной очистки зерна, что, в свою очередь, определяет требования к ним. Предварительная очистка предполагает выделение не менее 50% сорных примесей, а также содержание полноценных зерен во всех видах отходов (легких, крупных и мелких примесей) не должно превышать 0,2% по массе зерна основной культуры исходного материала [10, 44, 53, 60].

Для зерна, используемого для приготовления комбикормов, рекомендуется применять следующие ограничительные показатели качества, приведенные в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Ограничительные показатели качества зерна, применяемого для приготовления комбикормов, %, не более [10]

Показатели Рожь Пшеница Ячмень Овес Горох

Влажность 16,0 16,0 15,5 16,0 16,0

Содержание сорных примесей 5 5 8 5 5

В том числе вредных примесей:

горчака и вязеля 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

спорыньи и головни од 0,1 0,1 0,1 , —

куколя - 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Содержание зерновых примесей " ' 15- 15 \\ * 15 - N ' > 15,\ ** ч ** ^ ,15

Также в исследованиях [59] установлено, ?гго в зависимости от культуры и ,

* л ' я ♦ * „ » > } ^ ^ т . <

сорта физико-механические свойства зерна существенно изменяются.*При этом % отмечается значительное влияние влажности, рост значения которой способствует повышению пластичности материала, что в свою очередь влияет на показатели рабочего процесса плющения: снижает энергоемкость процесса, повышает пропускную способность и качество готового продукта[30, 59].

1.2 Физико-механические свойства зернового материала

Неоднородность поступающего вороха по влажности, засоренности, а также разнообразие сортов культур, условий выращивания и ряда других факторов, приводит к большой вариации физико-механических свойств зернового материала, которые необходимо учитывать при организации сельскохозяйственного производства. К таким свойствам относятся: насыпной вес, угол естественного откоса, геометрические размеры, коэффициенты трения и т.д. [4,9,12,28].

Геометрические размеры частиц материала определяются тремя величинами: толщиной, длиной и шириной. Толщиной считается наименьший размер частицы, длиной - наибольший, шириной - средний. Изменчивость размеров материала определяют вариационными рядами и кривыми [10,44, 54] (приложение А).

Графики, представляющие собой вариации характеристик толщины, длины, ширины семян и сорняков, могут быть весьма разнообразны по способу перекрытия вариационных кривых. Вследствие этого необходимо обладать полной характеристикой размеров зерен для их оптимального разделения. Для поиска решения о возможности полного разделения смеси на составляющие ее фракции в каждом

конкретном случае недостаточно изучать вариации каждого признака в отдельно, у ^ 1

ста, а необходимо определить^ корреляцию признаков между собой. Полученные ^

„ £ «V . д . . I ч н ' I- 1 *

* ч / ? 5 V * < . ' „ ' '

корреляционные таблицы дают возможность построить технологическии процесс

актгм оппячом.* ЧТОПТ.Т полностью пачяелить-чепнокои'матепиалтя составляющие

фракции/Пример пространственной,корреляционной решетки по,трем признакам^ 5

\ . Л , к ( * -1' - >1 . . ' ** " \ « •» л "•** .1 * ГА' •

тЛч * , • „ , ? -I, к , » . Г' . 'V , ■ Л 'Г

* • 4 г" * . * М ■*> * г I * \ 1 , _ ,4т' « ч» Г

кам [44]

Взаимная подвижность частиц насыпного зернового материала зависит от наличия сил трения, возникающих при перемещении зерновок относительно друг друга. Поэтому для одного и того же зернового вороха в зависимости от его состояния возможны колебания величины угла естественного откоса ср. Различают угол естественного откоса груза в состоянии покоя и движения. Приближенно принято считать [4,28]:

(1.1)

где (рд и (рп - углы естественного откоса, соответственно, в движении и покое.

Вибрация существенно влияет на угол естественного откоса зерна. Так, например, через 3 секунды после начала вибрации свободно насыпанный конус зерна (пшеницы, ячменя) с углом откоса 30...35° растекается в свободную россыпь небольшой толщины с углом откоса около 10°. Последующая вибрация, не меняя угла откоса, перемещает зерно в россыпи в сторону уклона [23,25,28].

/Для большинства сельскохозяйственных грузов, например, таких как зерно,

полова, сбоина, комбикорм, минеральные удобрения, с увеличением влажности

^ >> '

''/ -г " ' „Г 4 - „ - е

, .'8 ' .С.,,12' - V л"

, угол ёстественного откоса увеличивается на 6:..20 %! Для зерновых культур с <{

✓ „ » ! * ¡И,»-« * и ' ,' 1\ I ,»■> > ' , " ' '*<.

Л, » п «/„.* , " ' }* ЧЛ,. \ У Л» 'ч* ^ ч

кондиционной влажностью угол естественного откоса представлен в таблице 1.2. ;

Таблица 1.2 - Угол естественного откоса зерновых культур [28]

Культура Угол естественного откоса, в градусах

Влажный и сорный материал Сухой и чистый материал

Пшеница 38 30

Рожь 38 23

Ячмень 45 28

Овес 44 31

Горох 35 22

Значение коэффициента трения зависит не только от свойств самого груза (зерна), его влажности, но и свойств материала, с которым находится в контакте перемещаемый груз. Так при больших влажностях вороха (около 40%) величины углов трения при перемещении по дереву и железу (рисунок 1.3) оказываются одинаковыми и равными (р = 40° [50, 51, 54].

>

20

15 20 25 30 35 40 Влажность, %

V • 'V -г — '13 .• ' ' I „\ . ■

К факторам, оказывающим влияние накоэффициент трения покоя; :какпра-

- •„•''' «" ' ^

вило, относят нормальное давление, состояние поверхности, на которои расположен груз, и влажность. При этом отмечают, что одна и та же поверхность, может иметь различное состояние, зависящее от обработки, окраски и т.д. А при рассмотрении коэффициента трения движения дополнительно добавляют факторы скорости скольжения и размеров частиц, составляющих груз, например состав- 1 ляющих зерновой ворох [4 ,12,25 и др.].

Энергоемкость погрузочных и транспортирующих работ существенно зависит от коэффициента трения движения [4 ,12,25 и др.].

При рассмотрении вопросов связанных с трением также рассматривают коэффициент внутреннего трения, который по абсолютной величине обычно больше коэффициента внешнего трения. С физической точки зрения коэффициент внутреннего трения отражает взаимодействие между частицами одного и того же материала, однако на него влияют те же факторы, что и на коэффициент внешнего трения. Так, рост влажности приводит к уменьшению данного коэффициента [25, 28,46]. • : ' - ' '

>!'?« у'/ -

1.3 Технологии и технические средства для плющения зерна

Из мировой практики комбикормового производства выделяют технологию плющения зерна, осуществляемую вальцовыми станками и плющилками, рабочие органы которых во многом схожи. Однако подготовка материала к плющению и получаемые продукты имеют существенные отличия.

Вальцовые станки используются для сухого измельчения зерна и получения круп и муки. Оптимальная влажность исходного материала 15... 16%. Вальцовые станки могут, заменять молотковые дробилки, однако они часто дают переизмель- ■

• . • ' * -.л'*.: ..*'4 „ * > I Л 4

ченыйпродукт [30,59]. ' , • 4 ' • ■ " ^ .г "V

" -<\\. 'Первая

[ервая из них предполагает влаготепловую обработку. зерна, приводящую к щк*

желатинизации крахмала. При этом предполагается гидротермическая обработка исходного сухого зерна водой или паром, при которой его влажность повышается. Режимы и эффекты влаготепловой обработки приведены в таблице 1.3 [77].

Влажное зерно после сжатия способно к некоторому восстановлению толщины (явление обратной ползучести). Хлопья запаренного ячменя, например, увеличивают свою толщину в 2,0...2,1 раза (по отношению к зазору между вальцами). Толщина хлопьев после охлаждения должна быть в пределах 0,8.. .1,0 мм.

Таблица 1.3 - Степень желатинизации крахмала при плющении в зависимости от вида гидротермической обработки (по Кукте Г.М.) [59]

Способ Обработки Давление, МПа Температура, °С Экспозиция, мин. Степень желатинизации, %

Замачивание водой — 15...25 14 ...40 до 20

Обработка 0,03... 0,06 90...95 15...20 40...45

Паром 0,3...0,5 110...125 3...5 50...60

Согласно различным данным [59], по сравнению с дроблением на молотковых дробилках плющение позволяет уменьшить удельный расход зерна в рационах на 6... 12%. Не следует, однако, забывать, что повышение эффективности использования корма достигается в этом случае возрастанием затрат тепловой и механической энергии на его переработку.

В качестве примера рассмотрим устройство агрегата ПЗ-ЗА [30], который предназначен для переработки в хлопья различных видов фуражного зерна и зер-носмесей путем гидротермической обработки и плющения. Для переработки используется зерно злаковых растений с влажностью до 18%, а кукурузы — до 25%.

Плющилка применяется в линиях переработки фуражного зерна кормопри-готовительных цехов, но может использоваться как отдельная зерноперерабаты-вающая машина на откормочных и молочных фермах, имеющих в качестве источников парообразования котлы Д-721 или КВ-300М.

Технологический процесс ПЗ-ЗА представлен на рисунке 1А и протекает следующим образом. Зерно из завальной ямы шнеками загрузки 1 и 2 подается в

эжектор 3, где его подхватывает струя пара и перемещает в пропариватель 5. Обработанное зерно дозатором направляется на вальцы плющилки 4, а готовые хлопья эвакуируются выгрузными шнеками 7 и 8. Пропариватель работает при температуре пара до 120°С и давлении 0,05...0,07 МПа. Расход пара составляет 350 кг/ч. Конечный продукт представляет собой хлопья влажностью 14...20% и толщиной 0,77... 1,2 мм; время хранения их не более 5...6 ч. Для параметров пара, используемых на животноводческих фермах (0,04...0,06 МПа), экспозиция должна быть не менее 15 минут.

/- зерно; II- хлопья; III— пар

Рисунок 1.4 - Схема технологического процесса агрегата ПЗ-ЗА: 1 — загрузочный шнек; 2 — шнек эжектора; 3 — эжектор; 4 - плющилка; 5— шнек плющилки; 6 — шнек выгрузной; 7 - дозатор; 8 -пропариватель

При малой экспозиции 5...7 минут агрегат работает как дробилка, поскольку желатинизации крахмала почти не происходит.

Вторая, технология использования плющения обусловлена заготовкой кон- • - . 4 , . • t * , I » * > ^ ' ,

' . * \ * < -А ' "^HV/, ;

сервированного плющеного зерна; убранного в период молочно-восковой спело- ''

% * р - < * » ' * ) * ,

ста (влажность! 30...35%), в зависимости от технических возможностей убороч-

-► /

О-► II

— -*///

I I

ных комбайнов. В этот период зерно содержит максимальное количество питательных веществ, сбор которых увеличивается на 10% [30, 59, 78].

Основным преимуществом технологии является возможность начала уборки на 10... 15 дней раньше обычных сроков. Это предоставляет следующие возможности:

- выращивание более поздних и урожайных сортов;

- успешное произрастание под покровом культурных трав, а также получение дополнительного урожая пожнивных культур;

- высевать последующие культуры в лучшие агротехнические сроки;

- исключить полевые потери от «стекания», осыпания зерна и от повреждения птицами;

- не зависеть от погодных условий при комбайнировании;

- исключить необходимость повышения перевариваемости и усвояемости энергии корма животными за счет осуществления операции измельчения (дробления) сухого зерна;

- использовать зеленые, мелкие и поврежденные зерна;

- исключить сушку зерна на фуражные цели, тем самым значительно сэкономить энергоресурсы (дизтопливо, электроэнергию).

Также использование консервированного плющеного зерна позволяет увеличить приросты и надои, улучшить вкусовые качества молока, повысить жирность и содержание белка в молоке.

Технология плющения и внесения консерванта (консервирования зерна) в общем виде состоит из ряда операций (рисунок 1.5) [30, 59]:

- уборка и обмолот зернового вороха;

- транспортировка зернового материала;

- плющение;

- внесение консерванта;

- закладка на хранение.

влажного консервированного плющеного зерна [30, 59]: 1 - уборка и обмолот зерновой массы; 2 - транспортировка зернового вороха; 3 - плющение зерна; 4 -внесение консерванта; 5 - закладка на хранение; 6 - укрытие зерна в хранилище

При необходимости операции могут объединяться, меняться местами или добавляться промежуточные. Так, например, НИИСХ Северо-Востока предложена технологическая линия переработки зернового вороха с выделением примесей из поступающего влажного зернового материала на стадии предварительной очистки с последующим плющением и консервированием очищенного зерна, как составная часть существующей фракционной технологии послеуборочной обработки зерна или как самостоятельная технологическая линия приготовления концентрированных кормов (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Технологическая схема переработки влажного фуражного зерна [39]: I - плющилка зерна с очищающим устройством; УЗ - уборка зерновых культур в фазе восковой спелости; Б - загрузочный бункер; ПО - устройство для предварительной очистки; БО - бункер отходов; БВЗ - бункер зерна; ПЗ - плющение зерна; К - устройство для внесения консерванта в зерно; ХПЗ -хранение плющеного зерна

Технологическая схема переработки влажного фуражного зерна включает в себя доставку зернового материала, очистку от примесей и загрузку в плющилку,

I i А , . ' f » > ;«,! , í , U/Jt» h ,t , 4 í J , ! >,J4't»¡í' •Vi'rtf,'" > S'JJ-

, ' ^ . *\t %r * * ' ví * P )* ei . 1 , - 4 r. +

' " ' . <• "i / ,* i

двухступенчатое плющение и обработку консервантом очищенного от примесей >

" ', * .'л Р'*'' ''Л •»','.V:i-4\ зерна с последующей закладкой на хранение, что позволяет с наименьшими за- t ,t

: v , > , ,*' »' * Ч,. . ¿i , /¿¡¿¿-'у ; <".'•

тратами получить готовый к скармливанию продукт — плющеное консервирован- ■■«■ ное зерно, сокращая при этом затраты времени и ресурсы за счет отсутствия ряда промежуточных операций и объединения их в одной машине, например, плющилке зерна с очищающим устройством.

Сущность и вариабельность применяемых технологических схем во многом определяется возможностями хозяйств, поэтому рассмотрим основные технологические операции более подробно.

На вальцовых мельницах (плющилках) возможно плющение различных злаковых и бобовых растений (овес, ячмень, пшеница, рожь, горох, бобы, соя, кукуруза, вика), а также их зерносмесей. В сухом виде плющению подвергаются только злаковые растения. При плющении с дальнейшим его силосованием зерно должно быть в диапазоне влажности от 25 до 40%. Если влажность будет выше, то возникают большие потери при комбайнировании, а при плющении получится продукт вязкой консистенции. Поэтому период уборки урожая следует выбирать с ориентацией на оптимальное решение по критерию минимальных потерь. Увеличение оптимального периода уборки достигается за счет использования технологии плющения и консервирования зерна - период tx—12 (рисунок 1.7). Сроки наступления фазы восковой спелости определяются датами сева зерновых по отдельным полям, периодом роста и развития растений, условиями тепло- и влаго-обеспеченности, а также сортом культуры. Поэтому дата наступления фазы полной спелости определяется по формуле [30]:

(1-2)

где te - продолжительность вегетации растений от посева до фазы восковой спелости, дн.; tc - продолжительность созревания от начала восковой до полной спе- ¿

лости(5...10дн.). ' ; ? . ^ - , ' . . ...i'v": *

, ч Таким образом, наиболее благоприятными погодными условиямидля убор-; < X

. •, , - : tí fr< < '? - ч ,<v v ' •" i"". •• •,;« ж ^ ; 'u ''Vcí ,f nv/1! «i,

„ • ' ' ' - /4 ' X.HVJ, r i * ti 1 ("tf? V • . |=V, í*v» < I* », . v

' ■ \ ки зерновых культур являются месяцы-июль или август. Но.уборочньш'сёзон-для{ '

/■'•У i '

Л+'Л чД i : , 4, гу 7. :

осуществления технологии плющения и консервирования фуражного зерна!, исхо- ¡1 ■;

' * • ' ' Г * ^ % ,

.дя из фазы созревания возделываемой культуры,'следует начинать,как,можно

1 * ' 4 -' . 5 ^ ( 'г*' * * ^ V V ***

раньше. ' ' / ,,,,, 1......

30

о

S л

<и н о

В

15

0

У

л 2Г:

f> »TV : s

: 'г : 1

tl 12

ts ЦЩИ

--- сушка с дроблением ----"плющение и консервирование

Рисунок 1.7 - Определение сроков уборки в зависимости от применяемой технологии переработки зернофуража [30]: 1 - потери урожая недозревшим зерном; 2 - потери от осыпания зерна полной спелости; 3 - оптимизационное решение по потерям урожая ;

Зерно с влажностью менее 25% силосовать нецелесообразно, поскольку необходимо значительно увеличивать дозировку консерванта, а зерно дополнительно увлажнять. Причиной является то, что такое зерно в дальнейшем плохо трамбуется, а это приводит к наличию в массе "воздушных мешков", которые будут создавать очаги гниения. В целом уборку урожая целесообразно спланировать следующим образом: зерно при влажности от 25 до 40% убирается, плющится и силосуется. Плющеное зерно с такой влажностью можно без внесения консерванта в текущем режиме ежедневно скармливать скоту. Зерном, в которое вносился консервант, можно кормить после того; как оно пройдет трех-четырех недельный процесс силосования. Для уборки зерна в период молочно-восковой; спелости

особое внимание необходимо уделять регулировке комбайнов. Уборка>; зерновых;

• 1 л. ' • ' ' ' ' ■ - ( ' • " >

^1 ' ' ' ' ' ' ' ~ 'Л - , i '

культур зерноуборочным {комбайном в фазе

; восковой j спелости' с . влажностью *

л, - , > , - , , ,у , " > aj * • 4 < i - 4>*t >'*! ч' **«*«?' . '

30...35% несколько затруднена, что связано ¿увеличением энергозатратТна вымо-1: у ■ лот и снижением на 1,0/.:1;5%;качества;зерна.';Причиной потерь^ зерна является^;

» ' * ' >•* 11 » >» А' ' t " ? ' ' * I л > t 4 ** . * w " » < Л »

' r * • . I' ' ' k i * / , V» il ' ^ // * " ,

недомолот в следствие более прочного удержания зерен в колосе. В данных условиях необходима настройка комбайна на более "жесткий" режим: увеличенная частота вращения молотильного барабана и минимальные зазоры в молотильном аппарате, а также следует чаще чистить грохот, подбарабанье, решета и соломотряс. При влажности зерна 40% уборку начинают только в том случае, если поверхность зерна и соломины сухая [30].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исупов, Алексей Юрьевич, 2013 год

Литература

1. Агрегат плющильный АПФ-5. - Новосибирск: СибНИИПТИЖ, Опытное проектно-конструкторское бюро СибНИИПТИЖ, 1988 г. - 4 с. 25 2. А.С. СССР №1090434 А, В02С 4/06. Вальцевая плющилка для зерна/ А.Н.Пилипенко, Н.Д.Колесников и др. Бюл. К®17,1984 г, - 4 с.

......Формула изобретения

30 Вальцовая плющилка для зерна, включающая камеру для плющения, внутри ; которой смонтированы параллельные вращающиеся вальцы для измельчения (плющения) зерна, загрузочный бункер, питающее устройство, соединенное с камерой для плющения зерна посредством питательного бункера (течки), отличающаяся тем, что питающее устройство представляет собой скребковый транспортер с и обрезиненными скребками в корпусе, в нижнюю стенку корпуса для сепарации поступившего на измельчение (плющение) зернового материала последовательно вмонтированы два решета - соответственно с мелкими и крупными отверстиями, при этом получаемые при сепарации фракции мелких и крупных отходов поступают в й установленные на плющилке приемники и отводятся через них на угилизацию, а подлежащее измельчению (плющению) очищенное зерно через приемник и . питательный бункер подается на плющение. '

Стр.; *

Ки 2 399 421 СП

9 10 1

- короткие примеси

- подлежащее измельчению зерно

- поступивший на измельчение зерновой материал

- длинные примеси

Стр.: 5

6 „этсриала^Л'4

Рисунок - Процент прохода зернового материала через отверстия диаметром 9,5 мм при углах наклона установки и скорости транспортирования установки: а) 0,52 м/с; б) 0,26 м/с; в) 0,2м/с.

Рисунок - Процент прохода зернового материала через отверстия диаметром 12 мм при углах наклона установки и скорости транспортирования материала: а) 0,52 м/с; б) 0,26 м/с; в) 0,2 м/с.

Матрица плана активно-пассивного эксперимента и его результаты

Уровни варьирования факторов и план опытов Факторы Критерии

длина решета Ь, м длина решета Ь, м Скорость транспортирования Утру м/с угол наклона а, град. влажность W,% засоренность А, % выход фракции фуража Я2, т/ч выход фракции продовольственного зерна яз, т/ч удельные энергозатраты Э, кВт-ч/т

XI Хз Хз Х4 Хзнорм Хбнорм Г; г2 Г3

Верхний уровень(+) 6,615 0,615 0,52 48 38,7 17,27 «

Нижний уровень (-) 0,423 0,423 0,2 27 9,3 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 0,599 0,618 1,38 3,26 0,1

2. 1,0 -1,0 -1,0 -1,0 0,578 0,59 1,83 3,22 0,09

3. -1,0 1,0 -1,0 -1,0 -0,884 0,536 2,72 3,24 0,12

4. 1,0 1,0 -1,0 -1,0 -0,537 0,76 2,75 0,72 0,19

5. -1,0 -1,0 1,0 -1,0 0,605 -0,002 2,16 3,37 0,09

6.1 1,0 -1,0 1,0 -1,0 -0,755 -0,492 8,21 5,41 0,05

7. -1,0 1,0 1,0 -1,0 -0,5 0,283 4,98 4,29 0,06

8. 1,0 1,0 1,0 -1,0 0,939 -0,552 3,49 3,59 0,07

9. -1,0 -1,0 -1,0 1,0 0,588 0,702 1,19 3,01 0,09

10. 1,0 -1,0 -1,0 1,0 0,595 0,304 1,62 2,57 0,08

11. -1,0 1,0 -1,0 1,0 -0,49 0,559 2,7 8,87 0,06

12. 1,0 1,0 -1,0 1,0 -0,993 0,545 4,2 4,21 0,07

13. -1,0 -1,0 1,0 1,0 0,844 -0,471 3,48 3,54 0,09

14. 1,0 -1,0 1,0 1,0 0,463 -0,236 3,69 5,0 0,06

-1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

« 15. -1,0 1,0 1,0 1,0 -0,5 0,038 4,57 5,34 0,06

16. , 1,0 1,0 1,0 1,0 0,993 -0,744 3,68 2,78 0,07

17. -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 0,585 0,384 1,44 3,18 0,1

18. 1,0 -1,0 -1,0 -1,0 0,578 0,497 1,83 3,32 0,08 -

19. -1,0 1,0 -1,0 -1,0 -0,497 0,238 2,72 3,24 0,12

„ : 20. 1,0 1,0 -1,0 -1,0 -0,993 0,546 2,75 0,72 0,19

21. -1,0 -1,0 1,0 -1,0 0,605 -0,185 2,1 3,28 0,09

, 22. 1,0 -1,0 1,0 -1,0 -0,707 -0,606 8,21 5,41 0,05

• 23. -1,0 1,0. 1,0 -1,0 -0,5. -0,021 4,98 4,29 0,06

24. 1,0 1,0 1,0 -1,0 0,959 -0,55 3,51 3,56 0,07

25. -1,0 -1,0 -1,0 1,0 0,585 0,346 1,18 2,98 0,09

26. 1,0 -1,0 -1,0 1,0 0,595 0,582 1,6 2,56 0,09

* 27. -1,0 1,0 -1,0 1,0 -1 0,449 2,7 8,87 0,06

28. 1,0 1,0 -1,0 1,0 -0,993 1 4,2 4,21 0,07

29. -1,0 -1,0 1,0 1,0 0,844 -0,434 3,47 3,52 0,09

30. 1,0 -1,0 1,0 1,0 0,449 -0,238 3,6 4,88 0,06

31. -1,0 1,0 1,0 1,0 -0,5 0,082 4,57 5,34 0,06

32. 1,0 1,0 1,0 1,0 1 -0,656 3,79 2,58 , 0,07

' ,33. -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 0,578 0,464 1,37 3,27 0,1

34. 1,0 -1,0 -1,0 -1,0 0,578 0,942 1,84 3,2 0,09

• 35. -1,0 1,0 -1,0 -1,0 -0,884 0,475 2,7 3,2 0,12

36. 1,0 1,0 -1,0 -1,0 -0,551 0,548 2,74 0,72 0,2

37. -1,0 -1,0 1,0 -1,0 0,626 -0,226 2,15 3,36 0,09

38. 1,0 -1,0 1,0 -1,0 -0,735 -0,609 8,24 5,39 0,05

39. -1,0 1,0 1,0 -1,0 -0,476 -0,112 4,98 4,37 0,06

, - 40. 1,0 1,0 1,0 -1,0 0,939 -0,555 2,84 2,86 0,08

41. -1,0 -1,0 -1,0 1,0 0,748 0,619 1,23 2,97 0,09

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

42. 1,0 -1,0 -1,0 1,0 0,588 0,202 1,65 2,56 0,08

43. -1,0 1,0 -1,0 1,0 -0,5 0,741 2,63 8,84 0,06

44. 1,0 1,0 -1,0 1,0 -0,932 0,55 4,2 4,21 0,07

45. -1,0 -1,0 1,0 1,0 0,844 -0,36 3,47 3,55 0,09

46. 1,0 -1,0 1,0 1,0 0,456 -0,207 3,85 5,19 0,05

47. -1,0 1,0 1,0 1,0 -0,51 -0,136 4,58 5,34 0,06

48. 1,0 1,0 1,0 1,0 -0,49 -0,69 3,37 3,09 0,07

» . * к

17,27

ге <

а> а.

8 (О

о

0,0

' 1 1 — с. 4- /

\ . °ч /Тч. "* "Г 2.« А»" 1 25 1

\ 20, ♦«Д \---- / . 3.0 /о,«Л

Ч-Л. г». \ •шту ГУ. 1 1 ф0.1 /— Г>: ,/ 35 г—-3» • I чгГ.

1 1 1 1 -"4.0 Л -А- >8,0.

38,7

27

Угол наклона а, град.

а)

48

17,27

<

л

(3 о

X

а 8 <3

о.о

■ \ \ V ч \ < ■ , 1 ч к.

\ \\ \ \ * \ ч л •• Ч 2,0 ч'Ч 1,0 \ Ч.:

1 « 1 * 1 ' * V Ч 0,0 I4*

Ч 4 . Ч е.«. ч>

8.0 ; ч | • • ■ Ч. ._______

9.3

Влажность %

а? 5

Л

£

9,3

1 » 1 » 11 »- | ' т—т ' \ ч 1 1 "■ I | 1 -1—г ч " 0.25 ч

л \ ч N.

; 4 » 4^0.15, V

: Ч ...... ---------

. . . •—30.», -0,1 —------■ "ге«»«?«^ ■ | | 1 1*

0,2

Скорость V м/с б)

0,52

38,7

3«

5

ш

, , , „_,— ......."»....... ........Г....... ........Г.......Т—■■*— "~Г-~У— Ч 111 у 1 ч

\ ч \ ч.

\ ч^ ч 40

\ 01 * -- "" Ч --------- Ч0.и N. ... >

/** 3.0 л*».. : 1 * а 1 г* —/ *— У-. N. " *---,

^------ —< ■ 1.......1.,

38,7

0,423

Длина решета км

0,615

В) Г)

Рисунок - Двумерные сечения поверхностей отклика: - - выход фракции фуража q2 (У^, т/ч;----- - выход фракции продовольственного зерна Яз (Уг), т/ч; - удельные энергозатраты Э (Уз), кВт'ч/т.

а б

х'2=1

в

Рисунок — Двумерные сечения поверхностей отклика, характеризующие влияние полноты разделения е (у) от: а) влажности зернового материала ¡V (х'з) и диаметра отверстий решет ¿отв (х2)\ б, в) влажности Ж (х'3) и подачи зернового материала () (х[).

Техническая характеристика плющилки зерна ПЗ-1

Наименование Значение

Тип стационарный

Установленная мощность электродвигателей, кВт 4

Пропускная способность не более, т/ч 2

Емкость бункера, л 250

Длина, мм 1000

Ширина, мм 720

Высота до края бункера, мм 1800

Масса, кг 150

Окружная скорость вальцов, м/с 6 ... 8

Ширина вальцов, мм 150

Диаметр вальцов, мм 270

Межвальцовый зазор, мм 0,1...4

Техническая характеристика устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением

Наименование Значение

Тип стационарный

Установленная мощность, кВт 1,2

Производительность при влажности 30 % не более, т/ч

Ячмень 3

Рожь 3,2

Конечная чистота не менее, % 96.. .97

Длина, м 4

Ширина, м 0,63

Масса, кг 98

Скорость рабочих органов, м/с 0,33

Количество решетных секций 3

УТВЕРЖДАЮ: директора НИИСХ Северо-ельхозакадемии по ; к. с.-х. н. И.А. Устюжанин 2012 г.

проведения сравнительтшвгиспытании

В период времени с мая по июнь 2012 года в ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии проведены сравнительные испытания плющилки зерна ПЗ-1 с технологической линии состоящей из плющилки зерна ПЗ-1 и устройства для фракционирования и очистки зернового материала перед плющением с технологической линией разработки лаборатории механизации животноводства ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии'.

Испытания проводились следующим образом: зерно, подлежащее плющению, подавалось в плющилку зерна для получения корма в первой серии опытов - без очистки от примесей, во второй серии опытов - после прохождения зерна через разработанное устройство для фракционирования и очистки зернового вороха от примесей. В качестве обрабатываемого материала использовался ячмень сорта «Тандем», имеющей влажность 9,3% и засоренность не менее 7 %. Причем засоренность крупными примесями составляла от 1 до 2%, а мелкими от 5 до 6 %.

Таблица- Результаты испытаний

Наименование показателя С очисткой зерна Без очистки зерна

Пропускная способность при плющении зерна плющилкой ПЗ-1 т/ч 0,7 0,56

Средневзвешенная толщина хлопьев, мм 1,2..(1,3 1,2...1,3

Количество целых зерен в готовом продукте, % 0 0

Наличие в готовом корме соломистых примесей, % 0 <1

В очищенном плющенном зерне остатков соломы не наблюдалось, а мелкие примеси составляли не более 1,8 %.

Выводы и предложения:

1. Применение устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением позволяет увеличить пропускную способность плющилки зерна на 25% п© сравнению с плющением неочищенного зернового вороха

2. Применение устройства для фракционирования и очистки зернового вороха

щеного зерна.

3. Плющилка зерна ПЗ-1 и устройство для очистки и фракционирования зернового вороха могут быть использованы раздельно в зависимости от вида применяемых технологий переработки зерна и заготовки концентрированных кормов.

перед плющением позволяет улучшить качество получаемого корма — плю-

Зав. лабораторией механизации животноводства, д.т.н.

Старший научный сотрудник лаборатории механизации животноводства, к.т.н.

В.А. Казаков

Младший научный сотрудник лаборатории механизации животноводства

А.Ю. Исупов

УТВЕРЖДАЮ: ектора НИИСХ Северо-сельхозакадемии по % к. с.-х. н. И.А. Устюжанин £SL 2012 г.

проведения ведомственных испытании устройства для фракционирования и очистки зернового вороха перед плющением

В период времени с августа по сентябрь 2012 года в ГНУ НРШСХ Северо-Востока Россельхозакадемии проведены ведомственные испытания устройства для фракционирования и очистки зернового материала перед плющением, разработки лаборатории механизации животноводства ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии. Испытания проводились по общепринятой методике, в качестве обрабатываемого материала использовалась зерно озимой ржи сорта «Фаленская 4», имеющей влажность 20,9...26,3% и общую засоренность не менее 5,6 %.Причем засоренность крупными примесями составляла от 2 до 4,6%, а мелкими от 3,2 до 4,3 %.

В результате испытаний установлено:

1. Чистота готового продукта - 97,1.. .97,8%;

2. Совокупные потери зерна в отходы - 0,05..0,14%;

3. Солома длиной более'50 мм в фуражной фракции отсутствовала;

4. Производительность установки составила не менее 3,42 т/ч. Выводы и предложения:

1. Качество очистки озимой ржи от примесей (семян сорных растений и соломы) удовлетворительное и соответствует требованиям предъявляемым к предварительной очистке зерна.

2. Требуется доработка устройства для фракционирования и очистке зернового вороха для повышения его производительности.

Зав. лабораторией механизации животноводства, д.т.н.

Научный сотрудник лаборатории механизации животноводства, к.т.н.

Младший научный сотрудник лаборатории механизации животноводства

П.А. Савиных

Н.А. Чернятьев

А.Ю. Исупов

Исходные данные для расчета технико-экономической эффективности

(в ценах 2012)

Показатели Обозначение Единица изм. Базовый вариант (ПЗ-З) Новый вариант (ПЗ-З+очищ. Устройство)

1. Цена оптовая Цо руб. 250000" 275000"

2. Коэффициент перевода оптовой цены в балансовую, учитывающий затраты на поставку, сборку и регулировку машин Т — 1,2 1,2

3. Годовая нормативная нагрузка Т ч 1000 1000

4. Производительность: ТУ т/ч 2,4 3,0

5. Количество обслуживающего персонала Л чел. 1 1

6. Часовая тарифная ставка: Ч руб/ч 40 40

7. Затраты на хранение зх руб/ч 0,15 0,15

8. Установленная мощность N кВт 17,5 18,7

9. Стоимость электроэнергии сэ руб/ кВт-ч 2,30 2,30

10. Норма амортизационных отчислений А % 16,7 16,7

11. Норма отчислений на ремонт и техническое обслуживание кр % 14,0 14,0

12. Коэффициент готовности по оперативному времени Ко — 1 1

14. Средняя цена ячменя: сР руб/т 4500 4500

Проект оптовой цены базового (с учётом комплекта ЗИП) и нового варианта плющилки зерна принят исходя из цены реализации на 2012 год.

Расчет технико-экономической эффективности применения технологической линии ПЗ-З+устройство

для фракционирования и очистки зернового вороха

№ п/п Показатель Формула расчета Базовый вариант Новый вариант

Числовое выражение Формулы Числовое значение Числовое выражение формулы Числовое значение

1. Балансовая цена, руб. Б=Ц0-т 250000-1,2 300000 275000-1,2 330000

2. Удельные затраты на заработную плату, руб./т 40-1 2,4-1 16,67 40 -1 3,0-1 13,33

3. Амортизационные отчисления, руб./т Б-а 300000-16,7 20,87 330000-16,7 18,37

2,4-1000-100-1 3,0-1000-100-1

4. Удельные затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб./т Б-К. г - 300000-14,0 17,5 330000-1,0 15,4

\у.т-т-к0 2,4-1000-100-1 3,0-1000-100-1

5. Удельные затраты на электроэнергию, руб7т э-м'Сз 17,5-2,3 2,4-1 16,77 18,7-2,3 3,0-1 14,33

6. Удельные затраты на хранение, руб/т 3 Y — х 0,15 0,06 0,15 0,05

2,4-1 3,0-1

7. ; Удельные капиталовложения, руб/т к- Б 300000 125 393000 110

2,4-11001 3,0-1000-1

8. Прямые эксплуатационные затраты, руб/т Иэ =3+Л+Р+Э+Х 14,28+21,47+18+14,37+0,05 71,87 12,5+20,54+17,22+13,44+0,05 61,49

•V.

%