Технология и установка для консервации свежеубранного зерна в климатических условиях Восточной Сибири тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Калуженин, Александр Борисович

• Калуженин, Александр Борисович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калуженин, Александр Борисович

Введение.

Глава 1 Анализ состояния вопроса по консервации свежеубранного зерна

1.1 Анализ существующих способов и установок для консервации свежеубранного зерна.

1.2 Взаимосвязь между свойствами зерновой массы и окружающими ее условиями.

1.3 Климатические особенности Восточной Сибири и влияние применяемых технологий консервации на продовольственный и семенные показатели качества зерна.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и установка для консервации свежеубранного зерна в климатических условиях Восточной Сибири»

Экономически развитые страны практически подошли к пределу по I продуктивности сельского хозяйства, при этом используемые интенсивные

I I

1 | технологии вошли в противоречие со здоровьем человека и окружающей

I • j средой. Часть этих стран при реализации концепции «устойчивого развития» i ! желают перейти на более экологически безопасные технологии с некоторым уменьшением продуктивности сельскохозяйственных культур.

Слаборазвитые страны не могут обеспечить население продуктами питания и по-прежнему считают своей основной задачей производить максимально возможное количество продуктов с помощью любых технологий, не принимая во внимание последствий их воздействия на здоровье населения и состояние природы. j i !

Наращивание производства зерна за счет расширения посевных j j площадей или повышения урожайности зерновых культур требуют больших затрат. В связи с этим первостепенное значение приобретает проблема повышения эффективности сохранения и использования уже выращенного j i урожая. ;

Зерновая масса как объект хранения обладает уникальными свойствами ' 1 долговечности. Однако эта способность зерна проявляется только при условии, что свежеубранная зерновая масса будет своевременно и правильно i I подготовлена к хранению: очищена, рассортирована,| законсервирована. Задержка с послеуборочной обработкой или проведение необходимых технологических операций не в полном объеме, с нарушением режимов

I 1 обработки неизбежно связаны с потерями урожая. |

I I

Чтобы соблюдать рекомендуемые наукой технологий, необходимо иметь

I ! I достаточную материально-техническую базу и финансы на приобретение |

ГСМ. Хозяйства республики не имеют ни того, ни другого. Поэтому вся I технология послеуборочной обработки сводится к j очистке зерна и профилактической переброске с места на место с целью подсушки и охлаждения. В благоприятных климатических условиях созревания и уборки урожая таких приемов бывает достаточно, хотя отдельные партии зерна и теряют часть и даже полностью свои технологические и семенные показатели качества. В неблагоприятные годы, а их бывает четыре из семи, потери возрастают до 40% от убранного урожая.

Анализ литературных источников показывает, что до настоящего времени в условиях Восточной Сибири не исследованы возможности длительного хранения влажного зерна различного назначения в охлажденном состоянии.

Таким образом, решение вопросов разработки и совершенствования альтернативных региональных способов консервации и хранения свежеубранного зерна путем использования естественного ночного холода в условиях резко континентального климата Восточной Сибири является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Калуженин, Александр Борисович

2.5 ВЫВОДЫ: i

Для осуществления экологизированной Технологии консервации свежеубранного зерна в климатических условиях!Восточной Сибири необходимо:

- зафиксировать время формирования вороха на току (тА) и наложить временные ограничения на все операции по послеуборочной обработке зерна; j .

- за время, не превышающее лаг-период ( тл ), j провести первичную очистку и охладить ворох до температуры ниже 10°С (верхняя граница устойчивого состояния); j j i I

- осуществлять контроль за скоростью изменения температуры зерна i I ' и влажностью межзернового пространства, циклично вентилируя ворох при условии, что атмосферный воздух холоднее, чем зерно; I

- процесс введения зерновой массы в состояние покоя завершается при установившемся значении скорости изменения температуры зерна равной нулю, либо отрицательным значениям; j

- при необходимости доведения зерна до кондиционных значений по влажности, дополнительно циклично; вентилировать его холодным воздухом до достижения влажности воздуха межзернового пространства менее 75%. !

Глава III. Программа и методика экспериментальных исследований.

• i

3.1. Объект и программа экспериментальных исследований.

Объектом исследования являются физиологические процессы, протекающие в реальном свежеубранном ворохе с учетом внешних физический воздействий среды, которые не возможно смоделировать в условиях лаборатории. Поэтому основные теоретические разработки по технологии консер i вации свежеубранного зерна проверялись на типовом оборудовании ( бунке • I ра СЗЦ - 1,5 и К - 878) и экспериментальной установке. Полученные резуль

I I

1 I „ таты сравнивались с результатами технологии применяемой в хозяйствах. ' j

Экспериментальные исследования проводились с целью: подтверждения целесообразности дезактивации свежеубранного зерна в послеубо I рочныи период за счет использования естественного холода в резко конти i нентальных районах страны; оценки влияния отдельных управляющих и воз

I I мущающих факторов на протяжении технологического процесса; достаточности входной информации по скорости изменения температуры зерна и рассчитанной периодичности контроля этого параметра для управления введением зерна в состоянии покоя; правильности выбора количества и места расj ' i положения датчиков температуры. j I

Поскольку предметом исследования является возможность управления инактивацией физиологических процессов в свежеубранном зерновом { ворохе за счет использования ночного времени суток, то программой исследования предусмотрено следующее: |

1. .Исследование процессов охлаждения свеж:еубранного зерна в реальных условиях хозяйств на имеющемся типовом оборудовании,

2. Разработка экспериментальных установок для осуществления технологии консервации зерна холодом, изготовление которых по силам хозяйствам различных форм собственности,

3. Исследование процессов охлаждения на экспериментальной установке и

I I уточнение конструктивных особенностей, j I

I !

4. Исследование тепловых процессов, протекающих в зерновом ворохе при хранении в зимне — весенний период

3.2. Методика исследования процесса охлаждения свежеубранного зерна на типовом оборудовании»!

Для исследования процесса охлаждения!свежеубранного зерна на зер

I I нотоку учебного опытного хозяйства Бур СХИ" Байкал? в 1990 г. была смонi J тирована установка, состоящая из четырех бункеров СЗЦ- 1,5 выпускаемых в то время для сушки семян трав. В 1991 - 1992; гг. экспериментальные исследования проводились в ОПХ" Иволгинский " на двух бункерах К - 878. Тех

I ' 1 нологические характеристики бункеров приведены в табл. 1-2 раздела 1.1

I j

Изменение температуры зерна и атмосферного воздуха регистрироваI лись на диаграммной ленте автоматическим шестиканальным мостом КСМ4. Основная погрешность прибора по регистрации не превышает 0,5%[38].

Прибор предназначен для работы в стационарных условиях при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С и относительной влажности от i

30 до 80 %.Для обеспечения таких условий в осенне - зимний период прибор i I помещается в утепленный ящик с резисторными обогревателями. i

Скорость перемещения складывающейся диаграммной ленты (ГОСТ 7826 - 75)устанавливалась на 7200мм/ч, что j позволило длительное время фиксировать изменения температуры зерна и атмосферного воздуха.

К прибору подключены измерительным^ кабелем!шесть термопреобразователей марки ТСМ - 0879, пределы измерений от -50 до +50°С .Длина погружаемой части 0,32 м. Преобразователи предназначены для жидких и газообразных сред, погрешность измерения +1°С [87 ].

Относительная влажность атмосферного воздуха и влажность межзернового пространства измерялась прибором "Волна! — М", выпускаемым Ангарским приборостроительным заводом. Погрешность прибора +1,5%.

Влажность зерна измерялась по зернотоку приборами: ЦВЗ - 3(погрешность i I измерения +1.0% в диапазоне влажность от 8 до 17% +1,5%свыше 17%

23)); ПВЗ - 10Д (погрешность, аналогичная прибору ЦВЗ -3). Прибором "Электроника ВЖ - 01", пределы абсолютной погрешности при доверительной вероятности Р =0,95 равны ± 2%.Контрольные замеры влажности зерна I проводились воздушно - тепловым методом в сушильном шкафу СЭШ - ЗМ поГОСТ 13586.5-93/87 !

Датчики температуры устанавливались согласно рекомендаций [ 8, 33, 35] в среднем слое нижней трети бункера. j j

При поступлении свежеубранного зерна на ток определялись следующие входные параметры объекта исследования:

- назначение зерна (семенное, продовольственное, фураж) и фиксировалось время формирования партии;

- формирование партии зерна по влажности (до 17%, от 17 до 22% и свыше 22%)

- степень травмированности зерновок и засоренности вороха.

I I !

Затем фиксировалось время нанесения всех технологических воздействий, начиная с времени скашивания колоса.! j |

После проведения первичной очистки на имеющемся в хозяйстве обо! | рудовании зерно загружалось в бункера: СВЦ - 1,5 вручную, а К - 878 нориями. | i

После загрузки бункеров включалась аппаратура для круглосуточной записи изменений температуры зерна и атмосферного воздуха. Вентиляторы включались в ночное время автоматически при помощи реле времени марки

• i J

РВМ - 2 либо вручную.

З.З.Методика исследования процесса охлаждения свежеубранного зерна на экспериментальной установке.

Исследования проводились на свежеубранном зерне с сентября 1990 г. по октябрь 2002г. в следующих хозяйствах: учебно опытное хозяйство "

I j

Байкал" БурГСХА - экспериментальная установка, состоящая из четырех бункеров СЗЦБ - 1,5; семейное хозяйство " Иволгинское" - бункера вентилируемые К - 878 (вместимость - 40т., диаметр воздуховода 770 мм, вентилируемый слой 1160мм); семейное хозяйство " Боргойское" Джидинского рай! I она - экспериментальная установка для вентилирования воздуха; рядовые ! хозяйства - " Искра" Мухоршибирского и ОКХ " Гигант" Заиграевского райi i она - экспериментальная установка для вентилирования вороха. I

Технология обработки свежеубранной зерновой массы начинается с i I фиксации времени поступления на ток и способе убор»ки зерна, после чего производится отбор образцов из кузова автомобиля для определения качественной характеристики зерна.

После взвешивания и определения влажности зерна, автомобиль разгружается в строго определенном месте в зависимости от назначения (семенное, фуражное, продовольственное) и влажности (менее 18, 18-22, более 22%). Устанавливается табличка с указанием даты, времени формирования бунта и показаний суточных изменений температуры в среднем

I I слое. Информация также заносится в журнал согласно форме, разработанной в табл. 3.1 ! Табл.3.1 j j

Входные параметры свежеубранного зерна

Культура, сорт 1 ; !

Назначение --

Дата поступления Время с ч до ч.

Влажность зерна Температура зерна, °С :

1 сут. 6 сут. 11 сут. 16 сут.

2 сут. 7 сут. 12 сут.: 17 сут.

3 сут. 8 сут. 13 сут.! 18 сут.

4 сут. 9 сут. 14 СУТ. : 19 сут.

5 сут. 10 сут. 1 15 сут. I 20 сут.

1 !

Важно так организовать этапы обработки зерна, чтобы они по времени не выходили за определенные границы. Так, первичная очистка должна быть

I I проведена в течение 24 часов после формирования вороха на току. Если нет возможности организовать очистку зерна, то ворох (бунт) можно оставить i I ~ I неочищенным и провести очистку зерна в зимнии период.

Подавляющее большинство хозяйств республики Бурятия не имеют j | бункеров и типовых установок для активного j вентилирования, поэтому исследование процесса охлаждения проводились на экспериментальной установке. На зернотоку выбиралась площадка размером ' 11,5 х 6 м с таким i расчетом, чтобы под нее не подбегали дождевые стоки. В случае не возможности выбора такой площадки она оборудовалась по схеме (рис.3.1 ). На площадку устанавливали хлебные щиты и формировался закром I для формирования свежеубранного вороха. По центру закрома устанавливаi [ лись воздуховоды и через мягкие вставки подключались к вентиляторам. Загрузка установки осуществлялась следующим образом: из под ЗАВ - 20 свежеубранное зерно вначале завозилось и разгружалось| непосредственно на установку. Автомобиль задним ходом заезжал^ между воздуховодами и раз

I j гружался, начиная от переднего щита установки. Таким образом , заполняi j лась 1/3 установки. Затем устанавливались задние хлебные щиты и дальнейшая загрузка осуществлялась зернопогрузчиком. В этом случае автомобиль разгружался в определенном месте перед установкой с таким расчетом, чтобы зернопогрузчиком сформировать на установке ворох заданной конфигурации. I !

3.4 Методика расчета экспериментальной установки.

Разработанная экспериментальная установка состоит из закрома ограни-ченого хлебными щитами и предназначенного!для формирования зернового вороха оптимальной конфигурации (рис.3.2). |Внутри секции имеются два

I ! воздуховода (3) в виде металлических труб. Один конец трубы заглушён, к

I j другому через мягкую вставку (2) соединен вентилятор Х1).Трубы имеют два ряда отверстий диаметром 10 мм I i j

§ § oos/s

17 t ш. т

В увеличено

А-А

11500

Крышка

Общий биЗ устанобки

1. Вентиляторы 2. ВстаВка мягкая 3. ВозЗухо&обы 4. Щиты хлебные

20

0 380

1500

010 в

Г~ Уголок

Бруски фиксации

20

10000

ВозЗухобоЗ

-I

Рис. 4££)бщий биб устанобки Зля консервации и металлический Йоздухо&од

Количество и расположение отверстий рассчитаны по формулам: t,Sem.=Slv+ 0,25Sm/, ,(3.1) ы

Ve 1 отв. = ^- , (3.2) ома. = , (3.3)

K-H.yi-d в=:--2

3-4) где: Somg -площадь сечения одного отверстия, мм2; Smp -площадь сечения трубы, мм ; N - общее количество отверстий, шт; £ - расстояние между рядами, мм; t тр - длина трубы, мм.

Нв -высота вороха, мм. в - расстояние между отверстиями, мм.

Целесообразность размещения параллельно двух труб обоснована реальными условиями на зернотоках и экономией материала для изготовления хлебных щитов. Расстояние между трубами, согласно принятых рекомендаций, равнялось двум высотам вороха. Наивысшая точка вороха находилась над центральной осевой линией установки, а сам ворох наД хлебными щитами формировался в соответствии с углом естественного откоса свежеубранного зерна. Такой прием позволил к минимуму свести проникновение атмосферных осадков в зерновой ворох. Выбор марки вентиляторов и инженерные расчеты элементов установки выполнены по общепринятым методикам и представлены на рис.3.3,-3.7.

Условные обозначения

1 - Рядовой цит ,2 - цит с отверстием под трубу тЗ. 4 - контр#орс , 5 - вентиляционные трубы угловой цит

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калуженин, Александр Борисович, 2003 год

1. ПроберочныО росчет конструкции ограждения но сдбиг

2. Устойчивость конструкции обеспечибается если бес зерна сползающий по углу внутреннего трения уравновесится силой трения Возникающей от беса зерна на досках пригруза и беса конструкции ограждения

3. Fmp^. Е Схема загружения конструкции540

4. Определение сдвигающей силы Е = Q5H2Yp L Е = 0.5 х 1.2?х 800 х 0.34 х 3 =587.52 кг

5. Определение удерживающей силы Fmp = (Gs + Gk) х f

6. Сз -Весэерна на досках пригруза Ск бес конструкций ограждения f - коэффициент трения (0.4 - по блажному суглинку )

7. G3 = 0.54 х 1.1 х 800 х 3 =1425.6 кг

8. Gk = 0.54 х 0.05 х 900 х 3 + 1.2 х 0.05 х 900 х 3 + 0.18 х 0.05 х 900 НА + + 0.125 х 0.05 х 900 х 5 =282.42

9. Fmp = ( 1425.6 +282.42 ) x 0.4 =683.2

10. Услобие устойчивости конструкции ограждения на сдвиг Выполняется Fmp^. Е 683.2кг 2-587.32 кг Проверка прочности вертикальных щитов ограждения1. Расчетная схема1 ^Е3 =587.52 кгА1. =29001 11. Ь=1200о т II1. JUL

11. Ru ^ условие прочности конструкциищ «щ = 1^5!5оо см5130 кг/см21. Мб =1. Е L587 72 * 2.9 Мб = , = 426.09 кгм = 42609 кгсм

12. MJU 12603=85.21 кг/см2 Wuj 5001. М 6 ? ,

13. Услобие прочности Ru ^ Wu, ( 130кг/см более 85.21 кг/см*) выполняется

14. Глава 4 Результаты экспериментальных исследований.I

15. Экспериментальные исследования процессов охлаждения зерна на типовом оборудовании.

16. Рассмотрим процессы кондуктивного обмена с окружающей средой между первым и вторым включением вентилятора с 2300 ч. до 2200 ч. следующих суток, (рис. 4.1)1. Табл.4.1

17. Начальные показатели качества зерна в бункерах

18. Показатели Бункера СЗЦБ-1,5 БункераК-8781 №2 №3 №4 №1 №2

19. Средняя влажность зерна в ворохе (ПВЗ-100),% 22 22 22 22 20 20

20. Влажность зерна (СЭШ-ЗМ), % 19,3 18,5 21,1 19,6 19,5 20,1

21. Содержание сорной примеси, % 4,1 3,1 4,3 3,7 4,3 4

22. Энергия прорастания, % 52 58 67 57 57 61

23. Всхожесть, % 90 92 90 86 82 90

24. Изменение температуры зерна в бункерах копируют изменения температуры окружающего воздуха, причем разность ночных и дневных температур между зерном и атмосферным воздухом (в точках минимума для 800 и

25. Второй этап экспериментальных исследований проводился осенью 1991 г в ОПХ «Иволгинское» на бункерах К-878, где масса зерна 32,5 т и

26. Изменение показателей качества зерна при вентилировании с целью охлаждения в бункере К-878.

27. Показатели качества по данным Иволгинской семенной инспекции До вентилирова ния (29. 09. 01) После 5 ти кратного вентилирова ния(20.11) Период хранения (18.11) Контроль, технологии сушки (18.11)

28. Температура зерна, °С 11 -5 -7 3

29. Влажность зерна, % 19,5 13,6 12,8 10,5

30. Содержание сорной примеси, % 4,3 4,2 4,5 3,8

31. Энергия прорастания, % 57 56 56 141. Всхожесть, % 82 82 82 78

32. По динамике изменения качественных показателей семян можно судить оiцелесообразности применяемой технологии консервации.

33. Экспериментальные исследования процессов охлаждения зерна на экспериментальной установке. |

34. Технические данные экспериментальной установки для консервации свежеубранного зерна.1. Показатели

35. Паспортные данные вентилятораi1. Проходка 130-5-У2»: j3 3 'подача воздуха, 10 м /ч jразвиваемое давление, Па мощность электродвигателя, кВт частота вращения ротора, об/минмасса вентилятора, кг |количество вентиляторов, шт

36. Воздуховод металлический: iдиаметр, мм |длина, м Iдиаметр отверстия, мм jIколичество отверстий в ряду, шт | количество рядов, шт количество воздуховодов, шт

37. Закром для формирования вороха:контрфорсы, шт щиты рядовые, шт щиты угловые, шт щиты с отверстием под трубу, шт

38. Масса загружаемого зерна при влажности 21 24%, т

39. Масса загружаемого зерна при влажности16.20%,т I1. Значение3,6.14,4 500.1900 7,5 кВт 3000 125 2380 10 Ю 420 2 216 10 4 280140т. яи ямам т1. Ых Цепь1. Вкл. вент2 Вкл. вент1. Ш Цт2Ш 50Гц2Ш бОГи,распре? ЦиТ.

40. Рис. 4.4- Схема подключения автоматической установки послеуборочной консервации зерна.1. Табл.4.4

41. Изменение температуры зерна при вентилировании с целью охлаждения

42. Дата Работа вентиляторов Температура зерна, °С

43. Датчики температуры установлены по осевым линиям: междуJвентиляторами и между вентилятором и щитом. Глубина погружения отповерхности на 0,4; 0,5 и на 0,6м в разных точках по длине вороха.|