Improvement of quality indicators of machines for post-harvest grain processing

Full Text

Введение Реализация программы научно-технического развития сельского хозяйства предполагает совершенствование существующих, а также создание инновационных технических средств и технологий, обеспечивающих механизацию, автоматизацию и электрификацию агропромышленного комплекса страны на современном уровне [1, 4-6, 8-11]. Ключевое место в сельскохозяйственном производстве России уделяется производству зерна. Недопустимо высокий уровень потерь зерна на различных этапах его производства, начиная от возделывания и заканчивая послеуборочной обработкой, оказывает негативное влияние на объемы и экономику зернового хозяйства. Необходимо существенно повысить эффективность использования материально-технической базы, в том числе на этапе послеуборочной обработки зерна [2, 3, 7], поскольку потери при обработке превышают в 2-3 раза потери при уборке. В общей структуре затрат доля на послеуборочную обработку составляет 30-60 %, а в структуре себестоимости - 40 %. Своевременная и качественная послеуборочная обработка зерна - один из путей сокращения его потерь и улучшения качества. Важной операцией послеуборочной обработки зерна является его охлаждение и сушка. Существующие охладительные устройства не отвечают современным требованиям. В этой связи остро стоит вопрос создания машин нового поколения. Цель исследования Cоздание охладительной установки зерна, отвечающей высоким требованиям, а также разработка и изготовление опытного образца установки, на которой для проверки и подтверждения теоретических предпосылок были проведены экспериментальные исследования. Материалы и методы исследования Для создания охладительной установки зернистых материалов, отвечающим самым высоким требованиям разработан и изготовлен опытный образец (рис. 1). Для того, чтобы подтвердить теоретические предпосылки, полученные в ходе аналитических изысканий, возникла необходимость проведения экспериментальных исследований. Важным звеном в этом ряду решаемых задач являлось получение различных опытных зависимостей, описывающих процесс охлаждения зернистых материалов, в том числе критериальных. Установка включает рабочую камеру 1, щелевой аппарат 2, выпускной патрубок 3, шлюзовой затвор 4, приемный бункер 5, вентилятор среднего давления 6, высоконапорный вентилятор 7, щит управления 8 и раму 9. Опытная охладительная установка зернистых материалов функционирует следующим образом. Зерно, которое по своим температурным характеристикам превышает нормативные пределы, из приемного бункера установки подается в рабочую камеру вихревым воздушным потоком с помощью вентилятора среднего давления. В камере обрабатываемый материал активно обдувается закрученным потоком воздуха при высоких скоростях обтекания и активно охлаждается. Получение закрученного потока возникает в камере за счет подачи наружного воздуха высоконапорным вентилятором через щелевой аппарат. Постоянная транспортировка охлажденного зерна из установки происходит через шлюзовой затвор, а отработанный воздух через центральный выпускной патрубок направляется наружу. С целью экспериментального исследования процессов, происходящих при работе опытной охладительной установки зернистых материалов, использовались методы физического моделирования. В соответствии c теорией подобия процесс теплообмена, происходящий при высоких скоростях обтекания между отдельно рассматриваемой зерновкой и закрученным воздушным потоком, можно представить как процесс теплообмена, происходящий между неподвижной зерновкой и высокоскоростным воздушным потоком, обтекающим ее. С целью проверки и подтверждения аналитических изысканий опытным путем был спроектирован и изготовлен стенд, который включает: - аппарат для подачи наружного воздуха под давлением, состоящий из компрессора РГН-1300А и ресивера объемом 1,61 куба; - устройство, позволяющее нагревать зерновку до необходимой температуры, и емкость для адсорбента; - устройство, позволяющее охлаждать зерновки, состоящее из трубы и вентиля-регулятора. Контрольно-измерительные приборы: автоматически пишущий потенциометр КСП-5,1 с термопарой из хромоникеля; манометр ММН и термометр, в качество рабочего тела которого служит спирт. Наружный воздух подавался газодувкой в трубу через вентиль с широким диапазоном регулирования, на выходе которой устанавливалась термопара с неподвижно установленной зерновкой. В процессе обдувания исследуемого материала нагнетаемым снаружи воздухом происходило его охлаждение, а варьирование температуры регистрировалось на автоматически записывающем устройстве потенциометра. Остывшую зерновку вновь нагревали в горячем адсорбенте, который, в свою очередь, нагревался с помощью электронагревательного приспособления. Доведя температуру объекта эксперимента до определенного значения, его снова охлаждали при других диапазонах скоростного режима воздушного потока. Для проведения экспериментов в середине бороздки зерновок пшеницы были просверлены отверстия диаметром 0,8 мм. Поочередно образцы зерновок устанавливались на конец термопары, и опыты проводились при различных скоростях обтекания. Результаты Обработка данных, полученных опытным путем и их тщательный анализ позволили получить следующие эмпирические зависимости для вычисления коэффициента теплоотдачи в процессе охлаждения зерна: , (1) где λ - параметр, характеризующий теплопроводность воздуха, Вт/м∙°С; ν - кинематическая вязкость воздуха, м2/с; V - скорость воздушного потока при обтекании зерна, м/с; dпр - приведенный диаметр образца зерновки, м. Классическим уравнением, характеризующим процесс теплообмена различных тел, является критериальная зависимость вида Nu = f(Re). В результате проведения некоторых преобразований зависимости (1) получаем экспериментальное выражение формулы для нахождения критериальных данных: ; . (2) Представленные выражения в комплексе с аналогичными формулами разных исследователей отражены на рис. 2. Рис. 2. Зависимости критерия Нуссельта от чисел Рейнольдса: 1 - В.М. Лурье - для плотного слоя; 2 - А.В. Авдеева - для виброожиженного слоя; 3 - И.М. Федорова - для кипящего слоя; 4 - экспериментальная; Nu - критерий Нуссельта; Re - число Рейнольдса Из рис. 2 видно, что при скоростях обдува, равных скорости витания зерна, или числах Рейнольдса (заштрихованная часть), число Нуссельта, характеризующее интенсивность теплообмена, составляет 20-30, что в 2-3 раза больше, чем при охлаждении зерна в кипящем слое и на порядок - в плотном слоях (2-3). Таким образом, при этих значениях скоростей обтекания процесс теплообмена происходит значительно активнее. Зависимости, полученные вышеназванными авторами, действительны только для чисел Рейнольдса Re до 103. Математические выражения, которые нам удалось получить, позволяют описывать процессы, происходящие при охлаждении зерна в интервале чисел от 103 до 104. Выводы Полученные экспериментальным путем зависимости позволяют уточнить и подтвердить известные ранее аналитические выкладки, определяют новые знания, необходимые для разработки и проектирования технических средств и технологий для механизации производственных процессов возделывания злаковых культур, а именно послеуборочной обработки зерна. Рис. 1. Опытная охладительная установка зернистых материалов

About the authors

Ts. V Tsedashiev

Irkutsk State Agrarian Universitythem. A.A. Ezhevsky (IrGaU)

Email: eev_baikal2005@mail.ru
Irkutsk, Russia

E. V Eltoshkina

Irkutsk State Agrarian Universitythem. A.A. Ezhevsky (IrGaU)

Email: eev_baikal2005@mail.ru
PhD in Engineering Irkutsk, Russia

References

Supplementary files