Special device for application of encrusting solution on corn seeds

Full Text

УДК 631.53.02:633.15 ТСМ № 9-2014 Оригинальное устройство для нанесения инкрустирующего раствора на семенной материал кукурузы Д-р техн. наук В.Г. Кушнир, д-р пед. наук Н.П. Ким (Костанайский госуниверситет, valkush@mail.ru), д-р техн. наук И.Н. Шило, канд-ты техн. наук Н.Н. Романюк, Б.М. Астрахан, В.А. Агейчик (Белорусский ГАТУ), инж. Т.Н. Шмат (Мозырский ГПУ) Аннотация. Несоблюдение технологии протравливания семян приводит к значительным потерям урожая и снижению качества зерна. Предлагаемое дозирующее устройство позволяет обрабатывать семена кукурузы инкрустирующими растворами. Обеспечивает равномерное распределение обрабатываемого семенного материала по периферии распределителя и однородность кольцевого потока семян, сходящих с распределителя. Ключевые слова: устройство, семена, кукуруза, консервация, инкрустация, протравливатель, раствор, семенной материал. Кукуруза - одна из основных культур современного мирового земледелия. Это культура разностороннего использования и высокой урожайности. На продовольствие в странах мира используется около 20% зерна кукурузы, на технические цели - 15-20%, на корм - примерно две трети. В зерне кукурузы содержатся углеводы (65-70%), белок (9-12%), жир (4-8%), минеральные соли и витамины. Из него получают муку, крупу, хлопья, консервы (сахарная кукуруза), крахмал, этиловый спирт, декстрин, пиво, глюкозу, сахар, патоку, сиропы, мед, масло, витамин Е, аскорбиновую и глутаминовую кислоты. Пестичные столбики применяют в медицине. Из стеблей, листьев и початков вырабатывают бумагу, линолеум, вискозу, активированный уголь, искусственную пробку, пластмассу, анестезирующие средства и др. Зерно кукурузы - прекрасный корм. В 1 кг зерна содержится 1,34 кормовой единицы и 78 г перевариваемого протеина. Это ценный компонент комбикормов. В технологии возделывания для получения высоких урожаев зерна кукурузы сочетаются селекционные, семеноводческие, агротехнические, биологические, химические, технические, экономические и энергетические мероприятия, каждое из которых должно строиться с учетом передовых мировых достижений, адаптированных к местным условиям. Один из основных приемов в борьбе с болезнями и вредителями кукурузы - протравливание семян. Необходимость в этом возникает потому, что под влиянием неблагоприятных факторов в процессе формирования, уборки, послеуборочной обработки и хранения могут снижаться показатели качества семян кукурузы - лабораторная всхожесть, энергия прорастания, сила начального роста, полевая всхожесть, что, как известно, приводит к снижению урожайных свойств. Мероприятия по протравливанию семян обеспечивают повышение урожайности всех основных с.-х. культур, в т.ч. зерновых - на 15-20%, сахарной свеклы - на 5-10%, кукурузы - на 7-12% [1]. Несмотря на значительные финансовые вложения в указанные мероприятия, ситуация с зараженностью семян остается сложной. Причины заключаются в нарушениях технологии протравливания семян, а также в отсутствии эффективного оборудования для его осуществления. Многие хозяйства не имеют протравочных машин или используют машины, срок эксплуатации которых составляет более 10 лет. Сложившееся положение недопустимо и должно быть исправлено путем восстановления или обновления парка протравливателей. В импортном оборудовании со временем также необходимо менять различные узлы, однако закупка запасных частей обходится очень дорого. Например, на Мозырском кукурузокалибровочном заводе (Республика Беларусь) с 2004 г. установлен протравливатель Hanka Р214, требующий замены узлов и повышения производительности. Протравливатель с непрерывно действующей системой работы Hanka Р214 предназначен для мокрого протравливания семян кукурузы. Он имеет производительность 5-6 т/ч и предназначен для предприятий, занимающихся подготовкой посевного материала. Для протравливания семян можно использовать водные растворы, а также эмульсии и суспензии или жидкие протравливатели на водных и органических растворителях. Недостаток этого устройства - конструкционная особенность установки, связанная со смещением загрузочного бункера относительно пассивного распределительного устройства, что приводит к неравномерному распределению обрабатываемого семенного материала по периферии пассивного распределителя и неоднородности кольцевого потока семян, сходящих с распределителя. В Белорусском ГАТУ разработано оригинальное устройство (рис. 1) для нанесения инкрустирующего раствора на семенной материал (пат. 5572 U РБ; 15076 С2 РБ). Оно содержит бункер 1 с семенами 2, пассивный распределитель семян 3, электродвигатель 4, выход вала 5 электродвигателя для привода активного распределителя семян 8, выход вала 6 электродвигателя для привода диска распыления инкрустирующего раствора 7, расположенного в нижней части распределителя 3, трубопровод 9 для подвода инкрустирующего раствора. В верхней части распределителя 3 расположен активный распределитель семян 8, выполненный в форме псевдосферы с криволинейной образующей, обращенной вершиной навстречу потоку семян [2]. Устройство работает следующим образом. Семена из бункера попадают на поверхность активного распределителя, а при сходе с него - на поверхность пассивного распределителя, образуя однородный кольцевой поток. Привод активного распределителя осуществляется валом 5, а диска распыления инкрустирующего раствора - валом 6 электродвигателя. Инкрустирующий раствор попадает на диск по трубопроводу. Для математического моделирования рабочего процесса активного распределителя в виде псевдосферы опишем движение семян по его поверхности. Введем следующую систему (рис. 2): начало координат - в вершине распределителя, ось X совмещена с осью вращения распределителя и направлена вертикально вниз, ось Y направлена перпендикулярно к оси X, так, что поворот от оси X к оси Y происходит против часовой стрелки. Меридиан псевдосферы представляет собой трактрису, уравнение которой в выбранной системе координат имеет вид [2]: . (1) Параметр a в формуле (1) определяется из условия: , (2) где h и D - допустимые высота и диаметр основания распределителя. Длина дуги меридиана s, отсчитываемая от вершины, и радиус кривизны ρ определяются по формулам: . (3) На частицу, имеющую массу m, в ее относительном движении со скоростью на вращающейся с угловой скоростью шероховатой (коэффициент трения с семенами f) вогнутой поверхности действуют силы (см. рис. 2): вес ; нормальная реакция поверхности ; сила трения ; центробежная сила инерции ; сила инерции Кориолиса ; дополнительная сила трения , вызванная воздействием силы инерции Кориолиса. Как показали визуальные наблюдения, траектория движения частицы по поверхности распределителя практически совпадает с меридианом. Тогда в проекциях на оси естественного трехгранника уравнения относительного движения можно записать в виде: В системе уравнений (4) ; величина ρ определяется из соотношений (3). Исключив величину N из системы (4), получим дифференциальное уравнение относительно величины : . (5) Анализ системы уравнений (1), (3), (5), проведенный с помощью пакета прикладных программ Matlab, показал, что выполнение активного распределителя в виде псевдосферы увеличивает равномерность распределения семян. Значение величины h может быть принято в интервале 0,05-0,08 м, значение величины ω - в интервале 100-150 с-1. Испытания устройства для нанесения инкрустирующего раствора на семена кукурузы проводились на базе Мозырского кукурузокалибровочного завода. Цель испытаний: экспериментальная проверка целесообразности выполнения активного распределителя семян в виде псевдосферы и результатов математического моделирования, а также уточнение величин частоты вращения n, мин-1, активного распределителя (n = 30ω/π) и диаметра D, м, основания распределителя (формула (2)). С этой целью планировалось получение регрессионных зависимостей для показателя равномерности в случаях прямого конуса и псевдосферы. Для оценки равномерности распределения семян по периферии пассивного распределителя поверхность последнего была разделена на 8 ячеек. Повторность проведения опытов определялась по правилам математической статистики и принималась равной 5. За показатель равномерности η была принята дисперсия массы семян sk2 по ячейкам - уменьшение дисперсии означало увеличение равномерности распределения семян: (6) где - масса семян в i-ой ячейке в k-ом опыте, г; - средняя масса семян по ячейкам в k-ом опыте, г. Построение указанных регрессионных зависимостей проводилось в области, выбранной на основании предварительных теоретических исследований и конструкционных соображений: n = 500…1500 мин-1; D = 0,08…0,09 м. Введены кодированные переменные (7) вследствие чего область исследований приняла вид: (8) Условия проведения опытов представлены в таблице. Условия проведения опытов № опыта 1 2 3 4 5 6 7 8 x1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 0 0 x2 +1 +1 -1 -1 0 0 +1 -1 В результате получены регрессионные зависимости для случаев прямого конуса ηC и псевдосферы ηP : (9) Анализ полученных зависимостей показал, что замена распределителя в виде прямого конуса распределителем в виде псевдосферы существенно повышает равномерность распределения обрабатываемого семенного материала по периферии распределителя и однородность кольцевого потока семян, сходящих с него. Как уже было указано, выполнение производственной конструкции требует смещения загрузочного бункера относительно распределительного устройства. Результаты экспериментальных исследований выявили, что в случае прямого конуса это смещение не может превосходить 0,01 м, а в случае псевдосферы можно выполнить смещение не менее чем на 0,02 м. Вывод Разработано оригинальное устройство для нанесения инкрустирующего раствора на семенной материал. Его внедрение в производство позволит значительно повысить равномерность распределения семян по поверхности активного распределителя, создать однородность кольцевого потока семян и тем самым снизить потери протравливающих растворов, что в итоге уменьшит себестоимость семян кукурузы.

About the authors

V. G Kushnir

Kostanay State University

Email: valkush@mail.ru

N. P Kim

Kostanay State University

I. N Shilo

Belarus State Agrarian Technical University

N. N Romanyuk

Belarus State Agrarian Technical University

B. M Astrakhan

Belarus State Agrarian Technical University

V. A Ageychik

Belarus State Agrarian Technical University

T. N Shmat

Mazyr State Pedagogical University

References

Supplementary files