Разработка и совершенствование технологий и средств механизации послеуборочной обработки зерна

технологий первичной обработки и подготовки к хранению семян сельскохозяйственных культур, производимых в Крыму, в первую очередь элитного семенного материала

Ресурсосбережение+экологическая безопасность
максимальная сохраняемость репродуктивной способности семян («атравматичность», «мягкие» режимы обработки)
низкие удельные затраты энергии на обработку (экологически безопасный ИК нагрев)
низкая стоимость оборудования («нежесткие» элементы оборудования и их системы)
универсальность оборудования
низкие эксплуатационные затраты (ремонт, замена узлов, обслуживание)

процесса обеспечивает универсальность устройства по отношению к сырью и его исходной влажности (различное количество циклов сушки для различного сырья различной исходной влажности)
удобство загрузки семян в устройство и выгрузки семян из устройства

конвейер; 2 – бункер-накопитель; 3 – нория; 4 – раздаточный узел;
5 – инфракрасные излучатели; 6 – система вентиляции
7 - семена

упруго связанных «нежестких» конструктивных элементов:
- сетчатая лента – пружина – цепь;
- поверхность барабана (приводного и натяжного) – ось барабана – звездочка цепи;
- ветвь цепи нории – узел крепления ковша – ковш («плавающие» ковши)
Импульсное тепловое воздействие на поверхность семян инфракрасным излучением, низкая интенсивность контакта семян с вентилирующим воздухом
Непрерывный или периодический контроль показателей качества: влажность семян в бункере устройства, температура поверхности семян при тепловой обработке

монтажа и пуско-наладки
Простота и дешевизна обслуживания и ремонта
Возможность модернизации и модификации
Возможность использования нории-накопителя как автономного устройства сушки малых объемов семян
Использование для изготовления деталей устройств 3D-печати
Большое количество стандартизованных изделий (узлов и деталей)

4 – приводной барабан;
5 – конус выгрузки;
6 – натяжной узел;
7 – инспекционный люк;
8 – натяжной барабан;
9 – инспекционный люк;
10 – загрузочный лоток
Нория ковшовая

Движение зерен
в верхней части нории

Нория поэтапной выгрузки
Л.В.Фадеева

Линейная скорость ковшей составляет от 2,2 м/с до 5 м/с. В верхней части нории зерна вылетают из ковша и ударяются о деку.
В результате зерна получают микротравмы, трещины и могут быть механически разрушены. Прирост микроповреждений за один проход через норию составляет от 2 до 10% в зависимости от свойств семян. Один проход нории увеличивает количество битых зерен на 2%, а количество частиц размером менее 1 мм (мучки) увеличивает в 7 – 10 раз.
Избежать травмирования и дробления зерна позволяет снижение скорости движения ленты транспортера до 0,7 м/с и замена бросающего характера выгрузки зерна из нории на высыпающий характер выгрузки.
Это позволяет исключить выход зерна из ковшей при движении на верхнем барабане нории и травмирование при контакте кромки ковша с зерном в нижней его части.

H – радиальная высота ковша; R – радиус кромки ковша;
– угол поворота ковша; ω – угловая частота вращения барабана
Схема движения семени по поверхности ковша

Уравнение движения семени

m – масса семени, кг;
х – радиальная координата положения семени, м;
τ – время, с;
ω – круговая частота вращения приводного барабана, рад/с;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
α – угол поворота ковша нории, рад.

Программа решения дифференциального уравнения движения семени

ковшей вокруг оси вращения верхнего приводного барабана показал, что окружные скорости вращения барабана не должны превышать 6 1/с, а, соответственно, линейная скорость движения ленты конвейера не должна быть больше 0,9 м/с.

на 3D-принтере

ленту конвейера от подачи семян и линейных скоростей движения каретки и ленты горизонтального конвейера, определение массы семян на единице площади конвейера в зависимости от указанных величин
анализ динамических нагрузок на привод механизма раскладки в зависимости от диаметра звездочек цепной передачи, линейной скорости движения и массы каретки, подачи семян
анализ траектории движения семян на выходе из коаксиального патрубка в зависимости от длины и угла наклона коаксиального патрубка, линейной скорости каретки и подачи семян

хода;
3 ‑ лента обратного хода;
4 – бункер-накопитель;
5 – вертикальный конвейер;
6 – питатель;
7 – привод вертикального конвейера;
8 – коаксиальный поворотный патрубок;
9 – привод механизма раскладки семян на ленту конвейера

Схема конвейерного устройства инфракрасной сушки семян
с механизмом раскладки семян на ленту конвейера

1 – рама; 2‑ цепь привода каретки; 3 – звездочка натяжителя цепи; 4 – натяжитель цепи; 5 – звездочка привода цепи; 6 – привод (мотор-редуктор); 7 – каретка механизма раскладки
Схема привода механизма раскладки семян на ленту конвейера

зависимости от подачи семян и линейных скоростей движения каретки и ленты горизонтального конвейера

возвратно-поворотном движении

Схема действия сил на

Дифференциальное уравнение движения семени в движущемся патрубке

Дифференциальное уравнение движения семени в неподвижном патрубке

ленту конвейера подачи семян и линейных скоростей движения каретки и ленты горизонтального конвейера позволяют сделать следующие выводы:
1. При скорости движения ленты конвейера 0,06 м/с скорость движения каретки в диапазоне 1,5 – 2,0 м/с должна обеспечить равномерное покрытие ленты конвейера семенами.
2. Скорость движения каретки в диапазоне от 1 до 2 м/с не приводит к существенным отличиям скорости выхода семян из коаксиального патрубка при различных его угловых положениях.

в бункер-накопитель (масса и объем зависят от обрабатываемой культуры, нами использовались пшеница, подсолнечник и кориандр);
- регулировка частоты вращения ведущего вала раздаточного устройства и ведущего вала транспортера нории обеспечивается с помощью регуляторов с применением датчиков Холла, для данного эксперимента имеют постоянное значение;
- регулировка шиберных заслонок в бункере-накопителе по высоте обеспечивается регулировочным винтами со шкалой;
- частота вращения приводных барабанов транспортерной ленты основного конвейера постоянна;
- после загрузки материала в бункер-накопитель все механизмы приводятся в действие, время непрерывной работы составляло период, за который верхняя ветвь конвейера загружается полностью (при этом нижняя ветвь отключена от привода);
- после заполнения верхней ветви нория и раздаточное устройство отключаются, а семена, находящиеся на транспортере, ссыпаются в лотки, которые разделены по ширине транспортерной ленты перегородками;
- после этого содержимое лотков взвешивается и на основании полученных данных делается вывод о равномерности распределения массы семян по ширине транспортерной ленты.

кориандр

- центральная часть транспортерной ленты наиболее загружена;
- равномерность распределения не зависит от вида обрабатываемой культуры;
- равномерность распределения не зависит от количества подаваемого материала;
- равномерность распределения не зависит от кинематических характеристик нории и раздаточного узла;
- использование разравнивателя не оказывает значительного влияния на равномерность распределения;
- равномерность распределения связана с кинематикой движения транспортерной ленты основного конвейера.

отдельно на приводе раздаточного устройства и нории и основного конвейера при различной загрузке семенами пшеницы, подсолнечника и кориандра. Результаты приведены в таблице 1.

Анализируя полученные данные можно отметить, что мощность на привод раздаточного устройства и нории не зависит от обрабатываемой культуры. При этом мощность на привод основного конвейера увеличивается в зависимости от удельного веса семян обрабатываемых культур.

Определение затрат мощности на привод основного конвейера, нории и раздаточного узла

ТЕПЛОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Цель экспериментального исследования - установление зависимости скорости изменения температуры поверхности зерна пшеницы при воздействии инфракрасного и конвективного теплового потока

разогрева поверхности зерна

позволяет существенно ускорить процесс разогрева зерен;
2. Значительные тепловые потоки от источников инфракрасного излучения могут приводить к чрезмерно высокому темпу нагрева зерна, что может негативно сказаться на его кондициях из-за возможного растрескивания оболочки зерна;
3. Малая инерционность источников теплового излучения и возможность управления тепловой мощностью источников позволяет управлять тепловым воздействием на зерно в ходе сушки, обеспечивая как требуемый температурный режим при стационарном режиме сушки, так и необходимую скорость разогрева зерен, не допуская перегрева поверхности зерна.

основному конвейеру

- берут навеску семян подсолнечника массой 1500 грамм относительной влажностью 5,9 %;
- семена увлажняют водой бытовым распылителем до относительной влажности 10,3%, при этом масса навески составляет 1586,1 грамм;
- увлажненную навеску помещают на верхнюю ленту транспортера основного конвейера в рамку, при этом длина слоя по ширине ленты составляет 1450 мм, ширина слоя – 220 мм, толщина 15 мм;
- после включения инфракрасных излучателей и системы вентиляции верхнюю ленту приводят в движение и семена перемещают под тепловым и воздушным воздействием к сборному лотку, т.е. осуществляют один проход семян при тепловом и воздушном воздействии;
- собранные в лоток семена взвешивают на аналитических весах и определяют их относительную влажность;
далее процесс повторяют до тех пор, пока не будет достигнута исходная влажность и масса навески;
температуру семян замеряют в точках загрузки и выгрузки верхней ленты основного конвейера с помощью бесконтактного пирометра, она составила соответственно 18 и 25 ºС, что удовлетворяет требованиям температурного режима обработки семенного материала не выше 40 ºС

ленты 53,15 с, расстояние 6200 мм (6,2 м).
Скорость движения семян составляет 6,2/53,15=0,116 м/с.
Слой подсолнечника на ленте:
высота – 15 мм; ширина – 1450 мм; длина – 220 мм; масса – 1500 г.
Длина ленты – 6200 мм.
Масса подсолнечника на ленте:
плотная загрузка: 6200/220·1500 = 42 кг; загрузка 50% ленты – 20 кг.
Количество проходов для сушки – 40, время прохода – 1 мин.
Потребляемая мощность излучателей 10 кВт.

влажностью 6,0 %;
- семена увлажняют водой бытовым распылителем до относительной влажности 9,0%;
- увлажненный подсолнечник загружают в бункер;
- включают последовательно основной конвейер, инфракрасные излучатели, систему вентиляции, раздаточный узел, норию;
- контролируют температуру семян на входе в зону и при выходе из зоны действия инфракрасных излучателей с помощью бесконтактных пирометров через каждые 5 мин.;
- контролируют относительную влажность семян в бункере каждые 5 мин с помощью экспресс-измерителя;
- процесс продолжают до тех пор, пока не будет достигнута исходная влажность навески;

сушке подсолнечника

Динамика изменения относительной влажности
при сушке подсолнечника

Результаты экспериментальных исследований при сушке подсолнечника

ВЫВОДЫ
- время сушки 100 кг подсолнечника относительной влажностью 9,5% до относительной влажности 6,0% составило 90 мин., что согласуется с расчетными данными;
- максимальная температура на входе и выходе из зоны теплового воздействия инфракрасных источников не превышает 40 °С.