Бедыч Татьяна Витальевна

Костанайский инженерно-педагогический университет,

г. Костанай, Республика Казахстан

Оптимизация режимных параметров работы нории НЦ-100

В стратегии развития Республики Казахстан до 2030 года важное место отводится обеспечению населения продуктами питания и вопросу продовольственной безопасности страны, на основе разработки и внедрения в производство научно-обоснованных рекомендаций и предложений по рациональному использованию природных ресурсов.

Исследованиями многих ученых установлено, что основными источниками повреждения зерна при послеуборочной обработке являются ковшовые элеваторы. Из общего количества повреждений зерна транспортирующими устройствами на долю ковшовых элеваторов приходится 69,7% от общих повреждений. Поэтому, при совершенствовании старых или создании новых конструкций элеваторов ковшового типа (норий), необходимо использовать наиболее оптимальные условия и режимы работы, способствующие снижению механических повреждений зерна[1-4].

При зачерпывании зерна из башмака ковши нории вступают в непосредственное взаимодействие с зерновым материалом. Это взаимодействие выражается ударом ковшей о зерновую массу и трением, возникающем при прохождении ковшей сквозь слой зерна. Рассмотрим момент удара ковша при входе в слой зернового материала. Ковш массой m перемещается со скоростью V. Для анализа приняли следующие допущения: ковш расположен в вертикальном положении, слой зерна равномерно касается всего периметра ковша; трением в зоне контакта ковша со слоем зерна пренебрегаем.

Кинетическая энергия Т ковша в момент удара о слой зерна:

(1)

где m – приведенная масса ковша, кг;

V - скорость движения ковша, м/с.

Эта энергия преобразуется в работу деформации А слоя зерна:

(2)

где F – сила удара ковша по слою зерна, Н;

δ – деформация слоя зерна при ударе, м;

Следовательно,

(3)

Выразим силу удара ковша о зерно произведением давления q на площадь контакта ковша с поверхностью слоя зерна, S ( S = ):

(4)

После подстановки (4) в выражение (3), получим:

(5)

Из выражения (5) находим давление, возникающее в зерновом материале при ударе ковша:

(6)

где [q] – допускаемое давление, при котором начинается разрушение зерновки, Н/м².

Так как зерновки имеют разные линейные размеры и ориентировку в пространстве, то мы вводим коэффициент k_ф, учитывающий форму зерновок и их ориентацию, который установлен на основании экспериментальных исследований сортировки продукта после выгрузки; k_ф = 0,85…0,96.

Тогда сила удара ковша о зерновой материал будет равна:

·k_ф (7)

Моделирование процесса загрузки ковша зерном в башмаке нории с вероятностью 0,9-0,93 отображает реальный процесс. Травмирование зерна происходит из-за того, что давление, возникающее в зоне контакта кромок ковша с зерновым материалом, превышает допускаемые значения и его можно уменьшить, изменив скорость движения ковшей нории.

Для проведения исследований была изготовлена экспериментальная установка, моделирующая травмирование зерна рабочим органом нории - ковшом (рис. 1).

Рис. 1 - Схема моделирования травмирования зерна на лабораторной установке

В данной методике исследовалась зависимость степени травмирования зерна у, % от факторов: влажность пшеницы, (%); скорость падения груза, (м/с); высота слоя зерна в сосуде 1, (м). Для реализации эксперимента выбран симметричный некомпозиционный план Бокса - Бенкина для 3-х факторов, варьируемых на 3-х уровнях.

Исследования проводили следующим образом. В сосуд цилиндрической формы, имитирующий башмак нории, диаметром 0,04 м и высотой 0,06 м с жесткими стенками (далее сосуд 1) засыпали зерно.

Для испытаний зерно пшеницы тщательно отбирали – не допускалось зерно, имеющее повреждения. Экспериментальные исследования проводили на пшенице сорта «Лютесценс-32». Засыпку производили струей с высоты 0,05 м от верхнего края сосуда 1 на высоту 0,015 – 0,025 м (высоту слоя засыпанного зерна определяли по мерной шкале нанесенной на сосуд 1).

Затем в сосуд 1 помещался другой сосуд цилиндрической формы диаметром 0,038 м и высотой 0,04 м с толщиной стенок 0,002 м (далее сосуд 2), который имитировал ковш. При ударе ковша зерновой материал испытывает динамическую нагрузку, для этого с высоты 0,25 м на сосуд 2 имитирующий ковш сбрасывали разновесы. Количество поврежденного зерна определяли методом двойного окрашивания. Высоту от ровной поверхности (например, стола) до верхнего края сосуда 2 измеряли штангенрейсмассом ШР-М 250 до и после падения груза и по разнице высот вычисляли δ (деформацию слоя зерна при ударе, м). Из выражений (6) и (7) определяли давление q, возникающее в слое зернового материала при соударении с кромкой ковша.

По результатам трехфакторного эксперимента характеризующего влияние х₁ - влажности пшеницы, (%); х₂ - скорости падения груза, (м/с); х₃ - высоты слоя зерна в сосуде 1, (м) на степень травмирования зерна У, (%), составлено уравнение регрессии [4]:

у(х₁,х₂,х₃)=0,32+0,028х₂+0,0125х₁²+0,082х₂²+0,03х₃² (8)

В результате математической обработки экспериментальных данных по программе MathCAD11 получены предельные значения степени травмирования зерна: минимальное количество поврежденных зерен составляет 3,176 %, максимальное 4,30%

Подставляя в уравнение регрессии (8), описывающее процесс травмирования зерна ковшом при загрузке в башмаке нории, поочередно соответствующие значения двух факторов получили поверхности отклика (рис. 2-4).

Рис. 2 - Зависимость степени травмирования Рис. 3 - Зависимость степени травмирования

зерна от х₁ – влажности пшеницы, (%) зерна от х₂ – скорости падения груза, м/с

и х₂ – скорости падения груза, м/с и х₃ – высоты слоя зерна в сосуде 1,(м)

Рис. 4 - Зависимость степени травмирования зерна от х₁ – влажности пшеницы, (%)

и х₃ – высоты слоя зерна в сосуде 1,(м)

На основании полученных данных обоснована оптимальная скорость движения ленты ковшового элеватора, которая составляет 1,72-2м/с при минимальном травмировании зерна 3,176%. Даны рекомендации, которые внедрены в ТОО «Иволга» элеватор и ТОО «Минбаг». Экономический эффект, который определялся как разность стоимости зернового материала после транспортирования норией НЦ – 100 с паспортной скоростью 2,4 м/с и норией с рекомендуемой скоростью движения ленты 1,72 - 2 м/с, составил 9433,45тнг. в год. Производительность нории изменилась незначительно, так как уменьшение скорости движения ленты способствовало более полному заполнению ковшей.

Литература

1. Чазов, С.А. Факторы, способствующие травмированию семян зерновых культур / С.А. Чазов // «Труды Свердловского СХИ», 1972.- том 26.- С.101-105.

2. Тарасенко, А.П. Снижение травмирования семян при уборке и послеуборочной обработке / А.П. Тарасенко.- Воронеж, 2003.- С. 331.

3. Черный, А.С., Климок, А.И. Исследование технологических и конструктивных параметров транспортирующих и сепарирующих рабочих органов / А.С. Черный, А.И. Климок. - Челябинск, 1972.

4. Новик, Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов/Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. - М.:Машиностроение,1980. – С.237.