Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Сельское хозяйство, Техника
Размещена 17.02.2014. Последняя правка: 16.02.2014.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ УБОРКИ И СУШКИ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ СЕМЯН РАПСА

Власенков Алексей Николаевич

кандидат технических наук

ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии

ст. науч. сотр.

Перекопский Александр Николаевич канд. техн. наук, доцент, ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. Чугунов Сергей Валерьевич науч. сотр, ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.


Аннотация:
Рассмотрен процесс уборки и сушки высоковлажных семян рапса в толстом слое на лабо-раторной сушилке.


Abstract:
Process of harvesting and drying of high humidity rapeseeds in a thick layer on an laboratory dryer.


Ключевые слова:
Рапс, семена, влажность, эксперимент, комбайн, уборка, сушка, сушилка

Keywords:
Rape, seeds, humidity, experiment, harvester, cleaning, drying, dryer.


УДК 631.365.22

Рапс как культура приобретает всё большее распространение в Северо-Западном регионе Российской Федерации. Но с распространением рапса появилась проблема в правильной его уборке и послеуборочной обработке семян, так как его семена являются переувлажнёнными. В связи с этим затрудняется  обмолот и сепарация семян рапса во время уборки, а также возникают большие энергозатраты во время сушки.

Успех планирования уборочных работ зависит от прогноза погоды, состояния стеблестоя, сроков высева и созревания культуры, а также количества и состава техники, профессионального мастерства агрономической службы, ИТР сельхозпредприятий и квалификации механизаторов.

Исследованиями установлено, что средняя влажность семян при уборке составляет 22-29% . Наибольшие потери семян рапса при уборке в зерноуборочном комбайне приходятся на жатку и молотилку [1].

 При уборке переувлажнённых семян рапса возникает проблема в правильной настройке молотильного устройства зерноуборочного комбайна. Нами был поставлен эксперимент для поиска оптимальных настроек комбайна «Sampo 500» с целью минимизировать потери за молотилкой  при уборке рапса. Исследования по уборке рапса производились на базе Ленинградской НИИСХ в сентябре 2010г. Исходные данные:

- сорт Оредеж 4,

- влажность семян рапса 27%,

- скорость движения комбайна 4,5-5,5 км/ч.

Были выбраны два наиболее значимых управляемых фактора эксперимента: частота вращения барабана, мин-1; зазор между барабаном и подбарабаньем (на выходе), мм. (табл. 1, табл.2)

В качестве критерия оптимизации приняли потери семян рапса (на выходе) за молотилкой.

Таблица 1

Уровни факторов и интервалы варьирования эксперимента

Факторы

Кодовое обозначение

Обозначение

Интервал варьирования

Уровни варьирования

-

0

+

Частота вращения барабана, мин-1

X1

n

100

700

800

900

Зазор между барабаном и подбарабаньем на выходе, мм

X2

h

2

3

5

7

 

Таблица 2

Матрица двухфакторного эксперимента 2-го порядка Бокса-Бенкина

Номер опыта

Кодовое обозначение

Натуральные обозначения

Фактические суммарные потери семян рапса при уборке

Х1

Х2

n, мин-1

h, мм

Y, %

1

-1

-1

700

3

9,57

2

-1

0

700

5

14,47

3

-1

1

700

7

17,7

4

0

-1

800

3

7,95

5

0

0

800

5

13,36

6

0

1

800

7

14,98

7

1

-1

900

3

5,65

8

1

0

900

5

12,23

9

1

1

900

7

14,54

 

Потери во время исследований были разделены на качественные (сорные примеси, дробление), и количественные. Определение качественных потерь выполнялось в соответствии с требованием ГОСТ 10854-88, пробы брались в соответствии с ГОСТ 10852-86. Количественные потери определялись при помощи накладывания рамок. Рамки накладывались по три через равные расстояния на каждом проходе: длина рамки равна 3 м, ширина рамки при исследовании потерь семян равна величине захвата (для комбайна Sampo 500 равна 2,43 м).

По результатам эксперимента рассчитана математическая модель эксперимента и построена поверхность отклика (рис.1)

Распределение суммарных потерь семян рапса (Y,%) в зависимости от частоты вращения барабана (Х1), и зазора в подбарабанье (Х2) 

Рисунок 1 – Распределение суммарных потерь семян рапса (Y,%) в зависимости от частоты вращения барабана (Х1), и зазора в подбарабанье (Х2)

Математическая модель зависимости потерь семян рапса за молотилкой в кодовых обозначениях выглядит следующим образом:

 фурмула 2

R2=0,94

где Y – суммарные потери семян за молотилкой, %;

x1 – частота вращения молотильного барабана, (-1≤x1≤1);

x2 – зазор между барабаном и подбарабаньем, (-1≤x2≤1).

При минимальном зазоре между барабаном и подбарабаньем 3 мм и максимальной частоте вращения молотильного барабана 900 мин-1, наблюдаются минимальные расчётные потери семян рапса Y=6,07%. При увеличении зазора до 7 мм, а также уменьшении частоты вращения барабана  до 700 мин-1  расчётные потери семян возрастают до Y=17,19%.

Семена рапса высокой влажности невозможно сохранить без искусственной сушки. Поэтому вопросы исследования режимов сушки рапса высокой влажности имеют актуальное значение. В связи с этим нами была поставлена цель исследовать процесс сушки рапса в толстом слое [2].

Задачей исследований являлось изучение динамики продолжительности сушки семян рапса на лабораторной сушилке от толщины слоя и первоначальной влажности.

Программой исследований предусматривалось проведение экспериментов по общим и частным методикам. Исследования проводились на лабораторной сушилке, на базе ГНУ СЗНИИМЭСХ (рис.2).

 Схема лабораторной установки для сушки рапса (вид сбоку)

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки для сушки рапса (вид сбоку)

Экспериментальная установка (рис. 2) представляет собой сушильную камеру (5) в которую сверху засыпаются семена рапса. Подогретый воздух от калорифера (2) с помощью вентилятора (3) через воздуховод (4)  подается в сушильную камеру. Управление сушилкой осуществляется с помощью блока управления (1), скорость теплоносителя регулируется преобразователем частоты тока. Выгрузка семян производится подъемом одной стороны сушильной камеры подъемным устройством (6). Семена высыпаются через выгрузное окно (7) [3].

Высота высушиваемого слоя в сушилке составляла 45 см и была условно разделена на три зоны. Слой каждой зоны составляет 15 см.

Результаты экспериментов. Результаты наблюдений за скоростью движения теплоносителя с помощью термоанемометра ТКА-ПКМ 43 показали, что распределение средних величин скоростей теплоносителя по зонам высушиваемого слоя неодинаково. В результате исследования процесса сушки на экспериментальной сушилке получили кривые сушки и нагрева семян рапса по зонам А, В и С. (рис. 3).

 Изменение  влажности W и температуры T семян рапса по высоте слоя (время сушки t=5 ч.)

Рисунок 3 - Изменение  влажности W и температуры T семян рапса по высоте слоя (время сушки t=5 ч.)

Анализ показал, что наиболее интенсивно сушка проходит в зоне А, где происходит быстрый влагосъем, при этом температура рапса достигает наибольших значений. Рапс в зоне В, в основном предварительно прогревается, наблюдается незначительное увеличение его влажности в начале сушки, происходит процесс отлежки с перераспределением влаги.

Температура нагрева семян в сушильной камере не превышала 35ºС.

Процесс сушки верхних слоев зерна можно разделить на два периода (рис.4).


 Зависимость продолжительности сушки семян рапса по слоям при начальной влажности 27%

 Рисунок 4 - Зависимость продолжительности сушки семян рапса по слоям при начальной влажности 27%.

В первый период зона С характеризуется значительным переувлажнением за счет влаги, испаренной теплоносителем из зоны А и В. Во втором периоде (после 2-х часов сушки см. рис. 4) влажность семян рапса вновь снижается. Количественная зависимость между начальной влажностью WН и временем сушки Т зоны А аппроксимировали полиномом второго порядка (R2=0,98):

формула

Так, при влажности 22% время сушки слоя рапса толщиной 15 см до кондиционной влажности (8-12%) составит около 5 час.

Исследованиями установлено, что на экспозицию сушки семян рапса на лабораторной сушильной установке оказывает влияние высота загружаемого слоя рапса в сушилке. Наиболее рациональная высота высушиваемого слоя семян рапса, при начальной влажности 27%, составила 0,3 м. Верхние слои при данной высоте загрузки в основном предварительно прогреваются, наблюдается незначительное увеличение их влажности в начале сушки, происходит процесс отлежки рапса с перераспределением влаги.

Начальная влажность и режим сушки рапса оказывают значительное влияние на производительность и удельный расход энергии. Так при влажности семян рапса 22% и толщине слоя 0,45 м, производительность сушки снижается в 2,1 раза, а затраты электроэнергии (720кВт∙ч) на 1 тонну в 1,3 раза больше по сравнению с сушкой рапса толщиной слоя 0,3 м (550кВт∙ч).

Выводы:

  1. Исследованиями установлено, что влажность семян рапса при уборке составляет 22-27% в условиях Севера – Западного региона.
  2. Наиболее значимыми факторами, влияющими на уровень потерь семян рапса при его уборке зерноуборочным комбайном, являются параметры молотильного устройства такие как: частота вращения барабана и зазор между барабаном и подбарабаньем. Так для комбайна «Sampo 500» минимальные расчётные потери 6,07% наблюдаются при частоте вращения барабана 900 мин-1 и зазоре в подбарабанье (на выходе) 3 мм.
  3. Для сушки высоковлажных (27%) семян рапса температура нагрева  не должна превышать 35ºС, а продолжительность сушки 5-6 часов. Разработанная лабораторная установка позволяет регулировать температуру и скорость теплоносителя, и обеспечивает “мягкий” режим сушки семян рапса.

Библиографический список:

1. Чугунов С.В., Власенков А.Н. Показатели работы комбайна Sampo 500 на уборке рапса //Сельское хозяйство: проблемы и перспективы / Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции, Великие Луки, РИО ВГСХА, 2009, с. 156-158.
2. Власенков А.Н., Чугунов С.В. Семян рапса можно собрать больше / Власенков А.Н., Чугунов С.В. // Сельский механизатор.-2012.-№6. С. 10-11.
3. Чугунов С. В. Специальная камера к универсальной сушилке / Сельский механизатор, №9, 2010, с. 26.




Рецензии:

17.02.2014, 19:12 Несмиянов Иван Алексеевич
Рецензия: Актуальность работы не вызывает сомнений. Статья построена логично, имеет постановку задачи, методику исследования, результаты, имеющие практическую значимость и выводы. Однако, по моему мнению, фраза в названии статьи "Математические модели..." заявлена слишком громко для двух регрессионных уравнений, приведённых в статье. В целом работа хорошая, значимая, имеет конкретные результаты. РЕКОМЕНДУЕТСЯ К ПУБЛИКАЦИИ.

18.02.2014, 22:03 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Очень смутно это напоминает ПФЕ: - мало представлено откликов, - странная матрица планирования (у нее стандартный вид) - дана закодированная модель, причем (похоже взята готовая модель пакета Statistica6), не рассмотрены критерии для ПФЭ, - нет раскодированной модели, - Не выполнена оптимизация. Не рекомендуется к печати. Не ответили на поставленные вопросы!

19.02.2014 10:10 Ответ на рецензию автора Власенков Алексей Николаевич:
Уважаемая Ольга Петровна, позвольте ответить на вашу рецензию: - В статье представлена закодированная модель для упрощения восприятия, так как у нас численные значения факторов отличаются более чем на 2 порядка; - Тем, кто занимается уборкой семян рапса известно, что основным показателем качества выполнения уборочных работ являются - потери семян. Влиять на данный показатель, комбайнёр может только изменением настроек зерноуборочного комбайна, в данной статье приведён диапазон регулировок агрегатов комбайна на основе аналитического обзора литературы. Оптимизацией является процесс нахождения экстремума функции, т. е. выбор наилучшего варианта из множества возможных. В нашем случае присутствуют два конструктивных ограничения максимальная частота вращения барабана и минимальный зазор в подбарабанье, оптимальные параметры работы молотильно - сепарирующего устройства при минимуме потерь даны в выводе 2 данной статьи.



Комментарии пользователей:

20.02.2014, 4:02 Назарова Ольга Петровна
Отзыв: Вы повторяетесь относительно факторов, а меня интересует часть вашей статьи "математическая модель". Для выбранного полного факторного эксперимента не выдержан алгоритм расчета,(если вы показываете отдельные его элементы в статье!) Необходимо или сделать, как положено, или, начиная от таблицы 1 до графика убрать все. Модель при этом показать в раскодированном виде.


17.03.2014, 9:51 Назарова Ольга Петровна
Отзыв: Не рекомендуется к печати.


Оставить комментарий


 
 

Вверх