Имитационное моделирование работы технологической линии послеуборочной обработки семенного зерна

Literatura

1. Pavlov A.N. Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniya sapropelya estestvennoj vlazhnosti na udobrenie putem uluchsheniya kachestvennyh harakteristik i konstrukcii shnekovogo nagnetatelya: dis... kand. tekhn. nauk. - SPb., 1998. - 187 s.

2. Savel'eva L.N., Event'eva E.A. Raschetno-teoreticheskie predposylki k obosnovaniyu tekhnologicheskih parametrov barabannogo smesitelya nepreryvnogo dejstviya // Molodoj uchenyj. - 2008. - №1. - S. 32-36.

3. Malnoch A.O. Sovershenstvovanie tekhnologicheskogo processa prigotovleniya sapropele-mineral'nyh granulirovannyh udobrenij putem obosnovaniya konstruktivnyh i tekhnologicheskih parametrov pressuyushchego ustrojstva: dis... kand. tekhn. nauk. - V. Luki, 2000. - 187 s.

4. Morozov V.V., Savel'eva L.N. Obosnovanie parametrov barabannogo smesitelya sapropele-mineral'nyh udobrenij // Vestnik Rossijskogo gosudarstvennogo agrarnogo zaochnogo universiteta. - 2016. - № 22 (27). - S. 15-21.

5. Morozov V.V., Pavlov A.N., Kokunova I.V., Malnoch A.O. Sapropel' - vazhnejshij istochnik organicheskih udobrenij // Zemledelie. - 2001. - №5.

6. Meerovskij A.S. Sapropelevye udobreniya. - Minsk: Nauka i tekhnika, 1983. - 120 s.

7. Vedenyapin G.V. Obshchaya metodika eksperimental'nogo issledovaniya i obrabotki opytnyh dannyh. - M.: Kolos, 1973. - 195 s.

8. Popkov A.N. Sozdanie metoda rascheta barabannyh smesitelej sypuchih materialov nepreryvnogo dejstviya s vintovoj rabochej poverhnost'yu: dis... kand. tekhn. nauk. - YAroslavl', 1990.

9. Mel'nikov S.V., Aleshkin V.R., Roshchin P.M. Planirovanie eksperimenta v issledovaniyah sel'skohozyajstvennyh processov. - L.: Kolos, 1980. - 168s.

10.Koptev V.V., Bogomyagkih V.A., Trifonova M.F. Osnovy nauchnyh issledovanij i patentovedeniya. - M.: Kolos, 1993. - 144 s.

УДК 361.362: 004.942

DOI 10.24411/2078-1318-2019-14235

Канд. техн. наук Н.Н. КУЗНЕЦОВ

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЕННОГО ЗЕРНА

Современная технология послеуборочной обработки предполагает сушку всего поступившего семенного зерна в «мягких», энергозатратных тепловых режимах. При этом потенциальная фуражная фракция выделяется только при первичной и вторичной очистках [1, 6].

Технология с применением фракционирования до сушки предполагает разделение зернового вороха на несколько потоков при предварительной очистке. Эти потоки отличаются друг от друга физико-механическими свойствами, составом, назначением, интенсивностью и дальнейшей обработкой каждого потока по оптимальной для него технологии [1].

Реализация модели предполагает практическое использование результатов моделирования для определения пропускной способности технологической линии обработки зернового вороха без выделения и с выделением фуражной фракции до сушки.

Цель исследования - повышение эффективности технологии послеуборочной обработки семенного зерна на основе фракционирования зернового вороха до сушки.

Материалы, методы и объекты исследования. Результаты исследований включают анализ материалов по типовым технологиям и техническим средствам для послеуборочной обработки зерна. В работе применяли теоретические методы исследования, основанные на математическом моделировании работы зерноочистительно-сушильного пункта.

Объект исследования - технологический процесс фракционирования и сушки зернового вороха на зерноочистительно-сушильных пунктах.

Результаты исследований. В зонах повышенного увлажнения для послеуборочной обработки зернового вороха применяют в основном поточно-периодическую технологию с использованием зерноочистительно-сушильных агрегатов и комплексов, а также технологических линий, комплектуемых из отдельных машин и механизмов [1, 2].

Исследуемая технология послеуборочной обработки зерна является типовой и включает последовательное выполнение следующих операций: прием зернового вороха, предварительную очистку зерна от примесей и пыли, временное хранение зерна в бункерах активного вентилирования, сушку зерна до кондиционной влажности, отлежку и охлаждение зерна в бункерах активного вентилирования, первичную очистку, вторичную очистку и сортирование. При обработке фуражного зерна первичная очистка, вторичная очистка и сортирование не проводятся [1, 2, 6].

Концептуальная модель работы технологической линии послеуборочной обработки семенного зерна предполагает, что на зерноочистительно-сушильный пункт (ЗОСП) в течение суток поступит 120 тонн влажного зернового вороха. В соответствии с принятой технологией послеуборочной обработки зерна до его сушки будет произведено фракционирование зернового вороха на фракционерах ворохоочистителях (машинах предварительной очистки) и будет выделено 30% зерна в фуражную фракцию.

После машин предварительной очистки и проведения фракционирования зернового вороха предполагается использовать раздельные бункера активного вентилирования для накопления и временного хранения семенной и фуражной фракций.

При дальнейшей работе предполагается вначале высушить семенную фракцию, составляющую 70% от общего объёма семенного вороха. Обработка этой фракции будет происходить в семенном режиме работы оборудования ЗОСП, то есть сушка будет выполнена в семенном режиме работы сушилки, а далее будут выполнены операции первичной, вторичной и триерной очистки высушенного зерна.

Во время сушки семенного зерна фуражная фракция будет находиться в бункерах-накопителях, где необходимо проводить её активное вентилирование атмосферным воздухом. Во время проведения активного вентилирования фуражного зерна может быть удалено до 3-4% влаги, что в дальнейшем ускорит процесс сушки фуражной фракции и позволит уменьшить расход топлива на выполнение этой операции.

После завершения сушки зерна семенной фракции будет высушена фуражная фракция. Обработка этой фракции будет происходить в фуражном режиме работы сушилки, а операции первичной, вторичной и триерной очистки выполняться не будут.

Также предполагается, что при работе технологической линии послеуборочной обработки семенного зерна без предварительного фракционирования зернового вороха, на машинах первичной очистки будет отсортировано и удалено 10% фуража, на машинах вторичной очисти - 20% фуража, на триерных блоках - 5% дроблёного зерна.

Для моделирования работы зерноочистительно-сушильного пункта было выбрано технологическое оборудование, производительность которого представлена в таблице 1, и определено среднее время обработки 1 ц зерна каждым видом оборудования в с/ц.

В соответствии с принятой технологией послеуборочной обработки зерна разработали программу имитационной модели на языке ОРББ. Данная программа позволяет выполнить компьютерное имитационное моделирование работы зерноочистительно-сушильного пункта, как при сушке всего поступившего зернового вороха в семенном режиме, так и имитационное моделирование работы ЗОСП с выделением из общего зернового вороха на

машинах предварительной очистки 30% зерна в фуражную фракцию и дальнейшую сушку выделенного зерна в фуражном режиме [3-5, 8].

Таблица 1. Производительность технологического оборудования ЗОСП

Оборудование Производительность, т/ч Среднее время обработки 1 ц зерна, с/ц

1. Машина предварительной очистки 30 12

2. Сушилка

- фуражный режим 16 23

- семенной режим 8 45

3. Машина первичной очистки

- без фуражной фракции 18 20

- с фуражной фракцией 15 24

4. Машина вторичной очистки

- без фуражной фракции 18 20

- с фуражной фракцией 15 24

5. Триерный блок 16 23

В программу введены переменные величины, значения которых устанавливаются в зависимости от производительности машин, применяемых в технологической линии, и от вариантов работы технологического оборудования [7, 9, 10].

В модели в качестве транзакта принят один центнер зерна, а за единицу модельного времени принят интервал времени 1 секунда.

Для получения случайных величин интервалов обслуживания транзактов использованы непрерывная числовая функция, заданная табличной зависимостью, содержащей 24 точки. Для генерирования случайных чисел использован встроенный в GPSS генератор случайных чисел.

Запуск модели осуществляется картой START, в поле операндов которой указано общее количество стартов (1200), соответствующее общему количеству зерна в центнерах, которое необходимо высушить.

При моделировании были получены стандартные отчёты о работе технологической линии без фракционирования зернового вороха до сушки и с фракционированием зернового вороха (выделяется 30% фуражной фракции до сушки). Результаты моделирования сведены в таблицу 2.

За время моделирования на зерноочистительно-сушильный пункт поступило 1200 ц зерна. При сушке без выделения фуражной фракции получено 797 ц сухого семенного зерна и 403 ц фуражного зерна, из которого 116 ц было выделено на машинах первичной очистки, 236 ц - на машинах вторичной очистки и 51 ц - на триерных блоках.

Сушилка во время работы была загружена на 99,9%. При заданных интервалах поступления сырого зернового вороха с поля от комбайнов и таком режиме работы оборудования потребуется два бункера активного вентилирования БВ-40 для временного хранения сырого зерна до сушки.

Общее время работы зерноочистительно-сушильного пункта без выделения фуражной фракции до сушки при обработке 120 тонн зерна составило 52565 секунд, или 14,6 часа.

При обработке зерна с выделением фуражной фракции до сушки на машинах предварительной очистки было выделено 336 ц фуражного зерна. Оставшиеся 864 ц зерна просушили в семенном режиме, и в процессе обработки дополнительно на триерных блоках было выделено ещё 48 ц дроблёного зерна, которое также отправили на фураж. Общее количество фуражного зерна составило 384 ц. Семенного зерна было получено 816 ц.

Выделенное фуражное зерно 336 ц просушили после сушки семенного зерна в фуражном режиме без последующей очистки и сортировки.

Сушилка во время работы была загружена на 99,9%. При таком режиме работы потребуется один бункер активного вентилирования БВ-40 для временного хранения сырого семенного зерна до сушки и один бункер активного вентилирования БВ-40 для временного хранения сырого фуражного зерна.

Общее время работы зерноочистительно-сушильного пункта с выделением фуражной фракции до сушки при обработке 120 тонн зерна составило 40326 секунд, или 11,2 часа.

При выделении фуражной фракции до сушки на 25% увеличилась нагрузка на машины предварительной очистки (фракционеры). На машины первичной и вторичной очистки нагрузка, наоборот, снизилась, соответственно, на 29% и 15%.

Таблица 2. Результаты моделирования

Варианты работы технологического оборудования

Показатели без выделения фуражной с выделением фуражной

фракции до сушки фракции до сушки

1. Общее время работы ЗОСП, с

2. Поступило зерна с поля, ц 1200 1200

3. Получено семенного зерна, ц 797 816

4. Количество выделенного фуражного зерна 0 336

до сушки, ц

5. Количество выделенного фуражного зерна 403 48

после сушки, ц

6. Получено фуражного зерна всего, ц 403 384

7. Процент загрузки оборудования, %

- машины предварительной очистки 26,8 33,7

- сушилки 99,9 99,9

- машины первичной очистки 55,0 42,4

- машины вторичной очистки 49,0 42,4

- триерные блоки 36,8 50,0

8. Время обработки 1 ц зерна, с

- машины предварительной очистки 11,75 11,34

- сушилки 43,78 33,60

- машины первичной очистки 24,12 19,80

- машины вторичной очистки 23,77 19,81

- триерные блоки 22,81 23,38

9. Вместимость бункеров для зерна, ц

- приемный бункер 28 17

- бункер под сырое семенное зерно 805

- бункер под сырое фуражное зерно - 336

Выводы. Фракционная обработка зернового вороха, по сравнению с обработкой его по традиционной технологии, позволит:

1. Обеспечить гарантированную надежность получения высококачественных семян за один проход через линию окончательной очистки благодаря уменьшению нагрузки на машины первичной и вторичной очистки.

2. Эффективно использовать зерносушилки в хозяйствах. При той же паспортной производительности и сезонной загрузке зерносушилок увеличить выработку ЗОСП (по зерновому вороху) за счет рациональной технологии и режимов обработки целевых фракций, выделенных из вороха.

3. Сократить расход топлива за счет разных режимов сушки семенной и фуражной фракций.

4. Сократить расход электроэнергии за счет исключения обработки выделенной фуражной фракции на машинах первичной и вторичной очистки.

Литература

1. Грушин Ю.Н., Вершинин В.Н., Пустынный Д.А. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян: учебное пособие; Под ред. В.Н. Вершинина. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2014. - 258 с.

2. Кузнецов Н.Н., Вершинин В.Н. Модель функционирования технологического процесса послеуборочной обработки семенного зерна // Молочнохозяйственный вестник. - 2018. -№1(29). - С. 126-133.

3. Шушков Р.А., Кузнецов Н.Н., Вершинин В.Н. Имитационное моделирование досушивания рулонов льнотресты // Техника в сельском хозяйстве. - 2014. - № 4. - С. 29-30.

4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014611542.

Имитационная модель технологической линии пункта досушивания рулонов льнотресты / Шушков Р.А., Кузнецов Н.Н., Вершинин В.Н.; № 2013661489, заявлено 10.12.2013; бюл. № 2 (88) 2014, 20.02.2014.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014660010.

Имитационная модель досушивания рулонов льнотресты / Шушков Р.А., Кузнецов Н.Н., Вершинин В Н.; № 2014617810, заявлено 04.08.2014; бюл. № 10 (96) 2014, 20.10.2014.

6. Титов М.С. Теоретическое исследование эффективности разделения до сушки целевых фракций семенного и продовольственного зерна // Совершенствование технологии и организации уборки и послеуборочной обработки зерна. - Новосибирск: ВАСХНИЛ, 1983. - С. 108.

7. Гордеев А.С. Моделирование в агроинженерии: учебник. - СПб.: Издательство «Лань», 2014. - 384 с.

8. Parti M. Selection of mathematical models for drying grain in thin-layers // J.agr.engg Res, 1993. Vol.54. N 4. P. 339.352.

9. Mathematical model for drying of absorptive porous materials. Inokoma Mironobu, Okazaki Mono, Toli rijozo. «Aeto poljtectn., schrd.chem. Technol. and Met/ser/», 1985, №160, 32 p.

10.Jayas D.S. Alagusundaran K.; Shunmugam G.; Muir W.E.; White N.D.G. Simulated temperatures of stored grain bulks Canad.agr.Engg, 1994; Vol.36, N 4, - P. 239-245.

Literatura

1. Grushin YU.N., Vershinin V.N., Pustynnyj D.A. Mekhanizaciya posleuborochnoj obrabotki zerna i semyan: uchebnoe posobie; Pod red. V.N. Vershinina. - Vologda-Molochnoe: IC VGMHA, 2014. - 258 s.

2. Kuznecov N.N., Vershinin V.N. Model' funkcionirovaniya tekhnologicheskogo processa posleuborochnoj obrabotki semennogo zerna // Molochnohozyajstvennyj vestnik. - 2018. -№1(29). - S. 126-133.

3. SHushkov R.A., Kuznecov N.N., Vershinin V.N. Imitacionnoe modelirovanie dosushivaniya rulonov l'notresty // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. - 2014. - № 4. - S. 29-30.

4. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM №2014611542.

Imitacionnaya model' tekhnologicheskoj linii punkta dosushivaniya rulonov l'notresty / SHushkov R.A., Kuznecov N.N., Vershinin V.N.; № 2013661489, zayavleno 10.12.2013; byul. № 2 (88) 2014, 20.02.2014.

5. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlya EVM №2014660010.

Imitacionnaya model' dosushivaniya rulonov l'notresty / SHushkov R.A., Kuznecov N.N., Vershinin V.N.; № 2014617810, zayavleno 04.08.2014; byul. № 10 (96) 2014, 20.10.2014.

6. Titov M.S. Teoreticheskoe issledovanie effektivnosti razdeleniya do sushki celevyh frakcij semennogo i prodovol'stvennogo zerna // Sovershenstvovanie tekhnologii i organizacii uborki i posleuborochnoj obrabotki zerna. - Novosibirsk: VASKHNIL, 1983. - S. 108.

7. Gordeev A.S. Modelirovanie v agroinzhenerii: uchebnik. - SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 2014. - 384 s.

8. Parti M. Selection of mathematical models for drying grain in thin-layers // J.agr.engg Res, 1993. Vol.54. N 4. P. 339.352.

9. Mathematical model for drying of absorptive porous materials. Inokoma Mironobu, Okazaki Mono, Toli rijozo. «Aeto poljtectn., schrd.chem. Technol. and Met/ser/», 1985, №160, 32 p.

10.Jayas D.S. Alagusundaran K.; Shunmugam G.; Muir W.E.; White N.D.G. Simulated temperatures of stored grain bulks Canad.agr.Engg, 1994; Vol.36, N 4, - P. 239-245.

УДК 631.171 Б01 10.24411/2078-1318-2019-14240

Канд. техн. наук А.И. СУХОПАРОВ

Аспирант И.И. ИВАНОВ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ В РАБОЧЕЙ ОБЛАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНО-РОТОРНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ

В сфере механизации сельского хозяйства все больший интерес в последнее время вызывают центробежные измельчители с горизонтальным ротором, принцип действия которых лежит в разгоне зерновки за счет центробежных сил инерции с последующим ее измельчением ударом или резаньем [1, 2]. Связано это с более низкими энергетическими затратами на процесс измельчения в сравнении с другими измельчителями (дробилками), которые, кроме непосредственных затрат на разрушение зерновки, имеют энергозатраты на перемещение посредством воздуха цельного и измельченного зерна. В центробежно-роторных измельчителях подача материала к молоткам с деками или режущей паре может осуществляться за счет центробежных сил инерции, создаваемых горизонтально вращающимся ротором с рабочими органами [3, 4]. И в этом одной из ключевых ролей центробежно-роторного измельчителя материала является распределяющая чаша или ускоритель, в функции которой входит обеспечение равномерной, стабильной подачи материала к измельчающим органам и придание материалу (частицам), находящемуся на ее поверхности, необходимой линейной скорости и траектории движения.

Большинство конструкций центробежно-роторных измельчителей в своей конструкции имеют центральную подачу материала в ускоритель, выполненный в виде ровного диска (рис. 1) [5]. Однако при такой подаче материала разгон частицы, находящейся наиболее близко к оси вращения, будет затруднен ввиду отсутствия начальной скорости и недостаточности центробежных сил для преодоления сил трения, что спровоцирует появление застойной зоны и рост затрат на их преодоление. Для решения этой проблемы возможны два подхода: подача материала со смещением от оси вращения, приводящего к усложнению конструкции, или использование отражательной поверхности рассекателя, представляющего из себя прямую коническую поверхность, расположенную соосно с осью вращения, обеспечивая отдаление измельчаемых частиц от оси вращения и придания им начальной скорости [6]. В центробежно-ударных измельчителях, использующих принцип удара «камень о камень» с самофутеровкой, не менее важное значение имеет траектория движения измельчаемых частиц (рис. 2).