Модернизация верхней головки ковшового элеватора

Машины и оборудование

DOI: 10.12737/11278 УДК 621.367.3: 664.7

МОДЕРНИЗАЦИЯ ВЕРХНЕЙ ГОЛОВКИ КОВШОВОГО ЭЛЕВАТОРА

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. И. Оробинский1 доктор технических наук, профессор Н. М. Дерканосова1 кандидат технических наук, доцент И. В. Шатохин1

А. Г. Парфенов1

1 - ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора

Петра I», г. Воронеж, Российская Федерация

Исследования многих авторов подтверждают, что травмирование семян оказывает отрицательное влияние как на семенной материал, так и на продовольственное зерно. Наличие повреждений у продовольственного зерна снижает его товарные, технологические и хлебопекарные показатели. Основными причинами, вызывающими травмирование семян, является механическое воздействие рабочих органов машин и орудий для послеуборочной обработки семян. При этом травмирование будет тем больше, чем больше будет скорость перемещения семян. Анализ характера распределения повреждений между отдельными элементами линии выявил, что около 50 % от всего травмирования зерна (28,3 %) приходится на транспортирующие машины. Из выше изложенного следует, что снижение травмирования семян представляет собой важную проблему, необходимость решения которой обусловлена большими потерями урожая, ухудшением стойкости семян к хранению и снижением качества посевного материала, а поэтому необходимо изыскивать возможность улучшения качества работы в первую очередь транспортирующих машин и, в частности, норий. Это обусловлено тем, что зерноочистительные машины обеспечивают повышение качества очистки зерна, а транспортирующие - наоборот повышают его. Учитывая то, что в зерноочистительных линиях обычно присутствует большее количество норий, то снижение повреждения семян ими будет способствовать значительному улучшению качества обрабатываемого материала. С этой целью необходимо совершенствовать нории, обеспечивая более мягкий режим работы. В связи с этим проделана работа по усовершенствованию конструкции верхней головки нории с целью снижения обратной сыпи. На эту конструкцию получен патент на полезную модель за № 140052. На основании данного патента переоборудована нория, в головке которой был установлен дополнительный горизонтальный ленточный транспортер. Были проведены экспериментальные исследования по выявлению степени обратной. Установлено, что дополнительный ленточный транспортер способствует снижению обратной сыпи при скорости его движения более скорости ленты с ковшами.

Ключевые слова: ковшовый элеватор, верхняя головка, повреждение семян, дополнительный ленточный транспортер.

Лесотехнический журнал 1/2015

207

Машины и оборудование

MODERNIZATION OF THE UPPER HEAD OF THE BUCKET ELEVATOR

DSc in Agriculture, Professor V. I. Orobinsky1 DSc in Engineering, Professor N. M. Derkanosova1 Ph.D in Engineering, Associate Professor I. V. Shatokhin1

A. G. Parfenov1

1 - FSBEI HPE «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I»,

Voronezh, Russian Federation

Abstract

Studies of many authors show that injury of seeds has a negative effect, both on seeds and food grains. Damage in food grains reduces its trade, technological and baking performances. The main reasons causing injury to the seed, is mechanical action of the working bodies of machines and implements for post-harvest treatment of seeds. In this injury will be greater, the greater the speed of the seeds moving. Analysis of the distribution of injury between the individual elements of the line revealed that about 50 % of all injury of grain (28.3 %) falls on transporting machines. From above it follows that a reduction of injury to the seeds is an important problem, which is caused by the need to solve large yield losses, worsening of seeds storage and decrease in quality of the seed, and it is necessary firstly to investigate the possibility of improving the quality of conveying machines, and in particular , bucket elevators. This is because grain cleaning machines provide improved cleaning quality of grain, and conveying ones- conversely increase its. Taking into account that in cleaning lines usually there are several elevators, the reduction of seed damage by them will substantially improve the quality of the processed material. For this purpose, it is necessary to improve bucket elevators, providing softer mode. In this regard, the work was done to improve the design of the upper head of the elevator to reduce feedback eruption. On this construction patent for utility model number ZA 140052 was received. On the basis of this patent bucket elevator was refitted, in which head was an additional horizontal belt conveyor. Experimental studies have been conducted to identify the degree of feedback. It was found that an additional belt conveyor helps to reduce feedback rash when its speed is higher than the speed of bucket belt.

Keywords: bucket elevator, upper head, seed damage, additional belt conveyor.

Введение.

Завершающим этапом в технологическом процессе производства зерна и семян является их послеуборочная обработка, которая включает в себя такие операции, как очистку, сортирование, сушку, транспортировку, распределение и накопление. Указанные операции осуществляются принципиально различными комплексами машин, объединенными в единые зерноочистительные агре-

гаты типа ЗАВ-20, ЗАВ-40, ЗАВ-50 и др.

Анализ качества зернового вороха, поступающего на обработку, показал, что чистота зерна и семян подсолнечника нередко составляет 72-77 % [9] и этот ворох до обработки содержал 5-8 % дробленых семян. По мнению других авторов, [1] зерно до обработки имело 22,3 % внешних повреждений, а после очистки, сортирования и сушки их количество увеличилось

208

Лесотехнический журнал 1/2015

Машины и оборудование

более чем в 2 раза.

Анализ литературных источников показал, что при использовании для посева механически поврежденных семян резко снижается урожайность зерновых культур [5]. Так большинство авторов [3, 4, 5] считают, что 10 % травмированных семян снижают урожайность на 1 ц/га, а 20-25 - на 2-3 ц/га. Следовательно, при высеве семян со степенью травмирования их в 1 % недобор урожая составит 10 кг/га. При неблагоприятных условиях 1 % травмированных семян ведет к снижению урожайности зерновых культур на 30-50 кг/га. В то же время посев сильно травмированных семян приводит к снижению урожайности в 2-3 раза по сравнению с посевом полноценных семян.

Исследования многих авторов подтверждают, что травмирование семян оказывает отрицательное влияние, как на семенной материал, так и на продовольственное зерно [3, 4]. Наличие повреждений у продовольственного зерна снижает его товарные, технологические и хлебопекарные показатели. Зерновая масса, имеющая в своем составе поврежденные зерна, менее стойка к хранению. Нарушение целостности зерна приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания в результате более свободного доступа воздуха к клеткам и развития микроорганизмов на поврежденных частях зерна. А так как в процессе дыхания выделяется большое количество теплоты, то при соответствующих неблагоприятных условиях наступает процесс самосогревания зерновой массы, приводящей к порче зерна или гибели.

На основании анализа ряда работ [2, 3,

4] выявлено, что если принять общее повреждение семян за 100 %, то травмирование их

при созревании в поле достигает 0, 5-7,5 %, при уборке комбайнами - 20-35 %, машинами послеуборочной обработки - 25-50 %, посевными машинами - 2-6 %.

По мнению некоторых авторов [5], рабочие органы зерноочистительных агрегатов и комплексов иногда повреждают семена в большей степени, чем комбайн при скашивании и обмолоте хлебной массы. И это не случайно, поскольку не всегда удается получить требуемый класс чистоты семян за один пропуск зернового вороха через очистительные и сортировальные машины, а повторная обработка способствует увеличению травмирования семян.

Основными причинами, вызывающими травмирование семян, является механическое воздействие рабочих органов машин и орудий для послеуборочной обработки семян. При этом травмирование будет тем больше, чем больше будет скорость перемещения семян [8]. Рассматривая травмирование зерна поточной линии, И.А. Чудин [5] выявил характер распределения повреждений между отдельными элементами этой линии, выяснил, что около 50 % от всего травмирования зерна (28,3 %) приходится на транспортирующие машины.

Обобщение результатов исследований многих авторов [6, 7] показало, что травмирование семян транспортирующими элементами поточных линий для их послеуборочной обработки может достигать следующих величин: в нориях - от 4,0 до 12,0 %; шнековыми транспортерами - от 2,6 до 4,2 %; скребковыми транспортерами - от 2,88 до

10,5 % [11]; в пневмотранспортах - 17 % и более.

Из выше изложенного следует, что

Лесотехнический журнал 1/2015

209

Машины и оборудование

снижение травмирования семян представляет собой важную проблему, необходимость решения которой обусловлена большими потерями урожая, ухудшением стойкости семян к хранению и снижением качества посевного материала, а поэтому необходимо изыскивать возможность улучшения качества работы в первую очередь транспортирующих машин и, в частности, норий. Это обусловлено тем, что зерноочистительные машины обеспечивают повышение качества очистки зерна, а транспортирующие - наоборот повышают его. Например, в норию поступило 7,95 % дробленого зерна, а на выходе из нее дробление составило 11,06 %. В шнек поступило зерно с дроблением 7,5 %, а на выходе дробление составило 8,41 % [5].

Учитывая то, что в зерноочистительных линиях обычно присутствует большее количество норий, то снижение повреждения семян ими будет способствовать значительному улучшению качества обрабатываемого материала. С этой целью необходимо использовать вместо них другие транспортирующие устройства или совершенствовать нории, обеспечивая более мягкий режим работы.

Исследованием влияния конструктивных параметров ковшового элеватора (нории) на травмирование зерна занимались многие авторы [2, 5]. Отмечается, что основное механическое воздействие на зерно в нориях происходит за счет динамического сжатия его в нижней головке и соударения со скольжением в верхней головке.

Нами предложено усовершенствовать конструкцию верхней головки нории с целью снижения обратной сыпи, а, следовательно, и травмирования зерна [10]. На эту конструк-

цию нами получен патент на полезную модель за № 140052. Схема усовершенствованного ковшового элеватора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема усовершенствованного ковшового элеватора

Ковшовый элеватор содержит верхний приводной 1 и нижний натяжной 2 барабаны, огибаемые лентой 3 с ковшами 4, расположенные в кожухе, состоящем из башмака 5 с патрубком для загрузки 6, средних секций 7 и головки 8 с патрубком для выгрузки 9, в котором установлен наклонный ленточный транспортер 10 с приводом. В головке 8 над верхним приводным барабаном 1 установлен дополнительный горизонтально расположенный ленточный транспортер 11.

Ковшовый элеватор работает следующим образом. Зерно из загрузочного лотка 6 поступает в башмак ковшового элеватора 5. При вращении приводного барабана 1 приводится в движение тяговая лента 3 с

210

Лесотехнический журнал 1/2015

Машины и оборудование

ковшами 4. Заполненные зерном ковши 4 перемещаются лентой 3 к верхнему приводному барабану 1. В момент набегания ковшей 4 на верхний приводной барабан 1 за счет возникновения центробежных сил начинается процесс разгрузки ковшей 4, интенсивность которого увеличивается по мере огибания ковшами 4 верхнего приводного барабана 1.

С момента нахождения ковшей 4 в верхней точке приводного барабана 1 и до окончания их разгрузки, зерно поступает на дополнительный горизонтально расположенный ленточный транспортер 11, который исключает возможность соударения его с верхней частью головки 8 и обеспечивает перемещение этого зерна на ленту эластичного транспортера 10, расположенного перед патрубком для выгрузки 9.

Исключение возможности обратного ссыпания зерна и возможности соударения зерна с верхней частью головки элеватора обеспечивает снижение его травмирования.

На основании данного патента нами переоборудована нория, в головке которой был установлен дополнительный горизонтальный ленточный транспортер (рис. 2).

Рис. 2. Общий вид нории с установленным горизонтальным транспортером

Методика исследований.

При выявлении степени обратной сыпи ковшовой нории мы использовали весы марки ВЛКТ-300-М с точностью 1 г и JW-1 с точностью 0,01. Скорость движения ленты с ковшами была постоянной и составляла 2,83 м/с. Выявление обратной сыпи производили при различных коэффициентах заполнения ковша от 0,5 до 0,9. Опыты производили на 3 скоростях движения дополнительной горизонтально установленной ленты: 2,12; 2,83 и 3,82 м/с соответственно.

Для измерения частоты вращения приводного барабана нории мы использовали ручной стрелочный тахометр. Тахометр имеет шкалу от 0 до 2000 об/мин с ценой деления 10 об/мин. Допустимая погрешность: ± 10 об/мин. Для проведения опытов предварительно были подготовлены порции семян подсолнечника, соответствующие заполнению ковша от 50 до 90 %, интервал 10 %.

Результаты исследований представлены на рис. 3.

Из графиков на рис. 3 видно, что по мере увеличения степени заполнения ковшей (коэффициент заполнения 0,5-0,9) обратная сыпь семян увеличивается. При этом наибольшая величина обратной сыпи (2,0-4,5 %) наблюдается при скорости движения дополнительного горизонтального ленточного транспортера в головке нории 2,12 м/с.

Несколько меньше (1,4-2,0 %) обратная сыпь наблюдается при скорости движения транспортера 2,83 м/с. И минимум (1,0-1,5 %) обратной сыпи обеспечивает транспортер, который движется со скоростью 3,82 м/с.

Лесотехнический журнал 1/2015

211

Машины и оборудование

6 -

О4 Ч А X 3

з 3 X от э - ‘

о

1 '

0,5 0,6 0,7 Коэффициент Ъ£П 0,8 юл нения ко 0,9 вшей

Линейная

Рис. 3. Зависимость обратной сыпи семян подсолнечника от скорости ленты и коэффициента

заполнения ковшей

Опыты мы проводили на трех скоростях ленточного транспортера, а именно: на скорости, равной скорости движения ленты с ковшами - 2,83 м/с; на скорости, меньше скорости ленты - 2,12 м/с и на скорости, больше скорости ленты - 3,83 м/с. Таким об-

разом, можно с уверенностью отметить, что дополнительный ленточный транспортер, установленный в головке ковшового элеватора, способствует снижению обратной сыпи семян подсолнечника при скорости его движения более скорости ленты с ковшами.

Библиографический список

1. Горбачев, И.В. Послеуборочная обработка семян трав [Текст] / И.В. Горбачев // Сельский механизатор, 2008. - №11. - С. 18-21

2. Пугачёв, АН. Повреждение семян машинами [Текст] / АН Пугачев. - М. : Колос, 1976. - 320 с.

3. Тарасенко, А.П. Улучшение качества зернового вороха при уборке и послеуборочной обработке [Текст] / А.П. Тарасенко // Техника и оборудование для села. - 2009. - № 6. - С.28-30.

4. Тарасенко, А.П. Снижение травмирования семян при уборке и послеуборочной обработке [Текст] /А.П. Тарасенко. - Воронеж : ВГАУ. - 2003. - 331 с.

5. Чудин, И.А. Использование норий на поточных зерноочистительных линиях [Текст]

/ И.А. Чудин // Земля сибирская дальневосточная. - 1973. - № 9. - С. 36-38.

6. Шатохин, И.В. Транспортирующие устройства зерноочистительных агрегатов-

212

Лесотехнический журнал 1/2015

Машины и оборудование

основные источники повреждения зерна [Текст] / И.В. Шатохин, В.С. Анненков, П.В. Анохин // Молодежный вектор развития аграрной науки: материалы 65-й студенческой научной конференции. - Воронеж : ВГАУ ВПО Воронежский ГАУ, 2014. - Ч.1. - С.21-25.

7. Zareiforoush, H. Effects of crop-machine variables on paddy grain damage during handling with an inclined screw auger [Text] / H. Zareiforoush, M.H. Komarizadeh, M.R. Alizadeh // Biosystems engineering. - United Kingdom, Department of Mechanical Engineering of Agricultural Machinery, Faculty of Agriculture, University of Urmia, 2010. - Vol. 106. - № 3. - P. 234-242.

8. Baryeh, E.A. A simple grain impact damage assessment device for developing countries [Text] / E.A. Baryeh // Journal of food engineering. - United Kingdom, 2003. - Vol. 56. - № 1. -pp. 37-42.

9. Craessaerts, G. Fuzzy control of the cleaning process on a combine harvester [Text] / G. Craessaerts, De Baerdemaeker J., W. Saeys, B. Missotten // Biosystems engineering. - United Kingdom, Department of Biosystems, Katholieke Universiteit Leuven, Kasteelpark Arenberg, 2010. - Vol.106, №2. - P.103-111.

10. Патент 140052 РФ, МПК B 65 G 17/36. Ковшовый элеватор [Текст] / Шатохин И.В. (RU), Парфенов А.Г. (RU); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ) (RU); заявл. 29.10.2013, опубл. 27.04.2014, - 1 с.

References

1 Gorbachev I.V. Posleuborochnaja obrabotka semjan trav [Post-harvest processing of grass seed]. Sel'skij mehanizator [Rural machine operator], 2008, no. 11, pp. 18-21. (In Russian).

2. Pugachev A.N. Povrezhdenie semjan mashinami [Seed damage by machines]. Moscow, 1976, 320 p. (In Russian).

3. Tarasenko A.P. Uluchshenie kachestva zernovogo voroha pri uborke i posleuborochnoj obra-botke [Improving the quality of grain heap during harvesting and post-harvest processing]. Tehnika i ob-orudovanie dlja sela [Machinery and equipment for rural areas], 2009, no. 6, pp. 28-30. (In Russian).

4. Tarasenko A.P. Snizhenie travmirovanija semjan pri uborke i posleuborochnoj obrabotke [Reducing injury of seeds during harvesting and post-harvest processing]. Voronezh, 2003, 331 p. (In Russian).

5. Chudin I.A. Ispol'zovanie norij na potochnyh zernoochistitel'nyh linijah [The use of bucket elevators on the production grain cleaning lines]. Zemlja sibirskaja dal'nevostochnaja [Siberian Far East Land], 1973, no. 9, pp. 36-38. (In Russian).

6. Shatohin I.V., Annenkov V.S., Anokhin P.V. Transportirujushhie ustrojstva zernoochistitel'nyh agregatov-osnovnye istochniki povrezhdenija zerna [Transporting devices of grain cleaning machines, the main sources of damage to the grain]. Molodezhnyj vektor razvitija agrarnoj nauki: materialy 65-j studen-cheskoj nauchnoj konferencii [Youth vector of development of agricultural science: Proceedings of the 65th Student Scientific Conference]. Voronezh, 2014, Part.1, pp. 21-25). (In Russian).

7. Zareiforoush H., Komarizadeh M.H., Alizadeh M.R. Effects of crop-machine variables on paddy grain damage during handling with an inclined screw auger. Biosystems engineering. United

Лесотехнический журнал 1/2015

213

Машины и оборудование

Kingdom, Department of Mechanical Engineering of Agricultural Machinery, Faculty of Agriculture, University of Urmia, 2010, Vol. 106, no. 3, pp. 234-242.

8. Baryeh E.A. A simple grain impact damage assessment device for developing countries Journal of food engineering. United Kingdom, 2003, Vol. 56, no. 1, pp. 37-42.

9. Craessaerts G., De Baerdemaeker J., Saeys W., Missotten B. Fuzzy control of the cleaning process on a combine harvester. Biosystems engineering. United Kingdom, Department of Biosystems, Katholieke Universiteit Leuven, Kasteelpark Arenberg, 2010, Vol.106, no. 2, pp. 103-111.

10. Shatohin I.V., Parfenov A.G. Kovshovyj jelevator [Bucket elevator]. Patent RF, no. 140052, 2014.

Сведения об авторах

Оробинский Владимир Иванович - декан, заведующий кафедрой сельхозмашин ФГБОУ ВПО «Воронежский Государственный Аграрный Университет имени Императора Петра I», доктор сельскохозяйственных наук, профессор, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: Doma-nat@yandex.ru.

Дерканосова Наталья Митрофановна - декан, заведующая кафедрой товароведения и экспертизы товаров ФГБОУ ВПО «Воронежский Государственный Аграрный Университет имени Императора Петра I», доктор технических наук, профессор, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: Domanat@yandex.ru.

Шатохин Иван Васильевич - доцент кафедры сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВПО «Воронежский Государственный Аграрный Университет имени Императора Петра I», кандидат технических наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: Domanat@yandex.ru.

Парфенов Алексей Геннадьевич - магистр кафедры сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВПО «Воронежский Государственный Аграрный Университет имени Императора Петра I», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: parflex@ya.ru.

Information about authors

Orobinsky Vladimir Ivanovich - Dean, Head of Agricultural Machinery department FSBEI HPE «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I», DSc in Agriculture, Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: Domanat@yandex.ru.

Derkanosova Natalya Mitrofanovna - Dean, Head of the Department of Commodity and Examination of Goods FSBEI HPE «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I», DSc in Engineering, Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: Domanat@yandex.ru.

Shatokhin Ivan Vasilyevich - Associate Professor of Agricultural Machinery department of FSBEI HPE «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I», Ph.D in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: Domanat@yandex.ru.

Parfenov Aleksey Gennadyevich - Master of Agricultural Machinery department of FSBEI HPE «Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter I», Voronezh, Russian Federation; e-mail: parflex@ya.ru.

214

Лесотехнический журнал 1/2015