Файл: Экономическая эффективность почвозащитной технологии и комплекса противоэрозионной техники (сборник научных трудов)..pdf

знилке, часто ограничиваются автоматическим регулиро­ ванием только температуры зерна в зоне максимального иагрева. Системы стабилизации температуры зерна предложены в двух вариантах: с воздействием на про­ должительность нагрева и на температуру сушильного агента.

Автоматическое регулирование температуры зерна в зоне максимального нагрева предохраняет его от не­ допустимых температурных перегревов, но отсутствие ин­ формации о влажности зерна (исходной и конечной) не гарантирует получения необходимой конечной влаж­ ности .

В последних, наиболее современных системах исполь­ зуется для управления процессами сушки информация « влажности зерна, поступающая от поточных автомати­ ческих электровлагомеров. Здесь можно указать лишь

•несколько работ, посвященных этому вопросу. Это рабо­ ты ВНИИЗ (2), ВИЭСХ (1, 4), ОТИ (5) и Националь­ ного института сельскохозяйственной техники (Англия). Все предложенные системы выполнены с воздействием на продолжительность сушки и отличаются технически­ ми средствами их реализации и законами регулирова­ ния. Авторы ограничились в основном разработкой од­ ноконтурных автоматических систем, реагирующих только на отклонение конечной влажности зерна от заданного значения. Такие системы автоматического ре­ гулирования для объектов с большим запозданием об­ ладают ограниченными возможностями и не всегда обес­ печивают нужное качество регулирования.

Кроме того, эффективность той или иной системы уп­ равления во многом зависит от достоверности использу­ емой информации. Поэтому особую важность приобрета­ ет вопрос точности измерения влажности зерна в потоке.

Разработанные и используемые на практике поточные влагомеры зерна (В. Р. Краусп, А. А. Пикерсгиль, П. Н. Платонов, С. А. Цветнов, V. Matthewz) отлича­ ются конструктивным и схемным исполнением и основа­ ны на использовании емкостного принципа измерения влажности, при котором зерно находится в переменном

.электрическом поле.

Суммарная погрешность влагомеров, основанных на измерении диэлектрической проницаемости (5), зависит ют целого ряда факторов : физико-механических свойств

370

зерна, параметров влагомера (конструкция датчика, частоты колебаний, усилительно-измерительной схемы и др.) и состояния окружающего воздуха (температуры

иотносительной влажности).

Кфизико-механическим свойствам измеряемого про­ дукта, оказывающим влияние на диэлектрическую про­ ницаемость, относятся влажность и температура мате­ риала, плотность и натура зерновой массы, форма и раз­ меры зерен, наличие минеральных частиц, распределе­

ние влажности в зерне и в межзерновом пространстве, диэлектрические потери и активное сопротивление зерна.

Ихотя показания емкости влагомеров по сравнению

свлагомерами, основанными на измерении электропро­ водности зерновой массы, меньше зависят от распреде­ ления влаги внутри зерна, в межзерновых пространст­ вах и от явления контактных переходов, они характери­ зуются средней ошибкой измерения 1—2%> и значитель­ ным разбросом отдельных показаний. Это отрицательно сказывается на эффективности работы САР.

Следует заметить, что работы, проводимые по автома­ тическому поддерживанию влажности материала непо­ средственно по параметрам зерна, как в СССР, так и за границей, находятся в стадии исследований и испыта­ ний. В производстве регуляторы подобных систем прак­ тически отсутствуют. К тому же стоимость таких систем по сравнению со стоимостью сушилок значительна. Так, например, стоимость системы автоматического регули­ рования Супер-Конти без исполнительных механизмов составляет 1656 руб, т. е. около 50% от стоимости су­

шилок СЗС-8.

В настоящее время развитие сушильной техники не­ избежно связано с дальнейшим совершенствованием ме­ тодов и средств управления режимами работы агрега­ тов и стабилизации влажности зерна на выходе. Наибо­ лее перспективными направлениями на данном этапе является создание объектов, обладающих большим самовыравниванием и с самонастраивающейся системой.

Степень самонастройки системы относительна. Иде­ альной самонастраивающейся была бы такая система, которая сохраняла бц требуемые динамические и стати­ ческие характеристики неизменными при любых возмож­ ных условиях. Практически самонастраивающейся си­ стемой считается такая система, которая сохраняет ди-

171

намичеекие и статические характеристики неизмен­ ными лишь в определенных пределах.

Одним из первоочередных пунктов при формулирова­ нии основных предпосылок возникновения самонастраи­ вающихся систем (6) является:...«Всестороннее изучение функциональной деятельности главных организмов и пе­ ренесение важнейших результатов целенаправленного управления из сферы живой природы в технику».

Учитывая данный принцип - основных предпосылок создания самонастраивающейся системы, нами было ис­ пользовано изменение коэффициента трения, а следова­ тельно, и сыпучести зернового материала, в зависимости от его влажности для стабилизации влажности зерна на выходе в процессе сушки без применения замкнутых систем автоматического регулирования.

С целью экспериментальной проверки предложенной идеи в лаборатории послеуборочной обработки зерна ВНИИЗХ в 1971—72 гг. была изготовлена лабораторная установка, на которой в дальнейшем исследовались ос­ новные параметры сушилки, стабилизирующей влаж­ ность зерна на выходе. Исследования были проведены под руководством канд. техн. наук. А. Г. Громова.

Схематическое изображение модели представлено на рис. 1. Оно состоит из внешней 1 и внутренней 2 перфо­ рированных стенок, образующих емкость для высушива­ емого зерна,загрузочного бункера 3 для создания техно­ логического запаса зернового материала; шарнирно ус­ тановленных заслонок 4, служащих для изменения уг­ ла «oci» между нормалями, проходящими через нижнюю кромку 5 образовавшейся щели — одна горизонтально, а другая через верхнюю кромку 6 той же щели; вороши­ телей 7 гребенчатого типа, приводящихся во вращение от электродвигателя 8 через бесступенчатый регулятор ско­ рости 9; отражателей 10 — для направления высушен­ ного зерна в накопительную емкость; электрокалорифе­ ра 11 с пультом управления 12 и вентилятора 13 с элек­ тродвигателем 14.

Работа осуществляется следующим образом. Уста­ навливают заслонки в таком положении, чтобы угол «ai» был близок углу естественного откоса материала жела­ емой влажности, засыпают влажный зерновой материал, включают вентилятор, необходимое количество нагрева­ тельных элементов элактрокалорифера и электродвига­ тель привода ворошителей. Сушильный агент, обдувая

172

поверхностные слои, а также пронизывая толщу зерно­ вого столба, высушивает зерно, тем самым уменьшает трение, в результате чего увеличивается сыпучесть зерна. При достижении зерновым материалом влажности, при которой угол естественного откоса его уменьшается до величины установленного угла «ai», зерно самотеком «потечет» из щелей. Постоянство соответствия между влажностью материала, находящегося в зоне отверстия истечения, и углом естественного откоса его обеспечива­ ет ворошащее устройство, благодаря воздействию рабо­ чими органами («зубьями») ворошителей на материал, которые двигаются в направлении, обратном движению высушенного материала. Этим самым предотвращается явление обвала и обрушения.

На первом этапе исследований модели сушилки не­ обходимо было выяснить экспериментальным путем принципиальную возможность создания сушилки, стаби­ лизирующей влажность материала на выходе без приме­ нения замкнутой ситемы автоматического регулирования. Для этого были определены статическая характеристи­ ка, показывающая связь между качеством (влаж­ ностью) и количеством выходящего из объекта матери­ ала, и динамическая характеристика, показывающая устойчивость процесса сушки (влажности и производи­ тельности) во времени.

Анализ данных характеристик (7) показал, что при незначительном изменении влажности материала, про­ изводительность сушилки резко изменяется. Так, напри­ мер, в результате исследований, проводимых на зерне пшеницы, искусственно увлажненном, при изменении влажности на конечном участке на 2% (с 12,5 до 14,5%) производительность снизилась на 50%. Максимальные отклонения в установившемся режиме работы сушилки составляют ±0,38% при средней влажности равной 12,65%. Следовательно, на основании приведенных дан­ ных можно утверждать о возможности создания сушиль­ ных устройств, использующих зависимость сыпучести материала от его влажности для процесса стабилизации последней.

Однако по аналогии с тем, как было отмечено выше, практически стабилизирующим сушильным устройством можно считать такое устройство, которое, во-первых, способно стабилизировать влажность зерна на выходе в заданных пределах с отклонениями, допускаемыми аг-

174

ротребованиями, при воздействии возможных внешних; возмущающих факторов; во-вторых, при наличии в зоне истечения материала ворошащего устройства, которое может обеспечить постоянное . соответствие между влажностью материала и углом естественного откоса его при высоком качестве ворошения. (Под идеальным ка­ чеством ворошения, в данном случае, следует понимать, такое воздействие рабочих органов ворошителя на зер­ новой материал в зоне истечения, которое приводило’

вдвижение слой зерна толщиною в одно зерно).

Всвязи с этим в настоящей работе ставятся для изу­

чения следующие вопросы;

1.Влияние возмущающих факторов на устойчивость работы модели стабилизирующей сушилки.

2.Влияние скоростных режимов вращения ворошите­ лей и их конструктивных параметров на производитель­

ность истечения и качество ворошения.

Основными возмущающими факторами, влияющими на сыпучесть зернового материала, являются влажность и засоренность. Однако учитывая, что зерновой матери­ ал поступает на сушку после предварительной очистки; его, где наиболее крупные и мелкие фракции сорной примеси удаляются, поэтому нами принята в данной ра­ боте в качестве основного возмущающего фактора — влажность зерна. Вопрос влияния сорных примесей наг устойчивость выходных параметров рассматривается на основании предварительных данных:

Изучение влияния возмущающего фактора по влаж­ ности на устойчивость работы модели производилось, опытным путем на пшенице искусственно увлажненной,

Порядок проведения опытов был следующим. Перво­ начально входной величиной служил зерновой материал максимальной влажности. Перед внесением возмущения в объект процесс в верхней зоне стабилизировался и вы­ держивался в установившемся состоянии (в течение. 1,5—2 часов, а в нижней зоне был близок к установивше­ муся. Скачкообразное возмущение вносилось изменени­ ем (уменьшением) влажности зерна на входе на 25-v30%. По окончании переходного процесса новое ус­ тановившееся состояние вновь выдерживалось в течение

17S

1,5 часа, после чего наносилось второе скачкообразное возмущение путем увеличения влажности зерна на входе на 25-f30%. Опыты были закончены лишь после того, когда выходной параметр по влажности в обеих . зонах принял устойчивый характер. Продолжительность опы­ тов составила соответственно 35 часов и 8,5 часа.

Производительность и влажность высушенного ма­ териала фиксировались для каждой зоны в отдельности через каждые 30 мин.

Производительность в 1-м опыте (с искусственно увлажненным зерном) определялась путем взвешивания на весах ВЛТК-500, а влажность измерялась приборами датского производства Супер-Вена и Цера-Тестер. При проведении 2-го опыта (на зерне естественной влажнос­ ти) взвешивание зерна производилось на медицинских весах с точностью измерения Юг, а определение влаж­ ности — по ГОСТ 12041-66. Температура сушильного агента в 1-м опыте равнялась температуре окружающего воздуха и составляла 21—22°С.

Во втором опыте в качестве нагревателя использо­ вался электрокалорифер платформенной сушилки СП-12. Температура сушильного агента фиксировалась с по­ мощью термодатчиков, расположенных по схеме, указан­ ной на рисунке 1. На входе она равнялась 50—54°С, а на выходе — 36°С. Расход сушильного агента составлял

334 м3/час.

в верхней и нижней зонах при проведении опыта на зер­ не естественной влажности.

Анализ результатов, полученных в данном опыте, по­ зволяет сделать следующее заключение:

1. Изменение влажности на входе на 6,1% изменяет выходную величину на 1,5% в верхней зоне, и на 1,0% — в нижней зоне. Нанесение вторичного возмущения в сто­ рону увеличения влажности на 6,1% вызывает изменение выходных величин по зонам соответственно на 1,5 и

2,0% .

2. Регулируемая величина в установившемся режиме колебалась в незначительных пределах.

Следовательно, изменение входной величины на 4% влажности влечет изменение выходной величины в сред­ нем на 1% влажности.

167

Таким образом, коэффициент самовыравнивания исследуемой модели, определяемый как отношение от­ носительного изменения входного параметра к относи­ тельному изменению выходного параметра, т. е.

равен 4. Таким же равен коэффициент самовыравннваппя при изучении влияния возмущающего фактора по влажности на устойчивость процесса сушки при прове­ дении опыта на искусственно увлажненном зерне (Опыт 1-й). И как указывает В. М. Ордынцев и др., объекты с большим самовыравниванием могут работать без авто­ матических регуляторов.

Статическая характеристика модели рис. 3, построен­ ная по данным опыта 2. в области кондиционной влаж­ ности зерна показывает, что изменение влажности зер­ на на выходе на 1% с 14'% до 15 Елечет изменение про­ изводительности на 30%.

Изучение влияния возмущающего фактора по засо­ ренности на устойчивость процесса сушки проводилось по методике, аналогичной методике при изучении влия­ ния возмущающего фактора по влажности. Разница за­ ключается лишь в том, что в качестве возмущения было изменение засоренности. Известно, что семена различных сорных растении в зависимости от их процентного со­ держания в зерновой массе, могут либо ухудшить ее сыпучесть, либо увеличить ее. Поэтому в качестве тако­ вых применялись в опыте овсюг и просо. Предваритель­

равной 25,Г%, в следующей последовательности: чистое зерно — Во10 — Вшп — ВОГ) — Вш.

В результате проведенного анализа было сделано следующее предварительное заключение:

1. Зерновая смесь, содержащая до 5% семян сорных растений, на процесс стабилизации влажности в процессе сушки существенного влияния не оказывает.

2. Необходимы дальнейшие исследования с целью изучения влияния семян сорных растений на сыпучесть зерновой смеси.

В качестве ворошащего устройства применялся во­ рошитель гребенчатого типа, рабочим органом которого

178