Введение диссертации (часть автореферата) На тему "Разработка основ теории и машин пневмомеханического шелушения зерна крупяных культур"

На современном этапе развития сельского хозяйства, характеризующимся глубоким реформированием и постоянным совершенствованием его структур на основе рыночных способов ведения производства, как никогда обостряется проблема возделывания конкурентоспособных, рентабельных видов сельскохозяйственных культур. К числу таких культур относятся и крупяные культуры, возделываемые, прежде всего, как сырье для получения различных видов крупяных изделий. Пищевые продукты, полученные при переработке крупяных культур, отличаются повышенным содержанием белка и жира, высокими вкусовыми качествами, питательностью, хорошей пе-ревариваемостыо [15, 42, 61, 83, 97, 102, 104, 186 и др.].

Кроме того, в процессе переработки зерна крупяных культур помимо основного продукта получают отходы которые могут быть использованы как кормовые добавки для животных, сырье для производства красителей и различных абсорбентов, а также как добавка к субстратам, используемым в зимних теплицах [84, 86, 125 и др.].

Имеющийся в литературе экспериментальный и теоретический материал показывает наличие широкого спектра технологий, базирующихся на применении различных способов и машин для шелушения [147, 148, 159, 215 и др.]. Конструктивно-технологические схемы существующих шелушителей основаны на традиционных способах воздействия на зерно (сжатие и сдвиг, сжатие и трение, удар и др). Основными недостатками существующих конструкций являются: необходимость использования дополнительного технологического оборудования для сортирования зерна перед поступлением в шелушильную машину и сепарации продуктов шелушения, невозможность получения высоких значений показателей технологической эффективности за однократный оборот продукта через шелушильную машину. Указанные недостатки снижают производительность технологической линии и приводят к повышению энергоемкости и металлоемкости процесса.

В связи с выше изложенным, проблема научного обоснования и создания новых машин для шелушения, обеспечивающих высокие показатели технологической эффективности при низких рессурсо-энергозатратах является актуальной, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Одним из путей решения данной проблемы является разработка и создание шелушильных машин комбинированного типа, основанных на комплексных способах воздействия на объект переработки. Производственный опыт и анализ исследовательских работ свидетельствуют о том, что технические средства комбинированного типа имеют более высокую производительность и намного снижают энергоемкость технологического процесса.

Анализ существующих технологий и конструктивно-технологических схем машин для шелушения, их систематизация по различным признакам, изучение состояния исследований в этой области показали, что наиболее целесообразным путем повышения производительности, технологической эффективности, снижения энергоемкости, следует считать использование шелушителей нового поколения пневмомеханического типа, основанных на комплексном (аэродинамическом и ударно-инерционном) воздействии на предмет шелушения (зерно).

Целью работы является разработка теоретических основ и создание новых машин пневмомеханического шелушения, обеспечивающих повышение эффективности переработки зерна крупяных культур, изготовление, исследование и внедрение их в сельскохозяйственное производство.

Научная новизна исследований заключается в установлении общих закономерностей процесса шелушения зерна крупяных культур, как тела состоящего из шарообразной ядрицы и сферической оболочки, а также в разработке теории, методов расчета, конструкций шелушителей нового поколения пневмомеханического типа, что подтверждается:

- установленными теоретическими и экспериментальными закономерностями, описывающими процессы деформации, разрушения и отделения оболочки предмета шелушения от ядрицы при статических и динамических силовых воздействиях, а также энергетические показатели процесса пневмомеханического шелушения;

- разработанными конструкциями шелушителей пневмомеханического типа с горизонтальной и вертикальной рабочими камерами (патенты РФ №2196000, №2247604);

- полученными теоретическими зависимостями, описывающими процесс взаимодействия зерна с рабочими органами новых пневмомеханических шелушителей;

- полученными математическими зависимостями, позволяющими обосновать основные конструктивно-технологические параметры новых пневмомеханических шелушителей;

- установленными закономерностями изменения качественных и количественных показателей работы пневмомеханических шелушителей в зависимости от их конструктивно-технологических параметров и от физико-механических свойств зерна.

Использование новых пневмомеханических шелушителей обеспечивает реализацию ресурсо-энергосберегающих, экологичных технологий переработки зерна крупяных культур в крупу непосредственно в условиях сельскохозяйственного производства.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы научно-исследовательскими и конструкторскими организациями при разработке новых конструкций машин для шелушения зерна крупяных культур, а также при эксплуатации пневмомеханических шелушителей в производственных условиях.

Пневмомеханический шелушитель с горизонтальной рабочей камерой внедрен в технологическую линию зерноочистительно-сушильного комплекса совхоза «Актайский» Алькеевского района РТ. Пневмомеханические ше-лушители с вертикальными рабочими камерами внедрены в технологические линии переработки зерна ООО «Каргопольской» Алькеевского района РТ и ООО «Сабинский завод зернопродуктов» Сабинского района РТ.

Техническая документация на пневмомеханические шелушители с горизонтальной и вертикальной рабочими камерами, пневмомеханической горизонтальной камеры для очистки зерна и рекомендации внедрены в проектные работы ОАО КЗ «Россельмаш», ЗАО фирма «Марийагромаш», ОАО «Марийский машиностроительный завод», ПКБ ГУ Зонального НИИСХ Северо-Востока им. Рудницкого, ОАО «Казанский завод нестандартного оборудования», ОАО «Арскдизель», Чистопольского филиала ОАО «Элитные семена Татарстана».

Результаты разработок внедрены в учебные процессы агроинженерных специальностей сельскохозяйственных вузов Российской Федерации.

Основные результаты исследований по теме работы обсуждены и одобрены на научных конференциях в Казанской государственной сельскохозяйственной академии (1991-2004 г.г.), в Самарской ГСХА (1999 г), Вятской ГСХА (г. Киров 2001, 2002 г.г.), Межрегиональных научно-практических конференциях (г. Чебоксары 2001 г., г Ижевск 2002 г.), Международных научно-практических конференциях «Автомобиль и техносфера» (г. Казань, 2001, 2003 г.г.), Международной научно-практической конференции по проблемам научного обеспечения производства послеуборочной обработки, хранения и переработки зерна и других продуктов растениеводства (Республика Казахстан, г. Астана, 2001 г.), Международной конференции по проблемам механизации сельского хозяйства (г. Казань, 2002 г.), Всероссийских научно-практических конференциях по проблемам экологии (г. Казань 2000, 2002 г.), 9 Международном симпозиуме по проблемам экологии в растениеводстве (г. Варшава, 2002 г.), XI Международном симпозиуме по машинному доению и переработке молока (г. Казань, 2003 г.), Международной научной конференции по проблемам интенсификации производства сельскохозяйственной продукции (г. Варшава, 2003 г.), Межрегиональном симпозиуме по проблемам энергосбережения (г. Казань, 2003), Международной научной конференции по теории механизмов и машин, 2-ой Международной научно-практической конференции «Земледельческая механика в растениеводстве» (г. Москва, ВИМ, 2003 г.), научно-техническом совете Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан (г. Казань, 2004 г.), научном совете по механизации сельского хозяйства Академии наук Республики Татарстан ( г. Казань, 2004 г.).

Результаты исследования демонстрировались на республиканских и межрегиональных выставках «Сабантуй - 95» (г. Казань 1995 г.), Агроком-плекс (г. Казань 1997 г.), «Татагроэкспо-99» (г. Казань 1999 г.), «Агроком-плекс: Интерагро-анимед. Фермер Поволжья» (г. Казань 2002г.), «Энергетика. Ресурсосбережение-2002», на международной научно-практической конференции «100 лет механизму Беннетта» (г. Казань 2003 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в рекомендуемых ВАК РФ журналах, монографии (12,15 пл.), брошюре (3,2 пл.), статьях, опубликованных в материалах международных, межрегиональных конференций и симпозиумов и других изданиях в том числе 3 статьи за рубежом. Получены два патента (№2196000, №2247604), одно свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ (№2004610886). Всего по теме диссертации опубликовано 57 работ.

В первом разделе «Анализ состояния проблемы шелушения зерна крупяных культур и обоснование задач исследований» аналитически рассмотрены технологии и технические средства для переработки зерна крупяных культур, дан анализ конструктивно-технологических схем машин для шелушения и основные направления их развития. Приводится аналитический обзор работ по исследованию машин для шелушения и изучению анатомических, физико-механических и технологических свойств зерна крупяных культур с позиции шелушения.

Во втором разделе «Классификация объектов процесса шелушения зерна крупяных культур и разработка новых шелушителей пневмомеханического типа» разработаны классификации способов интенсификации и факторов определяющих эффективность процесса шелушения, способов и машин для шелушения с включением новых шелушителей. Научно обоснованы и разработаны конструктивно-технологические схемы новых пневмомеханических шелушителей с горизонтальной и вертикальной рабочими камерами.

В третьем разделе «Разработка теории процесса пневмомеханического шелушения» приводятся основные теоретические положения пневмомеханического шелушения, которые включает физико-математическую модель зерна крупяных культур как предмет шелушения, теоретические зависимости разрушительных сил, энергии и скорости удара оболочки и ядрицы предмета шелушения при взаимодействии с рабочими органами от физико-механических свойств зерна, геометрических параметров и прочностных характеристик рабочей поверхности.

Здесь же рассмотрены основы динамики и энергетические показатели процесса пневмомеханического шелушения.

В четвертом разделе «Теоретическое обоснование параметров пневмомеханических шелушителей» теоретически описываются основные закономерности процессов взаимодействия зерна с новыми рабочими органами (бросковый вентилятор,шелушильная камера), обосновываются их конструктивно-технологические параметры и режимы работы пневмомеханических шелушителей с горизонтальной и вертикальной рабочими камерами.

В пятом разделе «Программа и методика исследований» изложены общая программа исследований, методика лабораторных и лабораторно-производственных экспериментальных исследований, методика энергетической и экономической оценки, а также методика обработки результатов опытов.

В шестом разделе «Экспериментальная проверка теоретических положений и оценка эффективности пневмомеханических шелушителей» представлены результаты экспериментальных исследований по проверке теоретических положений и влияния основных конструктивных и технологических параметров шелушителей пневмомеханического типа на показатели эффективности рабочего процесса в производственных условиях.

В выводах приводятся основные результаты исследований, выполненных в соответствии с поставленными задачами.

На защиту выносятся следующие основные положения

- классификационные схемы объектов процесса шелушения зерна крупяных культур;

- общие закономерности процесса пневмомеханического шелушения;

- теория и методы расчета пневмомеханических шелушителей;

- конструктивно-технологические схемы шелушителей пневмомеханического типа;

- результаты производственных испытаний, технико-экономические и энергетические показатели работы разработанных пневмомеханических шелушителей.

В диссертации представлены результаты проведенных автором теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в течении полутора десятка лет. В работе использованы некоторые материалы кандидатской диссертации, выполненной автором под руководством профессора Х.С Гай-нанова. В диссертационной работе использованы также материалы исследований, выполненных А.В. Дмитриевым и И.В. Маланичевым при личном участии и под руководством автора, по которым имеются совместные публикации.

Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных машин Казанской государственной сельскохозяйственной академии. Исследования проводились в соответствии с пятилетними планами НИР Казанской ГСХА 19902004 г.г. Работа входила в план научных исследований по общесоюзной комплексной научно-технической программе О.СХ. 103.01 (номер государственной регистрации 01813000770). С 2000 года исследования проводились в рамках координационной программы по проблеме «Разработать системы технологизации и инженерно-технического обеспечения агропромышленного производства как основы стабилизации АПК субъектов Российской Федерации Северо-Кавказского, Приволжского и Уральского федеральных округов» на 2001-2005 годы по теме №03.01 «Разработать зональные и региональные системы перспективных технологий и машин для механизации агропромышленного производства в условиях рыночной экономики». Работа зарегестрирована ВИТНЦ (регистрационный номер 01.20.03 01955).

Диссертационная работа состоит из введения, 6-ти разделов, общих выводов, библиографического списка и приложений, изложена на 391 страницах машинописного текста, содержит 24 таблиц, 70 рисунков. Библиографический список включает 289 наименований, в том числе 36 па иностранных языках.