В оптимизации рисового комбайна принимают участие исследователи-инженеры из Ключевой лаборатория современного сельскохозяйственного оборудования и технологий, Университет Цзянсу, и Школы сельскохозяйственной инженерии, Университет Цзянсу, Тао Чжан, Яомин Ли и Гуолян Ю. В статье, опубликованной в журнале Agriculture 2023, они рассказывают о своей работе: «Рис – важная зерновая культура, занимающая в Китае наибольшие посевные площади. На юге Китая сбор риса преимущественно происходит в период с июля по октябрь. В этот период содержание влаги в рисе в пересчете на сырую массу обычно колеблется от 18% до 36%.
При этом влажность стеблей риса может возрастать до 75%, что приводит к снижению эффективности очистки зерноуборочных комбайнов. Сбор риса — это процесс сбора зрелого урожая риса с поля, который состоит из резки, транспортировки, обмолота и очистки.
Рисоуборочные комбайны объединяют в одной машине все традиционные операции: от скашивания до транспортировки, срезая урожай и подавая его в молотильный механизм. Обмолоченное зерно очищают и выгружают в сыпучий вагон или непосредственно в мешки, тогда как солому обычно выгружают за машиной в валок. При обмолоте рисовая смесь, попадающая из барабана на очистное сито, часто имеет поверхность, покрытую жидкостью. Следовательно, рассеивание энергии при столкновении влажных частиц увеличивается по сравнению с сухими частицами. Поток воздуха, ранее достаточный для диспергирования этих обмолоченных рисовых смесей, становится недостаточным, что приводит к усилению агломерации компонентов рисовой смеси.
Чтобы уменьшить прилипание обмолоченных влажных рисовых смесей к поверхности сита, сначала изучали влияние температуры вибростола на скорость десорбции обмолоченных влажных рисовых смесей. Результаты показали, что когда встряхивающая пластина была нагрета до 40 °C и рабочие параметры частоты и амплитуды вибрации были установлены на 6 Гц и 40 мм соответственно, скорость десорбции превышала 65%.
Также изучалось влияние линейной вибрации, круговой вибрации и возвратно-поступательной вибрации на эффективность десорбции обмолоченных влажных рисовых смесей. Результаты показали, что пиковое значение центрального ускорения рабочей поверхности линейной вибрации было значительно выше, чем у круговой вибрации и возвратно-поступательной вибрации, поэтому десорбционный эффект линейной вибрации был лучшим. Был сделан вывод, что клейкую массу можно быстро уменьшить за счет увеличения частоты вибрации. Затем посредством ортогонального теста был сделан вывод, что оптимальной комбинацией параметров является амплитуда 50 мм, частота вибрации 7 Гц и угол вибрации 50°.
Применили модифицированную лазером поверхность к вибрационному ситу рапсового комбайна, и испытания показали, что негладкая поверхность сита обладает замечательным эффектом снижения вязкости и десорбции, а также обладает высокой стабильностью и применимостью. Однако технология обработки негладкой поверхности лазером сложна, а себестоимость высока. Поэтому была рассмотрена возможность уменьшить прилипание влажных частиц с помощью термосита или сита с модифицированной поверхностью. Однако взаимосвязь между эффективностью очистки влажного риса и потоком горячего воздуха еще не анализировалась.
Целью данной работы являлась разработка устройства очистки потоком горячего воздуха и получение оптимального сочетания эксплуатационных параметров для повышения производительности очистки рисоуборочного комбайна. Пять факторов, включая температуру на выходе, скорость вентилятора, температуру жалюзийного сита, наклон жалюзийного сита и скорость эксцентрикового колеса, были взяты в качестве тестовых факторов и посредством математической модели эффективности получено оптимальное сочетание рабочих параметров.
Устройство очистки потоком горячего воздуха состоит из многоканального очистительного вентилятора, нагревательного вентилятора, двухслойного вибрационного сита и т. д., как показано на рисунке 1.
Расход воздуха многоканального очистного вентилятора составляет 10332 м 3 /ч, его конкретную конструкцию и рабочие параметры можно найти в литературе.
Рис 1. Принципиальная схема испытательного стенда очистки потоком горячего воздуха. 1. Загрузочный бункер. 2. Многоканальный очистительный вентилятор. 3. Шланг, устойчивый к высоким температурам. 4. Зернотранспортная трубка. 5. Двухслойное вибросито. 6. Электрический обогреватель. 7. Центробежный вентилятор. Авторы графики: Тао Чжан, Яомин Ли и Гуолян Ю.
Для формирования вентилятора был выбран электронагреватель мощностью 80 кВт и центробежный вентилятор 4–72 4,5 А, обеспечивающий поток горячего воздуха с обеих сторон многоканального очистительного вентилятора. Нагревательный вентилятор и многоканальный очистительный вентилятор соединены двумя термостойкими шлангами. Поскольку поток воздуха от центробежного вентилятора через нагреватель и шланг создает одностороннее сопротивление, приводящее к потере скорости воздушного потока, расход воздуха центробежного вентилятора системы отопления составляет 11 852 м 3 /ч, что больше, чем у многоканального очистительного вентилятора. Изоляционные материалы из пенополиуретана прикреплены вокруг жаростойких шлангов и стены очистного отдела, чтобы уменьшить рассеивание тепла потоком горячего воздуха. Датчик температуры 50 K3950 (Shenzhen Minchuang Electronics Co., Ltd., Шэньчжэнь, Китай) используется для измерения температуры воздушного потока в верхнем центре выпускного отверстия многоканального очистного вентилятора, а термостат используется для регулировки потока горячего воздуха.
Двухслойное вибросито включает в себя нагревательные сита (верхние сита) и тканые сита (нижние сита), угол которых можно регулировать с помощью резьбового стержня и гаек, что видно на рисунке 2. Нагревательный экран имеет «сэндвич»-структуру, включающую жалюзийное сито, нагревательную пленку и крышку. Толщина крышки составляет 0,5 мм, а размер нагревательной пленки немного меньше жалюзийного сита: длина 70 см и ширина 3 см. Нагревательная пленка расположена между жалюзийным ситом и крышкой, что предотвращает прямой контакт обмолоченного рисового материала с высокотемпературной нагревательной пленкой и возникновение возгорания. Температура нагревательной пленки регулируется термостатом ED330L (Shangfang Instrument Meter Co., Ltd., Чжуншань, Китай), температуру жалюзийного сита также можно контролировать. Из-за потерь тепла во время теплообмена между нагревательной пленкой и жалюзийным ситом необходимо калибровать фактическую температуру поверхности жалюзийного экрана.
Рис 2. 1. Зерновой поддон. 2. Нагревательное сито. 3. Тканые сита. 4. Отрегулированный стержень с резьбой. 5. Хвостовые решета. 6. Грохот. Авторы графики: Тао Чжан, Яомин Ли и Гуолян Ю.
Когда относительная влажность на поле достигала 77,4%, рис собирали вручную. Затем его привезли обратно в лабораторию для обмолота. Температура и влажность в помещении составляли 19,4 °C и 58,2% соответственно. Для обмолота использовалось самодельное молотильное устройство, в результате чего были получены обмолоченные влажные рисовые смеси различной массовой доли.
Были сделаны следующие выводы:
(1) Процент потерь рисового зерна уменьшался с увеличением температуры на выходе и температуры жалюзийного сита, но увеличивался с увеличением скорости вентилятора. Коэффициент очистки примесей увеличивался с увеличением температуры на выходе и температуры жалюзийного сита, но уменьшался с увеличением скорости вентилятора.
(2) На основе центрального композитного вращающегося испытания, охватывающего три фактора на пяти уровнях, был сделан вывод, что иерархия влияния на степень потерь при очистке представлена в порядке убывания температурой на выходе, скоростью вентилятора и температурой жалюзийного сита. Что касается уровня очищения примесей, последовательность от наиболее к наименее влияющей была скорость вентилятора, температура жалюзийного сита и температура на выходе.
(3) Используя многоцелевую оптимизацию тестовых факторов, оптимальный набор параметров для устройства очистки потоком горячего воздуха был определен как температура на выходе 40,7 °C, скорость вентилятора 1300 об/мин и температура жалюзийного сита 50 °C. В этих условиях уровень потерь был зарегистрирован на уровне 0,75%, а уровень примесей - на уровне 1,75%.
Результаты дают теоретическую основу для уборки зерноуборочным комбайном риса с высоким содержанием влаги в дождливые и туманные дни. Дальнейшее расследование будет сосредоточено на полевых испытаниях».
(Источник: www.mdpi.com. Авторы: Тао Чжан, Яомин Ли и Гуолян Ю. Автор заглавного изображения: Анна Медведева, AgroXXI.ru).
