Автоматизація технологічного процес обробки зерна

ВСТУП

Післязбиральна обробка – одна з найбільш трудомістких операцій сільськогосподарського виробництва та ключова ланка в виготовленні зерна, оскільки саме від неї залежить, наскільки економічно рентабельні  затрати  на всі попередні стадії циклу. Тільки в Запорізькій області  за статистикою 2008 р. було зібрано 1150,1 тис. т зернових культур (у тому числі зерна 519.2 тис. т).

Зерно має своєчасно пройти післязбиральну обробку, щоб мати належну якість и вигляд. Зерно, як і інші частини рослини, живе. В ньому проходять різні біохімічні процеси, зокрема дихання. Інтенсивність дихання залежить від вологості і температури. При вологості понад 14% інтенсивності дихання зерна різко зростає. Це викликає дальше підвищення вологості і температури зерна, призводить до втрат сухої речовини, самозігрівання і повної його загибелі. При вологості менше 14% зерно перебуває в стані анабіозу, отже зниження вологості зерна до такого рівня є однією з умов забезпечення його тривалого зберігання [4].

Другим важливим фактором зберігання зерна є температура, тому що вона безпосередньо впливає на критичну вологість зерна, при якій різко підвищується енергія його дихання. Підвищення температури сприяє розмноженню і життєдіяльності шкідливих комах і мікроорганізмів. Біологічне тепло, що виникає внаслідок життєдіяльності комах і мікроорганізмів, акумулюється в зерні, яке має низьку теплопровідність. Самозігрівання зерна є основною причиною зниження його якості. Тепле повітря із зони самозігрівання піднімається і, зустрічаючи холодне зерно поверхневих шарів, конденсується  та зволожує його. Зволожене зерно пліснявіє і часто проростає, що в свою чергу призводить до самозігрівання.

Третім фактором, що шкідливо впливає на зберігання вологого зерна, є кисень, наявність якого підвищує інтенсивність дихання, тому зберігати вологе зерно можна також ізолювавши його від впливу кисню повітря.

Отже, зберігання зерна можливе лише за умов забезпечення кожного з трьох факторів: низька вологість зерна, низька температура зерна, низький вміст кисню в середовищі, що оточує зерно.

Впровадження поточної технології обробки зерна, яка характеризується комплексною механізацією всіх процесів і операцій, призвело, з однієї сторони, до різкому зниженню затрат праці, а з іншої – до значного ускладнення процесів управління.

Підприємства для післязбиральної обробки зерна в сільському господарстві відносяться до складних об’єктів управління, що пояснюється великим числом зернообробних машин, якими необхідно управляти, і дією багато чисельних впливів, впливаючих на ефективність їх роботи. Обслуговуючий персонал не здатний своєчасно реагувати на ці впливи з випадковим характером. Ручне управління машинами, які працюють в потоці, малоефективне, оскільки на практиці їх продуктивність не перевищує 65…70% номінального значення, а  прагнення її збільшити викликає зниження якості готової продукції.

Автоматизація контролю і управління процесами післязбиральної обробки і зберігання зерна відкриває широкі можливості для підвищення ефективності використання, збільшення продуктивності потокових ліній, подальше зниження затрат праці і покращення якості обробки зерна[5].

1 ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЧОГО ПРОЦЕСУ

Організація післязбиральної обробки зерна – невід’ємне і найвідповідальніше завдання у боротьбі за врожай. Саме вона дає змогу покращити якість і знизити собівартість зерна, подовжити термін його зберігання і захистити від ураження шкідниками посівного матеріалу та самого врожаю.

Зернова маса як об’єкт збереження має унікальні властивості довговічності. Але ця здатність зерна проявляється лише при умові, що свіжо зібрана зернова маса буде своєчасно і правильно підготовлена до збереження;очищена, просушена, розсортована. Затримка з післязбиральною обробкою або проведення необхідних технологічних операцій не в повному обсязі, з порушенням режимів обробки пов’язані з втратами врожаю.

Свіжо зібране зерно називають зерновим ворохом, підкреслюючи цим, що його треба піддати післязбиральній обробці, яка являється обов’язковою частиною процесу виробництва зерна.

В процесі післязбиральної обробки повинна бути підвищена стійкість зерна, для того щоб можливо було зберегти його без суттєвих втрат до нового врожаю.

Післязбиральна обробка зерна представляє собою комплекс взаємопов’язаних та доповнюючих один одного технологічних операцій, в результаті виконання яких забезпечується довгострокове збереження зерна і підвищується його якість. Післязбиральна обробка зерна забезпечує високий технологічний ефект лише тоді, коли усі операції виконують вірно та своєчасно. Свіжо зібрана зернова маса нестійка і може бути зіпсована за короткий період в результаті самозігрівання та зараження плісеневими грибами. Саме тому післязбиральна обробка зерна повинна бути закінчена раніше, ніж проявляться фактори порчі [6].

Сучасна технологія післязбиральної обробки зерна передбачає, що відразу свіжо зібраний зерновий ворох повинен бути направлений в ворохоочисні або зерноочисні машини.

Основні вимоги до очищення зерна в машинах зводяться до того, щоб виконати цю роботу як можливо скоріше. Навіть короткочасна затримка з очисткою знижує якість зерна і збільшує в подальшому об’єм роботи.

Підприємства для комплексної механізації післязбиральної обробки зерна класифікують по таких основних ознаках [7]: призначенню (для насінь, продовольчого і фуражного зерна, універсальні); наборові виконуваних технологічних операцій (очисні й очищувально-сушильні в залежності від зональних умов); продуктивності; числу потокових ліній для обробки різноманітних партій матеріалу (одно-, дво- і багатолінійні). Відповідно до зазначених ознак вибирають підприємства для післязбиральної обробки зерна, з огляду на при цьому характерні для даного господарства і його зонального розташування показники: обсяг і вид оброблюваного зерна; вихідну вологість і засміченість; вимоги до якості матеріалу; терміни дозрівання окремих культур і рівномірність надходження зерна на обробку. Продуктивність зернообробних підприємств прийнята для продовольчо-фуражного зерна 10, 20, 30, 40, 50 і 100 т/год і для насіння (лінії) – 5, 10 і 20 т/год Продуктивність підприємств є продуктивністю технологічного устаткування і машин. Продуктивність певної машини розглядають у даному випадку як вагову кількість матеріалу (іноді вологого), що проходить через її в одиницю часу при оптимальному режимі роботи (оптимальному настроюванню робочих органів), тобто режимі, що забезпечує необхідну якість обробки матеріалу. Продуктивність залежить від виду матеріалу, його засміченості і вологості, а також і від стану навколишнього середовища.

Основне технологічне устаткування ділиться на дві групи: машини для обробки не нормалізованого (зібраного або частково приробленого) зерна і машини для обробки нормалізованного (попередньо очищеного і висушеного) зерна. До першої групи ставляться машини для попереднього очищення зерна і його сушіння, а до другого - для остаточного очищення і сортування матеріалу. Умови роботи машин другої групи більш сприятливі, чим перший.

Устаткування на підприємствах [1] розташовують таким чином, щоб технологічні операції виконувалися послідовно і тим самим забезпечувалося доведення матеріалу до посівних, базисних або обмежувальних кондицій за одне пропускання або прохід (у потоці).

1.1 Вибір технології схеми

Агрегат ЗАВ-25, технологічна схема якого представлена на рисунку 2.1, складається з відділу прийому ОП-50, тимчасового зберігання та попередньої очистки зерна та очищувального відділення ОЗ-25 [1]

Відділення прийому ОП-50 з номінальною продуктивністю  50 т/год включає в себе наступне обладнання: завантажувальний автомобіль 1 типу ГУАР-15Н, бункер дозування 2, передаточний транспортер 3, дві норії 6 та 9 типу НПЗ-50, машину 7 попереднього очищення типу МПО-50, два бункери 4 та 5 тимчасового зберігання, бункер 8 відходів, бункер 12 попередньо очищеного зерна, комплект зерно проводів з перекидними клапанами К19…К23.

До відділення очищення продуктивністю 25 т/год відносяться машина 11 первинного очищення типу ЗВС-20А, два трієрних блока 16 та17 типу ЗАВ-10.90000А, дві норії 10 та 18 типів НПЗ-25, 2НПЗ-25, бункери 13, 14 та 15 відповідно відходів, фуражу та чистого зерна, комплект зерно проводів з перекидними клапанами К24…К27.

Рисунок 1 – Повна технологічна схема зерноочисного агрегату ЗАВ-25: 1 - автомобільний розвантажувач; 2 – приймальний бункер дозатор; 3 – транспортер; 4, 5 – бункера тимчасового зберігання зерна; 6, 9, 10, 18 – норія; 7 – машина попередньої очистки; 8 – бункер відходів попередньої очистки; 11 – машина первинної очистки зерна; 12 – бункер попередньо очищеного зерна; 13, 14 – бункера відходів; 15 – бункер чистого зерна; 16, 17 – трієрні блоки; К19…К27 – перекидні клапани.

Технологічний процес обробки зерна в агрегаті проходить наступним чином. Зерновий матеріал, котрий потрапляє від зернозбиральних комбайнів, вивантажують з транспортних засобів за допомогою автомобілів розвантажувальників в бункер дозування. Далі матеріал, дозований потоком, подають за допомогою транспортера 3 та норії 6 в машину 7, попередньо відкрив засувку на транспортері та поставив перекидний клапан К20 в відповідне положення. В машині 7 зерновий ворох очищається від великих та частково від легких домішок. Відходи вільно висипаються в бункер 8, а попередньо очищене зерно стікає в перекидний клапан К22 та його засувкою ділиться на два потоки. Один потік потрапляє в норію 10 очищувального відділення, а інший норією 9 подаються через перекидний клапан К23 в один з бункерів 4 або 5 тимчасового зберігання за допомогою клапана К19. Якщо очищувальне відділення не працює, то увесь попередньо очищувальний матеріал можливо направити в бункер 4, 5 або 12, встановив відповідним чином засувку клапанів к22 та К23.

Матеріал, котрий потрапляє до очищувального відділення, обробляється спочатку на машині 11, котра очищує зерно від легких, великих та малих домішок, а далі на двох паралельно працюючих трієрних блоках 16 та 17, котрі виділяють довгі та короткі домішки. Після цього зерно зсипається в бункер 15, а відходи подаються в бункер 13 та 14. Якщо в зерні, що переробляється, відсутні довгі та короткі домішки, то його після машини 11 за допомогою норії 18 через клапани  К25 та К27 направляють в бункер чистого зерна.

В відділені ОЗ-25 передбачено очищення по фракційній схемі. В цьому випадку для покращення очищення зерна на машині 11 попередньо допускаються його великі втрати у відходах. При цьому очищене зерно подається в бункер 15 готової продукції, повз трієри, а норією 18 відходи через клапани К25 та К26 направляється в трієри для виділення з них зерна, яке зсипається в бункер 15.

Технологічна схема агрегату передбачає можливість обробки в бункерах 4 та 5 або подачу зерна з них на первинне очищення, для чого відкривають засувку шибера одного з бункерів, відключають транспортер 3, норії 9 та 10 та встановлюють засувки клапанів К19, К23, К24 у відповідне положення.

Структура технологічної схеми дозволяє також вивантаження зерна з бункерів тимчасового зберігання до автотранспорту. В цьому випадку, відкриваючи шибер, зерно з бункера направляють на транспортер 3, в норію 6 та через клапани К20 та К21 в бункер 15, з якого насіння зсипають до автотранспорту.

Ручне керування потоковими лініями обробки зерна потребує великих затрат робочого часу, призводить до помилок при виборі маршрутів і збільшення простоїв потокової лінії. Основними шляхами зниження простоїв є централізація керування машинами, транспортуючими та допоміжними механізмами, введення протизавальних блокувань [3].

Схема керування забезпечує: централізоване керування електродвигунами машин та механізмів; дистанційне керування шиберами в бункерах тимчасового зберігання; сигналізацію положення засувок перекидних клапанів, рівня зерна та відходів у бункерах; централізований контроль температури зерна в бункерах тимчасового зберігання.

До складу низьковольтних комплектних пристроїв для агрегату ЗАВ-25 входять такі елементи: шафа керування очисним відділенням, шафа кіл керування та сигналізації, ящик контролю температури зерна в букерах тимчасового зберігання, ящик керування автомобілерозвантажувачем. На передній панелі шафи керування розміщено мнемосхему потокової лінії, за якою контролюють хід технологічного процесу

1.2. Вибір технологічного устаткування та режимів технологічного процесу.

Зерноочисний агрегат ЗАВ-25 змонтований в уже збудованій споруді. Тому при виборі обладнання слід підбирати таке, яке б по розмірах і розміщенню відповідало старому.

Для піднятті зернового матеріалу із завальної ями до агрегату використовуємо норію типу Н-25-5,5 технічна характеристика якої представлена в таблиці 1.

Таблиця 1 – Технічна характеристика норії Н-25-5,5.