Совершенствование процесса фракционирования зернового вороха на решетном стане зерноочистительных машин
На правах рукописи
ЧЕРНЫШОВ Алексей Викторович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА НА РЕШЕТНОМ СТАНЕ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические наук
и)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2011
Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных машин федераль ного государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I».
заслуженный деятель науки и техники РФ,
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Тарасенко Александр Павлович
Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Свиридов Леонид Тимофеевич кандидат технических наук, доцент Шередекин Виктор Валентинович ОАО « Воронежсельмаш»
Ведущая организация:
Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ.
Автореферат размещен на сайтах и http://www.vsau.ru http://www.vak.ed.gov.ru Автореферат разослан « 13 » февраля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент И. В. Шатохин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время одной из важнейших задач агропромышленного комплекса России является увеличение производства зерна, что позволит решить проблему надежного обеспечения населения продовольствием. Основными путями решения данной проблемы являются повышение урожайности и снижение потерь зерна на всех стадиях производ ства. Причина низкой урожайности зерновых в нашей стране – плохое каче ство семян. Несвоевременно обработанное зерно является благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов, поражающих семена и ухудшающих их посевные и товарные качества. Поэтому свежеубранный зерновой ворох необходимо на ранней стадии его послеуборочной обработки очищать по мере его поступления на ток от засорителей, дробленого, трав мированного, биологически неполноценного зерна. При этом наибольший эффект достигается при использовании технологии фракционирования с уве личением производительности зерноочистительных машин. Однако повыше ние производительности решетных машин в значительной степени лимити руется габаритами сепаратора, поэтому одним из способов решения данной проблемы является рациональная компоновка решет в решетном стане.
Предлагается усовершенствовать процесс фракционирования зернового вороха на решетном стане зерноочистительных машин за счет выбора рацио нальной компоновки решет. Это позволит получить зерно, отвечающее по севным и товарным качествам, при увеличении производительности зерно вых очистительных машин.
Степень разработанности проблемы. Вопросам плоскорешетного се парирования зернового вороха посвящены труды В.П. Горячкина, М.Н. Ле тошнева, И.Е. Кожуховского, В.А. Кубышева, Н.Н. Ульриха, Г.Д. Терскова, И.И. Блехмана, И.И. Быховского, И.Ф. Гончаревича, В.В. Гортинского, П.М. Заики, Л.Т. Свиридова, А.И. Петрусова, В.М. Цециновского, B.C. Быко ва, А.П. Тарасенко, В.И. Оробинского, Ю.И. Ермольева, А.Н. Зюлина, С.С. Ямпилова, И.П. Лапшина и др.
Установлено, что на эффективность решетного сепарирования в целом влияет много факторов, характеризующих свойства, состав смеси, интенсив ность ее поступление в единицу времени, а также технологические схемы разделения вороха. Действие этих факторов оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на качество очистки зернового материала и производи тельность зерноочистительных машин.
Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствова ние процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъя русном стане путем выбора рациональной схемы компоновки решет для по вышения производительности и качества очистки.
В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:
предложить техническое решение для повышения производительности шес тирешетного двухъярусного стана и качества фракционирования зернового вороха;
разработать математическую модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, с обоснованием возможности повышения производительности и улучшения качества очистки;
обосновать рациональную схему компоновки решет для фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и режимы его работы;
определить экономическую эффективность использования предложенного технического решения.
Объектом исследования являются технологический процесс фракцио нирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и средст ва для его реализации.
Предметом исследований являются закономерности процесса фракцио нирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане.
Методологическая, теоретическая и экспериментальная база иссле дования. Теоретические исследования базировались на математическом мо делировании процесса фракционирования зернового вороха на шестирешет ном двухъярусном стане;
экспериментальные исследования проводили в лабо раторных условиях;
результаты экспериментальных исследований обрабаты вали с использованием пакета программ Microsoft Office, Microsoft Excel, Sta tistica 7 и др.
Научная новизна:
предложено техническое решение для повышения производительности и качества очистки при реализации процесса фракционирования зернового во роха;
разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, отличающаяся тем, что позво ляет выявить распределение зернового материала с учетом предложенной схемы компоновки решет и постановкой скатной поверхности под верхним сортировальным решетом;
получены закономерности изменения качественных показателей фракцио нирования зернового вороха, отличающиеся учетом использования предло женной схемы компоновки решет в решетном стане.
Практическая значимость. Предложенная схема компоновки решет для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяет уве личить производительность решетного стана и получить зерно, отвечающее товарным и посевным качествам. Результаты теоретических и эксперимен тальных исследований могут быть использованы при проектировании, на стройке и эксплуатации решетных станов зерноочистительных машин, а так же в учебном процессе.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Дис сертация соответствует паспорту специальности 05.20.01 -«Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)» (критерий П.8 «Положение о порядке присуждения ученых степеней» Минобрнауки России).
Апробация и реализация результатов диссертации. Основные поло жения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно практических и учебно-методических конференциях Воронежского ГАУ (2006–2011гг.), научной конференции Воронежской ГТА (2009 г.). Данная тема отмечена научным грантом по программе «У.М.Н.И.К.» Российского фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печат ных работ, в том числе 2 – в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, общим объемом 1,22 п. л (ав торских 0,82 п. л.), получен 1 патент на полезную модель РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 129 наименований, и приложений. Основная часть диссерта ции изложена на 112 страницах компьютерного текста, включая 31 рисунок и 10 таблиц.
На защиту выносятся: математическая модель процесса фракциони рования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с предло женной схемой компоновки решет позволяющая выявить распределение зер нового материала с учетом постановки скатной поверхности под верхним сортировальным решетом;
техническое решение для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяющее повысить производитель ность решетного стана и полноту выделения примесей;
закономерности из менения качественных показателей фракционирования зернового вороха, учитывающие использование предложенной схемы компоновки решет в ре шетном стане.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель ис следований, объект и предмет исследований, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмот рены основные показатели качества семян пшеницы, а также различные схе мы расположения решет в решетных станах, применяемых для фракциони рования зернового вороха.
При рассмотрении конструкций решетных станов установлено, что по лучение качественного зернового материала возможно путем выделения в фуражную фракцию биологически неполноценных семян. Наиболее эффек тивно это достигается на шестирешетных двухъярусных станах. Однако су ществуют недостатки рассмотренных устройств, заключающиеся в том, что сепарирующие возможности каждого типа решет, особенно с учетом разде ления на фракции, реализуются не в одинаковой мере, что снижает качество очистки и производительность решетных станов. Не стоит забывать о том, что сход с верхнего яруса решет количества зернового вороха не должен пре вышать допустимую по агротребованиям величину потерь зерна, а проход – обеспечивал равномерную загрузку решет нижнего яруса. Нерациональная компоновка решет в решетных станах, выбор их параметров и режимов рабо ты существующих машин не позволяют полностью реализовать их техниче ские и технологические возможности. Большинство технических решений, направленных на улучшение процесса фракционирования, содержат решет ные станы с дополнительными устройствами, что приводит к снижению их эксплуатационной надежности и удорожанию конструкции.
Перечисленные недостатки можно устранить путем выбора рациональ ной схемы размещения решет в решетном стане. Предполагается, что разра ботка высокоэффективного решетного стана, выполняющего обработку зер нового вороха на решетах с выделением основной, отходовой и фуражной фракций, позволит снизить металло- и энергоемкость технологического про цесса, повысить производительность воздушно-решетных зерноочиститель ных машин.
Во второй главе «Теоретические исследования работы решетного стана зерноочистительной машины» разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъя русном стане с обоснованием длины скатной доски, обеспечивающей подачу фуражной фракции на начало подсевного решета, позволяющая повысить его производительность и полноту выделения примесей.
Для очистки зернового материала и разделения зерна на фракции по крупности (толщине или ширине) частиц предложен модернизированный решетный стан с двухъярусным расположением решет (рисунок 1).
Решетный стан зерноочистительной машины представляет двухъярусно расположенные сепарирующие поверхности и состоит из остова 1, сортиро вальных решет 2, 3 и 4, из которых решето 2 установлено в начале верхнего яруса, а 3 и 4 – в конце нижнего яруса, колосовых решет 5 и 6, лотка 7 для вывода крупных примесей, подсевного решета 8, скатных поверхностей 9 и лотка 10 для вывода мелких примесей, разгрузочного канала 11 с установ ленной над ним двухскатной поверхностью 12, скатных поверхностей 13 и лотка для вывода фуражной фракции 14, сетки 15.
1 – остов;
2, 3, 4 – сортировальные решета;
5, 6 – колосовые решета;
7 – лоток для вывода крупных примесей;
8 – подсевное решето;
9 – скатная поверхность мелких приме сей;
10 – лоток для вывода мелких примесей;
11 – разгрузочный канал;
12 – двухскатная поверхность;
13 – скатная поверхность для фуражной фракции;
14 – лоток для вывода фуражной фракции;
15 – сетка Рисунок 1 – Схема модернизированного шестирешетного двухъярусного стана Модернизированный решетный стан работает следующим образом:
зерновой ворох подается на сортировальное решето 2 верхнего яруса и при колебании решетного стана происходит его сепарация. Мелкие засорители и мелкая часть зерновок перераспределяются в нижний слой и, просыпаясь че рез сортировальное решето 2, поступают на подсевное решето 8, а оставшая ся часть зернового вороха идет сходом последовательно на колосовые решета 5 и 6, где зерно просыпается на сортировальные решета 3 и 4 нижнего яруса, а крупные примеси сходят в лоток 7 и выводятся из машины. Для предот вращения попадания проходовой части зерна через конечную часть сортиро вального решета 2 на конечную часть подсевного решета 8 и через начало колосового решета 5 в разгрузочный канал 11 над ним установлена двухскат ная поверхность 12. Зерно, просыпавшееся через конечную часть сортиро вального решета 2, подается на часть двухскатной поверхности 12, наклонен ной навстречу зерновому потоку, и перемещается к началу подсевного реше та 8. Это повышает полноту выделения мелких примесей из поступившей на подсевное решето 8 части зернового вороха. Зерно, просыпавшееся через на чальную часть колосового решета 5, подается на часть двухскатной поверх ности 12, наклоненной по ходу движения зернового потока, перемещается по ней на сортировальное решето 3 и не попадает в разгрузочный канал 11, т. е.
предотвращается попадание крупного полноценного зерна в фуражную фракцию. Из вороха, поступившего на подсевное решето 8, проходом выде ляются мелкие примеси и поступают на скатную поверхность 9, по которой они перемещаются в лоток 10 и выводятся за пределы машины. Оставшееся на подсевном решете 8 зерно представляет фуражную фракцию, которая схо дит по нему в разгрузочный канал 11 и поступает на скатную поверхность и по ней в лоток 14. Из зернового вороха, поступившего на сортировальные решета 3 и 4, выделяется проходом более мелкая часть вороха и дробленое зерно, которые поступают на скатные поверхности 13, где объединяются с зерном, сошедшим с подсевного решета 8, и через лоток 14 выводятся из ма шины. Это зерно представляет фуражную фракцию. Сходом с сортироваль ного решета 4 идет очищенное зерно, которое по сетке 15 или приемнику (не показан) вводится в канал второй аспирации.
Таким образом, модернизированный решетный стан позволяет разде лить зерновой ворох на две фракции: фуражное и очищенное зерно, а также выделить из исходного зернового материала мелкую и крупную примеси.
Для рассмотрения работы решетного стана предложена математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с установкой дополнительной скатной доски, позволяю щая определить разделение материала на фракции в зависимости от подачи.
В общем виде на верхний ярус (рисунок 1) поступает Y10 количества зернового вороха, а на нижний – проход по всей его длине.
Используя коэффициенты сепарации зернового материала на отдель ных решетных полотнах, построим аналитические модели процесса фрак ционирования зернового вороха на решетном стане с предложенной схемой.
Для вычислений примем средний приведенный коэффициент сепарации зер на, имеющий постоянное значение для решет с одинаковыми размерами от верстий.
Известна формула для нахождения схода зерна с решета в зависимости от его длины и сепарирующей способности, предложенная М. Н. Летошне вым y y0 e L, (1) где y0 – подача вороха на начало решета;
– коэффициент сепарации;
L – длина решета, м.
Для вычисления количества зернового вороха, поступившего в основ ную, фуражную, отходовую фракции, и потерь, идущих сходом с колосового ' решета, определим технологические показатели Ykm, Ykm, определяющие функционирование отдельных решет в рассматриваемом решетном стане, используя закон сепарации (формула 1).
Решетные поверхности, расположенные друг под другом, имеют рав ные длину Lkm и ширину bkm, где индексы km,стоящие при символах здесь и далее, определяют номер яруса (первая цифра) и номер решета (вторая циф ра) решетного стана.
Тогда количество вороха Ykm, сошедшего с km-го решета, определяется выражением Ykm Yk ( m 1) e km Lkm (2), где Yk ( m1) – количество зернового вороха, сошедшего с k(m-1)-го решета;
km – коэффициент сепарации для km-го решета;
Lkm – длина km-го решета.
С учетом уравнения 2 на участке x (рисунок 2) с верхнего на нижнее решето поступит Ykm Yk ( m 1) (1 e km x ).
' (3) Дифференцируя уравнение 3, получим формулу, характеризующую интенсивность сепарации на произ вольном элементарном участке по длине решета верхнего яруса решет.
Тогда количество зерна, просыпаю щегося на участке dx с верхнего 1 – верхнее km-е решето верхнего яруса;
решета на нижнее, представляет 2 – нижнее (k+1)m-е решето нижнего яруса Рисунок 2 – Схема к определению схода собой загрузку нижнего решета на фракций с решет нижнего яруса этом участке dYkm Ykm km e km x dx.
' (4) В процессе дальнейшей сепарации на участке dx на нижнем решете из этого вороха останется ( k 1) m ( L( k 1) m x ) '. (5) dY( k 1) m dYkm e Выражение представляет собой сход вороха с нижнего решета на этом участке. Проинтегрировав выражение 5, мы получим общее количество вороха Y( k 1) m, сошедшего с нижнего решета Lkm ( k 1) m ( L( k 1) m x ) '. (6) Y( k 1)m dYkm e Коэффициенты сепарации зернового вороха для рабочих элементов решетного стана km, ( k 1) m можно рассчитать по формулам 2 и 6 на основе экспериментальных данных, полученных опытным путем.
В случае, когда, соответственно, в верхнем ярусе последовательно ус тановлены колосовые решета с одинаковыми размерами отверстий, а в ниж нем сортировальные, то они будут работать как одно. Тогда длина этих ре шет составит 2 L (при Lkm L( k 1) m L11 L12 L13 L21 L22 L23 L ), а ко эффициенты сепарации примут вид К 12 13, (7) С 22 23, (8) где К, 12, 13 – коэффициенты сепарации зернового вороха на колосовом решете верхнего яруса;
С, 22, 23 – коэффициенты сепарации зернового во роха на сортировальном решете нижнего яруса.
Используя вышеприведенную методику, можно вычислить количества зернового вороха, сошедшего с различных решет и поступившего в основ ную (YФО), фуражную (YФФ) и отходовую (YФОт) фракции, а также сход с ко лосового решета (YП) по выражениям К e 11 ( L ) К ( 2 L ) e 11 ( L ) C ( 2 L ), (9) YФО Y С К e 11L e 11( L ) К ( 2 L) 11, (10) e 11L e 21L YФФ Y10 К e 11( L ) К ( 2 L ) e 11( L )C ( 2 L ) 21 11 С К, YФОТ Y10 1 e 11L e 11L e 21L (11) 21 YП Y10 e 11 ( L ) К ( 2 L ), (12) где 11 – коэффициент сепарации зерно вого вороха на сортировальном решете верхнего яруса;
21 – коэффициент сепа рации зернового вороха на подсевном решете нижнего яруса.
Произведем расчеты зависимости выхода фракций от подачи материала, при стандартных длинах решет (L=0,79 м, Рисунок 3 – Влияние подачи материала L=0,99 м), результаты которых представ W на выход зернового вороха YФО в ос лены на рисунках 3 – 6.
новную фракцию Рисунок 4 – Влияние подачи материала W Рисунок 5 – Влияние подачи материала на выход зернового вороха YФФ в фуражную на выход зернового вороха YФОт в фракцию отходовую фракцию Расчеты показали, что с увеличением подачи материала на решетный стан до 72 т/ч выход зернового вороха в основную фракцию возрастает с 84,22 до 89,48 % (при L=0,79 м). В случае, когда L=0,99 м при подаче больше 54 т/ч, данный показатель снижается до 86,15 %. Выход фуражной и отходо вой фракций в обоих случаях уменьшается.
Для предварительной очистки зернового вороха на верхнем ярусе сле дует устанавливать такие решета, чтобы количество зерна, сходимого с ко нечного решета верхнего яруса, не превышало агротехнически допустимой величины.
Рассмотрим два варианта ком поновки решет в верхнем ярусе (рису нок 6). В первом варианте в верхнем ярусе последовательно установлены два сортировальных и колосовое, а во втором – сортировальное и два коло совых решета, т. е. площадь колосо вых решет, увеличилась в два раза. С увеличением подачи материала с 21,6 1– решетный стан с одним колосовым реше том, 2 – решетный стан с двумя колосовыми до 72 т/ч количество зернового воро- решетами ха, идущего сходом с верхнего яруса, Рисунок 6 – Влияние подачи материала W увеличивается в первом варианте до на потери зернового вороха YП, идущего 6,30 % и во втором – до 0,45 %. сходом с колосового решета для решет длиной L=0,79 м Теоретические исследования по казали, что в решетном стане заложена потенциальная возможность дальнейше го повышения производительности. По рассчитанным данным оптимальная производительность одного решетного стана составляет не меньше 50 т/ч (пред варительная очистка), при которой потери сходом с колосового решета не пре вышают 0,5 %, выход основной фракции – 89,0 %, фуражной фракции – 10,5 %.
Одним из путей снижения выхода засорителей в лоток вывода фураж ной фракции и тем самым повышения эффективности работы подсевного ре шета является установка скатной доски под сортировальным решетом верхнего яруса, по которой зерновой ворох, просыпающийся через заданную часть сортировального решета, подается на подсевное решето на расстоянии Х от его начала. При изменяющейся длине Х (рисунок 7) сход с подсевного решета будет равен e 11x e 21 x. (13) Y21x Y 21 К этому количеству зерна добав ляется сход со скатной доски. Сход зер нового вороха с участка решета, равно го (L21-x), можно определить, применив известный закон сепарации. Загрузку нижнего решета на расстоянии Х от его 1–сортировальное решето верхнего яруса начала можно представить как решет;
2–скатная поверхность;
q 0 Y21x q1, (14) 3–подсевное решето нижнего яруса решет Рисунок 7 – Схема к определению где q1 – сход зернового вороха со скат выхода отходовой фракции с учетом установки скатной поверхности ной доски, который равен q1 Y21x e 11 x e 21L11. (15) Тогда сход зернового вороха с подсевного решета длиной будет равен Y21 Y21x q1 e 21( L21 x ). (16) Согласно закону сепарации выход фракции отходов с учетом установки скатной поверхности длиной l=L21-x определяется выражением 11 e 11 L21 l e 21( L21 l ) e 11( L21 l ) e 11L ' YФОТ Y21 Y (17) 21 1 e 21l Проведем расчет зависимости количества зернового вороха YФОт, по ступающего в лоток отходовой фракции, от подачи материала W на решет ный стан при различных длинах скатной поверхности (рисунок 8), используя уравнение 17.
Рисунок 8 – Выход зернового вороха в отходовую фракцию YФОт в за висимости от подачи материала W на решетный стан при различных длинах l скатной поверхности (при L=0,99 м) Анализ рисунка 8 показывает, что сепарирующая способность подсев ного решета с увеличением длины скатной поверхности повышается, т. е. ко личество выделенного сыпучего материала без установки скатной поверхно сти в 2 раза меньше, чем с её наличием.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследо ваний» изложена программа экспериментальных исследований, методика их проведения и обработки полученных результатов, описаны приборы, которые были использованы при проведении экспериментальных исследований.
Программой экспериментальных исследований предусматривали: ис следование количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы фракционирования его на решетах;
исследование влия ния производительности решетного стана на фракционирование зернового вороха озимой пшеницы;
исследование влияния схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха;
исследование эф фективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане.
Экспериментальные исследования проводили в лаборатории кафедры сельскохозяйственных машин Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I.
Для исследований влияния производительности и схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование нами была использована экс периментальная установка (рисунок 9). Установка имеет возможность смены решет, а также регулирования конструктивных и режимных параметров. При проведении исследований использовали стандартные решета длиной 0,79 м.
1 – кривошипно-шатунный механизм;
2– решетный стан;
3 – отражательная поверхность;
4 – клеточная рамка;
5 – шарик;
6 – решето;
7 – дозирующая заслонка;
8 – бункер;
9 – направляющие;
10 – регулировочные кронштейны;
11–подвески;
12, 13 – скатные поверх ности;
14–приемник для схода;
15–приемник для прохода;
16 –подставка;
17–рама;
18 – электро двигатель;
19–вариатор Рисунок 9 – Схема экспериментальной установки Для исследования эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане нами была разработана и изготовлена экспериментальная установка, с реальными раз мерами решетного стана, устанавливаемого на зерноочистительной машине ОЗФ-80/40/20 с шириной, равной 0,3 м (рисунок 10). При проведении экспе римента использовали стандартные решета длиной 0,99 м. Величину подачи зернового материала пересчитывали на реальную ширину зерноочиститель ной машины 1,5 м.
Отбор образцов, их анализ и 1 2 обработку полученных результатов проводили по стандартным методи кам в соответствии с требованиями ГОСТов с использованием лабора торного решетного классификатора УI–ЕРЛ–2–1, электронных весов JW–1 с точностью 0,01 г, диафано скопа фотоэлектрического «Янтарь», а также других современных прибо- ров и оборудования. При анализе зернового вороха определяли его 1 - воздушная часть машины;
2 – дозирую фракционный состав, массу 1000 зе- щее устройство;
3– рама;
4 – решетный стан рен, стекловидность и содержание Рисунок 10 – Общий вид экспериментальной установки клейковины, уровень травмирования, лабораторную всхожесть. Обработку результатов исследований проводили с использованием методов математической статистики и пакета статистиче ских программ STATISTIKA 7.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты исследований и дан их анализ.
В результате исследований количественных и качественных показате лей зернового вороха к обоснованию схемы его фракционирования на реше тах установлено, что на решете с шириной отверстий меньше 2,6 мм выделя ется зерно с массой 1000 зерен меньше 27,7 г, его стекловидность не превы шает 43 %, а содержание клейковины – 32 %. Такое зерно имеет пониженную лабораторную всхожесть семян. По совокупности всех показателей качества оно является биологически неполноценным зерном, которое больше травми руется при уборке и послеуборочной обработке. Сделанный по фракциям анализ качества зерна показал, что на самой ранней стадии послеуборочной обработки его необходимо разделять на семенную, фуражную и отходовую фракции. В семенную фракцию выделять зерновки размером больше 2,6 мм и в фуражную меньше 2,6 мм (для данного зернового вороха). Данные о каче стве зерна основной и фуражной фракций после обработки зернового вороха приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Качество зерна по фракциям Показатели Исходный ворох Основная фракция Фуражная фракция Содержание зерна, %:
дробленого 1,32 0,35 6, травмированного 29,10 29,00 31, в пленке 1,24 1,37 0, Засоренность, % 0,33 0,16 1, Масса 1000 зерен, г 38,77 42,12 24, Лабораторная всхожесть, % 94,70 96,75 91, Стекловидность, % 59,46 65,30 33, Содержание клейковины, % 34,51 35,90 30, Из анализа данных, представленных в таблице 1, видно, что качество зерна, выделенного в основную фракцию, по всем показателям отвечает тре бованиям к посевному материалу. Зерно же, выделяемое в фуражную фрак цию, имеет низкую массу 1000 зерен, т.е. несмотря на то, что оно имело вы сокую лабораторную всхожесть семян, его биологический потенциал был низким. Кроме того, в фуражную фракцию выделяется большая часть зерна дробленого, травмированного и биологически неполноценного, а также засорителей.
Исследования по влиянию производительности и схемы раз мещения решет в решетном стане на фракционирование зернового во роха проводили в лабораторных ус ловиях при обработке зернового во роха озимой пшеницы влажностью 14 % с содержанием зерна целого 92,72 %, дробленого – 0,87, в плен ке – 1,19 и засорителей – 5,22 %.
Исследованы три варианта компоновки решет в решетном ста не. В первом варианте в верхнем ярусе установлены последовательно два сортировальных решета и коло совое с шириной отверстий 2,6 и 4,0 мм, а в нижнем – два подсевных и сортировальное с шириной отвер стий 1,7 и 2,6 мм. Во втором вари анте в верхнем ярусе установлены последовательно сортировальное решето и два колосовых с шириной отверстий 2,6;
3,4 и 4,0 мм, а в ниж нем – подсевное и два сортироваль ных решета с шириной отверстий, 1,7 и 2,6 мм. В третьем варианте в верхнем ярусе установлены сорти ровальное и два колосовых решета с шириной отверстий 2,6 и 4,0 мм, а в нижнем – подсевное и два сортиро- 1, 2, 3 – варианты схем расстановки решет вальных решета с шириной отвер- в решетном стане Рисунок 11 – Влияние производительности стий 1,7 и 2,6 мм. В нижнем ярусе решетного стана на фракционирование проход через подсевное решето вы зернового вороха озимой пшеницы водили в отходовую фракцию, а сход – через разгрузочный канал в фуражную фракцию.
Результаты исследований (рисунок 11) показывают, что в третьем ва рианте с увеличением подачи зернового вороха на решетный стан с 21,6 до 72,0 т/ч остается практически постоянным выход основной фракции, умень шается выход фуражной фракции с 10,46 до 10,22 % и отходов – с 1,3 до 0,6 %, а сход с колосового решета возрастает с 0,05 до 0,39 %.
Во втором варианте уменьшается выход основной фракции с 89,62 до 86,09 %, фуражной – с 10,16 до 6,89 % и отходов – с 1,64 до 0,51 %, но воз растает сход с колосового решета с 0,08 до 6,5 %.
В первом варианте уменьшаются выход основной фракции с 89,06 до 67,45 %, фуражной – с 8,78 до 6,98 % и отходов – с 1,57 до 1,04 %, но возрас тает сход с колосового решета – с 0,59 до 24,53 %. Следовательно, в первом варианте существенно возрастает сход полноценного зерна с колосового ре шета. Устранить это позволяет увеличение в два раза площади колосовых решет. Лучшие показатели получены в третьем варианте при установке в верхнем ярусе последовательно двух колосовых решет с шириной отверстий 4 мм.
При обработке товарного зерна для большей производительности воз можна установка последовательно двух колосовых решет в верхнем ярусе, что позволяет получить более качественное зерно. Предложенная в третьем варианте схема расстановки решет в решетном стане позволила увеличить его производительность в 1,25…1,8 раза, в зависимости от вида обработки зернового вороха, при увеличении выделения в 1,34 раза фуражной фракции, потери сходом не превышают 0,5%. Величина максимального и среднего от носительного отклонения экспериментальных значений количества выхода в основную фракцию соответственно составляет: max = 0,015 и ср = 0,011.
Исследования показали, что схема размещения решет в решетном стане влияет на фракционирование зернового вороха. В третьем варианте, по срав нению с первым в основной фракции уменьшилось содержание целого зерна с 97,55 до 97,30 %, дробленого – с 0,61 до 0,37 %, но при этом несколько уве личилось содержание зерна в пленке – с 0,80 до 1,22 % и засорителей – с 1, до 1,11 %. Это объясняется тем, что при увеличении ширины отверстий вто рого решета верхнего яруса с 2,6 до 4,0 мм на нижний ярус решет просыпает ся больше дробленого зерна и в пленке, а также засорителей, т.е. они пода ются в основную фракцию.
Часть этих компонентов выделяется на сортировальных решетах ниж него яруса в фуражную фракцию, а остальные сходят с основной фракцией.
Это привело к увеличению некоторого количества зерна в пленке и засорите лей в основной фракции. Уменьшение содержания дробленого зерна в основ ной фракции получено благодаря увеличению площади сортировальных ре шет в нижнем ярусе, где вместо второго подсевного решета с шириной от верстий 1,7 мм установлено сортировальное с шириной отверстий 2,6 мм.
Через два последовательно установленных в нижнем ярусе сортировальных решета выделяется больше зерновок в пленке и засорителей в фуражную фракцию. Их содержание в первом варианте составило 0,25 и 10,35 %, а в третьем – 0,52 и 22,08 %. Предложенная в третьем варианте схема расстанов ки решет в решетном стане позволила увеличить в 1,12 раза выделение мел ких зерновок в фуражную фракцию, снизить в 1,65 раза содержание дробле ного зерна, увеличить в 1,52 раза зерновок в пленке при примерно одинако вом содержании засорителей в основной фракции.
Исследование эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане проводили при об работке зернового вороха озимой пшеницы влажностью 14 % с содержанием зерна целого 92,49 %, дробленого – 1,09, в пленке – 1,19 и засорителей – 4,40 %. В соответствии с размерными характеристиками зернового вороха на стан установили сортировальные решета с шириной отверстия 2,6 мм, коло совые – 3,6 мм, подсевное – 1,7 мм.
Решетный стан выделяет основную фракцию (рисунок 12) в количестве до 90 % зернового вороха, причем с увеличением подачи до 54,36 т/ч выход фракции возрастает, затем незначительно падает. Это связано с тем, что при больших подачах у колосовых решет снижается сепарирующая способность и, как следствие, увеличиваются потери за решетным станом (рисунок 15).
Выход фуражной фракции (рисунок 13) уменьшается с 33,02 до 8,40 %. Ко личество вороха, выносимого в отходовую фракцию (рисунок 14), снижается.
Рисунок 12 – Влияние подачи материал W на Рисунок 13 – Влияние подачи материал выход YФО основной фракции W на выход YФФ фуражной фракции Рисунок 15 – Влияние подачи мате Рисунок 14 – Влияние подачи материала риала W на потери YП, идущие схо W на выход YО отходов из фуражной дом с колосового решета фракции Величина максимального и среднего относительного отклонений экспе риментальных значений количества зернового вороха в основной фракции от расчетных (при L=0,99 м) составляют: max = 0,0239 и ср = 0,0176.
Полнота разделения зернового вороха решетным станом по агротребо ваниям должна составлять при очистке зерна на семенные цели b 0,80, при первичной очистке b 0,60 и при предварительной очистке b 0,50. До пустимые потери зерна в отходовую фракцию (не более 0,5%) b 0,995.
Рисунок 16 – Зависимость полноты выделения фф фуражной фракции из исходного вороха от подачи материала W Результаты исследований, представленные на рисунке 16, показывают, что с увеличением подачи на решетный стан полнота выделения фуражной фракции снижается, так как сортировальные решета работают при нагрузке, близкой к максимальной, при этом мелкие зерновки не успевают перераспре делиться в нижние слои.
На рисунках 17 – 19 представлены зависимости полноты выделения (выражены в долях) дробленого зерна, засорителей и зерна в пленке в зави симости от подачи материала.
Рисунок 17 – Влияние подачи материала Рисунок 18 – Влияние подачи материала W на полноту выделения дробленого зер- W на полноту выделения засорителей З на ДЗ из исходного вороха из исходного вороха Рисунок 19 – Влияние подачи материала W на полно ту выделения зерна в пленке П из исходного вороха Анализ результатов исследований (рисунки 16 – 19) показал, что с уве личением производительности с 11,91 до 60,00 т/ч полнота выделения дроб леного зерна из исходного вороха снижается с 0,81 до 0,39, засорителей – с 0,79 до 0,44, зерна в пленке – с 0,83 до 0,17.
Масса 1000 зерен, с увеличением производительности в основной фракции, снижается с 42,43 до 39,67 г, фуражной фракции – с 29,01 до 28,23 г. Это связано с тем, что часть зерна идет сходом с колосового решета.
Видно, что качество зерна в основной фракции выше, чем в фуражной.
Исследования показали, что режимам вторичной (семенной режим), первичной и предварительной очисток с учетом полноты выделения фураж ной фракции, засорителей, дробленого зерна, зерна в пленке соответствуют производительности одного решетного стана, равные 17,05 т/ч;
25,00 и 50,63 т/ч.
В пятой главе «Экономическая оценка эффективности решетного стана» приведены расчеты показателей экономической эффективности рекон струированных решетных станов зерноочистительной машины ОЗФ-80/40/20.
Как показали расчеты, годовой экономический эффект от внедрения мо дернизированного решетного стана составляет 2 727,9 тыс. руб., размер эко номического эффекта за срок службы – 36 098 тыс. руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Предложено новое техническое решение (патент на полезную мо дель № 104490) для реализации процесса фракционирования зернового воро ха, позволяющее повысить производительность решетного стана и полноту выделения примесей.
2. Разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, позволяющая оп ределить выходы по фракциям с учетом длины дополнительной скатной дос ки. Модель доказывает возможность и целесообразность реализации предло женного технического решения.
3. Теоретически обосновано и предложено, что для повышения эф фективности работы подсевного решета необходимо под верхним сортиро вальным решетом установить скатную поверхность длиной не менее 0,7 м (при длине решета 0,99 м), при этом выделение отходовой фракции из фу ражной увеличится с 0,33 до 0,64 %.
4. По результатам лабораторных исследований выявлено, что пред ложенная схема решетного стана, с размещением в верхнем ярусе сортиро вального и двух колосовых, а в нижнем – подсевного и двух сортировальных решет,, позволила увеличить его производительность по сравнению с серий ным до 50 т/ч при одновременном увеличении полноты выделения фуражной фракции в 1,34 раза, при потерях, идущих сходом с колосового решета, не выше 0,5 %. Полученные результаты указывают на адекватность математи ческой модели.
5. В результате проведенных лабораторных исследований установле но, что применение одного разработанного решетного стана обеспечивает получение зернового материала требуемых кондиций, может применяться для предварительной, первичной и вторичной обработки зернового вороха при производительности соответственно 50 т/ч, 25 и 17 т/ч.
6. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения модерни зированного решетного стана составляет 2727,9 тыс. рублей, размер эконо мического эффекта за срок службы составляет 36098 тыс. рублей.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Тарасенко, А. П. Обоснование схемы расстановки решет в решетном стане / А. П. Тарасенко, В. И. Оробинский, А. В. Чернышов, А. А. Сундеев, А. М. Гиевский // Техника в сельском хозяйстве. – 2010. – №5 – С. 9-11.
2. Тарасенко, А. П. Повышение качества зерна /А. П. Тарасенко, В. И.
Оробинский, М. Э. Мерчалова, А. В. Чернышов, С. В. Чернышов // Механи зация и электрификация сельского хозяйства. – 2010. – №10 – С. 7 – 10.
Изобретения и полезные модели 3. Пат. №104490 Российская федерация, МПК7 В 07 В 1/30, В 07 В 1/46.
Решетный стан / Тарасенко А. П., Оробинский В. И., Чернышов А. В.;
заяви тель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГАУ им. К. Д. Глинки №2010150434/03;
заявл. 08.12.2010;
Опубл.20.05.2011. Бюл.№14.
Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций 4. Чернышов, А. В. Пути увеличения производительности решетного стана машины ОЗФ-80 / А. В. Чернышов // Ресурсосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве и технические средства их реализации:
материалы межрегиональной научно-практической конференции. – Воронеж:
ВГАУ, 2009. – С. 40.
5. Чернышов, А. В. Обоснование фракционной схемы очистки семян на решетных станах с двухъярусным размещением решет / А. В. Чернышов// Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых уче ных / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2009. – С.290 - 294.
6. Чернышов, А. В. Анализ зернового вороха, полученного при уборке комбайнами New Holland, при фракционировании его на решетах / А. В. Чер нышов // Актуальные проблемы животноводства, ветеринарной медицины, переработки сельскохозяйственной продукции и товароведения: материалы международной научно-практической конференции. – Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2010.-С. 206 - 208.
7. Чернышов, А. В. Исследование работы решетного стана при фрак ционировании зернового вороха / А. В. Чернышов // Инновационные техно логии и технические средства для АПК: материалы Всероссийской научно практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященные 100-летию Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I. – Ч. IV – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ. – 2011. – С. 137 - 141.
Подписано в печать 9.02.2012 г. Формат 60х801/16. Бумага кн.-журн.
П.л. 1,0. Гарнитура Таймс. Тираж 100 экз. Заказ № 5742.