Повышение эффективности очистки семян пшеницы путем совершенствования вибропневмосепаратора
На правах рукописи
ГРУБОВ КОНСТАНТИН АЛЕКСЕЕВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ
ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВИБРОПНЕВМОСЕПАРАТОРА
Специальность 05.20.01 – «Технологии и средства механизации
сельского хозяйства»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2011 2
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишнико ва».
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Галкин Василий Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Попов Александр Александрович кандидат технических наук, доцент Перекопский Александр Николаевич
Ведущая организация – Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого
Защита состоится 13 октября 2011г. в 09 час. 00 мин. на заседа нии диссертационного совета Д 006.054.01 в Государственном науч ном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский ин ститут механизации и электрификации сельского хозяйства Россий ской академии сельскохозяйственных наук» по адресу: 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, корпус №1, ауд.201.
Факс: (812) 466 56 66.
E-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.
Автореферат разослан 8 сентября 2011 г. и размещён на официальном сайте http://www.sznii.ru.
Ученый секретарь Черей Н.Н.
диссертационного совета
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Применение для посева высококачественных семян является одним из низкозатратных факторов увеличения урожайности зерно вых культур. При производстве семян значительная доля затрат приходится на послеуборочную обработку урожая. Важнейшей же операцией в подготовке се мян является их окончательная очистка, которая в настоящее время проводится на вибропневмосепараторах с трапециевидными деками. Недостатком этих ра бочих органов является низкая удельная зерновая нагрузка и как следствие- вы сокие удельные энергетические затраты.
В этой связи повышение эффективности очистки семян на вибропневмо сепараторах, является важной и актуальной задачей, решение которой внесёт существенный вклад в обеспечение регионов районированным посевным мате риалом и снизит затраты на его подготовку.
Направление исследований соответствует «Концепции развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Фе дерации на период до 2025 года» и ее разделу 4.1 « - разработать новые высоко эффективные машинные технологии производства конкурентоспособной сель скохозяйственной продукции».
Работа выполнена в соответствии с темой № 15 плана НИР ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.
Цель исследования. Повышение эффективности очистки семян пшени цы путем совершенствования вибропневмосепаратора.
Объект исследования. Технологический процесс очистки и сортирова ния семян на вибропневмосепараторе.
Предмет исследования. Закономерности процесса разделения семян в вибропневмоожиженном слое.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы ис пользовались, как стандартные, так и частные методики исследования с приме нением математического и физического моделирования. Теоретические иссле дования выполнены с использованием методов классической механики. Экспе риментальные исследования проводили методами теории планирования экспе риментов, статистической динамики. Обработка опытных данных проведена на ЭВМ в приложениях Microsoft Excel 2007, STATGRAPHICS 5.0, математиче ского пакета MathCAD 14.
Научная новизна состоит в разработке математических моделей, описы вающих закономерности движения и разделения семян на вибропневмосепара торе усовершенствованной конструкции.
Практическая значимость работы состоит в определении рациональ ных параметров и режимов работы вибропневмосепаратора с комбинированной декой производительностью до 2,5 т/ч.
Новизна вибропневмосепаратора подтверждена патентом РФ на изобре тение №2347352 и патентом на полезную модель№89325.
Реализация результатов работы. Вибропневмосепаратор в составе се мяочистительной линии используется в цехе послеуборочной обработки семян отдела семеноводства ГНУ «Пермский НИИСХ» Россельхозакадемии. Техно логическая схема, параметры и режимы работы вибропневмосепаратора пере даны для подготовки технической документации и изготовления опытной пар тии вибропневмосепараторовв ООО «Техноград» Пермского края.
Опытный образец вибропневмосепаратора используется в учебном про цессе кафедры сельскохозяйственных машин инженерного факультета ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы док ладывались на всероссийских научно-практических конференциях (Пермская ГСХА, 2006-2011 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Ин новационное развитие АПК. Итоги и перспективы» (Ижевская ГСХА,2007 г.), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы технологии производства, хранения, переработки и экспертизы качества сель скохозяйственной продукции» (МичГАУ, 2007 г.), Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых в Ка занском ГАУ, 2007 г.( I место), 2008 г., межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов Пермского края в Пермском ГТУ (2008, 2009 г.), I Пермском краевом молодежном конвенте (2009 г. – II место), VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (2011 г. – III ме сто, бронзовая медаль).
Положения, выносимые на защиту:
- математические модели движения и разделения семенного материала на деке вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции;
- конструктивно-технологическая схема вибропневмосепаратора и его ра циональные параметры и режимы работы;
- результаты производственных исследований семяочистительной линии с использованием вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции;
- методика настройки вибропневмосепаратора на заданные условия рабо ты;
- технико-экономическая эффективность вибропневмосепаратора, в том числе работающего в составе линии.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразова ния и науки РФ, 2 – в материалах международных и 4 - всероссийских научно практических конференций. Получены 2 патента РФ на изобретение и 2 патента на полезные модели. Общий объем публикаций составляет 2,5 усл. п. л., 70% из которых принадлежит автору диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 161 страница состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 215 источников, в том числе 2 - на иностранных языках, и приложений. Основная часть диссертации содержит страниц машинописного текста, 36 рисунков, 12 таблиц. В приложении поме щены таблицы с опытными данными, копии патентов и документы, подтвер ждающие апробацию и практическое использование результатов исследования.
Содержание работы Введение содержит обоснование актуальности темы, общую характери стику работы и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» приведен анализ способов очистки семян по плотности и конструктивно технологических схем вибропневмосепараторов.
Значительный вклад в теорию движения и разделения семян на колеб лющихся поверхностях внесли В.П. Горячкин, М.Н. Летошнев, Г.Д. Терсков, Н.Н. Ульрих, С.А. Васильев, И.И. Блехман, В.В. Гортинский, А.Б. Демский, Н.Г. Гладков, И.Е. Кожуховский, П.М. Василенко, Г.Т. Павловский, Г.Е. Лис топад, П.М.Заика, В.И. Анискин, С.А. Алферов, В.М. Цециновский и другие.
Совершенствованию технологических процессов вибропневмосепарато ров посвящены работы В.Д. Бабченко, В.М. Дринчи, В.Н.Витько, Ю.А. Кос мовского, А.Н. Кремнева, С.А. Павлова, Б.В.Желтухина, Л.М. Суконкина, В.Д.
Шафоростова, Ю.Л.Геркулесова, Ю.Г.Цыбулевского, Ф.Н.Эрка, М.К. Яременко и других ученых.
Для получения биологически ценных семян их следует выровнять по раз мерам и разделить по плотности. Наиболее эффективным способом разделения зерновых смесей по плотности является обработка их в вибропневмоожижен ном слое на пневмосортировальных столах (вибропневмосепараторах). В на стоящее время для этой операции применяют вибропневмосепараторы с трапе циевидными деками. Однако эти технические средства имеют низкую удель ную производительность (0,9 – 1,5 кг/см2) и высокие затраты энергии (2,1 – 3, кВтч/т). Перспективными являются вибропневмосепараторы с прямоточными деками, работающие при повышенных удельных нагрузках и имеющие мень шее количество регулируемых параметров. Однако эти вибропневмосепарато ры не обеспечивают достаточной четкости разделения материала и имеют вы сокие потери семян основной культуры в отходы.
На основании анализа состояния вопроса и в соответствии с целью рабо ты были поставлены следующие задачи исследования:
- разработать математические модели движения и разделения зернового материала на колеблющейся перфорированной поверхности, продуваемой воз душным потоком;
- разработать конструктивно-технологическую схему вибропневмосепа ратора, создать его экспериментальный образец, провести лабораторные иссле дования и определить рациональные параметры и режимы его работы;
- провести производственные исследования вибропневмосепаратора в со ставе семяочистительной линии;
- разработать методику настройки вибропневмосепаратора на заданные условия работы;
- дать энергетическую и технико-экономическую оценку усовершенство ванного вибропневмосепаратора.
Во второй главе «Теоретические предпосылки повышения эффективно сти очистки семян пшеницы на вибропневмосепараторе» моделированием про цесса относительного перемещения частиц малой плотности обоснована воз можность разделения компонентов в вибропневмоожиженном слое;
с использо ванием полученных математических моделей рассчитаны скорости движения семян по колеблющейся поверхности, продуваемой наклонным воздушным по током.
В основу разработки математических моделей положена структурная схема вибропневмосепаратора (рис. 1). Условиями работы вибропневмосепара тора являются: расходная характеристика q(t) зернового материала кондицион ной влажности, прошедшего первичную, вторичную очистку, разделение по длине, и его качество K (t), оцениваемое засоренностью, объемной массой и массой 1000 зерен.
Рисунок 1 – Структурная схема вибропневмосепаратора Управляющими факторами служат: показатель кинематического режима;
угол продольного наклона деки и угол установки стенки.
Оценками технологического процесса, осуществляемого вибропневмосе паратором, являются: выход семян элиты Q(t) и их качество (засоренность З(t);
масса 1000 зерен М(t);
объемная масса N(t));
потери полноценных семян в от ходы П(t);
вероятность сохранения поля допуска на засоренность семян по штучно-учитываемыми примесями РЗ(t).
С использованием методов механики, с учетом исследований В.В.Гортинского, В.С.Быкова, при рассмотрении процесса перемещения час тицы, плотностью меньше плотности слоя, находящуюся на колеблющейся по верхности, расположенной под углом к горизонту и совершающей гармониче ские направленные колебания под углом под действием силы Рп, включаю щей силу реакции среды Рр;
силу, возникающую за счет разности ускорений частиц различной плотности Ри и силу сопротивления перемещению частицы Fд, получили выражения:
1 m 0 g cos k cos t sin( ) Rв Fд. ( 1) m0 g cos Rв / m0 g k cos t sin( ) n tg вн Fд (2) 1 f вн tg вн m0 - эффективная масса частицы, складывающаяся из массы частицы и где массы среды в половине её объема, кг;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
– отношение плотности рассматриваемой частицы к плотности частиц, образующих слой;
k – показатель кинематического режима;
Rв – сила воздушного потока, н;
' – насыпной угол, характеризующий хаотичность расположения семян при засыпке, град.;
m0 – масса частицы, которые образуют слой, кг;
n' – число вышерасположенных монослоев;
fвн= tg вн - коэффициент внутреннего трения;
Уравнение (1) и (2) описывают процесс перемещения в верх низконатур ной частицы, находящейся в слое семян, движущемся по колеблющейся по верхности в зависимости от угла её наклона, соотношения плотностей частицы и слоя, его толщины, показателя кинематического режима, угла направленно сти колебаний с учетом скорости воздушного потока.
Для интенсификации технологического процесса вибропневмосепарато ра предложено использовать наклонный воздушный поток.
Пусть на материал, находящийся на колеблющейся перфорированной по верхности, имеющей разные коэффициенты трения, в зависимости от направ ления сдвигов семян, и отверстия, размер которых меньше компонентов зерно вого материала, и наклоненной под углом к горизонту, действуют силы (рис. 2):
сила веса G=m·g;
сила инерции U=j·m;
сила трения F=N·tg;
сила воздушного потока Pв (N- нормальная реакция материла на поверхность).
Ввиду того, что направление сил инерции и трения меняется в зависимо сти от направления ускорения поверхности, составим дифференциальные урав нения отдельно для правого (Рис.2а) и левого (Рис.2б) интервалов. Направле ние действия сил на материал в правом интервале представлены на рисунке 2 а.
а б Рисунок 2 – Схема сил, действующих на материал:
а – правый интервал;
б – левый интервал В связи с тем, что сила инерции направлена в противоположную ускоре нию сторону, то она в этом интервале ориентирована вправо и стремиться сдвинуть материал вверх по поверхности.
Составив с использованием принципа Д’Аламбера дифференциальные уравнения относительных перемещений материала по поверхности, и преобра зуя их, получим:
sin d 2 вв 2 r cos t g k п Vв2, (3) cos dt sin d 2 вн 2 r cos t g k п Vв2, (4) cos dt где cos cos.
cos cos Vв – скорость воздушного потока, м/с;
kп – коэффициент парусности семян, 1/м.
Для определения скорости относительного перемещения проинтегрируем дифференциальные уравнения(3) и (4).
Для определения скорости в любой произвольный момент времени t, ин тегрирование проведем в пределах от времени начала сдвигов t1 до t.
Тогда, после обозначений фаз, уравнения относительных скоростей час тиц примут вид:
t 1 sin k п Vв d вн r sin t sin 1 g. (5) cos g dt t 1 sin k V d вв r sin t sin 1 g п в. (6) cos g dt Для определения величин сдвигов вверх и вниз интегрируем уравнения относительной скорости в пределах от момента начала сдвигов t1 до конца t2, которые в конечном итоге примут вид:
вн r [cos1 cos 2 2 1 sin 1 1 2 2 1 2 cos1 ]. (7) вв r [cos 1 cos 2 2 1 sin 1 1 2 2 1 2 cos 1 ]. (8) После определения фаз, средняя скорость перемещения материала опре делится по формуле:
вв Vср вн. (9) T где Т – время одного периода колебаний, с.
В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследо ваний» представлены: программа исследований, общепринятые и частные ме тодики лабораторных и производственных опытов и математической обработки опытных данных;
описаны экспериментальная установка, приборы и оборудо вание.
В программу экспериментальных исследований входила проверка досто верности аналитических зависимостей и теоретических выводов, полученных во второй главе, определение рациональных параметров и режимов работы вибропневмосепаратора (ВПС), оценка его технологической надежности.
В соответствии с результатами теоретических исследований и програм мой экспериментов разработали и изготовили лабораторную установку, схема которой приведена на рисунке 3, а, б.
а б – исходный материал;
– семена основной культуры;
– низконатурные примеси;
– воздух Рисунок 3 – Схема вибропневмосепаратора: а) – общее устройство: 1 – де ка;
2 – рама;
3 – воздуховод;
4 – заслонка;
5 – вентилятор;
6 – эксцентрик;
7, – шкив;
8 – ремень;
9 – шатун;
11 – электродвигатель;
12 – подвеска;
13 – рам ка;
14 – воздуховыравнивающая поверхность;
15 – механизм регулирования продольного угла наклона деки;
16 – приемники фракций;
б) – технологическая схема деки, вид сверху: 17 – зона предварительного расслоения;
18 – зона транспортирования;
19 и 20 – стенки деки.
Вибропневмосепаратор работает следующим образом.
Зерновая смесь из бункера поступает на поверхность деки 1 (рис. 3) равномер ным слоем, на который воздействует вибрация и воздушный поток.
После перераспределения компонентов зерновой слой поступает на уча сток со стенкой 19. В результате взаимодействия с ней в поперечном сечении слоя возникает наклон. Компоненты с меньшей плотностью, оказавшиеся на поверхности слоя, скатываются к стенке 20 и двигаются вдоль нее. В выходной части деки происходит распределение материала между стенками 19 и 20. Раз деленные компоненты выводятся отдельными фракциями приемником 16.
Конструкция установки позволяет регулировать зерновую нагрузку на деку, частоту колебаний с помощью частотного преобразователя, угол про дольного наклона деки. При этом поперечный угол наклона деки остается по стоянным, равным 0.
В процессе лабораторных исследований реализованы опыты с использованием методики активно-пассивного планирования эксперимента.
Скорость воздушного потока в опытах устанавливали такой, чтобы материал, находящийся на деке, был доведен до состояния «кипения», при этом не допускали образования фонтанов.
Качество работы разработанного вибропневмосепаратора оценивали по методике ВИМ, предложенной Н.Н. Ульрихом и Ю.А. Космовским.
Оценка надежности технологического процесса, осуществляемого семяо чистительной линией, проведена в производственных условиях методами ста тистической динамики сельскохозяйственных агрегатов.
В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований»
выявлены закономерности изменения оценок качества разделения семян на вибропневмосепараторе в зависимости от параметров и режимов его работы, определены скорости движения семян по деке, оптимизированы параметры и режимы работы машины, получены оценки работы семяочистительной линии в производственных условиях.
При реализации первой серии опытов по трехуровневому трехфакторно му плану Бокса-Бенкина ставилась задача изучить влияние трех независимых факторов – угла установки стенки деки, продольного угла наклона деки, часто ты колебаний, и определить их оптимальное сочетание. В качестве критерия оптимизации технологического процесса была принята полнота выделения низ конатурных примесей при выходе семян 90%.
Результаты опытов получены в виде уравнения регрессии второго поряд ка. Расчет коэффициентов регрессии и статистическая проверка моделей прове дены с помощью прикладного программного пакета STATGRAPHICS Plus на ЭВМ.
Для полноты выделения низконатурных примесей (члеников редьки ди кой) получено следующее уравнение регрессии в раскодированном виде:
Y1 100 0,5 X 1 0,5 X 2 0,25 X 3 3,125 X 1 0,75 X 1 X (10) 2 0,25 X 1 X 3 2,625 X 2 1,25 X 2 X 3 1,625 X 3.
при R2 = 91,71 % Y1 – полнота выделения члеников редьки дикой при потерях 10%, %;
где X1 – угол продольного наклона деки, град;
X2 – частота колебаний деки, мин-1;
X3 – подача материала на деку, кг/ч.
Изменение оценочного критерия в зависимости от продольного угла на клона деки и частоты колебаний представлено в виде поверхности отклика (рис. 4), при Q = 1000 кг/ч.
Для проверки полученных рациональных значений факторов, с помощью программы MathCAD модель (10) исследована на условный экстремум при со блюдении ограничительных условий. Результат решения приведен в виде мат рицы:
5. 99. P 485. E P P P 0 1 Для производительности 1000 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки 5…6;
частота колебаний 480…500 мин-1 при угле установки стенки деки 24 амплитуде 0,015 м и угле направленности колебаний = 30.
Рисунок 4 – Поверхность отклика полноты выделения примесей Экспериментальным путем выявлено влияние наклонного воздушного потока на скорость движения материала по деке. Для этого при различных удельных нагрузках и частотах колебаний деки определены средние значения скоростей движения материала по деке, продуваемой наклонным воздушным потоком. Результаты опытов приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Влияние частоты колебаний деки на скорость движения семян основной культуры при различных удельных нагрузках Среднее значение скорости Удельная Частота ко движения семян основной культуры, м/с нагрузка, лебаний де без воздушного с воздушным кг/с·м2 ки, мин- потока потоком 490 0,089 0, 1, 510 0,108 0, 2, 530 0,117 0, 2, 2,90 550 0,149 0, Из результатов опытов следует, что при воздействии наклонного воздушного потока скорость движения семян по поверхности деки возрастает.
В таблице 2 приведены расчетные значения скоростей и их величины, по лученные в опытах.
Таблица 2 – Средние скорости зернового материала по деке вибропнев мосепаратора Средние скорости мате- Средние скорости мате риала(без воздушного по- риала (с воздушным пото Удельная Частота коле тока), м/с ком), м/с нагрузка, баний деки, Эксперимен- Эксперимен кг/с·м2 мин-1 Расчетное Расчетное тальное тальное значение значение значение значение 490 0,108 0,089 0,126 0, 1, 510 0,127 0,108 0,144 0, 2, Из таблицы 2 следует, что средние значения скоростей семян основной культуры, полученные опытным путем, при удельных нагрузках до 2,00 кг/с·м достаточно близки к результатам аналитических расчетов.
Для определения оптимальной удельной нагрузки на вибропневмосепаратор с усовершенствованной декой с наклонным воздушным потоком провели серию опытов при углах продольного наклона деки 6 и установки ее стенки – 24. Опыты проведены на 5 подачах, соответствующих удельным нагрузкам от 1,55 до 3,35 кг/с·м2. На каждой из подач изменяли частоту колебаний деки. Оценками процесса очистки семян приняты: полнота выделения примесей и потери полноценных семян в отходы. Результаты опытов приведены в таблице 3.
Опытами установлено, что допустимой удельной нагрузкой для заданных условий является 2,90 кг/с·м2 (2600 кг/ч). При этом значении полнота выделения примесей составляет 98%, а потери семян не превышают 8%.
Таблица 3 – Средние значения полноты выделения примесей и потерь се мян в отходы при различных удельных нагрузках и режимах работы вибро пневмосепаратора Частота колебаний, мин- Удельная нагрузка, кг/с·м2 470 490 510 530 550 570 590 94* – – – – 98 97 1, 9 4 8 13 – – – – – – – – 93 97 96 2, 12 4 7 – – – – – – – – 92 98 94 2, 15 5 6 – – – – – – – – 91 98 90 2, 24 8 12 – – – – – – – – 85 89 85 3, 36 12 15 – – – – * – в числителе указана полнота выделения в %, в знаменателе – потери семян в % Для оптимизации параметров и режимов работы вибропневмосепаратора с целью обеспечения очистки семян при настроечном значении подачи кг/ч проведен трехфакторный трехуровневый активно-пассивный эксперимент по плану Бокса-Бенкина. В качестве факторов были выбраны: продольный угол наклона деки, который устанавливали 4о, 6о и 8о и частота ее колебаний – 520;
550 и 580 мин-1. Угол направленности колебаний составлял 30.
Опыты проводили с учетом методики, разработанной в ВИМ Н.Н. Ульри хом и Ю.А. Космовским. Расчёт оценок коэффициентов регрессии математиче ских моделей и построение двумерных сечений поверхностей откликов прове дены с помощью программного приложения STATGRAPHICS Plus 5.0 для Windows.
После обработки на ЭВМ результатов опытов получено уравнение регрес сии в закодированном виде для полноты выделения низконатурных примесей:
2 Y2 98,1111 1,5 X 1 0,6667 X 2 2,1667 X 1 2,25 X 1 X 2 3,6667 X 2 (11) R2 = 98,83 %, где Y2 – полнота выделения низконатурных примесей при потерях семян в фуражные отходы 10 %, %;
X1 – угол продольного наклона деки, град;
X2 – частота колебаний деки, мин-1.
Графически результат представлен в виде поверхности отклика (рис. 5) Рисунок 5 – Поверхность отклика модели полноты выделения члеников редьки дикой Для проверки полученных рациональных значений факторов, с помощью программы MathCAD 2001 модели исследованы на условный экстремум при соблюдении ограничительных условий. Результаты решения приведены в виде матриц:
6. E P0, P1 98. P 550. Производственные испытания опытного образца вибропневмосепаратора в составе семяочистительной линии (рис. 6), состоящей из двух последователь но установленных машин Petkus K-531 и экспериментального вибропневмосе паратора, проведены на семенах пшеницы сорта Московская 39 в цехе после уборочной обработки отдела промышленного семеноводства ГНУ «Пермского НИИСХ».
При производственных исследованиях семяочистительной линии в тече ние одной смены работы через каждые 10 минут были отобраны пробы из ис ходного материала и полученных фракций. Для агротехнической оценки в каж дой пробе семян определены: чистота, объемная масса, масса 1000 семян. Для каждой фракции вычислены средние значения массовой доли.
а б Рисунок 6 – Схема семяочистительной линии, с использованием вибропневмо сепаратора:
а – общий вид опытного образца ВПС;
б – опытный образец ВПС на производ ственных испытаниях Производственными исследованиями установлено, что линия с использо ванием разработанного вибропневмосепаратора, обеспечивает показатели каче ства очищенного материала, предъявляемые к категории элитных семян и обла дает достаточной технологической надежностью (чистота получаемых семян соответствует требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для семян элиты, с вероятно стью сохранения поля допуска Р = 0,928).
В пятом разделе «Рекомендации по использованию результатов исследо ваний, энергетическая и технико-экономическая оценки» даны рекомендации по использованию вибропневмосепаратора в составе семяочистительной линии.
Приведены энергетическая и технико-экономическая оценки вибропневмосепа ратора в составе линии в сравнении с базовым вариантом.
По результатам экспериментальных исследований разработана методика предварительной настройки режима работы вибропневмосепаратора при раз личном содержании в исходном материале низконатурных примесей.
Применение вибропневмосепаратора в составе линии прямоточной очи стки семян позволяет получить годовой экономический эффект свыше руб. при сроке окупаемости не более 3,5 сезонов. При этом степень интенсифи кации технологического процесса составила 25%. Расчеты показали, что ис пользование вибропневмосепаратора в семяочистительной линии производи тельностью 5 т/ч, реализующей фракционную технологию очистки элитных семян (Патент РФ №2340410), позволяет снизить прямые эксплуатационные за траты на 16%, прямые энергозатраты - более чем на 50%. Годовой экономиче ский эффект при этом составит около 1300 тыс. рублей при сроке окупаемо сти, не превышающем двух сезонов, за счет снижения энергоемкости и потерь семян основной культуры в отходы.
Общие выводы и рекомендации 1. Анализ способов разделения зерновых смесей по плотности показыва ет, что наиболее целесообразным является разделение семян в вибропневмо ожиженном слое с использованием вибропневмосепараторов с трапециевидны ми деками при удельной нагрузке, не превышающей 0,9 кг/с·м2. Перспектив ными являются вибропневмосепараторы с прямоточной декой, имеющие мень шее количество регулируемых параметров, по сравнению с аналогами с трапе циевидной декой. Известные вибропневмосепараторы с прямоточной декой не обеспечивают достаточной четкости разделения материала. Повышение каче ства очистки семян на вибропневмосепараторах с прямоточными деками воз можно за счет совершенствования воздушной системы и процесса отделения примесей с поверхности вибропневмоожиженного слоя семян.
2. С использованием математических моделей (1) и (2) определены ско рости воздушных потоков при различном соотношении плотностей низкона турных примесей к плотности семян основной культуры. Для разделения ком понентов в зоне расслоения следует обеспечивать скорость воздушного потока в пределах 1,0…1,4 м/с. Для интенсификации технологического процесса виб ропневмосепаратора предложено использовать наклонный воздушный поток.
На основе математических моделей (5 – 9) рассчитаны скорости перемещения материала по поверхности деки с учетом воздействия наклонного воздушного потока скоростью 1 м/c, которые возрастают от 0,108 до 0,126 м/с при угловой скорости кривошипа 51,28 1/с и с 0,127 до 0,144 м/с при угловой скорости кривошипа 53,38 1/с. Полученные значения средних скоростей достаточно близки к скоростям, полученным в опытах.
3. Разработана конструктивно-технологическая схема вибропневмосепа ратора с усовершенствованной декой с углом поперечного ее наклона, равным нулю. ( Патент РФ № 2347352, патент на полезную модель № 89325).
С использованием теории планирования эксперимента определены ра циональные параметры и режимы разделения семян в вибропневмоожиженном слое на деке разработанного вибропневмосепаратора для двух настроечных значений производительности.
Для производительности 1000 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки 5…6;
частота колебаний 480…500 мин-1 при амплитуде 0,015 мм, угле направленности колебаний 30, угле установки стенки деки 24.
Для производительности 2500 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки 6…7;
частота колебаний 540…560 мин-1 при амплитуде 0,015м, угле направленности колебаний 30, угле установки стенки деки 24. При этом удельная нагрузка составляет 2,8 кг/см2.
4. Для настройки вибропневмосепаратора разработаны номограммы, по зволяющие устанавливать параметры и режимы его работы в зависимости от засоренности очищаемого семенного материала. При этом полнота выделения примесей находится в пределах 98...99% при 10-процентных потерях семян в отходы.
5. Результаты проведенных производственных исследований позволяют рекомендовать вибропневмосепаратор для использования в семяочиститель ных линиях прямоточной очистки производительностью 2,5 т/ч на базе воз душно-решетных машин первичной, вторичной очистки и триеров. Производ ственными исследованиями установлено, что линия с использованием разрабо танного вибропневмосепаратора обеспечивает получение семян элиты и обла дает достаточной технологической надежностью. При этом чистота получае мых семян соответствует требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для семян элиты, с вероятностью сохранения поля допуска на засоренность семян 0,928.
6. Применение вибропневмосепаратора в составе линии прямоточной очистки семян позволяет получить годовой экономический эффект свыше 86000 руб. при сроке окупаемости не более 3,5 сезона. При этом степень ин тенсификации технологического процесса составила 25%. Расчеты показали, что использование вибропневмосепаратора в семяочистительной линии произ водительностью 5 т/ч, реализующей фракционную технологию очистки элит ных семян (Патент РФ №2340410), позволяет снизить прямые эксплуатацион ные затраты на 16%, прямые энергозатраты - более чем на 50%. Годовой эко номический эффект при этом составит около 1300 тыс. рублей при сроке оку паемости, не превышающем двух сезонов, за счет снижения энергоемкости и потерь семян основной культуры в отходы.
Основные положения диссертации изложены в следующих работах:
1. Галкин В.Д., Грубов К.А. Параметры и режимы работы усовершенствованного вибропневмосепаратора семян // Аграрная наука Евро Северо-Востока. – Выпуск №2 (21), 2011. – г. Киров: Типография ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии.С.67-70.
2. Галкин В.Д., Грубов К.А. Вибропневмосепаратор семян с усовершенствованной декой // Тракторы и сельхозмашины. – №4, 2011. – М. С.
12-13.
3. Галкин В.Д., Грубов К.А. Вибропневмосепаратор для подготовки семян // Сельский механизатор. – Выпуск №2, 2010.-С. 15.
4. Галкин В.Д., Грубов К.А. Совершенствование очистки семян зерновых культур на вибропневмосепараторе // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – Выпуск №6(21), 2009 – г. Краснодар: ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ. С.244-246.
5. Галкин В.Д., Хавыев А.А., Хандриков В.А., Грубов К.А. Рациональные параметры и режимы работы вибропневмосепаратора зерна с усовершенствованной декой // Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы: материалы Всероссийской научно-практической конференции.
Ижевск.: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. 2007, т.3. С.3-7.
6. Галкин В.Д., Хавыев А.А., Хандриков В.А., Грубов К.А. Технология подготовки малых партий семян с усовершенствованным рабочим процессом окончательной очистки // Современные проблемы технологии производства, хранения, переработки и экспертизы качества сельскохозяйственной продукции. Т.2. Материалы Международной научно-практической конференции 26-28 февраля 2007. г. Мичуринск.: ФГОУ ВПО МичГАУ, 2007.
С. 239-242.
7. Хавыев А.А., Хандриков В.А., Грубов К.А. Параметры и режимы работы усовершенствованного вибропневмосепаратора // Пермский аграрный вестник.
Сб. науч. тр. LXVI Всероссийской научно-практ. конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в развитие АПК». 10 12 апреля 2007г. – Пермь: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2007. – Вып. XVII. Ч.2.
– С.73-75.
8. Грубов К.А. Повышение эффективности очистки и сортирования семян путем разработки и использования вибропневмосепаратора усовершенствован ной конструкции./Материалы LXX Всероссийской научно-практической кон ференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежная наука-2010».
Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010. С.68-70.
9. Грубов К.А. Определение оптимальной производительности вибропнев мосепаратора усовершенствованной конструкции. /Грубов К.А., Хандриков В.А. Сборник научных статей Международной научно-практической конфе ренции «Инновационному развитию АПК-научное обеспечение. Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010. С.266-268.
10. Грубов К.А., Козловский И.Ю. Определение скорости движения зерново го материала по колеблющейся поверхности, продуваемой направленным воз душным потоком / Материалы LXXI Всероссийской научно-практической кон ференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежная наука-2011».
Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2011. – Т.3. – С.47-54.
11. Патент РФ №2347352. А01F12/44. Дека вибропневмосепаратора. / В.Д.Галкин, А.Д. Галкин, А.А.Хавыев, В.А.Хандриков, К.А. Грубов - Перм. гос.
с.х. акад. – Россия. - Опубл. 27.02.2009. - Бюлл. № 6.
12. Патент на полезную модель №89325. А01F12/44. Вибропневмосепаратор.
/ В.Д.Галкин, А.А.Хавыев, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, – Перм. гос. с.х. акад. – Россия – Опубл.10.12.2009. – Бюлл. №34.
13. Патент на полезную модель №58287. А01F12/44. Комбинированная машина для разделения сыпучих материалов. / В.Д.Галкин, А.А.Хавыев, С.Е.Басалгин, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, В.П.Костарев – Перм. гос. с.х. акад.
– Россия – Опубл.27.11.2006. – Бюлл. №33.
14. Патент РФ №2340410. А01F12/44, В07В1/12. Способ разделения зерновых смесей / В.Д.Галкин, А.Д.Галкин, А.А.Хавыев, С.Е.Басалгин, В.П.Соловьев, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, С.В.Галкин - Перм. гос. с.х. акад. – Россия. - Опубл. 10.12.2008. - Бюлл. №34.
Формат 60841/16. Печ. л. 1.
Тираж 100 экз. Заказ Отпечатано в ИПЦ «ПрокростЪ»
Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н.Прянишникова, 614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, Тел. 210-35-