Параметры усовершенствованного процесса разделения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в воздушно-решетных зерноочистительных машинах
На правах рукописи
Припоров Игорь Евгеньевич
ПАРАМЕТРЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ПРОЦЕССА
РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ВОРОХА СЕМЯН
КРУПНОПЛОДНОГО ПОДСОЛНЕЧНИКА В
ВОЗДУШНО-РЕШЕТНЫХ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ
МАШИНАХ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского
хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Краснодар – 2012
Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. В. С. Пустовойта» Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии)
Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник Шафоростов Василий Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Плешаков Вадим Николаевич кандидат технических наук, доцент Московский Максим Николаевич
Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельско го хозяйства» Российской академии сельскохозяй ственных наук (г. Зерноград)
Защита состоится «23» мая 2012 года в 1000 часов на заседании диссерта ционного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, Ку банский ГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубан ский государственный аграрный университет».
Автореферат размещён на сайте ВАК РФ http://vak2.ed.gov.ru «12» апреля 2012 года.
Автореферат размещён на сайте Кубанского ГАУ http://kubsau.ru «12» апреля 2012 года.
Автореферат разослан «» апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук В. С. Курасов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Для подготовки семенного материала в сельскохо зяйственном производстве широко применяются воздушно-решётные зерно- и семяочистительные машины, в которых происходит разделение семян по раз мерам и аэродинамическим свойствам.
Как показывает опыт эксплуатации таких машин, они используются не всегда с максимальным эффектом. Рациональные скорости перемещения воро ха семян подсолнечника по решётным станам являются не оптимальными для воздушной системы. В результате этого эффективность работы пневматической системы не превышает 20–30 %, что приводит к снижению качества сортирова ния, что сказывается на выходе семенного материала.
Поэтому создание рациональных условий для сортирования семян крупно плодного подсолнечника в пневматическом канале воздушно-решётных машин является актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИОКР ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии на 2006–2010 гг. (ГР № 01.9.70 0 06339) и на 2011–2015 гг. (ГР № 01201158046).
Цель исследований – увеличение доли выхода кондиционных семян крупноплодного подсолнечника за счет совершенствования конструкции пнев матических сепараторов воздушно-решетных зерноочистительных машин.
Научная гипотеза: повышение эффективности сортирования семян крупноплодного подсолнечника возможно за счет оптимизации условий взаимодействия компонентов вороха с вертикальным воздушным потоком.
Задачи исследований:
1. Определить влияние основных физико-механических свойств семян крупноплодного подсолнечника на их аэродинамические свойства.
2. Определить траектории перемещения компонентов вороха семян с раз личными аэродинамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вводе их в пневматический канал.
3. Рассчитать скорость ввода компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вертикальный воздушный поток.
4. Определить оптимальные конструктивные параметры и материал скат ной доски, обеспечивающие увеличение скорости ввода компонентов вороха семян в вертикальный воздушный поток.
5. Установить скорость ввода компонентов вороха семян в воздушный по ток с учётом оптимального материала скатной доски.
6. Выполнить технико-экономическое обоснование эффективности усо вершенствованной зерноочистительной машины.
Объект исследования – семена крупноплодного подсолнечника, верти кальный пневматический канал воздушно-решетных зерноочистительных ма шин, процесс очистки семян.
Предмет исследований – закономерности разделения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника с различными аэродинамическими ха рактеристиками в вертикальном воздушном потоке.
Методика исследований. При проведении теоретических исследований использовали теорию потока тел, законы теоретической механики. Экспери ментальные исследования проводились в соответствии с ОСТ 70-10.2 83. Обра ботка результатов экспериментов выполнялись с помощью стандартных про грамм из пакета MathCAD 7.0.
Научную новизну представляют:
– закономерности относительного перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в зависимости от кинематических и технологи ческих параметров решет;
– математические выражения для определения траекторий перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вертикальном пневматическом канале в зависимости от конструкции и технологических па раметров подающего устройства;
– математическая модель процесса пневматической сепарации компонен тов вороха семян крупноплодного подсолнечника при оптимальном взаимодей ствии решета, подающего устройства и воздушного потока в пневматическом канале.
Практическую значимость представляют:
– алгоритм оценки оптимальности параметров подающего устройства для ввода семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал;
– конструкция устройства для подачи семян крупноплодного подсолнеч ника в пневматический канал;
– значения параметров пневматической сепарации в зависимости от усло вий ввода семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований ис пользованы ОАО ГСКБ «Зерноочистка» (г. Воронеж) при модернизации кон струкции воздушно-решетных зерноочистительных машин. Модернизирован ная зерноочистительная машина МВУ–1500 используется на центральной экс периментальной базе ВНИИМК.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доло жены, обсуждены и одобрены на ежегодных отчетно-плановых сессиях ВНИИМК в 2008–2011 годах;
на V и VI Международных конференциях моло дых ученых и специалистов (ВНИИМК, 2009 и 2011 гг.);
на II и IV Всероссий ских научно-практических конференциях молодых ученых (Кубанский ГАУ, 2008 и 2010 гг.);
на VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов (Кубанский ГУ, 2009 г.), на IV Международной научно-практической конференции (ДГТУ, Ростов на Дону, 2011 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано де вять научных работ, в их числе четыре в изданиях, рекомендованных ВАК, а также получено три патента РФ на полезную модель. Общий объем опублико ванных работ составляет 3,19 п.л., из них личный вклад автора 1,93 п.л.
На защиту выносятся следующие основные положения:
– закономерности изменения аэродинамических свойств семян крупно плодного подсолнечника в зависимости от их физико-механических свойств;
– траектории перемещения компонентов вороха семян с различными аэро динамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вво де их в канал;
– усовершенствованная конструкция подающего устройства при вводе во роха семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал оконча тельной аспирации зерноочистительной машины;
– результаты экспериментальных исследований по скоростям ввода ком понентов вороха семян в воздушный поток в виде уравнения регрессии;
– технико-экономическая эффективность использования усовершенство ванной воздушно-решетной зерноочистительной машины МВУ–1500, осу ществляющей сепарацию вороха семян крупноплодного подсолнечника.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 160 наиме нований, из них – 12 иностранных, и 7 приложений. Основная часть диссерта ции содержит 118 страниц, 25 рисунков, 23 таблицы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы их цель, научная новизна и практическая значимость, представлены положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проана лизированы в сравнительном аспекте конструкции воздушно-решетных зерно очистительных машин, выявлены их достоинства и недостатки, рассмотрены их характеристики.
Существенный вклад в усовершенствование воздушных систем зерно- и семяочистительных машин внесли Ю. И. Ермольев, В. Д. Бабченко, Н. М. Ива нов, И. П. Лапшин, А. П. Тарасенко, С. Г. Урюпин, С. С. Ямпилов, А. И. Бур ков, А. Н. Зюлин, H. Blenk, W. K. Bilanski, R. Lai, M. M. Kashayap и другие ученые.
Исследование работы серийных зерноочистительных машин показало, что даже многократный пропуск семенного материала через машину чаще всего не позволяет довести семена до посевных кондиций. Между тем анализ аэродина мических свойств компонентов зерновой смеси и результаты обработки семян на экспериментальных установках свидетельствуют о возможности высокоэф фективного использования воздушного потока. В соответствии с изложенным сформулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе «Теоретические исследования» приведен многомерный анализ процесса сепарации семян крупноплодного подсолнечника в подсистеме решетный ярус-пневмосепаратор воздушно-решетной зерноочистительной ма шины и выявлены пути повышения эффективности этого процесса.
Для условий ширины решет, равной единице, плотности j-тых компонен тов вороха семян крупноплодного подсолнечника, постоянной по длине каждо го решета в ярусе, и коэффициенте сепарации µ1mj, постоянном по длине L1m решета (рисунок 1), получено выражение для оценки величины средней скоро сти перемещения j-го компонента по 1-му решету яруса при установившемся процессе сепарации Vx1mj:
L L (1 E ) e 1mj 1m ( L Y 1(m 1) j 1 V x1mj ), (1) M П1mj t 1m j1m 1m 1mj 1mj где У1(m–1)j – масса j-го компонента, поступившего на 1-е решето с предыдущего (m–1) за время t, кг;
МП1mj – масса тел j-го компонента на рабочей поверхности решета при установившемся процессе сепарации, кг;
t – время, затраченное на путь пройденное центрами инерции тел j-го компонента в рабочей полости ре шета, с;
L1m – длина 1-го решета в ярусе, м;
Ej1m – полнота просеивания j-го компонента через 1-е решето в ярусе.
Рисунок 1 – Схема показателей перемещения j-тых компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника по решетной поверхности 1-го решета яруса Для случая У1mj = 0, величина Vx1mj определяется из выражения (1) при условии Ej1m = 1 и замене L1m на L/ 1m. Для определения величины 1mj из выра жения (2) необходимо выбрать длину L// 1m L1m, при которой Ej1m1.
1 1mj n( ), (2) 1 E L 1m j1m Длина пути L1mj на рабочей поверхности 1-го решета определяется из вы ражения 1 L1m (1 E j1m ) e 1mj L1m L1m, (3) L1mj X ЦМ 1mj 1mj 1mj а время пребывания центра инерции тел j-го компонента на решете – из выра жения t М П1mj tср.циj1m. (4) У 1( m 1) j В работах А. Я. Малиса, А. С. Демидова, А. С. Матвеева и других исследо вателей достаточно полно рассмотрены вопросы пневматической сепарации в вертикальных каналах. В то же время нет точного представления о процессе движения частиц сепарируемого материала, требуется его дальнейшее изуче ние.
Рассмотрим пневматическое сепарирование как физический процесс раз деления различных компонентов семян крупноплодного подсолнечника с раз ными аэродинамическими характеристиками в вертикальном пневматическом канале различной глубины.
На первом этапе исследований было выявлено направление (величина угла 0) вектора скорости воздушного потока в зоне схода компонентов семян круп ноплодного подсолнечника в вертикальный пневматический канал с конца по дающей скатной доски (рисунок 2).
Для оценки величины угла 0 проведены исследования при различных ве личинах смещения h в пневматическом канале конца подающей скатной доски и при разных средних скоростях воздушного потока.
Установлено, что на исследуемом ин тервале скоростей воздушного потока и за даваемых величин координат h, в первом приближении можно принять 0 0, т.е. от клонение вектора V от вертикали незначи тельно.
В вертикальный пневматический канал ворох семян крупноплодного подсолнечни Рисунок 2 – Схема скоростей ка поступает с конца подающей скатной по перемещения и сил,действующих верхности (рисунок 2), расположенного на на j-тый компонент семян крупноплодного подсолнечника расстоянии h от передней стенки пневмо в воздушном потоке канала, под углом к горизонту 0 со скоро вертикального канала стью С Воздушный поток в пневматическом канале действует на компонент со скоростью V, что определяет величину и направление скорости U компонента в относительном движении:
C 2 0 2V C0 sin, U V (5) где С0 – скорость перемещения скатной поверхности, м/с.
Направление скорости U, определенное углом к направлению воздушно го потока, определяется из выражения C arcsin( cos ).
0 (6) U В воздушном потоке на компонент массой m (рисунок 2) действует сила тяжести G и сила сопротивления воздушного потока R, направленная в сторону, противоположную скорости U относительного движения компонента:
R m K u2, (7) где К – коэффициент пропорциональности силы аэродинамического сопротив ления;
u – абсолютная скорость компонента, м/с.
K g2, (8) Vкр где – критическая скорость (скорость витания компонента), м/с.
кр Дифференциальные уравнения движения компонента в координатах XOY (рисунок 2) запишутся в виде (9) Величину относительной скорости для оценки и с учётом допущения дифференциальные уравнения (9) запишутся в виде d 2x dx g KV 2 KV dt dt (10) dy dy KV.
dt 2 dt Проинтегрировав уравнения (10) при начальных условиях t=0;
x=0;
у=0;
, получим аналитические зависимости для составляющих скорости и перемещения компонента в вертикальном пневматическом канале:
{( ) ) [( ] } (11) (12) ) [( ]( ) (13) ( ) ( ) (14) Оценим расчетным путем траектории перемещения компонентов семян крупноплодного подсолнечника в вертикальном пневматическом канале глуби ной S при задаваемом изменении величины h смещения конца О скатной доски (рисунок 2).
Глубина пневматического канала м угол ввода компонентов в пневмоканал (по типу зерноочистительной машины МВУ–1500).
Для оценки величины рабочей скорости V воздушного потока в пневмати ческом канале примем условие: допустимая вероятность выделения семян крупноплодного подсолнечника воздушным потоком в отходы Р. Веро ятность Р выделения легких j-тых фракций семян крупноплодного подсолнеч ника определяется из выражения (), (15) где – доля j-того компонента во фракции семян крупноплодного подсолнеч ника, поступающей в пневматический канал.
Приняв гипотезу о нормальном законе распределения плотность вероятно ( ), выражение (15) запишем как сти ( ) – [ ] (16) Для решения выражения (16) используем преобразование Лапласа. Тогда выражение (16) с учетом заданных ограничений по выносу семян крупноплод ного подсолнечника в отстойную камеру примет вид [ )] ( ) (, (17) где – вероятностная доля выноса j-го компонента воздушным потоком со ( ) – вероятностная доля j-го компонента от скоростью до ;
() ( ) – вероятностная доля j-го компонента от ( ) до.
Используя метод итераций и задаваясь пошагово различными величинами рабочей скорости воздушного потока V Vjmin в пневматическом канале, из вы ражения (17) находим с помощью статистических таблиц величины 0j(z1), При известных долях aj j-тых семян крупноплодного подсолнечника, 0j(z2).
подаваемых в пневматический канал, определяем величину V, обеспечиваю щую условие (17).
Установлено (рисунок 3), что при обеспечении заданного уровня выноса семян крупноплодного подсолнечника в отстойную камеру (потери семян в отходы) 2% рас четная допустимая рабочая ско рость воздушного потока во 2-м пневмоканале составит V = 4,8 м/с.
Учитывая небольшие подачи семян крупноплодного подсолнеч Рисунок 3 – Вероятностная доля выделения воздушным потоком ника в вертикальный пневмоканал, j-тых компонентов и всех на этом этапе исследований изме компонентов с учетом их долей по массе частиц в исходной фракции нение скорости воздушного потока семян крупноплодного подсолнечника в межсеменном пространстве (фор в зависимости от скорости воздушного потока в пневмоканале мула Дюбуа) не рассматривалось.
С использованием выражений (5)-(14) проведена оценка траекторий (рису нок 3) перемещения различных компонентов семян крупноплодного подсол нечника с разными технологическими свойствами, кроме того, для различных координат h (рисунок 2) определено смещение т.О и выявлена рациональная скорость воздушного потока, обеспечивающего заданные условия пневматиче ской сепарации (выражение (17).
Из рисунка 4 следует, что при перемещении компонентов семян крупно плодного подсолнечника в пневмоканале на малом участке (0-3 мм) от точки ввода компонентов (т.О) оси 0-Y, которую пересекают все траектории компо нентов вороха (фрагменты стеблей, корзинок, обрушенные семена, семена крупноплодного подсолнечника с малыми критическими скоростями витания), происходит отделение от него сорных примесей (выносятся в верх пневмокана ла).
Траектории этих компонентов пересекаются в рабочей зоне пневмоканала под различными углами.
Анализ результатов показал, что при малых углах и скоростях ввода компонентов и принятых допущениях процесс разделения не зависит от величины коорди наты h расположения решет в пневмоканале.
Рисунок 4 – Траектории перемещения j-тых компонентов семян крупноплодного При этом с учетом малых ско подсолнечника в воздушном потоке пневмоканала при их сходе с решета: 1, 2 – фрагменты ростей С0j процесс разделения стеблей;
3, 4 – фрагменты корзинок;
5, 6 – компонентов в воздушном потоке обрушенные семена;
7, 8 – семена толщиной менее 3,2 мм;
9, 10 – семена толщиной 3,2–3, не эффективен.
мм;
11, 12 – семена толщиной 3,6-4,0 мм;
13, 14 – семена толщиной свыше 4,0 мм Одним из возможных вариан тов увеличения скорости ввода j тых компонентов в пневматиче ский канал можно считать уста новку неподвижной скатной доски у торца подающего устройства (решета) под углом 1 (рисунок 5).
Для оценки величины скорости Рисунок 5 – Схема подач j-того ввода C0j j-тых компонентов в пнев компонента в пневматический канал по скатной доске моканал рассмотрим их перемещение по скатной доске.
Дифференциальное уравнение движения j-го компонента по скатной доске будет иметь вид m d 2 G(sin1 f cos1), x dt (18) 2y m d 2 N G cos1.
dt Проинтегрировав первое уравнение из системы (18), получим dх gt (sin 1 f cos1 ) C1, (19) dt gt (sin 1 f cos1 ) C1t C х (20) Постоянные интегрирования С1 и С2 определим из начальных условий:
при t = 0, х0 = 0 м, dx0/dt = C0j (21) Подставив величины начальных условий из (21) в выражение (19), оконча тельно получим: С1 = C0j, С2 = 0;
gt (sin 1 f cos1 ) 2t.
хН (22) dх gt (sin 1 f cos1 ) C0 j (23) dt Задаваясь длиной Н и углом 1 скатной доски и зная величины C0j – сред ней скорости выхода j-того компонента с торца решет, из выражения (22) опре делится время t перемещения j-того компонента по скатной доске:
4 4 2H g (sin f cos1) g (sin1 f cos1) g (sin1 f cos1) t1,2, (24) а из выражения (23) – скорость dx Сп0 j ввода j-го компонента в пневмоканал.
dt С использованием расчетных ве личин скоростей ввода компонентов семян крупноплодного подсолнечника в пневмоканал по выражениям (18)– (24) просчитаны траектории перемеще ния компонентов в воздушном потоке Рисунок 6 – Траектории перемещения j-тых компонентов в воздушном потоке пневмоканала при их сходе со скатной доски (1=40, H=0,07м) пневмоканала для условий их схода со скатной доски длиной 0,07 м (рисунок 6).
Из анализа рисунка 6 следует, что компоненты семян перемещаются по траекториям, пересекающим линию 0–Y и выносятся в верхнюю часть (-х) пневмоканала на более длинном участке 0–5,5 мм. При этом в пневмоканале выделяется больше компонентов с повышенными критическими скоростями витания (Vк=4,95 м/с).
Траектории перемещения компонентов со скатной доски длиной Н = 0,10 м с коэффициен том трения по ней компонентов fj = 0,04 («гладкая» поверхность) приведены на рисунке 7.
Рисунок 7 – Траектории перемещения Для условий ввода компо j-тых компонентов воздушном потоке нентов с «гладкой» скатной доски пневмоканала при их сходе со скатной доски (1=40, H=0,10м, f=0,04) (fj = 0,04) длина участка разделе ния компонентов в пневмоканале выросла до 11 мм.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследова ний» описаны экспериментальная установка, приборы и оборудование, приме няемые при исследованиях.
При оптимизации конструктивных параметров скатной доски применяли метод планирования алгоритмизированного эксперимента. Для этого использо вали полнофакторный (33) эксперимент, результаты которого обрабатывались с помощью программы MathCAD 7.0. На основании анализа предварительных исследований были выделены факторы, влияние которых на качественные по казатели процесса сортирования семян крупноплодного подсолнечника имеет существенное значение. К ним отнесены: коэффициент трения компонентов на скатной доске х1 (f);
длина скатной доски х2 (Н, м);
угол наклона скатной доски х3 (, град). В качестве критерия оптимизации выбрана скорость ввода компо нентов в пневматический канал Ys.
Для оценки влияния параметров воздушной системы зерноочистительной машины типа МВУ–1500 на качественные показатели процесса сортирования семян крупноплодного подсолнечника была изготовлена экспериментальная установка (рисунок 8).
Рисунок 8 – Схема экспериментальной установки: 1 – бункер;
2, 5, 10 – заслонки;
3 – скатная доска;
4 – приводной механизм;
6 – пневматический канал;
7 – осадочная камера для семян;
8 – вентилятор;
9 – осадочная камера для примесей.
Для определения скорости перемещения по скатной доске производилась видеосъемка движущихся семян крупноплодного подсолнечника сорта Лаком ка. Отснятый сюжет просматривали по кадрам на компьютере с помощью про граммы Picasa 3 и определяли скорость перемещения.
При обработке экспериментальных данных применяли методы математи ческой статистики.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» пред ставлены результаты экспериментальных исследований.
Были изучены аэродинамические свойства составных частей вороха семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка: семян основной культуры (це лых, обрушенных, битых), а также органических примесей – фрагментов кор зинки, стеблей, черешков листьев.
Установлено, что средняя скорость витания компонентов вороха семян со ставила: фрагменты корзинок – 6,68м/с, фрагменты стеблей – 6,46 м/с, битые семена – 6,83 м/с, обрушенные семена – 7,97 м/с и семена основной культуры – 7,28 м/с. Полученные данные свидетельствуют о возможности разделения раз личных компонентов по аэродинамическим свойствам.
Экспериментальные данные по изучению влияния основных компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника на их аэродинамические свойства представлены на рисунке 9.
а) б) Рисунок 9 – Вариационные кривые скорости витания семян крупно плодного подсолнечника сорта Ла комка по: а) толщине;
б) ширине;
в) индивидуальной массе в) С помощью корреляционно-регрессионного анализа установлено, что на скорость витания оказывают существенное влияние толщина семян крупно плодного подсолнечника и их индивидуальная масса. В то же время ширина семян крупноплодного подсолнечника практически не влияет на скорость вита ния. Из этого следует, что семена крупноплодного подсолнечника перед пода чей в воздушный канал целесообразно сортировать по толщине. Были изучены показатели качества работы вертикального пневматического канала № 2 се мяочистительной машины МВУ–1500. Основные результаты представлены на рисунке 10.
а) б) Рисунок 10 – Показатели качества работы вертикального пневматического канала № семяочистительной машины в) МВУ–1500: а) скорость воздуха по зерну;
б) чистота в) материала;
в) распределение материала по ширине решета в) Анализ представленных данных показывает, что скорость воздушного по тока по ширине канала снижается в средней части и это сказывается на каче стве сортирования (рисунок 10 б).
Основные показатели качества работы семяочистительной машины МВУ– 1500 представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные показатели качества сортирования семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка на серийной воздушно-решетной семяочистительной машине МВУ–1500 (производительностью 1401 кг/ч) Семян основной Отход, % культуры, % Выход Масса фрак- всего в том всего в том числе Показатель ции, семян, числе орган. битые щуп г обру- примеси лые % шенных Исходный материал 92,01 1,2 7,99 6,39 0,49 1,11 90, 1 аспирационный канал – 4,6 51,05 49,95 49,61 0,05 0, 2 аспирационный канал 1,9 79,98 0,02 20,02 19,74 0,04 0, Сход с верхнего стана решета – – 0,8 85,04 14,96 14,95 0, Подсев верхнего стана решета 5,8 56,41 1,04 43,59 28,99 0,18 14, Подсев нижнего стана решета 3,2 78,52 0,95 21,48 19,21 0,07 2, Основной выход 83,7 97,61 1,29 2,39 1,83 0,41 0,15 102, Анализ данных таблицы 1 показывает, что вследствие неэффективной ра боты этого канала чистота материала составляет 97,61 %, что не соответствует требованиям ГОСТ на посевной материал. Содержание органических примесей равно 1,83 %. Все это свидетельствует о необходимости усовершенствования конструкции воздушно-решетной семяочистительной машины.
При оценке работы устройства для подачи вороха семян крупноплодного подсолнечника в аспирационный канал определяли скорость ввода вороха. В результате математической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии (21) Ys = 0,297 – 0,059x2 + 0,023x3 – 0,085x12 – 0,023x22 + 0,093x32, (21) f а) Н, м f б), град.
Н, м в), град.
Рисунок 11 – Поверхность отклика зависимости скорости ввода компонентов в пневматический канал зерноочистительной машины от: а) коэффициента трения компонентов на скатной доске и длины скатной доски;
б) коэффициента трения и угла наклона скатной доски;
в) длины скатной доски и угла наклона скатной доски Уравнение регрессии (21) в канонической форме для коэффициента трения компонентов и длины скатной доски имеет вид Y – 0,33 = – 0,085Х12 – 0,023Х22. (22) Поверхность отклика представляет собой эллипсоид (рисунок 11а), а её центр – экстремум (максимум), так как канонические коэффициенты имеют одинаковые знаки. Уравнения регрессии в канонической форме для коэффици ента трения компонентов и угла наклона скатной доски (23), длины скатной доски и угла наклона скатной доски (24) имеют вид Y – 0,33 = – 0,085Х12 + 0,093Х32, (23) Y – 0,33 = – 0,023Х22 + 0,093Х32. (24) Поверхность отклика представляет собой параболоид (рисунок 11б и 11в), а её центр – экстремум (максимум), так как канонические коэффициенты имеют разные знаки.
В результате исследований были определены оптимальные конструктив ные параметры скатной доски: коэффициент трения f = 0,07, длина скатной доски Н = 0,10 м и угол наклона скатной доски = 400. Установлено, что при этих параметрах скорость ввода составляет 0,33 м/с, что позволяет повысить эффективность работы пневматического канала.
Основные показатели качества работы усовершенствованной воздушно решетной семяочистительной машины МВУ – 1500 представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Основные показатели качества сортирования семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка на переоборудованной воздушно-решетной семяочи стительной машине МВУ-1500 (производительность 1572 кг/ч) Семена основ Отход, % ной культуры, % Выход Масса всего в том всего в том числе Показатель фрак- 1000 се числе орган. битые щуп ции, % мян, г обру- приме- лые шенных си Исходный мате – 91,98 0,74 8,02 6,57 0,41 1,04 90, риал 1 аспирацион 4,9 58,24 0,06 41,76 41,47 0,04 0, ный канал 2 аспирацион 2,9 74,05 0,05 25,95 25,69 0,03 0, ный канал Сход с верхнего – – – 1,0 82,04 17,96 17, стана решет Подсев верхнего 6,3 55,93 2,13 44,07 34,34 0,16 9, стана решет Подсев нижнего 3,8 77,46 1,15 22,54 20,00 0,05 2, стана решет Основной выход 81,1 99,08 0,66 0,92 0,21 0,51 0,20 104, Анализ полученных данных показывает, что содержание органических примесей во 2-м аспирационном канале по сравнению с серийной машиной увеличились и составило 25,69 %, что сказалось на выходе семян основной культуры, который составил 99,08 %, что соответствует требованиям ГОСТ на посевной материал. При этом производительность самой машины повысилась до 1572 кг/ч.
В пятой главе «Экономическая эффективность» представлен расчет эко номической эффективности усовершенствованной воздушно-решетной зерно очистительной машины МВУ–1500. С использованием предлагаемого подаю щего устройства совокупные затраты денежных средств уменьшаются на 13%, экономический эффект в расчёте на 1 т семян крупноплодного подсолнечника составил 2536 руб.
Общие выводы 1. В результате изучения влияния основных физико-механических свойств семян крупноплодного подсолнечника на их аэродинамические свойства уста новлено, что скорость витания семян зависит от их толщины (4,04–10,14 м/с) и индивидуальной массы (4,43–9,39 м/с), но не зависит от ширины семян.
2. Определены траектории перемещения компонентов вороха семян с раз личными аэродинамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вводе их в канал. Установлено, что процесс разделения компо нентов в пневматическом канале происходит на коротком участке 0–3 мм из-за малого угла ввода ( 0 ) и малых скоростей ввода (С0j) компонентов в канал, что приводит к ухудшению процесса сепарации.
3. С использованием теории потока тел были получены оптимальные ско рости ввода компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вер тикальный воздушный поток: для фрагментов стеблей – 0,0518 м/с, корзинок – 0,0373 м/с;
обрушенных семян – 0,0381 м/с;
полноценных семян – 0,0835 м/с (при толщине менее 3,2 мм;
3,2–3,6 мм), 0,0453 м/с (при толщине 3,6–4,0 мм), 0,0410 м/с (при толщине свыше 4,0 мм).
4. В результате исследований были определены оптимальные конструк тивные параметры скатной доски: коэффициент трения f = 0,07, длина скатной доски Н = 0,10 м и угол наклона скатной доски = 400. Установлено, что при этих параметрах скорость ввода составляет 0,33 м/с, что позволяет повысить эффективность работы пневматического канала.
При длине скатной доски Н = 0,07 м и 1 400 скорость ввода компонен тов в пневматический канал возрастает в 2,43 – 4,21 раза. При Н = 0,10 м и f = 0,04 («гладкая» поверхность скатной доски) скорость ввода компонентов в канал возрастает в 4,77–9,44 раза.
Увеличение скорости ввода компонентов приводит к увеличению с 3 мм до 11 мм длины участка глубины вертикального пневматического канала, на кото ром происходит процесс пневматической сепарации компонентов вороха семян.
5. В результате экспериментальных исследований по усовершенствованию механизма подачи семян крупноплодного подсолнечника в пневматический ка нал зерноочистительной машины была определена скорость ввода компонентов вороха: для фрагментов стеблей – 0,3670 м/с, корзинок – 0,3529 м/с;
обрушен ных семян – 0,3535 м/с и полноценных семян – 0,3990 м/с, что несущественно отличается от расчётных (10%).
6. Усовершенствованная зерноочистительная машина МВУ–1500 исполь зуется при очистке семян крупноплодного подсолнечника в производственных условиях в ГНУ ВНИИМК. Расчёты показали, что с использованием предлага емого подающего устройства совокупные затраты денежных средств уменьша ются на 13%, экономический эффект в расчёте на 1т семян крупноплодного подсолнечника составил 2536 руб.
Основные положения диссертации опубликованы – в изданиях, рекомендованных ВАК:
Припоров И. Е. Исследование воздушной системы зерноочисти 1.
тельной машины МВУ – 1500 / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров // Науч.-техн.
бюл. ВНИИ масличных культур. – 2008. – вып. № 2(139). – С. 82–84.
Припоров И. Е. Влияние толщины, ширины и индивидуальной мас 2.
сы семян подсолнечника на скорость их витания / В. Д. Шафоростов, И. Е.
Припоров // Науч.-техн. бюл. ВНИИ масличных культур. – 2010. – вып.
№ 1(142–143). – С. 76–80.
Припоров И. Е. Моделирование процесса сепарирования семян под 3.
солнечника в вертикальном пневматическом канале ветро-решетных зерноочи стительных машин / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров // Науч.-техн. бюл.
ВНИИ масличных культур. – 2011. – вып. № 1 (146–147). – С. 113–118.
Припоров И. Е. Оценка основных закономерностей функциониро 4.
вания подсистемы «решётный ярус–пневмосепаратор воздушно–решётной зер ноочистительной машины» / Ю. И. Ермольев, В. Д. Шафоростов, А. В. Бутов ченко, И. Е. Припоров // Вестник Донской ГТУ. – 2011. – Том 11. № 4 (55). – С. 480–488.
– в прочих изданиях:
Припоров И. Е. Исследование воздушной системы зерноочисти 5.
тельной машины МВУ–1500 / И. Е. Припоров // Научное обеспечение агропро мышленного комплекса: Материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых – Краснодар: КубГАУ, 2008. – С. 342–343.
Припоров И. Е. Качественные показатели воздушной системы зер 6.
ноочистительной машины МВУ– 1500 / И. Е. Припоров // Перспективные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур: Сб. материалов V Международной конференции молодых ученых и специалистов. – Краснодар: ВНИИ масличных культур, 2009. – С. 166–169.
Припоров И. Е. Влияние физико-механических свойств семян под 7.
солнечника на их аэродинамические свойства / И. Е. Припоров // Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах: Тр. VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов – Красно дар: КубГУ, 2009. – С. 36.
Припоров И. Е. Определение оптимальных скоростей перемещения 8.
компонентов вороха семян подсолнечника по решётам воздушно-решётной се мяочистительной машины / И. Е. Припоров // Научное обеспечение агропро мышленного комплекса: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных – Краснодар: КубГАУ, 2010. – С. 421–422.
Припоров И. Е. Моделирование процесса сепарирования семян под 9.
солнечника в вертикальном пневматическом канале / И. Е. Припоров // Иннова ционные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур: Сб. материалов VI Международной конференции молодых ученых и специалистов – Краснодар: ВНИИ масличных культур, 2011. – С. 243–246.
– патенты на полезную модель:
10. Пат. 90361 Российская Федерация: МПК В 07 В 4/02. Пневматический сепаратор семян подсолнечника / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров;
заявитель и патентообладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии. – № 2009127614/22;
заявл. 17.07.2009;
опубл. 10.01.2010. Бюл. № 1.
11. Пат. 86839 Российская Федерация: МПК А 01 F 12/44. Воздушно решетный сепаратор / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров;
заявитель и патенто обладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт маслич ных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии. – № 2009121077/22;
заявл. 02.06.2009;
опубл. 20.09.2009. Бюл. № 26.
12. Пат. 91898 Российская Федерация: МПК В 0 7В 4/02. Пневматический сепаратор семян подсолнечника / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров;
заявитель и патентообладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии. – № 2009140423/22;
заявл. 02.11.2009;
опубл. 10.03.2010. Бюл. № 7.