Совершенствование процесса выделения трудновыделимых примесей и биологически неполноценных зерновок при обработке зернового вороха пшеницы

На правах рукописи

МИРОНЕНКО Денис Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЯ

ТРУДНОВЫДЕЛИМЫХ ПРИМЕСЕЙ И БИОЛОГИЧЕСКИ

НЕПОЛНОЦЕННЫХ ЗЕРНОВОК ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНОВОГО

ВОРОХА ПШЕНИЦЫ

Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации

сельского хозяйства (технические наук

и)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук ВОРОНЕЖ – 2010

Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины»

ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им.

К.Д.Глинки»

Заслуженный деятель науки и техники РФ,

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Тарасенко Александр Павлович Доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Кузнецов Валерий Владимирович Доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАСХН Горбачев Иван Васильевич

Ведущая организация – ОАО «Воронежсельмаш»

Защита диссертации состоится « 19 » марта 2010 г. в 1200 часов на засе дании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Воро нежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки»

С авторефератом можно ознакомиться на сайте www.vsau.ru

Автореферат разослан « 18 » февраля 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Шатохин И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время для выделения из зернового вороха трудновыделимых примесей, таких как овсюг, необмо лоченные, биологически неполноценные зерновки и доведения его до семен ной кондиции, применяют триерные блоки, пневмостолы или пневмосорти ровальные машины. Однако, несмотря на высокое качество их работы, име ются и недостатки. Это вынос биологически полноценного зерна в фуражную фракцию, как при работе овсюжного триерного цилиндра, так и при работе пневмостолов и пневмосортировальных машин. Травмирование зерна за счет перемещения семенной фракции в зерноочистительных машинах, например шнековым транспортером в желобе овсюжного триера. Применение пневмо столов или пневмосортировальных машин ведет к существенному увеличе нию энергозатрат при послеуборочной подработке семян. Одним из путей устранения этих недостатков является разработка рабочих органов, разде ляющих зерновой ворох по фрикционным свойствам его компонентов.

Предлагается модернизировать триерный блок, путем замены овсюж ного ячеистого триерного цилиндра на фрикционный. Это позволит выделить трудновыделимые примеси и биологически неполноценные зерновки из во роха пшеницы и довести тем самым качество семян до требований стандарта без использования пневмостола, что уменьшит энергоемкость всей зерноочи стительной линии, а также понизит травмирование зерна, исключив его транспортирование шнеком в овсюжном триере.

Цель работы – повышение полноты выделения трудновыделимых примесей при послеуборочной обработке зернового вороха со снижением его травмирования.

Объекты исследований – процесс очистки зернового вороха ячеисто фрикционным триерным блоком.

Предмет исследования – закономерности процесса разделения зерно вого вороха по комплексу физико-механических свойств.

Научная новизна работы:

Разработана математическая модель процесса выделения из зернового во роха зерна поврежденного, биологически неполноценного и в пленке, а также засорителей по их фрикционным свойствам, позволяющая опреде лить полноту выделения этих компонентов в зависимости от конструк тивно-технологических параметров фрикционного триерного цилиндра.

Разработана технологическая схема триерного блока с реализацией про цесса разделения компонентов зернового вороха по размерам и фрикци онным свойствам.

Подтверждена целесообразность разделения зернового вороха пшеницы по фрикционным свойствам.

Обоснована экономическая эффективность использования ячеисто фрикционного триерного блока в составе семяочистительного агрегата.

Практическая значимость. Использование ячеисто-фрикционного триерного блока позволит улучшить качество подготовки семенного мате риала, за счет повышения полноты выделения овсюга, необмолоченных и биологически неполноценных зерновок на стадии вторичной очистки зерна и уменьшения его травмирования, а также снизить материало- и энергозатраты семяочистительных линий. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании, настройке и эксплуатации ячеисто-фрикционных триерных блоков.

Достоверность научных положений подтверждается результатами экспериментальных и производственных исследований и обработкой опыт ных данных на компьютере с использованием статистических программ. Ре зультаты теоретических исследований согласуются с экспериментальными данными.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях Воронежского государст венного аграрного университета в 2008 и 2009 годах, Курской государствен ной сельскохозяйственной академии в январе 2008 года. Данная тема отме чена научным грантом по программе «У.М.Н.И.К.» Российского фонда со действия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Автору вынесена благодарность от губернатора Воронежской области А.В.Гордеева за большой вклад в развитие науки и образования.

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе две статьи напечатаны в изданиях, рекомендованных в перечнях ВАК и одно издание является рекомендациями для сельхозтоваропроизводителей, одобренное отраслевой секцией инновационной и технической политики на учно-технического совета главного управления аграрной политики Воронеж ской области протоколом № 2 от 17 декабря 2008 г, шесть публикаций без соавторства. Получено положительное решение о выдаче патента на полез ную модель «Триерный блок» по заявке № 2008142800/03(055683).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, экономического обоснования, общих выводов, списка ис пользованных источников и приложений, изложена на 136 страницах маши нописного текста, содержит 31 рисунок и 23 таблицы. Список использован ных источников включает 185 наименований.

На защиту выносятся:

Показатели качества работы машин вторичной очистки зернового вороха.

Математическая модель выделения из зернового вороха зерна поврежден ного, биологически неполноценного и в пленке, а также засорителей на фрикционной рабочей поверхности триерного цилиндра.

Результаты исследований фрикционных свойств компонентов зернового вороха.

Технологическая схема ячеисто-фрикционного триерного блока.

Закономерности разделения компонентов зернового вороха на фрикцион ной рабочей поверхности триерного цилиндра.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ 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 и их влияние на уро жайность, а также конструкции и работа машин вторичной очистки зерново го вороха.

При рассмотрении конструкций и работы зерноочистительных машин установлено, что машины вторичной очистки играют важную роль в доведе нии зернового вороха до семенных кондиций. Однако из-за своих высоких энерго- и материалозатрат их применение в зерноочистительных линиях при водит к повышению себестоимости послеуборочной обработки семенного материала. Не стоит забывать о выносе полноценного зерна в фуражную фракцию и травмировании семян шнеком в желобе овсюжного триерного ци линдра. К тому же эти машины, в особенности пневмосортировальные столы, отличаются сложной наладкой и пуском в работу, что предъявляет высокие требования к обслуживающему персоналу. Поэтому необходимо изыскать иные способы выделения трудновыделимых примесей и биологически не полноценных зерновок, а также предложить техническое решение для их реализации.

Большой вклад в изучение способов выделения трудновыделимых при месей из семенного вороха внесли такие ученые как Н.Е. Авдеев, В.И. Ани скин, Ю.Д. Ахламов, В.П. Воинков, Н.Г. Гладков, В.М. Дринча, П.М. Заика, А.Н. Зюлин, В.В. Кузнецов, М.Н. Летошнев, Г.Т. Павловский, А.А. Рассадин, М.Я. Резниченко, Л.Т. Седаш, А.П. Тарасенко, В.Б. Тригуб, С.С. Ямпилов и другие исследователи.

Одним из способов устранения недостатков работы машин вторичной очистки является выведение ячеистого овсюжного триерного цилиндра из технологической цепочки и замена его на фрикционный. Предполагается, что по различию фрикционных свойств частиц зернового вороха можно выде лить трудновыделимые примеси, в частности зерно в пленке, овсюг и биоло гически неполноценные зерновки из вороха пшеницы, которые нельзя полно стью выделить по различию в аэродинамических свойствах и размерах час тиц, а битые поперек зерновки будут выделяться ячеистой поверхностью ку кольного цилиндра. К тому же рабочие элементы машин для разделения зер нового вороха по фрикционным свойствам отличаются малой энерго- и мате риалоемкостью, они просты в обслуживании и эксплуатации.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

Провести анализ показателей работы машин вторичной очистки зернового вороха и обосновать направления их совершенствования.

Разработать математическую модель выделения из зернового вороха зерна поврежденного, биологически неполноценного и в пленке, а также засо рителей по их фрикционным свойствам.

Исследовать фрикционные свойства компонентов зернового вороха с це лью выявления возможности их разделения.

Разработать технологическую схему ячеисто-фрикционного триерного блока.

Исследовать процесс выделения из зернового вороха зерна поврежденно го, биологически неполноценного и в пленке, а также засорителей на фрикционном триерном цилиндре.

Провести производственные испытания ячеисто-фрикционного триерного блока и дать экономическую оценку эффективности его работы.

Во второй главе «Теоретические исследования рабочего процесса ячеисто-фрикционного триерного блока» исследован характер изменения угла отрыва 2 сорной примеси (рисунок 1) в зависимости от частоты враще ния фрикционного триерного цилиндра по формуле b 2 = arcsin(r / g 22 ). Ра диус окружности приняли равной r = 0,12;

0,20;

0,30 и 0,40 м. Учитывая, что абсолютная угловая скорость частицы в момент отрыва 2 = (0,38...0,47) w, получили зависимости, приведенные на рисунке 2. Их анализ показывает, что при одинаковой частоте вращения цилиндров, угол отрыва увеличивается с увеличением радиуса цилиндра. Исходя из условия, что наилучшее выделе ние сорной примеси из зернового вороха будет при максимальном угле 2, можно сделать вывод, что наиболее целесообразно применять цилиндры с большим радиусом при максимально допустимой частоте его вращения, ко торая зависит от кинематического режима вращения цилиндра.

b2, град r = 0,40 м w r = 0,30 м r = 0,20 м r y r = 0,12 м a - 60 n, мин 0 10 20 30 40 Рисунок 2 - Зависимость угла 2 отрыва Рисунок 1 - Движение частицы вороха по частиц сорной примеси от частоты враще фрикционной поверхности триерного ния n триерного цилиндра цилиндра При исследовании зависимости угла установки желобаy (рисунок 1) и коэффициента трения частиц f, выносимых в него, применили формулу y = p / 2 + a 1 = p / 2 + j + arcsin(k cos j ).

Рассчитав изменение угла наклона y, град желоба y в зависимости от коэффи- r = 0,40 м циента трения частиц зернового во- r = 0,30 м роха для триеров радиусом r =0,12;

r = 0,20 м 0,20;

0,30 и 0,40 м с частотой их вра r = 0,12 м щения n = 38 мин-1, что соответствует = 3,98 с-1, получили кривые (рису нок 3), из которого видно, что для выделения частиц, имеющих высокий коэффициент трения, необходимо ус- 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 f тановить желоб на больший угол. Рисунок 3 - Зависимость угла y установки Полученные данные позволяют вы- желоба от коэффициента трения f частиц брать оптимальные углы установки при частоте вращения триера n = 38 мин- желоба.

Для рассмотрения работы фрикционного триерного цилиндра, предло жена математическая модель выделения частиц сорной примеси на фрикци онной поверхности цилиндра, позволяющая определить полноту выделения примесей из вороха пшеницы в зависимости от конструктивно-техноло гических параметров фрикционного триерного цилиндра. Полноту выделе ния примесей из вороха пшеницы можно найти как h = xвз / p 100%, (1) где – полнота выделения;

xвз – количество частиц примеси, выделен ное за время работы машины;

p – исходное количество частиц примеси, со держащихся в ворохе.

Для того чтобы произошел вынос частицы сорной примеси в желоб, она должна быть в контакте с рабочей поверхностью фрикционного цилинд ра, то есть располагаться в первом слое. Уставлено, что слои вороха, движу щиеся по внутренней поверхности вращающегося цилиндра, совершают цик лические движения с некоторой угловой скоростью. Это указывает на по следовательность смены одного слоя, другим. Введем понятие цикла, кото рое будет характеризоваться величиной t – временем движения одной части цы вороха от точки А в точку В (рисунок 4), то есть временем полного обнов ления частиц первого слоя. Пусть концентрация частиц сорной примеси во всех слоях будет одинаковой, тогда количество частиц, выделенных за один цикл будет x1 = p / n, (2) где n – количество слоев в ворохе.

Учитывая, что в вышележащих слоях происходит активное перемеши вание частиц и выравнивание концентрации сорной примеси, то во втором цикле выделится p - x1 p p = - 2, (3) x2 = n nn а за время последующих циклов zц max =i - x p- zц zц min =, (4) xi = n где zц – число предшествующих циклов.

Учитывая, что выделение засорителя будет происходить некоторое коли чество циклов i, которое лежит в пре делах от 1 до L/Lt, количество частиц примеси, выделенное за время рабо L/ L t ты машины будет xвз = xi, где L – c=a В длина фрикционного цилиндра;

Lt – j длина осевого перемещения частицы за время t. Для полного выделения сорной примеси значение xвз должно l А быть равно содержанию засорителя в очищаемом ворохе. Учитывая данное Рисунок 4 - Движение нижнего слоя вороха условие, можно определить мини- по фрикционной поверхности триера мально необходимое количество цик лов imin для полного выделения сорной примеси из вороха с допустимой по грешностью.

Число слоев вороха можно найти из следующей формулы q n=, (5) g b l vx где q – секундная подача вороха на поверхность цилиндра, кг/с;

g - удельная масса материала, кг/м3;

b – средняя толщина частиц вороха, м;

l – длина дуги, которую занимает первый слой частиц, м;

vx - скорость осево го перемещения элементарного сегмента вороха, м/с.

Найдем длину дуги l, которую занимает первый слой (рисунок 4) c r p l=, (6) где c - угол раствора дуги, град.

Примем угол c равным углу подъема частицы a и используя известную формулу, получим w2 r c = j + arcsin( cos j ). (7) g Тогда, подставив выражение 7 в 6, получим r p w2 r j + arcsin( cosj ).

l= (8) 180 g Зная угловую скорость зерен пшеницы, лежащих на поверхности ци линдра, можно найти время перемещения частицы из точки А в точку В c p t=, (9) где = (0,34...0,51) w, с-1, а (c p ) / 180 - перемещение частицы из точки А в точку В в радианах.

Величина t характеризует время полной смены частиц слоя, контакти рующего с рабочей поверхностью цилиндра.

Известна формула для нахождения скорости осевого перемещения зер нового сегмента, предложенная М.Н.Летошневым hr vx = sin 1 - tg 2 Q1, (10) tgQ где Q1 = 38…400 – динамический угол трения (ската) зерна в попереч ном сечении, град;

hr – толщина слоя зерна в поперечном сечении, измеряе мая от поверхности цилиндра до нижней границы неподвижного ядра 0,125 q tgQ. (11) hr = r g sin 1 - tg 2 Q1 Тогда осевое перемещение сегмента вороха за время t h c p Lt = t v x = r sin 1 - tg 2 Q1. (12) 180 tgQ Зная минимально необходимое количество циклов imin для полного вы деления сорной примеси из вороха, можно рассчитать необходимые техноло гические параметры фрикционного триерного цилиндра для обеспечения оп тимальной полноты выделения сорной примеси из зернового вороха. К при меру, минимальная длина образующей цилиндра будет находиться как i h c p Lmin = min r sin 1 - tg 2 Q1. (13) 180 tgQ Произведем расчет зависимости полноты выделения сорной примеси от подачи материала для серийного модернизированного триера, взяв за про тотип модель К-236 фирмы Petkus. Принимаем засоренность вороха, идущего на вторичную очистку 3 %. Удельная масса зерна для пшеницы g = 750 кг/м3, средняя толщина зерновок 0,003 м, h, % угол трения зерен пшеницы по вой- локу составляет j = 32 и динамиче ский угол трения Q1 = 400. Геометри- ческие размеры фрикционного трие ра: длина образующей цилиндра L = 2,65 м, радиус окружности r = 0,4 м, площадь рабочей поверхно сти S = 10,9 м2;

частота вращения ци- 0 1 2 3 4q, кг/с линдра nц = 38 мин-1. Удельную пода Рисунок 5 - Полнота выделения h частиц с чу материала будем рассматривать в высоким коэффициентом трения от секунд пределах от 0,4 до 4,0 кг/с. Результа- ной подачи материала q для триера радиу ты расчетов приведены на рисунке 5. сом r = 0,4 м Наблюдается обратно пропорциональная зависимость полноты выде ления сорной примеси от секундной подачи материала в цилиндр. При пол ноте выделения сорной примеси 100 % максимальная подача будет в размере 0,8 кг/с. При полноте выделения сорной примеси 80 % (нормативная полнота выделения машин вторичной очистки) секундная подача материала равна 3,1 кг/с, что соответствует производительности триера 11,16 т/ч, по паспорт ным данным она составляет 10,0 т/ч. Это указывает на возможность и целе сообразность модернизации триерного блока путем замены овсюжного ячеи стого триерного цилиндра на фрикционный, с сохранением согласованности работы обоих цилиндров (кукольного ячеистого и фрикционного) без потери производительности машины в целом.

На основе проведенного анализа литературных источников, теоретиче ских исследований и согласно поставленным задачам исследования, разрабо тана и предложена технологическая схема ячеисто-фрикционного триерного блока, показанная на рисунке 6.

1 – рама;

2 – кукольный триерный цилиндр;

3 – фрикционный триерный цилиндр;

4, 5 – лотки;

6, 7 – шнеки;

8 – передний распределитель, 9 – задний распределитель;

10 – загру зочная горловина;

11, 12, 14 – течки;

13 - зернопровод;

15 – электродвигатель;

16, 17 – ме ханизмы передач;

18 – сегменты с ячеистой рабочей поверхностью;

19 – сегменты с фрик ционной рабочей поверхностью;

20 – щетка.

Рисунок 6 – Схема ячеисто-фрикционного триерного блока Ячеисто-фрикционный триерный блок включает раму 1, расположен ные один над другим вращающиеся триерные цилиндры: верхний 2 куколь ный и нижний 3 фрикционный, внутри которых расположены лотки 4, 5 со шнеками 6, 7, передний 8 и задний 9 распределители. Передний распредели тель 8 имеет загрузочную горловину 10 и течки 11 и 12 для вывода компо нентов, идущих сходом по фрикционному триерному цилиндру и выносимых шнеком. Задний распределитель 9 имеет зернопровод 13 и течку 14 для вы вода компонентов выносимых шнеком кукольного триерного цилиндра. Три ерные цилиндры приводятся во вращение электродвигателем 15 через меха низмы передач 16 и 17.

Рабочая поверхность триерных цилиндров выполнена в виде четырех съемных сегментов: на кукольном триерном цилиндре установлены сегменты 18 с ячеистой рабочей поверхностью, а на фрикционном – сегменты 19 с фрикционной рабочей поверхностью и щетка 20 для ее очистки. Триерные цилиндры имеют устройства для крепления сегментов и механизмы измене ния положения лотков (на схеме не показаны).

Ячеисто-фрикционный триерный блок работает следующим образом.

Зерновой ворох через загрузочную горловину 10 подается в кукольный три ерный цилиндр 2, соприкасаясь с ячеистой рабочей поверхностью сегментов 18 он разделяется, короткие засорители и дробленое зерно западают в ячейки и при вращении цилиндра поднимаются на определенную высоту и выбрасы ваются в лоток 4. Выделенные в лоток компоненты выносятся шнеком 6 в задний распределитель 9 и по течке 14 выводятся из триерного блока. Ос тавшаяся часть зернового вороха идет сходом по кукольному триерному ци линдру и далее по зернопроводу 13 подается в фрикционный триерный ци линдр 3, где, соприкасаясь с фрикционной рабочей поверхностью сегментов 19 разделяется. Компоненты вороха с большим коэффициентом трения (ов сюг, зерно в пленке и др.) при вращении овсюжного триерного цилиндра поднимаются на определенную высоту и выбрасываются в лоток 5. Вместе с ними в лоток выносятся и щуплые биологически неполноценные зерновки обрабатываемой культуры, которые имеют более высокий коэффициент тре ния, низкую лабораторную всхожесть и непригодны для использования в ка честве семян. Выделенные в лоток 5 компоненты перемещаются шнеком 7 в передний распределитель 8 и по течке 12 выводятся из триерного блока.

Очищенное зерно идет сходом по фрикционному триерному цилиндру и по течке 11 выводится из триерного блока.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных иссле дований» изложена программа и методики экспериментальных исследований.

Программа предусматривала: исследовать физико-механические, в том числе фрикционные свойства компонентов зернового вороха;

исследовать качество работы серийных триерных блоков и пневмосортировальных столов, выявить их преимущества и недостатки, а так же возможные пути их совершенство вания;

исследовать процесс разделения компонентов зернового вороха на ячеистых и фрикционных триерных цилиндрах;

провести производственные испытания ячеисто-фрикционного триерного блока.

Для проведения лабораторных исследований фрикционного триерного цилиндра был использован лабораторный триер К-292 фирмы Petkus. В каче стве фрикционного триерного цилиндра, использовали сменный ячеистый цилиндр, оклеенный внутри войлоком по ГОСТ 6308-71 «Войлок техниче ский полугрубошерстный и детали из него для машиностроения. Техниче ские условия».

Производственные ис- пытания ячеисто-фрикцион ного триерного блока про водили в учхозе «Березов ский» Рамонского района Воронежской области. В ка честве объекта исследования использовали модернизиро ванный триерный блок 6 К-236 фирмы Petkus, изо браженный на рисунке 7.

Обработку результатов ис следований проводили с ис- 1 – рама;

2 – кукольный триер;

3 – фрикционный три ер;

4 – щетка;

5 – желоб;

6 – шнек.

пользованием методов ма Рисунок 7 - Общий вид модернизированного триерно тематической статистики и го блока без одного триерного сегмента пакета статистических про грамм STATISTIKA 7.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»

приведены результаты лабораторных исследований ячеистых и фрикционно го триерных цилиндров и производственных испытаний работы серийных триерных блоков, пневмостолов и ячеисто-фрикционного триерного блока.

Лабораторные исследования ячеистых триерных цилиндров показали, что с их помощью невозможно полностью очистить зерновой ворох от овсю га и зерновок в пленке. Применение овсюжного триерного цилиндра позво ляет выделить большую часть трудновыделимых примесей, но в целом уменьшает содержание в зерновой фракции наиболее полновесного, а с точки зрения семеноводства, наиболее ценного семенного зерна.

Производственные исследования серийных триерных блоков позволи ли подтвердить результаты лабораторных исследований триерных цилиндров и выявить основные недостатки: вынос в отходовую фракцию овсюжных триерных цилиндров зерновок с массой 1000 семян до 52,9 г и лабораторной всхожестью до 97,3 %;

повышение травмирования зерна в желобе овсюжного триерного цилиндра на 2,56 %. Исследования пневмосортировальных столов показали, что их фуражная фракция содержит большое количество полно ценных зерновок, приводя к потерям семенного материала. Применение пневмостолов повышает удельные энергозатраты на 1,8 кВт/чт и удельные материалозатраты на 162,7 кг/чт.

Исследования физико-механических свойств компонентов зернового вороха, показали возможность выделения трудновыделимых примесей из во роха пшеницы по их фрикционным свойствам, так как у пшеницы был полу чен коэффициент трения скольжения равный 0,75, у зерна в пленке 0,89, а у овсюга наблюдалось сцепление с материалом (войлок).

Лабораторные исследования работы фрикционного триерного цилинд ра представлены на рисунке 8. Они показали, что при установке угла наклона желоба в 1200, происходит полный вынос в отходовую фракцию трудновыде лимых примесей, таких как овсюг и зерновки в пленке и 98,17 % дробленого зерна. Однако наблюдается вынос 26,75 % чистого зерна. Дальнейшие иссле дования качества зерновых фракций показали, что эти зерновки имеют коэф фициент трения скольжения по войлоку более 0,62, их лабораторная всхо жесть равна 88 %, масса 1000 семян – 33 г, а удельная масса зерновок – 1,36 г/см3, то есть они не представляют интереса для семенных целей и явля ются биологически неполноценными. В сравнение, семенная фракция имела лабораторную всхожесть семян 92 %, массу 1000 семян – 44 г и удельную массу зерновок – 1,38 г/см3. То есть фрикционный триерный цилиндр позво ляет выделить не только трудновыделимые примеси из зернового вороха, но и щуплые неполноценные зерновки. К тому же в таком триерном цилиндре семенная фракция не транспортируется шнеком, что позволяет избежать его излишнего травмирования. Данные показывают, что для успешной работы фрикционного триера, коэффициент трения скольжения частиц зернового во роха по рабочей поверхности должен быть не менее 0,62.

Фрикционный триер выде- овсюг вероятность выделения, % ляет существенную часть дроб- леного зерна, но с целью повы шения производительности дробленая пшеница фрикционной рабочей поверхно сти рекомендуется заранее выде- зерно в пленке лить дробленые зерновки. С этой задачей успешно справляется кукольный триер, который выде- чистое зерно ляет не только битые зерновки пополам, но и некоторую часть короткого неполноценного зер- 40 60 100 120 140 на. Поэтому наиболее целесооб- угол наклона желоба, град разно будет использовать фрик- Рисунок 8 – Распределение компонентов зерно ционный триер в паре с куколь- вого вороха, в зависимости от угла наклона же ным, в составе триерного блока, лоба триера с радиусом r = 0,12 м причем кукольный цилиндр должен располагаться в технологической цепоч ке перед фрикционным.

Из рисунка 9 видно, что имеется зависимость между углом установки желоба и коэффициентом трения скольжения зерновок, выносимых в него.

Эта взаимосвязь может быть описана математическим уравнением с коэффи циентом регрессии R=0, y = -907,6 + 2607,1 f - 1591,5 f 2, (14) где f – коэффициент трения скольжения зерновок по войлоку;

y - угол установки желоба, град.

Обработка результатов показала, что имеется взаимосвязь между ко эффициентом трения скольжения зерновок и лабораторной всхожестью се мян (рисунок 10), которую можно описать как f = 3,6471 - 0,0333 Вл, (15) где Вл – лабораторная всхожесть семян, %.

Коэффициент регрессии полученного выражения R=0,81.

y, град f 150 0, 120 0, 90 0, 60 0, 30 0, 0,5 0,6 0,7 0,8 Вл, % 84 86 88 90 f Рисунок 9 – Зависимость угла y установки Рисунок 10 – Взаимосвязь коэффициента тре желоба от коэффициента трения f зерновок ния скольжения f зерновок по войлоку и лабо для фрикционного триера радиусом r = 0,12 м раторной всхожести семян Вл Взаимосвязь коэффициента трения скольжения зерновок и массы семян (рисунок 11) описывается уравнением второго порядка f = 3,1474 - 0,1118 M + 0,0012 M 2, (16) где М – масса 1000 семян, г.

Коэффициент регрессии полученного выражения R=0,96.

Взаимосвязь коэффициента трения скольжения зерновок и их удельной массы (рисунок 12) также описывается уравнением второго порядка f = 392,5152 - 564,2414 g + 203,0678 g 2, (17) где g – удельная масса зерновок пшеницы, г/см.

Коэффициент регрессии полученного выражения R=0,93.

f f 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,5 1,35 1,36 1,37 1,38 1, 30 33 36 39 42 45 48 51 g, г/см М, г Рисунок 11 – Взаимосвязь коэффициента тре- Рисунок 12 – Взаимосвязь коэффициента тре ния скольжения f зерновок по войлоку и их ния скольжения f зерновок по войлоку и мас удельной массы g сы 1000 семян М Полученные данные показывают, что при разделении зернового вороха по фрикционным свойствам можно выделить в семенную фракцию наиболее полновесные и ценные зерновки. Биологически неполноценное зерно, с большим коэффициентом трения, будет удалено в фуражную фракцию.

С увеличением угла накло y, град на желоба, повышается вынос частиц с высоким коэффициен- экспериментальная зависимость том трения скольжения, что под тверждает проведенные теорети- ческие исследования. Если рас смотреть рабочий диапазон угла наклона желоба (при котором теоретическая зависимость выносятся частицы с коэффици ентом трения скольжения не ме нее 0,62), то экспериментально 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 f полученная кривая расходится с Рисунок 13 – Сходимость зависимостей угла уста теоретической не более чем на новки желоба y от коэффициента трения частиц f для 8,7 %, что видно из рисунка 13. фрикционного триера радиусом r = 0,12 м Данные, проведенных испытаний ячеисто-фрикционного триерного блока, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты производственных испытаний ячеисто-фрикционного триерного блока Производительность 7,8 т/ч Производительность 5,4 т/ч отходы отходы сход фрикционного сход фрикционного триеров триеров сход кукольного сход кукольного фрикционного фрикционного триера триера триера триера кукольного кукольного Показатели вход вход Содержание зерна в ворохе, %:

целого 95,59 95,90 98,72 83,07 92,36 95,92 96,37 98,88 73,47 90, в том числе:

полноценного 82,11 82,67 86,82 58,52 75,55 81,97 83,74 88,11 47,89 69, биологически неполноценного 13,48 13,23 11,90 25,00 16,81 13,95 12,63 10,77 25,58 21, дробленого 3,86 3,60 0,97 16,29 6,82 3,58 3,18 0,94 25,38 8, в пленке 0,41 0,40 0,22 0,09 0,56 0,37 0,35 0,11 0,09 0, Содержание засори 0,14 0,10 0,09 0,55 0,26 0,13 0,08 0,07 1,06 0, телей, % Масса 1000 семян, г 33,62 33,94 36,25 26,95 32,25 33,73 34,85 37,24 25,42 31, Лабораторная всхо 89,00 89,25 92,00 80,75 89,25 89,75 90,25 92,50 78,50 84, жесть, % Производственные испытания ячеисто-фрикционного триерного блока проводили на модернизированном серийном триерном блоке К-236 фирмы Petkus в составе типового зерноочистительного агрегата ЗАВ-20. Зерновой ворох, засыпаемый в завальную яму, имел содержание зерна равное 90,48 %, в том числе: полноценного 76,79 % и 13,69 % биологически неполноценного.

Доля дробленого зерна составляла 8,73 %, в пленке – 0,48 %. Содержание за сорителя составило 0,31 %. Масса 1000 семян пшеницы была 33,37 г с лабо раторной всхожестью 88,25 %.

Установлено, что применение ячеисто-фрикционного триерного блока обеспечивает получение репродуктивных семян пшеницы, отвечающим тре бованиям ГОСТ Р 52325-2005. Наилучшее качество семенного материала по лучено при производительности 5,4 т/ч. Содержание целого зерна в вороха достигло 98,88 %, при массе 1000 семян равной 37,24 г и лабораторной всхо жести семян 92,5 %. Благодаря работе фрикционного триера удается выде лить значительное количество биологически неполноценных зерновок, так фуражная фракция содержит до 90,88 % зерновок с низкими показателями качества (массой 1000 семян 31,26 г и лабораторной всхожестью семян 84,25 %), которые не представляют интереса для семенных целей. Полнота выделения сорной примеси на фрикционном триерном цилиндре зависит от состава подаваемого на него зернового вороха и подачи.

В пятой главе «Экономическое обоснование эффективности ячеисто фрикционного триерного блока» получено что годовой экономический эф фект от использования одного модернизированного триерного блока может достигать размера от 594656 до 743424 руб, в зависимости от срока службы фрикционного покрытия. Это доказывает, что модернизация ячеистого три ерного блока в ячеисто-фрикционный экономически целесообразно и имеет высокий уровень надежности в получении экономического эффекта даже при минимальных сроках службы фрикционного покрытия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по зволяют сделать следующие выводы:

1. На основе литературного анализа качества работы машин вторич ной очистки зернового вороха, а также результатов их производственных ис следований предлагается исключить пневмосортировальный стол или заме няющую его пневмосортировальную машину, имеющих высокие удельные энергозатраты, из состава семяочистительной линии и модернизировать три ерный блок, заменив овсюжный ячеистый триерный цилиндр на фрикцион ный для выделения из зернового вороха зерна поврежденного, биологически неполноценного, в пленке и засорителей по их фрикционным свойствам.

2. Рассмотрев зависимость, изменения угла подъема частицы a1 от ее угла трения j о рабочую поверхность и показателя кинематического режима работы триерного цилиндра k, установлена возможность разделения компо нентов зернового вороха на фрикционном триере, так как угол a1 возрастает с увеличением угла трения частицы о рабочую поверхность цилиндра. Мак симальный угол подъема частиц a1 для лабораторного триерного цилиндра радиусом r = 0,12 м может быть 65,30, при k = 0,49 и j = 450. Зависимость уг ла установки желоба y от коэффициента трения f частиц, показывает что для выделения частиц, имеющих высокий коэффициент трения, необходимо ус тановить желоб на больший угол.

3. Разработана математическая модель процесса выделения из зерно вого вороха зерна поврежденного, биологически неполноценного и в пленке, а также засорителей по их фрикционным свойствам, позволяющая опреде лить полноту выделения этих компонентов в зависимости от конструктивно технологических параметров фрикционного триерного цилиндра. Она дока зывает возможность и целесообразность применения предложенного техни ческого решения, так как при модернизации серийного триерного блока со храняется согласованность работы обоих цилиндров (кукольного ячеистого и фрикционного) без потери производительности машины в целом.

4. Исследованы физико-механические свойства компонентов зерно вого вороха. Для семян пшеницы был получен коэффициент трения скольже ния равный 0,75, для зерна в пленке 0,89, а у овсюга наблюдалось сцепление с материалом. Различие фрикционных свойств компонентов зернового воро ха дает основание для возможности их разделения.

5. Разработана технологическая схема ячеисто-фрикционного триер ного блока, работа которого основана на разделении компонентов зернового вороха по комплексу физико-механических свойств, в частности по длине и фрикционным свойствам частиц, что делает его более универсальной маши ной (заявка № 2008142800/03(055683)).

6. Исследован процесс работы фрикционного триерного цилиндра при разделении компонентов зернового вороха. Установлено, что для полно го выделения овсюга, необмолоченных зерновок и 98,17 % дробленого зерна необходимо установить угол наклона желоба фрикционного триерного ци линдра, равным 1200, при этом коэффициент трения скольжения частиц зер нового вороха по фрикционному материалу должен быть не менее 0,62. Ус тановлена взаимосвязь между коэффициентом трения скольжения семян пшеницы и их качественными показателями. Экспериментально подтвержде на взаимосвязь между углом установки желоба и коэффициентом трения скольжения частиц, выносимых в него. Расхождение с теоретически полу ченными данными не более 8,7 %.

7. В результате проведенных производственных испытаний установ лено, что применение ячеисто-фрикционного триерного блока обеспечивает получение репродуктивных семян пшеницы, отвечающим требованиям ГОСТ Р 52325-2005. Наилучшее качество семенного материала получено при производительности 5,4 т/ч. Содержание целого зерна в ворохе достигло 98,88 %, при массе 1000 семян равной 37,24 г и лабораторной всхожести се мян 92,5 %.

8. Проведенная экономическая оценка доказывает, что модернизация серийного триерного блока в ячеисто-фрикционный экономически целесооб разна и имеет высокий уровень надежности в получении экономического эффекта. Годовой экономический эффект может быть получен в размере от 594656 до 743424 руб, в зависимости от срока службы фрикционного покры тия.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Тарасенко А.П. Качество очистки семян на пневмосортировальных столах / А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, Д.Н. Мироненко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №3. - С. 10-11.

2. Тарасенко А.П. Совершенствование средств механизации послеубо рочной обработки семян / А.П. Тарасенко, М.Э. Мерчалова, Д.Н. Мироненко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2006. - №1. - С. 50-52.

Рекомендации производству 3. Влияние современных зерноочистительных машин и оборудования на качество семян и выбор наиболее перспективных для разработки или ре конструкции семяочистительных линий (рекомендации) / А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, И.А. Резниченко, А.М. Гиевский, А.А. Сундеев, М.Э. Мер чалова, С.В. Чернышов, Д.Н. Мироненко. - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008. - 33с.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций 4. Мироненко Д.Н. Выделение овсюга и зерна в пленке из вороха пше ницы на цилиндрических триерах с круглой ячейкой / Д.Н. Мироненко // Ин новационные технологии механизации сельскохозяйственного производства:

сборник научных трудов. - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2009. - С. 62-64.

5. Мироненко Д.Н. Изыскание путей выделения необмолоченных зер новок при послеуборочной обработке зерна / Д.Н. Мироненко // Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса (мате риалы международной научно-практической конференции, г. Курск, 23- января 2008 г., ч. 1). - Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., 2007. - С. 345-347.

6. Мироненко Д.Н. Изыскание путей выделения овсюга при послеубо рочной обработке зерна / Д.Н. Мироненко // Вестник Воронежского государ ственного аграрного университета. - 2008. - №1 (16). - С. 32-34.

7. Мироненко Д.Н. Изыскание путей повышения качества семенного материала при послеуборочной обработке зерна / Д.Н. Мироненко // Ресур сосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве и техниче ские средства их реализации: материалы межрегиональной научно практической конференции. - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2009. - С. 34.

8. Мироненко Д.Н. Исследование работы фрикционного триерного ци линдра / Д.Н. Мироненко // Вестник Воронежского государственного аграр ного университета. - 2009. - №2 (21). - С. 45-48.

9. Мироненко Д.Н. Триерные блоки и качество их работы / Д.Н. Миро ненко // Энергетика, машиностроение, АПК. - 2009. - №1. - С. 16-17.