автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Интенсификация процесса пневмосепарации зернового материала в зерноочистительном агрегате

11а правах р\ копией

Дорошенко Артем Александрович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПНЕВМОСЕПАРАЦИИ ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА В ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОМ АГРЕГАТЕ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (нотехническим на\кам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических на\ к

005568493

Ростов-на-Дону - 2015

005568493

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор, Ермольев Юрий Иванович

Официальные оппоненты:

Шафоростов Василий Дмитриевич

доктор технических наук, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени B.C. Пустовойта», заведующий отдела механизации

Гиевский Алексей Михайлович

кандидат технических наук, доцент. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Петра I», доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины»

Ведущая организация:

ООО «Воронежсельмаш», г. Воронеж

Защита диссертации состоится « 16 » июня 2015 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.058.05 в Донском государственном техническом чниверситете (ФГБОУ ВПО ДГТУ) по адресу: .144000. г. Ростов-на-Дон>. пл. Гагарина 1. ФГБОУ ВПО ДГТУ. а. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», www.donstu.ru.

Автореферат разослан « а*- » апреля 201 5 г.

Ученый секретарь __ _ _-- /'/

диссертационного совета, , Л.В.Борисова

доктор технических наук, профессор ' .-•'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: обеспечение народа продовольственным зерном собственного производства - важнейшая государственная проблема. Общий объём зерновых культур произведённых в Ростовской области на 2014г. составил 9,4 млн. тонн против 6,8 млн. тонн в предыдущем году и 83% из него составляет продовольственное зерно. Необходима своевременная очистка, сушка и хранение зернового материала.

Пункты для послеуборочной обработки зерна представляют собой комплекс машин разного назначения. Использование сложных зерноочистительных машин увеличивает приведенные затраты на очистку зернового материала. Создание высокопроизводительных машин для более эффективной очистки зернового материала в короткие сроки с минимальными приведёнными затратами имеет важное народнохозяйственное значение.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с госзаданием Минобрнауки России по теме № 2.2.13 "Создание и оптимизация рабочих органов для уборки, сепарации и сортирования зерна" на 2012-2015гг.

Цель исследования: интенсификация процесса сепарации зернового материала в отделении первичной очистки зерноочистительного агрегата при параметрической оптимизации отдельного пневмосепаратора и всего отделения очистки, выявлении закономерностей функционирования агрегата и влияние на них дополнительной пневмосепарации исходного зернового материала.

Задачи исследования:

- выявление современных тенденций роста эффективности процесса пневмосепарации зернового материала;

- прогнозирование показателей функционирования воздушно-решётной зерноочистительной машины от роста эффективности операции пневмосепарации;

- моделирование процесса сепарации зернового материала в пневмоканале (с нагнетательным воздушным потоком) с 2-х цикловой системой очистки;

- экспериментальная оценка показателей функционирования исследуемого пневмосепаратора;

- выявление рациональных параметров и структуры пневмосепаратора для первичной очистки зернового материала;

- структурная и параметрическая оптимизация отделения первичной очистки зерноочистительного агрегата;

- сравнительная функциональная и экономическая оценка эффективности функционирования зерноочистительного агрегата с различными структурами отделения первичной очистки зерна.

Объект исследования: отделение первичной очистки зерноочистительного агрегата, технологический процесс функционирования

агрегата с отдельным пневмосепаратором с двумя участками пневмосепарации в одном вертикальном пневмоканале.

Предмет исследований: теоретические и экспериментальные закономерности сепарации зернового материала в зерноочистительном агрегате с отдельным пневмосепаратором с двумя участками пневмосепарации в одном вертикальном пневмоканале.

Методы исследований: теоретические - моделирование процессов сепарации зернового материала в отделении первичной очистки зерноочистительного агрегата, моделирование траектории перемещения компонентов зернового материала на двух участках пневмосепарации в одном пневмоканале, многомерный анализ, параметрическая оптимизация пневмосепаратора, структурно параметрическая оптимизация отделения первичной очистки зерноочистительного агрегата; экспериментальные -стендовые исследования вертикального пневмосепаратора с двумя участками пневмосепарации зернового материала, полевые испытания отделения первичной очистки зерноочистительного агрегата. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований проводились с использованием методов м ате м ат и ч ее ко й стат и ст и к и.

Рабочая гипотеза: рост эффективности функционирования отделения первичной очистки зерноочистительного агрегата за счёт роста эффективности функционирования отдельного вертикального пневмосепаратора с двумя участками пневмосепарации зернового материала в одном пневмоканале и последующей очистки зернового материала в решётной многоярусной зерноочистительной машине.

Научная новизна:

построены вероятностные статистические модели процесса функционирования технологического отделения зерноочистительного агрегата, отдельного вертикального пневмосепаратора и различных многоярусных зерноочистительных машин рассмотренных как система квазистатичных операций;

выявлены новые закономерности процессов функционирования отдельных элементов системы и процесса системной сепарации зернового материала в различных структурах технологического отделения зерноочистительного агрегата, включающего в себя технологические структуры воздушной и решётной машины, выявлен существенный рост функционирования рассмотренного технологического отделения агрегата;

- разработана математическая модель движения компонентов зернового материала на различных участках пневмоканала пневмосепаратора в зависимости от формы и геометрических размеров участков пневмосепаратора, входных вероятностных характеристик воздушного потока и технологических свойств компонентов исходного зернового материала.

Практическая значимость и реаличация: обоснована и разработана эффективная рациональная функциональная схема и структура отделения зерноочистительного агрегата для первичной очистки зернового материала с отдельным пневмосепаратором с двумя участками пневмосепарации в одном вертикальном пневмоканале, конструкция пневмосепаратора с возможностью их установки на строительной части современного зерноочистительного агрегата.

Достоверность научных положений: подтверждена результатами лабораторных и полевых исследований, проведённых с использованием современной измерительной аппаратуры, обеспечивающей приемлемую точность измерений, обработкой экспериментальных данных с использованием компьютерных математических программ, адекватностью полученных теоретических выражений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- новые теоретические зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров модернизированного высокопроизводительного пневмосепаратора как объекта отделения первичной очистки зерноочистительного агрегата;

конструктивно-технологическая схема модернизированного высокопроизводительного пневмосепаратора с двумя участками пневмосепарации в одном пневмоканале;

экспериментальные зависимости показателей работы высокопроизводительного вертикального пневмосепаратора с двумя участками пневмосепарации в одном пневмоканале.

- новые теоретические и экспериментальные зависимости по обоснованию конструктивно-режимных параметров модернизированного отделения первичной очистки агрегата;

конструктивно-технологическая схема модернизированного высокопроизводительного агрегата для очистки зерна продовольственного назначения;

- экспериментальные зависимости показателей работы отделения первичной очистки зерноочистительного агрегата.

Апробация работы: основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ в 2010-2014 г., на научно-практических конференциях СКНИИМЭСХ "Разработки для АПК" 2013-2014г„ научно-технической конференции посвященной 100-летию кафедры "СХМ и О" в 201 1 г. Основные результаты работы представлены на международных выставках и конференциях "Интерагромаш" в 2011 и 2014 годах, награждены дипломами выставок и опубликованы в трудах ее международных конференций, участие на международном салоне изобретений и новых технологий «новое время», проходившем в Украине и награждение серебряной медалью.

Публикация результатов: основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента на полезную модель №120020, № 146703.

Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 296 страницах, содержит 81 рисунок, 87 таблиц. Список использованных источников включает 93 наименования, в том числе 4 - иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований» изложены основные технологические свойства зернового материала, как объекта послеуборочной обработки, описаны характерные Ростовской области засорители и их возможное выделение в зерноочистительных машинах.

Проведён анализ пневмосепарируюших систем зерноочистительных машин, а так же рассмотрены труды учёных, которые внесли большой вклад в создание зерноочистительных машин (Ю.И. Ермольев, М.В. Шелков, Н.С. Шелков, A.C. Матвеев, А.Я. Малис, Н.П. Сычугов, А.И. Бурков, В.В. Гортинский, А.Б. Демский, Н.В. Жолобов, Б.И Блинов, В.Е. Сайтов, И.Н. Лямшин и многие другие).

Анализ пневмосепараторов в конструкциях современных машин и поисковые исследования позволил оценить достоинства и недостатки пневмосистем зерноочистительных машин для первичной обработки зернового материала и сформулировать рациональную конструкцию пневмосепаратора (Патент на полезную модель .V» 120020. Рисунок 1):

1. В машине очистки зернового материала продовольственного назначения целесообразно использовать разомкнутую пневмосистему с пассивной системой ввода сыпучего зернового материала в пневмоканал, так как это позволяет эффективно выделять лёгкую фракцию из исходного материала без его повреждения и снизить вероятность попадания микробиологической среды в очищаемое зерно.

2. В зерноочистительных машинах с пневмосепарирующими рабочими органами чаше используют один пневмосепарируюший канал. Для увеличения эффективности сепарации сыпучего зернового материала целесообразно обосновать конструкцию одного пневмоканала с увеличенным числом зон пневмосепарации зернового материала.

3. В качестве источника воздушного потока в пневмосепараторе целесообразно использовать нагнетательный центробежный вентилятор, который обладает наибольшим КПД и создаёт равномерный по ширине воздушный поток с большим динамическим давлением.

4. Использование устройства пассивного ввода материала в пневмоканал снизит энергопотребление системы и повреждение зерна. Необходимо обосновать конструкцию одного пневмоканала, которая позволит устранить отрицательный эффект от "сгруживания" сыпучего зернового материала.

1 - вертикальный пневмоканал. 2 -устройство ввода сыпучего материала. 3 - бункер. 4 - стенка кармана. 5. 6. 7 - фиксирующие устройства, 8 - сменная прокладка. 9 - шарнир, 10 - дефлектор. II -механизм регулировки положения дефлектора. 12 - клапан для вывода очищенного от аэроотделимых примесей материала. 13 - вентилятор. 14 - нагнетательный патрубок, 15 -карман. А. Б - первый и второй участок пневмосепарации, в воздушный поток, л - поток легких сорных примесей. и - поток очищаемого зернового материала. => поток очищенного зернового материала

Рисунок 1 - Общий вид пневматического сепаратора ПС-90 для сыпучего

материала

Выявлена целесообразность обоснования разработки более эффективных пневмосепараторов функционирующих как в составе зерноочистительных машин так и в виде отдельного рабочего элемента в составе зерноочистительного агрегата. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса функционирования вертикального пневмоканала с двухцикловой системой пневмосепарации» приведён многомерный анализ процесса пневмосепарации в вертикальном пневмоканале с нагнетательным воздушным потоком. Учтены вероятностные характеристики ввода зернового материала в

вертикальный пневмоканал и вероятностные характеристики распределения (В) скоростей воздушного потока по ширине В пневмоканала (Рисунок 2).

Для оценки влияния на процесс сепарации зернового материала вероятностных характеристик /, (/?), /а(В) пневмоканал условно разделён по

ширине В на равные участки (Р=1,2.....е), (Рисунок 2). Для этих условий

оценивается сепарация зернового материала на каждом р-ом участке при соответствующей на нём скорости воздушного потока, подач ()/■, на него зернового материала с известными вероятностными характеристиками скоростей витания /(V), его у-ых компонентов, постоянных для каждого р-го участка ширины пневмоканала.

Рисунок 2 - Вероятностные характеристики распределения воздушного потока /¡{В), подачи зернового материала/(>(В) по ширине В пневмоканала и плотности вероятностей/(V), распределения скоростей витания компонентов зернового материала на участках 1,2,..р,..,е ширины пневмоканала

Построены основные уравнения регрессии описывающие частные технологические характеристики (скорость витания, состав зернового материала и др.) компонентов зернового материала пшеницы (характерных для Ростовской области).

Известно что при заданных вероятностных характеристиках процесса сепарации зернового материала на р, участках ширины пневмоканала математическое ожидание полноты выделения /-го компонента в «тяжёлую» фракцию зернового материала в /-ом пневмоканале определяется из выражения

е

' где еП)Г, - полнота прохода /-го компонента в «тяжёлую» фракцию зернового

материала на /'-ом участке ширины пневмоканала, %;

к, - коэффициент изменения величины ет в зависимости от величины Ог>,

К/> и глубины пневмоканала сепаратора;

к - коэффициент прогнозного изменения величины еп]И ■

Разработана математическая модель процесса сепарации зернового материала в вертикальном пневмоканале с учётом его вероятностных характеристик, распределения воздушного потока и подачи зернового материала по ширине В пневмоканала.

Методом модельного прогнозирования выявлено количественное влияние роста эффективности операции пневмосепарации зернового материала на эффективность всех операций первичной очистки зерна в современных зерноочистительных машинах.

Выявлено, что при увеличении коэффициента к (к=\... 1,84), наблюдаем значимое увеличение производительности и улучшение технологичических показателей функционирования воздушно-решётных зерноочистительных машин в агрегате.

В третьей главе «Параметрическая оптимизация и многомерный анализ вертикального пневмоканала с двухцикловой системой пневмосепарации» определены основные рациональные параметры пневмосепаратора:

- Экспериментально определены направление и скорость ввода исходного зернового материала на каждый участок сепарации в пневмоканале.

- Определены закономерности формирования двух воздушных потоков с заданным соотношением их скоростей и расхода воздуха в патрубке пневмосепаратора. Рассмотрен общий случай формирования 2-х воздушных потоков в воздуховоде с прямоугольной формой поперечного сечения (рисунок

3).

/ мм

\1_____ - Г; -ч

0 -Р7. ------ - ^ К, с

д

Рисунок 3 - Схема патрубка нагнетательного канала пневмосепаратора с

дефлектором

Введем обозначения: Г/, - площади входных отверстий в воздуховоде вентилятора, поделенном дефлекторами; /•"'_; — площади выходных отверстий в воздуховоде вентилятора, поделенном дефлекторами; В - ширина воздуховода вентилятора; И — высота конца воздуховода вентилятора (после дефлекторами); К/ и У2 - средняя скорость воздушного потока в зоне над и под дефлектором; Ь -длина дефлектора; к - регулируемый зазор над дефлектором.

При известном распределении скоростей воздушного потока в патрубке вентилятора /{у) = ауг +Ьу + с, найдены выражения для оценки необходимых скоростей и У2 воздушных потоков:

Ь

V, =

И-к И-к

К =-

Ь^У ^-уУ-^-УМ^У,) (3)

- Определены направления и скорости воздушных потоков на выходе из воздуховода нагнетательного вентилятора в вертикальный пневмоканал.

Моделирование распределения векторов Кху, на всех участках пневмоканала, происходило с использованием программного комплекса «Р1о\¥У13ЮП».

Разработан алгоритм выбора вектора V (скорость Ун воздушного потока и угол а его направления) на тп -ом участке поперечного сечения пневмоканала (Рисунок 4) исходя из полученных величин перемещения компонента исходного зернового материала, зависящего от координат ху перемещения компонента на этом участке. Полученные величины записаны в форме матрицы, вид которой представлена в формулах (4) для соответствующих значений скоростей Ун воздушного потока и углов а его направления для каждого из участков пневмосепарации зернового материала.

: К„ • ■ V, «И ■ «,„

V, : К,' • У ' 1„„,пх„ = ап : ос-,-, ■ ■

ап ат1\

Обоснована конструкция «кармана» пневмоканала (высота расположения).

Рисунок 4 - Матрица векторов V пт -

го участка поперечного сечения пневмоканала

Рисунок 5 - Схема сил, действующих на движущуюся частицу в пневмосепарирующем канале

Для выявления оптимального расположения «кармана» в пневмосепараторе проанализированы траектории перемещения компонентов зернового материала в пневмоканале.

Получена система дифференциальных уравнений второго порядка описывающая траекторию перемещения компонентов зернового материала (Рисунок 5):

|д* = -кп - (i - Vn • cosa) - -^/(i - VB ■ cosa)2 + (y- VB - sina)"

■{y-V„ ■ sin a) - *J(x - VH eos a): + (y-Y„ -sina)2 -g

(5)

= ~К

где кп - коэффициенты парусности компонентов зернового материала. ,\Г. Разработан алгоритм расчёта траектории перемещения компонентов

последовательных участков пневмосепарации зернового материала в вертикальном пневмоканале, а также с задаваемыми Д/ - дискретный интервал времени расчёта перемещения частицы; 1у,1х - высота и ширина участка, на котором происходит перемещение частицы при расчёте её траектории; т,п -количество точек по горизонтали и вертикали на которые разбит участок расчёта траектории перемещения частицы; и - общее количество расчётов координат точек перемещения частицы.

Высота расположения верхней точки кармана, относительно точки ввода материала в пневмоканал, будет соответствовать координате перемещения

компонента щуплого зерна (Рисунок 6), траектория которого пересекает стенку пневмоканала, противоположную вводу материала, со скоростью витания К|тт и

составит у=0,1 м.

Рисунок б - График траектории движения компонента "щуплое зерно" зернового материала на первом участке в вертикальном пневмоканале

Методика исследования влияния характеристики воздушного потока V,, (Л. высоты А над дефлектором в нагнетательном вертикальном пневмоканале и подачи Q зернового материала на участки пневмосепаратора (рисунок 7) на полноту выделения "лёгких" компонентов из исходного зернового материала основана на многомерном анализе 8-ми уравнений регрессии, полученных методом планирования четырёхфакторного эксперимента.

Получены адекватные уравнения регрессии полноты выделения s;,

компонентов зернового материала (зерно, щуплое зерно, "лёгкий" сор, полова, солома, крупные примеси, семена сорняков, дроблёное зерно) с переменными параметрами О. Vi, У2, к описывающие процесс пневмосепарации в новом пневмосепараторе.

Используя методологию оптимизации параметров пневмосепарации описанных нелинейными матмоделями второго порядка - метод сканирования с ограничениями, разработан алгоритм для многомерного параметрического синтеза исследуемого пневмоканала с учётом матрицы вероятностей распределения воздушного потока Р\(В) и подач Рц(В) зернового материала по участкам (р = 1,2,3,...,12) ширины В пневмоканала и проведения

м ате м ати ч еско го м о дел и ро ва н и я.

Исходные данные и ограничения при параметрической оптимизиции: 60 < О <100 т/ч, АО = \ кг/с; 30 < к < 60 мм. ДА = 1мм: 6<К,<10 м/с. ДК, =0,1 м/с; 4 < У2 <6 м/с, ДК, =0,1 м/с; где АО, ДА, ДК,, ДК - шаг поиска при параметрической оптимизации.

Используя построенный алгоритм оптимизации оценены параметры пневмосепаратора и соответствующие показатели процесса сепарации: содержание в очищенном зерне у'-х компонентов (Ь1), сорных примесей (6^),

зерновых примесей ( 6Л)). чистота очищенного зерна ( апо ), полнота выделения из

исходного зернового материала /'-х ( ен> ), всех сорных и зерновых

примесей (£Л„(), масса О, отходов и очищенного зерна О-

1 - вентилятор;

2 - дефлектор; 3- устройство вывода;

4 - воздуховод нагнетательного вентилятора;

5 - "карман";

6 - устройство ввода (бункер);

7 - вертикальный пневмоканал;

8 - отстойная камера;

9 - осадитель;

10 - пылеуловитель.

Рисунок 7 - Общий вид пневмосепаратора

В четвертой главе «Структурная оптимизация отделения очистки агрегатов для первичной очистки зерна» представлена обобщённая математическая модель функционирования зерноочистительного агрегата для первичной очистки зернового материала как замкнутой квазистатичной системы

с заданной к -ой функциональной схемой

Еф={Р,А,сЛкА*Шх)]}-(10)

А, с А,;

• (11)

х е С(х,и);

Ограничения на технологические показатели процесса:

где С(х,и) - конечный ориентированный граф систем технологических операций определяющих рассматриваемые варианты отделения первичной очистки зерна;

- функционал, определяющий показатели технологического процесса в пнемосепараторе (полнота выделения у'-х компонентов из исходного зерновом материале, содержание в очищенном зерне других у-х компонентов, потери зерна) при вариации аргументов векторов управляющих факторов А, и

векторов входных воздействий на рассматриваемую систему, для /-го рабочего элемента, обеспечивающих её функционирование.

На основании априорной информации и поисковых исследований, выявлены 6 вариантов схем отделений очистки зерноочистительных агрегатов для первичной очистки зерна: серийные варианты схемы № 1, 5; серийные варианты с использованием 8-ми ярусной решётной машины схемы № 2, 6 и функциональные схемы имеющие в своём составе вместо машин предварительной очистки зерна МГТО-50 и МГЮ-100 экспериментальный пневмосепаратор ПС-90 Схемы № 3, 4.

Проведена оценка адекватности математической модели, описывающей процесс сепарации зернового материала в отделении первичной очистки зернового материала. Анализ полученных результатов позволяет с 95% доверительной вероятностью принять гипотезу об адекватности полученных математических моделей для агрегатов, имеющим в своём составе скельператоры, пневмосепараторы и решётные модули.

Проведено моделирование процессов сепарации зернового материала, а также экономическая оценка показателей функционирования зерноочистительных агрегатов. Анализ результатов показал эффективность функционирования агрегата с функциональной схемой Лг«4 с использованием в ней разработанного пневмосепаратора ПС-90 (Рисунок 8).

В пятой главе «системные испытания зерноочистительных машин и агрегатов с новым пневмосепаратором и многоярусным решётным модулем» проведена экспериментальная оценка показателей функционирования двух пневмосепараторов с вертикальным пневмоканалом - исследуемый (Рисунок I) и прототип (вертикальный пневмосепаратор без использования кармана и дефлектора). Установлено, что при заданных начальных условиях и ограничениях, с доверительной вероятностью 0.95, содержание сорных примесей в очищенном зерне нового пневмосепаратора статистически значимо ниже чем у прототипа. Произведена сравнительная экономическая оценка показателей функционирования зерноочистительного агрегата (схема №4) для первичной очистки зернового материала с показателями функционирования агрегата

"прототип", расположенного на току хутора Майоркский. Пролетарского района. Ростовской области.

зернового материала ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выявлены основные современные тенденции роста эффективности функционирования зерноочистительных агрегатов для первичной очистки зернового материала за счёт интенсификации процесса функционирования пневмосепараторов (2 участка пневмосепарации. использование "кармана") и использование эффективной структуры зерноочистительного агрегата.

2. Используя методы модельного прогноза, выявлено существенное влияние роста эффективности процесса пневмосепарации зернового материала на показатели функционирования всей воздушно-решётной машины. Выявлено, что увеличение эффективности по сравнению с прототипом полноты выделения всех аэроотделимых компонентов зернового материала в пневмосепараторе на 20%

ведёт к увеличению производительности всей воздушно-решётной машины до 6 -

"70/. .

7%.

3. Разработана методология оценки показателей пневмосепарации

зернового материала в пневмосепараторах с вертикальным пневмоканалом и нагнетательным воздушным потоком учитывающая вероятностные характеристики распределения скоростей витания компонентов гетерогенной сыпучей среды вероятностную характеристику подачи зернового материала по ширине пневмоканала, позволяющая проводить предварительную оценку показателей пневмосепарации гетерогенно сыпучей среды для различных её технологических свойств, условий ввода и заданных характеристик воздушного потока в пневмоканале.

4. Разработана достоверная методика для определения закономерностей относительного перемещения компонентов зернового материала в пневмоканале с учётом изменения векторов воздушного потока в различных его участках, зависящих от характеристик нагнетательного воздушного потока, формы и размеров пневмоканала. Экспериментально доказана высокая точность теоретической траектории перемещения компонентов зернового материала рассчитанных по новой методике по сравнению с известной. Использование новой методики перемещения компонентов в пневмоканале позволило адекватно оценить рациональные координаты верхней линии начала «кармана» на стенке пневмосепаратора.

5. Обоснована двухцикловая система пневмосепарации в одном пневмоканале позволила повысить полноту выделения сорных примесей по сравнению с прототипом на 14% при очистке зернового материала пшеницы и соблюдении агротребований.

6. Установлено, что на процесс пневмосепарации влияет количество участков сепарации в одном пневмоканале. Для эффективного выделения аэроотделимых примесей целесообразно в одном вертикальном пневмоканале использовать 2 последовательных участка пневмосепарации. с дефлектором в воздуховоде нагнетательного вентилятора, для регулировки скоростей воздушных потоков на каждом из этих участков. Для первого участка пневмосепарации необходим "карман", расположенный на противоположной от ввода зернового материала стенке пневмоканала глубиной 0,06м и координатой начала 0,1 м от линии ввода зернового материала. Конструкция кармана позволит "спрятать" поток зернового материала после первой пневмосепарации, направить его на второй участок пневмосепарации и уменьшить потери зернового материала повысив при этом эффективность пневмосепарации

При параметрической оптимизации пневмосепаратора выявлена рациональная скорость воздушного потока над дефлектором от 6,7 м/с до 8,2 м/с и под дефлектором от 4.5 до 5,1 м/с. Установлена рациональная высота выходного участка над дефлектором равная 0,045м и под дефлектором 0,55м.

7. Проведённые полевые испытания отделения первичной очистки зернового материала на базе агрегата в х. Майорский Ростовской области, выявили закономерности функционирования зерноочистительных машин МПО-50 и ВРМ-6. По результатам производственных испытаний произведена оценка адекватности математической модели процесса пневмосепарации зернового материала в агрегате и установлено, что с 95% доверительной вероятностью можно принять гипотезу о адекватности математической модели используемой при расчётах процесса функционирования пневмосепаратора в зерноочистительном агрегате.

8. Для многомерного анализа и моделирования процессов сепарации зернового материала в отделении первичной очистки зернового материала в зерноочистительном агрегате с различной структурой использовались известные и разработанные детерминированные и стохастические математические модели.

Моделированием выявлено, что использование зерноочистительного агрегата для первичной очистки зернового материала с разработанным пневмосепаратором ПС-90 и 8-ми ярусной 3-х решётной машиной обеспечит производительность 82,8 т./ч.. при соблюдении агротребований, и прибыль 2555556,03 руб. за агросрок (400ч.).

Рост эффективности очистки зернового материала в пневмосепараторе ПС-90 определён высокой полнотой выделения сорных примесей из исходного зернового материала по сравнению с машинами первичной очистки МПО-50 и МПО-ЮО за счёт использования 2-х цикловой пневмосепарации в одном пневмоканале с нагнетательным воздушным потоком.

9. Установлено, что агрегат "новый" (схема №4) в котором была использована машина для первичной пневмосепарации зернового материала ПС-90. показал расчётную производительность 86,4 т/ч. высокие результаты по выделению сорных и зерновых примесей из зернового материала, при соблюдении агротребований по сравнению с агрегатом типа ЗЛВ-40 ("прототип") с двумя зерноочистительными машинами МПО-50 и двумя воздушно-решётными зерноочистительными машинами ВРМ-6, обеспечивающими производительность 56,7 т/ч.

В "новом" агрегате при вариации подач от 61,2 т/ч до 90 т/ч содержание зерновых примесей в очищенном зерна возрастало от 1,61% до 1,96%, а содержание сорных примесей изменялось от 0,09% до 0,08%. У агрегата "прототип" при изменении подач от 25,16 т/ч до 56,7 т/ч содержание зерновых примесей в очищенном зерна возрастало от 1,5 % до 1,94 %, а содержание сорных примесей изменялось от 0,15 % до 0,2%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

в изданиях из перечня ВАК

1. Бутовченко, А. В. Повышение производительности семяочистительного агрегата / А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Известия Самарского научного центра РАН. - 2013. - Т. 15, № 4(2). - С. 503-506.

2. Ермольев, Ю. И. Моделирование процесса сепарации зернового вороха в вертикальном пневмоканале / Ю. И. Ермольев, А. В. Бутовченко. А. А. Дорошенко и др. // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2012. - № 7 (68). - С. 90-98.

3.46. Ермольев, Ю. И. Модельное прогнозирование показателей функционирования воздушно-решетной зерноочистительной машины от роста эффективности операции пневмосепарации / Ю. И. Ермольев, А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2014. - Т. 14, № 1 (76 ). - С. 122-134.

в периодических изданиях (основные публикации)

4. Ермольев, Ю. И. Структурный синтез агрегатов для очистки семян зерновых культур / Ю. И. Ермольев, А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Роль непрерывного образования и вузовской науки в инновационном развитии АПК: материалы Междунар. науч.- практ. конф., 26-28 янв. / БГАТУ. - Минск, 2012. -С. 234-239.

5. Ермольев, Ю. И. Технологические свойства компонентов зерносоломистого вороха после прохождения его через молотилку зерноуборочного комбайна: коллектив, моногр./ Ю. И. Ермольев, А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Технологические операции и технические средства для современных технологий агропромышленного комплекса. - Ростов н/Д: ДГТУ, 2012. - Гл. 1. - С. 5-38.

6. Бутовченко, А. В. Моделирование работы скельператора транспортерного типа / А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Образование™ и науката на XXI век - 2012: материали за VIII Международна научна практична конференция, 17-25 октомври. - София (Болгария): "Бял ГРАД-БГ" ООД. 2012. -Т. 42: Селско стопанство. Ветеринарна наука. - С. 34-38.

7. Бутовченко. А. В. Использование программного комплекса "FLOWVISION" для определения характеристик воздушного потока в пневмоканале / А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко, А. А. Савченко [и др.] // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 7-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 17-й междунар. агропром. выставки "Интераргомаш-2014", 25-27 февр. - Ростов н/Д, 2014. - С. 52-54.

8. Бутовченко, А. В. Использование программного комплекса "MAPLE" для построения траекторий движения частиц зернового материала в пневмоканале / А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 7-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 17-й междунар. агропром. выставки "Интераргомаш-2014", 25-27 февр. - Ростов н/Д, 2014. - С. 54-60.

9. Бутовченко. А. В. Моделирование процесса движения компонентов зернового материала в неравномерном воздушном потоке с использованием

прогаммного пакета MAPPLE / А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 7-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 17-й междунар. агропром. выставки "Интераргомаш-2014", 25-27 февр. - Ростов н/Д, 2014. - С. 60-63.

10. Дорошенко. А. А. Параметрическая оптимизация иневмосепаратора с двумя циклами сепарации в одном пневмоканале / А. А. Дорошенко // Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии (ИнЭРТ-2014): тр. XI Междунар. науч.-техн. форума [Электронный ресурс] / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2014. - С. 365-377. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - Загл. с этикетки диска.

1 I. Ермольев. Ю. И. Сравнительная экономическая оценка эффективности функ-ционирования агрегатов для первичной очистки зернового материала / Ю. И. Ермольев, А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 8-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 18-й междунар. агропром. выставки "Интераргомаш-2015", 3-6 мар-та. - Ростов н/Д, 2015. - С. 60-63.

12. Ермольев. Ю. И. Экспериментальная оценка показателей функционирования пневмосепаратора с двумя участками пневмосепарации в вертикальном канале / Ю. И. Ермольев. А. В. Бутовченко, А. А. Дорошенко // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: материалы 8-й междунар. науч.- практ. конф. в рамках 18-й междунар. агропром. выставки "Интераргомаш-20 15", 3-6 марта. - Ростов н/Д, 2015. - С. 60-63.

патенты

13. Пат. на полезную модель 120020 Российская Федерация, МПК В07В 4/02. Пневматический сепаратор для сыпучего материала / Ю. И. Ермольев. А. В. Бутовченко. А. А. Дорошенко ; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет". - № 20121 16693/03: заявл. 24.04.12. опубл. 10.09.12. бюл. .N«25. - 3 с.

14. Пат. на полезную модель 146703 Российская Федерация. МГ1К A07F12/00. Семяочистительный агрегат Ю. И. Ермольев, А. В. Бутовченко. А. А. Дорошенко: заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет". - JVT« 20141 1945 1/13: заявл. 14.05.14. опубл. 20.10.14. Бюл. №29. - 3 с.

В печать 17.04.2015

Объём 1.0 усл. п.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип .\»3. Заказ Л» 1 I 8. Тираж 120 экз. Цена свободная

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина. 1.