автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование режимов и параметров технологического процесса сортирования семян подсолнечника

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

} На правах рукописи

ТЛИШЕВА Адама Измаиловича

УДК 631.362

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ И ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СОРТИРОВАНИЯ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА

Специальность 05.20.01- Механизация сельскохозяйственного

производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар -1998

Работа выполнена в Кубанском государственном аграрном университете (КГАУ)

Научный руководитель- кандидат технических наук

доцент В.Г. Ивашков, Научный консультант- Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Г.Г. Маслов. Официальные оппоненты- доктор технических науж,

Ведущее предприятие- Кубанский научно-исследовательский

институт по испытанию тралторов и сельскохозяйственных машин (КубНИИТиМ)

заседании диссертационного СоветаК12С.23.03 по присуждению учёной степени кандидата технических наук при Кубанском государственном аграрном университете по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13, КГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГАУ.

Автореферат разослан 1998г.

Учёный секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук,

профессор И.П. Леонов кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Заведующий отделом механизации ВНИИМК В.Д. Шафоростов

Защита диссертации состоится "/ " 1998г. в "/О" часов

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Подсолнечник- основная масличная культура в нашей стране. Применение биологически ценных семян подсолнечника является одним из наиболее важных и необходимых условий для решения двух взаимосвязанных народнохозяйственных проблем: уменьшения нормы высева семян и увеличения валового сбора на 15-20 %.

Важнейшим показателем качества семян является абсолютная масса 1000 чистых семян в граммах. Она характеризует запас питательных веществ, заключённых в это количество семян. Кроме массы, на посевные качества семян существенное влияние оказывает их плотность. Выравнивание семян по массе улучшает качество посева, равномерность созревания и снижает потери при уборке урожая. Сортировка семян по массе в настоящее время осуществляется косвенно- путём выполнения рада операций: сортированием по размерам, парусности, но плотности на пневмостолах. Многократный пропуск семян через сортировальные машины приводит к дополнительному их травмированию. В этой связи создание малин, сортирующих семена непосредственно по массе, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Кубанского государственного аграрного университета на 1991-1995гг. и на 1996-2000гт. по теме ГР 01910049840.

Цель исследования- определение режимов параметров

технологического процесса поштучной сепарации семян подсолнечника.

Задачи исследования;

1 .Изучить физико-механические свойства семян подсолнечника.

2. Разработать элементы теории технологического процесса.

3. Провесги лабораторные исследования сепаратора семян.

4.Провести производственную проверку макетного образца сепаратора семян и определить его экономическую эффективность.

5. Разработать методику инженерного расчёта сепаратора семян.

Объект исследования- технологический процесс поштучной сепарации семян подсолнечника и технические средства для его осуществления.

Научная новизна- Обоснована технологическая схема сепаратора семян, обеспечивающая поштучное сортирование тонкими струями малого сечения. Получены закономерности качественных и количественных показателей от конструктивных и режимных параметров сепаратора.

Практическая значимость. Разработаны экспериментальные образцы сепараторов, обеспечивающие высокое качество сортирования без повреждения семян и методика инженерного расчёта. Сепаратор универсален и может сортировать семена всех сельскохозяйственных культур при соответствующей настройке.

Реализация сезультатоЕ исследований. Макетные образцы сепараторов внедрены: на Тбилисской (Краснодарского края) семфабрике, на Краснодарской семфабрике и в ряде хозяйств края.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Кубанского государственного аграрного университета, на заседаниях секции механизации НТС департамента сельского хозяйства и продовольствия администрации Краснодарского края 1992г, Азово-Черноморской сельско-хозяйственной академии и Российской научно-практической конференции в 1993г (г.Москва).

Публикации. Основные положения и результаты диссертациояной работы опубликованы в пяти печатных работах общим объёмом 1,4 п.л.

Объём диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов " предложений, списка использованных источников из 127 наименований, в том числе 14 иностранных. Изложена на 157 страницах, включая 45 рисунков, 20 таблиц, приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" приводятся агротехнические требования к машинам для сортирования семян, критерии оценки посевных качеств семян и работы сортировальных машин.

Сделан обзор работ по сортированию семян сельскохозяйственных культур. Большой вклад в решение этой проблемы внесли В.П Горячкин, . М.И.Летошнев, Б.Г.Турбин, М.В.Сабляков, Г.Д.Терской, З.Г.Тиц, Н.Н.Ульрих, В.И.Аиискин, М.К.Ярёменко, П.В.Токарев, В.Д.Шафоростов и другие учёные.

Дан анализ применяемых способов и конструктивных решений для сортирования сыпучих тел по массе и плотности.

На основании анализа литературных источников установлено, что ещё не создано машин, которые осуществляли бы сортирование семян непосредственно по массе. Отбор семян по массе на существующих машинах осуществляется косвенным путём: сортировкой по размерам, парусности, плотности. Подача семян на рабочие органы сортировальных машин выполняется скопом и без ориентации.

В связи с изложенным, сформулированы цель и задачи исследования. - •

Во второй главе "Теоретические основы технологического процесса сортирования семян" проведено обоснование возможности поштучного разделения семян по массе, обоснованы параметры и режимы работы питателя дозатора. Определены размерные и режимные параметры сопл. Описан механизм воздействия струи воздуха на семя и движение семени в свободном полёте.

Технологическая схема сепаратора семян представлена на рис. 1.

Рис.1 Технологическая схема сепаратора семян

I- бункер; 2- заслонка; 3- вибролоток; 4- желобки: 5- сопла; 6- срез сопла; 7- дебалансный механизм; 8- шарнир; 9- приёмники фракций; 10- планка;

II- ограничитель хода; 12- регулировочный винг; 13- манометр; 14- гбкий воздуховод; 15- рессивер сопла; 16- компрессор; 17- воздушный фильтр; 18-рассивер компрессора; 19- блок питания; 20- задатчик давления; 21-стаЬилюатор давления; 22- электродвигатель; 23- вариатор.

Скорость перемещения семян по лотку зависит от значения коэффициента режима (перегрузки) Г. При Г < 1 перемещение семян осуществляется со скольжением по лотку без отрыва от его плоскости. При Г>1 перемещение осуществляется с подбрасыванием. Для прямолинейных колебаний лотка значение /^описывается зависимостью:

8«Э А

8-Л,-/2 п g-cosa cos а где Ар- размах колебаний в любой точке по длине лотка, м\ /- частота колебаний лотка, с"';

g- ускорение свободного падения, м/с2; а - угол наклона лотка к горизонту, град; п- любое целое число, и=0,1,2, 3,4 и т.д.

« = (2) 1 о

где время полёта семени над лотком, с;

Г0= 1//"- период одного колебания лотка, с.

Скорость перемещения семян по лотку с подбрасыванием (Г > 1):

V rising _{¿а_л Пч

^ я 1 Я i-te-cosa + S-V/2) ^

где скорость перемещения семян по лотку с подбрасыванием, .и/с;

Л - коэффициент мгновенного трения.

Скорость перемещения семян по лотку в режиме скольжения (Г < 1) представится в следующем виде:

f с = ' (sina + fTp cosa) + 2-Ap-f- (tga + 3- f^), ^ (4)

где Vc- скорость перемещения семян по лотку в режиме скольжени.ч, м / с;

f\p - коэффициент трения скольжения семян по лотку. При Г =(1 - 5,6), А р=1,5 -10~3м, /=(28 -- 66) с1 скорость перемещения семян по вибролотку изменяется в пределах 0,128 - 0,204 м/с. Отклонение теоретической скорости от экспериментальной не превышает ±6%.

Производительность одного лотка сепаратора определяется по формуле:

'с

где Q, - производительность лотка, кг / ч;

тс- масса семени, к\ 1С- длина семени, м, п л количество желобков в русле; щ- коэффициент заполнения. Воздействие струи на семя осуществляется при следующих условиях (рис.2). Лоток совершает колебания вместе с блоком сопл, причём сопла находятся непосредственно за краем лотка. Семена движутся поштучно в желобах, ориентированные длиной осью по направлению подачи (продольной оси желобов). Время воздействия струи на семя ограничивается периодом прохождения семени над соплом.

Далее семя движется в свободном полете за пределами сопла и зоной действия струи, как тело брошенное под углом к горизонту с начальными параметрами скорости и угла наклона.

Составим и решим дифференциальные уравнения движения семени в принятой системе координат.

т-йУх

Л

тёУу

= Рх = Р-соъас, (6)

= Ру-т% = Р-ът.а,.-т-£, (7)

Л

где Р, Рл Р / сила действия струи на семя и её составляющие по осям координат;

ас - угол наклона струи к горизонту, град. р

Обозначим: -= К (8)

m-g

После решения уравнений 6 и 7 получим:

Vx = V0-cosa + KM-g-cosac-t, (9)

F,, = g ■ (Км ■ sin ac-\)-t-V0- sin а, (10)

Sx = Va -cosgf-ь ^«■g'Cosg^t2^ (U)

^я s.na (I2)

где И*. скорости семени по осям координат, л^/д

Sx, Sy- перемещение семени по осям координат, .ц Va скорость перемещения семени по лотку (скорость подачи), м/q а - угол наклона лотка к горизонту, щд; t- время действия струи на семя, с Начальные параметры семени после воздействия струи:

К =^j(VB-cosa + KM-g-cos ас ■ t)2 + [g ■ (Км • sin orc -1) • t - V0 • sin af, (13)

pH=arctg£-j-a-e—--——, (14)

V0 cosa+KM •g-cosa í

где Vи начальная скорость семени после воздействия струи;

Д, - угол наклона вектора скорости Унк горизонту.

Время воздействия струи на семя:

_ -у/^? - cos2 а +2КМ -g-zosac-Sx - V0 - cosa KM-g- cosa.

(15)

Для режима с подбрасыванием (подъёмом) семян относительно точки бросания получены уравнения для определения дальности полёт, высоты подъёма и времени полёта семян:

Ул • С05/?н1(Гн1 • ш Д,, + ^ -зт2 /?„, + 2Е- А) х----5

8

где ¿-дальность полёта семени, м

_У\х-*т2рл "шах „ '

28

где Н- высота подъёма семени над точкой бросания, м

/ — 1

(18)

Получено выражение для определения силы струи действующей на семя:

*л1

£

(.9)

Ь\-и■ ¡л -I

Третья глава "ПРОГРАММА И ОБЩАЯ МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ" включает следующий объём работ:

, - разработку методики и технического средства для классификации исходного материала семян ло массе и плотности;

. - изучение физико-механических (технологических) свойств семян подсолнечника;

- разработку критериев оценки качества работы сепаратора;

- разработку методики настройки делителя фракций с учётом характеристики исходного материала;

определение зависимости производительности сепаратора от: частоты колебаний, амплитуды (размаха) и угла наклона лотка.

При проведении опытов применялись: лабораторная устшювка и классификатор семян, специально разработанные для проведения исследований.

Лабораторные исследования проводились на семенах подсолнечника сорта "Флагман" с использованием лабораторной установки с пяти-фракционным делителем, технологическая схема которого представлена на рис.1.

При работе лабораторной установки в режиме классификатора к нему вместо пятифракционного делителя приставлялся двухфракционный делитель с регулируемой перегородкой.

В исследованиях использовали методику многофакторного эксперимента на основе центрального композиционного ротатабельного униформплана (ЦКРУП) для выявления оптимальных режимов работы сепаратора. Исследование качества работы на оптимальном режиме ( частота колебаний лотка /- 60с"1, амплитуда (размах) колебаний Ар= 1 мм и угол наклона лотка аг=18°) и параметров сопл. сепаратора проводились с использованием частных методик с применением элементов математической статистики.

Экспериментальные данные обрабатывались на персональном компьютере "1ВМ" с разработкой специальных программ.

В четвёртой главе представлены результаты экспериментальных исследований: приведены физико-механические свойства семян подсолнечника сорта "Флагман"; определены режимные параметры лотка сепаратора, качество разделения семян на фракции; определена зависимость производительности лотка от режимных параметров работы сепаратора; получены зависимости качественных показателей работы сепаратора и точности разделения семян от производительности сепаратора.

4.1. Физико-механические свойства семян подсолнечника.

Для анализа зерновой смеси семян подсолнечника, исходный материал был разделён на 11 -ть классов на предложенном нами классификаторе семян по массе. Анализ результатов классификации показал, что начиная от 1-го до 11-го класса величина массы 1000 семян (Мюоо) изменяется от) (55,4 до 94,22) -10-3 кг. Среднеквадратическое отклонение

(Мюоо) исходной фракции составило 12,12 ■ 1 (Г3 кг, а среднеквадратическое отклонение в классах изменяется в пределах (0,13 до 1,21)- 1СГ3кг Коэффициент вариации (Мюоо) по исходному материалу составляет ±16,25%. Коэффициент вариации (Мюоо) внутри каждого класса составляет: в 1-ом классе ±2,18%, во втором ±1,6%, в третьем ±0,93%, в четвертом ± 1,45% и в остальных классах коэффициент вариации (Мюоо) меньше ± 1%. Необходимо отметить, что высокий коэффициент вариации (Мюоо) в исходном материале подчёркивает не выраЕненность (Мюоо), что в конечном итоге влияет на урожайность подсолнечника, хотя в целом, средняя (Мюоо) составляющая 74,57- 10~3кг отвечает требованиям ГОСТ 9576-84 (Качество посевного материала семян подсолнечника), где указывается , что (Мюоо) подсолнечника должна составлять не менее 60-10-3 кг. На наш взгляд это требование слишком занижено и требует пересмотра. Практически используя предлагаемый нами сепаратор можно довести этот показатель (Мюоо) до 804-100-10"3 кг.

Низкий коэффициент вариации значения массы 1000 семян, внутри полученных классов в результате классификации, подтверждает возможность сортировки семян по массе тонкими струями, площадь сечения которых значительно меньше площади поперечного сечения сортируемых семян.

Анализ значения плотности семян (рс) внутри каждого класса определенный пикнометром показал, что (рс) 1-м классе составляет 510 кг/м3, увеличиваясь в каждом последующем классе значение (рс) достигает в 11-м классе 700 кг/м3. Семена с 1-го по 4-й класс имеют значение (рс) меньше среднего значения (исходного) (рс) равное 597 кг/м3.

Среднеквадратическое отклонение (рс) в исходной фракции составило 59,02 кг/м3., а среднеквадратическое отклонение {рс) в классах изменяется в пределах 2,6 -г 5,34 кг/м3. Коэффициент вариации (рс) по исходному материалу составляет ±9,89%. Коэффициент вариации (рс)

внутри каждого класса составляет: в 1-ом классе ±0,55%, во втором ±0,48%, в третьем ±0,97%, в четвёртом ±0,73% и в остальных классах коэффициент вариации меньше ± 1%.

Для установления степени различия значений скорости витания ( Укр ) семян, разделённых на классы на классификаторе семян по массе, были определены скорости витания семян по классам на парусном классификаторе. Анализ результатов опытов показал, что среднеквадратическое отклонение ( Укр ) в исходной фракции составило 1,34 м/с., а среднеквадратическое отклонение значения (Укр) в классах изменяется в пределах 0,7 +0,9] м/с. Коэффициент вариации( Укр) по исходному материалу составляет ±14,35%. Коэффициент вариации (Укр) внутри каждого класса составляет ± (8,9ч-10,9)%. Результаты опытов показывают, что выравненность (Угр) по классам повышается. У семян,

разделенных на классы по массе, значения скорости витания разные.

Для получения величины эквивалентного диаметра семян (Оэп) по классам были определены средняя длина, средняя ширина и средняя толщина семян по результатам 250-ти замеров перечисленных параметров семян в каждом классе. Полученные вариационные ряды были разбиты на 11-ть классов, по всем трем параметрам (длине- р ширине- в и толщине- £ и определены средние значения: а 12,02 щя, вср=6,25 мм, с<^4, 07 мм.

По результатам этих данных был определён эквивалентный диаметр семян в каждом классе по формуле:

иэт =у[а^в-с, 10 V (20)

Эквивалентный диаметр семян характеризует их крупность. Разделённые семена по массе разделились и по крупности, причём значение (Ода) семян изменяющееся с 1-го по 5-ый класс в сторону увеличения в последующих классах, например, в 8-ом (Оэкв) уменьшился, в 9-ом достиг

максимального значения и составил 7,03- 10~3л/, а в 11-ом классе его значение уменьшилось, хотя масса 1000 семян и плотность семян в этом классе имеют максимальное значение.

По результатам данных исследований по изучению физико-механических свойств семян подсолнечника сорта "Флагман" можно сделать следующие выводы: найден способ и предложена конструкция классификатора семян по индивидуальной массе; классификатор семян обеспечивает высокую точность разделения семян, не допуская повреждений; классификатор разделяет семена подсолнечника не только по массе 1 ООО семян, но и но эквивалентному диаметру и по плотности. Его можно использовать для классификации исходного материала семян различных сельскохозяйственных культур по массе (классификатор является универсальным).

4.2.Результаты сепарации семян подсолнечника по массе.

Учитывая качественное состояние семян, полученное при изучении физико-механических свойств после их классификации, была составлена схема разделения семян на пять фракций.

Предварительно настроив делитель фракций, в соответствии с методикой настройки описанной в третьей главе, и установив высоту сбрасывания семян Ь=0.275 м, давление питания сопл 10675 Па , режим работы питателя дозатора при котором обеспечивается производительность 80 к/ у произвели сортировку семян на пять фракций.

План-схемой разделения семян (рис.3) предполагалось распределение частот по фракциям: в 1-ой фракции 13,99%, во 2-ой фракции 15,23%, в 3-ей фракции 33,1%, в 4-ой фракции 17,38% и в 5-ой фракции 20,29%.

Разница между плановым (теоретическим) и фактическим распределением частот по фракциям составила: в 1-ой фракции -0,8 %, во 2-ой фракции + 0,42 %, в 3-ей фракции -0,11 %, в 4-ой фракции -0,1 % и в 5-ой фракции + 0,59 %. Незначительное расхождение этих результатов подчёркивает точность настройки делителя фракций.

Рис.З.План-схема разделения семян на пять фракций.

На рис.4представлена гистограмма распределения семян по фракциям. Анализ результатов сортирования семян показал, что средне-квадратическое отклонение значения (Мшоо) в исходной фракции составляет 7,99-1 (Г3 кз а средяеквэдратическое отклонение внутри фракций изменяется в пределах (0,22 -0,47)-10"2кг Коэффициент вариации (Мюоо) по исходному

12 3 4

Рис. 4. Гистограмма распределения семян по фракциям

5

Фракции

материалу составляет +10,73 %, а по фракциям коэффициент вариации (Мюоо) составляет ±0,31-г 0,58 %. Этот показатель подчёркивает высокий степень выравненности значения (Мюоо) во фракциях.

На рис.5 представлен график характеризующий значение (Мюоо) в полученных фракциях.

Из графика видно, что значение (Мюоо) 1-ой, 2-ой и 3-ей фракциях больше чем (М10оо) в исходном материале, а у семян 4-го и 5-го классов

мюоо, Ю'кг 85

80

75

70

65

60

меньше чем среднее по исходному. В 5-ой фракции значение массы 1000 семян составляет 63,58 *10"3 кг. Количество семян в 5-ой фракции (в процентах от исходного) составляет 20,88 %. Эту фракцию необходимо отобрать и не использовать для посева, в виду того, что у этих семян посевные качества будут низкими.

Анализ результатов по определению плотности во фракциях показал, что среднеквадратическое отклонение плотности семян в исходной фракции составило 48,99 кг/м3., а среднеквадратическое отклонение в классах изменяется в пределах 3,16 ч-4,52 кг/м3. Коэффициент вариации плотности семян по исходному материалу составляет ± 8,22%, а по фракциям изменяется от 0,51 % до 0,755 %. В сравнении с "исходными семенами после сортировки коэффициент вариации значительно снизился, что свидетельствует о разделении семян как по (Мюоо) массе 1000 семян, так и по плотности.

Л- 83,36 ___80,98

76,48 1

74,49 71,25

63,58

—1000 по (фракциям - о - МЮОО исходного материала Рис.5. График значений массы 1000 семян после сепарации

Анализ значения скорости витания (К1р) по фракциям показал, что (К.р ) семян во всех фракциях различны, причём в тех фракциях, где масса 1000 семян больше, значение (Гф ) больше, что свидетельствует о линейной зависимости этих характеристик семян. Значение коэффициента вариации в исходной фракции составило ±3,4%. После сепарации семян коэффициент вариации во фракциях с 1-ой по 5-ой соответственно составил: 1-ая ±1,24%,

2-ая ±1,27%, 3-ья ± 1,28%, 4-ая ±1,32% и 5-ая ±1,1%. Выравненное™ семян по скорости витания наблюдается во всех фракциях.

Для получения величины эквивалентного диаметра (ОНЛ) семян по фракциям были определены средняя длина-, средняя ширина-в и средняя толщина- с семян по результатам 250-ти замеров. Средние значения: &ср= 11,94-10-3м , в с 6,39-10~3.у с ф=4,13-10~3л/. По результатам этих данных были определены значения (О эй,) семян в каждой фракции по формуле (4.2).

Значение (Б жв) у семян 1-ой и 2-ой фракции ниже, чем следующей,

3-ей фракции. Но значение семян этих трёх фракции по величине больше среднего значения фет) исходного материала. Анализ графика показывает, что сепаратор разделяет семена подсолнечника по крупности.

Следует отметать, что (О-и,) имеет максимальное значение в 3-ей фракции. По максимальной массе 1000 семян и плотности на первом месте семена 1 -ой фракции. Оказывается,самые крупные семена не самые плотные и не самые тяжёлые. По биологической ценности наибольший интерес представляют семена, обладающие найболыпей массой и плотностью. Поэтому использование решёт при подготовке семян к посеву не всегда целесообразно. Откалиброванные семена на решётах необходимо сортировать на предлогаемом нами сепараторе семян по массе и плостности.

4.3. Определение производительности лотка в зависимости от режимных параметров.

В результате проведенных экспериментальных исследований по ЦКРУП установлено влияние грех факторов: угола наклона а, амплитуды А и частоты колебаний/лотка, на производительность сепаратора.

Уровни факторов были выбраны таким образом, чтобы оптимальные их значения, найденные теоретически, попали б центр интервала варьирования. Минимальное и максимальное значение для частоты колебаний лотка были приняты (25-75) с'1, (оптимум 50), для второго фактора 4>=(0,5-1,5) мдля третьего фактора а-( 10-20°), причём, для первого и третьего, звёздные точки были определены из условия стабильности и регулируемости процесса. Остальные уровни определены расчетным путём.

Уравнение регрессии для производительности сепаратора получено в следующем виде:

У=36,592+17,28 *;+14,227 Хг+6,551 х3+2,Шх,х2+ 1,716%%+ +2,723 х32+1,Шхз2 (21)

Поверхность отклика представлена в системе трех координат на рис.6.

Рис.6 Поверхность отклика по производительности сепаратора при эр, 0

Рис.7Дьумерные сечения поверх.-ности отклика по производительности плоскостью ХгБХз

Анализируя зависимость производительности от /,а относительно амплитуды колебаний можно сделать вывод, что для частот колебаний 50 и 75с"1 характер развития поверхности отклика для производительности

выглядит едентично, однако при / =75 с'1 поверхность развивается более активно имея максимальное значение производительности (Q=138,3 кг/ч) полученное при Ар= 1,5 мм, a =2(f, /=75с"\

Анализ зависимости производительности от угла наклона а показал, что её максимальное значение получается при а = 20° и А л=1,5 мм. Достаточно высокая производительность наблюдается при Ар =0,5 мм (75 кг /ч) при той же частоте.

Для более углублённого изучения поверхности огклика и наглядности представления о геометрическом образе изучаемой функции, характеризующей производительность сепаратора,проводили канонические преобразования и уравнение приняло вид:

У-94,621 У-94,621 3,181 6,708

Его анализ выполнен при помощи двумерных сечений (рис.7)

4.4.3ависимость качественных показателей работы сепаратора от производительности.

Производительность и качество рабочего процесса сепаратора зависит от механического и воздушного режимов работы сепаратора семян. Механический режим характеризуется числом колебаний лотка f, амплитудой колебаний лотка А р и углом его наклона ал. Воздушный режим характеризуется величиной давления питания сопл ДР и соростью воздуха Ve вытекающего из сопла. Кроме механического и воздушного режимов работы сепаратора семян, на рабочий процесс влияет точность настройки делителя фракций, заключающаяся в установлении оптимальных расстояний от сопла (точки сбрасывания семян) до перегородок делителя фракций.

В процессе сепарации семян изменяли только производительность сепаратора, подбирая необходимую частоту, амплитуду и угол наклона

лотка, другие параметры оставались постоянными. Это позволило выяснить

влияние производительности на качество процесса сепарации.

Качество сепарации оценивали принятым нами коэффициентом разделения

где ао - отклонение средней Мюоо фракций от среднего арифметического числа Miооо исходного материала, кг; . п0- частота выхода фракций, %;

а т- отклонение вариационного ряда Мюоо семян исходного материала ,ог среднего арифметического числа, кг; пт -частота отдельных вариантов, %.

Изменяя производительность сепаратора от 40,66 до 120,66 кг/ч с примерно равным тагом (20 кг /ч), были получены пять'различных значении £р, по которым был сделан дисперсионный анализ.

Выводы: Изменение производительности сепаратора в сторону увеличения от контрольного варианта ведёт к существенному ухудшению качества сортировки по всем физико-механическим свойствам семян. Уменьшение производительности сепаратора существенно влияет на качество сортировки по ширине семян, по остальным свойствам семян уменьшение производительности до 60 кг/ч не оказывает существенного влияния на качество сортировки.

Рациональной зоной в пределах которого рекомендуется работать при сортировке семян подсолнечника, являются режимы от 60 до 80 кг/ч. Для этого необходимо установить частоту колебаний лотка 60-63 с"1, амплитуду колебаний лотка 1 мм и угол наклона лотка от 10°до 18?

К каждой кривой графика зависимости качества разделения от производительности были подобраны эмпирические уравнения описывающие массив точек.

Е =

(23)

Уравнение кривой, описывающей зависимость качества сортировки по скорости витания семян от производительности, имеет вид:

9 878-Ш2° - 3.766Х»-. :10593-1()6 +767,75х-4.106-10< (24)

ехр(*)

5 юо

X

и

са

6

х

1 90

Т

2

80 70 60

у: 1 ' » ч ■

/

-X---__

40

60

-о- 1-по скорости витания 3-по массе 1000 семян —X— 5-по эквивалентному диаметру

80 100

-Ж-2-ПО плотности

-по ширине семян

120 кг/ч

Рис.8. Зависимость качества сепарации от производительности

Среднеквадратичное отклонение У\ шг=6, 14445-Ю-13 %;

Максимальное отклонение по оси Уушг= -2,6290-Ю-12 %.

Эмпирическое уравнение описывающее массив точек качества

сортировки семян подсолнечника по плотности имеет вид:

Ур = V- 3.08634л:2 -1.3199• 104 Щх) +- 6.5075• 102 * + 3.4996 • 104 (25) Среднеквадратичное отклонение Ур =0,00051709 %; Максимальное отклонение по оси ¥р =0,0019216 %.

<

Эмпирическое уравнение, описывающее массив точек ■ качества сортировки подсолнечника по массе 1000 семян, имеет вид:

>^1ооо=ехр(-7.50389-10-5(л)г+1.088361и(л) + Ы111 ) (2б)

х

Среднеквадратичное отклонение У(/|000 =0,071456 %;

Максимальное отклонение по оси УМЮуй=- 0,28100 %.

Эмпирическое уравнение, описывающее массив точек качества сортировки семян подсолнечника по ширине,имеет вид: .

Гв =--гг-.--1—г--т-427)

1.8386 • 10 х + 7.2914 • 10 1п(х)- 3.8736 • 10 *

Среднеквадратичное отклонение У ¿=0,0901 %;

Максимальное отклонение по оси У?= -0,3076 %.

Эмпирическое уравнение, описывающее массив точек качества сортировки семян подсолнечника по эквивалентному диаметру (1Ээт), имеет вид:

=-5,0102-Ю"3 д:2+1.4317-1011п(л) + 0.55514л1 (28)

Среднеквадратичное отклонение Уцэкг=0,026315 %;

Максимальное отклонение по оси Уоэжв= 0,09343 %.

В пятой главе "Экономическая эффективность результатов исследований" приведены результаты производственной проверки. В результате производственной проверки установленно, что за счет повышения качества семян снижается норма высева семян на 10-15% и на столько же повышается урожайность.

Экономическая эффективность работы сепаратора определялась по ГОСТ 23728-88 ГОСТ 23 730-88 на примере разработанного нами двенадцати лоткового сепаратора семян сельскохозяйственных культур. Производительность сепаратора при сортировке семян подсолнечника составляет одну тонну в час. Для сравнения принята серийная машина окончательной о чистки семян МОС-9С, предназначенная для сортировки

семян различных сельскохозяйственных культур, з том числе и семян подсолнечника. При расчёте экономической эффективности сравнивались следующие технико-экономические показатели: приведённые затраты на единицу наработки, эксплуатационные затраты, капиталовложения, металло -и энергоёмкость процесса.

В результате проведенных расчётов выявлена экономическая эффекткв-ность разработанного нами сепаратора. При этом, эксплуатационные заграты снизились на 1,49 руб./ ^капиталовложения -на 28,5 руб ./ г/г приведённые затраты -на 5.8 рф . / т энергоёмкость уменьшилась на 0,4 кВт- ч; т

Металлоёмкость процесса сепарации семян подсолнечника и трудовые затраты несколько выше контрольной машины в связи с тем, что производительность предлагаемого сепаратора нами принята в расчётах \ т/ч, а на контроле 2,5 т/ч

В расчётах экономической эффективности не учтена стоимость дополнительной продукции от прибавки урожая, которая по данным производственной проверки составляет 161,2 руб с 1 га посева подсолнечника.

ВЫВОДЫ

1. Установления возможность поштучного разделения семян подсолнечника по массе и плотности с высокой точностью. Коэффициент разделения (Е) для Мюоо, Р, Vи О,„„соответственно равны:

Е мюоо=0,71ч-0,91; Ер =0,73-ь0,97; Ег кр-=0,14-г0,97; Е0Э1!. =0,62-0,75.

2. Разработаны элементы теории процесса сепарации семян подсолнечника. Получены основные зависимости для определения скорости перемещения семян по лотку для различных значений коэффициента перегрузки; определено время воздействия струи на семя 1=(0.03814-0.0105)с. и время свободного полёта семян до осаждения в приёмниках фракции

1 п=(0,237н-0,260)с.; дальность полёта семян в зависимости от массы и силы струи действующей на семя Ь]=(0.118-ь0.560)м.

3. Для исследования физико-механических свойств семян подсолнечника разработана методика и устройство (классификатор), позволяющий классифицировать семена по массе, плотности и скорости витания. Установлены следующие параметры семян подсолнечника сорта "Флагман": (по исходному) Ммоо=74,57-1(Г3кг, ст = ± 12,12-КГ3 ю-.; /?с=597кг/м3, сг = ± 59,02кг/м3; VKp=8,56 м/с, сг = ± 1,34м/с.

После разделения на пять фракций: Мюоо i фР=83,36 • 10"3 кг, М,0Ю2 фр=80,98-КГ3кг,М,оооз фр=76,48-НГ3кг, M10<»4f7 1,25-Ю""3кг, Мщоо5 фг63,58-10~3кг.

рсi фр=671кг/м3, рс2 фР=620кг/м3,,£>„з фр=600 кг/м3,/>„4ф= 572 кг/м3, Рс5 ФГ543 кг/м3.

VKpi фр=8,78 м/с, VKp2 фр=8,73 м/с, Укрз f= 8 ,52 м/с, VKp4 $=8,3 м/с, VKP5 фр=8,1 м/с.

4. Результаты теоретических расчётов подтверждены экспериментальными исследованиями со следующими допустимыми расхождениями: для скорости перемещения семян по лотку в пределах ±6%; по дальности полета семян в пределах ± 10%. Производительность сепаратора зависит от режимных параметров лотка. При значениях Г=(1-^5,6), Ар=1,5-1(Г3м и f==(28-f-66) с"1 производительность сепаратора <2=28+157 кг/ч. Производительность сепаратора, приведённая к 1 м ширины лотка, составит 112-628 кг/ч.

5. Предложена методика насгройки сепаратора для отбора наиболее продуктивных фракций семян, составленная на основе анализа и количественно-качественной характеристики исходного материала полученного б результате классификации.

6. Разработана методика инженерного расчёта.

7. Разработанные, на основе теоретических и экспериментальных исследований, макетные образцы сепараторов семян подсолнесника и других сельскохозяйственных культур, проверены в ряде хозяйств

Краснодарского края, на Тбилисской (Краснодарского края) и Краснодарской семфабриках. В результате производственной проверки установлено: повышение посевных качеств семян в результате их сортировки по массе снижает норму высева яа Юн-15% и повышает урожайность на 10-^15%.

Установленный в хозяйственных условиях экономический эффект от внедрения сепараторов, за счёт прибавки урожая составляет 161,2 руб с 1 га посева подсолнечника.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также методика инженерного расчёта могут быть использованы в НИИ, ГСКБ при разработке сепараторов семян сельскохозяйственных культур.

2. Для отбора высококачественных семян з сельскохозяйственном производстве с использованием сепаратор! конструкции КГАУ, рекомендуется производить его настройку с учётом классификации исходного материала по массе и плотности.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях автора:

1. Сепарация семян по массе и плотности.- Труды Кубанского госагроуниверситета. Выпуск 348/376,- Краснодар. Куб.ГАУ, 1995.(всоавт.)

2. Сортирование семян по массе // Сахарная свекла.- 1997. Л° - с.20-21 (в соавт.).

3. Вибрационный лоток // Сахарная свекла.- 1997. Ж.- с. 21 - 22 (в соавт.).

4. Сепаратор для разделения семян по массе И Сахарная свекла,-1997. №2. -с. 16-17 (в соавт.).

5. Определение основных параметров вибрационного лотка для поштучной подачи семян в пневматическом сепараторе.- Труды Кубанского госагроуниверситета. Выпуск 357(385).- Краснодар. Куб. ГАУ, 1997.