автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры и режимы работы цилиндрического решета с винтовым распределителем для предварительной очистки зерна

На правах рукописи

СУХОПАРОВ Александр Александрович

I С^

ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕШЕТА С ВИНТОВЫМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ Д ЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005555002

13 НОЯ 2014

Новосибирск 2014

005555002

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии).

Защита состоится 12 декабря 2014 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, . просим направлять в адрес диссертационного совета по адресу: 630501, Новоси- , бирская обл., Новосибирский р-н, р.п. Краснообск - 1, а/я 460, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии. Телефон (факс): 8 (383) 348-12-09; e-mail: sibime@ngs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, автореферат и диссертация размещены на сайте: www.sibime-rashn.ru. Автореферат размещен на сайте: www.vak2.ed.gov.ru

Автореферат разослан «29» октября 2014 г.

Научный руководитель:

доктор технических наук,

ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии,

Иванов Николай Михайлович

Официальные оппоненты:

Лапшин Игорь Петрович,

доктор технических наук, профессор, Тюменская государственная сельскохозяйственная академия, Механико-технологический институт, профессор кафедры «Энергообеспечение сельскохозяйственного производства»

Патрин Василий Александрович, кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО Алтайский государственный аграрный университет

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

В.В. Коротких

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей задачей в растениеводстве является увеличение производства зерновых культур. При этом одной из проблем является послеуборочная обработка зерна. Требуется дальнейшая интенсификация обработки зерна на сельскохозяйственных предприятиях. Особенно актуальна эта задача для Сибири, где уборка и послеуборочная обработка проводятся в сжатые сроки и в большинстве случаев при неблагоприятных погодных условиях. На качество работы систем послеуборочной обработки существенно влияют характеристики свежеубранного зернового вороха. Поэтому эффективность послеуборочной обработки зерна в значительной степени определяется показателями машин предварительной очистки. Особенность предварительной очистки — высокая интенсивность технологического процесса и изменчивость технологических свойств обрабатываемого зернового вороха. Одним из эффективных способов решетной очистки зернового вороха является применение горизонтальных цилиндрических колосовых решет.

Важным фактором, сдерживающим применение цилиндрических колосовых решет, являются высокие потери зерна «сходом», что ограничивает частоту вращения решета и, следовательно, его производительность. Недостатками цилиндрических решет являются также слабое перераспределение в них зерна и неполное использование рабочей поверхности. Поэтому поиск различных решений, интенсифицирующих процесс сепарации в цилиндрических колосовых решетах, является актуальной задачей.

Исследования проводились в период с 2010 по 2013 г. в соответствии с заданием тематического плана ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии 09.01.04.01 «Разработать ресурсосберегающие машинные технологии уборки и послеуборочной обработки зерна и семян в условиях Сибири и исходные требования на технические средства для реализации технологий».

Научная гипотеза. Повышение эффективности процесса сепарации зерна в цилиндрическом колосовом решете может быть обеспечено за счет изменения параметров решета, увеличения площади сепарации и улучшения распределения компонентов зернового вороха.

Цель исследования. Интенсификация технологического процесса предварительной очистки зерна в цилиндрическом колосовом решете путем управляемого распределения зерна.

Объект исследования. Технологический процесс сепарации зернового вороха в цилиндрическом колосовом решете с винтовым распределителем.

Предмет исследования. Закономерности процесса сепарации зернового вороха в цилиндрическом колосовом решете с винтовым распределителем.

Методы исследований. Общей методологической основой исследований были методы математической статистики и регрессионного анализа. Теоретические исследования выполнялись с использованием положений, законов и методов классической механики, математики и математического моделирования. В экспериментальных исследованиях применялся метод планирования многофакторного

эксперимента. При обработке результатов исследований использовался пакет прикладных программ для персонального компьютера.

Научная новизна.

1. Предложена технологическая схема и установлены закономерности процесса сепарации зерна в цилиндрическом колосовом решете с управляемым распределением зерна.

2. Получены зависимости, определяющие основные конструктивно-режимные параметры цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем.

Новизна технического решения цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем подтверждена патентом на изобретение РФ № 2429840.

Практическая значимость. Обоснованы конструктивно-режимные параметры цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем.

Результаты исследований могут быть использованы проект-но-конструкторскими организациями для разработки новых зерноочистительных машин, а также в учебно-методических целях.

Основные положения, выносимые на защиту:

- технологическая схема цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем ;

- закономерности процесса сепарации зерна в цилиндрическом колосовом решете с винтовым распределителем;

- конструктивно-режимные параметры цилиндрического колосового решета

с винтовым распределителем.

Реализация результатов работы. Производственная проверка была проведена в ГУ СП ОПХ «Элитное» СО Россельхозакадемии. Полученные результаты исследований используются в учебном процессе Инженерного института ФГБОУ ВПО НГАУ.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 работ, в том числе три статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Апробация работы. Основное содержание отдельных вопросов диссертации

докладывалось на:

- V Международной научной конференции молодых ученых СО Россельхозакадемии (Новосибирск, СО Россельхозакадемии, 2012 г.);

- VII Международной научно-практической конференции «Аграрная наука-сельскому хозяйству», посвященной 70-летию Алтайского государственного аграрного университета (Барнаул, АГАУ, 2013 г.);

- Международной научно-практической конференции «Система технологий и машин для инновационного развития АПК России», посвященной 145-летию со дня рождения основоположника земледельческой механики академика В.П. Го-

рячкина (Москва, ВИМ, 2013 г.);

- LUI Международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (Челябинск, ЧГАА, 2014 г.);

- заседаниях ученого совета ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии.

Структура и объем работы. Содержание работы изложено на 162 страницах, включает 8 таблиц, 53 рисунка. Библиографический список включает 131 наименование, в том числе 6 источников на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» приведены требования, предъявляемые к предварительной очистке зерна, дан анализ результатов исследований, способов повышения производительности зерноочистительных машин.

Исследованием процессов сепарации зерна на решетах занимались Н.Б. Бок, Е.С. Гончаров, Ю.В. Гриньков, В.М. Дринча, Ю.И. Ермольев, Н.М. Иванов, А.И. Климок, Н.Ф. Конченко, М.В. Киреев, A.A. Князев, В.А. Кубышев, И.П. Лапшин, П.Н. Лапшин, C.B. Леканов, М.Н. Летошнев, Р.Г. Муллаянов, A.B. Патрин, В.А. Патрин, Н.П. Полуэктов, В.В. Пивень, Л.М. Спичкин, Н.И. Стрикунов, Б.Т. Тарасов, В.Р. Торопов, А.Ф. Ульянов, В.М. Халанский, A.A. Хижников и другие ученые.

Несмотря на очевидные достоинства, цилиндрические решета применяются реже, чем плоские, вследствие меньшей удельной производительности из-за большей толщины слоя зерна, слабого перераспределения в нем частиц, неполного использования рабочей поверхности. Во избежание потерь зерна «сходом» приходится ограничивать частоту их вращения и, следовательно, подачу зерна. Для устранения этих недостатков нами предложено придать цилиндрическому решету уклон к началу решета, а для распределения, перемещения зерна вдоль решета и вывода крупных примесей применить винтовой распределитель, вращающийся в сторону, противоположную вращению решета. За счет этих решений может быть достигнуто уменьшение толщины слоя зернового вороха, увеличение площади его контакта с рабочей поверхностью решета и улучшение перераспределения компонентов зернового вороха.

Для достижения указанной выше цели сформулированы следующие задачи исследования:

- разработать технологическую схему и выявить основные закономерности процесса сепарации зерна в цилиндрическом колосовом решете с управляемым распределением зерна ;

- обосновать параметры и режимы работы цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем;

- дать оценку эффективности основных результатов исследований.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса сепарации зернового вороха в цилиндрическом колосовом решете с винтовым распределителем» проведен анализ факторов, влияющих на процесс сепарации зернового вороха.

Модель процесса сепарации зернового вороха в горизонтальном цилиндрическом решете с винтовым распределителем представлена на рис. 1. В качестве входных воздействий приняты: Q — подача зернового вороха; С — засоренность зернового вороха; fV3B - влажность зернового вороха. Управляющими воздействиями являются: а — угол наклона решета; ZB - шаг сг.ирали винтового распреде-

лителя; I - длина цилиндрического решета; юв - угловая скорость винтового распределителя; Юр — угловая скорость цилиндрического решета; е?Р - диаметр цилиндрического решета; ¿4 — диаметр винтового распределителя.

Q

С

Модель процесса сепарации зернового вороха в горизонтальном цилиндрическом решете с винтовым распределителем

е

Р,

* Кп

а Z„ L юв Юр dB с/р

Рис. 1. Функциональная схема процесса сепарации зернового вороха в горизонтальном цилиндрическом решете с винтовым распределителем

Выходными параметрами являются: е - эффективность очистки зернового вороха,%; Р, - потери зерна, %; К„ - коэффициент использования поверхности решета.

Для определения параметров зернового слоя внутри цилиндрического решета (рис. 2) под воздействием самого решета и винтового распределителя рассмотрены основные виды движения зерновки:

Рис. 2. Схема работы цилиндрического колосового решета

с винтовым распределителем: 1 - цилиндрическое решето; 2 - винтовой распределитель; 3 — слой зерна, образованный под действием решета; 4 — слой зерна, образованный

под действием распределителя; ЗВ - зерновой ворох; ОЗ - очищенное зерно; КП - крупные примеси; I - длина решета; с1р - диаметр решета; Яв-радиус распределителя; а - угол наклона решета. юр — угловая скорость решета; ю„ — угловая скорость распределителя

- движение зерновки по поверхности цилиндрического решета без влияния винтового распределителя;

- движение зерновки по винтовому распределителю;

- движение зерновки по решету с учетом влияния винтового распределителя. Максимальный угол поднятия зерна во вращающемся решете (по М.Н. Ле-

тошневу) без скольжения по решету (Mi):

sin (li-(p)=k sin ф, (1)

где к = m&p2/R;

Ф □ угол трения, град. Максимальное поднятие зерновки со скольжением до точки М2\

12=TI/2+\Í2. (2)

Шп

Рис. 3. Определение действующих сил и траектории движения зерновой частицы

Угол, характеризующий начало отрыва зерновки в точке М2\

H2aTp=arcsin (¿í2 - £).

(3)

sinOi2 - е) = i cos £ - 2 Jl + (l - tg2 cp e2^-^to*} (4)

где tg £ = 2 tg (p.

Угол, характеризующий положение точки М3:

ц3=-3 Ц2=ЗЛз- Y- (5)

Конечное положение зерновки в точке М3В под воздействием винтового распределителя определяется углом Х|:

AI = Л3 + (6)

где ув - угол, характеризующий увеличение площади сепарации за счет действия распределителя;

М2- Л/Зв - определяет длину дуги контакта зернового вороха с решетом.

После попадания на решето в точку М3В, дифференциальное уравнение движения зерновки имеет вид:

do Sin Л4 cos ср + cos Л.4 sin ф С-,4

-= ш„ tg ф ---• I

de р отйр cos ф

Решение уравнения проводилось с помощью пакета прикладных программ ЭВМ. Получена зависимость, характеризующая влияние коэффициента трения решета/p и диаметра решета df на угловую скорость движения зерновки по решету (рис. 4). Выявлено, что при принятом коэффициенте трения зерна по решету /3 =0,29 скорость зерновки составляет 6,5 с'1, при диаметре решета 0,3 м.

0.14 0,12 0.2 С.22 0.« 0,26 0.2$ г 0,22 0,27

/р

а о

Рис. 4. Влияние коэффициента трения/р (а) и диаметра решета с/р (б) на скорость движения зерновки по решету

Для определения параметров движения зерновки по винтовому распределителю, рассмотрены силы действующие на зерновку, (рис. 5).

Рис. 5. Схема сил, действующих на частицу в цилиндрическом решете при вращении винтового распределителя

Силы, приложенные к зерновой частице под действием распределителя: й — сила тяжести;

- нормальная реакция поверхности решета;

— нормальная реакция поверхности винтового распределителя; сила трения зерновки о поверхность зернового слоя на решете; Гв— сила трения зерновки о поверхность винта. Уравнение движения частицы по витку распределителя:

Тс=9-^-(9со5аЩЭ + а>ЫГ3, (8)

где V - абсолютная скорость зерновки, м/с; ш. - угловая скорость распределителя, с"1; х - расстояние от оси решета до границ зернового слоя, м; /3- коэффициент внутреннего трения зерна; /в - коэффициент трения материала о винтовой распределитель; а - угол наклона решета к горизонту, град; Р — угол навивки спирали винтового распределителя, град. Угол 9 между нормальной реакцией поверхности винта и осью Оу определяется геометрическими параметрами винта, цилиндрического решета и размерами зерновых частиц в решете и рассчитывается по формуле:

ff — Р 4.-

Sln9= р Jto • (9)

Откуда

Р 4-_

"зерна '

где Яр — радиус цилиндрического решета, м; /?в — радиус винтового распределителя, м; ^зерна- радиус частицы зерна, м; Лсл2 — высота слоя зерна, м. Преобразуем полученное уравнение к виду:

(IV

8 = arcsin <10>

\ "зерна-*" 2 /

, ,sinafl/, ff tg в COS ff j

cose-г—+<u?>

= dt. (11)

Обозначим:

2 = ^аЦ _ gvecosa = g /sino^ _ cos у 1 хД COS в X X \/з cos в ° J v '

Тогда получим:

= /з(а1 + шв)- (13)

Результаты решения уравнения на ЭВМ представлены на рис. 6. Из расчетов следует, что установившейся режим движения частицы наступает в малый промежуток времени.

Проведенные расчеты позволяют оценить влияние различных параметров на процесс движения зерновой частицы.

Перемещение вороха по поверхности распределителя происходит как в аксиальном, так и радиальном к нему направлениях, а движение частицы совершается по кривой линии.

Рис. 6. Влияние угла наклона решета на скорость движения зерновки при различной влажности

Рассмотрим движение зерновой частицы по поверхности горизонтального цилиндрического решета с винтовым распределителем при условии, что движение зерновки по витку распределителя происходит в одном направлении, при одинаковой частоте вращения решета и распределителя (рис. 7).

Имеется вращающееся с угловой скоростью юр цилиндрическое решето, установленное под углом а к горизонту. Внутри решета установлен винтовой распределитель, вращающийся с угловой скоростью сов=юр В точку М0 подается зерновая частица с начальной угловой скоростью равной нулю (рис. 8). Через некоторый промежуток времени зерновая частица отклонится от вертикали в сторону, противоположную вращению решета, на угол X,, переместившись в точку М,. Примем положение системы координат с началом в точке М. Движение зерновой частицы по поверхности винтового распределителя и решету происходит под действием следующих сил:

G — сила тяжести;

FB - сила трения зерновой частицы о поверхность винтового распределителя;

Fa— центробежная сила инерции; /^-тангенциальная сила инерции; Np - нормальная реакция поверхности решета; NB - нормальная реакции поверхности винтового распределителя.

Дифференциальное уравнение абсолютного движения частицы:

J(A-/3A2) =

sin a sin р - cos а sin A cos (3 + /3(сos а sin A sin р + +sin а cos Р + cos а cos А). (14)

Для решения преобразуем его в следующий вид: г 9

mgcosp

G=mg

Рис. 7. Схема действующих на частицу сил при вращении винтового распределителя

А -/3 А'

- (sin a sin р + /3sin а cos Р) + — (/3cos а sin р - cos а cos Р) *

Йц "В

где /3

* sin Л + — у, cos a cos А,

"в

- коэффициент внутреннего трения зерна.

л .г.

mgcosacosX

Fa=nuo RB

тдсosa

mgcosasiuX

mgcosasinAsinp

Рис. 8. Схема действующих на частицу сил при вращении винтового распределителя

Решением данного уравнения получены зависимости для определения параметров решета (рис. 9), характеризующие влияние угла наклона решета а на угловую скорость движения зерновки по решету при различной влажности. Выявлены рациональные параметры угла наклона решета а=2-3,5 град.

Определение технологических показателей осуществлялось в основном путем теоретических исследований с последующей экспериментальной проверкой. Принято, что под действием решетной поверхности и винтового распределителя поперечное сечение зернового слоя принимает форму, похожую на два совмещенных сегмента (рис. 10). При вращении решета (без винтового распределителя) зерновое тело под действием различных сил принимает состояние равновесия. При этом на материальную точку действуют сила тяжести С] и сила трения /у На основе силового анализа получено условие равновесия материальной точки О,. Исходя из этого условия, определено, что зерновое тело занимает положение под углом аа к вертикальному радиусу, примерно равным углу трения зерна по решетной поверхности:

а, град.

Рис. 9. Влияние угла наклона решета а на угловую скорость движения зерновки по решету и, при различной влажности

где (рр — угол трения зерна по решетной поверхности;

аа — центральные углы зерновых сегментов решета и распределителя.

Выражение для угла а6 расположения зернового сегмента под действием распределителя:

0,5/в/3зт2р

аб = аг^ -

(17)

Рис.

10. Схема сил, действующих на зерно в цилиндрическом решете с винтовым распределителем

1-/.

где /в - коэффициент трения зерна по спирали винтового распределителя;

/3 - коэффициент внутреннего трения зерна;

Р — угол навивки спирали винтового распределителя, град.

Примем допущение, что зерновые сегменты, формируемые цилиндрическим решетом и винтовым распределителем, имеют одинаковые размеры. Тогда центральный угол \|/ расположения зерна на решетной поверхности под действием цилиндрического решета и винтового распределителя будет равен:

V = <*а + + «6. (18)

А угол характеризующий увеличение площади сепарации за счет действия распределителя:

Ув=РР+аб. (19)

Общая длина дуги Ъ контакта зерна с решетной поверхностью определится по формуле

Д -^Р(аа + <Р, + аб)

Ь =

180

(20)

Для определения производительности цилиндрического решета разделим его длину на расчетные элементарные участки длиной АЬ. Примем допущение, что время прохождения зерном всех расчетных участков вдоль решета одинаковое. Количество зерна <2\ на 1-м от начала решета расчетном участке будет обусловливаться величиной подачи зерна в цилиндрическое решето:

60Д ш (21)

Й =

г.п.

где

- подача зерна в цилиндрическое решето, кг/с;

- шаг спирали винтового распределителя, м;

пв - частота вращения винтового распределителя, об/мин.

Масса зерна, поступившего на 2-й расчетный участок:

е2=а -р„ (22)

где Р] - масса зерна, просеявшегося на 1-м расчетном участке за время осевого перемещения зерна по участку, кг.

„ бОаЬМ2

-> (23)

2,«в

где q - масса зерна, просевающаяся через единицу площади контакта зерна с решетной поверхностью за единицу времени, кг/(с-м2); Ъ\ - длина дуги контакта зерна на 1-м участке, м.

Масса зерна на г'-м участке и масса зерна (Р,), просеявшегося на этом участке за время осевого перемещения зерна по участку:

= 60Д£(Нрг_ .

„ бОдНМ2

-> (25)

где / - порядковые номера расчетных участков;

/- количество расчетных участков от 1-го по г'-й; Ь/ - длина дуги контакта зерна на г-м расчетном участке, м. Общая масса Р-, зерна, просеявшегося на длине решета с 1-го расчетного участка по г'-й за единицу времени:

Р^дМ^Ь,. (26)

Условие сепарации зерна с допустимым уровнем его потерь на длине решета с 1 -го расчетного участка по г'-й можно выразить в виде:

< 60Л1И(1-соК+Ч (27)

или: Р, >й7(1-с0)(1-<5н), (28)

где с0 — относительное содержание крупных примесей в исходном зерне в долях единицы, %;

<5„ - допустимый уровень потерь зерна в долях единицы, %. Длина дуги контакта зерна с решетной поверхностью на г-м расчетном участке обусловливается массой зерна, находящегося на этом участке. Для ее расчета

определим площадь сечения слоя зерна 5, и массу зерна (2, на г'-м участке:

=

рК360 2 360 2 у '

' ^^360 2 360 2 1 '

где а, - центральный угол зерновых сегментов на г'-м расчетном участке, град. р — объемная масса зерна, кг/м3.

Угол а[ определяем из выражения для длины дуги контакта зерна:

а,

180 Ь;

■ (.<Р, + «f

(31)

ее 06 0,1 о, г о

С использованием данного выражения определена зависимость длины дуги

контакта зерна с решетной поверхностью от массы зерна и общая масса зерна (рис. 11), просеявшегося на элементарных участках. Определение производительности решета осуществлялось итерационным и графоаналитическим методами. При проведении расчетов диаметр цилиндрического решета был принят равным 0,308 м, отношение длины решета к его диаметру равно двум, Яр = 0,154 м, ЛЬ = 0,05 м, ф = 30 град.

(¡05 01 0.15 0,2 0,25 0,3 0,35

05 а и

Рис. 11. Взаимосвязь массы зерна на элементарном участке решета и длины дуги контакта зерна с решетной поверхностью

005 9,1 (?15 0,2 025 ЦЗ 435 04 0« 05 055 0 6 0 65 0,7 0,75 0 8

1.И

Рис. 12. Количество зерна, находящегося на участках длины решета при различных подачах исходного зерна:

1 _ }у=1,0 кг/с; 2- IV= 1,5 кг/с; 3- ^=2,0 кг/с; 4- IV = 2,5 кг/с; 5- Г=3,0 кг/с; «в = 60 мин"; ир = 60 мин

= 11,3 град.

Для проведения расчетов цилиндрическое решето по длине было разделено на 12 участков длиной по 50 мм. Выполнены расчеты и построены зависимости массы зерна, находящегося на элементарном участке, от длины дуги контакта зерна с решетной поверхностью (рис. 12). Анализ зависимостей позволил

определить минимальную рабочую длину решета, при которой выполняется условие сепарации зерна с допустимым уровнем потерь. С учетом требований к предварительной очистке и засоренности зернового вороха усло-

вие сепарации зерна запишется в виде: б,=0; где Q¡ - количество зерна на расчетном участке.

По полученным данным рассчитаны зависимости минимальной рабочей длины решета от подачи зерна при различных частотах вращения решета и винтового распределителя (рис. 13).

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» изложены программа и частные методики лабораторных экспериментальных исследований. Программа экспериментальных исследований включала:

- опыты по определению конструктивных параметров винтового распределителя и решетной поверхности;

- полный факторный эксперимент по определению рациональных параметров и режимов работы решета и распределителя;

Рис. 13. Зависимость минимальной рабочей длины решета от подачи зерна. Частота вращения распределителя: 1 -50 мин"1; 2-60 мин"'; 3 - 70 мин

- определение производительности цилиндрического колосового решета на различном зерновом ворохе;

- проверку адекватности теоретических исследований.

Опыты проводились на экспериментальной установке (рис. 14). Диаметр цилиндрического решета составлял 0,3 м, длина решета £р=0,6 м, радиус винтового распределителя Лв=0,14 м.

При проведении опытов частоты вращения решета и распределительного винта регулировались посредством преобразователей частоты переменного тока. Менялись подача зернового вороха Q и угол наклона решета а.

Исходя из анализа литературных источников и результатов серии предварительных однофакторных опытов определены факторы, существенно влияющие на процесс сепарации зернового вороха: частота вращения решета ир, частота вращения распределителя ив, угол наклона решета а.

Для определения рациональных параметров цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем проведен трехфакторный эксперимент на трех уровнях (таблица).

За функцию отклика принималась производительность цилиндрического решета при 100%-м выделении соломистых примесей и допустимых ГОСТом потерях зерна.

Рис. 14. Стенд колосового цилиндрического решета с винтовым распределителем

Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование и единицы измерения Обозначение Интервал варьирования Уров! ( т и значения ткторов

-1 0 +1

Частота вращения решета «„, мин'1 X, 15 50 65 80

Частота вращения распределителя п„ мин"1 15 50 65 80

Угол наклона решета а, град. Хз 1,5 1,0 2,5 4,0

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены основные результаты лабораторных экспериментов и дан их анализ. Опыты по определению рационального зазора между цилиндрическим решетом и винтовым распределителем выявили, что наибольшая производительность достигается при зазоре, равном 10 мм (рис. 15). Дальнейшие опыты проводились при данном зазоре.

Рис. 15. Зависимость потерь зерна от подачи при различном зазоре между решетом и распределителем

В результате реализации многофакторного эксперимента получено уравнение регрессии, описывающее изменение производительности колосового цилиндрического решета в кодированных величинах:

^=2,468 + 0,254Х, + 0,146^2-0,183^ + 0,12АУГ2 + 0Д88.ВД- 0,264ЛУГ3 --0,198*,2- 0,396Х22- 0,347Х22. (32)

При пересчете коэффициентов из кодированных в натуральные получилось уравнение регрессии вида:

№= - 4,6 + 0,642а + 0.13ир+ 0,086лв + 0,006ира + 0,0094ив - 0,00066ирив--0,198а2-0,00099ир2- 0,00087 гсв2, (33 )

где (^-производительность решета, кг/с; ир - частота вращения решета, мин"1; пв - частота вращения распределителя, мин"1; а - угол наклона решета, град.

Проведенный анализ зависимостей, представленных на рис. 16 и 17, показал, что наибольшее влияние на производительность решета оказывает угол его уклона. Максимальное значение производительности 2,6 кг/с получено при угле наклона решета 3,5 град. Частота вращения решета при этом составила 65 мин"1, а винтового распределителя - 50 мин'1. Показатели кинематического режима: решета -0,71; распределителя - 0,39.

л„, мин"'

Рис. 16. Зависимость производительности решета от частоты вращения решета и частоты вращения распределителя (а = 3 град.)

Рис. 17. Зависимость производительности решета от угла наклона решета и частоты вращения распределителя (пр = 55 мин"1)

Проведенные опыты на зерне пшеницы различной влажности и засоренности (рис. 18), при следующих параметрах: частота вращения решета ир=65 мин"1, частота вращения винта «в=50 мин"1, угол наклона решета а=3,5 град., показали, что производительность решета на обработке зерна пшеницы влажностью 14% и засоренностью 5,7% составила 3 кг/с, с засоренностью 12,2% - 2,6 кг/с, что примерно в 2,4 раза больше, чем при работе без распределителя. При увеличении влажности зерна пшеницы с 14 до 24% производительность решета уменьшилась на 41%. Удельная производительность при обработке зерна пшеницы влажностью 14% составила 4,6 кг/( с-м2).

0,25

0,15

0,05

ТУ, кг/с

Рис. 18. Зависимость потерь зерна от подачи на различном зерновом ворохе без распределителя : 1- 1¥зв=14%, С=12.2%; с распределителем: 2 ~1¥м=24%, С=5,3%; 3 - 0^=14%, С=12,2%; 4- ^»=14%, О5,3%

Для оценки адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований опытным путем получена зависимость производительности решета от частоты вращения распределителя. Как видно из рис. 19, теоретические и экспериментальные кривые подчиняются одной закономерности, однако имеется некоторое расхождение, объясняющееся тем, что теоретические исследования не учитывают потери зерна вследствие «галопирования» отдельных зерен по перемычкам цилиндрического решета и его выноса винтовым распределителем.

В пятой главе «Экономическая эффективность работы колосового цилиндрического решета с винтовым распределителем» приведены результаты производственной проверки, опыты по оценке микроповреждения зерна, расчет параметров и режимов работы решета и распределителя для машины предварительной очистки зерна на 50 т/ч. Определена расчетная экономическая эффективность этой машины.

Производственная проверка была проведена в ГУСП ОПХ «Элитное» СО Россельхозакадемии на свежеубранном зерне. Удельная производительность на единицу площади решетной поверхности составила 3,7 кг/(с-м2), при влажности исходного зерна - 14,7%, натурной массы - 639 г/л, содержания сорных и зерновых примесей - 8,4%, в том числе соломистых примесей 0,4%.

Анализ микроповреждения зерна показал, что содержание поврежденных зерен до и после обработки отличается несущественно (до 0,2%). Расчетная экономическая эффективность определялась в сравнении с базовым вариантом - машиной предварительной очистки зерна МПО-50 НС и составила 80800 руб. на одну машину.

-1

1,5

♦ 1, ♦

х 1

50

60

85

Рис. 19. Зависимость производительности

от частоты вращения распределителя 1- теоретическая; 2 - экспериментальная

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа состояния вопроса установлено, что одним из эффективных способов решетной очистки зернового вороха является применение горизонтальных цилиндрических решет. Предложена технологическая схема цилиндрического колосового решета с регулируемым движением зерна, обеспечивающая интенсификацию процесса сепарации зерна за счет уменьшения толщины слоя зернового вороха, увеличения площади его контакта с рабочей поверхностью решета и улучшения перераспределения компонентов зернового вороха.

2. Выявлены закономерности, характеризующие влияние конструктивно-технологических параметров (влажности зерна, диаметра решета, угла наклона решета) на угловую скорость движения зерновки по решету. Установлены рациональные конструктивно-режимные параметры для экспериментального сепаратора: диаметр решета dp=0,3 м., а=2-3,5 град, пр=56 мин"1, при этом определено, что при изменении dp от 0,1 до 0,3 м со увеличивается на 44%, при изменении диаметра от 0,3 до 0,7 м - на 16%.

3. Обоснована минимальная длина решета для выделения крупных примесей при различной подаче зерна. Длина решета должна составлять не менее двух его диаметров.

4. Обоснована величина зазора между решетом и распределителем (h=10 мм) при допустимом уровне потерь зерна. На основе анализа уравнения регрессии обоснованы основные конструктивно-режимные параметры цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем: угол наклона решета 3,5 град.; показатель кинематического режима решета: 0,71; винтового распределителя: 0,39.

5. Выявлено, что при обработке зерна пшеницы удельная производительность цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем составила 4,6 кг/(м2-с), что в 2,4 раза выше, чем при работе решета без распределителя.

6. Определены параметры и режимы работы цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем для машины предварительной очистки зерна производительностью 50 т/ч: диаметр решета 0,75 м, длина решета 1,5 м, диаметр распределителя 0,73 м, шаг спирали распределителя 0,6 м, частота вращения решета 40 мин"1, частота вращения распределителя 31 мин".

7. Расчетный годовой экономический эффект при обработке зернового вороха машиной предварительной очистки зерна, оснащенной цилиндрическим решетом с винтовым распределителем, составляет 80800 руб. на одну зерноочистительную машину.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванов Н.М. Исследование сепарации зерна в колосовом цилиндрическом решете с винтовым распределителем / Н.М. Иванов, В.Р. Торопов, A.A. Сухопарое // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013. - № 5. - С. 4-7.

2. Иванов Н.М. Оценка процесса сепарации зерна в цилиндрическом колосовом решете с винтовым распределителем // Н.М. Иванов, В.Р. Торопов, A.A. Сухопарое

// Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2013. - № 6. -С. 88-92.

3. Пат. 2489840 РФ. МПК A01F12/44, В07В1/22/ Зерноочистительная машина / Н.М. Иванов, В.Р. Торопов, A.A. Орлов, A.A. Сухопаров, В.А. Синицын, В.И. Николашкин. - Патентообладатель ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии. -Дата подачи заявки 30.03.2012, опубл. 20.08.2013. - Бюл. № 23.

4. Сухопаров A.A. Колосовое решето с винтовым распределителем // Сел. механизатор : науч.-попул. произв. журн. - 2013. - № 5. - С. 12-13.

5. Сухопаров A.A. Обоснование параметров и режимов цилиндрического колосового решета с винтовым распределителем для предварительной очистки зерна: материалы науч.-техн. конф. «Достижения науки - агропромышленному производству» ФГОБУ ВПО ЧГАА. - Челябинск, 2013. - С. 138-143.

6. Сухопаров A.A. Показатели работы колосового цилиндрического решета с винтовым распределителем на предварительной очистке зерна // Аграрная наука -сельскому хозяйству: материалы науч.-техн. конф. ФГОБУ ВПО АГАУ. — Барнаул, 2012.-С. 62-63.

7. Сухопаров A.A. Предварительная очистка зерна в цилиндрическом колосовом решете с винтовым распределителем // Система технологий и машин для инновационного развития АПК России: материалы науч.-техн. конф. ГНУ ВИМ. - М. 2013. - С. 86-88.

Подписано в печать 20.10.14. Формат 60 х 84 Vi6. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 107. Отпечатано в редакционно-полиграфическом отделе ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, р.п. Краснообск.