автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры усовершенствованного процесса разделения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в воздушно-решетных зерноочистительных машинах

Направах рукописи

005019001

Припоров Игорь Евгеньевич

ПАРАМЕТРЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ВОРОХА СЕМЯН КРУПНОПЛОДНОГО ПОДСОЛНЕЧНИКА В ВОЗДУШНО-РЕШЕТНЫХ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 '¿и'(2

Краснодар-2012

005019001

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур им. В. С. Пустовойта» Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИМК Россельхозакадемии)

Научный руководитель: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Шафоростов Василий Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Плешаков Вадим Николаевич

кандидат технических наук, доцент Московский Максим Николаевич

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» Российской академии сельскохозяйственных наук (г. Зерноград)

Защита состоится «23» мая 2012 года в 10ю часов на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, Кубанский ГАУ, корпус факультета энергетики и электрификации, ауд. № 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат размещён на сайте ВАК РФ http://vak2.ed.gov.ru «^2» апреля 2012 года.

Автореферат размещён на сайте Кубанского ГАУ http://kubsau.ru

«42.» апреля 2012 года.

Автореферат разослан «70 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, -

доктор технических наук /у //'[ В- С. Курасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для подготовки семенного материала в сельскохозяйственном производстве широко применяются воздушно-решётные зерно- и семяочистительные машины, в которых происходит разделение семян по размерам и аэродинамическим свойствам.

Как показывает опыт эксплуатации таких машин, они используются не всегда с максимальным эффектом. Рациональные скорости перемещения вороха семян подсолнечника по решётным станам являются не оптимальными для воздушной системы. В результате этого эффективность работы пневматической системы не превышает 20-30 %, что приводит к снижению качества сортирования, что сказывается на выходе семенного материала.

Поэтому создание рациональных условий для сортирования семян крупноплодного подсолнечника в пневматическом канале воздушно-решётных машин является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИОКР ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии на 2006-2010 гт. (ГР № 01.9.70 0 06339) и на 2011-2015 гг. (ГР № 01201158046).

Цель исследований - увеличение доли выхода кондиционных семян крупноплодного подсолнечника за счет совершенствования конструкции пневматических сепараторов воздушно-решетных зерноочистительных машин.

Научная гипотеза: повышение эффективности сортирования семян крупноплодного подсолнечника возможно за счет оптимизации условий взаимодействия компонентов вороха с вертикальным воздушным потоком.

Задачи исследований:

1. Определить влияние основных физико-механических свойств семян крупноплодного подсолнечника на их аэродинамические свойства.

2. Определить траектории перемещения компонентов вороха семян с различными аэродинамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в

зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вводе их в пневматический канал.

3. Рассчитать скорость ввода компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вертикальный воздушный поток.

4. Определить оптимальные конструктивные параметры и материал скатной доски, обеспечивающие увеличение скорости ввода компонентов вороха семян в вертикальный воздушный поток.

5. Установить скорость ввода компонентов вороха семян в воздушный поток с учётом оптимального материала скатной доски.

6. Выполнить технико-экономическое обоснование эффективности усовершенствованной зерноочистительной машины.

Объект исследования - семена крупноплодного подсолнечника, вертикальный пневматический канал воздушно-решетных зерноочистительных машин, процесс очистки семян.

Предмет исследований - закономерности разделения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника с различными аэродинамическими характеристиками в вертикальном воздушном потоке.

Методика исследований. При проведении теоретических исследований использовали теорию потока тел, законы теоретической механики. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с ОСТ 70-10.2 83. Обработка результатов экспериментов выполнялись с помощью стандартных программ из пакета МаШСАО 7.0.

Научную новизну представляют:

- закономерности относительного перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в зависимости от кинематических и технологических параметров решет;

- математические выражения для определения траекторий перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вертикальном пневматическом канале в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства;

- математическая модель процесса пневматической сепарации компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника при оптимальном взаимодействии решета, подающего устройства и воздушного потока в пневматическом канале.

Практическую значимость представляют:

- алгоритм оценки оптимальности параметров подающего устройства для ввода семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал;

- конструкция устройства для подачи семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал;

- значения параметров пневматической сепарации в зависимости от условий ввода семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы ОАО ГСКБ «Зерноочистка» (г. Воронеж) при модернизации конструкции воздушно-решетных зерноочистительных машин. Модернизированная зерноочистительная машина МВУ-1500 используется на центральной экспериментальной базе ВНИИМК.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных отчетно-плановых сессиях ВНИИМК в 2008-2011 годах; на V и VI Международных конференциях молодых ученых и специалистов (ВНИИМК, 2009 и 2011 гг.); на II и IV Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых (Кубанский ГАУ, 2008 и 2010 гг.); на VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов (Кубанский ГУ, 2009 г.), на IV Международной научно-практической конференции (ДГТУ, Ростов на Дону, 2011 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано девять научных работ, в их числе четыре в изданиях, рекомендованных ВАК, а также получено три патента РФ на полезную модель. Общий объем опубликованных работ составляет 3,19 пл., из них личный вклад автора 1,93 п.л.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- закономерности изменения аэродинамических свойств семян крупноплодного подсолнечника в зависимости от их физико-механических свойств;

- траектории перемещения компонентов вороха семян с различными аэродинамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вводе их в канал;

- усовершенствованная конструкция подающего устройства при вводе вороха семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал окончательной аспирации зерноочистительной машины;

- результаты экспериментальных исследований по скоростям ввода компонентов вороха семян в воздушный поток в виде уравнения регрессии;

- технико-экономическая эффективность использования усовершенствованной воздушно-решетной зерноочистительной машины МВУ-1500, осуществляющей сепарацию вороха семян крупноплодного подсолнечника.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 160 наименований, из них - 12 иностранных, и 7 приложений. Основная часть диссертации содержит 118 страниц, 25 рисунков, 23 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы их цель, научная новизна и практическая значимость, представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проанализированы в сравнительном аспекте конструкции воздушно-решетных зерноочистительных машин, выявлены их достоинства и недостатки, рассмотрены их характеристики.

Существенный вклад в усовершенствование воздушных систем зерно- и семяочистительных машин внесли Ю. И. Ермольев, В. Д. Бабченко, Н. М. Ива-

нов, И. П. Лапшин, А. П. Тарасенко, С. Г. Урюпин, С. С. Ямпилов, А. И. Бурков, А. Н. Зюлин, Н. Blenk, W. К. Bilanski, R. Lai, М. М. Kashayap и другие ученые.

Исследование работы серийных зерноочистительных машин показало, что даже многократный пропуск семенного материала через машину чаще всего не позволяет довести семена до посевных кондиций. Между тем анализ аэродинамических свойств компонентов зерновой смеси и результаты обработки семян на экспериментальных установках свидетельствуют о возможности высокоэффективного использования воздушного потока. В соответствии с изложенным сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе «Теоретические исследования» приведен многомерный анализ процесса сепарации семян крупноплодного подсолнечника в подсистеме решетный ярус-пневмосепаратор воздушно-решетной зерноочистительной машины и выявлены пути повышения эффективности этого процесса.

Для условий ширины решет, равной единице, плотности у'-тых компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника, постоянной по длине каждого решета в ярусе, и коэффициенте сепарации jj/,nj, постоянном по длине Llm решета (рисунок 1), получено выражение для оценки величины средней скорости перемещения у'-го компонента по 1-му решету яруса при установившемся процессе сепарации Vx,mj:

где Ую>,-1» ~ массау'-го компонента, поступившего на 1-е решето с предыдущего (от-1) за время Д1, кг; Мпищ - масса телу'-го компонента на рабочей поверхности решета при установившемся процессе сепарации, кг; Д1 - время, затраченное на путь пройденное центрами инерции тел у'-го компонента в рабочей полости решета, с; /./,„ - длина 1-го решета в ярусе, м; £},,„ - полнота просеивания у'-го компонента через 1 -е решето в ярусе.

М„. At ц

Yl(m - ])j 1

-М, ' L, 1 + L (1 )-е '"v ""(£, +-;

\т jlm Ьп „

(1)

Рисунок 1 - Схема показателей перемещения ]-тых компонентов вороха _ семян крупноплодного

^сг/Ьп подсолнечника по решетной

X поверхности 1-го решета яруса

Для случая У]щ = 0, величина Ух!т1 определяется из выражения (1) при условии ЕПт = 1 и замене Ь!т на /Л.. Для определения величины // из выражения (2) необходимо выбрать длину £"(» < Ь, при которой £,/,„<1.

I . , 1

'"У ¿ 1-£

(2)

1т }\п1

Длина пути Ь\т} на рабочей поверхности 1-го решета определяется из выражения

Алу = ^ им 1пу

1

М1щ,

+ £,„(! - Е.1т)-е-"«'1"

А- +

1

«1 т)

(3)

а время пребывания центра инерции тел /'-го компонента на решете - из выражения

Мт Д/

срчиЦт

(4)

1(0!-1)У

В работах А. Я. Маписа, А. С. Демидова, А. С. Матвеева и других исследователей достаточно полно рассмотрены вопросы пневматической сепарации в вертикальных каналах. В то же время нет точного представления о процессе движения частиц сепарируемого материала, требуется его дальнейшее изучение.

Рассмотрим пневматическое сепарирование как физический процесс разделения различных компонентов семян крупноплодного подсолнечника с разными аэродинамическими характеристиками в вертикальном пневматическом канале различной глубины.

На первом этапе исследований было выявлено направление (величина угла /5Ь) вектора скорости воздушного потока в зоне схода компонентов семян круп-

ногагадного подсолнечника в вертикальный пневматический канал с конца подающей скатной доски (рисунок 2).

Для оценки величины угла (к проведены исследования при различных величинах смещения h в пневматическом канале конца подающей скатной доски и при разных средних скоростях воздушного потока.

Установлено, что на исследуемом интервале скоростей воздушного потока и задаваемых величин координат И, в первом приближении можно принять Д, =0, т.е. отклонение вектора V от вертикали незначительно.

В вертикальный пневматический канал ворох семян крупноплодного подсолнечника поступает с конца подающей скатной поверхности (рисунок 2), расположенного на расстоянии А от передней стенки пневмо-канапа, под углом к горизонту oto со скоростью Со

Воздушный поток в пневматическом канале действует на компонент со скоростью V, что определяет величину и направление скорости U компонента в

Рисунок 2 - Схема скоростей перемещения и сил,действующих на у-тый компонент семян крупноплодного подсолнечника в воздушном потоке вертикального канала

относительном движении:

|í/| = i/K +C20+2K-C0-sina,

(5)

где С0 - скорость перемещения скатной поверхности, м/с.

Направление скорости (У, определенное углом р к направлению воздушного потока, определяется из выражения

г

(6)

С

р = arcsin(—У-'Cosa).

U

В воздушном потоке на компонент массой т (рисунок 2) действует сила тяжести С и сила сопротивления воздушного потока Я, направленная в сторону, противоположную скорости и относительного движения компонента:

Я = т-К-и2, (7)

где К— коэффициент пропорциональности силы аэродинамического сопротивления; и — абсолютная скорость компонента, м/с.

КФ (8)

Укр

где Укр - критическая скорость (скорость витания компонента), м/с.

Дифференциальные уравнения движения компонента в координатах ХОУ (рисунок 2) запишутся в виде

т — = тд — Я • со5/?

Лгх

= та — к ■ со5а

(9)

й2у

т = -Я ■ этр.

Величину относительной скорости и2 для оценки И и с учётом допущения дифференциальные уравнения (9) запишутся в виде

Л2 Л

ей Л

Проинтегрировав уравнения (10) при начальных условиях 1=0; х=0; у=0; Щ = = получим аналитические зависимости для составляющих

ас ас ас ас

скорости и перемещения компонента в вертикальном пневматическом канале:

луо - .

йУо

Оценим расчетным путем траектории перемещения компонентов семян крупноплодного подсолнечника в вертикальном пневматическом канале глубиной 5 при задаваемом изменении величины И смещения конца О скатной доски (рисунок 2).

Глубина пневматического канала 5 = ОД42 м угол ввода компонентов в пневмоканал ос0= 6° (по типу зерноочистительной машины МВУ-1500).

Для оценки величины рабочей скорости V воздушного потока в пневматическом канале примем условие: допустимая вероятность выделения семян крупноплодного подсолнечника воздушным потоком в отходы Р < 2%. Вероятность Р,- выделения легкиху'-тых фракций семян крупноплодного подсолнечника определяется из выражения

= (15)

где Оу - доля у'-того компонента во фракции семян крупноплодного подсолнечника, поступающей в пневматический канал.

Приняв гипотезу о нормальном законе распределения плотность вероятности /ДЮ, выражение (15) запишем как

Р] =

•/2Яар/ У/тш

Г

V <Ш

аР

(16)

Для решения выражения (16) используем преобразование Лапласа. Тогда выражение (16) с учетом заданных ограничений по выносу семян крупноплодного подсолнечника в отстойную камеру примет вид

') = Р, ■ о, =

< 0,02,

(17)

г1 а2

где Р) - вероятностная доля выносау'-го компонента воздушным потоком со скоростью V; ФоД^) - вероятностная доля у'-го компонента от >}т£п до т;У (ФоД21) = 0,5); ФоДг2) - вероятностная доля у'-го компонента от V до т;У-

5 8.5 5

Скорость »омутшхо ис-токз V", м/с

Используя метод итераций и задаваясь пошагово различными величинами рабочей скорости воздушного потока V > У)т„ в пневматическом канале, из выражения (17) находим с помощью статистических таблиц величины Фо/г^, Фо/гг)- При известных долях ау у-тых семян крупноплодного подсолнечника, подаваемых в пневматический канал, определяем величину V, обеспечивающую условие (17).

Установлено (рисунок 3), что при обеспечении заданного уровня выноса семян крупноплодного подсолнечника в отстойную камеру (потери семян в отходы) <2% расчетная допустимая рабочая скорость воздушного потока во 2-м пневмоканале составит V = 4,8 м/с. Учитывая небольшие подачи

Рисунок 3 - Вероятностная доля семян крупноплодного подсолнеч-

выделения воздушным потоком ника в вертикальный пневмоканал. )-тых компонентов и всех

компонентов с учетом их долей по на этом этапе исследований измене частиц в исходной фракции нение скорости воздушного потока семян крупноплодного подсолнечника

в зависимости от скорости в межсеменном пространстве (фор-

воздушного потока в пневмоканале муда Дюбуа) не рассма1ривалось.

С использованием выражений (5)-(14) проведена оценка траекторий (рисунок 3) перемещения различных компонентов семян крупноплодного подсолнечника с разными технологическими свойствами, кроме того, для различных координат к (рисунок 2) определено смещение т. О и выявлена рациональная скорость воздушного потока, обеспечивающего заданные условия пневматической сепарации (выражение (17).

Из рисунка 4 следует, что при перемещении компонентов семян крупноплодного подсолнечника в пневмоканале на малом участке (0-3 мм) от точки ввода компонентов (т.О) оси 0-У, которую пересекают все траектории компо-

нентов вороха (фрагменты стеблей, корзинок, обрушенные семена, семена крупноплодного подсолнечника с малыми критическими скоростями витания), происходит отделение от него сорных примесей (выносятся в верх пневмокана-

ла).

Траектории этих компонентов пересекаются в рабочей зоне пневмоканала под различными углами 5.

Анализ результатов показал, что при малых углах и скоростях ввода компонентов и принятых допущениях процесс разделения не зависит от величины координаты к расположения решет в пневмоканале.

При этом с учетом малых скоростей С01 процесс разделения компонентов в воздушном потоке не эффективен.

Одним из возможных вариантов увеличения скорости вводау-тых компонентов в пневматический канал можно считать установку неподвижной скатной доски у торца подающего устройства (решета) под углом а, (рисунок 5). Для оценки величины скорости ввода Сщ у-тых компонентов в пнев-моканал рассмотрим их перемещение

Рисунок 4 - Траектории перемещения)-тых компонентов семян крупноплодного подсолнечника в воздушном потоке пневмоканала при их сходе с решета: 1,2- фрагменты стеблей; 3, 4- фрагменты корзинок; 5,6-обрушенные семена; 7,8- семена толщиной менее 3,2 мм; 9, 10 - семена толщиной 3,2-3,6 мм; 11, 12 - семена толщиной 3,6-4,0 мм; 13, 14-семена толщиной свыше 4,0 мм

Рисунок 5 - Схема подач у-того компонента в пневматический канал по скатной доске

по скатной доске.

Дифференциальное уравнение движения у'-го компонента по скатной доске будет иметь вид

m~~-=G(s'ma{-fcosa]),

m^y=N-Gcosce,. dt2 1

Проинтегрировав первое уравнение из системы (18), получим

dx

-^(sina, -/cosa^+Cj, et2

x = -—(sinör, -/cosar, )+C/+CV 2 1 112

(19)

(20)

Постоянные интегрирования С, и С2 определим из начальных условий:

при £ = 0, Хо = 0 м, дх0/& = Со, (21)

Подставив величины начальных условий из (21) в выражение (19), окончательно получим: С] = Сщ. С2 = 0;

л

ы

х-Н = -—(sinor, -/cosa) + 2t. 2 1 1

dx

— = g/(sina| -/ cosar ) + СП(

(22) (23)

Л ' ' " 1 оу Задаваясь длиной Н и углом а, скатной доски и зная величины С7в/ - средней скорости выхода /'-того компонента с торца решет, из выражения (22) определится время г перемещения /'-того компонента по скатной доске:

Ь=-

- 4 + 4 2Н

g{s\na~f cosax) V g(sinGTj -/cosor,) g(sina,-/cosai)

(24)

dx

а из выражения (23) - скорость =Cn0j ввода /-го компонента в пневмоканал.

С использованием расчетных величин скоростей ввода компонентов семян крупноплодного подсолнечника в пневмоканал по выражениям (18)-(24) просчитаны траектории перемеще-

Рисунок 6 - Траектории перемещения j-тых НИЯ КОМПОНеНТОВ В ВОЗДУШНОМ ПОТОКе компонентов в воздушном потоке пнеемоканала при их сходе со скатной доски (ai=40°, Н=0,07м)

4

А^йДХ,

пневмоканала для условий их схода со скатной доски длиной 0,07м (рисунок 6).

Из анализа рисунка б следует, что компоненты семян перемещаются по траекториям, пересекающим линию 0-У и выносятся в верхнюю часть (-х) пневмоканала на более длинном участке 0-5,5 мм. При этом в пневмоканале выделяется больше компонентов с повышенными критическими скоростями витания (Ук=4,95 м/с).

х.» I-г-1—........—,-г—.....жамоаио'н Траектории перемещения

компонентов со скатной доски длиной Н = 0,10 м с коэффициентом трения по ней компонентов^ = 0,04 («гладкая» поверхность) приведены на рисунке 7.

Для условий ввода компонентов с «гладкой» скатной доски 0] = 0,04) длина участка разделения компонентов в пневмоканале выросла до 11 мм.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» описаны экспериментальная установка, приборы и оборудование, применяемые при исследованиях.

При оптимизации конструктивных параметров скатной доски применяли метод планирования алгоритмизированною эксперимента. Для этого использовали полнофакторный (З3) эксперимент, результаты которого обрабатывались с помощью программы М;ЦЬСА1) 7.0. На основании анализа предварительных исследований были выделены факторы, влияние которых на качественные показатели процесса сортирования семян крупноплодного подсолнечника имеет существенное значение. К ним отнесены: коэффициент трения компонентов на скатной доске х, (/); длина скатной доски д;2 (Н, м); угол наклона скатной доски Хз (а, град). В качестве критерия оптимизации выбрана скорость ввода компонентов в пневматический канал У,.

Рисунок 7 - Траектории перемещения ¡-тых компонентов воздушном потоке пневмоканала при их сходе со скатной доски (а,=40°, Н=0, Юм, /=0,04)

Для оценки влияния параметров воздушной системы зерноочистительной машины типа МВУ-1500 на качественные показатели процесса сортирования семян крупноплодного подсолнечника была изготовлена экспериментальная установка (рисунок 8).

Для определения скорости перемещения по скатной доске производилась видеосъемка движущихся семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка. Отснятый сюжет просматривали по кадрам на компьютере с помощью программы Рюаза 3 и определяли скорость перемещения.

При обработке экспериментальных данных применяли методы математической статистики.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты экспериментальных исследований.

Были изучены аэродинамические свойства составных частей вороха семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка: семян основной культуры (целых, обрушенных, битых), а также органических примесей - фрагментов корзинки, стеблей, черешков листьев.

Установлено, что средняя скорость витания компонентов вороха семян составила: фрагменты корзинок - 6,68м/с, фрагменты стеблей - 6,46 м/с, битые семена - 6,83 м/с, обрушенные семена - 7,97 м/с и семена основной культуры -7,28 м/с. Полученные данные свидетельствуют о возможности разделения различных компонентов по аэродинамическим свойствам.

Экспериментальные данные по изучению влияния основных компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника на их аэродинамические свойства представлены на рисунке 9.

Рисунок 8 — Схема экспериментальной установки: I — бункер; 2, 5, 10 - заслонки; 3 - скатная доска; 4 - приводной механизм; б - пневматический канал; 7 — осадочная камера для семян; 8 — вентилятор; 9 - осадочная камера для примесей.

Г

I! £

т / "Т-----

/ Т&м

/ Г >1 > '

/

// \

\\ \

........ чК

Сколот китнм, м<

Хг-о-ШваялМ -ог-Пнютл%« * -«-Гма

^ 5 6 ? 8 9 10 Скорость ВНГ.1НИЯ. М-'С -о-Шир*и*5 -О-Ширинаб --л-Ширина7 -к-Ширима8 -«-Ширина?

а)

I*

II хо II

д 1 \

А ? 1 1

а у * А

и \ ч ] \\

..... У V ........з —.....

б)

Рисунок 9 - Вариационные кривые скорости витания семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка по: а) толщине: б) ширине: в) индивидуальной массе

Скорость аПШОЕЯ, и'с —Й,0?|р»ми4 -о-0,08грв««-1*-С1,!опя1М>м-о—О.Ппн&иа о, 12грваи

С помощью корреляционно-регрессионного анализа установлено, что на скорость витания оказывают существенное влияние толщина семян крупноплодного подсолнечника и их индивидуальная масса. В то же время ширина семян крупноплодного подсолнечника практически не влияет на скорость витания. Из этого следует, что семена крупноплодного подсолнечника перед подачей в воздушный канал целесообразно сортировать по толщине. Были изучены показатели качества работы вертикального пневматического канала № 2 се-мяочистительной машины МВУ-1500. Основные результаты представлены на рисунке 10.

«■» 5.Ю 1 £ 5.М Я В- «.» ¡2 £ 4.ео

¡5 13 4,70 =

а 4.50

^ 4.40

0,^60,332 0,496 0.664 0.83 0,996 1,162 1,323 1.494

а)

с.661 о»б ив; иг« 1.4^5 б)

Рисунок 10 - Показатели качества работы вертикального пневматического канала № 2 семяочистительной машины МВУ-1500: а) скорость воздуха по зерну; 6) чистота материала; в) распределение материала по ширине решета

Анализ представленных данных показывает, что скорость воздушного потока по ширине канала снижается в средней части и это сказывается на качестве сортирования (рисунок 10 6).

Основные показатели качества работы семяочистительной машины МВУ-1500 представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные показатели качества сортирования семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка на серийной воздушно-решетной семяочистительной машине МВУ-1500 (производительностью 1401 кг/ч)_

Показатель Выход фракции, % Семян основной культуры, % Отход, % | Масса 1000 семян, г

всего в том числе обрушенных всего в том числе

орган, примеси битые щуплые

Исходный материал 92,01 1,2 7,99 6,39 0,49 1,11 90,2

I аспирадионный канал 4,6 51,05 49,95 49,61 0,05 0,29

2 аспирадионный канал 1,9 79,98 0,02 20,02 19,74 0,24 1

Сход с верхнего стана решета 0,8 85,04 14,96 14,95 0,01 |

Подсев верхнего стана решета 5,8 56,41 1,04 43.59 28,99 0,18 14.42

Подсев нижнего стана решета 3,2 78,52 0,95 21,48 19,21 0,07 2,20

Основной выход 83,7 97,61 1,29 2,39 | 1,83 0,41 0,15 102,8

Анализ данных таблицы 1 показывает, что вследствие неэффективной работы этого канала чистота материала составляет 97,61 %, что не соответствует требованиям ГОСТ на посевной материал. Содержание органических примесей равно 1,83 %. Все это свидетельствует о необходимости усовершенствования конструкции воздушно-решетной семяочистительной машины.

При оценке работы устройства для подачи вороха семян крупноплодного

Ширина пневматического канала,»

в)

подсолнечника в аспирационный канал определяли скорость ввода вороха. В результате математической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии (21)

= 0,297 - 0,059^2 + 0,023*3 - 0,085*,2 - 0,023*22 + 0,093х32, (21)

а, град.

■ ■ в) «3 >3 У> 36 67 40 43.33 4667 50 ^ рпдп

Рисунок 11- Поверхность отклика зависимости скорости ввода компонентов' в пневматический канал зерноочистительной машины от: а) коэффициента трения компонентов на скатной доске и длины скатной доски: 6) коэффициента трения и угла наклона скатной доски: в) длины скатной доски и угла наклона скатной доски

Уравнение регрессии (21) в канонической форме для коэффициента трения

компонентов и длины скатной доски имеет вид

У-0,33=-0,085Х12-0,023Х22. (22)

Поверхность отклика представляет собой эллипсоид (рисунок 11а), а её центр - экстремум (максимум), так как канонические коэффициенты имеют одинаковые знаки. Уравнения регрессии в канонической форме для коэффициента трения компонентов и угла наклона скатной доски (23), длины скатной доски и угла наклона скатной доски (24) имеют вид

У - 0,33 = - 0,085Х,2+0,093Х32, (23)

У - 0,33 = - 0,023Х22 + 0,093Х32. (24)

Поверхность отклика представляет собой параболоид (рисунок 116 и 11в), а её центр - экстремум (максимум), так как канонические коэффициенты имеют разные знаки.

В результате исследований были определены оптимальные конструктивные параметры скатной доски: коэффициент трения / = 0,07, длина скатной доски Н = 0,10 м и угол наклона скатной доски а = 40°. Установлено, что при этих параметрах скорость ввода составляет 0,33 м/с, что позволяет повысить эффективность работы пневматического канала.

Основные показатели качества работы усовершенствованной воздушно-решетной семяочистительной машины МВУ - 1500 представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные показатели качества сортирования семян крупноплодного подсолнечника сорта Лакомка на переоборудованной воздушно-решетной семяочи-

Показатель Выход фракции, % Семян основной культуры, % Отход, % Масса 1000 семян, г

всего втом числе обрушенных всего в том числе

орган, примеси битые щуп лые

Исходный материал - 91,98 0,74 8,02 6,57 0,41 1,04 90,3

1 аспирацион-ный канал 4,9 58,24 0,06 41,76 41,47 0,04 0,25

2 аспирацион-ный канал 2,9 74,05 0,05 25,95 25,69 0,03 0,23

Сход с верхнего стана решет 1,0 82,04 - 17,96 17,96 - -

Подсев верхнего стана решет 6,3 55,93 2,13 44,07 34,34 0,16 9,57

Подсев нижнего стана решет 3,8 77,46 1,15 22,54 20,00 0,05 2,49

Основной выход 81,1 99,08 0,66 0,92 0,21 0,51 0,20 104,1

Анализ полученных данных показывает, что содержание органических примесей во 2-м аспирационном канале по сравнению с серийной машиной увеличились и составило 25,69 %, что сказалось на выходе семян основной культуры, который составил 99,08 %, что соответствует требованиям ГОСТ на

посевной материал. При этом производительность самой машины повысилась до 1572 кг/ч.

В пятой главе «Экономическая эффективность» представлен расчет экономической эффективности усовершенствованной воздушно-решетной зерноочистительной машины МВУ-1500. С использованием предлагаемого подающего устройства совокупные затраты денежных средств уменьшаются на 13%, экономический эффект в расчёте на 1 т семян крупноплодного подсолнечника составил 2536 руб.

Общие выводы

1. В результате изучения влияния основных физико-механических свойств семян крупноплодного подсолнечника на их аэродинамические свойства установлено, что скорость витания семян зависит от их толщины (4,04-10,14 м/с) и индивидуальной массы (4,43-9,39 м/с), но не зависит от ширины семян.

2. Определены траектории перемещения компонентов вороха семян с различными аэродинамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вводе их в канал. Установлено, что процесс разделения компонентов в пневматическом канале происходит на коротком участке 0-3 мм из-за малого угла ввода («„) и малых скоростей ввода (C0j) компонентов в канал, что приводит к ухудшению процесса сепарации.

3. С использованием теории потока тел были получены оптимальные скорости ввода компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вертикальный воздушный поток: для фрагментов стеблей - 0,0518 м/с, корзинок -0,0373 м/с; обрушенных семян - 0,0381 м/с; полноценных семян - 0,0835 м/с (при толщине менее 3,2 мм; 3,2-3,6 мм), 0,0453 м/с (при толщине 3,6^t,0 мм), 0,0410 м/с (при толщине свыше 4,0 мм).

4. В результате исследований были определены оптимальные конструктивные параметры скатной доски: коэффициент трения/= 0,07, длина скатной доски Н = 0,10 м и угол наклона скатной доски а = 40°. Установлено, что при

этих параметрах скорость ввода составляет 0,33 м/с, что позволяет повысить эффективность работы пневматического канала.

При длине скатной доски Н = 0,07 м и аг, = 40° скорость ввода компонентов в пневматический канал возрастает в 2,43 - 4,21 раза. При Н = 0,10 м и /= 0,04 («гладкая» поверхность скатной доски) скорость ввода компонентов в канал возрастает в 4,77-9,44 раза.

Увеличение скорости ввода компонентов приводит к увеличению с 3 мм до 11 мм длины участка глубины вертикального пневматического канала, на котором происходит процесс пневматической сепарации компонентов вороха семян.

5. В результате экспериментальных исследований по усовершенствованию механизма подачи семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал зерноочистительной машины была определена скорость ввода компонентов вороха: для фрагментов стеблей - 0,3670 м/с, корзинок - 0,3529 м/с; обрушенных семян - 0,3535 м/с и полноценных семян - 0,3990 м/с, что несущественно отличается от расчётных (10%).

6. Усовершенствованная зерноочистительная машина МВУ-1500 используется при очистке семян крупноплодного подсолнечника в производственных условиях в ГНУ ВНИИМК. Расчёты показали, что с использованием предлагаемого подающего устройства совокупные затраты денежных средств уменьшаются на 13%, экономический эффект в расчёте на 1т семян крупноплодного подсолнечника составил 2536 руб.

Основные положения диссертации опубликованы

- в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Припоров И. Е. Исследование воздушной системы зерноочистительной машины МВУ - 1500 / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров // Науч.-техн. бюл. ВНИИ масличных культур. - 2008. - вып. № 2( 139). - С. 82-84.

2. Припоров И. Е. Влияние толщины, ширины и индивидуальной массы семян подсолнечника на скорость их витания / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров // Науч.-техн. бюл. ВНИИ масличных культур. - 2010. - вып. № 1(142-143).-С. 76-80.

3. Припоров И. Е. Моделирование процесса сепарирования семян подсолнечника в вертикальном пневматическом канале ветро-решетных зерноочистительных машин / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров // Науч.-техн. бюл. ВНИИ масличных культур. - 2011. - вып. № 1 (146-147). - С. 113-118.

4. Припоров И. Е. Оценка основных закономерностей функционирования подсистемы «решётный ярус-пневмосепаратор воздушно-решётной зерноочистительной машины» / Ю. И. Ермольев, В. Д. Шафоростов, А. В. Бутов-ченко, И. Е. Припоров // Вестник Донской ГТУ. - 2011. - Том 11. № 4 (55). -С. 480-488.

- в прочих гаданиях:

5. Припоров И. Е. Исследование воздушной системы зерноочистительной машины МВУ-1500 / И. Е. Припоров // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых - Краснодар: КубГАУ, 2008. - С. 342-343.

6. Припоров И. Е. Качественные показатели воздушной системы зерноочистительной машины МВУ- 1500 / И. Е. Припоров // Перспективные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур: Сб. материалов V Международной конференции молодых ученых и специалистов. - Краснодар: ВНИИ масличных культур, 2009. - С. 166-169.

7. Припоров И. Е. Влияние физико-механических свойств семян подсолнечника на их аэродинамические свойства / И. Е. Припоров // Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах: Тр. VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов - Краснодар: КубГУ, 2009. - С. 36.

8. Припоров И. Е. Определение оптимальных скоростей перемещения компонентов вороха семян подсолнечника по решётам воздушно-решётной се-мяочистительной машины / И. Е. Припоров // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных - Краснодар: КубГАУ, 2010. — С. 421-422.

9. Припоров И. Е. Моделирование процесса сепарирования семян подсолнечника в вертикальном пневматическом канале / И. Е. Припоров // Инновационные направления исследований в селекции и технологии возделывания масличных культур: Сб. материалов VI Международной конференции молодых ученых и специалистов - Краснодар: ВНИИ масличных культур, 2011. -С. 243-246.

- патенты на полезную модель:

10. Пат. 90361 Российская Федерация: МПК В 07 В 4/02. Пневматический сепаратор семян подсолнечника / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров; заявитель и патентообладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии. -№ 2009127614/22; заявл. 17.07.2009; опубл. 10.01.2010. Бюл. № 1.

11. Пат. 86839 Российская Федерация: МПК А 01 Р 12/44. Воздушно-решетный сепаратор / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров; заявитель и патентообладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии. -№ 2009121077/22; заявл. 02.06.2009; опубл. 20.09.2009. Бюл. № 26.

12. Пат. 91898 Российская Федерация: МПК В 0 7В 4/02. Пневматический сепаратор семян подсолнечника / В. Д. Шафоростов, И. Е. Припоров; заявитель и патентообладатель ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии. -№2009140423/22; заявл. 02.11.2009; опубл. 10.03.2010. Бюл. № 7.

Подписано в печать 11.04.2012 г. Бумага офсетная Печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ № 300

Отпечатано в типографии КубГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13.

61 12-5/2743

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР имени B.C. ПУСТОВОЙТА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК (ГНУ ВНИИМК РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ)

ПАРАМЕТРЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ВОРОХА СЕМЯН КРУПНОПЛОДНОГО ПОДСОЛНЕЧНИКА В ВОЗДУШНО-РЕШЕТНЫХ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ

МАШИНАХ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

На правах рукописи

Припоров Игорь Евгеньевич

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник Шафоростов В.Д.

Краснодар - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ...............................8

1.1. Классификация зерноочистительных машин................................8

1.2. Классификация пневматических сепараторов............................10

1.3. Анализ патентных источников................................................12

1.4. Анализ машин нового поколения...........................................17

1.5. Обзор работ по воздушным системам зерноочистительных машин 23

1.6. Выводы. Цель и задачи исследования......................................34

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ......................................37

2.1. Определение оптимальных скоростей перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника по решётам воздушно-решётной семяочистительной машины..........................................................37

2.2. Моделирование процесса сепарирования семян крупноплодного подсолнечника в вертикальном пневматическом канале.............................43

2.3. Основные результаты и выводы...............................................64

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................................66

3.1. Программа исследований.....................................................66

3.2. Методика изучения влияния толщины, ширины, индивидуальной массы семян крупноплодного подсолнечника на скорость их витания......66

3.3. Методика определения неравномерности воздушного потока по ширине пневматических каналов зерноочистительной машины...................67

3.4. Методика определения неравномерности подачи семян крупноплодного подсолнечника по ширине пневматических каналов зерноочистительной машины..................................................................................68

3.5. Методика обработки экспериментальных данных......................69

3.6. Методика планирования эксперимента.....................................70

3.7. Описание экспериментальных установок..................................71

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.......75

4.1. Результаты определения основных физико-механических свойств компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника........................75

4.2. Результаты исследований воздушно-решётной семяочистительной машины..........................................................................................82

4.3. Оптимизация конструктивных параметров скатной доски............84

4.4. Результаты испытания модернизированной воздушно-решётной семяочистительной машины...............................................................89

4.5. Выводы...........................................................................91

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ..................................93

5.1. Методика расчёта экономической оценки.................................93

5.2. Методы оценки конкурентоспособности..................................96

5.3. Выводы...........................................................................98

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................................................99

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................101

ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................................................119

ВВЕДЕНИЕ

В связи с переходом к рыночной экономике особое значение приобретают вопросы, связанные с повышением качества и снижением затрат на послеуборочную обработку семян подсолнечника, которые составляют до 40...50% общих затрат на его производство [34]. При послеуборочной обработке из зернового вороха важно выделить мелкие засорители, а также травмированное и биологически неполноценное зерно, которое служит благоприятной средой для развития микроорганизмов, снижающих его качество [99].

Для выделения этих примесей из зернового материала в сельскохозяйственном производстве широко применяются сложные зерно- и семяочиститель-ные машины (ЗОМ и СОМ) [34], выпускаемые в России и зарубежом.

Большинство выпускаемых отечественных машин имеют воздушные системы, эффективность сепарирования которых в производственных условиях не превышает 30%, а удаляемый из них воздух требует дополнительной очистки. Одной из причин низкой эффективности воздушных систем является некачественный воздушный поток в зоне сепарации вследствие применения центробежных вентиляторов, которые не обеспечивают равномерного потока воздуха по ширине воздушных систем, а также независимого функционирования двух параллельно присоединённых к ним пневматических сепарирующих каналов. Другой причиной низкой эффективности воздушных систем является неравномерное распределение зернового вороха по глубине и ширине пневматического сепарирующего канала и, особенно, при повышенных удельных нагрузках [34].

Результаты показывают, что аспирационные каналы достаточно успешно очищают материал от лёгких примесей, скорости витания которых значительно меньше скорости витания зерновых частиц (полова, сбоина, мякина, лёгкие семена сорняков). Примеси же, скорости витания которых близки к скорости витания зерновых частиц, выделяются неудовлетворительно [87].

Наблюдениями установлены основные причины низкого качества работы серийных зерноочистительных машин.

Скорость воздуха по сечению канала неравномерна, в средней части канала она максимальна, а у стенок снижается до нуля, в результате лёгкие частицы выделяются только в средней части канала. Когда же зерновая струя достигает наружной (противоположной загрузке) стенки канала, зерновые частицы соскальзывают по стенке вниз, не подвергаясь сепарации.

Время прохождения сепарируемых частиц от внутренней до наружной стенки канала очень мало (0,3...0,5с), и многие лёгкие частицы не получают достаточного силового воздействия со стороны восходящего воздушного потока, происходит экранирование и соударение частиц, изменяющее их траектории.

На результатах работы отрицательно сказывается струйное перемещение материала вниз и потоков воздуха вверх по каналу. Материал, поступающий в канал, разделяется на отдельные струи (4-7 струй на 1м ширины канала), потоки воздуха свободно проходят вверх между струями.

Перечисленные недостатки вертикальных воздушных каналов проявляются тем значительнее, чем выше зерновая нагрузка [86].

Повышение эффективности очистки семян крупноплодного подсолнечника возможно за счёт усовершенствования пневматической системы и механизма подачи вороха семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал зерноочистительных машин.

Поэтому создание оптимальных условий для сортирования семян крупноплодного подсолнечника в пневматическом канале воздушно-решётных машин является актуальной задачей.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИОКР ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт масличных культур имени В. С. Пустовойта» Россельхозакадемии на 2006-2010 гг. (ГР № 01.9.70 0 06339) и на 2011-2015 гг. (ГР № 01201158046).

Научная гипотеза: повышение эффективности сортирования семян крупноплодного подсолнечника возможно за счёт оптимизации условий взаимодействия компонентов вороха с вертикальным воздушным потоком.

Целью настоящей работы является увеличение доли выхода кондиционных семян крупноплодного подсолнечника за счёт совершенствования конструкции пневматических сепараторов воздушно-решётных зерноочистительных машин.

Объект исследования - семена крупноплодного подсолнечника, вертикальный пневматический канал воздушно-решетных зерноочистительных машин, процесс очистки семян.

Предмет исследований - закономерности разделения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника с разными аэродинамическими характеристиками в вертикальном воздушном потоке.

Научную новизну представляют:

- закономерности относительного перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в зависимости от кинематических и технологических параметров решет;

- математические выражения для определения траекторий перемещения компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника в вертикальном пневматическом канале в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства;

- математическая модель процесса пневматической сепарации компонентов вороха семян крупноплодного подсолнечника при оптимальном взаимодействии решета, подающего устройства и воздушного потока в пневматическом канале.

Новизна технических решений подтверждена тремя патентами РФ на полезную модель.

Практическую значимость представляют:

- алгоритм оценки оптимальности параметров подающего устройства для ввода семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал;

- конструкция устройства для подачи семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал;

- значения параметров пневматической сепарации в зависимости от условий ввода семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- закономерности изменения аэродинамических свойств семян крупноплодного подсолнечника в зависимости от их физико-механических свойств;

- траектории перемещения компонентов вороха семян с различными аэродинамическими свойствами в вертикальном воздушном потоке в зависимости от конструкции и технологических параметров подающего устройства при вводе их в канал;

- усовершенствованная конструкция подающего устройства при вводе вороха семян крупноплодного подсолнечника в пневматический канал окончательной аспирации зерноочистительной машины;

- результаты экспериментальных исследований по скоростям ввода компонентов вороха семян в воздушный поток в виде уравнения регрессии;

- технико-экономическая эффективность использования усовершенствованной воздушно-решетной зерноочистительной машины МВУ-1500, осуществляющей сепарацию вороха семян крупноплодного подсолнечника.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Классификация зерноочистительных машин

Зерноочистительные машины производят очистку и сортирования зерна сельскохозяйственных культур. Работа машины основана на различии зерна по размерам (ширине, толщине, длине), аэродинамическим свойствам, состоянию поверхности, форме, удельному весу и др. Различают простые и сложные зерноочистительные машины. Простую зерноочистительную машину снабжают одним или двумя, сложную — несколькими рабочими органами, в числе их, как правило, вентиляторы, решёта, триерные цилиндры[70].

Зерноочистительные машины подразделяются на передвижные и стационарные. Передвижные зерноочистительные машины применяют на токах, а стационарные на зерноочистительно-сушильных пунктах и заводах.

Приведём общую схему классификации зерноочистительных машин.

По назначению машины делятся на ворохоочистители - машины для предварительной очистки зерна, машины для первичной и вторичной очистки, специальные машины для очистки от трудноотделимых примесей. Встречаются универсальные зерноочистительные машины, адаптированные для выполнения нескольких технологических операций - предварительно-первичной, первично-вторичной, предварительно-первично-вторичной очистки [41].

К безрешётным машинам относятся МПО-ЮО, МПО-50С. У этих машин процесс очистки осуществляется за счёт пневматической сепарации с разделением по размерам.

К воздушно-решётным машинам [101] относятся: ОВ-Ю; ОВВ-20; МВУ-1500; МПУ-15 и МПУ-70; МПР-50С; ОЗС-50; СВУ-5Б; СУ-0,1; Ферелл-Супер 298Д; МЗУ-25/15; ВС - 10; ЗВС-10 и ЗВС-20; ЗВС-20А; ОВП-20; СВУ -5К; Петкус; МАК - 10; МЗ - ЮС; ОВС - 25; ОВС-25С; Заноти; МЗС-25; МЗС-10; МЗС-5. В этом случае воздушный поток служит для поддержания вороха на

решётах во взвешенном состоянии и для выноса лёгких примесей за пределы машины.

Рисунок 1.1- Классификация воздушно - решётных зерноочистительных

машин

К машинам для комбинированной очистки относятся следующие: Пет-кус-Колхоз; Фораус ФЗ-5; МС-4,5; Шталь - Нейзаат; Нейзаат - Берайтер; Шталь - Петкус 20; Петкус - Супер; ОС-1; ОСМ - ЗУ; ОС -4,5А; Петкус - Гигант.

К самопередвижным машинам относятся МС - 4,5; ОВ - 10; ОВП - 20; МЗ-10С; ОВС- 25, а остальные машины являются стационарными. Эти машины проще по конструкции, они приспособлены для эксплуатации в закрытых помещениях, но они пылят во время работы, в них происходит забивание сеток и нарушается режим работы системы.

К машинам предварительной очистки относится МПО - 100; МПО -50С; МПУ - 15; МПУ - 70; МПР - 50С и другие машины. В качестве машин предварительной очистки используют пневматические сепараторы или чаще всего воздушно-решётные машины стационарные или передвижные [94].

Машины для первичной очистки [144] - это воздушно-решётные, производящие очистку семян по парусности в воздушном потоке и по ширине и толщине семян на решётах. В качестве машин первичной очистки применяют воздушно-решётные стационарные машины или воздушно-решётную часть передвижной комбинированной машины с отключенными триерами.

Машины для первичной и вторичной очистки - это сложные комбинированные воздушно-решётно-триерные машины, разделяющие смесь семян с помощью пневматической сепарации, по размерам: толщине и ширине на решётах и длине - на триерах.

Специальные машины (пневматические сортировальные столы) применяют для дополнительной очистки семян от примесей, которые нельзя выделить на машинах двух предыдущих типов, а также для дополнительного сортирования или калибровки семян [101]. Эти машины имеют большое значение, так как некоторые из них позволяют отделять семена злостных сорняков, приносящих большой вред сельскому хозяйству, другие с большим эффектом удаляют примеси менее вредные, но трудно отделяемые обычными способами [132].

По конструкции и технологическому процессу машины подразделяются на: пневматические сепараторы, очищающие зерновой материал воздушным потоком; воздушно-решётные, выделяющие примеси, отличающиеся от основной культуры по аэродинамическим свойствам, ширине и толщине; воздушно-решётно-триерные, очищающие материал по аэродинамическим свойствам, ширине, толщине и длине и т.д. [41].

1.2. Классификация пневматических сепараторов

Применяемые в настоящее время в промышленности и сельском хозяйстве пневматические сепараторы можно разделить на две основные группы: гравитационные и центробежные.

Представим классификационную схему пневматических сепараторов, которая составлена по принципу организации рабочего процесса.

Разделение в гравитационных пневматических сепараторах осуществляется за счёт воздействия на исходный материал потока воздуха, скорость которого выбирается с учётом возможности распределения частиц по скорости витания (фракции) относительно граничного размера [30].

Рисунок 1.2 - Классификационная схема пневматических сепараторов

Наиболее широко применяются следующие системы: равновесные, отклоняющие, поворотные и каскадные. Различие систем заключается в организации воздушного потока (вертикального, восходящего, горизонтального, наклонного и в способе подачи разделяемого материала).

Принцип действия центробежных пневматических сепараторов основан на использовании центробежной силы. Можно выделить три основных типа центробежных пневматических сепараторов: с вращающейся зоной сепарации, с неподвижной зоной сепарации и с вращающимися рассеивающими аппарата-

ми. Кроме того, пневматические сепараторы могут отличаться по виду преобладающих силовых воздействий на разделяемый материал.

В силу малой разделительной способности центробежные пневматические сепараторы нуждаются в исследованиях [30].

1.3. Анализ патентных источников

Эффективность очистки - это отношение массы примесей, выделенных из зерна, к массе примесей в исходной зерновой смеси, которые могут быть выделены воздушным потоком [79].

Систематизация отобранных источников по цели изобретения позволяет выделить следующие подразделы по зерноочистительным машинам:

1. Повышение качества очистки семян составляет 70,4% от общего количества источников, отобранных в данном подразделе.

2. Повышение производительности, улучшение качества очистки зерна -

4,5%.

3. Повышение эффективности пневматической сепарации - 4,5%.

4. Повышение чёткости фракционирования зернового материала - 4,5%.

5. Расширение технологических возможностей и увеличение пропускной способности зерноочистительной машины при работе по пневматической фракционной технологии - 2,5%.

6. Прочие (не относящиеся ни к одному из выше перечисленных подразделов) - 13,6%.

Технические решения, выделенные в первом подразделе, относится к повышению качества очистки семян.

С 80-х годов 20 века в зерноочистительных машинах в кач�