автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Пневмосепарация зерна в вертикальном канале с подготовкой в струйном плоскопараллельном потоке

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Агротехнические требования к очистке и сортированию зерновых культур воздушным потоком

1.2. Факторы, влияющие на эффективность процесса пневмосепарации.

1.2.1. Технологические факторы.

1.2.2. Конструктивное исполнение пневмо-сепарирующего канала.

1.2.3. Физико-механические свойства зерновой массы.

1.2.4. Условия ввода зерновой смеси в пневмосепарирующий канал.

1.3. Классификация пневмосепарирующих систем

1.4. Совершенствование способа подачи исходного материала в пневмосепарирующий канал. Задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ

И ОРИЕНТАЦИИ ЗЕРНОВОК В ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ.

2.1. Предпосылки к повышению-эффективности процесса пневмосепарирования зерна

2.2. Поведение модели зерновки в воздушном потоке.

2.3. Аэродинамический момент разворота при потенциальном обтекании тела воздушным потоком

2.4. Организация структуры воздушного поля для стабилизации пложения тела в пространстве

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДЖА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Общая методика экспериментального исследования.

3.2. Измерение поля скоростей неравномерного воздушного потока

3.3. Определение перемещения, поворота и геометрических размеров зерновки.

3.4. Распределение давления и:аэродинамический момент разворота модели зерновки.

3.5. Определение оптимальных конструктивных и технологических параметров пневмосепарирующего канала.

3.6. Производственные испытания макетного образца сепаратора

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ.

4.1. Предварительное расслоение материала и ориентация зерновок в струйном плоскопараллельном потоке

4.2. Поле скоростей, создаваемое аппаратом ориентации.

4.3. Организация подачи материала в пневмосепарирующий канал

4.4. Параметры, определяющие эффективность процесса пневмосепарации

4.5. Оптимизация конструктивных и технологических параметров пневмосепарирующего канала

4.6. Результаты производственных испытаний сепаратора с устройством предварительного расслоения материала.

4.7. Результаты предварительных испытаний пневмосепаратора Сибирской МИС.

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ПНЕВМОСЕПАРАТОРА.

ВЫВОДЫ.

Основным условием более полного удовлетворения потребности населения в продуктах питания, а промышленности в сырье, является дальнейший рост производства зерна. Это программное положение нашло отражение в решениях Пленумов ЦК КПСС /I, 2/, XX7I съезда КПСС /3/. Выполнение предусмотренных постановлениями мероприятий явится существенным вкладом в реализацию Продовольственной программы /3/, значение которой для народного хозяйства страны было еще раз подчеркнуто на декабрьском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС /4/.

Одной из проблем в производстве зерна является его послеуборочная обработка. Решение поставленной задачи требует дальнейшей -интенсификации послеуборочной обработки зерна и постановки ее на промышленную основу. Особенно актуальна эта задача для зоны Западной Сибири, где уборка и послеуборочная обработка зерна проводится в сжатые сроки и в большинстве случаев при неблагоприятных погодных условиях. Поэтому в этой зоне широкое распространение получили индустриальные методы уборки зерновых культур с последующей послеуборочной обработкой зерна на высокопроизводительных зерноочистительных агрегатах и комплексах.

Практика эксплуатации агрегатов и комплексов показала, что средняя производительность и технологическая эффективность зерноочистительных машин низкая, особенно пневмосепарирующих рабочих органов.

Из опыта эксплуатации пневмосепарирующих систем видно, что их возможности используются далеко не полностью, причем одной из основных причин, снижающих эффективность этих систем, является несовершенство способов и устройств подачи материала в 1шевмосепарирующий канал. Применение существующих способов подачи материала при возросших удельных нагрузках на канал не дают качественного разделения исходной смеси в связи с тем, что воздушный поток не в состоянии перераспределить компоненты в слое за время прохождения им поперечного сечения канала. Поэтому работа, направленная на изыскание метода и разработку устройства и U подачи материала в вертикальный пневмосепарирующии канал с предварительной подготовкой зерна, повышающего эффективность и производительность канала, актуальна.

Выполненная работа представляет часть решения проблемы по целевой комплексной теме ОЦ 032.02.03 на I98I-I985 гг. "Создать и освоить в производстве, машину вторичной очистки семян производительностью 20 т/ч" по разделу К.021 "Разработать конструктивную и технологическую схему пневмосепарирующей системы машины".

Цель диссертационной работы заключается в обосновании рационального способа подачи зернового материала в вертикальный пневмосепарирующий канал посредством расслоения на фракции и ориентации частиц в зоне ввода.

В качестве объекта исследования изучался процесс подачи материала в вертикальный пневмосепарирующии канал и параметры устройства для расслоения на фракции и ориентации частиц в зоне расслоения перед подачей зернового материала в канал.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями обоснована возможность повышения удельных нагрузок на вертикальный пневмосепарируклций канал, всщшты резервы повышения эффективности работы канала за счет организации предварительного расслоения компонентов смеси по их аэродинамическим характеристикам и ввод их в канал на разной высоте. Выведены условия стабилизации положения эллипсоида вращения зерновки в воздушном поле, предложен способ и обоснованы конструктивные и технологические параметры устройства подачи материала в вертикальный воздушный канал. Получена математическая модель процесса подготовки, подачи и пневмосепарации материала в канале. Разработано и реализовано устройство подачи материала, которое может быть использовано при модернизации серийных зерноочистительных машин в хозяйственных условиях или на стадии их проектирования.

Материалы теоретических и экспериментальных исследований использованы при подготовке технического задания на разработку и изготовление макетных образцов пневмосепараторов с аппаратом ориентации. По результатам предварительных испытаний Сибирская машиноиспытательная станция отметила, что пневмосепаратор с аппаратом ориентации соответствует агротехническим требованиям на машины вторичной очистки и рекомендовала изготовить заводские образцы.

Расчетный экономический эффект от внедрения пневмосепарато-ра с аппаратом ориентации составляет 837 рублей в год на одну машину, годовая экономия труда 391 чел.-ч., срок окупаемости машины составляет один сезон.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- условия стабилизации миделева сечения зерновки в волновом воздушном потоке;

- результаты исследования процесса и оптимальные параметры устройства подачи материала;

- результаты экспериментальной проверки предлагаемого способа подачи зернового материала в вертикальный пневмосепарирую-щий канал.

Автор выражает признательность доценту Алтайского политехнического института им. И. И. Ползунова B.JI. Злочевскому за оказанную им методическую помощь и консультации при выполнении данной работы.

173 ВЫВОДЫ

В результате выполненного исследования можно сделать еле-дующие выводы:

1. Теоретически определены и экспериментально подтверждены условия устойчивого движения эллипсоида вращения в волновом воздушном потоке, что позволяет более четко расслоить компоненты исходной смеси на фракции за счет стабилизации миделева сечения.

2. Замер поля скоростей над аппаратом ориентации позволил обосновать форму и геометрические параметры решетки профилей, для практической реализации рекомендован прямоугольный профиль.

3. Установлено, что предварительное расслоение исходного материала на фракции по скоростям витания позволило поднять удельные нагрузки на канал в 1,5.1,8 раза по сравнению с серийными машинами.

4. Определены оптимальные конструктивные, технологические параметры пневмосепарирующего канала и аппарата ориентации, численные значения которых равны: i

- оптимальный угол наклона питающего лотка к горизонту равен 45°;

- соотношение скорости выхода струи дополнительного потока и скорости основного потока равно 1,4.1,5;

- скорость ввода материала в пневмосепарирующий канал равна 1,0.1,1 м/с;

- оптимальный размер щели аппарата ориентации 4,5 мм, перемычки - 2,5 мм.

5. Производственные испытания макетного образца показали, что пневмосепаратор обеспечивает полноту выделения примесей

Э,8.0,95 при удельных нагрузках на канал в пределах 2,1. .4,3кг/мс

6. Сибирская машиноиспытательная станция по результатам исзытаний отметила, что сепаратор соответствует агротехническим требованиям на машины вторичной очистки и рекомендовала изготовить заводские образцы.

7. Расчетный экономический эффект от использования пневмосепаратора с аппаратом ориентации составляет 837 рублей в год на одну машину, годовая экономия труда составляет 391 чел.-ч, срок окупаемости машины составляет один сезон.

Заключение: модель адекватна

SSM0a = 6>79I6

1. Материалы Пленума ЦК КПСС от 3 июля 1978 г. М.:Политиздат, 1976

2. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О мерах по дальнейшему улучшению селекции и семеноводства зерновых, масличных культур и трав. -Правда, 1976, 21 ноября.

3. Продовольственная программа СССР на период до 1990 года ~и меры по ее реализации. -.Материалы майского Пленума ЦК КПСС 1982 г. -М.: Политиздат, 1982, -III с.

4. Материалы Пленума ЦК КПСС, 26-27 декабря 1983 г. -М.: Политиздат, 1984, -31 с.

5. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. 4/1.: Физматгиз, I960, -715 с.

6. Андреенко Г.П. Пути улучшения качества работы аспирационных каналов зерноочистительных машин. 4Яеханизаци и электрификация соц.сельского хоз-ва, I960, № 6, с. 16-19.

7. Барков К.М. Основные элементы теории сепарирования семян в воздушном потоке.-Тр./ВИМ, т. I, 1935, с. 3-55.

8. Безручкин И.П. Аэродинамические свойства зерна. -Тр./Московского дома ученых, 1937, вып. 2, с. 175-226.

9. Безручкин И.П. Исследование аэродинамических свойств семян методом свободного падения в воздушной среде.-Сельскохозяйственная машина, 1936, В I, с. 22-31.

10. Безручкин И.П. Исследование аэродинамических свойств зерен в вертикальном потоке. -Сельскохозяйственная машина, 1936, № 3, с. 16-22.

11. Безручкин И.П. Сепарация зерна вертикально-восходящим расширяющимся воздушным потоком, -сельскохозяйственная машина, 1937, № 12, с. 9-14.

12. Безручкин И.П. Сепарация зерна воздушным потоком. -Сельскохозяйственная машина, 1949, $ 5, с. 3- 7.

13. Бородай В.И., Кононенко О.М. Об аэродинамической сепарации зерна и других сыпучих материалов. -Известия вузов. Сер.пищевая технология, 1973, № I, с. 143-146.

14. Бушуев Н.М. Семеочистительные машины.М. :Машгиз, 1962, -238 с.

15. Василенко П.М. Аэродинамические основания сортирования зерна. -Сельскохозяйственные машины, 1935, № II, с. 17-18.

16. Васильев Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. -М.: Колос, 1968, с. 201-204.

17. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных.-М.:Колос, 1973, -199 с.

18. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. 41:Финансы и статистика, 1981, -286 с.

19. Гальперин Г.Д., Котляр Л.И. Некоторые вопросы расчета и конструирования воздушных сепараторов для зерна. -Тр./ВНИЭКИпрод-маш, 1961, В 16-17.

20. Гармаш Н.Т. Теоретические основы одного из видов безрешетной сепарации мелкого зернового вороха. :Сельхозмашина, 1956,12, с. 4-9.

21. Гиршсон В.Я. Взвешенные скорости и коэффициенты обтекания зерна. -Советское мукомолье и хлебопечение, 1929, № 9.

22. Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. М.:Колос, 1980, -304 с.

23. Горячкин В.П. Испытание сортировок на Бутырском хуторе 1908 г.-Диаграммы, I9II, -6 с.

24. Громов А.Г. Классификация и структурные схемы обработки семян и обоснование одного из методов анализа влияния на эти системы входных параметров. -В кн.:Механизация с.-х.произ-ва, М., 1974, с. I72-I8I.

25. Демский А.Б. и др.Исследование пневмосепарирующих устройств зерновых сепараторов. Тр./ВШЭКИпродмаш, 1970, № 21, с.53-54.

26. Демский А.Б. и др. Исследование приемно-распределительных устройств зерновых сепараторов. -Тр./ВШЭКИпродмаш,1970, № 21.

27. Демский А.Б. Пневматическое сортирование на зерноперерабатыва-ющих предприятиях. -М.:ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1972, -60 с.

28. Зерноочистительные машины, агрегаты, зерноочистительно-сушиль-ные комплексы. Программа и методы испытаний. ОСТ 70.10.2-74. М., Союзсельхозтехника, 1975, -114 с.

29. Злочевский В.Л. Исследование влияния влажности зерновой массы на ее сепарацию воздушным потоком. Автореф. дис.на соиск.уч. степ. канд. техн. наук, -Омск, 1968, -17 с.

30. Злочевский В.Л. Пути совершенствования техники и технологии разделения зерновых материалов воздушным потоком. -В кн.: Механизация и автоматизация процессов уборки и обработки зерновых культур /ВАСХНИЛ, сиб. отд-ние,Новосибирск, 1984,с.133-138.

31. Злочевский В.Л. Совершенствование очистки зерна воздушным потоком. -Тр./АПИ, 1973, вып. 32, Барнаул, с. 84-106.

32. Злочевский В.Л., Туров А.К. Расчет обтекания решетки профилей.-В кн. .-Совершенствование технологии и организации уборки и послеуборочной обработки зерна./ВАСХНИЛ, Сиб.отд-ние, Новосибирск, 1983, с. 85-90.

33. Каталог тракторов, сельскохозяйственных, землеройных и мелиоративных машин и оборудование для механизации животноводческих ферм. М., 1979, -53 с.

34. Кацева Р.З. Распределение зернового материала по ширине сепарирующих органов. -Тр./ЧИМЭСХ, Челябинск, 1973, вып.62,с.192-201

35. Киреев М.В., Феофанова А.С. К методике построения и использования вариационных кривых распределения размеров семян. -Записки ЛСХИ, 1962, т. 88, с. II5-II9.

36. Кленин Н.И. и др. Сельскохозяйственные машины. 4а.: Колос, 1970, -456 с.

37. Климок А.И. Исследование процесса сепарации на решетах с профилированной рабочей поверхностью. Автореф.дисс.на соиск.уч. степ.канд.техн.наук. -Новосибирск, 1981.

38. Кожуховский И.Е., Павловский Г.Т. Механизация очистки и сушки зерна. -М.: Колос, 1968, -438 с.

39. Кубышев В.А. Технологические основы интенсификации процесса сепарации зерна. -Тр./ЧИМЭСХ, Челябинск, вып.36, I969,c.I02-I2<

40. Кубышев В.А. Пути интенсификации процессов послеуборочной обработки зерна.-Тр./ЧИМЭСХ, Челябинск, 1974, вып.87,с. 6-13.

41. Кубышев В.А. Технологические основы определения допустимой неравномерности нагрузки по ширине решет. -Тр./ЧИМЭСХ, Челябинск, 1974, вып. 87, с. 13-18.

42. Кубышев В.А., Кацева Р.З. Технология процесса питания зерноочистительных машин поточных линий. -Тр./ЧИМЭСХ, Челябинск, 1973, вып. 62, с. I08-II4.

43. Летошнев М.Н. Применение вариационной статистики к задачам сепарирования сыпучего тела. -Тр./Московского дома ученых, М.-Л., 1937, вып. 2, с. 11-59.

44. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.:Физматгиз, 1959, -784 . с.

45. Малис А.Я., Демидов А.Р. Машины для очистки зерна воздушным потоком. М.: Машгиз, 1962, -176 с.

46. Матвеев;"-. А.С. Исследование процессов сепарирования зерновых смесей вертикально-восходящим воздушным потоком. Автореф. дисс. на соиск.уч. степ.канд.техн.наук, М., 1973, -29 с.

47. Матвеев А.С. К выбору формы сечения пневмосепарирующего канала. -Тракторы и сельхозмашины, 1971, № 9, с. 26-28.

48. Машины для послеуборочной поточной обработки семян./Под ред. З.Л. Тиц. -М.: Машиностроение, 1967, -448 с.

49. Машины зерноочистительные общего назначения. Типы и основные параметры. ГОСТ 5888-74, -ГЛ.: Госстандарт, 1974, -5 с.

50. Мельников С.В. и др.Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. -Л.: Колос, 1980, -168 с.

51. Меновщиков Ю.А., Климок А.И. Моделирование системы автоматического регулирования зерноочистительных машин поточной линии.-Научн.техн.бюлл. СибИМЭ, Новосибирск, 1978, вып.4, с. 3-12.

52. Методика определения оптовых цен на новые сельскохозяйственные машины. 4/1.: Прейскурантгиз, 1969, -239 с.

53. Методика определения эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. 4Д.: ВНИИПИ, 1983, -148 с.

54. Методика разработки нормативов потребности сельского хозяйства в очистительных агрегатах и очистительно-сушильных комплексах для послеуборочной обработки зерна в колхозах и совхозах.-М./НШПиВ, Ж, 1976.

55. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. 41.: Наука, 1971, -576 с.

56. Налимов В.В. Применение математической статистики при анализе вещества. 41.: Наука, 1965.

57. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. 41.: Наука, 1965, -340 с.

58. Нелюбов А.И., Ветров Е.Ф. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных машин. 41.: Машиностроение, 1977, е. 13-22.

59. Олейников и др. Агрегаты и комплексы для послеуборочной обработки зерна. 4Л.: Колос, 1977, -112 с.

60. Павловский Г.Т., Птицын С.Д. Очистка, сушка и активное вентилирование зерна. 41.: Высшая школа, 1968, с. 53-90.

61. Павловский Г.Т. Рационально использовать машины для очистки и сортирования семян. -Земледелие, 1966, Гв 2, с. 62-68.

62. Павловский Г.Т. Основные вопросы технологии очистки семян зерновых культур. Автореф. дис.на соиск.уч.ст.д.с.-х.н., М., 1969.

63. Папченко А.И., Платонов П.Н., Зайнберг А.А. Математическая модель пневмосепарирования зерновой смеси. -Известия вузов. Сер. пищевая технология, 1970, № 2, с. 200-205.

64. Перцовский Е.С. К теории очистки зерна в пневматическом сепараторе. -Тр./ВНИИЗ, 1970, вып. 68, с. 55-87.

65. Пикуза И.Ф. О сепарации зерна методом метания на ленточных зернопультах. -Сельхозмашина, 1957, № 12, с. 15-19.

66. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. -Л.: Машиностроение, 1974, -480 с.

67. Повх И.Л. Техническая гидромеханика.-Л:Машиностроение, 1976, -502 с.

68. Подоляко В.И. Исследование процесса пневмоклассификации зерна как основа технологической настройки пневмосепарирующих устройств зерноочистительных машин. Дис.на соиск. уч. степ.канд. техн.наук, Новосибирск, 1981, -20 с.

69. Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения.-М.: Госстандарт, 1979.

70. Рекомендации по определению экономической эффективности внедрения новых машин, агрегатов и комплексов для послеуборочной обработки зерна. Ч.П. -М.: Колос, 1974, с. 8-16.

71. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. -М.: Наука, 1977, -438 с.

72. Семена и посадочный материал сельскохозяйственных культур. Сборник стандартов. -М.:Издат-во стандартов, 1977, -396 с.

73. Соколов А.Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. -М.: Колос, 1967. с. 100-129.

74. Сыромятников Н.И., Волков В.Ф. Процессы в кипящем слое. -Свердловск; Металлургиздат, 1959, -248 с.

75. Тейтельбаум А.Х. Исследование процесса пневмосепарации зерновых смесей с принудительным вращением зерновок. Автореф. дис. на соиск.уч. степ.канд.техн.наук, Новосибирск, 1978, -26 с.

76. Терентьев Ю.В. Исследование технологии расслоения по толщине семян.Дис.на соиск.уч. степ.канд.техн.наук,Челябинск,1969,-25с.

77. Терсков Г.Д. Оптимальная скорость воздушного потока в сортировках и построение траектории движения зерна. -Сельскохозяйственная машина, 1936, № 2, с. 15-18.

78. Терсков Г.Д. Теоретические исследование работы зернопульта.-Сельскохозяйственная машина, 1938, № 7, с. 3-10.

79. Тихомиров В.В. Планирование и анализ экспериментов. 4.'.: Легкая индустрия, 1974.

80. Тулькибаев М.А. Дифференциальное уравнение математического баланса для сепарирующей поверхности.-Тр./ЧИМЭСХ, Челябинск, 1971, вып. 52, с. 48-57.

81. Турбин Б.Г., Лурье А.Б. и др. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет.-Л.: Машиностроение, 1967.

82. Туров А.К. Пневмосепарация зерна с предварительной подготовкой в плоскопараллельном воздушном поле.-Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 1984, № 2, с. 86-90.

83. Туров А.К., Титов М.С. способ пневмосепарации зернового материала и пневмосепаратор. Положительное решение к заявке3440959/30-15 (087077) от 18.II.1982.

84. Ульрих Н.Н. Методы агрономической оценки эффективности машинного сортирования. -Тр./ВИМ, М., 1961, т.30, -308 с

85. Ульрих Н.Н. Научные основы очистки и сортирования семян. 4/1.-Л. ВАСХНИЛ, 1937, -87 с.

86. Ушаков С.Г. Инерционная сепарация пыли. -М.:Энергия,1974,с.6-15

87. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. 41.: Наука, 1964, -506 с.

88. Фабрикант Н.Я. и др. Методическое руководство по расчету аэродинамических характеристик летательных аппаратов. 41.: Наука,1969, -75 с.

89. Феофанова А.С. Методика расчета и постреения кривых распределения семян по физико-механическим свойствам.-Записки/ЛСХИ,1970, т. 149, с. 55-60.