автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности очистки семян пшеницы путем совершенствования вибропневмосепаратора

На правах рукописи

ГРУБОВ КОНСТАНТИН АЛЕКСЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВИБРОПНЕВМОСЕПАРАТОРА

Специальность 05.20.01 - «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 6 ОПТ 2011

Санкт-Петербург - 2011 4855421

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова».

Научный руководитель •

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

доктор технических наук, профессор Галкин Василий Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Попов Александр Александрович

кандидат технических наук, доцент Перекопский Александр Николаевич

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого

Защита состоится 13 октября 2011г. в 09 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 006.054.01 в Государственном научном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук» по адресу: 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, корпус №1, ауд.201.

Факс: (812) 466 56 66.

E-mail: niokr@sznii.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.

Автореферат разослан ¿f сентября 2011 г. и размещён на официальном сайте http://www.sznii.ru.

(

Ученый секретарь ¿¿^Y^- ЧерейН.Н.

диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Применение для посева высококачественных семян является одним из низкозатратных факторов увеличения урожайности зерновых культур. При производстве семян значительная доля затрат приходится на послеуборочную обработку урожая. Важнейшей же операцией в подготовке семян является их окончательная очистка, которая в настоящее время проводится на вибропневмосепараторах с трапециевидными деками. Недостатком этих рабочих органов является низкая удельная зерновая нагрузка и как следствие- высокие удельные энергетические затраты.

В этой связи повышение эффективности очистки семян на вибропневмосепараторах, является важной и актуальной задачей, решение которой внесёт существенный вклад в обеспечение регионов районированным посевным материалом и снизит затраты на его подготовку.

Направление исследований соответствует «Концепции развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года» и ее разделу 4.1 « - разработать новые высокоэффективные машинные технологии производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции».

Работа выполнена в соответствии с темой № 15 плана НИР ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.

Цель исследования. Повышение эффективности очистки семян пшеницы путем совершенствования вибропневмосепаратора.

Объект исследования. Технологический процесс очистки и сортирования семян на вибропневмосепараторе.

Предмет исследования. Закономерности процесса разделения семян в вибропневмоожиженном слое.

Методы исследований. При выполнении диссертационной работы использовались, как стандартные, так и частные методики исследования с применением математического и физического моделирования. Теоретические исследования выполнены с использованием методов классической механики. Экспериментальные исследования проводили методами теории планирования экспериментов, статистической динамики. Обработка опытных данных проведена на ЭВМ в приложениях Microsoft Excel 2007, STATGRAPH1CS 5.0, математического пакета Math CAD 14.

Научная новизна состоит в разработке математических моделей, описывающих закономерности движения и разделения семян на вибропневмосепараторе усовершенствованной конструкции.

Практическая значимость работы состоит в определении рациональных параметров и режимов работы вибропневмосепаратора с комбинированной декой производительностью до 2,5 т/ч.

Новизна вибропневмосепаратора подтверждена патентом РФ на изобретение №2347352 и патентом на полезную модель№89325.

Реализация результатов работы. Вибропневмосепаратор в составе се-мяочистительной линии используется в цехе послеуборочной обработки семян

отдела семеноводства ГНУ «Пермский НИИСХ» Россельхозакадемии. Технологическая схема, параметры и режимы работы вибропневмосепаратора переданы для подготовки технической документации и изготовления опытной партии вибропневмосепараторовв ООО «Техноград» Пермского края.

Опытный образец вибропневмосепаратора используется в учебном процессе кафедры сельскохозяйственных машин инженерного факультета ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на всероссийских научно-практических конференциях (Пермская ГСХА, 2006-2011 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы» (Ижевская ГСХА,2007 г.), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы технологии производства, хранения, переработки и экспертизы качества сельскохозяйственной продукции» (МичГАУ, 2007 г.), Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых в Казанском ГАУ, 2007 г.( I место), 2008 г.," межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов Пермского края в Пермском ГТУ (2008, 2009 г.), I Пермском краевом молодежном конвенте (2009 г. - II место), VI Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (2011 г. - III место, бронзовая медаль).

Положения, выносимые на защиту:

- математические модели движения и разделен™ семенного материала на деке вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции;

- конструктивно-технологическая схема вибропневмосепаратора и его рациональные параметры и режимы работы;

- результаты производственных исследований семяочистительной линии с использованием вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции;

- методика настройки вибропневмосепаратора на заданные условия работы;

- технико-экономическая эффективность вибропневмосепаратора, в том числе работающего в составе линии.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ, 2 - в материалах международных и 4 - всероссийских научно-практических конференций. Получены 2 патента РФ на изобретение и 2 патента на полезные модели. Общий объем публикаций составляет 2,5 усл. п. л., 70% из которых принадлежит автору диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 161 страница состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 215 источников, в том числе 2 - на иностранных языках, и приложений. Основная часть диссертации содержит 146 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 12 таблиц. В приложении помещены таблицы с опытными данными, копии патентов и документы, подтверждающие апробацию и практическое использование результатов исследования.

Содержание работы

Введение содержит обоснование актуальности темы, общую характеристику работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» приведен анализ способов очистки семян по плотности и конструктивно-технологических схем вибропневмосепараторов.

Значительный вклад в теорию движения и разделения семян на колеблющихся поверхностях внесли В.П. Горячкин, М.Н. Летошнев, Г.Д. Терсков, H.H. Ульрих, С.А. Васильев, И.И. Блехман, В.В. Гортанский, А.Б. Демский, Н.Г. Гладков, И.Е. Кожуховский, П.М. Василенко, Г.Т. Павловский, Г.Е. Листопад, П.М.Заика, В.И. Анискин, С.А. Алферов, В.М. Цециновский и другие.

Совершенствованию технологических процессов вибропневмосепараторов посвящены работы В.Д. Бабченко, В.М. Дринчи, В.Н.Витько, Ю.А. Кос-мовского, А.Н. Кремнева, С.А. Павлова, Б.В.Желтухина, Л.М. Суконкина, В.Д. Шафоростова, Ю.Л.Геркулесова, Ю.Г.Цыбулевского, Ф.Н.Эрка, М.К. Яременко и других ученых.

Для получения биологически ценных семян их следует выровнять по размерам и разделить по плотности. Наиболее эффективным способом разделения зерновых смесей по плотности является обработка их в вибропневмоожижен-ном слое на пневмосортировальных столах (вибропневмосепараторах). В настоящее время для этой операции применяют вибропневмосепараторы с трапециевидными деками. Однако эти технические средства имеют низкую удельную производительность (0,9 - 1,5 кг/с-м2) и высокие затраты энергии (2,1 -3,2 кВт-ч/т). Перспективными являются вибропневмосепараторы с прямоточными деками, работающие при повышенных удельных нагрузках и имеющие меньшее количество регулируемых параметров. Однако эти вибропневмосепараторы не обеспечивают достаточной четкости разделения материала и имеют высокие потери семян основной культуры в отходы.

На основании анализа состояния вопроса и в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследования:

- разработать математические модели движения и разделения зернового материала на колеблющейся перфорированной поверхности, продуваемой воздушным потоком;

- разработать конструктивно-технологическую схему вибропневмосепаратора, создать его экспериментальный образец, провести лабораторные исследования и определить рациональные параметры и режимы его работы;

- провести производственные исследования вибропневмосепаратора в составе семяочистительной линии;

- разработать методику настройки вибропневмосепаратора на заданные условия работы;

- дать энергетическую и технико-экономическую оценку усовершенствованного вибропневмосепаратора.

Во второй главе «Теоретические предпосылки повышения эффективности очистки семян пшеницы на вибропневмосепараторе» моделированием процесса относительного перемещения частиц малой плотности обоснована воз-

можность разделения компонентов в вибропневмоожиженном слое; с использованием полученных математических моделей рассчитаны скорости движения семян по колеблющейся поверхности, продуваемой наклонным воздушным потоком.

В основу разработки математических моделей положена структурная схема вибропневмосепаратора (рис. 1). Условиями работы вибропневмосепара-тора являются: расходная характеристика яО) зернового материала кондиционной влажности, прошедшего первичную, вторичную очистку, разделение по длине, и его качество К (0, оцениваемое засоренностью, объемной массой и массой 1000 зерен.

P»(t)

q(t) Q(t) r 3(0

ВПС

m • к - M(t)

ï^4 N(t)

« fc! V

Рисунок 1 - Структурная схема вибропневмосепаратора

Управляющими факторами служат: показатель кинематического режима; угол продольного наклона деки и угол установки стенки.

Оценками технологического процесса, осуществляемого вибропневмосе-паратором, являются: выход семян элиты Q(t) и их качество (засоренность 3(t); масса 1000 зерен M(t); объемная масса N(t)); потери полноценных семян в отходы n(t); вероятность сохранения поля допуска на засоренность семян поштучно-учитываемыми примесями Рдз(1).

С использованием методов механики, с учетом исследований В .В .Гортинского, В.С.Быкова, при рассмотрении процесса перемещения частицы, плотностью меньше плотности слоя, находящуюся на колеблющейся поверхности, расположенной под углом к горизонту и совершающей гармонические направленные колебания под углом б под действием силы Р„ , включающей силу реакции среды Рр; силу, возникающую за счет разности ускорений частиц различной плотности Р„ и силу сопротивления перемещению частицы Fa, получили выражения:

(l-^)-{m0 •g-[cosy9 + fc-cosû*-sin(£:-/?)]+Fà. ( l) _m0-(g-cosfi-RJm0 + g-k-coscot- sin(s -/?))• и' • tg{fi' - pm )

F"~ i+f„-tg{/r-pJ u

где т0 - эффективная масса частицы, складывающаяся из массы частицы и массы среды в половине её объема, кг; g - ускорение свободного падения, м/с2;

А - отношение плотности рассматриваемой частицы к плотности частиц, образующих слой;

к - показатель кинематического режима; Л„ - сила воздушного потока, н;

Р' - насыпной угол, характеризующий хаотичность расположения семян

при засыпке, град.; т0 - масса частицы, которые образуют слой, кг; «'-число вышерасположенных монослоев; /в,г 1&Ре„ - коэффициент внутреннего трения;

Уравнение (1) и (2) описывают процесс перемещения в верх низконатурной частицы, находящейся в слое семян, движущемся по колеблющейся поверхности в зависимости от угла её наклона, соотношения плотностей частицы и слоя, его толщины, показателя кинематического режима, угла направленности колебаний с учетом скорости воздушного потока.

Для интенсификации технологического процесса вибропневмосепарато-ра предложено использовать наклонный воздушный поток.

Пусть на материал, находящийся на колеблющейся перфорированной поверхности, имеющей разные коэффициенты трения, в зависимости от направления сдвигов семян, и отверстия, размер которых меньше компонентов зернового материала, и наклоненной под углом к горизонту, действуют силы (рис. 2): сила веса С=т•£; сила инерции и=ут\ сила трения F=N■íg(p■, сила воздушного потока Р„(/V- нормальная реакция материла на поверхность).

Ввиду того, что направление сил инерции и трения меняется в зависимости от направления ускорения поверхности, составим дифференциальные уравнения отдельно для правого (Рис.2а) и левого (Рис.2б) интервалов. Направление действия сил на материал в правом интервале представлены на рисунке 2 а.

а б

Рисунок 2 - Схема сил, действующих на материал: а - правый интервал; б - левый интервал В связи с тем, что сила инерции направлена в противоположную ускорению сторону, то она в этом интервале ориентирована вправо и стремиться сдвинуть материал вверх по поверхности.

Составив с использованием принципа Д'Аламбера дифференциальные уравнения относительных перемещений материала по поверхности, и преобразуя их, получим:

1 2 8т(а + р) , , Т/2

Ж2 6 соб {£-а-<р)

l-£s!L.-L = Cí>1.r^cosmt-g--г^-^Ч-К-К' (4)

Ж а соб уе-а + ср)

со ${е-а + ср) ? С05 (е-а-<р)

а = —^-— о- -

соъ<р со$<р

Уе - скорость воздушного потока, м/с;

к„ - коэффициент парусности семян, 1/м.

Для определения скорости относительного перемещения проинтегрируем дифференциальные уравнения(З) и (4).

Для определения скорости в любой произвольный момент времени I, интегрирование проведем в пределах от времени начала сдвигов 11 до

Тогда, после обозначений фаз, уравнения относительных скоростей частиц примут вид:

вш(а-<?) ,к„-У,2

mt-

cos(e -а + <р) g

dt cr

d-E 1 /• • \ (м-уЛ ( sin(g + y) k„-V,

—2SL— = m-r-(sinat-smy/^-g• - ■ —?----

dt S " I со J g

(5)

r

(6)

Для определения величин сдвигов вверх и вниз интегрируем уравнения относительной скорости в пределах от момента начала сдвигов t, до конца t2, которые в конечном итоге примут вид:

= а-г-[cosí?, -cos02 -fa-в1)-втв1 -\/2-{в2-в,)2-cosí?,]. (7)

-г- [cos (г/, - cos i//2 - - V,) ■ sin Vx -1/2 • {w2 ' eos у/, ]. (8)

После определения фаз, средняя скорость перемещения материала определится по формуле:

<5 +<?

(9)

где Т- время одного периода колебаний, с.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлены: программа исследований, общепринятые и частные методики лабораторных и производственных опытов и математической обработки опытных данных; описаны экспериментальная установка, приборы и оборудование.

В программу экспериментальных исследований входила проверка достоверности аналитических зависимостей и теоретических выводов, полученных во второй главе, определение рациональных параметров и режимов работы вибропневмосепаратора (ВПС), оценка его технологической надежности.

В соответствии с результатами теоретических исследований и программой экспериментов разработали и изготовили лабораторную установку, схема которой приведена на рисунке 3, а, б.

-- исходный материал; ■—*—*— - семена основной культуры;

—о—- низконатурные примеси; —# — - воздух

Рисунок 3 - Схема вибропневмосепаратора: а) - общее устройство: 1 - дека; 2 - рама; 3 - воздуховод; 4 - заслонка; 5 - вентилятор; 6 - эксцентрик; 7, 10 - шкив; 8 - ремень; 9 - шатун; 11 - электродвигатель; 12 - подвеска; 13 - рамка; 14 - воздуховыравнивающая поверхность; 15 - механизм регулирования продольного угла наклона деки; 16 - приемники фракций; б) - технологическая схема деки, вид сверху: 17 — зона предварительного расслоения; 18 - зона транспортирования; 19 и 20 - стенки деки.

Вибропневмосепаратор работает следующим образом. Зерновая смесь из бункера поступает на поверхность деки 1 (рис. 3) равномерным слоем, на который воздействует вибрация и воздушный поток.

После перераспределения компонентов зерновой слой поступает на участок со стенкой 19. В результате взаимодействия с ней в поперечном сечении слоя возникает наклон. Компоненты с меньшей плотностью, оказавшиеся на поверхности слоя, скатываются к стенке 20 и двигаются вдоль нее. В выходной части деки происходит распределение материала между стенками 19 и 20. Разделенные компоненты выводятся отдельными фракциями приемником 16.

Конструкция установки позволяет регулировать зерновую нагрузку на деку, частоту колебаний с помощью частотного преобразователя, угол продольного наклона деки. При этом поперечный угол наклона деки остается постоянным, равным 0°.

В процессе лабораторных исследований реализованы опыты с использованием методики активно-пассивного планирования эксперимента. Скорость воздушного потока в опытах устанавливали такой, чтобы материал,

находящийся на деке, был доведен до состояния «кипения», при этом не допускали образования фонтанов.

Качество работы разработанного вибропневмосепаратора оценивали по методике ВИМ, предложенной Н.Н. Ульрихом и Ю.А. Космовским.

Оценка надежности технологического процесса, осуществляемого семяо-чистительной линией, проведена в производственных условиях методами статистической динамики сельскохозяйственных агрегатов.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований» выявлены закономерности изменения оценок качества разделения семян на вибропневмосепараторе в зависимости от параметров и режимов его работы, определены скорости движения семян по деке, оптимизированы параметры и режимы работы машины, получены оценки работы семяочистительной линии в производственных условиях.

При реализации первой серии опытов по трехуровневому трехфакторно-му плану Бокса-Бенкина ставилась задача изучить влияние трех независимых факторов - угла установки стенки деки, продольного угла наклона деки, частоты колебаний, и определить их оптимальное сочетание. В качестве критерия оптимизации технологического процесса была принята полнота выделения низконатурных примесей при выходе семян 90%.

Результаты опытов получены в виде уравнения регрессии второго порядка. Расчет коэффициентов регрессии и статистическая проверка моделей проведены с помощью прикладного программного пакета STATGRAPHICS Plus на ЭВМ.

Для полноты выделения низконатурных примесей (члеников редьки дикой) получено следующее уравнение регрессии в раскодированном виде: Yi = 100- 0,5 ■ X, + 0,5 ■ + 0,25 • Х; - 3,125 • X,2 + 0,75 -ХГХ2 + + 0,25-ХгХ,- 2,625 +1,25 ■Х1-Х,-1,625 ■ X,2. при Я* = 91,71 %

где Y, - полнота выделения члеников редьки дикой при потерях 10%, %;

X/ - угол продольного наклона деки, град;

Х2 - частота колебаний деки, мин"1;

Х3 - подача материала на деку, кг/ч.

Изменение оценочного критерия в зависимости от продольного угла наклона деки и частоты колебаний представлено в виде поверхности отклика (рис. 4), при б = 1000 кг/ч.

Для проверки полученных рациональных значений факторов, с помощью программы MathCAD модель (10) исследована на условный экстремум при соблюдении ограничительных условий. Результат решения приведен в виде матрицы:

( 5.362 N

485.27 998 ,

Е(Р0,Р,,Р2) = 99.954

Для производительности 1000 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки 5...6°; частота колебаний 480...500 мин"1 при угле установки стенки деки 24° амплитуде 0,015 м и угле направленности колебаний = 30°.

Экспериментальным путем выявлено влияние наклонного воздушного потока на скорость движения материала по деке. Для этого при различных удельных нагрузках и частотах колебаний деки определены средние значения скоростей движения материала по деке, продуваемой наклонным воздушным потоком. Результаты опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние частоты колебаний деки на скорость движения семян основной культуры при различных удельных нагрузках

Удельная нагрузка, кг/с-м2 Частота колебаний деки, мин"' Среднее значение скорости движения семян основной культуры, м/с

без воздушного потока с воздушным потоком

1,55 490 0,089 0,128

2,00 510 0,108 0,162

2,45 530 0,117 0,239

2,90 550 0,1.49 0,306

Из результатов опытов следует, что при воздействии наклонного воздушного потока скорость движения семян по поверхности деки возрастает.

В таблице 2 приведены расчетные значения скоростей и их величины, полученные в опытах.

Таблица 2 - Средние скорости зернового материала по деке вибропнев-мосепаратора

Удельная нагрузка, кг/с-м2 Частота колебаний деки, мин'1 Средние скорости мате-риала(без воздушного потока), м/с Средние скорости материала (с воздушным потоком), м/с

Расчетное значение Экспериментальное значение Расчетное значение Экспериментальное значение

1,55 490 0,108 0,089 0,126 0Д28

2,00 510 0,127 0,108 0,144 0,162

Из таблицы 2 следует, что средние значения скоростей семян основной культуры, полученные опытным путем, при удельных нагрузках до 2,00 кг/с-м2 достаточно близки к результатам аналитических расчетов.

Для определения оптимальной удельной нагрузки на вибропневмосепаратор с усовершенствованной декой с наклонным воздушным потоком провели серию опытов при углах продольного наклона деки 6° и установки ее стенки - 24°. Опыты проведены на 5 подачах, соответствующих удельным нагрузкам от 1,55 до 3,35 кг/с-м2. На каждой из подач изменяли частоту колебаний деки. Оценками процесса очистки семян приняты: полнота выделения примесей и потери полноценных семян в отходы. Результаты опытов приведены в таблице 3.

Опытами установлено, что допустимой удельной нагрузкой для заданных условий является 2,90 кг/с-м2 (2600 кг/ч). При этом значении полнота выделения примесей составляет 98%, а потери семян не превышают 8%.

Таблица 3 - Средние значения полноты выделения примесей и потерь семян в отходы при различных удельных нагрузках и режимах работы вибро-пневмосепаратора

Удельная нагрузка, Частота колебаний, мин*1

кг/с-м2 470 490 510 530 550 570 590 610

1,55 94: 98 97 87 - - - -

9 4 8 13 - - - -

2,00 - 93 97 96 85 - - -

- 12 4 7 13 - - -

2,45 - - 92 98 94 84 - -

- - 15 5 6 14 - -

2,90 - - - 91 98 90 80 -

- - - 24 8 12 19 -

3,35 - - - - 85 89 85 74

- - - - 36 12 15 31

* - в числителе указана полнота выделения в %, в знаменателе - потери семян в %

Для оптимизации параметров и режимов работы вибропневмосепаратора с целью обеспечения очистки семян при настроечном значении подачи 2500 кг/ч проведен трехфакторный трехуровневый активно-пассивный эксперимент по плану Бокса-Бенкина. В качестве факторов были выбраны: продольный угол наклона деки, который устанавливали 4°, 6° и 8е и частота ее колебаний - 520; 550 и 580 мин"1. Угол направленности колебаний составлял 30°.

Опыты проводили с учетом методики, разработанной в ВИМ H.H. Ульри-хом и Ю.А. Космовским. Расчёт оценок коэффициентов регрессии математических моделей и построение двумерных сечений поверхностей откликов проведены с помощью программного приложения STATGRAPHICS Plus 5.0 для Windows.

После обработки на ЭВМ результатов опытов получено уравнение регрессии в закодированном виде для полноты выделения низконатурных примесей:

У2 = 98Д111 +1,5 - X, -0,6667 • Х2 - 2,1667 • X2 + 2,25 • Xi ■ Х2 - 3,6667

R2 = 98,83 %,

где Y2 - полнота выделения низконатурных примесей при потерях семян в фуражные отходы 10 %, %;

X1 - угол продольного наклона деки, град;

Х2 - частота колебаний деки, мин"1.

Графически результат представлен в виде поверхности отклика (рис. 5)

Для проверки полученных рациональных значений факторов, с помощью программы МаАСАБ 2001 модели исследованы на условный экстремум при соблюдении ограничительных условий. Результаты решения приведены в виде матриц:

Производственные испытания опытного образца вибропневмосепаратора в составе семяочистительной линии (рис. 6), состоящей из двух последователь-

Полнота выделет

99 97 95 93 91 89 87

Рисунок 5 - Поверхность отклика модели полноты выделения члеников редьки дикой

но установленных машин РеИсив К-531 и экспериментального вибропневмосе-паратора, проведены на семенах пшеницы сорта Московская 39 в цехе послеуборочной обработки отдела промышленного семеноводства ГНУ «Пермского НИИСХ».

При производственных исследованиях семяочистительной линии в течение одной смены работы через каждые 10 минут были отобраны пробы из исходного материала и полученных фракций. Для агротехнической оценки в каждой пробе семян определены: чистота, объемная масса, масса 1000 семян. Для каждой фракции вычислены средние значения массовой доли.

а б

Рисунок 6 - Схема семяочистительной линии, с использованием вибропневмо-

сепаратора:

а - общий вид опытного образца ВПС; б - опытный образец ВПС на производственных испытаниях

Производственными исследованиями установлено, что линия с использованием разработанного вибропневмосепаратора, обеспечивает показатели качества очищенного материала, предъявляемые к категории элитных семян и обладает достаточной технологической надежностью (чистота получаемых семян соответствует требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для семян элиты, с вероятностью сохранения поля допуска РА = 0,928).

В пятом разделе «Рекомендации по использованию результатов исследований, энергетическая и технико-экономическая оценки» даны рекомендации по использованию вибропневмосепаратора в составе семяочистительной линии. Приведены энергетическая и технико-экономическая оценки вибропневмосепаратора в составе линии в сравнении с базовым вариантом.

По результатам экспериментальных исследований разработана методика предварительной настройки режима работы вибропневмосепаратора при раз-

личном содержании в исходном материале низконатурных примесей.

Применение вибропневмосепаратора в составе линии прямоточной очистки семян позволяет получить годовой экономический эффект свыше 86000 руб. при сроке окупаемости не более 3,5 сезонов. При этом степень интенсификации технологического процесса составила 25%. Расчеты показали, что использование вибропневмосепаратора в семяочистительной линии производительностью 5 т/ч, реализующей фракционную технологию очистки элитных семян (Патент РФ №2340410), позволяет снизить прямые эксплуатационные затраты на 16%, прямые энергозатраты - более чем на 50%. Годовой экономический эффект при этом составит около 1300 тыс. рублей при сроке окупаемости, не превышающем двух сезонов, за счет снижения энергоемкости и потерь семян основной культуры в отходы.

Общие выводы и рекомендации

1. Анализ способов разделения зерновых смесей по плотности показывает, что наиболее целесообразным является разделение семян в вибропневмо-ожиженном слое с использованием вибропневмосепараторов с трапециевидными деками при удельной нагрузке, не превышающей 0,9 кг/с-м2. Перспективными являются вибропневмосепараторы с прямоточной декой, имеющие меньшее количество регулируемых параметров, по сравнению с аналогами с трапециевидной декой. Известные вибропневмосепараторы с прямоточной декой не обеспечивают достаточной четкости разделения материала. Повышение качества очистки семян на вибропневмосепараторах с прямоточными деками возможно за счет совершенствования воздушной системы и процесса отделения примесей с поверхности вибропневмоожиженного слоя семян.

2. С использованием математических моделей (1) и (2) определены скорости воздушных потоков при различном соотношении плотностей низконатурных примесей к плотности семян основной культуры. Для разделения компонентов в зоне расслоения следует обеспечивать скорость воздушного потока в пределах 1,0...1,4 м/с. Для интенсификации технологического процесса вибропневмосепаратора предложено использовать наклонный воздушный поток. На основе математических моделей (5 - 9) рассчитаны скорости перемещения материала по поверхности деки с учетом воздействия наклонного воздушного потока скоростью 1 м/с, которые возрастают от 0,108 до 0,126 м/с при угловой скорости кривошипа 51,28 1/с и с 0,127 до 0,144 м/с при угловой скорости кривошипа 53,38 1/с. Полученные значения средних скоростей достаточно близки к скоростям, полученным в опытах.

3. Разработана конструктивно-технологическая схема вибропневмосепаратора с усовершенствованной декой с углом поперечного ее наклона, равным нулю. (Патент РФ № 2347352, патент на полезную модель № 89325).

С использованием теории планирования эксперимента определены рациональные параметры и режимы разделения семян в вибропневмоожиженном слое на деке разработанного вибропневмосепаратора для двух настроечных значений производительности.

Для производительности 1000 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки 5...6°; частота колебаний 480...500 мин"1 при амплитуде 0,015 мм, угле направленности колебаний 30°, угле установки стенки деки 24°.

Для производительности 2500 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки 6...7°; частота колебаний 540...560 мин'1 при амплитуде 0,015м, угле направленности колебаний 30°, угле установки стенки деки 24°. При этом удельная нагрузка составляет 2,8 кг/с-м2.

4. Для настройки вибропневмосепаратора разработаны номограммы, позволяющие устанавливать параметры и режимы его работы в зависимости от засоренности очищаемого семенного материала. При этом полнота выделения примесей находится в пределах 98...99% при 10-процентных потерях семян в отходы.

5. Результаты проведенных производственных исследований позволяют рекомендовать вибропневмосепаратор для использования в семяочиститель-ных линиях прямоточной очистки производительностью 2,5 т/ч на базе воздушно-решетных машин первичной, вторичной очистки и триеров. Производственными исследованиями установлено, что линия с использованием разработанного вибропневмосепаратора обеспечивает получение семян элиты и обладает достаточной технологической надежностью. При этом чистота получаемых семян соответствует требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для семян элиты, с вероятностью сохранения поля допуска на засоренность семян 0,928.

6. Применение вибропневмосепаратора в составе линии прямоточной очистки семян позволяет получить годовой экономический эффект свыше 86000 руб. при сроке окупаемости не более 3,5 сезона. При этом степень интенсификации технологического процесса составила 25%. Расчеты показали, что использование вибропневмосепаратора в семяочистительной линии производительностью 5 т/ч, реализующей фракционную технологию очистки элитных семян (Патент РФ №2340410), позволяет снизить прямые эксплуатационные затраты на 16%, прямые энергозатраты - более чем на 50%. Годовой экономический эффект при этом составит около 1300 тыс. рублей при сроке окупаемости, не превышающем двух сезонов, за счет снижения энергоемкости и потерь семян основной культуры в отходы.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Галкин В.Д., Грубов К.А. Параметры и режимы работы усовершенствованного вибропневмосепаратора семян // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. - Выпуск №2 (21), 2011. - г. Киров: Типография ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии.С.67-70.

2. Галкин В.Д., Грубов К.А. Вибропневмосепаратор семян с усовершенствованной декой // Тракторы и сельхозмашины. - №4,2011. - М. С. 12-13.

3. Галкин В.Д., Грубов К.А. Вибропневмосепаратор для подготовки семян И Сельский механизатор. - Выпуск №2, 2010.-С. 15.

4. Галкин В.Д., Грубов К.А. Совершенствование очистки семян зерновых культур на вибропневмосепараторе // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Выпуск №6(21), 2009 - г. Краснодар: ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ. С.244-246.

5. Галкин В.Д., Хавыев A.A., Хандриков В.А., Грубов К.А. Рациональные параметры и режимы работы вибропневмосепаратора зерна с усовершенствованной декой // Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ижевск.: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. 2007, т.З. С.3-7.

6. Галкин В.Д., Хавыев A.A., Хандриков В.А., Грубов К.А. Технология подготовки малых партий семян с усовершенствованным рабочим процессом окончательной очистки // Современные проблемы технологии производства, хранения, переработки и экспертизы качества сельскохозяйственной продукции. Т.2. Материалы Международной научно-практической конференции 26-28 февраля 2007. г. Мичуринск.: ФГОУ ВПО МичГАУ, 2007. С. 239-242.

7. Хавыев A.A., Хандриков В.А., Грубов К.А. Параметры и режимы работы усовершенствованного вибропневмосепаратора // Пермский аграрный вестник. Сб. науч. тр. LXVI Всероссийской научно-практ. конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в развитие АПК». 1012 апреля 2007г. - Пермь: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2007. - Вып. XVII. 4.2. - С.73-75.

8. Грубов К.А. Повышение эффективности очистки и сортирования семян путем разработки и использования вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции./Материалы LXX Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежная наука-2010». Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010. С.68-70.

9. Грубов К.А. Определение оптимальной производительности вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции. /Грубов К.А., Хандриков В.А. Сборник научных статей Международной научно-практической конференции «Инновационному развитию АПК-научное обеспечение. Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010. С.266-268.

10. Грубов К.А., Козловский И.Ю. Определение скорости движения зернового материала по колеблющейся поверхности, продуваемой направленным воз-

душным потоком / Материалы ЬХХ1 Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежная наука-2011». Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2011. - Т.З. - С.47-54.

11. Патент РФ №2347352. А01Р12/44. Дека вибропневмосепаратора. /

B.Д.Галкин, А.Д. Галкин, А.А.Хавыев, В.А.Хандриков, К.А. Грубов - Перм. гос. с.х. акад. - Россия. - Опубл. 27.02.2009. - Бюлл. № 6.

12. Патент на полезную модель №89325. А01Р12/44. Вибропневмосепаратор. / В.Д.Галкин, А.А.Хавыев, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, - Перм. гос. с.х. акад. -Россия - Опубл. 10.12.2009. - Бюлл. №34.

13. Патент на полезную модель -№58287. А01Р12/44. Комбинированная машина для разделения сыпучих материалов. / В.Д.Галкин, А.А.Хавыев,

C.Е.Басалгин, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, В.П.Костарев - Перм. гос. с.х. акад. - Россия - Опубл.27.11.2006. - Бюлл. №33.

14. Патент РФ №2340410. А0Ш2/44, В07В1/12. Способ разделения зерновых смесей / В.Д.Галкин, А.Д.Галкин, А.А.Хавыев, С.Е.Басалгин, В.П.Соловьев, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, С.В.Галкин - Перм. гос. с.х. акад. -Россия. - Опубл. 10.12.2008. - Бюлл. №34.

Формат 60х84'/16. Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ Отпечатано в ИПЦ «ПрокростЪ» Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н.Прянишникова, 614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23 Тел.210-35-34