автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса фракционирования зернового вороха на решетном стане зерноочистительных машин

На правах рукописи

0050Тиэо

ЧЕРНЫШОВ Алексей Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА НА РЕШЕТНОМ СТАНЕ ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)

і мар т

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж-2011

005011256

Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных машин федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I».

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Тарасенко Александр Павлович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Свиридов Леонид Тимофеевич

кандидат технических наук, доцент Шередекин Виктор Валентинович

Ведущая организация: ОАО « Воронежсельмаш»

Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ.

Автореферат размещен на сайгах http://ww.vsaii.ru и http://www.vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан « 13 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

И. В. Шатохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одной из важнейших задач агропромышленного комплекса России является увеличение производства зерна, что позволит решить проблему надежного обеспечения населения продовольствием. Основными путями решения данной проблемы являются повышение урожайности и снижение потерь зерна на всех стадиях производства. Причина низкой урожайности зерновых в нашей стране - плохое качество семян. Несвоевременно обработанное зерно является благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов, поражающих семена и ухудшающих их посевные и товарные качества. Поэтому свежеубранный зерновой ворох необходимо на ранней стадии его послеуборочной обработки очищать по мере его поступления на ток от засорителей, дробленого, травмированного, биологически неполноценного зерна. При этом наибольший эффект достигается при использовании технологии фракционирования с увеличением производительности зерноочистительных машин. Однако повышение производительности решетных машин в значительной степени лимитируется габаритами сепаратора, поэтому одним из способов решения данной проблемы является рациональная компоновка решет в решетном стане.

Предлагается усовершенствовать процесс фракционирования зернового вороха на решетном стане зерноочистительных машин за счет выбора рациональной компоновки решет. Это позволит получить зерно, отвечающее посевным и товарным качествам, при увеличении производительности зерновых очистительных машин.

Степень разработанности проблемы. Вопросам плоскорешетного сепарирования зернового вороха посвящены труды В.П. Горячкина, М.Н. Jle-тошнева, И.Е. Кожуховского, В.А. Кубышева, H.H. Ульриха, Г.Д. Терехова, И.И. Блехмана, И.И. Быховского, И.Ф. Гончаревича, В.В. Гортинского, П.М. Заики, Л.Т. Свиридова, А.И. Петрусова, В.М. Цециновского, B.C. Быкова, А.П. Тарасенко, В.И. Оробинского, Ю.И. Ермольева, А.Н. Зюлина, С.С. Ямпилова, И.П. Лапшина и др.

Установлено, что на эффективность решетного сепарирования в целом влияет много факторов, характеризующих свойства, состав смеси, интенсивность ее поступление в единицу времени, а также технологические схемы разделения вороха. Действие этих факторов оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на качество очистки зернового материала и производительность зерноочистительных машин.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане путем выбора рациональной схемы компоновки решет для повышения производительности и качества очистки.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило: - предложить техническое решение для повышения производительности шес-тирешетного двухъярусного стана и качества фракционирования зернового вороха;

- разработать математическую модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, с обоснованием возможности повышения производительности и улучшения качества очистки;

- обосновать рациональную схему компоновки решет для фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и режимы его работы;

- определить экономическую эффективность использования предложенного технического решения.

Объектом исследования являются технологический процесс фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и средства для его реализации.

Предметом исследований являются закономерности процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане.

Методологическая, теоретическая и экспериментальная база исследования. Теоретические исследования базировались на математическом моделировании процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане; экспериментальные исследования проводили в лабораторных условиях; результаты экспериментальных исследований обрабатывали с использованием пакета программ Microsoft Office, Microsoft Excel, Sta-tistica 7 и др.

Научная новизна:

- предложено техническое решение для повышения производительности и качества очистки при реализации процесса фракционирования зернового вороха;

- разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, отличающаяся тем, что позволяет выявить распределение зернового материала с учетом предложенной схемы компоновки решет и постановкой скатной поверхности под верхним сортировальным решетом;

- получены закономерности изменения качественных показателей фракционирования зернового вороха, отличающиеся учетом использования предложенной схемы компоновки решет в решетном стане.

Практическая значимость. Предложенная схема компоновки решет для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяет увеличить производительность решетного стана и получить зерно, отвечающее товарным и посевным качествам. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании, настройке и эксплуатации решетных станов зерноочистительных машин, а также в учебном процессе.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.20.01 -«Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)» (критерий П.8 «Положение о порядке присуждения ученых степеней» Минобрнауки России).

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные поло-

жения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических и учебно-методических конференциях Воронежского ГАУ (2006-2011гг.), научной конференции Воронежской ГТА (2009 г.). Данная тема отмечена научным грантом по программе «У.М.Н.И.К.» Российского фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 - в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, общим объемом 1,22 п. л (авторских 0,82 п. л.), получен 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 129 наименований, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 112 страницах компьютерного текста, включая 31 рисунок и 10 таблиц.

На защиту выносятся: математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с предложенной схемой компоновки решет позволяющая выявить распределение зернового материала с учетом постановки скатной поверхности под верхним сортировальным решетом; техническое решение для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяющее повысить производительность решетного стана и полноту выделения примесей; закономерности изменения качественных показателей фракционирования зернового вороха, учитывающие использование предложенной схемы компоновки решет в решетном стане. " .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель исследований, объект и предмет исследований, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены основные показатели качества семян пшеницы, а также различные схемы расположения решет в решетных станах, применяемых для фракционирования зернового вороха.

При рассмотрении конструкций решетных станов установлено, что получение качественного зернового материала возможно путем выделения в фуражную фракцию биологически неполноценных семян. Наиболее эффективно это достигается на шестирешетных двухъярусных станах. Однако существуют недостатки рассмотренных устройств, заключающиеся в том, что сепарирующие возможности каждого типа решет, особенно с учетом разделения на фракции, реализуются не в одинаковой мере, что снижает качество очистки и производительность решетных станов. Не стоит забывать о том, что сход с верхнего яруса решет количества зернового вороха не должен превышать допустимую по агротребованиям величину потерь зерна, а проход -обеспечивал равномерную загрузку решет нижнего яруса. Нерациональная компоновка решет в решетных станах, выбор их параметров и режимов рабо-

ты существующих машин не позволяют полностью реализовать их технические и технологические возможности. Большинство технических решений, направленных на улучшение процесса фракционирования, содержат решетные станы с дополнительными устройствами, что приводит к снижению их эксплуатационной надежности и удорожанию конструкции.

Перечисленные недостатки можно устранить путем выбора рациональной схемы размещения решет в решетном стане. Предполагается, что разработка высокоэффективного решетного стана, выполняющего обработку зернового вороха на решетах с выделением основной, отходовой и фуражной фракций, позволит снизить металло- и энергоемкость технологического процесса, повысить производительность воздушно-решетных зерноочистительных машин.

Во второй главе «Теоретические исследования работы решетного стана зерноочистительной машины» разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с обоснованием длины скатной доски, обеспечивающей подачу фуражной фракции на начало подсевного решета, позволяющая повысить его производительность и полноту выделения примесей.

Для очистки зернового материала и разделения зерна на фракции по крупности (толщине или ширине) частиц предложен модернизированный решетный стан с двухъярусным расположением решет (рисунок 1).

Решетный стан зерноочистительной машины представляет двухъярусно расположенные сепарирующие поверхности и состоит из остова 1, сортировальных решет 2, 3 и 4, из которых решето 2 установлено в начале верхнего яруса, а 3 и 4 - в конце нижнего яруса, колосовых решет 5 и б, лотка 7 для вывода крупных примесей, подсевного решета 8, скатных поверхностей 9 и лотка 10 для вывода мелких примесей, разгрузочного канала 11с установленной над ним двухскатной поверхностью 12, скатных поверхностей 13 и лотка для вывода фуражной фракции 14, сетки 15.

вывода крупных примесей; 8 - подсевное решето; 9 - скатная поверхность мелких примесей; 10 - лоток для вывода мелких примесей; 11 - разгрузочный канал; 12 - двухскатная поверхность; 13 -скатная поверхность для фуражной фракции; 14 - лоток для вывода фуражной фракции; 15 - сетка Рисунок 1 - Схема модернизированного шестирешетного двухъярусного стана

Модернизированный решетный стан работает следующим образом: зерновой ворох подается на сортировальное решето 2 верхнего яруса и при колебании решетного стана происходит его сепарация. Мелкие засорители и

мелкая часть зерновок перераспределяются в нижний слой и, просыпаясь через сортировальное решето 2, поступают на подсевное решето 8, а оставшаяся часть зернового вороха идет сходом последовательно на колосовые решета 5 и 6, где зерно просыпается на сортировальные решета 3 и 4 нижнего яруса, а крупные примеси сходят в лоток 7 и выводятся из машины. Для предотвращения попадания проходовой части зерна через конечную часть сортировального решета 2 на конечную часть подсевного решета 8 и через начало колосового решета 5 в разгрузочный канал 11 над ним установлена двухскатная поверхность 12. Зерно, просыпавшееся через конечную часть сортировального решета 2, подается на часть двухскатной поверхности 12, наклоненной навстречу зерновому потоку, и перемещается к началу подсевного решета 8. Это повышает полноту выделения мелких примесей из поступившей на подсевное решето 8 части зернового вороха. Зерно, просыпавшееся через начальную часть колосового решета 5, подается на часть двухскатной поверхности 12, наклоненной по ходу движения зернового потока, перемещается по ней на сортировальное решето 3 и не попадает в разгрузочный канал И, т. е. предотвращается попадание крупного полноценного зерна в фуражную фракцию. Из вороха, поступившего на подсевное решето 8, проходом выделяются мелкие примеси и поступают на скатную поверхность 9, по которой они перемещаются в лоток 10 и выводятся за пределы машины. Оставшееся на подсевном решете 8 зерно представляет фуражную фракцию, которая сходит по нему в разгрузочный канал 11 и поступает на скатную поверхность 13 и по ней в лоток 14. Из зернового вороха, поступившего на сортировальные решета 3 и 4, выделяется проходом более мелкая часть вороха и дробленое зерно, которые поступают на скатные поверхности 13, где объединяются с зерном, сошедшим с подсевного решета 8, и через лоток 14 выводятся из машины. Это зерно представляет фуражную фракцию. Сходом с сортировального решета 4 идет очищенное зерно, которое по сетке 15 или приемнику (не показан) вводится в канал второй аспирации.

Таким образом, модернизированный решетный стан позволяет разделить зерновой ворох на две фракции: фуражное и очищенное зерно, а также выделить из исходного зернового материала мелкую и крупную примеси.

Дня рассмотрения работы решетного стана предложена математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с установкой дополнительной скатной доски, позволяющая определить разделение материала на фракции в зависимости от подачи.

В общем виде на верхний ярус (рисунок 1) поступает количества зернового вороха, а на нижний - проход по всей его длине.

Используя коэффициенты сепарации зернового материала на отдельных решетных полотнах, построим аналитические модели процесса фракционирования зернового вороха на решетном стане с предложенной схемой. Дня вычислений примем средний приведенный коэффициент сепарации зерна, имеющий постоянное значение для решет с одинаковыми размерами отверстий.

Известна формула для нахождения схода зерна с решета в зависимости от его длины и сепарирующей способности, предложенная М. Н. Летошне-вым

У = У9-е-"г, (1)

где у0 - подача вороха на начало решета; ц - коэффициент сепарации; £ - длина решета, м.

Для вычисления количества зернового вороха, поступившего в основную, фуражную, отходовую фракции, и потерь, идущих сходом с колосового решета, определим технологические показатели Укт, Укт, определяющие функционирование отдельных решет в рассматриваемом решетном стане, используя закон сепарации (формула 1).

Решетные поверхности, расположенные друг под другом, имеют равные длину Ькт и ширину Ькт, где индексы кт,стоящие при символах здесь и далее, определяют номер яруса (первая цифра) и номер решета (вторая цифра) решетного стана.

Тогда количество вороха Ук„, сошедшего с кт-го решета, определяется выражением

^кт ~ Ук(т-І) " Є

(2)

где - количество зернового вороха, сошедшего с к(т-1)-го решета;

[лкт — коэффициент сепарации для кт-то решета; Ькт - длина кт-го решета.

С учетом уравнения 2 на у г

участке х (рисунок 2) с верхнего на нижнее решето поступит

1-е-"'"*). (3)

Дифференцируя уравнение 3, получим формулу, характеризующую интенсивность сепарации на произвольном элементарном участке по длине решета верхнего яруса решет. Тогда количество зерна, просыпающегося на участке сЬс с верхнего решета на нижнее, представляет собой загрузку нижнего решета на этом участке

У/Л У//Л и/М V.'V,

V/, •А V. УЛ \>//Л V///.

X ах

и Ця

1 - верхнее кш-е решето верхнего яруса; 2 - нижнее (к+1)т-е решето нижнего яруса Рисунок 2 - Схема к определению схода фракций с решет нижнего яруса

'¡Укт=Укт-И1т-е-^-<1Х. (4)

В процессе дальнейшей сепарации на участке сЬс на нижнем решете из этого вороха останется

<1У(к+1)т ~ ¿У.

(5)

Выражение представляет собой сход вороха с нижнего решета на этом участке. Проинтегрировав выражение 5, мы получим общее количество

8

вороха У<м)т, сошедшего с нижнего решета

V - ^'Г АУ' „-'Чч^км)--*) (6)

О

Коэффициенты сепарации зернового вороха для рабочих элементов решетного стана можно рассчитать по формулам 2 и 6 на основе

экспериментальных данных, полученных опытным путем.

В случае, когда, соответственно, в верхнем ярусе последовательно установлены колосовые решета с одинаковыми размерами отверстий, а в нижнем сортировальные, то они будут работать как одно. Тогда длина этих решет составит 2Ь (при 1кт = Ь[1+1)„ = 1и = ¿,2 = Аз = ¿21 = ¿22 = ¿23 = ¿)> а ко" эффициенты сепарации примут вид

Рк-Рп-Нз*

Ис = И22=Нп>

где цк, Я|2. Иц- коэффициенты сепарации зернового вороха на колосовом решете верхнего яруса; цс, ¡лп, цгз - коэффициенты сепарации зернового вороха на сортировальном решете нижнего яруса.

Используя вышеприведенную методику, можно вычислить количества зернового вороха, сошедшего с различных решет и поступившего в основную (Уфо), фуражную (УФФ) и отходовую (УФ01) фракции, а также сход с колосового решета (Уп) по выражениям

V _у Ик /--Й.ч^-^ (21.) _ (9)

Уфф - Ук

"Лі

Ус-У¡С

'ФОг

Уп —

1-е

Я21-Я11

21 і)

(10)

(И) (12)

где /л,, - коэффициент сепарации зернового вороха на сортировальном решете верхнего яруса; - коэффициент сепарации зернового вороха на подсевном решете нижнего яруса.

Произведем расчеты зависимости выхода фракций от подачи материала, 20 30 40 50 60 "0\\-.т."ч при стандартных длинах решет (£=0,79 м, Рисунок 3 - Влияние подачи материала ¿=0,99^), результаты которых представ-на выход зернового вороха Уфо в ос- дены на рисунках 3 _ 6. новную фракцию

Уфо.% 85.0

в:.о 78.0 74.0

- 0.79

1- \ 0.99.

/

У**,Ц 18.0

14.0

10.0

6.0

L=0.i 9м

£= 179л

1.5 1.0 0.5 0.0

О

— ^L=l 79м

L=C 99м

20 30 40 50 60 70W. т/ч Рисунок 5 — Влияние подачи материала на выход зернового вороха Y®o, в отходовую фракцию

20 30 40 50 60 70 V/, т/ч Рисунок 4 - Влияние подачи материала W на выход зернового вороха в фуражную фракцию

Расчеты показали, что с увеличением подачи материала на решетный стан до 72 т/ч выход зернового вороха в основную фракцию возрастает с 84,22 до 89,48 % (при £=0, 79 м). В случае, когда Ь=0,99 м при подаче больше 54 т/ч, данный показатель снижается до 86,15 %. Выход фуражной и отходо-вой фракций в обоих случаях уменьшается.

Для предварительной очистки зернового вороха на верхнем ярусе следует устанавливать такие решета, чтобы количество зерна, сходимого с конечного решета верхнего яруса, не превышало агротехнически допустимой величины.

Рассмотрим два варианта компоновки решет в верхнем ярусе (рисунок 6). В первом варианте в верхнем ярусе последовательно установлены два сортировальных и колосовое, а во втором - сортировальное и два колосовых решета, т. е. площадь колосовых решет, увеличилась в два раза. С увеличением подачи материала с 21,6 до 72 т/ч количество зернового вороха, идущего сходом с верхнего яруса, увеличивается в первом варианте до 6,30 % и во втором - до 0,45 %.

Теоретические исследования показали, что в решетном стане заложена потенциальная возможность дальнейшего повышения производительности. По рассчитанным данным оптимальная производительность одного решетного стана составляет не меньше 50 т/ч (предварительная очистка), при которой потери сходом с колосового решета не превышают 0,5 %, выход основной фракции - 89,0 %, фуражной фракции - 10,5 %.

Одним из путей снижения выхода засорителей в лоток вывода фуражной фракции и тем самым повышения эффективности работы подсевного решета является установка скатной доски под сортировальным решетом верхнего яруса, по которой зерновой ворох, просыпающийся через заданную часть сортировального решета, подается на подсевное решето на расстоянии X от его начала. При изменяющейся длине X (рисунок 7) сход с подсевного

0.00

20

30

40 50 60 70

W.t/Ч

1— решетный стан с одним колосовым решетом, 2 - решетный стан е двумя колосовыми решетами

Рисунок 6 - Влияние подачи материала на потери зернового вороха Уп, идущего сходом с колосового решета для решет длиной ¿=0,79 м

и

У/Л ША. Ч//М ВШ УШ

-ггт-Р777:

ржі......ллил.. X ваа*— с/х

и

решета будет равен

V V (*и

Иг\ "-"и

К этому количеству зерна добавляется сход со скатной доски. Сход зернового вороха с участка решета, равного (I¡1-х), можно определить, применив известный закон сепарации. Загрузку нижнего решета на расстоянии X от его

¡-сортировальное решето верхнего яруса начала М0ЖН0 представить как решет; 2-скатная поверхность;

<7о = 12и+?Р

(14)

3-подсевное решето нижнего яруса решет Рисунок 7 - Схема к определению

выхода отходовой фракции с учетом где д,- сход зернового вороха со скат-установки скатной поверхности ной доски, который равен

(15)

Тогда сход зернового вороха с подсевного решета длиной будет равен

Согласно закону сепарации выход фракции отходов с учетом установки скатной поверхности длиной 1=Ь2і-х определяется выражением

1ФОт

ю

х(і-£Г""')

Мп

(17)

Проведем расчет зависимости количества зернового вороха Уфо,, поступающего в лоток отходовой фракции, от подачи материала IV на решетный стан при различных длинах скатной поверхности (рисунок 8), используя уравнение 17.

У, % 1.50 1.00 0.50 0.00

1=0 и

1-0.3 і 1 » 1-О.Зм

1-0.7 л ¡=0, 99м

20 30 40 50 60 70 щ ^

Рисунок 8 - Выход зернового вороха в отходовую фракцию Уфо в зависимости от подачи материала XV на решетный стан при различных длинах / скатной поверхности (при Ь=0,99 м)

Анализ рисунка 8 показывает, что сепарирующая способность подсевного решета с увеличением длины скатной поверхности повышается, т. е. ко-

личество выделенного сыпучего материала без установки скатной поверхности в 2 раза меньше, чем с её наличием.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа экспериментальных исследований, методика их проведения и обработки полученных результатов, описаны приборы, которые были использованы при проведении экспериментальных исследований.

Программой экспериментальных исследований предусматривали: исследование количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы фракционирования его на решетах; исследование влияния производительности решетного стана на фракционирование зернового вороха озимой пшеницы; исследование влияния схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха; исследование эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане.

Экспериментальные исследования проводили в лаборатории кафедры сельскохозяйственных машин Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I.

Для исследований влияния производительности и схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование нами была использована экспериментальная установка (рисунок 9). Установка имеет возможность смены решет, а также регулирования конструктивных и режимных параметров. При проведении исследований использовали стандартные решета длиной 0,79 м. д. А. X А,

1 - кривошипно-шатунный механизм; 2- решетный стан; 3 - отражательная

поверхность; 4 - клеточная рамка; 5 - шарик; 6 - решето; 7 - дозирующая заслонка; 8 - бункер; 9 - направляющие; 10 - регулировочные кронштейны; 11-подвески; 12, 13 - скатные поверхности; 14—приемник для схода; 15-приемник для прохода; 16-подставка; 17-рама; 18-электродвигатель; 19-вариатор Рисунок 9 - Схема экспериментальной установки

Для исследования эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане нами была разработана и изготовлена экспериментальная установка, с реальными размерами решетного стана, устанавливаемого на зерноочистительной машине ОЗФ-80/40/20 с шириной, равной 0,3 м (рисунок 10). При проведении эксперимента использовали стандартные решета длиной 0,99 м. Величину подачи зернового материала пересчитывали на реальную ширину зерноочистительной машины 1,5 м.

1 - воздушная часть машины; 2 - дозирующее устройство; 3- рама; 4 - решетный стан Рисунок 10-Общий вид экспериментальной установки

Отбор образцов, их анализ и обработку полученных результатов проводили по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТов с использованием лабораторного решетного классификатора У1-ЕРЛ-2-1, электронных весов

с точностью 0,01 г, диафаноскопа фотоэлектрического «Янтарь», а также других современных приборов и оборудования. При анализе зернового вороха определяли его фракционный состав, массу 1000 зерен, стекловидность и содержание клейковины, уровень травмирования, лабораторную всхожесть. Обработку результатов исследований проводили с использованием методов математической статистики и пакета статистических программ 8ТАТ18Т1КА 7.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»

приведены результаты исследований и дан их анализ.

В результате исследований количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы его фракционирования на решетах установлено, что на решете с шириной отверстий меньше 2,6 мм выделяется зерно с массой 1000 зерен меньше 27,7 г, его стекловидность не превышает 43 %, а содержание клейковины - 32 %. Такое зерно имеет пониженную лабораторную всхожесть семян. По совокупности всех показателей качества оно является биологически неполноценным зерном, которое больше травмируется при уборке и послеуборочной обработке. Сделанный по фракциям анализ качества зерна показал, что на самой ранней стадии послеуборочной обработки его необходимо разделять на семенную, фуражную и отходовую фракции. В семенную фракцию выделять зерновки размером больше 2,6 мм и в фуражную меньше 2,6 мм (для данного зернового вороха). Данные о качестве зерна основной и фуражной фракций после обработки зернового вороха приведены в таблице 1.

Показатели Исходный ворох Основная фракция Фуражная фракция

Содержание зерна, %: дробленого травмированного в пленке 1,32 29,10 1,24 0,35 29,00 1,37 6,63 31,96 0,60

Засоренность, % 0,33 0,16 1,25

Масса 1000 зерен, г 38,77 42,12 24,03

Лабораторная всхожесть, % 94,70 96,75 91,86

Стекловидность, % 59,46 65,30 33,30

Содержание клейковины, % 34,51 35,90 30,10

75 70 65

10 -9 8

7 ■ 6

20

Ч-1- 1 з

Т^Ч; ■ --- а

2

♦ *"" ■ -С 1

В

2

* V. -ч

1

*

Из анализа данных, представленных в таблице 1, видно, что качество зерна, выделенного в основную фракцию, по всем показателям отвечает требованиям к посевному материалу. Зерно же, выделяемое в фуражную фракцию, имеет низкую массу 1000 зерен, т.е. несмотря на то, что оно имело высокую лабораторную всхожесть семян, его биологический потенциал был низким. Кроме того, в фуражную фракцию выделяется большая часть зерна дробленого, травмированного и биологически неполноценного, а также засорителей.

Исследования по влиянию »о • производительности и схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха проводили в лабораторных условиях при обработке зернового вороха озимой пшеницы влажностью 14 % с содержанием зерна целого 92,72 %, дробленого - 0,87, в пленке - 1,19 и засорителей - 5,22 %.

Исследованы три варианта компоновки решет в решетном стане. В первом варианте в верхнем ярусе установлены последовательно два сортировальных решета и колосовое с шириной отверстий 2,6 и 4,0 мм, а в нижнем - два подсевных и сортировальное с шириной отверстий 1,7 и 2,6 мм. Во втором варианте в верхнем ярусе установлены последовательно сортировальное решето и два колосовых с шириной отверстий 2,6; 3,4 и 4,0 мм, а в нижнем - подсевное и два сортировальных решета с шириной отверстий, 1,7 и 2,6 мм. В третьем варианте в верхнем ярусе установлены сортировальное и два колосовых решета с шириной отверстий 2,6 и 4,0 мм, а в нижнем - подсевное и два сортировальных решета с шириной отверстий 1,7 и 2,6 мм. В нижнем ярусе проход через подсевное решето выводили в отходовую фракцию, а сход - через разгрузочный канал в фуражную фракцию.

Результаты исследований (рисунок 11) показывают, что в третьем варианте с увеличением подачи зернового вороха на решетный стан с 21,6 до

Сход С КОЛОСОВОГО -решета

2

и 1,0 0,8 0,6 0,4

\

Отходы

ч*

*

3

•2

30

50

7'»\т/ч

1, 2, 3 - варианты схем расстановки решет

в решетном стане Рисунок ! 1 - Влияние производительности решетного стана на фракционирование зернового вороха озимой пшеницы

72,0 т/ч остается практически постоянным выход основной фракции, уменьшается выход фуражной фракции с 10,46 до 10,22 % и отходов - с 1,3 до 0,6 %, а сход с колосового решета возрастает с 0,05 до 0,39 %.

Во втором варианте уменьшается выход основной фракции с 89,62 до 86,09 %, фуражной - с 10,16 до 6,89 % и отходов - с 1,64 до 0,51 %, но возрастает сход с колосового решета с 0,08 до 6,5 %.

В первом варианте уменьшаются выход основной фракции с 89,06 до 67,45 %, фуражной - с 8,78 до 6,98 % и отходов - с 1,57 до 1,04 %, но возрастает сход с колосового решета - с 0,59 до 24,53 %. Следовательно, в первом варианте существенно возрастает сход полноценного зерна с колосового решета. Устранить это позволяет увеличение в два раза площади колосовых решет. Лучшие показатели получены в третьем варианте при установке в верхнем ярусе последовательно двух колосовых решет с шириной отверстий 4 мм.

При обработке товарного зерна для большей производительности возможна установка последовательно двух колосовых решет в верхнем ярусе, что позволяет получить более качественное зерно. Предложенная в третьем варианте схема расстановки решет в решетном стане позволила увеличить его производительность в 1,25... 1,8 раза, в зависимости от вида обработки зернового вороха, при увеличении выделения в 1,34 раза фуражной фракции, потери сходом не превышают 0,5%. Величина максимального и среднего относительного отклонения экспериментальных значений количества выхода в основную фракцию соответственно составляет: 5тах = 0,015 и 8ср = 0,011.

Исследования показали, что схема размещения решет в решетном стане влияет на фракционирование зернового вороха. В третьем варианте, по сравнению с первым в основной фракции уменьшилось содержание целого зерна с 97,55 до 97,30 %, дробленого - с 0,61 до 0,37 %, но при этом несколько увеличилось содержание зерна в пленке - с 0,80 до 1,22 % и засорителей - с 1,04 до 1,11 %. Это объясняется тем, что при увеличении ширины отверстий второго решета верхнего яруса с 2,6 до 4,0 мм на нижний ярус решет просыпается больше дробленого зерна и в пленке, а также засорителей, т.е. они подаются в основную фракцию.

Часть этих компонентов выделяется на сортировальных решетах нижнего яруса в фуражную фракцию, а остальные сходят с основной фракцией. Это привело к увеличению некоторого количества зерна в пленке и засорителей в основной фракции. Уменьшение содержания дробленого зерна в основной фракции получено благодаря увеличению площади сортировальных решет в нижнем ярусе, где вместо второго подсевного решета с шириной отверстий 1,7 мм установлено сортировальное с шириной отверстий 2,6 мм. Через два последовательно установленных в нижнем ярусе сортировальных решета выделяется больше зерновок в пленке и засорителей в фуражную фракцию. Их содержание в первом варианте составило 0,25 и 10,35 %, а в третьем -0,52 и 22,08 %. Предложенная в третьем варианте схема расстановки решет в решетном стане позволила увеличить в 1,12 раза выделение мелких зерновок в фуражную фракцию, снизить в 1,65 раза содержание дробле-

15

ного зерна, увеличить в 1,52 раза зерновок в пленке при примерно одинаковом содержании засорителей в основной фракции.

Исследование эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане проводили при обработке зернового вороха озимой пшеницы влажностью 14 % с содержанием зерна целого 92,49 %, дробленого - 1,09, в пленке - 1,19 и засорителей -4,40 %. В соответствии с размерными характеристиками зернового вороха на стан установили сортировальные решета с шириной отверстия 2,6 мм, колосовые - 3,6 мм, подсевное —1,7 мм.

Решетный стан выделяет основную фракцию (рисунок 12) в количестве до 90 % зернового вороха, причем с увеличением подачи до 54,36 т/ч выход фракции возрастает, затем незначительно падает. Это связано с тем, что при больших подачах у колосовых решет снижается сепарирующая способность и, как следствие, увеличиваются потери за решетным станом (рисунок 15). Выход фуражной фракции (рисунок 13) уменьшается с 33,02 до 8,40 %. Количество вороха, выносимого в отходовую фракцию (рисунок 14), снижается.

90 80 70 60

г-0.1 19х2 + Т?*= 1.8035 П :+44.< 46

*

л/ и

/

30 20 10 0

= 38. іМе* 0.937 УН л 1

к А

'♦зі

10 20 30 40 50 60 Ш,т/ч Рисунок 12 - Влияние подачи материал на выход Уфо основной фракции

10 20 30 40 50 60 V?, т/ч

Рисунок 13 - Влияние подачи материал \У на выход Уфф фуражной фракции

Уо.% 0.60

0.40

0.20

0.00

♦

У' Е1* = 0. '481

▼ ** <

Уп, % 1.50

1.00

0.50

0.00

г = ПГ1 К. 1 »

Я2= 3.853! /

* <

10 20 30 40 50 60 ГС.тЛ

10

20 30

40

50 60 у/ т/ч

Рисунок 15 - Влияние подачи материала V/ на потери УП, идущие сходом с колосового решета

Рисунок 14 - Влияние подачи материала \У на выход Уо отходов из фуражной фракции

Величина максимального и среднего относительного отклонений экспериментальных значений количества зернового вороха в основной фракции от расчетных (при Ь=0,99 м) составляют: 5тах = 0,0239 и 8ср = 0,0176.

Полнота разделения зернового вороха решетным станом по агротребо-ваниям должна составлять при очистке зерна на семенные целиек = 0,80, при

первичной очистке еь = 0,60 и при предварительной очистке еь = 0,50. Допустимые потери зерна в отходовую фракцию (не более 0,5%) еь = 0,995.

Є**

0.80 0.60 0.40 0.20 0.00

10 20 30 40 50 60

Рисунок 16 -Зависимость полноты выделения фуражной фракции из исходного вороха от подачи материала W

Результаты исследований, представленные на рисунке 16, показывают, что с увеличением подачи на решетный стан полнота выделения фуражной фракции снижается, так как сортировальные решета работают при нагрузке, близкой к максимальной, при этом мелкие зерновки не успевают перераспределиться в нижние слои.

На рисунках 17-19 представлены зависимости полноты выделения (выражены в долях) дробленого зерна, засорителей и зерна в пленке в зависимости от подачи материала.

У = Б |.1ЫМ< ' = (1.9? 72

о-

V < >

О-В-

N

1

10 20 30 40 50 60 щт/ч

Рисунок 17 - Влияние подачи материала на полноту выделения дробленого зерна Едз из исходного вороха

5>А

< >

10 20 30 40 50 60

Рисунок 18 - Влияние подачи материала W на полноту выделения засорителей ез из исходного вороха

Д-ч,

и

і

10 20 30 40 50 60 щт/ч

Рисунок 19 - Влияние подачи материала \У на полноту выделения зерна в пленке еп из исходного вороха

17

Анализ результатов исследований (рисунки 16 — 19) показал, что с увеличением производительности с 11,91 до 60,00 т/ч полнота выделения дробленого зерна из исходного вороха снижается с 0,81 до 0,39, засорителей - с 0,79 до 0,44, зерна в пленке - с 0,83 до 0,17.

Масса 1000 зерен, с увеличением производительности в основной фракции, снижается с 42,43 до 39,67 г, фуражной фракции - с 29,01 до 28,23 г. Это связано с тем, что часть зерна идет сходом с колосового решета. Видно, что качество зерна в основной фракции выше, чем в фуражной.

Исследования показали, что режимам вторичной (семенной режим), первичной и предварительной очисток с учетом полноты выделения фуражной фракции, засорителей, дробленого зерна, зерна в пленке соответствуют производительности одного решетного стана, равные 17,05 т/ч; 25,00 и 50,63 т/ч.

В пятой главе «Экономическая оценка эффективности решетного стана» приведены расчеты показателей экономической эффективности реконструированных решетных станов зерноочистительной машины ОЗФ-80/40/20.

Как показали расчеты, годовой экономический эффект от внедрения модернизированного решетного стана составляет 2 727,9 тыс. руб., размер экономического эффекта за срок службы - 36 098 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложено новое техническое решение (патент на полезную модель № 104490) для реализации процесса фракционирования зернового вороха, позволяющее повысить производительность решетного стана и полноту выделения примесей.

2. Разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, позволяющая определить выходы по фракциям с учетом длины дополнительной скатной доски. Модель доказывает возможность и целесообразность реализации предложенного технического решения.

3. Теоретически обосновано и предложено, что для повышения эффективности работы подсевного решета необходимо под верхним сортировальным решетом установить скатную поверхность длиной не менее 0,7 м (при длине решета 0,99 м), при этом выделение отходовой фракции из фуражной увеличится с 0,33 до 0,64 %.

4. По результатам лабораторных исследований выявлено, что предложенная схема решетного стана, с размещением в верхнем ярусе сортировального и двух колосовых, а в нижнем - подсевного и двух сортировальных решет,, позволила увеличить его производительность по сравнению с серийным до 50 т/ч при одновременном увеличении полноты выделения фуражной фракции в 1,34 раза, при потерях, идущих сходом с колосового решета, не выше 0,5 %. Полученные результаты указывают на адекватность математической модели.

5. В результате проведенных лабораторных исследований установлено, что применение одного разработанного решетного стана обеспечивает получение зернового материала требуемых кондиций, может применяться для предварительной, первичной и вторичной обработки зернового вороха при производительности соответственно 50 т/ч, 25 и 17 т/ч.

6. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения модернизированного решетного стана составляет 2727,9 тыс. рублей, размер экономического эффекта за срок службы составляет 36098 тыс. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Тарасенко, А. П. Обоснование схемы расстановки решет в решетном стане / А. П. Тарасенко, В. И. Оробинский, А. В. Чернышов, А. А. Сундеев, А. М. Гиевский // Техника в сельском хозяйстве. - 2010. -№5 - С. 9-11.

2. Тарасенко, А. П. Повышение качества зерна /А. П. Тарасенко, В. И. Оробинский, М. Э. Мерчалова, А. В. Чернышов, С. В. Чернышов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 10 - С. 7 - 10.

Изобретения и полезные модели

3. Пат. №104490 Российская федерация, МПК7 В 07 В 1/30, В 07 В 1/46. Решетный стан / Тарасенко А. П., Оробинский В. И., Чернышов А. В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГАУ им. К. Д. Глинки №2010150434/03; заявл. 08.12.2010; Опубл.20.05.2011. Бюл.№14.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

4. Чернышов, А. В. Пути увеличения производительности решетного стана машины ОЗФ-80 / А. В. Чернышов // Ресурсосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве и технические средства их реализации: материалы межрегиональной научно-практической конференции. - Воронеж:

ВГАУ, 2009. - С. 40.

5. Чернышов, А. В. Обоснование фракционной схемы очистки семян на решетных станах с двухъярусным размещением решет / А. В. Чернышов// Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых / Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2009. - С.290 - 294.

6. Чернышов, А. В. Анализ зернового вороха, полученного при уборке комбайнами New Holland, при фракционировании его на решетах / А. В. Чернышов // Актуальные проблемы животноводства, ветеринарной медицины, переработки сельскохозяйственной продукции и товароведения: материалы международной научно-практической конференции. - Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2010.-С. 206-208.

7. Чернышов, А. В. Исследование работы решетного стана при фракционировании зернового вороха / А. В. Чернышов // Инновационные технологии и технические средства для АПК: материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященные 100-летию Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I. - Ч. IV - Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ. -2011.-С. 137-141.

Подписано в печать 9.02.2012 г. Формат бОхвО1/^. Бумага кн.-журн.

П.л. 1,0. Гарнитура Тайме. Тираж 100 экз. Заказ № 5742. Типография ФГОУ ВПО ВГАУ 394087, Воронеж, ул. Мичурина, 1

61 12-5/1988

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени императора Петра I»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА НА РЕШЕТНОМ СТАНЕ

Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени

На правах рукописи

ЧЕРНЫШОВ Алексей Викторович

ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Специальность - 05.20.01

кандидата технических наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук,

профессор А.П. ТАРАСЕНКО

Воронеж 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ............9

1.1. Анализ физико-механических свойств зернового вороха поступающего на послеуборочную обработку..........................................9

1.2. Фракционирование зернового вороха на решетах при различных схемах их расположения в решетном стане..........................13

1.3. Цель и задачи исследования.......................................................25

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ РЕШЕТНОГО СТАНА ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ..............................................27

2.1. Описание и принцип работы решетного стана зерноочистительной машины....................................................................27

2.2. Моделирование процесса фракционирования зернового вороха на решетном стане с двухъярусным расположением решет......30

2.3. Обоснование длины скатной доски...........................................52

Выводы.................................................................................................57

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................58

3.1. Программа экспериментальных исследований........................58

3.1. Описание экспериментальной установки.................................58

3.2. Методика проведения экспериментальных исследований......62

3.2.1. Методика исследования состава вороха по фракциям ..........................................................................................62

3.2.2. Методика определения стекловидности и содержания клейковины.....................................................................63

3.2.3. Методика определения уровня травмирования, массы 1000 зерен и лабораторной всхожести семян.......... ..............64

3.2.4. Методика исследования количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы фракционирования его на решетах.......................................65

3.2.5. Методика исследования влияния производительности решетного стана на фракционирование зернового вороха озимой пшеницы..................................................65

3.2.6. Методика исследования влияния схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха.................................................................................67

3.2.7. Методика исследования эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане...............................................68

3.2.8. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований.............................................73

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.. 75

4.1. Исследования количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы фракционирования его на решетах .......................................................................................................75

4.2. Исследования влияния производительности решетного стана на фракционирование зернового вороха озимой пшеницы.........88

4.3. Исследования влияния схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха......................93

4.4. Исследование эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане............................................................................................96

Выводы...............................................................................................

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ

РЕШЕТНОГО СТАНА........................................................................................103

5.1. Общие положения методики расчета экономической эффективности модернизированного решетного стана зерноочистительной машины ОЗФ-80/40/20.......................................... 103

5.2. Расчет годового экономического эффекта от реконструкции решетного стана зерноочистительной машины..........107

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ...................................................................................111

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...............................113

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................................127

ВВЕДЕНИЕ

Продовольственная безопасность Российской Федерации является одним из главных направлений обеспечения национальной безопасности страны в среднесрочной перспективе, фактором сохранения ее государственности и суверенитета, важнейшей составляющей демографической политики, необходимым условием реализации стратегического национального приоритета -повышение качества жизни российских граждан путем гарантирования высоких стандартов жизнеобеспечения. Определяющую роль в обеспечении продовольственной безопасности играет сельское хозяйство [112].

Зерновое производство Российской Федерации традиционно является основой всего продовольственного комплекса и наиболее крупной отраслью сельского хозяйства. Одна из важнейших задач агропромышленного комплекса России — устойчивое наращивание производства зерна, что позволит решить проблему надежного обеспечения населения продовольствием [9, 28].

Основные направления увеличения производства зерна — повышение урожайности и снижение потерь зерна на всех стадиях производства. Одной из причин низкой урожайности зерновых в нашей стране является плохое качество семян. По данным Госсеминспекции, в последние годы в России высевают не более 20,0 % высококлассных семян, а некондиционных — до 34,9 % [106]. Низкое качество семян в России объясняется высоким уровнем их травмирования при уборке и послеуборочной обработке, а также несвоевременной обработкой поступающего от комбайна зерна, из-за недостаточной производительности зерноочистительной и зерносушильной техники. По мнению академика В.И. Анискина, Э.В. Жалнина, А.Н. Зюлина, увеличение в семенном фонде доли семян, соответствующих по посевным качествам ГОСТ Р 52325-2005, до 60 % могло бы дать прибавку урожая в среднем на 0,6 т/га, до 80 % - 0,8 т/га, при 100 % - около 1,0 т/га, что позволило бы снизить и себестоимость производства зерна [4, 47, 55].

Несвоевременно очищенное зерно является благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов, поражающих семена и ухудшающих их товарные и посевные качества [58, 97]. Поэтому свежеубранный зерновой ворох необходимо незамедлительно очищать от засорителей, дробленого, травмированного, биологически неполноценного зерна на ранней стадии его послеуборочной обработки. В противном случае качество зерна резко снижается [59, 76].

Увеличение производительности машин для послеуборочной обработки зерна позволит незамедлительно, по мере поступления его на ток очищать от крупных и мелких засорителей, а также выделять в фуражную фракцию щуплое, дробленое и биологически неполноценное зерно с низкими посевными качествами. При этом наибольший эффект достигается при использовании технологии послеуборочной обработки зернового вороха с фракционированием и увеличении производительности зерноочистительных машин [14, 45, 46, 52, 54, 86, 92, 109, 107]. Однако повышение производительности в значительной степени лимитируется габаритами сепаратора, поэтому одним из способов решения данной проблемы является рациональная компоновка решет в решетном стане.

Настоящая работа посвящена совершенствованию процесса фракционирования зернового вороха на решетном стане зерноочистительных машин путем рациональной компоновки решет в решетном стане зерноочистительных машин и обоснования рациональных конструктивных и режимных параметров зерноочистительного агрегата

С учетом этого целью является совершенствование процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане путем выбора рациональной схемы компоновки решет для повышения производительности и качества очистки.

Объектом исследования являются технологический процесс фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и средства для его реализации.

Предметом исследований являются закономерности процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане.

Методологическая, теоретическая и экспериментальные базы исследования. Теоретические исследования базировались на математическом моделировании процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане; экспериментальные исследования проводили в лабораторных условиях; результаты экспериментальных исследований обрабатывали с использованием пакета программ Microsoft Office, Microsoft Excel, Statistica 7 и др.

Научная новизна:

- предложено техническое решение для повышения производительности и качества очистки при реализации процесса фракционирования зернового вороха;

- разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, отличающаяся тем, что позволяет выявить распределение зернового материала с учетом предложенной схемы компоновки решет и постановкой скатной поверхности под верхним сортировальным решетом;

- получены закономерности изменения качественных показателей фракционирования зернового вороха, отличающиеся учетом использования предложенной схемы компоновки решет в решетном стане.

Практическая значимость. Предложенная схема компоновки решет для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяет увеличить производительность решетного стана и получить зерно, отвечающее товарным и посевным качествам. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании, настройке и эксплуатации решетных станов зерноочистительных машин, а также в учебном процессе.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.20.01 -«Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)» (критерий П. 8 «Положение о порядке присуждения ученых степеней» Минобрнауки России).

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических и учебно-методических конференциях Воронежского ГАУ (2006 -2011 гг.), научной конференции Воронежской ГТА (2009 г.). Данная тема отмечена научным грантом по программе «У.М.Н.И.К.» Российского фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 - в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, общим объемом 1,22 п. л (авторских 0,82 п. л.), получен 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 129 наименований, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 112 страницах компьютерного текста, включая 31 рисунок и 10 таблиц.

На защиту выносятся: математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с предложенной схемой компоновки решет позволяющая выявить распределение зернового материала с учетом постановки скатной поверхности под верхним сортировальным решетом; техническое решение для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяющее повысить производительность решетного стана и полноту выделения примесей; закономерности изменения качественных показателей фракционирования зернового вороха, учитывающие использование предложенной схемы компоновки решет в решетном стане.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 .Анализ физико-механических свойств зернового вороха поступающего на послеуборочную обработку

Физико-механические свойства поступающего на послеуборочную обработку зернового вороха являются одним из важных факторов, влияющих на эффективность послеуборочной обработки зерна.

Поступающий от комбайнов на тока хозяйств зерновой ворох характеризуется влажностью, засоренностью. В зависимости от применяемой технологии уборки, уровня агротехники, почвенно-климатических условий, температуры и влажности воздуха, количества осадков, продолжительности росы, спелости хлебов, продолжительности работы комбайнов за сутки, тщательности их регулировок, качественных характеристик комбайнового вороха (влажность и относительное содержание различных компонентов) зависят качественные и количественные показатели потока зернового вороха [59].

Зерновой ворох, поступающий от комбайнов на пункты послеуборочной обработки зерна, представляет собой механическую смесь различных компонентов (из полноценных, щуплых и поврежденных семян основной культуры, семян других культур и сорных растений). В ворохе также присутствуют примеси минерального и органического происхождения.

По данным разных авторов [1, 11, 12, 13, 30, 39, 40, 41, 57, 98, 106,127, 128], количество семян основной культуры в зерновом ворохе изменяется в широких пределах и составляет от 72 до 99 %. Минеральная примесь, такая, как пыль минерального происхождения, песок, комочки земли и др., составляет не более 1,0... 1,5 % от массы поступающего на обработку зернового вороха [73]. Остальная часть вороха - семена и соцветия сорных растений, содержащие до 50...80 % воды, оказывают активное отрицательное воздействие на состояние и сохранность зерна [58].

Задача послеуборочной обработки — сохранение собранного урожая и доведение зернового материала до необходимого качества за счет удаления излишней влаги, семян других культур, дефектного зерна, примесей минерального и органического происхождения, т. е. получение семенного, продовольственного и фуражного зерна, соответствующего определенным нормативным требованиям [16, 26, 59, 73,104, 106]. Основными показателями товарного зерна являются следующие качества: засоренность, влажность, масса 1000 зерен, натура, запах, вкус, цвет, зараженность вредителями [38, 40].

Семена как посевной материал характеризуются посевными качествами. Под посевными качествами семян понимают совокупность признаков, характеризующих пригодность семян для посева [37, 38, 87, 72, 121].

Посевные качества семян резко улучшаются при своевременном удалении из зерновой массы сорняков, зеленых частей растений, пыли и значительного количества микроорганизмов.

Уже в первые часы хранения повышается интенсивность дыхания в необработанном зерновом ворохе повышенной влажности и засоренности, что ведет к частичной или полной порче зерна, повышению температуры, появлению плесневых грибов и бактерий. Зерновой ворох с влажностью более 20 % и температурой 10... 16 °С для безопасного хранения должен быть обработан в течение суток [129].

По данным исследователей, уже на третьи сутки хранения необработанного зернового вороха семенного назначения при исходной влажности 28,3 % его температура возросла с 27 до 43 °С, энергия прорастания снизилась с 62 до 8 %, а всхожесть - с 82 до 20 % [26, 79].

Важнейшей характеристикой поступающего на обработку зернового вороха, влияющей на технологию дальнейшей обработки семян, является влажность [7, 120]

В уборочный период влажность зерна основной культуры изменяется от 16 до 52 %. Влажность вегетативных частей растений, в свою очередь, нередко достигает 50.. .80 % [91].

Зерно основной культуры также неоднородно по влажности и включает спелые и недозревшие зерновки. Уровень варьирования влажности отдельных зерновок в свежеубранной массе при однофазной уборке достаточно высокий - разница может достигать 30 %. Даже при средней влажности, близкой к кондиционной, она колеблется от 10 до 30 %. Как правило, влажность зародыша на 5... 10 % выше влажности эндосперма [68].

В ряде случаев исходный материал содержит до 30 % зеленых, недозревших зерен, представляющих собой после сушки фуражные примеси [15]. Влажность недозрелых зерен при средней влажности зернового вороха 15... 17 % может достигать 25...30 %, и они будут являться источником гнездового самосогревания даже при хорошей очистке зерна [62].

Наряду с полноценным зерном в зерновом ворохе содержится и травмированное [76]. Наличие травмированных зерновок в зерновом ворохе отрицательно влияет на его хранение: снижает его стойкость при хранении, усиливает интенсивность дыхания, развития микроорганизмов, клещей и других вредителей зерна [79].

После уборки значительная часть зерен имеет повреждения, лишающие их защиты от поражения микроорганизмами [58], которые быстрее добираются до необходимых для их жизнедеятельности питательных веществ, находящихся во внутренней части зерна [36]. Проникая через трещины в оболочках эндосперма или зародыша, они могут сделать зерно полностью непригодным не только для семенных, но даже для пищевых и фуражных цел