автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологические и технические решения очистки и сортирования при подготовке высококачественных семян зерновых культур

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

РГб од

О Ь \

На правах рукописи

Дринча Василий Михайлович

УДК 631.362:633.1

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ)

Научные консультанты:

АНИСКИН В.И., доктор технических наук,

профессор, академик Россельхозакадемии и академии аграрных наук Беларуси, Заслуженный деятель науки и техники РФ. ЗЮЛИН А.Н., доктор технических наук.

профессор, академик Россельхозакадемии. ЕЛИЗАРОВ В.П., доктор технических наук, профессор, академик Международной академии информатизации.

АВДЕЕВ A.B., доктор технических наук, профессор, академик МАИПТ.

Официальные оппоненты:

ЛИСТОПАД Г.Е., доктор технических наук,

Ведущее предприятие:

ОАО «ГСКБ Зерноочистка».

Защита состоится

на заседании диссертационного совета Д020.02.01 во Всероссийском научно исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ) по адресу: 109428, г. Москва, 1 -й Институтский проезд, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан « У » v 97 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Мамедова Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Объективная необходимость в удовлетворении растущих потребностей населения в продуктах питания и промышленности в сырье выдвигает задачу повышения производства зерна за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Первостепенным и менее энергоемким фактором повышения продуктивности растений является использование на посев биологически ценных семян. Высококачественный семенной материал является необходимым условием полного использования его генетического потенциала.

Основную массу семян подготавливают преимущественно по поточной технологии с применением зерноочистительных агрегатов и комплексов, семяочистительных приставок, а также семяобрабатываюших линий (пунктов, заводов), строящихся по типовым проектам. Качество семенного материала в значительной мере определяется состоянием материально -технической базы послеуборочной обработки, которое нельзя признать удовлетворительным по техническому уровню выпускаемого промышленностью оборудования.

Подготовка семян по поточным технологиям не позволяет осуществить отбор высококачественных семян без их больших потерь в отходы и существенного травмирования.

В последние 5...7 лет в хозяйствах Российской Федерации из высеянных семян лишь 47 .48,2 % составляли семена 1-го и 2-го классов стандарта, при этом 15...20 % площадей, занятых под зерновыми культурами, засевали не классными семенами. Основное несоответствие семян требованиям высокой классности - повышенное содержание трудноотделимых примесей и низкая всхожесть. По данным ряда исследователей недобор урожая в целом по стране из-за неудовлетворительной подготовки семян составляет 10... 15 млн.тонн (2. .2,5 ц/га).

Повреждение семян вызывает снижение их продуктивных и урожайных свойств. Подсчитано, что наличие в семенном материале 10 % семян с различного рода травмами приводит к снижению урожайности зерновых культур и обусловливает недобор, по крайней мере, 1 ц с каждого гектара.

В масштабах России даже незначительное снижение всхожести семян ведет к большим потерям, так как требует увеличения нормы высева на гектар и часто отражается на урожайности. Снижение всхожести семян пшеницы на 1 % при площади 40...50 млн. га вызывает дополнительные затраты около 50 тыс. тонн семян. Следовательно, при посеве семенами 2 - го класса (с всхожестью не менее 90 % ) вместо 1-го класса (с всхожестью не менее 95 %) такие дополнительные затраты составят 250 тыс. тонн. Поэтому посев семенами не высокого качества приводит к бесцельной трате огромного количества органических веществ (белков, углеводов, жиров), которые могли бьггь использованы на пищевые и фуражные цели. При этом значительная часть средств расходуется на предпосевную подготовку (протравливание или инкрустацию, погрузочно - разгрузочные и транспортные работы) дополнительно высеваемого количества семян.

Применение биологически ценных семян является одним из наиболее важных и необходимых условий для решения двух взаимосвязанных народнохозяйственных проблем: увеличения валового сбора зерна на 30...50 % и уменьшения нормы высева семян до 170...200 кг/га (против 250...280 кг/га).

Задача отбора высокопродуктивных семян связана с необходимостью разработки новых технологических процессов и рабочих органов машин, обеспечивающих сепарацию семян по признакам, имеющим высокую корреляционную связь с урожайностью.

Исследования и разработки, составившие основу диссертации, выполнены в ВИМе по планам научно - исследовательских работ на 1981...1985 гг.,1985...1990 гг. и 1990...1995 гг., в соответствии с утвержденными Государственным комитетом по науке и технике СССР проблемами и заданиями:

- задание 02.03. общесоюзной научно-технической программы 0.51.12. " Разработать и внедрить технологические процессы и технические средства послеуборочной обработки и хранения на промышленной основе семян зерновых колосовых культур для семяобрабаты-вающих пунктов с сезонной производительностью до 10 тыс. тонн ";

- проект " Разработать эколого - генетические основы и методы семеноводства и семеноведения, создать системы промышленного семеноводства сельскохозяйственных культур " по направлению " Высокоэффективные процессы производства продовольствия ".

Цель исследований - разработка технологий и технических средств очистки и сортирования, обеспечивающих существенный научно - технический прогресс в подготовке высококачественных семян путем как повышения качества, так и увеличения выхода полноценного посевного материала.

Объекты исследований -семенной ворох, процессы и рабочие органы для очистки и сортирования семян.

Методика исследований. Физико-механические свойства, продуктивные и урожайные качества семян определяли по специально разработанным методикам, и в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами ( ГОСТ 12041 - 82, ГОСТ 12038 - 84.ГОСТ 70.102 - 83 и т.д.). При этом использовали дополнительно разработанные устройства ,а также рекомендуемые стандартами приборы и оборудование, рентгенографический комплекс для диагностики скрытой поврежденное™ семян.

Математическая характеристика зернового материала как объекта сепарирования представлена на основе теории распознавания образов обобщенными признаками компонентов исходной смеси, функционально выраженными через основные признаки делимости.

Основные структурные и гидродинамические характеристики процесса расслоения семян в псевдоожиженном слое определяли на лабораторной установке, обеспечивающей изменение амплитуды колебаний рабочей поверхности от 0 до 20 мм, частоту колебаний от 0 до 20 Гц, скорость фильтрации воздушного потока от 0 до 4 м/ с .

Новые технологические процессы и рабочие органы машин, обеспечивающие отбор высококачественных семян в процессе очистки и сортирования исследовали на физических моделях, макетных и натурных образцах в производственных условиях, а также при ведомственных и государственных испытаниях.

Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики с использованием специальных программ для ЭВМ и в соответствии с требованиями ГОСТ 8.207 - 76 " Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений ".

Основные научные результаты:

- методика расчета на ЭВМ признаков делимости, а также признаков разделения семян на рабочих органах семяочисгительных машин на основе применения принципов распознавания образов комплексных характеристик исходного материала и материалов разделенных фракций;

- аналитическая зависимость комплексного признака разделения семенного материала на машине окончательной очистки от физико - механических свойств исходного материала , послужившего основой для разработки фракционной технологии очистки, обеспечивающей увеличение выхода высококачественных семян на 25. .30 %;

- закономерности процесса расслоения семян зерновых культур в псевдоожиженном слое и его основные структурные и гидродинамические характеристики, послужившие основой разработки вибропневмосепараторов с трапециевидной , прямоточной и цилиндрической деками при высоких удельных зерновых нагрузках;

- математическая модель процесса сепарации зернового вороха с высоким содержанием соломистых примесей в пневмоинерционных сепараторах, позволившая обосновать технологическую схему и основные параметры сепаратора с двумя аспирационными кана-

ламп производительностью 25 т/ч, обеспечивающего качественные показатели очистки зернового вороха в соответствии с агротехническими требованиями по технологии " Нсвейка " со сбором всего биологического урожая;

- аэродинамические и кинематические характеристики работы решета, продуваемого нисходящим воздушным потоком, составившие основу разработки процесса пневморешет-ной сепарации , позволяющего в 2...3 раза повысить эффективность разделения семенных материалов на решетах;

- обоснование процесса сортирования семенных материалов по плотности семян в псевдоожиженном слое в поле центробежных сил, послужившее основой разработки нового способа сепарации и высокопроизводительных рабочих органов для сортирования семян;

- методики определения физико - механических свойств: (сферичности, коэффициентов трения и восстановления, сыпучести, положения центров тяжести, травмированности), позволившие повысить точность и снизить трудоемкость работ при исследовании комплексных признаков делимости и разделения семенных материалов;

- основные положения о влиянии поврежденное™ семян в результате их машинной подготовки на качество посевного материала.

Оригинальность технологических и конструктивных решений, защищена 102 авторскими свидетельствами и патентами.

Научную новизну имеют:

- математическая модель комплексного признака сепарации, учитывающая многообразие свойств семенного материала как биологического объекта машинного воздействия;

- закономерности процесса расслоения семян зерновых культур в псевдоожиженном слое и его структурные и гидродинамические характеристики;

- методика выявления на ЭВМ определяющего признака делимости исходной зерновой смеси с учетом требуемого качества конечного продукта по физико - механическим и агробиологическим признакам.

Практическую ценность имеют:

- технология очистки семян основных зерновых культур, обеспечивающая выделение биологически наиболее ценного посевного материала;

- конструктивная схема и основные параметры высокопроизводительной (5...10 т/ч ) машины окончательной очистки семян с трапециевидной декой (а с. №№ 1459711, 1468590, 1468591, 1489832, 1609519, 1671371);

- конструктивная схема и основные параметры вибропневмосепараторов с прямоточной и с цилиндрической деками (а с. №№ 1722619 и 1803200);

- аэродинамические и кинематические параметры процесса пневморешегной сепарации с нисходящим воздушным потоком (а.с.1№№ 1659127,1669584, 1726059, 1773501);

- конструктивная схема и основные параметры пневмоинерционного ворохоочисти-теля с двумя аспирационными каналами для разделения зерносоломисгого вороха с высоким содержанием соломистых примесей (а с. Хй№ 1609519 и 1787581);

- технология и технические средства очистки семян для фермерских хозяйств производительностью 2 т/ч (а.с. №№ 1763051 и 1764717);

- фракционная технология очистки семян бобовых трав при обработке урожая на стационаре;

- методики и технические средства, позволяющие повысить точность и снизить трудоемкость работ при определении физико-механических свойств семян: сферичности, сыпучести, коэффициентов трения и восстановления при ударе, положения центров тяжести и травмирования (а.с. №№ 1726223, 1782385, 1782386, 1806508).

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами, ведомственных и государственных испытаний созданных машин и разра-

ботанных технологий. Адекватность результатов теоретических и экспериментальных исследований достигает 95 % уровня значимости.

Реализация результатов исследований.

Технология очистки семян основных зерновых культур, реализуемая путем предварительного фракционирования по длине на две фракции с последующей раздельной обработкой каждой фракции на машинах вторичной и окончательной очистки, обеспечивающая выделение биологически наиболее ценного посевного материала, конструктивная схема и основные параметры машины окончательной очистки семян МОС-9 производительностью 9 т/ч на очистке семян пшеницы - реализованы ОАО «ГСКБ Зерноочистка». Машина МОС 9 рекомендована в производство и выпускается серийно. Агрегаты, реализующие технологии очистки при обработке всего биологического урожая на стационаре используются в хозяйствах Владимирской, Курской и Московской областей.

Конструктивная схема и аэродинамические параметры шевмоинерционного ворохо-очистителя с двумя аспирационными каналами использованы СКВ АО «Ростсельмаш» при разработке комплекса машин для обработки всего биологического урожая на стационаре по технологии "Невейка".

Предложения по конструктивным и технологическим параметрам вибропневмореше-та, семяочистительной машины, разделяющей семенной материал в псевдоожиженном слое в поле центробежных сил - приняты к реализации ОАО «ГСКБ Зерноочистка».

Апробация работы. Материалы диссертации заслушаны, обсуждены и одобрены на секции уборки и послеуборочной обработки зерна ВИМа (5985.-1992 гг.), на научно-техническом совете Украинского института механизации и электрификации сельского хозяйства (1992, 1994 гг.), на заседаниях научно-технического совета ОАО «ГСКБ Зерноочистка» (1988,1997 гг.) и ГСКБ АО «Ростсельмаш» (1990,1997 гг.).

Основные положения диссертационной работы и результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ленинградского СХИ (Ленинград, 1985 г.) и Львовского СХИ (Львов-Дубляны, 1987 г.), конференции молодых ученых и специалистов ВИМ (Москва, 1986 г.), научно-практической конференции академии инженерных наук Украины (Киев, 1994 г.), научно-технической конференции Украинского института механизации и электрификации сельского хозяйства (Глеваха, 1993 г.), научно-практических конфереш, гах Закарпатского института агропромышленного производства (В.Бакга, 1992,1994 гг.).

Публикации. Материалы выполненных исследований опубликованы в 123 печатных работах, в числе которых описания авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, списка литературы, включающего 301 наименований источников, в том числе 54 на иностранных языках, и приложений.

Основная часть диссертации содержит 376 страниц машинописного текста, 72 рисунка и 26 таблиц.

На защиту выносятся:

- математическая модель комплексного признака сепарации, учитывающая многообразие свойств семенного материала как биологического объекта машинного воздействия;

- методика и технические средства исследования комплексных признаков разделения семенных материалов и признак разделения семян на машине окончательной очистки;

' - фракционная технология очистки семян основных зерновых культур, обеспечивающая выделение биологически наиболее ценного посевного материала по комплексному признаку разделения;

- закономерности расслоения семян в псевдоожиженном слое;

- конструктивные схемы и основные параметры вибропкевмосепараторов с трапециевидной, прямоточной и цилиндрическими деками, обеспечивающие повышение эффективности очистки и сортирования семян;

- обоснование процесса пневморешетной сепарации при нисходящем воздушном потоке;

- технологическая схема и основные параметры пневмоинерционного ворохоочисти-теля с двумя аспирационными каналами для разделения зернового вороха с высоким содержанием соломистых примесей.

- основные положения о влиянии поврежденности семян в результате их машинной подготовки на качество Посевного материала,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе " Состояние вопроса подготовки высококачественных семян в процессе очистки и сортирования " проведен анализ основных тенденций развития технологий и технических средств для сепарации семенных материалов. Обоснована необходимость повышения качества семян в процессе очистки и сортирования.

Подготовка семян в коллективных хозяйствах проводится, в основном, по традиционным поточным технологиям, которые предусматривают последовательный пропуск семенного материала через оборудование семяочистительных приставок и линий, зерно-семяочистИтельных агрегатов и комплексов, разработанных в 60-х и в 80-х годах. Технология подготовки семян, а также технические средства для их реализации в агрегатах и комплексах разработаны на основании научных работ В.П. Горячкина, Н.М. Летошнева, H.H. Ульриха, П.П. Колышева, Г.Т. Павловского, Г.Д. Терехова, В.А. Кубышева, Г.Е. Листопада, В.В Гортинского, В.М. Цециновского, И.Е. Кожуховского, Н.Г. Гладкова, А.Я. Соколова и других ученых.

Технологии и технические средства очистки и сортирования семенных материалов, а также методы их испытаний получили развитие в работах В.И. Анискина, В.П. Елизарова, Г.И. Гозмана, А Н. Зюлина, A.B. Авдеева, В.Д. Бабченко, A.M. Корна, H.A. Ревенко, А.И. Климка, А.Г. Громова и использованы при разработке высокопроизводительных агрегатов и комплексов в ГСКБ ПО "Воронежсельмаш" (В.Д. Олейников, НИ. Грабельковский, С.А. Венков, Ю.П. Полунин, А Н. Кремнев и др.).

Высокопроизводительные агрегаты и комплексы (25...100 т/ч ) позволяют эффективно решать проблемы послеуборочной обработки зерно-семенных материалов при высокой интенсивности поступления урожая с поля.

В целом существующие поточные технологии обеспечивают очистку комбайнового материала в соответствии с требованиями бависных кондиций по чистоте на товарное зерно за один пропуск.

Подготовка семян основных зерновых культур по традиционным технологиям сопрягается с рядом проблем, обусловленных в первую очередь все возрастающими требованиями к качеству посевного материала, которое обеспечивает максимальное использование биологического потенциала семян.

Одним из недостатков существующих технологий подготовки семян является недостаточная эффективность выделения трудноотделимых примесей из основного материала и в первую очередь семян других культурных растений. По стране из-за содержания трудноот-делимьгх семян культурных растений в семейном материале около 40% семян пшеницы, 46% ячменя, 63% ржи не были отнесены к 1-му классу стандарта.

Недостаточная эффективность выделения трудноотделимых примесей из семенного материала зачастую обусловливает необходимость повторного пропуска обрабатываемого материала через всю технологическую линию, что приводит не только к большим потерям

полноценных семян в фуражные и неиспользуемые отходы, а и к дополнительному их травмированию.

В ряде работ И Г. Строны, А.Н. Пугачева, С.А. Чазова, Ф.М. Купермана, Ю.В. Шала-гинова, Ф.М. Олимпиевой, И.А. Пехальского, М.Н. Chowdhury, G.D. Christenbury, D.E. Fiscus, K.D. Baker, R.O. Pierce показано, что семена зерновых культур получают при поточной машинной подготовке повреждения, оказывающие негативное влияние на их посевные и урожайные свойства. Наблюдается снижение полевой всхожести травмированных семян и продуктивности полученных из них растений, что обусловлено облегченным доступом к тканям зерновок через поврежденные наружные покровы почвенных бактерий, грибов и плесеней, продукты жизнедеятельности которых оказывают токсичное действие и снижают сопротивляемость проростков болезням и неблагоприятным агроклиматическим условиям.

Анализ литературных источников показал, что травмирование семейного материала зависит от комплекса физико-механических и биологических свойств семян, а также от оборудования на котором их обрабатывают, причем количество поврежденных зерновок в семенном материале может достигать по отдельным культурам 60...90%. На травмированность существенно влияет и сортовая принадлежность культур, так семена твердой пшеницы в процессе обработки травмируются до 80...85 %, а мягкой - до 40...45 %.

Проведенные исследования по травмированию посвящены выявлению и устранению причин повреждений семян рабочими органами в основном экспериментальным путем, согласно которому семена пропускают через технологическую линию или отдельно взятую машину и определяют поврежденность.

При разработке новых технологий и машин, а также для оценки их эффективности, существующий подход малоэффективный из-за большой трудоемкости и зачастую несопоставимости результатов исследований.

Повышение качества семян в процессе очистки и сортирования является необходимым условием для внедрения перспективных технологий выращивания зерновых культур в соответствии с которыми семена высевают из расчета на конечную густоту стояния растений (норма высева 170...180 кг/га). Посев на конечную густоту стояния растений целесообразно производить только высокопродуктивными семенами максимально выравненными по комплексу физико-механических свойств, который имеет высокую корреляционную связь с биологическим потенциалом семян.

Анализ ряда работ Н.Н. Ульриха, А.М. Фоканова, Б.М. Черемхи показывает, что только выравненные семена по размерам и индивидуальной массе обеспечивают при высокой продуктивности семян минимальную разнокачественность растений. Кроме того, увеличение выравненное™ семян по комплексу признаков позволяет повысить эффективность инкрустации семян (покрытие поверхности семян синтетическими пленками) и равномерность их высева сеялками с различными типами высевающих аппаратов. Инкрустирование семян основных зерновых культур обеспечивает повышение полевой всхожести семян на 5. .7%, а урожайности на 10...12%.

Исследования В.В. Гортинсхого, В.М. Цециновского, А.И. Альтермана, А.Н. Зюлина, Л.М. Суконкина и других ученых показали целесообразность применения фракционных технологий очистки, включающих предварительное выделение из общего потока обрабатываемого материала части семян требуемого качества при помощи высокопроизводительного сепаратора и доработку остальной части материала на машинах меньшей производительности, что позволило бы существенно снизить травмирование семенного материала в процессе его обработки и уменьшить потребную производительность сепарирующих органов последующих операций очистки. Разработки сепараторов и технологий, обеспечивающие выделение на первой технологической операции 60...80% товарного зерна, а в некоторых случаях и семян базисной чистоты, известны из работ А.Н. Зюлина (блок параллельных решет с одинаковыми отверстиями) и Л.М. Суконкина (сепаратор с псевдоожиженным слоем). Од-

нако до настоящего времени известные технологии и сепараторы, выделяющие на первом этапе часть материала базисных кондиций, не получили широкого применения, главным образом из-за сложности технологических процессов сепараторов, выделяющих из основного потока на первом этапе более половины кондиционных семян.

Анализ большого количества исследований процессов очистки и сортирования семян проведенных отечественными учеными , а также рядом зарубежных авторов Н. Blenk, W. Kutter, Н. Schwanz, I. Wessel, N.R. Bradenburg, L.M. Klein, W. Lampater, A. Zaltzman, B. Clarke, Z. Mizrach, I.E. Harmond, A.J. Hawk, N E. Langkilde, R.D. Smith показал, что при разработке технологий и машин для очистки и сортирования семян основное внимание исследователей посвящено вопросам повышению чистоты обрабатываемого материала и увеличению удельных зерновых нагрузок на рабочие органы машин, при этом выделение биологически ценных семян оставалось на втором плане.

Эффективность выделения высококачественных семян сепарирующими рабочими органами в значительной степени зависит от достатаочности и полноты использования сведений о свойствах семян как объекта сепарации.

Анализ литературных данных о физико-механических свойствах семян и методах их определения, приведенных в работах Н.М. Летошнева, К.И. Васильева, И.Г. Воронова, H.H. Ульриха, П.П. Колышева, A.C. Матвеева, Н.Г. Гладкова, П.М. Заики, В В. Гортинского, W К. Bilanski, P. Cyrus, T.S. Daniels, AR. Edison, A.D. Gaul, B.Y. Gorial, P.S. Grover, J.E. Harmond, H. Keck, P.J. Lawton, D. Menzies, L.N. Snyder, B.R. Steward, M. Tsang-Mui-Chung показал, .что исследовали в основной комплекс физико-механических свойств семян из двух-трех признаков, что обусловлено недостаточной точностью и большой трудоемкостью существующих методик определения физико-механических свойств семян.

В связи с реорганизацией форм ведения хозяйственной деятельности появились крестьянские и фермерские хозяйства, удельный вес которых в валовом сборе зерновых культур по стране колеблется от 5 до 7 %. В тоже время, отечественной промышленностью практически не выпускается оборудование для послеуборочной обработки зерносеменных материалов в фермерских хозяйствах, что существенно усложняет процесс подготовки семян.

Современная тенденция повышения производительности семяочистительных машин за счет увеличения удельных зерновых нагрузок на рабочие органы традиционного типа и напряженности силовых полей процессов сепарации не приводит к повышению качества сепарации семян, а часто способствует снижению конструкционной и технологической надежности машин, увеличивая травмированность семян.

В данной работе представлены исследования, направленные на разработку и реализацию технологий и технических средств, обеспечивающих повышение качества семян основных зерновых культур в процессе очистки и сортирования.

На основе проведенного анализа с учетом поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

- изучить влияние технологии и технических средств подготовки семенных материалов на качество и посевные свойства семян;

- разработать методику и технические средства исследования комплексных признаков разделения семенных материалов и определить признак разделения семян на машине окончательной очистки;

- обосновать фракционные технологии очистки семян зерновых культур, обеспечивающие выделение биологически наиболее ценного посевного материала по комплексному признаку разделения;

- разработать вибропневмосепараторы с плоскими и цилиндрическими деками, позволяющие повысить эффективность технологий очистки и сортирования семян;

- обосновать параметры процесса пневморешетной сепарации при нисходящем воздушном потоке;

- обосновать технологическую схему и основные параметры пневмоинерционного ворохоочистителя для разделения зернового вороха с высоким содержанием соломистых примесей.

Вторая глава "Исследование влияния машинного воздействия на качество и трав-мнруемость семян в процессе послеуборочной обработки " посвящена изысканию технологий и технических средств для послеуборочной обработки семян в щадящем режиме.

В процессе послеуборочной машинной обработки и в частности при очистке, качество семян, как свойство их совокупности, в целом повышается за счет удаления из исходного материала семян сорных и других культурных растений, малопродуктивных семян основного материала, дробленных семян, органических и минеральных примесей. Однако наряду с этим, значительное количество семян в процессе подготовки подвергается механическим воздействиям разного рода интенсивности со стороны рабочих органов машин, что приводит к травмированию семян, а следовательно способствует снижению их продуктивных свойств.

Технологии и технические средства разрабатывали на основании функциональной модели сепарации, отражающей воздействие рабочих органов машин на изменение качества семян в процессе подготовки. Функциональная модель сепарации описывает состояние системы "технология-машины-живые семена" и включает два блока, характеризующих машинные технологии и влияние их на качество семян (рис.1).

D(t)

-Л_

У

H'(i)czD(t)

Рис. 1. Схема функциональной модели машинного воздействия на семена.

Входными воздействиями F(t) являются подача семенного материала G„(t) и его качество K„(t) (продуктивные свойства n„(t), травмированность Pi(t), 1 = 1,2, ... ,k - виды травм, C(t) чистота), а также свойства комплексных признаков делимости исходного материала Ч> (t) (совокупность физико-механических свойств семян исходного материала Ф«(0, размерные характеристики, плотность, индивидуальная масса, скорость витания, сыпучесть, коэффициенты сферичности и др.). Управляющими факторами D(t) являются комбинации машин в технологии C„(t), конструктивное исполнение машин Ku(t) и режимы их работы R*(t). К выходным переменным У (t) относятся количество G0(t) обработанного материала в единицу

времени, его каче.ство K„(t), потери семян w(t) (в фуражное зерно и в неиспользуемые отходы), совокупные энергозатраты Ec(t),

Влияние машин на травмирование, а следовательно и на качество семян определяли следующими параметрами: величиной статической нагрузки Q,'(t) и ее частотой (t); величиной динамической нагрузки Q°(t) и ее частотой ®,"(t), i = 1,2, ... ,n - количество машин в технологии. На качество семян в процессе обработки влияют и факторы не механической природы l(t) (тепловые, окружающей среды). Качество обработанных семян оценивали в основном продуктивностью n„(t), различного рода травмами P|(t), физико-механическими свойствами Фо(0 (однородностью комплексных признаков, массой 1000 семян), а также стандартами на качество семян.

Условия эффективного функционирования технологии очистки и сортирования могут быть записаны в следующем виде:

ww=£( w„c)+w;,„e» s (КФУ+костим-

I-)

Y, =(BccWnoO).Oo(t).P,(0,w(t),C(t)), I (1)

где \Уфу , Who - потери семян в фуражные и неиспользуемые отходы; Кфу и Кно - коэффициенты потерь семян в фуражные и неиспользуемые отходы, регламентируемые агротехническими требованиями; С, Вс , Вл , Сг, Вгс, Вгл - соответственно чистота, всхожесть, влажность обработанного материала и регламентируемые стандартами показатели; Ус -урожайные свойства семян.

Биологический потенциал семян определяли через интегрирующий показатель урожайности, которая является комплексной функцией взаимосвязанных факторов изменяющихся в процессе производства. Урожайность семян зависит от многих факторов не связанных непосредственно с процессами послеуборочной обработки (плодородие почвы, погодные условия и др.), а ее определение сопрягается с большими трудозатратами, поэтому при разработке технологий и машин зачастую их эффективность оценивали по одному или нескольким параметрам входящим в среднее уравнение системы (1).

В силу высокой корреляционной связи между продуктивными свойствами семян и их травмированностью, особенно при создании машинных технологий, обеспечивающих получение высококачественных семян, необходимо учитывать различные элементы механического воздействия со стороны рабочих органов на семена, а также значения граничных нагрузок, в пределах которых не происходит существенное снижение качества семян.

Для определения гранично допустимых пределов механического воздействия на семена разработан метод моделирования травмированности семян (а.с.№1782385 и №1806508), применение которого позволяет в автоматическом режиме воздействовать на семена динамическими нагрузками разной величины и цикличности.

Установлено, что для семян основных зерновых культур с влажностью 14. ..17 % пре дельная величина работы удара (за один цикл нагружения) при которой появляются признаки внешнего травмирования находится в пределах 0,11...0,1 б Дж. При этом полевая всхожесть снижается на 17. .23 %. С увеличением числа циклов нагружений семян существенно снижается их полевая всхожесть (рис.2), а начальная фаза разрушения наступает при меньших значениях работы удара.

В процессе исследований было замечено, что при механическом воздействии даже без каких либо нарушений структуры оболочки и формы зерновок имеет место существен-

ное снижение продуктивных свойств семян Снижение всхожести семян в таких случаях может происходить из-за внутреннего травмирования и/или вследствие структурного изменения белкового комплекса. Известно, что растворимые белки под действием вибраций могут коагулировать, превращаясь при денатурации в нерастворимые, что может способствовать снижению продуктивных свойств семян.

Дня исследования внутренней травмируемости семян использован рентгенографич< ский метод. В процессе исследований проведена сравнительная оценка рентгенографическс го метода с методом диафокоскопии

В качестве критериев оценки приняты затраты времени на проведение анализа и ег точность, а также количество внутренних травм, выявляемых при использовании каждо! метода. Подобный выбор обусловлен тем, что параметр времени важен при определен рациональных режимов, обеспечивающих минимальное повреждение семян в процессе по готовки, а от точности анализа зависит как оценка работы машин, так и прогнозирован! продуктивных и урожайных свойств травмированных семян.

Коэффициент точности определения травм различных типов методом диафоноскош в сравнении с рентгенографическим вычисляли по формуле:

к=х..х;'. (2)

где: Хд1, Хр1 - количество травм идентифицированных методами соответственно диафо! скопии и рентгенографии согласно принятой классификации.

Исследования хронометража работ по обеим методикам показали, что для опреде. ния внутренних повреждений методом диафоноскопии необходимо 1.5...2 ч для семян пл чатых культур и 50 ..55 мин -для голозерных. Значительные затраты времени (до 50 % общей продолжительности анализа) приходятся на освобождение семян от цветочных п нок - операцию, требующую от исполнителя повышенного внимания, так как возможно полнительное механическое повреждение зерновок. В этом случае механизация проце исключается. Затраты времени на рентгенографический анализ внутренней повреждение

семян составляют 3. .3,5 ч при сушке рентгенограмм без вентиляции или 2,..2,5 ч при использовании вентиляции с подогревом воздуха до температуры 35 С0.

Анализ полученных данных по сравниваемым методам свидетельствует, что эти результаты совпадают в отношении таких травм, как сколы (выбоины) в эндосперме и повреждение зародыша, К= 1,0. .1,08 для основных зерновых культур. Подобные травмы вызывают нарушения целостности зерновки.

Однако, результаты выявления повреждений других типов значительно отличаются. При использовании диафоноскопии в сравнении с рентгенографией зафиксировано превышение в 1,04 .1,95 раза визуально наблюдаемых целых семян различных культур, поврежденных же семян (с различными травмами) обнаружено меньше: рис - в 1,03. .1,18 раза, пшеница - 1,95 .3,31, ячмень - в 3,91... 6,60, овес - в 1,79...5,64 раза. В наибольшей степени соответствуют друг другу результаты определения различных внутренних повреждений семян риса Это обусловлено высокой стекловидностъю и формой зерновок риса (в/а=1,54 . 2,08, где в, а - ширина и толщина зерновки,мм) повышающих их оптическую проницаемость. Кроме того, силы связи цветочных пленок с зерновкой риса незначительны, что позволяет добиться полного обруши»"»ия и избежать влияния его на точность метода диафоноскопии.

Применительно к остальным исследованным культурам метод диафоноскопии дает значительно меньшую точность нежели рентгенография. Так, он позволяет выявить лишь 17. 34 % семян, имеющих более четырех внутренних трещин, 16...35 % - при количестве трещин до четырех, 15 . 62 % - с вмятинами в области зародыша; 26 ..50 % - с вмятинами в области эндосперма. Наибольшая разница наблюдалась в количестве зафиксированных травм семян ячменя (К=0,15. .0,26). Объясняется это тем, что вследствие сильной связи цветочных пленок с зерновкой добиться полного обрушения семян без дополнительного их повреждения не удалось, что вызывало раскалывание различных участков семени при анализе и затрудняло визуализацию повреждений.

Сравнительные исследования показали, что в настоящее время рентгенографический метод является наиболее универсальным и точным, и в тоже время наиболее сложным, трудоемким и дорогостоящим.

Для снижения затрат времени и средств при определении внутренней поврежденно-сти семян, разработан способ и устройство ( а.с.№ 1782386 ), позволяющий повысить производительность анализов при достаточной точности за счет применения центробежных сил интенсифицирующих окраску участков с нарушенной целостностью тканей.

На основании принятой классификации внутренних и внешних повреждений семян (рис.3 ) определена их травмкровакность на современном семяобрабагывающем оборудовании, изучена динамика внутренней повреждаемости и причины, влияющие на возникновение различных типов травм. На всех операциях при обработке на семяочистительном агрегате АС-10 количество травмированных семян увеличивается. Исключение составляет пневматический сортировальный стол СПС-5, при сепарации семян на котором количество внешне травмированных семян в основном выходе уменьшается.

Выявлено, что внутренние травмы при обработке на агрегате АС-10 получают около 40 % семян. Динамика прироста внутренних повреждений близка к приросту внешних повреждений семян. Установлено, что полевая всхожесть семян существенно зависит от типов травм. Из внешних повреждений семян (определенных визуальным методом) наиболее отрицательное влияние на полевую всхожесть оказывают повреждения зародыша и сколы (выбоины) в эндосперме. При этом полевая всхожесть семян снижается по (¡равнению с контролем на 45...86 % (рис.За). Внешне целые семена, но содержащие внутренние повреждения в области зародыша и эндосперма имеют полевую всхожесть на 47...87 % более низкую, чем контроль (рис.Зб). Наличие внутренних трещин в семенах при отсутствии внешних повреждений приводит к снижению полевой всхожести на 20...30 %.

В процессе обработки на современном семяочистительном оборудовании семена подвергаются динамическим воздействиям в несколько раз превышающим предельно допустимые, а их количество циклов в сотни раз.

Типы травм

Рис.3. Влияние внутренних (а) и внешних (б) повреждений семян на полевую всхожесть: а) РгСемена целые (контроль); Р2,Рз-семена с вмятинами в области эндосперма и зародыша; Р4,Р5-семена имеющие до четырех внутренних трещин и более; Р6-семена со сколами (выбоинами) в эндосперме; Р7-семена с поврежденным зародышем; б) Огсемена целые (контроль); 1>2,Из,Огсемена с повреждениями цветочных пленок в вершинной, зародышевой, вершинной+зародышевой частях соответственно; Б3-семена обрушенные; Бб-семена со сколами (выбоинами) в эндосперме; йтсемеиа с поврежденным зародышем.

Для проектирования технологий и технических средств, обеспечивающих подготовку биологически ценного посевного материала, необходимым условием является чтобы суммар-

ные динамические и статические воздействия (с учетом циклов нагружения) элементов рабочих органов на семена не превышали предельно допустимых значений.

Снизить число циклов нагружения на семена возможно путем уменьшения числа рабочих и транспортирующих органов в технологической линии, а также ее протяженности за счет сепарации семенных материалов по комплексным признакам разделения на универсальных сепараторах.

В третьей главе " Разработка методов исследования комплексных признаков сепарации семенных материалов " обоснованы методы и технические средства исследования комплекса физико-механических свойств семян, как признаков сепарации, а также разработан метод и алгоритм определения признаков делимости и разделения семенных материалов на ЭВМ.

Создание новых технологий и технических средств для очистки и сортирования, обеспечивающих получение высококачественных семян, основывается на исследовании физико-механических свойств (признаков делимости) исходного семенного материала и свойств по которым сепарирующие рабочие органы, реализующие технологию, разделяют материал (признаки разделения), а также на зависимостях между физико-механическими и продуктивными свойствами семян.

Увеличение количества исследованных (выявленных) признаков семян позволяет не только повысить эффективность технологии на базе существующих рабочих органов, но и создать принципиально новые, более эффективные технические средства и способы сепарации семян.

Поиск технологий и рабочих органов для сепарации семян осуществлен решением следующих задач:

- разработка методов и технических средств, позволяющих расширить количество исследованных физико-механических свойств (признаков) семян и выделяемых компонентов, а также повышение точности определения признаков;

- математическое описание свойств семян и рабочих органов, обеспечивающих процесс разделения.

Для разработки технологий, обеспечивающих получение высококачественных семян механическими рабочими органами исследовали комплекс их физико-механических свойств, который в наибольшей степени влияет на разделяющую способность сепараторов: размерные характеристики, плотность, индивидуальная масса, коэффициенты витайия и трения об опорную поверхность, сыпучесть, сферичность, коэффициенты центров тяжести, коэффициенты восстановления при ударе. В процессе исследований выявлено, что для определения сыпучести, коэффициентов центров тяжести и трения, коэффициентов восстановления при ударе существующие методики являются трудоемкими и обладают недостаточной точностью, а методы для определения признаков сферичности семян вообще не разработаны.

Разработана методика и обоснованы параметры устройства для определения сыпучести семенных материалов, позволяющие повысить точность и снизить трудоемкость при определении сыпучести различных семян сельскохозяйственных культур. Устройство представляет собой неподвижный поршень, установленный на вертикальной стойке, с гильзой, расположенной с возможностью перемещаться по вертикали. В центре поршня вертикально установлена мерная линейка. Исходный материал засыпают в гильзу^ перемещают ее вниз до соприкосновения верхних кромок гильзы с плоскостью поршня. На шкале мерной линейки устанавливают высоту Б образованного конуса семян и вычисляют коэффициенты сыпучести их по формуле:

ко = [1 ~ / г))] / [1 + зтСатс^О / г))] , (3)

где в -высота конуса семян; г- радиус цилиндра.

Для семенных материалов основных зерновых культур определена высота Ь гильзы из условия максимального значения угла естественного откоса а « 80 или Ь > 5,7 г. Радиус поршня определен экспериментальным путем г« 100 мм (из условия минимального скатывания зерновок в периферийной зоне поршня).

Выделение трудновыделимых компонентов из семенных материалов по признакам сферичности часто является необходимым условием получения высококачественных семян. Разработка рабочих органов, разделяют!« семенной материал по признакам сферичности усугубляется сложностью, а зачастую и неоднозначностью их определения.

Разработан метод и обоснованы параметры устройства (а с. №1722623), обеспечивающие как разделение семян по сферичности, так и определение коэффициентов сферичности отдельных зерновок. Устройство содержит питатель-дозатор для поштучной подачи частиц семенных материалов, наклоненную отражательную плоскость и приемники, расположенные вдоль траекторий отраженных частиц. Определены составляющие траекторий движения отразившихся зерновок в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Оптимальные параметры устройства следующие; высота подачи частиц - 0,6...0,8 м; угол установки отражательной пластины -45°; длина приемников продуктов разделения - 1,8...2 м; угол установки перегородок к продольной оси - 20.. 25° ; средняя производительность при однока-нальной подаче - 0,4 ..0,5 кг/ч.

При исследовании признаков сферичности и длины зерновок необходимо учитывать положение центров тяжести зерновок. В большинстве случаев реальное семя при теоретических исследованиях принимают за эллипсоид вращения, центр тяжести которого совпадает с центром симметрии. В действительности зерновки не являются однородными по плотности, а форма их несколько отличается от эллипсоида, поэтому центр тяжести зерновок смещен относительно геометрического центра.

Предложен и исследован метод, позволяющий определять положения центров тяжести зерновок, включающий установку зерновок на горизонтальной плоскости между параллельными пластинами и выдвижение зерновок поршнем, вдоль пластин параллельно образующей горизонтальной плоскости. В момент опрокидывания зерновок по шкале нанесенной на пластинах считывают длину одного из плеч зерновки и определяют положения центров тяжести семян через коэффициент симметрии:

где: а - длина большего плеча зерновки, а \ - длина короткого плеча.

Исследовали положение центров тяжести семян пшеницы сорта "Стрела", овса "Астор", ячменя "Луч" соответствующих 1-му классу стандарта ГОСТ и овсюге. Разработанный метод позволяет повысить точность измерения в среднем на 5...9 %, а по критерию трудоемкости является в 2...3 раза более эффективным, чем известные аналоги (по В.Н Шмигелю).

Исследования комплексных признаков делимости и разделения семенных материалов в большинстве случаев проводятся с учетом фрикционных свойств семян и опорных поверхностей рабочих органов. В процессе исследований выявлено, что фрикционные свойства семян зависят от напряженности силовых полей, для определения влияния которых на комплексные признаки разработаны методика и устройство, позволяющие определять статические и динамические коэффициенты трения семян об опорную поверхность при различных значениях нагрузки. Исследовали влияние нормального давления (в пределах от 1 до 10 Н на отдельные семена значения выбранною промежутка характерны для силовых полей рабочих органов сепарирующих машин) на коэффициенты трения семян при их взаимодей-

(4)

ствии с разными опорными поверхностями. Установлено, что при изменении нормальных нагрузок от 1 до 10 Н коэффициенты трения семян пшеницы по стальным поверхностям увеличиваются в 1,3 раза, а по обрезиненным пластинам - в 1,6 раза

Взаимодействие зерновок с отражательной плоскостью, характерное для рабочих органов сепарирующих машин, рассматривали как двухмерную виброударную систему, включающую периодическое движение частиц по отражательной плоскости. Зерновки после отражения движутся вдоль плоскости под действием силы тяжести и реакций поверхности, такой процесс можно считать безконечноударным. Скорость частиц перед первым ударом и (1\ , и,). Нормальная составляющая скорости после п-го соударения Ц, и время 1„ между п-м и ( п+1 )-м ударами зерновки о плоскость определяются по формуле:

ут=и,вг\ /,=2[/,я.г"- (5)

Согласно (5) в силу быстрого убывания величины I полное время Т затухания беско-нечноударного процесса конечно:

г = 1л = 2Лсф(1 -Я)] №

Ш уравнения (6), зная время Т можно выразить коэффициент восстановления Я :

Ц=Ъ(Ъ+2и,У- (V

Время затухания бесконечноударного процесса Т можно определить тремя способами. При первом способе ( наиболее простом) визуально наблюдают за движением зерновки по отражающей плоскости, а время отсчитывают при помощи секундомера. Второй способ включает определение состояния зерновки при помощи высокочувствительных звуковых элементов. При третьем способе в качестве отражательной пластинки используют пъезоэле-менты, а отсчет времени производят по первому и последнему импульсах.

Коэффициенты восстановления семян при ударе находили по предложенному методу, при этом визуально наблюдали за движением зерновки по отражательной плоскости. Исследованиями коэффициентов восстановления семян установлено, что при повторностях опытов от 5 до 10, относительная погрешность их не превышает 5 %.

Семенной материал, как объект очистки и сортирования, представляет собой множество компонентов, часть из которых в процессе очистки необходимо выделить (примеси), а другую часть (зачастую чистые семена) перераспределить (отсортировать) по комплексному признаку, имеющему высокую корреляционную связь с продуктивными свойствами семян. В существующих технологиях подготовки семян процесс сортирования их совмещают с очисткой от трудноотделимых примесей, что существенно повышает требования к машине окончательной очистки и усложняет сам процесс.

Каждый компонент семенной смеси на основании представительных выборок характеризовали комплексом признаков и путем математического описания их определяли возможность выделения примесей. Оптимальную технологию очистки и сортирования семян определяли с учетом признаков по которым сепараторы осуществляют разделение исходного материала.

В результате проведенных исследований установлено, что для представления признаков разделения семенных смесей достаточно использовать класс квадратичных разделяющих функций вида:

У {х,.х2......*„) = Е а,х, +

(8)

где: У(Х[, х2,...,хл) - некоторые функции п переменных (физико-механических свойств); а; -параметр (¡=1,2,...,к - количество параметров).

Искомые значения параметров а1 ,аг .....а™, определяются на основании экспериментальных данных, представленных достоверными выборками разделенных фракций и исходного материала, при этом значения параметров а) ,аг ,...,а™ должны быть такими, чтобы признак У(х(, Х2,..., х„) обеспечивал наилучшее по некоторому критерию различие фракций.

Для каждой зерновки компонента, представленного достоверными образцами взятыми из фракций, вычисляется значение многофакторного признака разделения:

где: 1=1,2, ...И; + , Г*!*", - соответственно количество зерновок взятых выбо-

рок из разделенных 1-й и 2 - й фракций.

Из полученного ряда значений составляется ранжированный (неубывающий) ряд :

в соответствии с которым частице, определенной п-мерным признаком X = ( хь хг,..., х„) присваивается ранг, равный порядковому номеру значений у(х) в этом ряду.

Для каждого 1=1,2.....N определяем значение критерия Ег, предложенного инженерами В.Г.Ньютоном и Г.В.Ньютоном

С увеличением значения Ег, эффективность найденного признака У , различающего фракции, возрастает.

Критерий эффективности признаков разделения необходимо подбирать с учетом особенностей осуществляемого сепаратором процесса.

Критические значения Ек определяли как критическое значение однородности двух выборок объемом N1 и N2, оцениваемое с помощью критерия Колмогорова при соответствующей заданной доверительной вероятности Р :

(9)

У^Уг^У*'

(10)

Е^тахК^ + ^ДГ-'!

(П)

(12)

где: О (0) - критическое значение критерия Колмогорова при

у=ы,АГ2/(ЛГ,+#2), О »100(1-р).

В частности, при объеме каждой выборки, равном 100 зерновкам (которые были взяты при исследовании признаков разделения на машине окончательной очистки) и доверительной вероятности 0,95, критическое значение Ек, определенное по формуле (12) с помощью таблиц распределения Колмогорова, составляет 0,195. Если для полученного признака У величина Е получается меньшей 0,195, то этот признак не различает фракции с заданной достоверностью и не может быть принят в качестве искомого признака.

Разработанная методика исследования комплексных признаков сепарации семенных смесей позволяет с помощью ЭВМ определить лучшие из возможных вариантов технологии очистки и сортирования семян, обеспечивающие выделение высококачественного семенного материала.

В четвертой главе "Обоснование технологий подготовки высококачественных семян " разработана методика исследования делимости трудноразделимых семенных смесей. Определен признак разделения семян машиной окончательной очистки. Обоснованы технологии очистки и сортирования семян, обеспечивающие получение высококачественных семян с минимальными их потерями.

Определение комплекса машин и технологической последовательности их применения осуществляется на основании физико-механических свойств исходного материала с учетом требований государственных стандартов на обработанные семена, обобщенных признаков делимости и признаков разделения семенных материалов на рабочих органах, а также критериев выбора последовательности операций.

Обоснование критериев выбора последовательности операций и технических средств для сепарации семенных материалов на базе обобщенного признака делимости зависит от эффективности признака, а также наявности рабочих органов, обеспечивающих его реализацию. В процессе выбора технологии могут встретиться три основные варианта:

- обобщенный признак делимости высокоэффективный (эффективность по критерию Ньютонов Е > 50 %) и существует рабочий орган (как правило универсальный), обеспечивающий разделение по этому признаку;

- признак - эффективен, но рабочих органов для его осуществления нет;

- признак - неэффективен.

Первый вариант является идеальным и при нем возможно осуществить технологию подготовки семян с минимальным комплексом сепарирующих технических средств.

Второй вариант наиболее часто встречается в практике и представляет существенные трудности при проектировании технологии. Разработка рабочих органов, реализующих обобщенный признак разделения с потребной точностью и требуемой производительностью, является сложной задачей и зачастую неразрешимой. В таких случаях, а также при третьем варианте, необходимы полные экспериментальные исследования технологии очистки и сортирования с применением всего кЬмплекса рабочих органов в различных сочетаниях.

Расчет технологической последовательности выделения трудновыделимых компонентов из основных зерновых материалов производили с использованием физико-механических свойств частиц семенного материала, полученных анализом представительных выборок компонентов с применением специального алгоритма исследования делимости материала, реализованного на ЭВМ.

Технологию рассчитывали" с учетом основных (связанных с качеством семян) и дополнительных (характеризующих в основном технические средства для реализации технологии) критериев, которые определяют безусловный или условный приоритет того или иного сепаратора в технологической линии. В качестве основных критериев были приняты: чистота обработанных семян - С0 > С' (регламентируемая требованиями государственных стандартов); потери семян в фуражные и неиспользуемые отходы - \У0 5 (для существующего

уровня технологий суммарные потери семян У/с 5 17% по массе от исходного материала, регламентируются агротехническими требованиями на технологию).

Исследованиями технологии очистки семенных материалов от трудновыделимых компонентов на примере семян пшеницы, засоренных зернами ячменя, установлено, что наибольший теоретический эффект разделения семенной смеси - по длине (66%), наименьший - по ширине (21%). Максимальное количество семян пшеницы, отвечающих требованиям 1 класса стандарта, которое теоретически может бьггь выделено по комплексу семи признаков (плотности, длины, ширины, толщины, индивидуальной массы, скорости витания и угла трения) из исходного материала, составляет 74,5% при исходной чистоте пшеницы 99,6%. Наиболее тесная корреляция (0,64 ..0,78) выявлена между индивидуальной массой и поперечными размерами для семян пшеницы и ячменя. Между другими рассмотренными признаками корреляционная связь незначительна. Использование корреляционных связей для составления рациональных схем очистки семян пшеницы от ячменя нецелесообразно.

В результате исследования делимости по комплексу признаков зерен пшеницы и ячменя получена недостаточно эффективная технология, включающая восемь последовательных операций, в том числе и применение сепаратора разделяющего по признаку индивидуальной массы, которого не существует.

Применение фракционных технологий позволяет повысить качество очистки и сортирования семенных материалов. Однако, существующие методы их разработки являются в основном эмпирическими, что приводит к большим затратам времени и средств, а зачастую не позволяют выявить оптимальную технологию.

Предложен способ проектирования фракционных технологий, основывающийся на исследовании комплексных признаков разделения семенных материалов на рабочих органах, путем уменьшения влияния признаков (отдельных физико-механических свойств) на процесс сепарации, оказывающих отрицательное воздействие.

Одним из наиболее эффективных способов подготовки высококачественных семян, признанным во всех странах с высокой культурой зернопроизводства является сепарация в псевдоожиженном слое. Разделение семян в псевдоожиженном слое в основном проводят на стадии окончательной очистки (пневматическим сортировальным столом).

В результате исследований процессов сепарации семян в псевдоожиженном слое, разработана машина для окончательной очистки семян (МОС), принятая за базовую для технологий, обеспечивающих получение биологически ценного посевного материала, по следующим основным причинам:

- сортирует семенной материал по продуктивности семян (имеющей высокую корреляционную связь с комплексом свойств: плотностью, массой 1000 семян, и др.);

- уменьшает разнокачественность растений при их высокой продуктивности;

- выделяет трудноотделимые примеси и мало продуктивные семена основной культуры;

- не имеет конструктивных элементов, травмирующих семена.

Недостатком технологий, базирующихся на МОС, являются существенные потери семян в фуражные отходы (более 15%). Только для МОС по агротехническим требованиям до 10% семян (прошедших уже основную обработку) можегг поступать в выход низкоклассных семян, а зачастую в фуражные отходы. По Российской Федерации потери 10% семян составляют 1,2... 1,8 млн.тоннсемян.

Повышение качества очистки семян и уменьшение потерь их в отходы, проводили путем оптимизации режимов работы семяочистительных машин в линии, по критериям обеспечивающим увеличение эффективности работы предшествующей машины с целью повышения эффективности работы последующей машины.

Задача повышения эффективности технологии очистки на базе МОС в соответствии с принципом увеличения эффективности окончательной очистки за счет оптимизации режим-

ных параметров и последовательности расположения в линии предшествующих машин выдвигает необходимость исследования комплексного признака разделения семенных материалов на МОС.

В результате расчета на ЭВМ по специальной программе получены выражения признака разделения основного материала (семена пшеницы) и засорителя (семена ячменя) в линейной и квадратичной форме.

Анализ признаков показал, что линейный не уступает по эффективности квадратичному, и поскольку он содержит существенно меньше параметров, то приют в качестве искомого:

у = -0,791 р-0,099а -0,061 Ь -0,033с+0,014^-0,005К -ь0,599у/г. (»)

где р - плотность; а - длина; Ь -ширина; с - толщина; (¡> - угол трения; V - скорость витания; - фактор формы.

Расчетная эффективность Е этого признака для разделения фракций семян пшеницы и ячменя находится в пределах 0,2 ..0,6 и является значимой при доверительной вероятности 0,95. Критическое значение критерия Колмогорова равно 0,195.

Экспериментальные значения критерия эффективности при разделении семян пшеницы и ячменя на (МОС) находятся в пределах 0,48.„0,52, что близко к расчетному по уравнению (13).

Как видно из выражения (13), МОС разделяет семенной материал по комплексу физико-механических свойств. Существенное влияние на процесс разделения оказывают плотность, форма и длина частиц.

Анализ процессов расслоения семенных материалов в псевдоожиженном слое с применением энергетической теории показал, что доминирующим признаком по которому происходит расслоение материала в псевдоожиженном слое является соотношение плотностей разделяемых частиц. Разделение частиц, различающихся не только по плотности, но и по другим признакам (размерным характеристикам, форме), приводит к снижению эффективности сепарации. В связи с этим, формирование фракций материала, а также подготовку их перед подачей на МОС целесообразно производить на основании выражения признака разделения (13) по наиболее значимым признакам длины, ширины, толщины и форме частиц. В настоящее время не существует сепараторов эффективно разделяющих семенные смеси по форме зерновок.

Исследованы несколько вариантов фракционных технологий очистки семян пшеницы от трудноотделимых примесей зерен ячменя, включающих предварительное разделение исходного материала на две примерно равные фракции перед подачей их на МОС. Применение в качестве исходного материала смеси семяя пшеницы засоренной зернами ячменя обусловлено тем, что они являются наиболее трудноразделимыми и в тоже время широко распространенными в практике производства семян.

В первом варианте исходный материал разделили триером с ячейкой диаметром 6,5 мм. Два других варианта включали в себя разделение на решетах с продолговатыми и круглыми отверстиями шириной 2,5 мм и диаметром 3,7 мм соответственно. Четвертый вариант включал разделение воздушным потоком.

Результаты показали, что наибольший выход семян, отвечающих требованиям 1 класса стандарта по содержанию семян ячменя, получен после подачи фракций на МОС, разделенного триером, - 43%, что на 13% больше, чем при очистке исходного материала без предварительного фракционирования. Выход семян, отвечающих требованиям 2 класса стандарта по содержанию семян ячменя, составляет 65%, та» на 10% выше, чем без фракционирования. Повышается выход семян, отвечающих требованиям 1 класса стандарта при

фракционировании воздушным потоком на 5% и 2 класса - на 6%. Выход семян 1 и 2 классов стандарта при фракционировании решетами с продолговатыми и круглыми отверстиями значительно не увеличивается.

Наиболее высокие значения полноты выделения зерен ячменя из семян пшеницы получены при очистке на МОС семян, предварительно разделенных на триере. При потерях семян ¡0% в выход легкой фракции полнота выделения зерен ячменя увеличивается в среднем на 10% Установлено, что наиболее эффективным признаком при предварительном формировании фракций перед обработкой на МОС является длина.

Наибольшие значения массы 1000 семян получены в сходовых фракциях при разделении исходного материала решетами и в тяжелой фракции, полученной при разделении воздушным потоком. Установлено, что с целью повышения эффективности сортирования семян пшеницы по массе 1000 семян при их обработке на МОС целесообразно формировать фракции по признакам толщины или ширины.

Изменение массы 1000 семян вдоль разгрузочной кромки деки МОС выражается линейной зависимостью, интенсивность увеличения массы 1000 семян зависит не только от эффективности процесса сепарации, но в значительной степени от свойств исходного материала, что является важным при оценке работы машин окончательной очистки семян.

На основании анализа корреляционных матриц признаков семян пшеницы установлено, что между признаком длины и признаками ширины, толщины и скорости витания существует положительная корреляционная связь с коэффициентами соответственно г„,„=0,55, Гдт=0,33, Где =0,43. Поэтому при фракционировании семенных материалов по длине, полученные фракции становятся более выравненными по ширине, толщине и скорости витания. Это позволило предположить, что обработка фракций, полученных в результате разделения исходного материала по длине позволит повысить эффективность работы воздушных каналов и решет за счет выбора оптимальных режимных параметров. Экспериментальные исследования подтвердили, что фракционирование по длине позволяет увеличить эффективность работы пневмосепараторов и решетных машин вторичной очистки на 11...15% и дополнительно повысить эффективность работы машины окончательной очистки семян на 9... 17% в зависимости от качества исходного материала.

На основании результатов исследований разработана фракционная технология очистки и сортирования семян зерновых культур, обеспечивающая увеличение выхода высококачественных семян на 25...30 % (рис.4).

С применением системного подхода и с использованием принципов базового и модульного проектирования разработана технология и комплекс машин для очистки и сортирования семенных материалов в условиях фермерских или небольших коллективных хозяйствах. Технология спроектирована в блочно-модульном исполнении на базе разработанного вибропневмосепаратора с прямоточной декой (МОС). В зависимости от свойств исходного материала разработанный комплекс машин, включающий воздушно-решетную машину, триерный блок и вибропневмосепаратор, позволяет за счет блочного выполнения реализовы-вать различные схемы обработки зернового потока с минимальными потерями времени и средств на перестановку отдельных машин.

Предложен способ повышения эффективности сепарации зерновых материалов в горизонтальных воздушных каналах, на основании которого создан универсальный сепаратор для предварительной очистки в фермерских хозяйствах (а.с. №№ 1763051 и 1764717). Экспериментальные исследования подтвердили, что совершенствование процесса сепарации в горизонтальных воздушных каналах за счет струйного ввода семенных материалов в зону сепарации и дифференцированного вывода легких фракций из веера продуктов разделения обеспечивает повышение качества сепарации на 12...17%. Обоснованы основные параметры и режимы работы комплекса машин реализующую технологию очистки семян для фермерских хозяйств производительностью 2 т/ч (на семенах пшеницы).

»

Рис.4. Схема фракционной технологии очистки и сортирования семян зерновых культур: Ф|,Фг - фракции полученные при обработке; Ф0 - объединенная фракция; 1 - первичная очистка; 2 - триерное фракционирование; 3,3' - вторичная очистка; 4,4' - окончательная очистка.

Разработана технология очистки семян бобовых трав для стационарного пункта (с обработкой всего биологического урожая), включающая пневмофракционирование семенных материалов после молотилок-терок (МВ-2,5) на две примерно равные по объему фракции. Определены оптимальные значения основных параметров режимных характеристик семяочистительных машин при обработке фракций. Исследованиями физико-механических свойств семян бобовых трав и их наиболее трудновыделимого засорителя - семян конского щавеля выявлено, что последние по признаку формы поперечных срезов могут быть выделены из семян красного клевера с максимальной эффективностью. Периметрическая кривая, описывающая форму поперечных срезов семян конского щавеля, наиболее близка к кривой Штейнера. На основании исследований делимости семян красного клевера и конского щавеля разработан типоразмерный ряд решет с отверстиями, имеющими форму кривой Штейнера и диаметрами образующей окружности: 0,3; 0,5; 0,7 и 0,9 мм. Применение разработанных решет обеспечивает выделение семян конского щавеля из семян бобовых трав с полнотой 95..97%.

Целесообразным способом увеличения выхода высококачественных семян при реализации разработанных технологий является усовершенствование процессов окончательной очистки и пневморешетной сепарации.

В пятой главе "Интенсификация процессов сепарации семенных материалов в псевдоожиженном слое и в воздушном потоке" приведено обоснование конструктивных и технологических схем, а также параметров рабочих органов семяочистительных машин, качественно выполняющих технологический процесс подготовки биологически ценного посевного материала.

Исследования технологий подготовь сёмяк показали, что одним из эффективных способов повышения результативности отбора высококачественных семян является совершенствование процессов сепарации в псевдоожиженном слое.

С применением методов системного анализа разработана классификация способов псевдоожижения зерновых материалов (рис.5);

В настоящее время способ вибропневматического псевдоожижения с постоянным по величине воздушным потоком является наиболее универсальным и широко применяемым в семяочистительной технике (Сукоикин Л.М., Мачихина Л.И., Цыбулевский Ю.Г., Brandenburg N R., Clark В.). Гидравлическое псевдоожижение при сортировании семенных материалов обладает высокой разделяющей способностью (Майсурян Н.Я., Сергеев A.C.,

Пучков М.М., \Vollny Е.), но не получило практического применения в сельском хозяйстве, в первую очередь из-за поверхностного увлажнения семян.

Рис.5. Классификация способов псевдоожижения зерновых материалов.

Исследования закономерностей процессов расслоения семян семейства гравитационных способов псевдоожижения проведены на лабораторной установке, имитирующей условия, характерные для процессов сепарации семян, и позволяющей с достаточной достоверностью определять параметры процесса расслоения (рис.б).

Определены аэродинамические (критическая скорость псевдоожижения, сопротивление слоя) и структурные (порозность, степень расширения) характеристики псевдоожижен-ных слоев семян пшеницы и ячменя для следующих способов:

- вибрационного (воздействие на зерновой слой только вибрациями опорной поверхности с частотой 0...20 Гц);

- пневматического (воздействие на слой с постоянным или пульсирующим воздушным потоком с частотой О...10Тц и со скоростью воздушного потока 0...3 м/с);

- вибропневматического (воздействие на зерновой слой вибрациями опорной поверхности и воздушным потоком одновременно).

Параметры пневмоцекгробежного способа псевдоожижения исследовали на рабочем органе, включающем горизонтальный, вращающийся перфорированный цилиндр (рис.9 в).

Установлено, что критическая скорость воздушного потока, обусловливающая переход плотных слоев семян пшеницы и ячменя в псевдоожиженное состояние, находится в пределах Уср = 1,0...1,5 м/с, причем при наложении вибраций на слой критическая скорость возрастает с увеличением ускорения опорной поверхности. Однородность псевдоожижения при одновременном воздействии вибрациями и воздушным потоком на слой повышается.

ммн

Рис.6. Схема лабораторной установки для исследования процесса расслоения:

А 1 - пульт управления с трансформатором постоянного тока; 2- электропривод; 3 - кри-' вошипно-шатунный меха-

\

6

низм; 4 - прозрачный ци-

{

2

5

линдр; 5 - блок микроманометров; 6 - вентилятор.

*>т нпп 1 'и/т/,

В1

Максимальное значение коэффициента расширения слоя Кр от воздействия только воздушным потоком не превышает 1,2, а при дополнительном воздействии вибрациями коэффициент расширения слоя увеличивается и находится в пределах 1,4...1,6. С увеличением ускорений колебаний опорной поверхности более высокие значения порозности слоев можно достичь при меньших значениях скорости воздушного потока. При скоростях воздушного потока Уф = 1,5 м/с и выше порозность слоев семян практически не меняется и находится в пределах = 0,5...0,7.

Особенностью процесса расслоения семян при воздействии вибрациями и воздушным потоком на слой в диапазоне скоростей Уф = 1,0...1,5 м/с является повышение внутрислое-вого давления с увеличением порозного слоя, что приводит к благоприятным условиям расслоения семенных смесей. Для исследованных режимов значения критериев Фруда Рг = 22...23, и Рейнольдса Яе = 100...817, что соответствует турбулентному и переходному режимам.

В дальнейшем задача заключалась в оптимизации процессов псевдоожижения, т.е. в поиске оптимальной комбинации существенно влияющих факторов для достижения максимального расслоения за минимальный промежуток времени.

Оптимальные параметры процесса расслоения определены по методике планирования эксперимента с использованием метода крутого восхождения. За критерий оптимизации приняли выражение, которое позволяет численно оценить распределение частиц материала по высоте слоя:

чество семян засорителя; Ь - высота до центра 1 -го слоя; Н - толщина слоя.

В опытах использована матрица полного факторного эксперимента с планом типа 24.

В качестве независимых переменных, определяющих ход процесса расслоения семян пшеницы, засоренной зернами ячменя и члениками редьки дикой, в псевдоожюкенном слое на лабораторной установке выбраны следующие факторы: А(х ), <и(х) - амплитуда и частота колебаний опорной поверхности; Уф(х) - скорость фильтрации воздушного потока; (х ) -время расслоения.

(14)

»

где: к - количество слоев; & - количество семян засорителя в 1 - слое; - общее ком-

(«1

После определения коэффициентов регрессии и оценки их значимости были получены уравнения, адекватно представляющие результаты экспериментов:

У, = 0,46+0,08Х,-1-0,10X2 + 0,11X3 + 0,ЮХ4-0,02Х,Х2 , (15)

Ур = 0,35+ 0,11 Х,+ 0,05Хг + 0,02Хз +0,1IX, +0,01X1 X, - 0,01Х2 Хз, ( 16 )

гдеГ Х, = (А-4)/2; Х2 = (со-7,5 )/1,7; Х3 = ( Уф - 1,3)/0,2; Х< = (Ц-45 )/25.

Проверка полученных уравнений с помощью критерия Фишера ¥ показала, что для 5% уровня значимости найденные уравнения адекватны.

Проанализировав полученные зависимости, можно видеть, что в уравнении (15) такой фактор, как амплитуда колебаний (А) оказывает незначительное влияние на процесс сепарации, при этом более значимым фактором является частота колебаний опорной поверхности (со), а в уравнении (16) менее значимым фактором является частота, чем амплитуда колебаний. Это указывает на существующую обратно пропорциональную зависимость между частотой и амплитудой колебаний опорной поверхности.

Дальнейшее движение в область оптимума осуществлялось по градиенту линейного приближения, что позволило кратчайшим путем найти оптимальные режимы процесса расслоения семян в псевдоожиженном слое при оптимальных значениях его толщины (50 ..60 мм): А=5...6 мм - вертикальная составляющая амплитуды колебаний; со=8,3...8,5 Гц - частота колебаний; Уф=1,2... 1,3 м/с - скорость фильтрации воздушного потока; =57...65 с - время прохождения процесса.

Обоснована область оптимального сочетания параметров вибрации и воздушного потока, при выборе которых происходит эффективное расслоение семенных материалов (рис.7). Установлено, что скорость расслоения псевдоожиженного слоя в рабочих органах совершающих колебательное движение с углами направленности колебаний 21...32° больше в 2,4 ..2,8 раза, чем в вертикально колеблющихся при одинаковой вертикальной составляющей амплитуды колебаний.

С целью изыскания возможностей создания универсального рабочего органа, сепарирующего семенной материал по комплексу признаков на стадии предварительной очистки и обеспечивающего выделение за одну технологическую операцию более 50% семян, отвечающих требованиям базисных кондиций по чистоте, проведены работы направленные на увеличение эффективности процессов сепарации в толстых слоях (60<Ь<200 мм).

Исследования проводили на макетном образце рабочего органа, снабженного пульсатором воздушного потока. Частоту пульсаций изменяли в пределах 1...10 Гц. При исследованиях заторможенного псевдоожиженного слоя в нем устанавливали вертикально в шахматном порядке стержни различной формы. Шаг их расстановки изменяли в пределах 50... 100 мм.

Качество сепарации в тонком сйое (1г=50...60 мм) оказалось в среднем на 25...30 % выше, чем в толстом (Ь=180...200 мм). Удельные зерновые нагрузки при сепарации в толстом слое меньше в 2,5 ..3,1 раза, чем при сепарации в тонком слое. Это объясняется тем, что для оптимального расслоения в толсгомхлое затрачивается времени в 6...10 раз больше, чем в тонком. Дополнительнее воздействие на псевдоожиженный слой вибрирующими стержнями не привело к повышению эффективности процесса сепарации. Пульсации воздушного потока под опорной рабочей поверхностью позволяют повысить качество сепарации в тонком слое на 9... 13%, а в толстом - в некоторых случаях даже способствуют снижению эффективности разделения.

Установлено, что одним из наиболее эффективных способов повышения качества расслоения в толстом слое является оптимизация скоростей воздушного потока по площади опорной поверхности в автоматическом режиме за счет дифференцированного изменения

сопротивления воздухораспределяющего устройства (размещенного под опорной поверхностью слоя). Экспериментальные исследования показали, что выполнение воздухораспределительного устройства в виде отдельных плавающих клапанов (ас №1609519) уменьшает каналообразование в псевдоожиженном слое и позволяет повысить эффективность расслоения на 11.14%.

Ш: ш \

ш

w

'Щ

Рис.7. Область оптимальных сочетаний амплитуды (А) и частоты колебаний (о) рабочих органов вибропневмосепараторов при скоростях воздушного потока Уф: й - 0,8 м/с; о - 1,2 м/с.

15

J.0

4,5

6.0

V Гц

Способы вибропневматического псевдоожижения (в тонких слоях) являются наиболее эффективными в семяочисгительной технике и реализуются вибропневмосепараторами.

Анализ различных технологических схем и конструкций вибропневмосепараторов показал, что существующие их классификации, проведенные по смешанным признакам (технологическим и конструктйвным), неполные и не совсем удачные, поскольку не позволяют оценить класс машин, который они представляют, на основании исследования одного или нескольких образцов машин из данного класса.

Применение предлагаемой классификации вибропневмосепараторов по конструктивным признакам (рис.8), позволяет оценивать не только отдельные семейства машин, но и их функциональных (конструктивных) элементов в различных исполнениях, что существенно повышает эффективность исследований.

Вибропневмосепараторы (с трапециевидной формой деки) или пневматические сортировальные столы появились впервые в начале 1900-х годов для обогащения полезных ископаемых и приспособлены для очистки и сортирования семян в сельскохозяйственном производстве.

Разделение семян на вибропневмосепараторах с трапециевидной декой существенно отличается от сепарации на других семяочиспггельных машинах. Во-первых высокие потери семенного материала в фуражные отходы (до 10%), в то время как для всей технологической линии общие потери по агротехническим требованиям не должны превышать 17%. Во -вторых энергоемкость процесса в среднем в 4...6 раз выше, чем в других машинах. В третьих процесс сепарации является высокочувствительным к комплексу физико-механических свойств обрабатываемого материала, что обусловливает более высокие требования к точно- ■ сти изготовления конструкции и к ее эксплуатации, чем к другим сепараторам.

Анализ технических решений и процессов сепарации пневматических сортировальных столов, выпускаемых отечественной промышленностью БПС-3, ПСС-2,5, СПС-5 показал, что они по технологической эффективности не уступают лучшим аналогам иностранных фирм " Forsberg ","Sutton-still", " Oliver " ( США ); " Socam " ( Франция ), " Kvammaskiner " ( Швеция)," Kip-kelli" (Канада)," Ocrim " ( Италия );" Emceka-Gomper "," Miag " ( ФРГ);" Sotake " (Япония );" Haid " ( Австрия ). Однако недостаточная точность изготовления кон-

8

сгрукций машин и сравнительно низкое качество используемых конструкционных материалов в отечественных вибропневмосепараторах делает их не только не конкурентно способными, но и вообще малоиспользуемыми в сельском хозяйстве.

Вибропневмосепараторы на стадии окончательной обработки (МОС) совмещают процесс очистки (выделение трудноотделимых примесей) и сортирования (классификация по биологическим свойствам). Задача выделения трудноотделимых примесей более сложна, чем сортирование в псевдоожиженном слое. Практика хозяйств с высокой культурой зерно-производства показывает, что в обрабатываемом материале на стадии окончательной очистки трудноотделимые примеси (в основном семена других культурных и сорных растений) зачастую отсутствуют. В таких случаях отбор высококачественных семян может быть произведен вибропневмосепараторами с упрощенными рабочими органами и при меньших энергозатратах.

ВИБРОПНЕВМОСЕПАРАТОРЫ

Рис.8. Классификация вибропневмосепараторов зерновых материалов.

В конце 1970 -х годов сотрудники ВИСХОМ и ВИМ под руководством Л.М. Сукон-кина начали работы по поиску альтернативных вибропневмосепараторов с прямоугольной декой, конкурентно способных с пневматическими сортировальными столами.

С целью интенсификации процесса вибропневматической сепарации за счет центробежных сил разработан принципиально новый способ расслоения семян (по периметру вращающегося цилиндра), реализованный в сепараторе ( а с. №№ 1722619 и 1803200 ) с декой имеющей форму горизонтального ротора (рис.9 в).

Процесс сепарации на рабочих органах вибропневмосепараторов имеет общие свойства и состоит из двух взаимосвязанных последовательных этапов - расслоение зернового слоя, т.е. перевод его в псевдоожиженное состояние и разделение псевдоожиженного слоя на фракции материалов с различными свойствами.

Обоснование технологических и конструктивных решений по вибропневмосепарато-рам проводили в трех направлениях:

-исследовали параметры и режимы работы рабочих органов с трапециевидной декой (рис.9 а);

-определили конструктивные параметоы и режимы рабочих органов с прямоточной декой (рис.9 б);

- исследовали рабочий орган, разделяющий зерновые материалы в псевдоожиженном слое, образованном на внутренней поверхности, установленного под углом к горизонту вращающегося, перфорированного и продуваемого воздушным потоком цилиндра ( рис.9 в).

Исследования проводили на макетных и промышленных образцах по единой методике, что позволило произвести достоверную сравнительную оценку исследуемых классов внбропневмосепараторов.

Обоснование основных параметров машины окончательной очистки ( МОС - 9 ) производительностью 9 т/ч (на семенах пшеницы ) проведены на натурном образце вибропнев-мосепаратора с трапецевидной декой и с камерой наддува, имеющей выходное окно близкое по форме и по площади к деке сепаратора ( рис.9 а ).

Производительность МОС, а также вибропневмосепараторов в общем виде может быть определена по формуле:

где: Есл - порозность псевдоожиженного слоя; Ь - высота слоя; р1 - средняя плотность частиц разделяемого материала; Ь - ширина слоя ( зоны расслоения деки ); - скорость движения псевдоожиженного слоя в зоне расслоения; g - ускорение силы тяжести.

В процессе исследований производительность МОС определяли в зависимости от качества сепарации в основном экспериментальным путем из-за комплексного влияния физико-механических свойств семян и взаимосвязанных параметров рабочего органа как на производительность так и на качество сепарации.

Обоснована рациональная форма трапециевидной деки, включающей зону предварительного расслоения и избирательного транспортирования расслоенного материала, и способ послойной подачи семян на деку, обеспечившие повышение удельных зерновых нагрузок в 1.5...2 раза по сравнению с существующими аналогами ( а.с. № 1671371).

Качество и энергоемкость процессов сепарации на вибропневмосепараторах в основном зависят от площади деки. Исследованиями процессов расслоен™ и избирательного транспортирования материала на трапециевидной деке получена зависимость ее площади от основных параметров сепаратора:

сящий от физико-механических свойств материала и конструктивных параметров рабочего органа; а , (3 - утлы поперечного и продольного наклона деки; рь р2 - средняя плотность частиц и псевдоожиженного слоя; к, - отношение минимально допустимой толщины слоя материала на разгрузочной линии деки к толщине слоя материала на линии загрузки; к« -| коэффициент аэродинамической силы.

Из выражения ( 18 ) видно, что площадь деки связана с производительностью параболической зависимостью и зависит от скорости движения материала в зоне расслоения, углов продольного и поперечного наклона деки, физико-механических свойств частиц разделяемого материала.

(17)

а)

^ЦМЧИ! "¡ИХ." П|1Ц»П| ^ Г"

** 1 И М

Рис.9. Схемы вибропнев-мосепараторов. а) с трапециевидной формой деки:1-дека, 2-каме-ра наддува; 3-ротор вентилятора; 4-кольцевой диффузор; 5-воздушный фильтр;

б) с прямоточной декой и вакуумной системой забора воздушного потока: 1-дека; 2-возду-хозаборная камера; 3-делитель псевдоожи-женного слоя; 4- приемники продуктов разделения; 5-вибропривод;

6-опоры качающиеся;

7-бункер дозатор;

в) разделяющего зерновой материал в поле центробежных сил: 1 -перфорированный барабан;

2-перегородка;

3-кронштейн;

4-планка для разделения материала на фракци;

5-приемники фракций;

6-ролики;

7-привод барабана;

8-воздухоподводящий кожух;

9-вентилятор;

10-рама;

11-бункер дозатор.

Энергоемкость процессов вибропневмосепараторов определяется их производительностью п суммарной мощностью необходимой для псевдоожижения зернового материала и для привода деки.

Потребная мощность для псевдоожижения зернового материала, находящегося на деке при оптимальном сопротивлении ее воздухораспределяющего устройства, может быть определена по формуле:

Мощность для привода деки с достаточной точностью определяется из выражения:

Таким образом, с увеличением производительности вибропневмосепараторов с трапециевидной декой площадь ее возрастает по параболической зависимости, что приводит к параболическому росту энергии расходуемой на псевдоожижение зернового материала и к прямопропорциональному увеличению колеблющихся масс деки и зернового слоя находящегося на ней. Высокая энергоемкость процессов сепарации на трапециевидной деке объясняется тем, что только на 1/3 ее площади происходит активное расслоение материала, а на остальных 2/3 площади ( зона транспортирования ) осуществляется избирательное транспортирование предварительно расслоенного материала.

Определены оптимальные размеры трапециевидной деки для МОС - 9: длина- 1650 мм; ширина- 1370 мм; длина зоны расслоения- 400 мм; ширина зоны расслоения ( загрузочной кромки параллельной загрузочной ) - 500 мм. Оптимальное отношение длины разгрузочной кромки к длине загрузочной - составляет 2,6...3,2 . Обоснована оптимальная рабочая поверхность деки, выполненная в зоне транспортирования легких частиц из решетного полотна, а в остальной площади из просечно-вытяжного решета. Оптимальное отношение зоны транспортирования легких частиц, в которой установлено решетное полотно, к общей площади деки составляет 0,2 ( а.с. № 1459711 ).

Рациональные параметры сепаратора, обеспечивающего качественные показатели очистки семян в соответствии с агротехническими требованиями на машину окончательной очистки семян производительностью 9 т/ч, следующие: амплитуда колебаний рабочего органа - 8 мм; частота колебаний рабочего органа - 7...8 Гц; угол поперечного наклона деки -4 . 6°; угол продольного наклона деки - 7...9°; средняя скорость воздушного потока по площади деки - 1,3..1,5 м/с; угол направленности колебаний - 30°.

Увеличение эффективности процессов сепарации на трапециевидных деках, ограничивается ростом колебательных масс деки и зерна ( находящегося на ее рабочей поверхности ), а также высокими значениями ускорений вибраций деки (20...25 мс"2). При площади деки свыше 1,5 м существенно снижается устойчивость и качество процесса сепарации.

С целью уменьшения энергоемкости процессов сепарации зерновых материалов на вибропневмосепараторах и упрощения их конструкций исследовали влияние параметров сепараторов с прямоугольной формой деки на качество процесса сепарации (рис. 9 б).

Принципиальное отличие процессов сепарации на прямоугольных деках от трапециевидных дек состоит в том, что вся площадь прямоугольной деки служит только для расслоения материала (по вертикали), после чего расслоившийся материал разделяют при помощи делителей псевдоожиженного слоя. За счет этого прямоугольные деки обеспечивают по сравнению с трапециевидными повышение удельных зерновых нагрузок в 2...2,5 раза и снижение удельных расходов электроэнергии на 30...50 %.

(19)

N.¿0,1 М„.

(20)

Разделяющая способность сепараторов с прямоугольной декой зависит от меньшего количества параметров, чем с трапециевидной, и может бьггь представлена зависимостью:

где: I- длина деки; Фм- физико-механические свойства разделяемого материала; £, - аэродинамическое сопротивление воздухораспределительного устройства деки; Сд - тип делителя псевдоожиженного слоя.

Сравнительные исследования процессов сепарации на трапециевидных и прямоточных деках показали, что оптимальные значения параметров: А ,ю , Уф ,у ,Ь Д для обеих дек существенно не отличаются.

Разделение зерновых материалов на прямоугольных деках может быть реализовано по двум схемам:

- прямоточной ( псевдоожиженый слой движется вдоль деки в одном направлении);

- противоточной ( псевдоожиженный слой разделяется на два потока, движущихся в противоположных направлениях).

Экспериментальные исследования процессов сепарации по обеим схемам показали, что деки с прямотоком разделяемого материала по сравнению с противотоком обладают на 25. .35% более высокой разделяющей способностью. Это объясняется тем, что процесс сепарации на прямоточной деке является более устойчивым, чем на противоточной, т.е. обладает меньшей чувствительностью к небольшим изменениям основных параметров и случайным воздействиям.

Устойчивость процессов сепарации на деках вибропневмосепараторов существенно зависит от сопротивления воздухораспределяющих устройств. Оптимальные значения которых для прямоточной деки находятся в пределах 150...280 Па и позволяют получить достаточно выравненное скоростное поле воздушного потока по площади деки. При этом коэффициенты вариации скоростей воздушного потока по деке с зерновым слоем - 21...24 %, а без зерна - 15... 18 %. Коэффициенты вариации скоростей воздушного потока по трапециевидной деке на 7... 13 % более высоки, чем в прямоугольной деке. Анализ коэффициентов вариации скоростей воздушного потока показал, что при обработке материала на деке с увеличенным аэродинамическим сопротивлением воздухораспределяющих устройств (200...400 Па) равномерность распределения воздушного потока по площади деки более высока и в меньшей степени зависит от толщины псевдоожиженного слоя зернового материала.

Основными параметрами прямоточной деки являются длина, определяющая в основном удельные энергозатраты и качество сепарации, и ширина, влияющая на производительность (рис.10). Длина деки существенно зависит от времени, необходимого для достаточного расслоения, которое определяется перемещением легких частиц (р! < рг ) на поверхность слоя и погружением тяжелых частиц (рз < Р1) на рабочую поверхность (рис.11). Анализ энергетической теории расслоения, а также работ Блехмана И.И. показал, что вероятности погружения тяжелых частиц и всплытия легких, отличающихся в равной степени от средней плотности псевдоожиженного слоя за один и тот же период времени равны между собой. Поэтому длина деки может бьггь определена как из условия всплытия легких частиц на поверхность слоя, так и из условия погружения тяжелых частиц на поверхность деки при оптимальных значениях параметров.

Обосновано выражение, позволяющее определять длину деки из условия всплытия легких частиц на поверхность слоя:

(21)

У

Л ЛГ~

4 У ^

Рис.10. Зависимости производительности (— ) вибропневмосепаратора с Е прямоточной декой от ее ширины и эффективности разделения (—) от дли ны деки для семян: 1-овес; 2-пшени-7 ца; 3- ячмень.

0,6

0,5

0,3 0,5- 0,7 0,9 Ц

Рис. 11. Схема процессов расслоения и действующих сил на частицы на плоских (а) и цилиндрических (б) деках: • ^тяжелые частицы; ° - легкие частицы. .

*ч

мкг^сов а (Ц/Ф^Л1**« Н))

/п =-1-ТГ"^-Г-— ■ (22)

Ширина Д5ки при заданной производительности может быть определена из выражения (17)

Производительность и качество сепарации семян на вибропневмосепараторах с декой прямоугольной формы как с прямотоком, так и с противотоком разделяемого материала, ограничены в основном эффективностью делителей псевдоожиженного слоя.

Разработано и исследовано три типа делителей: ножевой, решетный и шахтный (рис.12)

1 2

а)

ват

Рис.12. Схемы делителей псевдоожиженного слоя: а- ножевой; б- решетный; в- шахтный. 1- разгрузочный конец деки; 2-дели-тель. I- легкая фракция; [[-средняя фракция; Щ. тяжелая фракция.

§ ¡1

Ножевой делитель представляет собой расположенные ножи в конце деки параллельно движущемуся потоку материала, при этом кромки ножей установлены над разгрузочной кромкой с зазором и параллельно друг другу (рис.12 а ). Кроме зазоров между кромками ножа и деки на устойчивость разделения влияет ширина ножа (размер по ходу движения материала). Выявлено, что при сливе через делительный нож зернового материала толщиной в 1...2 элементарных слоя (2,5. .6,7 мм), зернрвки находящиеся на ноже ускоряются, и псевдоожиженный слой в зоне схода с деки разрывается. Оптимальные значения ширины ножей находятся в пределах 50...70 мм. При применении ножей с шириной меньшей 50 мм происходит отражение спинкой ножа движущегося псевдоожиженного потока, и процесс разделения сопровождается хаотическим перемещением слоев по вертикали, что существенно снижает эффективность процесса сепарации.

Делитель ножевого типа обеспечивает устойчивое разделение псевдоожиженного слоя только на две фракции. При установке двух и более ножей процесс сепарации

сопровождается нарушением структуры слоя в зоне их расположения, что существенно снижает качество сепарации и устойчивость заданного процентного выхода фракций.

С целью уменьшения нарушения структуры слоя в зоне схода с деки исследован решетный делитель, представляющий собой решето, установленное в плоскости деки, последовательно с ней ( рис.12 б). Оптимальным является решето с прямоугольной формой отверстий - 6 х 20 мм2 и с живым сечением 65 % . При этом решето расположено длинной осью вдоль движения материала. Оптимальная длина решета - 280...320 мм, а ширина его равна ширине деки. Решетный делитель обеспечивает требуемое процентное соотношение фракций при устойчивости процесса на 10...15 % большей, чем ножевой. Однако при движении псевдоожиженного слоя по решету происходит смещение расслоившихся слоев материала друг относительно друга, что снижает качество сепарации.

Наиболее эффективным оказался шахтный делитель, представляющий собой перегородки установленные вертикально с расположенными верхними кромками в плоскости деки ( рис. 12 в ). Оптимальные значения зазоров между перегородками находятся в пределах 80 .95 мм. Шахтный делитель обеспечивает устойчивое разделение псевдоожиженного слоя на три фракции.

Экспериментальные исследования показали, что эффективность сортирования по массе 1000 семян на вибропневмосепараторах с прямоточной декой и с шахтным делителем соответствует агротехническим требованиям на машину окончательной очистки. В связи с этим сепараторы с прямоточной декой и с шахтным делителем могут быть эффективно применены в семяочистительных линиях агрегатов и комплексов, а также в фермерских хозяйствах при высокой культуре зернопроизводсгва (т.е. при минимальном содержании трудноотделимых примесей в зерновом материале ).

Повышение производительности вибропневмосепараторов с трапециевидной или прямоугольной деками сопровождается с неизбежным увеличением их рабочих площадей, что приводит к увеличению колебательных масс и к снижению равномерности скоростей воздушного потока по площади деки, а следовательно способствует снижению устойчивости процессов сепарации и их эффективности.

Отрицательным свойством вибропневмосепараторов с плоским деками является низкая эффективность объединения нескольких рабочих органов ( модулей ) в одну машину. Это затрудняет разработку типоразмерного ряда вибропневмосепараторов для фермерских и коллективных хозяйств, а также для других отраслей народного хозяйства.

С целью интенсификации процессов сепарации в псевдоожиженном слое разработан вибропневмосепаратор ( а с. №№ 1803200 и 1722619 ), разделяющий зерновой материал в поле центробежных сил наклонного барабана (рис.9 в ).

Принцип разделения зерновых смесей в псевдоожиженном слое на внутренней поверхности наклонного барабана основан на различном положении частиц по периметру разгрузочной кромки со стороны нижнего основания барабана. Семенной материал в процессе движения вдоль барабана расслаивается. Легкие примеси всплывают в верхние слои, а полновесные зерна и тяжелые компоненты поступают в средние и нижние слои, последние соприкасаются с цилиндрической поверхностью барабана и смещаются в сторону его вращения. В результате чего по периметру разгрузочной кромки барабана материал классифицируется в зависимости от комплекса свойств частиц ( рис.116).

Процесс сепарации в центробежном рабочем органе ( рис.9 в ) происходит следующим образом. Исходный материал из бункера - дозатора 11 поступает во внутреннюю полость барабана 1, расслаивается по периметру барабана и разделяется на фракции планкой 4. Перегородки 2 уменьшают вероятность поступления легких частиц во фракции тяжелых.

Расслоение по периметру барабана характеризуется в основном кинематическим параметром, определяющим режим движения частиц по поверхности барабана. Установлено,

что в зоне отрыва зерновок от барабана, значения кинематического параметра удовлетворяют неравенство:

где: г - радиус барабана; - угол определяющий положение зерновки.

Область возможного движения, определяемая неравенством (23) и угол отрыва зерновки от барабана ц/, - определяются комплексом свойств исходного материала и рабочего органа. Частицы находящиеся на поверхности барабана в момент отрыва совершают гармоническое колебательное движение. Обосновано выражение периода колебаний.

Производительность сепараторов роторного типа зависит в основном от диаметра барабана и скорости движения псевдоожиженного слоя в нем и может быть определена на основании формулы ( 17 ) с учетом площади псевдоожиженного слоя, имеющего форму сегмента (рис. 116).

Главным конструктивным параметром рабочего органа, определяющим разделяющую способность сепаратора является длина барабана, которую можно определить по формуле:

псевдоожиженном слое по поверхности барабана; Крд -коэффициент режима движения зерновок по поверхности барабана; ^ - угол установки разделительной планки.

Аналитическое обоснование механизма расслоения зерновых материалов и избирательного их транспортирования по периметру разгрузочной кромки барабана в зависимости от комплексных свойств семян и рабочего органа являлось основой при разработке методики и постановке экспериментов, позволивших обосновать основные параметры процессов сепарации в песвдоожиженном слое и в поле центробежных сил.

Экспериментальные исследования показали, что эффективность выделения тяжелых частиц (в основном минеральной примеси) в 1,6...1,9 раза более высока (рис.13 ), чем легких примесей ( щуплые зерна, кусочки соломинок и т.д.).

Удельные зерновые нагрузки при сепарации в псевдоожиженном слое в поле центробежных сил в 1,3...2,5 раза более высокие ( в зависимости от свойств исходного материала и выделяемых компонентов ), чем в вибропневмосепараторах с плоскими деками. При этом совокупные энергозатраты в центробежных рабочих органах на 30...50 % более низкие, чем в сепараторах с плоскими деками, а эффективность сортирования по массе 1000 семян находится на уровне сепараторов с прямоточной декой.

Дополнительное повышение эффективности работы вибропневмосепараторов, а следовательно и разработанной фракционной технологи (рис.4) в целом может быть осуществлено за счет увеличения качества очистки на плоско-решетных машинах. Основным фактором снижающим технологическую эффективность решетных сепараторов является недостаточная полнота выделения мелких примесей, особенно при увеличении удельных зерновых нагрузок.

ЮГ £ 2 (^Р,/?;'(! + /с) -

(23)

(24)

угловая скорость движения частицы в

7,0 5,6 12 2,8 <А

Рис.13. Зависимости производительности и полноты выделения тяжелых (-) и легких (— ) примесей,

соответственно, от длины барабана 1б и его диаметра с!« .

4'

0.2

0.3

0,4

0.5

Об

йб,"

Повышение качества очистки зерновых материалов в щадящем режиме на плоских решетах возможно путем воздействия нисходящим воздушным потоком на зерновой слой.находящийся на решете ( рис. 14).

Рассматривая зерновой материал на решете при оптимальных параметрах воздушного потока и вибраций, как псевдоожиженный слой, получено выражение для определения удельных зерновых нагрузок на пневморешетах работающих в подсевном или сортировальном режимах.

V)

(25)

где: qr - удельные зерновые нагрузки на гравитационном решете; Кр - коэффициент расширения слоя; v = Ур/Ук - число псевдоожиженя; Ур - скорость продувки решета; Ук - критическая скорость псевдоожижения.

Рис. 14. Схема пневморешета: 1-решето; 2-приемники продуктов разделения; 3-воздухо-заборная камера; 4-питатель-дозатор; -» - направление воздушного потока; ^-направление колебаний.

При оптимальных режимах сепарации для семян основных зерновых культур Кр= 1,05...1,12, а критическая скорость псевдоожижения Ук= 0,7...1,2 м/с.

Воздействие нисходящим воздушным потоком на плоское решето позволяет повысить удельные зерновые нагрузки, например при скоростях равных 2...3,5 м/с (25 ) в среднем в 2...3 раза по сравнению с гравитационным решетом.

С увеличением скорости воздушного потока и подач зернового материала на пневмо-решето ускорения решетного стана растут по линейной зависимости. При повышении удельных зерновых нагрузок устойчивость процесса сепарации повышается, а при увеличении скорости воздушного потока - уменьшается.

Главным фактором ограничивающим рост удельных зерновых нагрузок на пневмо-решете является их забиваемость так, при скоростях воздушного потока Ур > 2,5 м/с очистительные устройства щеточного или шарикового типов не обеспечивают постоянную величину живого сечения решета (рис.15).

Разработан решетный стан, обеспечивающий улучшение очистки решет от застрявших в его отверстиях зерен и повышение коэффициентов расширения слоя Кр ( а.с. № № 1659127, 1669584, 1726059 ).Улучшение качества очистки решет достигается за счет выполнения рамки, поддерживающей очистительные элементы подвижной и расположения продольных перегородок под острым углом к поперечным, Это позволяет исключить забиваемость решета в зонах над перегородками, что особенно важно при дополнительных силовых воздействиях. Оптимальные значения углов между перегородками могут быть определены из условия доступности очистительных элементов к зоне решета, находящейся над продольными перегородками по следующей формуле:

а„2<»-сц

(26)

где: а„ - угол между продольными и поперечными перегородками; Ап - амплитуда колебаний рамки очистительных элементов; <1 - диаметр очистительных элементов.

0,75 0,вО 0/>5 0^0 0.«

Л

\\ V 2 ь/!

V \ й Л \

У к

О ч

О О

Рис.15. Зависимости полноты выделения проходовой фракции е от удельной подачи и скорости воздушно-потока Ур для решета с прямоугольными отверстиями 1,7x20 мм2 (----) и

для решета - 2,2x20 мм2 (-----):

1- 8=^,,) при Ур=2,5 м/с;

2- Е=Я;УР) при ч„=1,28 кг/(см);

3- при Ур=0.

4

о

2

4 1!, м с

Увеличение коэффициентов расширения слоя К, осуществляется за счет воздействия на него упругими вертикальными разрыхляющими штырями, установленными в шахматном порядке в отверстиях верхней рамки, колеблющейся относительно решета.

1

Совместное использование разработанного очистительного устройства и разрыхляющих штырей обеспечивает снижение коэффициентов забитости отверстий пневморешет в среднем на 10 ..15 % по сравнению с щеточными очистителями.

Непременным условием эффективного сепарирования зернового материала на пнев-морешете является высокая равномерность распределения воздушного потока по площади решета. При минимальной толщине зернового слоя 5... 10 мм и скоростях воздушного потока от 1.5 до 2,8 м/с оптимальные значения коэффициентов вариации воздушного потока по площади деки не должны превышать 15 %. С увеличением толщины зернового слоя коэффициенты вариации воздушного потока уменьшаются, а с возрастанием скорости воздушного потока увеличиваются.

Определена оптимальная высота воздухозаборной камеры Н„ = 150 мм (рис.14) по критерию минимальных значений коэффициентов вариации.

Обоснованы следующие основные параметры процесса пневморешетной сепарации: подача материала - 1,2...1,8 кг/(мс), скорость воздушного потока - 2...3 м/с; амплитуда колебаний- 12..15 мм; частота колебаний - 6...12 Гц.

Применение пневморешет в качестве подсевных или сортировальных на воздушно-решетном машине вторичной очистки обеспечит увеличение полноты выделения мелких примесей и повысит однородность основной фракции семенного материала по размерам, что дополнительно увеличит эффективность сепарации на машине окончательной очистки.

Основным фактором снижающим качество семян в процессе их производства, как в нашей стране, так и за рубежом является комбайновая уборка, при которой более 50 % семян травмируется Снизить травмирование семян в процессе уборки возможно путем уменьшения динамических нагрузок со стороны рабочих органов на семена и в первую очередь молотильно-сепарирующих устройств. Применение любой щадящей технологии уборки сопровождается снижением плотности зернового вороха из-за высокого содержания в нем соломистых примесей ( рис. 16).

Одним из главных факторов сдерживающих применение щадящих технологий, особенно для семеноводства, является низкая эффективность процессов сепарации зернового вороха с плотностью меньшей 500 кгм .

В настоящее время для разделения вороха с низкой плотностью наиболее эффективным является способ пневмоинерционной сепараци, включающий подачу исходного материала с помощью ускорителя в высокоскоростной плоский поток, который затем пересекают мощным потоком воздуха.

Чистота зерна и его потери зависят от взаимодействия разделяемых частиц в обрабатываемом потоке, числовые значения этих показателей определяются составом исходного вороха. Предположим, что плотность распределения зерна в потоке вороха меньше плотности элементарного слоя, при котором материал распределен сплошным слоем толщиной в одно зерно. Средняя плотность элементарного слоя зерна пшеницы составляет 2...2,5 кгм"2, поэтому принятое предположение выполняется при весьма высокой производительности. Например, при скорости потока вороха Ул=20 м/с производительность Q=40...50 кг/с на 1 м ширины потока, что соответствует 140... 180 т/ч по чистому зерну.

Вероятность выноса легкой частицы зерном пропорциональна вероятности расположения ее у зерна со стороны действия воздушного потока, которую определили отношением площади этой зоны на данном участке к общей площади размещения легких частиц. Учитывая что при редком потоке зерна площадь зоны, опасной для выноса легких частиц, пропорциональна количеству зерна, а легкие частицы могут располагаться в потоке, как со стороны действия воздушного потока, так и с обратной стороны, получили выражение вероятности в следующем виде:

ИГ.'С^Со+ВУАКИЯУ1)1 . (2?)

где Со - относительное количество зерна в исходном ворохе; В - ширина потока, м; Кпз -коэффициент, определяющий площадь непроницаемой легкими частицами зоны в плоском потоке вороха, образованной каждым килограммом зерна, м/кг.

20 25 5а х 40 г>с.У'

Количество легкой фракции, попадающей в приемник зерна, определяется произведением количества ее в исходном ворохе на вероятность ( 27 ). В связи с этим чистота зерна после обработки на пневмоинерционном сепараторе может быть определена по формуле:

где: Ялф= 1- Со - относительное количество легкой фракции в исходном материале.

Результаты опытов свидетельствуют о том, что полученная при теоретическом изучении процесса сепарации формула (27) с 95 % точностью определяет зависимость чистоты выделенного зерна от исходной засоренности обрабатываемого вороха.

Величина потерь зерна \УР возрастает с увеличением количества легкой фракции п., в ворохе. Анализ экспериментов показал, что вынос зерна в отходы обусловлен в основном присутствием соломы в ворохе. Соотношение массн соломы к массе половы X при неизменном их общем количестве в ворохе изменялось от 1 : 8 до 8 : 1. Оказалось, что чистота выделенного зерна практически не зависит от X,.

Исследование полученных зависимостей (27) и (28) позволило выявить новые возможности интенсификации процессов пневмоинерционной сепарации. Установлено, что расслоение зернового материала в псевдоожиженном слое перед вводом его в сепарацион-ный канал обеспечивает повышение эффективности работы пневмоинерционных сепараторов (ас. 1й№ 1609519 и 1787581).

Разработан пневмоинерционный ворохоочиститель с двумя последовательно установленными воздушными каналами над сепарационной камерой. Установка дополнительного воздушного канала обеспечивает предварительное расслоение зернового потока перед поступлением его в канал основной очистки. Производительность ворохоочистителя с двух-

Рис.16. Зависимость плотности вороха от содержания в нем соломистых примесей

(28)

канальной камерой сепарации в среднем на 25...30 % выше, чем в сепараторах с одним воздушным каналом ( рис.17).

9>.

т/Ч

ъо

20

Ю

— »

1 —7«

25

50

35

4О

45

50 55 (¡¡г/<

Рис. 17. Зависимости прозводительности (по зерну) от подачи (пропускной способности по вороху), вор0x0-очистителей с однока-нальной (- Д -) и двухка-напьной (- х -) камерами сепарации; (-"-)• возможный выход зерна.

Обоснованы основные параметры аэродинамической сепарационной камеры для во-рохоочистителя производительностью 25...30 т/ч, обеспечивающего качественные показатели очистки вороха, содержащего до 35 % соломистых примесей в соответствии с агротехническими требованиями на сепаратор для технологии уборки зерновых культур со сбором всего биологического урожая " Невейка ".

В шестой главе " Реализация и эффективность использования диссертационной работы " представлены результаты практической реализации и технико-экономическое обоснование эффективности их применения.

Основные технико-экономичкекие показатели сравниваемых машин и технологий

Наименование показателей Машины Технологии подготовки семян зерновых культур Технологии очистки семян трав при обработке урожая на стационаре

Базова я машина СПС -5 Новая машин а МОС-9 Базовая технолог ия ЗАВ-25+СП10 А Новая фраши. л ная 71.ч-нология Базовая технология (включая МВ-2,5) Новая фракционная технология

Годовая выработка,т 2325 4125 3900 5600 130 142

Прямые энергозатраты,МДж/т 36,6 31,2 238,7 174,7 2266,7 2324,4

Энергоемкость машин и оборудования, МДж/т 3,5 2,1 54,7 42,8 660,6 682,8

Совокупные энергозатраты,МДж/т 40,1 33,3 293,4 217,5 2927,3 3007,2

Годовой экономический эффект,тыс. руб. - 1358 - 478561 - 127843

Предложения промышленности по фракционной технологии очистки семян основных зерновых культур, обеспечивающей выделение биологически наиболее ценного посевного материала, и предложения по конструктивной схеме и основным параметрам машины для окончательной очистки семян МОС-9 производительностью 9 т/ч на очистке семян пшеницы реализованы ОАО «ГСКБ Зерноочистка».

Конструктивная схема и основные параметры пневмоинерционного ворохоочистнте-ля с двумя аспирационными каналами реализованы в АО «Ростсельмаш» при разработке высокопроизводительных ворохоочистителей ( 25...50 т/ч).

Приведен расчет основных энергетических и экономических показателей ( таблица ) проведенных исследований в соответствии с ГОСТ - 23729-88 и ГОСТ - 23730-88. Суммарный рассчетный годовой экономический эффект превышает 1 млрд. руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Технология очистки семян с выделением биологически наиболее ценного посевного материала по комплексному признаку сепарации, реализуемая путем предварительного фракционирования по длине на две примерно равные по объему фракции с последующей раздельной обработкой в оптимальном для каждой фракции режиме на машинах вторичной и окончательной очистки позволяет увеличить выход высококачественных семян на 25.. 30% и повысить урожайность на 5...20 % в зависимости от качества исходного материала.

2 Наиболее эффективным и легко реализуемым признаком фракционирования при очистке семенных материалов основных зерновых культур является длина. Фракционирование семян в большинстве случаев целесообразно производить с выходом одной из фракций

40. 60%

Триерное фракционирование позволяет получить материалы фракций с максимальными показателями однородности комплекса признаков, повысить эффективности работы машин вторичной и окончательной очистки, увеличить полноту выделения примесей в пневмосепараторах и на решетах машины вторичной очистки. Раздельная обработка фракций на машинах вторичной очистки при оптимальных режимах их работы обеспечивает увеличение показателей однородности материалов и дополнительно повышает эффективность работы машины окончательной очистки.

Оптимальные значения диаметров ячеек цилиндра фракционирующего триера для семян пшеницы - 6,4...7,5 мм; ячменя-8,9 .9,2 мм; ржи-7,3...8,1 мм.

3 Установлены оптимальные режимы машин, обрабатывающих фракцию материала, выходящую из фракционирующего цилиндра (с его разгрузочной кромки):

- воздушно-решетной машины МВО-20. скорость воздушного потока в 1-м аспира-ционном канале-5...6 м/с; а во 2-ом-7...8 м/с; частота колебаний решетных станов-7,2...8,0 Гц,

- машины окончательной очистки семян МОС-9: амплитуда колебаний деки - 8 . 9 мм; частота колебаний деки -7...8 Гц; угол поперечного наклона-5...6°; угол продольного наклона -8...9°; средняя скорость воздушного потока по площади деки - 1,4. .1,6 м/с.

Рациональные режимы машин, обрабатывающих фракцию материала, выходящую из желоба фракционирующего цилиндра:

- воздушно-решетной машины МВО-20: скорость воздушного потока в 1-м аспира-ционном канале-4...5 м/ с, а во 2-м- 6...7 м/с; частота колебаний решетных станов - 5,1..1,2 Гц;

- машины окончательной очистки семян МОС-9: амплитуда колебаний деки - 6 . 7 мм; частота колебаний деки-6...7 Гц; угол поперечного наклона - 4...5°; угол продольного наклона-6...7°; средняя скорость воздушного потока по площади деки-1,1.. .1,2 м/с.

4. При машинной подготовке семян на современных семяобрабатывающих предприятиях семена подвергаются динамическим воздействиям в несколько раз превышающими предельно допустимые, а количество циклов нагружеиия в сотни раз. Прирост травмированных семян в результате единичного пропуска через комплект оборудования исследованных семяобрабатывающих агрегатов и комплексов составляет: для внешних повреждений -

32.. .45%у для внутренних - 40.. 65% в зависимости от культур. При этом, травмирование семян: нориями, шнековыми и скребковыми транспортерами-26...35%; воздушно-решетными машинами-5...6% итриерами - 4...5%.

Наибольшее отрицательное влияние на урожайные свойства семян оказывают повреждения в области зародыша и эндосперма, при этом полевая всхожесть семян снижается на 45...87%.

Для получения высококачественных семян в процессе их машинной подготовки необходимо, чтобы суммарные динамические и статические нагрузки на семена с учетом циклов нагружения не превышали предельно допустимые, которые можно определить по разработанной методике (а.с. №№ 1782386 и 1806508).

5 Технология очистки семян пшеницы от трудноотделимых примесей (зерен ячменя), разработанная в результате исследования делимости по комплексу признаков зерновок (плотности, длины, ширины, толщины, индивидуальной массы, скорости витания, угла трения) обеспечивает получение максимального количества семян пшеницы соответствующих требованиям 1-му классу стандарта не более 3/4 от исходного материала, при этом технология включает восемь последовательных операций сепарации по признакам: длины, толщины, фрикционных свойств, плотности и индивудуальной массы.

На основании разработанной математической модели комплексного признака сепарации семенных смесей получено линейное выражение признака разделения семенного материала на машине окончательной очистки и определено, что она сепарирует материал в основном по плотности, форме и длине частиц.

Применением способа проектирования фракционных технологий, основывающимся на комплексных признаках сепарации, выявлена возможность создания технологии, обеспечивающей повышение эффективности очистки трудноразделимых семенных материалов путем увеличения показателей однородности размерных характеристик семян и в первую очередь длины, перед подачей их на машину окончательной очистки.

6. Эффективность расслоения семян в тонком слое (50...60 мм) в среднем на 25...30% выше, чем в толстом- (180...200 мм) при одинаковой продолжительности процессов. На расслоение в толстом слое при оптимальных параметрах процесса времени затрачивается в 6... 10 раз больше, чем в тонком. Пульсации воздушного потока под рабочей опорной поверхностью слоя позволяют повысить эффективность сепарации в тонком слое на 10 ..15% (а.сЛЫ 609519), а в толстом - способствуют снижению эффективности сепарации.

Оптимальный режим процесса расслоения семян в тонком псевдоожиженном слое: вертикальная составляющая амплитуды колебаний - 5...6 мм; частота колебаний рабочего органа- 8,3.. 8,5 Гц; скорость воздушного потока- 1,1...1,3 м/с; время прохождения процесса - 57.. 65 с, частота пульсаций воздушного потока - 2...3 Гц; толщина слоя - 50...60 мм; угол направленности колебаний-22...31°.

7. Расслоение зернового материала перед вводом его в сепарационный канал путем дополнительного воздействия воздушным потоком на инерционный зерновой поток, обеспечивает повышение эффективности работы пневмоинерциоиных сепараторов особенно при очистке зерновых материалов с высоким содержанием соломистых и мелких примесей (а с.№1609519 и ас.№1787581). Многофакгорными исследованиями процесса сепарации зернового вороха с высоким содержанием соломистых примесей в пневмоинерциоиных сепараторах выявлено, что вынос зерна в отходы обусловлен в основном присутствием соломы в ворохе и не зависит от соотношения массы соломы к массе половы.

Оптимальные основные параметры пневмоинерционного сепаратора производительностью 25 т/ч, обеспечивающего качественные показатели очистки зернового вороха в соответствии с агротехническими требованиями по технологии "Невейка" со сбором всего биологического урожая: линейная скорость лент метателя -12...15 м/с; скорость воздушного потока в 1-м (по ходу движения материала) аспирационном воздушном канале - 10 ..12 м/ с,

а во 2-м - 15... 18 мI с; сечение 1-го канала в рабочей зоне - 250 к 1000 мм, а 2-го - 350 х 1000 мм; расстояние между центрами каналов 400...500 мм, а между вбрасывателем и центром 1-го канала - 300...400 мм.

8. Качество сепарации зерновых материалов на плоских решетах в поле инерционно-гравитационных сил при дополнительном воздействии нисходящим воздушным потоком может быть повышено в 2...3 раза. Непременным условием эффективного сепарирования является высокая равномерность распределения воздушного потока по площади решета и качественная очистка его отверстий от застрявших зерен. Коэффициент вариации воздушного потока по площади решета не должен превышать 0,2. С увеличением толщины слоя материала уменьшается его порозность, что снижает интенсивность просеивания проходящего компонента зернового материала тем сильнее, чем меньше диаметр отверстий решет (а.с.№1773501).

Образование зернового слоя оптимальной толщины на пневморешете может быть достигнуто определенным воздействием на него колеблющимися стержнями. Эффективная очистка отверстий плоского решета осуществляется за счет упругого соединения поддерживающей решетки очистителей шарикового типа и оптимального расположения перегородок (а.с.№1669584, №1659127 и №1726059).

Для воздушно-решетной машины вторичной очистки МВО-20 основные параметры плоских решет, работающих в подсевном режиме при дополнительном воздействии нисходящим воздушным потоком: подача материала - 1,2... 1,8 кг/(м-с); скорость воздушного потока - 2...3 м/с; амплитуда колебаний решетного стана -12... 15 мм; частота колебаний - 6... 12 Гц; угол наклона решета к горизонту - 12...15°; угол направленности колебаний - 10...12°; высота воздушной камеры - 150 мм.

9. Сравнительными исследованиями технологических и конструктивных параметров основных классов вибропневмосепараторов установлено:

- машины с трапециевидной формой деки и с увеличенной интенсивностью транспортирования тяжелых частиц на рабочей поверхности послойного перемещения, особенно при больших производигельностях, обеспечивают наиболее эффективное выделение трудноотделимых примесей из семенных материалов выравненных по признакам длины, толщины, ширины, скорости витания, чем другие вибропневмосепараторы и семяочистительные машины;

- сепараторы с прямоугольной или с цилиндрической декой сортируют семенной материал по массе 1000 семян на уровне машин с трапециевидной декой при существенно меньших совокупных энергозатратах и более низких значениях эффективности очистки семян от трудноотделимых примесей;

- для высокопроизводительных сепараторов производительностью 5...10 т/ч, имеющих рабочую площадь деки 1,3...2 м2, вакуумная система забора воздушного потока, обеспечивающая продувку слоя материала на рабочей поверхности деки является более эффективной, чем нагнетательная, а для дек с площадью 0,5...1,2 м2, целесообразно применять нагнетательные системы с камерой наддува, имеющей выходное окно близкое по форме и по площади к деке сепаратора.

- при разделении псевдоожиженного слоя на три и более фракций стабильность технологического процесса вибропневмосепараторов с прямоугольной декой меньше, чем в сепараторах с трапециевидной декой.

10. Производительность и качество сепарации семян на вибропневмосепараторах с декой прямоугольной формы, как с прямотоком так и с противотоком разделяемого материала, ограничены в основном эффективностью делителей псевдоожиженного слоя. Исследованиями процессов разделения псевдоожиженного слоя тремя типами делителей^установ-лено, что шахтный делитель обеспечивает повышение эффективности сепарации на 25...30% по сравнению с решетным или ножевым делителями. Удельные зерновые нагрузки у прямо-

тонного рабочего органа, при более высоких показателях эффективности сепарации, на 50...60% больше, чем у противоточного. Производительность вибропневмосепараторов с прямоугольной декой линейно зависит от ее ширины.

Оптимальные значения параметров вибропневмосепараторов с прямоточной декой: удельные зерновые нагрузки - 2,1.. 3,5 кг- м"2 с1; длина деки - 0,9...1,2 м; амплитуда колебаний деки- 7. 8 мм; частота колебаний - 7,5..8,5 Гц; угол наклона декй - 2...3° (отрицательный); скорость воздушного потока - 0,9 ..1,2 м/с; угол направленности колебаний - 22.. .25°; величина зазоров между перегородками шахтного делителя - 80 ..95 мм.

Расслоение семенного материала в псевдоожиженном слое и подача его с равномерной толщиной в зону послойного перемещения трапециевидной деки, с увеличенной интенсивностью транспортирования рабочей поверхностью тяжелых частиц и выявленные оптимальные размеры деки позволили создать вибропневмосепаратор, обеспечивающий качественные показатели очистки семян в соответствии с агротехническими требованиями на машину окончательной очистки семян производительностью 9 т/ч (а с. №Х»1459711, 1468590, 1489832. 671371).

11. Сортирование семенных материалов по массе 1000 семян в псевдоожиженном слое может быть интенсифицировано за счет использования центробежных сил.

Обоснованы параметры и создан рабочий орган, разделяющий семенной материал во внутренней полости наклоненного к горизонту вращающегося перфорированного барабана и продуваемого воздушным потоком (а.с. № Кг 1803200 и 1722619), оптимальные значения параметров при удельных зерновых нагрузках - 5,2...6,7 кг ы2 с"1: длина барабана - 700 мм; диаметр барабана - 500 мм; угол наклона барабана к горизонту - 8... 13° ; средняя скорость воздушного потока - 1,2...1,6 м/с; частота вращения барабана - 0,4...0,7 с"1; диаметр отверстий барабана - 1,1. .1,2 мм; углы установки перегородки к продольной оси рабочего органа-5... 10"; углы установки разделительной планки к вертикали - 65 ..75°.

12. Для фермерских хозяйств разработана технология очистки семян основных зерновых культур и комплекс машин на базе вибропневмосепаратора с прямоточной декой производительностью 2 т/ч, обеспечивающие повышение выхода высококачественных семян на 7.11% при совокупных энергетических затратах близких к лучшим зарубежным аналогам (а с. №№ 1609519, 1763051, 1764717).

Технология очистки семян бобовых трав для стационарного пункта ( включающего обработку всего биологического урожая ) реализуемая путем фракционирования материала на две примерно равные по объему фракции воздушным фракционером с одновременным выделением легких примесей, с последующей раздельной обработкой каждой фракции в оптимальных режимах на воздушно-решетной машине, триере и машине окончательной очистки позволяет уменьшить потери семян в отходы на 14...20 %.

13. На основе результатов исследований разработаны конкурентно способные технологии и конструкции семяочистительных машин, обеспечивающие повышение качества семян при подготовке их к посеву.

Результаты исследований использованы в ОАО «Зерноочистка» при разработке машины окончательной очистки семян МОС - 9 и типовых технологий семяочистительных агрегатов и комплексов, в ГСКБ по машинам для уборки и обработки урожая на стационаре АО «Ростсельмаш» при разработке пневмоинерционного сепаратора для разделения зерно-соломистого вороха с высоким содержанием соломистых примесей, фракционные технологии очистки семян использованы в ряде хозяйств Московской, Владимирской и Курской областей. Суммарный экономический эффект от материалов выполненных исследований составляет около 1,1 млрд. руб., при этом совокупные энергозатраты уменьшаются на 22...30% .

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ ОСНОВНЫХ РАБОТАХ

1. Исследование признаков делимости семян пшеницы и ячменя. НТБ ВИМ, М., 1986,№64, с.44 . .46, (соавторы Бабченко В.Д., Зюлин А.Н., Воронин В.М.).

2. Выбор параметров пневматических сортировальных столов. Труды ВИМ, 1987, т. 112, С.37...48, (соавтор Бабченко В.Д.).

3. Результаты очистки семян пшеницы на пневматическом сортировальном столе. Труды ВИМ, 1987, т. 112, С.72...78.

4. Исследование делимости семян пшеницы и ячменя по комплексу физических свойств. НТБ ВИМ, М., 1987,№66, с.20.,.22, (соавторы Зюлин А.Н., Воронин В.М.).

5. Обоснование размеров деки пневматического сортировального стола. НТБ ВИМ, М., 1987,№68, с.43.,.45, (соавтор Еабченко В.Д.).

6. Признак разделения семян пшеницы и ячменя на пневматическом сортировальном столе. НТБ ВИМ, М., 1988,№69, с.40.,.43, (соавтор Зюлин А.Н.).

7. Рекомендации научно-практической конференции молодых ученых «Повышение эффективности использования производственного потенциала сельского хозяйства в условиях научно-технического прогресса». Львов - Дубляны: Львовский СХИ, 1987, - 14 с, (соавторы Черевко Г.В., Липчук В.В. и др.).

8. Повреждение семян зерновых культур при машинной обработке. Вестник сельскохозяйственной науки, 1992,№1, с.97.,.105, (соавторы Анискин В.И., Пехальский И.А.).

9. К обоснованию метода определения внутренних повреждений семян зерновых культур. НТБ ВИМ, М., 1992,№85, С.24...28, (соавторы Анискин В.И., Пехальский И.А.).

10. Методы определения повреждений семян при машинной обработке. Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ВИМ), М.,

1992. Деп.во ВНИИТЭИАгропром,№62 ВС-92, 39 е.,(соавторы Анискин В.И., Пехальский И.А.).

11. Поиск рациональных способов и машин для сепарации зерновых материалов. В кн.: "Проблемы сельскохозяйственного производства Карпатского региона" (тезисы докладов), В.Бакга, 1992, с.61. ,

12. Классификация пневмосепараторов зерновых материалов. Достижения науки и техники АПК, 1993,№4, с.22.,.23, (соавтор Анискин В.И.).

13. Усовершенствование технологии и технических средств для сепарации зерновых материалов. В кн.: 'Энергосохраняющие технологии и технические средства для производства сельскохозяйственной продукции" (тезисы докладов), Киев, ИМЭСХ, 1993, с. 151.

14. Расслоение вибропсевдоожиженных слоев зерновых материалов. Достижения науки и техники АПК, 1993,№4, с.21.,.22.

15. Определение оптимальных параметров ворохоочисгителя для разделения зерно-соломистого вороха с высоким содержанием соломистых примесей. НТБ ВИМ, М.,

1993,№86, с.8.,.10, (соавтор Сотников A.B.).

16. Проблемы технологий послеуборочной обработки семян трав. Проблемы агропромышленного комплекса Карпат. Межведомственный тематический научный сб., №2, В.Бахта, 1993, с.208.,.213.

17. Исследование рабочих органов для сепарации семян по сферичности. Международный сельскохозяйственный журнал, 1994,№6, с.52...54.

18. Исследование процессов разделения зерновых материалов на вибропневмосепара-торах. Достижения науки и техники АПК, 1994,№6, с.37,.,40, (соавторы Суконкин Л.М., Веденеев В.А.).

19. Методологические основы изыскания инженерных решений машинных сельскохозяйственных процессов. НТБ ВИМ, М., 1994,№89, с.3.,.7, (соавтор Анискин В.И.).

20. Обоснование технологических линий машин для обработки семян трав. Межведомственный тематический научный сб., №3, В.Бакта, 1994, с. 139... 147.

21. Как определить сыпучесть зерновых материалов. Достижения науки и техники АПК, 1994, №4-5, с.36.,.39.

22. Новый рабочий орган для очистки семян. В кн.: "Проблемы агропромышленного комплекса горного региона Карпат" (тезисы докладов международной конференции ), Н. Ворота, 1994, с.55.,.56, (соавтор Мадяр В Н.).

23. Определение коэффициентов трения семян об опорную поверхность. Достижения науки и техники АПК, 1994,Jfe4-5, с.34.,.35.

24. Экспериментальные исследования гидродинамики вибропсевдоожижеиных слоев семян пшеницы и ячменя. В кн.: "Инженерные проблемы сельскохозяйственного производства Украины" (тезисы докладов), Киев, 1994, С.46...47.

25. Особенности энергоресурсосохраняющих технологий очистки зерновых материалов. В кн.: "Проблемы агропромышленного комплекса горного региона Карпат" (тезисы докладов международной конференции), Н.Ворота, 1994, с.54.,.55.

26. Особенности аэродинамики пневморешета. Достижения науки и техники АПК, 1995,№2, с.31...32, (соавтор Суконкин Л.М.).

27. Проблема качества семян и пути его повышения сепарирующими рабочими органами. Международный сельскохозяйственный журнал, 1995,№3, С.49...51.

28. Процессы сепарации зерновых материалов в вибропсевдоожижеиных слоях. Дос-j-ижения науки и техники АПК, 1995,№6, с.25.,.27, (соавтор Суконкин JI M.).

29. Определение центров тяжести семян различных культур. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 1996,№2, с.73...74.

30. Машина для загрузки зерна в мешки. Техника в сельском хозяйстве, 1996,№4, с.32, (соавторы Пехальский И.А., Пехапьская М.В.).

j 1. Совмещение операций при очистке зерновых материалов путем разделения их в псевдоожиженном слое. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1996,№10, с.30.,.37, (соавторы Пехальский И.А., Пехальская М.В.).

32. Влияние состава вороха на работу пневмосепаратора. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1996,№11, с.26.,.27, (соавтор Зюлин А.Н.).

33. Разделение зерновых материалов на решетных сепараторах. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1997,№1, с.28.,.33, (соавтор Суконкин Л.М.).

34. Обоснование технологии подготовки высококачественных семян для фермерских хозяйств. Новый фермер, 1997,№3, с.33,.,34.

35. Обоснование способа пнеВмоцентробежной сепарации зерновых материалов. Достижения науки и техники АПК, 1997,№3, с.21.,.23, (соавторы Пехальский И.А., Пехальская М.В.).

36. Исследование процесса сепарации зерновых материалов в псевдоожиженном слое в поле центробежных сил. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук, 1997,№4, с.72...75.

37. Технологии обработки семян бобовых трав на стационаре. Международный сельскохозяйственный журнал, 1997,№3, С.31...36.

I 38. Технология и комплекс машин для очистки зерновых материалов. Земледелие,

1997,№3, С.36...38, (соавтор Суконкин Л.М.).

39. Делители дсевдоожиженного Слоя для вибропневмосепараторов. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1997, №5, с.26.,.28, (соавтор Суконкин Л.М.).

40. Фракционная технология очистки семян бобовых трав на стационаре. Селисция и семеноводство, 1997,№3, с.27,.,29.

41.Веялка для фермерских хозяйств. Земледелие, 1997, №4, С.32...33.

42. Как избежать травмирование семян при очистке. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 199*7, №4, с.25.,.26, (соавторы ПехальскийИ.А., Пехальская М.В.).

43. Новый пневматический сортировальный стол. Земледелие, 1997, №5, с.31.,.32, (соавтор Пехальский И.А.).

44. Определение коэффициентов восстановления семян. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1997,№6, с.31...32, (соавтор Пехальский И.А.).

45. Исследование параметров вибропневмосепараторов с прямоточной декой. Техника в сельском хозяйстве, 1997, №5, с. 13... 16, (соавтор Суконкин Л.М.).

46 Обоснование параметров пневморешетной сепарации. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1997, №9, с.28.,.32.

47. Совершенствование рентгенографического комплекса для определения внутренних повреждений семян основных зерновых культур. Российский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ВИМ), М., 1997, 42 с. Деп.во ВНИИТЭИАгро-пром,№132, ОЖИ-35 ( соавторы Архипов В.В., Пехальский И.А.).

48 Сепаратор для предварительной очистки зерновых материалов. Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1997, №10, с.32...33, (соавтор Пехальский И. А ).

49. Основы подготовки высококачественных семян. Вестник семеноводства в СНГ. 1997, №4, с.25.,.26.

50. Влияние машинного воздействия на качество семян Техника в сельском хозяйстве, 1997, №6, с.21. ..23, (соавторы Пехальский И. А., ПехальскаЯ"М.В).

51. А с. 1459711 ( СССР ). Дека пневматического сортировального стола./Бабченко В Д., Дринча В.М.- Опубл. в БИ., ¡989 Дь 7.

52. А с. 1459739 ( СССР ). Устройство для разделения зерновых смесей по упруго-сти./Дринча В.М.Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1989, X» 7.

53. А с. 1465133 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей/ Опубл. в Б.И.,1989, № 10.

54. А с. 1465140 ( СССР ). Пневматический классификатор для разделения сыпучих материалов./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1989, № 10.

55. Ас. 1468590 ( СССР ). Пневматический сортировальный стол/ Бабченко В.Д.,Дринча В.М.- Опубл. в Б.И.,1989, № 12.

56. Ас. 1468591 ( СССР ). Пневматический сортировальный стол/ Бабченко В.Д .Дринча В.М.,Небренчина В.А.- Опубл. в Б.И.,1989, № 12.

57. А.с. 1489832 ( СССР ). Дека к пневматическому сортировальному столу / Бабченко В.Д..Дринча В.М.,Леонов В С - Опубл. в Б.И.,1989, № 24.

58. А.с. 1503898 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Дринча В.М,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И, 1989, № 32.

59. А с. 1505795 (СССР). Устройство для сепарации непереваренных животными остатков корма./Сыротюк В.Н., Дедишин И.Я.,Зинь И.Н., Дринча В.М. - Опубл. в Б.И., 1989, №3.

60 Ас. 1518032 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Бабченко В.Д .Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Скирмантас В.В.- Опубл.в Б.И.,1989, № 40.

61. Ас. 1540872 ( СССР ). Устройство для классификации зернистых материа-лов./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. вБ.И.,1990, № 5.

62. Ас. 1554958 ( СССР ). Сортировальное устройство./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б .И.,1990, № 13.

63. Ас. 1558514 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./бабченко В.Д..ДринчаВ.М.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И.,1990, № 15.

64. А с. 1599129 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1990, № 38.

65 A.c. ( СССР ). Сепаратор./Дринча В.М.,Жалнин Э.В.,Орехов А.П.,Сотников А В.Грабельковский Н.И.,Гехтман A.A.- Опубл. вБ.И.,1990, № 43.

66. А с. ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Бабченко В.Д.,Дринча В.М.,Зюлин А Н.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И,1990, №43.

67. A.c. ( СССР ). Пневматический сортировальный стол./Бабченко В.Д.,Дринча В М ,Кучер Е.И.,1990, № 44.

68. A.c. 1611463 ( СССР ). Решетный стан семяочистительной машины/ Дринча В М .Скирмантас В В.,Бабченко В.Д.,Зюлин А Н.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И., 1980, № 45.

69. A.c. 1623797 ( СССР ). Способ сепарации зерновых смесей и устройство для его осуществления./Дринча ВМ.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл.- в Б.И., 1991, № 4.

70. A.c. 1627281 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Дринча В.М,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б И ,1991, № 6.

71. A.c. 1627284 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Кучер Е.И.Дринча В.М ,3инь И.Н.- Опубл. в Б.И., 1991, № 6.

72. A.c. 1630654 ( СССР ). Центробежная зерноочистительная машина./Дринча В.М ,Кучер Е И .ЗинньИ.Н - Опубл. в Б.И.,1991, № 8.

73. A.c. 1632514 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Дринча В М ,Кучер Е.И ,3инь И.Н.- Опубл. в Б И.,1991, № 9.

74. A.c. 1632515 ( СССР ). Способ сепарации зерновых смесей и устройство для его осуществления /Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл.в Б.И.,1991, № 9.

75. A.c. 1632518 ( СССР ). Устройство для разделения зерновых смесей./Дринча В.М ,Кучер Е И.,3инь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1991, № 9.

76. A.c. 1632521 ( СССР ). Триер./Дринча В.М.,Кучер Е.И.Зинь H.H.- Опубл. в Б.И.,1991, № 9.

77. A.c. 1639771 ( СССР ). Решето семяочистительной машины /Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И Н - О публ. в Б.И.,1991, № 13.

78. A.c. 1645043 ( СССР ). Сепаратор./Дринча В.М.,Зинь И.Н.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И.,1991, № 16.

79. A.c. 1659127 ( СССР ). Устройство для просеивания сыпучего материала./Дринча В.М .Бабченко ВД.Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1991, № 24.

80. A.c. 1666227 ( СССР ). Устройство для сепарации зерновых смесей./Дринча В М ,Бабченко В.Д.,Серик В.П.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И.,1991, № 28.

81. A.c. 1669584 ( СССР ). Решетный стан семяочистительной машины./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1991, № 30.

82. A.c. 1671366 ( СССР ). Центробежный сепаратор для разделения зерновых смесей./Кучер Е.И.,Дринча В М.,3инь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1991, № 31.

83. A.c. 1671371 ( СССР ). Пневматический сортировальный стол./Бабченко В.Д.,Кремнев А.Н.,Дринча В.М.,Хабрат H.H.-Опубл. в Б.И.,1991, № 31.

84. A.c. 1685557 ( СССР ). Способ сепарации зерновых смесей по упругим свойствам/Кучер Е.И.,Дринча В.М.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1991.,№ 39.

85. A.c. 1696004 ( СССР ). Сепаратор./Дринча В.М.,Жалнин Э.В.,Орехов А.П.,Сотников А В..Грабельковский Н.И^Гехгман A.A.-Опубл. в Б.И.,1991,№ 45.

86. A.c. 1697905 ( СССР ). Устройство для разделения зерновых смесей./Бабченко В Д .Дринча В.М.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И., 1991, № 46.

87. A.c. 1703200 ( СССР ). Валковый ipoxoT./Дринча В.М.,Жалнин Э.В.,Орехов

A.П.,Сотников A.B.,Букин B.C.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И..1992, № 1.

88. A.c. 1704858 ( СССР ). Устройство для разделения зерновых смесей./Дринча

B.М.,КучерЕ.И.,Зинь И.Н.-Опубл. в Б.И., 1992, №2.

89. A.c. 1708447 ( СССР ). Способ сепарации зерновых смесей и устройство для его реализации./ДринчаВ.М.,ЗиньИ.Н.,Кучер Е.И.- Опубл. вБ.И..1992.,№ 4.

90. A.c. 1711998 ( СССР ). Сепаратор./Дринча В.М.,Миронюк Я.С ,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 6.

91. A.c. 1715444 ( СССР ). Сепаратор для разделения сыпучих материалов./Дринча В.М.,Маградзе Г.С.,Шатберашвили И;Г.,Чинчаладзе А.Ш.- Опубл. в Б.И.,1992, № 8.

92. A.c. 1715445 ( СССР ). Пневматический сепаратор для разделения сыпучих материалов/Дринча В.М.,Маградзе Г.С.ДНатберашвили И.Г.,Чинчаладзе И.Г.- Опубл. в Б.И.,1992, № 10. ,

93. А с. 1719102 ( СССР ). Скальператор./Дринча В.М.,Матвеев A.C.,Кучер Е.И.,Зинь И Н- Опубл. в Б.И.,1992, № ю.

94ГА.с. 1722619 ( СССР ). Сепаратор./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 12.

95. A.c. 1722623 ( СССР ). Сепаратор. ./Дринча В.М. ,Серик В.П., Миронюк С.К. ,Кучер Е.И., ЗиньИ.Н.- Опубл. в БИ.,1992, № 12.

96. A.c. 1722624 ( СССР ). Устройство для поштучной подачи зернистого материа-ла./Дринча В.М.,Анискин В.И.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 12.

97. A.c. 1726059 (СССР ). Устройство для просеивания сыпучего материала./Дринча В.М..Орехов А.П.,Миронюк С.К.Кучер Е.И.,Ильичев И.Ю,ЗиньИ.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 14.

98. A.c. 1731296 ( СССР ). Пневматический .классификатор для разделения сыпучих материалов./Дринча В.М.,Маградзе Г.С.,Шатберашвили И.Г.,Чинчаладзе А.Ш.- Опубл. в Б.И.,1992, № 15.

99. A.c. 1752454 ( СССР ). Отражательный сгол./Дринча В.М.,Бабченко В.Д.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 29.

ЮО. A.c. I76305I ( СССР ). Пневмосепаратор сыпучих материалов- Опубл. в Б.И.,1992, №35.

101. A.c. 1764717 ( СССР ). Пневмосепаратор для разделения сыпучих материалов./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 36.

102. A.c. 1764719 ( СССР ). Сепаратор /Кучер Е.И.,Дринча В.М.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, №36.

103. A.c. 1764720 ( СССР ). Центробежный сепаратор для разделения сыпучих материалов./Дринча В.М.,Анискин В.И.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 36.

104. A.c. 1769981 ( СССР ). Питатель - дозатор./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.-Опубл. в Б.И.,1992, №39.

105. A.c. 1769982 ( СССР ). Сепаратор сыпучих материалов./Дринча В.М.,Маградзе Г.С.,Кучер Е.И.,ЗиньИ.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, №39.

106. A.c. 1773501 ( СССР ). Скальператор./Дринча В.М.,Матвеев А.С.,Суконкин Л.М.,Веденеев В.А.- Опубл. в Б.И.,1992, № 41.

107. A.c. 1782385, ( СССР ). Устройство для исследования травмирования се-мян./Дринча В.М.,Анискин В.И.,Пехальский И.А.,Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И.,1992, № 47.

108. A.c. 1782386 ( СССР ). Способ определения внутренних повреждений семян и устройство для его осуществления./Дринча В.М.,Анискин В.И.,Пехальский И.А.,Кучер Е.И.-Опубл. вБ.И.,1992, № 47.

109. A.c. 1782892 ( СССР ). Устройство для подачи сыпучего материала к зерноочистительному агрегату ./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1992, № 47.

110. A.c. 1787581 ( СССР ). Способ сепарации зерновых материалов и устройство для его реализации - Опубл. в Б.И.,1993, № 2.

111. A.c. 1787582 ( СССР ). Сепаратор сыпучих материалов /Дринча В.М.,Анискин В.И.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1993, № 2.

112. A.c. 1787583 ( СССР ). Питатель - дозатор к сепаратору сыпучих материалов./Дринча В.М.,Кучер Е.И.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1993, № 2.

113. А с. 1789095 ( СССР ). Устройство для отсчета семян./Дринча В.М.,Анискин В.И..Кучер Е.И.Зинь И.Н - Опубл. в Б.И.,1993, № 3.

114. A.c. 1798017 ( СССР ). Способ сепарации сыпучих материалов./Дринча В.М .Миронкж Я.С.,Кучер Е.И.,Букин В.С.,Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И. № 8.

115. A.c. 1799639 ( СССР ). Способ сепарации сыпучих материалов и устройство для его осуществления - Опубл. вБИ.,1993, № 8.

116. A.c. 1801617 ( СССР ). Пневмосепаратор сыпучих материалов и устройство для его осуществления - Опубл. в Б.И.,1993, № 10.

117. А с. 1803197 ( СССР ). Способ сепарации сыпучих материалов и устройство для его осуществления - Опубл в Б.И.,1993, № 11.

118 А с. 1803200 ( СССР ). Сепаратор сыпучих материалов./Дринча В.М.,Анискин В.И .Кучер Е.И.Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1993, № 11.

119. A.c. 1803204 ( СССР ). Способ сепарации сыпучих материалов./Дринча В.М.Анискин В.И., Кучер Е.И.-Опубл. вБ.И., 1993, № 11.

120 Ас 1803205 ( СССР ). Устройство для поштучной подачи зернистых материалов /Дринча В.М .Кучер Е.И.- Опубл. в Б.И.,1993, №11.

121. A.c. 1806508 ( СССР ). Устройство для исследования травмирования семян./Дринча В.М.Пехальский И.А.- Опубл. в Б.И.,1994, № 13.

122. A.c. 1818152 ( СССР ). Устройство для сепарации сыпучих материалов./Дринча В.М .Анискин В.И.ЗиньИ.Н- Опубл. в Б.И.,1993, №20.

123. Ас. 1832100 ( СССР ). Гравитационный спуск для сыпучих материалов./Дринча В.М ,Кучер Е.И .Зинь И.Н.- Опубл. в Б.И.,1993, № 29.

SUMMARY

Drincha V .M. Technological and Technical solutions for preparing high quality seeds of cereal grains crop by processing of mechanical cleaning and grading.

The thesis ( manuscript ) for scientific degree of doctor in Technical Sciences at the specialty 05 20.01. "Mechanization of Agricultural Production" (VIM ), 1997.

There are presented 145 scientific papers, 97 authorized Certificates. They contain results of theoretical and experimental investigations of the technological and technical maintenance factors in cleaning systems for preparing high quality seeds of cereal grains.

It was defined the seeds kinds of damages by various handling techniques and estimated the effect of mechanical damage of cereal grain on its germination capacity. The damage of seeds by machines and cleaning equipments compose 40...60 %.Light fractions with lover test weights tended to be more brittle than the light fractions with normal test weights.

The methods and equipments for the determination of seeds' complex physical properties were developed to be used for the conduct of theoretical and experimental investigations of grain mixture separation process.

Theoretical and experimental analysis were carried out which form methodical bases and the system of technological preparation of high quality seeds.

Principals of multifunctional cleaning machine construction in module design with variable sets of working parts that able to be adapted the conditions of the operational process were developed. The

new machines and technologies for cteaning and grading seeds were designed and put into industrial production.

Data on the effectiveness of the proposed technological approaches and machinery complexes are presented.

Key words: physical properties of seeds, fluidized bed, gravity separator, cleaning machines and technologies, modeling.

Подписано к печати. 24- 11.97г Формат бум. 60x90 1/16

Уч. изд. п.л. 7,0. Заказ 17. Тираж 100.

Типография ЦОПКБ В ИМ