Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Состояние и перспективы производства зерна 10
1.2. Урожайность и валовой сбор зерновых культур в Республике Бурятия 13
1.3. Характеристика зернового материала, поступающего на послеуборочную обработку 15
1.4. Существующая техника и технология для послеуборочной обработки зерна и пути их развития 18
Цель и задачи исследований 49
Глава 2. Теоретические исследования процесса сепарации зерна каскадным решетным сепаратором со ступенчатым зазором 50
2.1. Обоснование формы отверстий решет каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором 50
2.2. Математическая модель процесса сепарации компонентов зернового материала на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором 61
Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований 78
3.1. Программа экспериментальных исследований 78
3.2. Описание экспериментальной установки и приспособлений 78
3.3. Методика проведения опытов 82
3.4. Подготовка зернового материала 85
3.5. Методика определения интенсивности просеивания компонентов зернового материала 86
3.6. Показатели эффективности технологического процесса 87
Глава 4. Обоснование основных параметров каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором 89
4.1. Обоснование схемы каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором 89
4.2. Влияние основных параметров каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором на эффективность очистки зерна 92
4.2.1. Влияние диаметра отверстий решет 93
4.2.2. Влияние количества ярусов решет 96
4.2.3. Влияние подачи зернового материала 100
4.2.4. Влияние частоты колебания и угла наклона решет на эффективность разделения 101
4.2.5 Влияние содержания коротких, мелких и длинных примесей и влажности на эффективность очистки 103
4.2.6. Очистка семян ржи и ячменя от длинных и коротких примесей на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором 105
4.2.7. Испытание в хозяйственных условиях 109
4.3. Новая фракционная технология очистки зерна 114
Глава 5. Экономическая эффективность внедрения каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором 116
5.1. Расчет оптовой цены каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором 117
5.2. Расчет основных технико-экономических показателей 119
Основные выводы и рекомендации 123
Список использованных источников 125
Приложение 137
- Характеристика зернового материала, поступающего на послеуборочную обработку
- Математическая модель процесса сепарации компонентов зернового материала на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором
- Влияние содержания коротких, мелких и длинных примесей и влажности на эффективность очистки
- Расчет основных технико-экономических показателей
Введение к работе
Актуальность темы. Зерновое хозяйство является основной отраслью агропромышленного комплекса России. Производство зерна является важной сферой сельскохозяйственного производства, так как от него зависит степень обеспечения населения продуктами питания, уровень развития кормовой базы для животноводства и сырьевой базы для ряда отраслей промышленности. Решение зерновой проблемы в стране во многом зависит от совершенства технологий и машин, обеспечивающих уборку и послеуборочную обработку урожая с минимальными потерями полноценного зерна и его травмированием при наименьших затратах труда и средств [10].
Важнейшим фактором роста урожайности сельскохозяйственных культур является качество семян.
Высокое качество семян обеспечивается своевременным и качественным выполнением всех частных технологических операций, связанных с возделыванием, уборкой и послеуборочной обработкой зерна, что требует комплексного развития материально-технической базы зернового производства, наиболее капиталоемкую часть, которой составляют объекты послеуборочной обработки и хранения семян. В общей структуре себестоимости семян затраты на их послеуборочную обработку достигают 40%, а затраты труда достигают 50% [53], что в первую очередь определяется очень низкой эффективностью очистки и сортирования на используемых в хозяйствах зерноочистительных агрегатах.
В настоящее время в различных регионах страны используются различные типы технологий для послеуборочной обработки зерна - поточная, поэтапная и фракционная технологии [88].
Поточная технология реализована в типовых проектах зерноочистительных агрегатов и комплексов с использованием семяочистительных приставок. В таких проектах предусмотрена поточность проведения всех операций для получения фуражного, продовольственного и семенного зерна [64].
Однако в хозяйствах Сибири не всегда используется такой вид технологии из-за низкой производительности триерных блоков и пневмосортировальных
6 столов [29].
Поэтапная технология заключается в том, что в период уборки зерновой материал предварительно очищают, сушат и обрабатывают в машинах предварительной очистки и затем направляют в склады на хранение. После проведения уборочных работ производят второй этап - загружают зерно из складов в транспортные средства и направляют их на зерноочистительный агрегат, где производят очистку на триерных блоках и пневмосортировальных столах, отгрузку и складирование семян [21].
Недостатки такой технологии - большое количество транспортных операций и, как следствие, значительные потери зерна, травмирование их рабочими органами транспортирующих машин и большой расход энергии [85].
Фракционная технология предусматривает на стадии предварительной очистки фракционирование (разделение) обрабатываемого материала на семенную и фуражную фракции, которые просушиваются и очищаются раздельно с учетом их целевого назначения. Это позволяет увеличить суточную выработку зерносушилок на 15-20%, повысить качество и эффективность работы семяобрабатывающих линий.
Использование того или иного вида технологий зависит от влажности, засоренности исходного материала и обеспеченности техническими средствами в каждом хозяйстве. От состояния и работоспособности решетных зерноочистительных машин зависит эффективность выбранного вида технологии и, в конечном итоге, послеуборочной обработки зерна и семян.
Однако имеющаяся техническая база послеуборочной обработки зерна и подготовки семян морально устарела и не соответствует современным условиям сельскохозяйственного производства. В настоящее время изменились условия производства зерна - производитель зерна стал владельцем урожая, при этом появилась возможность предварительно обработать поступающий зерновой материал и заложить его на хранение на длительный период вплоть до реализации, а по мере необходимости доводить зерно до базисных кондиций -это позволяет существенно снизить себестоимость послеуборочной обработки.
Предлагаемый путь - повышение эффективности сепарации зерновых смесей путем фракционирования и очистки полученных фракций на решетах, снижение энергозатрат за счет выбора оптимального места решетного сепаратора в технологической линии, а в отдельных случаях и возможного отказа от более энергоемких звеньев [119].
В этой связи, разработка и внедрение вариантов фракционной технологии очистки семян, а также создание универсальных машин является актуальной задачей в научном и практическом плане.
Поэтому необходимо разработать универсальный зерноочиститель максимально адаптированный к многообразию условий современного сельскохозяйственного производства, обеспечивающий минимальные затраты, но позволяющий на первом этапе обработки получить основную часть зерна (более 90%) базисных кондиций.
Исследования по разработке нового технического средства для очистки зерна выполнены в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете по планам НИР на 2002-2007гг. "Ресурсо-энергосберегающие технологии и технические средства по обработке и переработке сырья растительного происхождения".
Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы является обоснование основных параметров каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором.
Основные задачи исследования:
аналитически и экспериментально обосновать размеры отверстий решет каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором;
разработать математическую модель процесса сепарации компонентов зернового материала каскадным решетным сепаратором со ступенчатым зазором;
изучить влияние основных параметров на эффективность выделения длинных, коротких и мелких примесей каскадным решетным сепаратором со ступенчатым зазором и экспериментально обосновать его основные параметры;
'- '«'- 8
- изучить работоспособность каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором в хозяйственных условиях.
Объекты исследований. Зерновой материал и примеси, процесс очистки зерна зерновых культур на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором.
Методика исследований. Физико-механические свойства зерна и примесей определены в соответствии с требованиями государственных стандартов. При разработке математической модели процесса сепарации использованы элементы теории вероятностей. Основные параметры разрабатываемого каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором для очистки зерна исследованы по специально разработанной методике на экспериментальной установке и макетных образцах в производственных условиях. Результаты экспериментов обработаны методами математической статистики.
Научную новизну представляют: -аналитические зависимости качественной и количественной характеристики процесса очистки зерна на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором;
технологический процесс одновременного выделения длинных, коротких и мелких примесей из зернового материала на каскадном решетном сепараторе, состоящем из каскада основных решет с перфорированными накопителями, блока загрузочных решет и ступенчатого зазора, образованного между перфорированными накопителями и секцией доработки зернового материала;
закономерности изменения полноты просеивания различных компонентов через каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором в зависимости от количества ярусов решет.
Основные положения, выносимые на защиту:
- математическая модель процесса сепарации компонентов зернового
материала каскадным решетным сепаратором для очистки зерна со
ступенчатым зазором;
- конструктивная схема и основные параметры каскадного решетного
сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором;
- методика расчета основных параметров каскадного решетного сепаратора
для очистки зерна со ступенчатым зазором.
Практическая ценность. Разработаны рекомендации по выбору основных конструктивных параметров и режимов работы каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором производительностью 30 т/ч.
Обоснована схема очистки зерна с использованием каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором.
Реализация результатов исследования. На базе проведенных исследований разработан каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором и внедрен в СПК «Ульдурга» Еравнинского района Республики Бурятия.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях ВСГТУ (2003, 2004, 2005, 2006, 2007 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции «Технология и техника агропромышленного комплекса» ВСГТУ (2005 г.), на международной научно-практической конференции «Агроинженерная наука: проблемы и перспективы развития» БГСХА им. В.Р. Филиппова (2005 г.), на III международной конференции «Проблемы механики современных машин» ВСГТУ (2006г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, одна их них в реферируемом издании.
Автор считает своим долгом подчеркнуть, что многие исследования проведены им при участии сотрудников и преподавателей кафедры «Процессы и аппараты пищевых производств» и выражает искреннюю благодарность им. Особую признательность автор выражает научному руководителю д.т.н., профессору Ямпилову С.С, постоянная поддержка и советы которого способствовали выполнению данной работы.
Характеристика зернового материала, поступающего на послеуборочную обработку
История механизации послеуборочной обработки зерна подробно изложена в работе Н.И. Ульриха [95].
Значительный вклад в разработку теории и конструкций зерноочистительных машин внесли В.П. Горячкин [25], Н.Н. Ульрих [95], М.Н. Летошнев [67], И.Е. Кожуховский [57], З.Л. Тиц [72], Г.Д. Терсков [91], Г.Т. Павловский [82], П.П. Колышев [59], Н.Г. Гладков [20], М.В. Сабликов [86], В.И. Анискин [4], А.Н. Зюлин [52], С.Д. Птицын [84], А.И. Любимов [69], В.В. Гортинский [23], В.Л. Злочевский [46], Н.И. Косилов [61], В.А. Кубышев [62], С.А. Васильев [16], Н.А. Урханов [97], Г.Ф. Ханхасаев [99], С.А. Алферов [3], В.М. Дринча [32], В.Г. Дудаев [34] и др. Одной из первых в созданном в 1930 г. НИИ механизации сельского хозяйства начала работать лаборатория механизации зерноочистки (зав. Н.Н. Ульрих) [93]. За 75-летний период истории ВИМа выделяются три важных этапа, характеризующихся особыми условиями жизни страны. Они определяли научные задачи в производстве зерна, его послеуборочной обработке и очистке.
Первый этап (1930-1950 гг.): от деревянных веялок с ручным приводом до сложных передвижных агрегатов "ВИМ".
Веялка-сортировка ВС-2 была первой разработкой ВИМа, а уже в 1932 г. совместно с заводом "Красная звезда" (г. Кировоград) создается мощная передвижная зерноочистительная машина "Союзнаркомзем", позволившая в 20 раз снизить трудозатраты по сравнению с применением веялок-сортировок. Затем ВИМ разрабатывает более легкую, маневренную и дешевую машину ВИМ-2 для подготовки зерна продовольственного и фуражного назначения, которая стала родоначальницей серии зерно-семяочистительных машин, выпускавшихся Харьковским заводом "Серп и молот", а позднее "Воронежсельмашем" (ВИМ-10, ВИМ-СМ-1, ВИМ-СМ-1Р, ВИМ-СМ-2, ОСМ-3, ОСМ-ЗУ, ОС-4,5). Парк таких машин к 1938 г. составил около 4 тыс., а к 1953 г. он превысил 30 тыс. Сотрудники ВИМа И.Г. Воронов, И.Е. Кожуховский [56], П.П. Колышев [59] и Г.Т. Павловский [83] заложили основы очистки и сортирования семян основных сельскохозяйственных культур, определили физико-механические свойства семян, а также способы очистки и сортирования семян более 40 видов. Это позволило повысить эффективность зерноочистительных машин, получать семена более высокого качества.
Второй этап (1960-1990 гг.): от обработки на отдельных машинах к поточной технологии послеуборочной обработки: поле-ток-элеватор.
К 60-м гг. для зерноочистительно-сушильных пунктов ВИМ разрабатывает новые стационарные зерноочистительные воздушно-решетные машины ОРВ-20, ОРВ-10, ОРВ-5 и триерные блоки производительностью 5-20 т/ч, которые послужили образцами для выпуска заводом "Воронежсельмаш" зерноочистительных машин ЗВС-10, ЗВС-20, СВУ-5 и триерных блоков. И.Е. Кожуховский [58] создал методы проектирования и расчета основных рабочих органов зерноочистительных машин (решет, триеров). Научные основы расчета пневмосепарирующих каналов воздушно-решетных зерноочистительных машин и принципы разделения семян в воздушном потоке предложил А.С. Матвеев [71]. Разработанный в ВИМе пневмоклассификатор семян РПК-30, предназначенный для изучения аэродинамических свойств семян, пользовался большим спросом зарубежом и получил там название "Московский классификатор". Для повышения качества семян потребовалась машина, способная выделять трудноотделимые примеси из обрабатываемого семенного материала, которые не могут быть выделены на воздушно-решетных и триерных машинах. В связи с этим П.П. Колышев, М.К. Еременко и В.Д. Бабченко [9] установили основные параметры пневмостола. На базе результатов их исследований в ГСКБ ПО "Воронежзерномаш" были сконструированы пневматические сортировальные столы ПСС-2,5, СПС-5 и МОС-9. Широкое внедрение поточных технологий началось в 1962 г., когда были созданы и внедрены система унифицированных поточных линий в виде зерноочистительных агрегатов и зерноочистительно-сушильных комплексов производительностью 5, 10 и 20т/ч, семяочистительных приставок к ним (5т/ч), а затем и зерноочистительных агрегатов (Ют/ч) и зерно-рисоочистительно-сушильного комплекса (5т/ч) [45]. В 1972 г. в ВИМе организуется отдел послеуборочной обработки и хранения зерна (зав. В.И. Анискин) [7]. Он решал проблемы послеуборочной обработки урожая в комплексе - от приема и предварительной очистки до подготовки и хранения товарного зерна требуемых кондиций и классных семян. На основе системных исследований В.П. Елизаров [36,38] предложил оптимизировать основные технологические параметры комплексов послеуборочной обработки зерна (совокупность которых составляет сложную техническую систему) путем взаимосвязанного решения задач на уровнях "отрасль", "предприятие" и "технологическая операция". К 1990 г. отечественная промышленность поставила сельскому хозяйству около 100 тыс. комплектных поточных линий, что обеспечило по данным ЦСУ СССР обработку по наиболее прогрессивной технологии 85-88 % валового сбора зерна [27]. Таким образом, была решена крупная социальная проблема -тяжелый ручной труд заменен действиями оператора у пульта управления. В результате производительность труда повысилась в 7-Ю раз по сравнению с системой передвижных машин, работавших на токах. В уборочный период и на время подготовки семян на зерновых токах потребовалось на 600 тыс. рабочих меньше. Стоимость обработки снизилась в 2-3 раза, а полученный в сельском хозяйстве годовой экономический эффект составил в 80-х гг. 1,2-1,6 млрд. руб. В период широкого внедрения поточных технологий послеуборочной обработки урожая в ВИМе одновременно велись интенсивные теоретические и прикладные исследования по совершенствованию технологий и технических средств, повышению надежности и долговечности техники для послеуборочной обработки зерна и подготовки качественных семян. Идеи Н.Н. Ульриха [94] по статистическим методам исследования делимости зерновых материалов получили развитие в работах А.Н. Зюлина [48], установившего, что всякий компонент зернового материала может быть математически охарактеризован некоторым обобщенным признаком, представляющим собой определенный статистический "образ", а "разность" образов двух компонентов является признаком их делимости. Этот научный результат важен тем, что он показывает не только направление разработки принципиально новых сепарирующих машин, обеспечивающих достаточно полное разделение зерновой смеси за один прием, но и возможность создания высокоточного компьютерного сортировщика, распознающего высококачественные чистосортные семена по комплексу внешних и внутренних свойств.
Математическая модель процесса сепарации компонентов зернового материала на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором
Раздел главы посвящен разработке математической модели процесса сепарации компонентов зернового материала на каскадном решетном сепараторе со ступенчатым зазором. Исследования влияния геометрических параметров решет (диаметр отверстий) на эффективность разделения зернового материала осуществлялись на моделях, соответствующих отверстиям различного диаметра, неодинаково эффективно выделяющие примеси различных видов.
Ранее проведенные исследования А.Н. Зюлина [48,49], С.С. Ямпилова [104,106], Ю.Ж. Дондокова [30] каскадного решетного сепаратора с отверстиями, пропускающими все компоненты зернового материала, каскадного решетного сепаратора с перфорированными накопителями, каскадного решетного сепаратора с блоком загрузочных решет, секционного решетного сепаратора с блоком загрузочных решет, а также предварительные экспериментальные исследования каскада решет с одинаковыми размерами отверстий в целях повышения эффективности очистки зерна от коротких, мелких, длинных примесей позволяют выявить новые возможности существенной интенсификации данного процесса с целью обеспечения требуемых показателей качества работы при уменьшении массы и габаритов сепаратора. Конструктивные методы по интенсификации процесса и оптимальный режим работы сепаратора должны обеспечить наиболее эффективный процесс сепарации.
Предварительными экспериментальными исследованиями установлено, что компоненты зернового материала, пройдя через определенное количество ярусов решет с одинаковыми отверстиями, концентрируются в передних участках нижнего яруса решет - мелкие и короткие примеси, в конечных участках нижнего яруса решет - длинные и крупные примеси, а в средних участках нижнего яруса решет - основное зерно (пшеница). Анализ результатов исследований показывает, что дальнейшее увеличение количества ярусов решет ведет к повышению эффективности очистки, но незначительно. И поэтому для существенного увеличения эффективности очистки примесей из зернового материала необходимо вывести из процесса основную часть зерна, доведенного до базисных кондиций через ступенчатый зазор между решетами в средних участках нижнего яруса решет.
После выведения основной части зерна из процесса изменится характер процесса, уменьшится нагрузка на решета, а это приведет к уменьшению толщины слоя зернового материала. Как показывают предварительные исследования, толщина слоя зернового материала (оставшейся фракции зерна) уменьшается до элементарного слоя (в одно зерно). Затем в этих же условиях доработать фракцию зерна с длинными и крупными примесями в секции доработки зернового материала, в которой установлены решета с размерами отверстий меньшими, чем у основных решет, но большими, чем у перфорированных накопителей.
На первом этапе для интенсивного перераспределения компонентов зернового материала целесообразно применять уже известную «вертикальную загрузку» зернового материала на решетный стан за счет установки на верхних ярусах решет «загрузочных» решет с крупными размерами отверстий (6,5-8 мм). РІзвестно, что решета с крупными размерами отверстий обеспечивают интенсивное перераспределение всех компонентов зернового материала при загрузке слоем в 2-4 элементарного слоя. В этих условиях мелкие и короткие частицы интенсивно проходят через зерновой слой и решета, а крупные и длинные - всплывают в слое и придерживаются ими при проходе в отверстия решет. В результате мелкие, с короткими частицами примеси быстро удаляются от крупных и длинных примесей, а основное зерно концентрируется между этими двумя фракциями. После того, как произойдет определенная группировка компонентов обрабатываемого материала по фракциям: более мелкие частицы разместятся на начальных участках решет, более крупные - на конечных, а основное зерно - между ними.
На втором этапе после загрузочных решет устанавливаются основные решета с размерами отверстий (6мм) для обработки перераспределенного зернового материала. Перед основными решетами устанавливаются перфорированные накопители с малыми размерами отверстий (4,5 мм) для обработки фракции зерна с мелкими и короткими примесями. Каскад перфорированных накопителей способствует более эффективному выделению мелкой и короткой примеси из зернового материала. После выведения из процесса основной части мелких и коротких примесей за счет перфорированных накопителей используем ступенчатый зазор между решетами для выведения из процесса основной части зерна (пшеницы) базисных кондиций.
На третьем этапе для более четкого отделения основного зерна от длинных примесей устанавливаем секцию доработки зернового материала с решетами таких размеров отверстий (5мм), которые наиболее эффективно обрабатывают фракцию зерна с длинными и крупными примесями. Целесообразность применения указанных решет обусловлена тем, что на них и зерновой материал, и условия загрузки существенно разные.
В секции доработки зернового материала устанавливаем решета с отверстиями меньшими, чем у основных решет, но большими, чем у перфорированных накопителей. Кроме того, перед решетами секции доработки основного зерна с длинными примесями для эффективного их разделения.устанавливаем сплошные накопители.
После выведения основного зерна из процесса через ступенчатый зазор меняется характер и условия процесса разделения мелкой, короткой и длинной примесей от основного зерна на каскаде перфорированных накопителей и на секции доработки основного зерна. Уменьшается также нагрузка материала на секции доработки основного зерна с длинными примесями и увеличивается эффективность выделения коротких, мелких и длинных примесей из фракции основного зерна.
Поэтому для одновременного выделения всех примесей (коротких, мелких и длинных) на первом этапе обработки и доведения основной части (до 90%) зерна до базисных кондиций за одну технологическую операцию можно использовать рабочий орган, состоящий из каскада решет со ступенчатым зазором между решетами.
Влияние содержания коротких, мелких и длинных примесей и влажности на эффективность очистки
На основе теоретических и экспериментальных исследований был разработан каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором, который за одну технологическую операцию, сразу на первом этапе, очищает основную часть исходного зернового материала от коротких, мелких и длинных примесей одновременно и доводит его до базисных кондиций.
Для оценки работоспособности в хозяйственных условиях каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором был изготовлен макетный образец каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором и испытан на зернотоке СІЖ "Ульдурга" Еравнинского района Республики Бурятия.
Решетный стан зерноочистительной машины содержит питающее устройство 1, закрепленное на раме, каскад решет 2. Решетный стан 2 прикреплен к раме посредством подвесок 12 и снабжен колебательным механизмом 13.
Вначале устанавливаются загрузочные решета 4 для интенсивного перераспределения зернового материала, потом идет каскад основных решет с перфорированными накопителями, с размерами отверстий меньшими, чем у основных решет, затем ступенчато устанавливается каскад перфорированных накопителей 5 для лучшего выделения мелких и коротких примесей. Выявлено, что основное зерно, пройдя каскад решет, доводится до базисных кондиций, поэтому после определенного количества ярусов решет для вывода основного зерна предусматривается ступенчатый зазор между решетами. Для более четкого отделения основного зерна от длинных и крупных примесей после ступенчатого зазора установили секцию доработки зернового материала, в которой расположены решета с размерами отверстий меньшими, чем у основных решет, и большими, чем у перфорированных накопителей. Для образования слоя определенной толщины в секции доработки зернового материала перед каждым решетом установили сплошные накопители 6. Под
Схема макетного образца каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором: 1-питающее устройство; 2-многоярусный каскад решет; 3- основные решета; 4- загрузочные решета; 5-перфорированные транспортные доски; 6-сплошные транспортные доски; 7-приемник отходов (длинные примеси); 8- приемник зерна с длинными примесями; 9- приемник основного зерна; 10- приемник зерна с короткими и мелкими примесями; 11- приемник отходов (короткие и мелкие примеси); 12-подвески; 13-колебательный механизм
При работе исходный зерновой материал подается питающим устройством 1 на загрузочные решета 4, которые равномерно распределяют зерновой материал по решетам. В результате колебаний стана 2 материал просеивается через отверстия загрузочных решет 4 на первый ярус основных решет 3 с перфорированными накопителями 5.
Поступающий на перфорированный накопитель 5 зерновой материал проходит и слоем определенной толщины сходит на следующее решето 3. Наличие слоя зернового материала на решете 3 способствует более интенсивному просеиванию мелких и коротких примесей и задерживает просеивание длинных примесей. Зерновой материал, просеивающийся через второе решето 3, подается на третье и т.д. При этом мелкие и короткие частицы зернового материала, обладая большей вероятностью просеивания частиц в отверстия решет, быстрее проходят каскад решет, чем основное зерно. Эти частицы просеиваются через каскад перфорированных накопителей 5 и попадают в приемник 11 мелких и коротких примесей. Длинные частицы зернового материала обладают меньшей интенсивностью просеивания через решета и поэтому перемещаются по решетам и просеиваются в конечных участках нижнего яруса решет, попадая в приемник 7.
Основное зерно характеризуется низкой интенсивностью просеивания через перфорированные накопители и смещается ими в ступенчатый зазор, попадая в приемник 9 чистого зерна.
Исследования показывают, что по длине седьмого яруса решет происходит перераспределение частиц. Это позволяет образовать ступенчатых зазор между 0,8 и 1,3м восьмого яруса решета и вывести из процесса около 90% основного очищенного зерна. А оставшуюся часть с длинными и крупными примесями доработать в секции доработки зернового материала на решетах с меньшими отверстиями, чем у основных решет, и большими, чем у перфорированных накопителей, снабженных для создания слоя определенной толщины сплошными накопителями 6, тем самым повысить эффективность очистки зерна от длинных примесей и уменьшить травмированность. Устройство обеспечивает, кроме того, уменьшение металлоемкости решетного стана.
Расчет основных технико-экономических показателей
Анализ испытаний макетного образца каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором в хозяйственных условиях показывает, что при подаче до 15 т/ч на метр ширины решета обеспечивается выход фракции очищенного зерна 81-84%, чистота очищенного зерна составляет 96-99,8%, при этом потери зерна в отходы составляет 0,4 - 0,97%.
Испытания показали работоспособность каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором в хозяйственных условиях. При этом он доводит основную часть зерна до базисных кондиций и тем самым уменьшает нагрузку на другие зерноочистительные машины агрегата, повышая производительность всего агрегата.
Для исключения забиваемости решет на производственных сепараторах предусматривается установка над блоком загрузочных решет дополнительного решета с диаметром отверстий 6,5мм, оснащенного щеточным механизмом.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также испытаний каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором в хозяйственных условиях показали, что данный каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором позволяет при производительности 30 т/ч, сразу на первом этапе обработки, за одну технологическую операцию очистить зерновой материал одновременно от длинных, коротких и мелких примесей и довести основную часть зерна до базисных кондиций и тем самым уменьшает нагрузку на другие зерноочистительные машины агрегата, повышая производительность всего агрегата. На рис 4.12. представлена новая фракционная технология очистки зерна с использованием каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором. Использование каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором в зерноочистительном агрегате ЗАВ-25 позволяет увеличить производительность агрегата в два раза. Таким образом, разработанный каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором позволяет функционально заменить воздушно-решетную машину и триер и уменьшить тем самым металлоемкость, габаритные размеры, в целом снизить себестоимость послеуборочной обработки. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса сепарации компонентов зернового материала каскадным решетным сепаратором со ступенчатым зазором свидетельствуют о возможности его использования на очистке зерна от длинных и крупных, коротких и мелких примесей. За один пропуск материала через каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором могут быть выделены одновременно длинные и крупные, короткие и мелкие примеси. Ниже дана технико-экономическая оценка применения каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором на очистке продовольственного зерна от длинных и коротких примесей при производительности 30 т/ч. Годовой экономический эффект от внедрения в производство (годовой объем выпуска машин -1300 шт.) каскадного решетного сепаратора для очистки зерна со ступенчатым зазором производительностью 30 т/ч составит 222,801 млн. руб. Использование каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором в зерноочистительном агрегате ЗАВ-25А позволяет увеличить производительность агрегата в два раза. Таким образом, разработанный каскадный решетный сепаратор для очистки зерна со ступенчатым зазором позволяет функционально заменить воздушно-решетную машину и триер и уменьшить тем самым металлоемкость, габаритные размеры, в целом снизить себестоимость послеуборочной обработки. Проведенные аналитические, экспериментальные и хозяйственные исследования позволили сделать следующие основные выводы: 1. Процесс сепарации компонентов зернового материала через каскадный решетный сепаратор со ступенчатым зазором, который состоит из каскада основных решет с перфорированными накопителями, блока загрузочных решет, ступенчатого зазора между перфорированными накопителями и секцией доработки зернового материала, описывается формулами (2.35), (2.36), (2.45). 2. Ступенчатый зазор, образованный между перфорированными накопителями и секцией доработки зернового материала на нижних ярусах решет в каскадном решетном сепараторе позволяет вывести из процесса большую часть основного зерна базисных кондиций и, тем самым, уменьшить нагрузку зернового материала на секцию доработки зернового материала, при этом увеличить эффективность очистки длинных, коротких, мелких примесей, а также уменьшить металлоемкость и массу сепаратора. 3. Для очистки зерна основных культур (пшеницы, ржи и ячменя) от мелких, коротких и длинных примесей могут использоваться одни и те же решета: основные решета с диаметром отверстий 6 мм, перфорированные накопители с диаметром отверстий 4,5 мм, решета в секции доработки зернового материала с диаметром отверстий 5 мм, загрузочные решета с диаметром отверстий 6,5 мм и ступенчатый зазор начиная с восьмого яруса между перфорированными накопителями и секцией доработки зернового материала длиной 400-500 мм. 4. С увеличением количества ярусов решет вариационные кривые перераспределения компонентов зернового материала по длине нижнего яруса решет все меньше перекрываются. 5. Исследованиями определены следующие основные параметры каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором: решетный стан с решетами шириной 1000 мм; общее количество ярусов решет 10 шт.; 124 количество ярусов загрузочных решет - 3 шт.; диаметр отверстий загрузочных решет - 6,5 мм; диаметр отверстий основных решет - 6 мм; диаметр отверстий перфорированных накопителей - 4,5 мм; длина перфорированных накопителей - 0,125м; диаметр отверстий решет секции доработки зернового материла-5 мм; начиная с восьмого яруса решет, решета секции доработки зернового материала горизонтально смещены от перфорированных накопителей на расстояние 400-500 мм, образовав ступенчатый зазор; частота колебаний решетного стана 360 кол/мин; угол наклона решет к горизонту и угол направлений колебаний - 6; амплитуда колебаний решет 7,5 мм. 6. Ожидаемый годовой экономический эффект от применения каскадного решетного сепаратора со ступенчатым зазором составит более 170 тыс. руб.
