Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
Состояние проблемы и задачи исследования 12
Система технологий послеуборочной обработки комбайнового 12
вороха
Аналитический обзор технологий разделения зерновых смесей, 16
зерноочистительно-сушильных комплексов и воздушно-решет
ных машин
Технологии разделения зерновых смесей до и после сушки 16
Методы использования технологий разделения зерновых смесей
в зерносемяочистительно-сушильных комплексах 33
3 Воздушно-решетные зерноочистительные машины и направле- 50
ния их совершенствования
Методы анализа технологий разделения зерновых смесей и ра- 61
бочих процессов сепарирующих машин
Постановка проблемы, цель и задачи исследования 67
Моделирование технологии, осуществляемой семяочистительно- 73
сушильными комплексами, и рабочих процессов сепарирующих
машин
Структурная модель технологии послеуборочной обработки се- 73
Анализ технологии предварительной очистки влажного комбай- 76
нового вороха с выделением и сушкой семенной фракции
Прогнозирование влажности зернового вороха после выделения 76 примесей при предварительной очистке
Технологические модели процессов выделения семенной фрак- 77 ции и ее сушки в установках непрерывного действия
Энергетическая модель технологии предварительной очистки 82 влажного комбайнового вороха с выделением и сушкой семенной
з фракции
Анализ процессов фракционирования зерновых смесей 88
Технологические модели разделения зернового материала на ци- 88 линдрическом решете
Анализ процесса предварительного расслоения с последующим- 92 разделением зернового потока решетом на фракции с разными видами примесей
Модели рециркуляционного процесса разделения зерновых сме- 98 сей на фракции
Моделирование оценок разделения зерновой смеси и технологи- 104 ческих операций выделения биологически ценных семян. Прогнозирование показателей качества работы сепарирующих 109 органов методами идентификации
Вероятностная оценка технологической надежности поточной 111
линии послеуборочной обработки семян
Экспериментальные установки, опытные образцы машин, линий, 114 программа и методика проведения лабораторных и производственных исследований
Лабораторные установки 114
Экспериментальные поточные линии 117
Измерительно-регистрирующая аппаратура 125
Задачи и программа экспериментальных исследований 126
Методика проведения лабораторных исследований и обработки 130 опытных данных
Методика проведения производственных опытов и обработки 139
экспериментальных данных
Оптимизация фракционных процессов разделения зерновых 148
смесей до и после сушки в комплексах послеуборочной обработки семян Условия функционирования семеочистительно-сушильных ком- 148
плексов и их влияние на показатели качества работы
Рациональные настроечные параметры цилиндрического решета 165 на второй ступени предварительной очистки
Оптимизация двухстадийного процесса расслоения и решетного 168 разделения зерновой смеси на фракции с разными видами примесей при первичной очистке
5. Результаты моделирования технологии, рабочих органов машин 185
и опытная проверка их комплексов
5.1. Результаты моделирования процессов послеуборочной обработ- 185
ки семян
Расчет влажности зернового вороха, поступающего на сушку по- 185 еле предварительной очистки
Расчет технологических и энергетических показателей процесса 187 нормализации зернового вороха по засоренности и влажности
при его предварительной очистке и сушке
5.1.3. Расчет оценок разделения зерновой смеси 195
5.2. Опытная проверка усовершенствованной технологии послеубо- 195
рочной обработки семян
5.2.1. Оценка усовершенствованного варианта технологии предвари- 201
тельной очистки влажного вороха на опытном образце приставки
с цилиндрическим решетом
5.2.2. Технологическая оценка усовершенствованного варианта основ- 204
ной очистки семян на опытных образцах малогабаритных машин
5.3. Оценка технологической надежности поточной линии 209
Условия работы поточной линии 209
прогнозирование качества разделения зерновой смеси на фрак- 212 ции
Вероятностно-статистическая оценка усовершенствованной тех- 217 нологии и комплекса машин
5
6. Реализация результатов исследования и их технико-экономи- 222
ческая эффективность
6.1. Усовершенствованные технологии разделения зерновых смесей 222
до и после сушки
Усовершенствованная технология предварительной очистки 222 комбайнового вороха с разделением его на фракции
Усовершенствованные варианты технологий выделения биоло- 223 гически ценных семян из высушенной семенной части зерновой смеси
Усовершенствованная технология послеуборочной обработки 225 семян
6.2. Поточные линии с использованием усовершенствованной техно
логии и машин с дополнительным оборудованием
6.2.1 Усовершенствованные технологические схемы решетных частей 228 машин для предварительной, первичной и вторичной очистки зерна и семян
6.2-2 Усовершенствованная структура поточных линий для послеубо- 234 рочной обработки семян на различных этапах их производства
Методика проектирования технологических комплексов, реализующих усовершенствованную технологию обработки семян 251
Энергетическая и экономическая оценки результатов исследова- 261 ния
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 281
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК * 287
ПРИЛОЖЕНИЯ 329
Введение к работе
Одним из главных условий получения высоких урожаев зерновых культур, согласно опыта ведущих зернопроизводящих стран, является использование для посева свыше 90% первоклассных семян районированных сортов. За последние годы доля семян 1 и 2 классов, высеваемых на поля России, не превышала в среднем 40%. В увлажненных зонах Нечерноземья, в частности, одной из областей уральского региона - Пермской, этот показатель составляет лишь 20%. Низкое качество посевного материала приводит к завышению норм высева, а следовательно , к нерациональному использованию зерна. По данным академика РАСХН В.И.Анискина, рост урожайности за счет увеличения доли семян 1-го класса до 100% позволил бы снизить и расход топлива на 6-8 кг на производство одной тонны зерна.
Не смотря на то, что увеличение количества высокопродуктивных семян зависит от эффективности проведения всех технологических операций, начиная от подготовки почвы до закладки посевного материала на хранение, определяющая роль в формировании показателей свойств посевного материала принадлежит, по мнению большинства специалистов, качеству проведения процессов послеуборочной обработки урожая.
Большой вклад в создание современной базы для подготовки семян путем разработки теории, технологий и техники, внесли В.П.Горячкин, М.Н. Летошнев, Н.Н.Ульрих, П.П.Колышев, Г.Т.Павловский, ГЛД.Терсков, В.А. Кубышев, Г.ЕЛистопад, В.В.Гортинский, ЗЛ.Тиц, В.М.Цециновский, И.Е. Кожуховский, СМ. Григорьев, Н.Г. Гладков и другие.
Методологические подходы к разработке системы технологий, комплексов машин и их использования, вообще, и для послеуборочной обработки зерна и семян, в частности, а также обоснованию параметров технологического оборудования поточный линий, получили развитие в работах: В.И.Анискина, А.В.Авдеева, Н.Е.Авдеева, Л.Е.Агеева, А.И.Альтермана, В.Г.Антипина, А.А.Артюшина, В.Д.Бабченко, М.Д.Барского, М.А.Борискина, И.Ф.Бородина, А.И.Буркова, В.С.Быкова, Б.И.Вагина,
7 А.М.Валге, Р.Н.Волика, А.Д.Галкина, А.В.Голубковича, А.Г.Громова,
В.М.Дринчи, В.П.Елизарова, В.Г.Еникеева, Ю.И.Ермольева, Э.В.Жалнина,
П.М.Заики, Е.М.Зимина, А.Н.Зюлина, А.Е.Иванова, Н.М.Иванова, М.А.
Керимова, М.В.Киреева, Н.И.Кленина, А.И.Климка, Ю.К.Ковальчука,
А.М.Корна, Н.И.Косилова, А.Н.Кремнева, П.НЛапшина, И.ПЛапшина,
Э.ИЛипковича, А.А Лопана, А.БЛурье, А.С.Матвеева, В.Н.Минаева,
В.М.Могильницкого, В.В.Морозова, Е.А.Непомнящего, В.В.Пивень,
В.Д.Олейникова, Г.С.Окуня, В.Д. Попова, СД.Птицына, H.Pohler,
Н.А.Ревенко, H.Regge, М.Я.Резниченко, В.А.Сакуна, В.С.Сечкина,
В.М.Соловьева, Н.П.Сычугова, В.А.Сысуева, В.Ф.Скробача, А.П.Тарасенко,
В.И.Тарушкина, М.С.Титова, М.А.Тулькибаева, Н.А.Урханова,
В.М.Халанского, Г.Ф.Ханхасаева, А.Г.Чижикова, H.Schwanz, Н.Я.Щепилова,
Ф.Н.Эрка, П.В.Яговкина, С.СЯмпилова и других.
Ряд результатов исследований использованы при разработке и
производстве прогрессивных агрегатов и комплексов в АООТ
"Воронежсельмаш", ОАО ГСКБ "Зерноочистка" (В.Д. Олейников, Н.И. Грабельковский, С.А. Венков, Ю.П. Полунин, А.Н. Кремнев и др.) ЗАВ-40У, ЗАВ-20У, ЗАВ-10У в т.ч. с семяочистительными приставками, а также на региональных предприятиях, выпускающих технику для очистки и сушки семян и зерна в Челябинской, Пермской, Кировской, Новосибирской и других областях.
В настоящее время, разделение зернового вороха повышенной влажности до и после сушки осуществляется с применением базовых технологий, которые не в полной мере учитывают состав и свойства зерновых потоков в конкретных зонах. Это приводит к снижению выхода высокопродуктивного посевного материала, получаемого на используемых семяочистительно-сушильных комплексах. Так, например, в одном из передовых хозяйств Пермской области ОПХ «Лобановское» при влажности зерна 27% (1985 г.) выход семян 1-2 классов составил 16,8%, а при влажности 37,9% (1978 г.) этот показатель не превысил 5,8%. Одной из основных причин
8 этого является наличие во влажном зерновом ворохе недозревших семян основной культуры, имеющих повышенную влажность и низкие продуктивные качества. Кроме этого, очистка семян от низконатурных примесей на используемых линиях осуществляется на конечном этапе на вибропневмосепараторах. Это приводит к увеличению потерь высокопродуктивного материала и повышает затраты на его получение. Наиболее рациональным направлением повышения качества работы зерноочистительно-сушильных пунктов в увлажненных зонах России является разработка и внедрение, в дополнение к созданным базовым технологиям, зональных вариантов проведения операций [8,184,186,243]. В этой связи повышение эффективности работы применяемых и вновь проектируемых семяоочистительно-сушильных комплексов за счет разработки и внедрения, дополнительно к базовым технологиям, зональных энергосберегающих вариантов зерносепарирующих систем до и после сушки является весьма важной и актуальной народнохозяйственной проблемой, решение которой обеспечит существенный научно-технический прогресс в увеличение выхода и снижение себестоимости первоклассных по комплексу посевных качеств семян, а, следовательно, внесет вклад в повышение урожайности зерна в регионах России.
Целью исследования является повышение эффективности функционирования семяочистительно-сушильных комплексов путем совершенствования технологии и технических средств разделения зерновых смесей до и после сушки в регионах с повышенной влажностью зернового вороха и обеспечения за счет этого существенного научно-технического прогресса в подготовке высококачественных семян на поточных линиях с сушилками непрерывного действия.
Объектами исследования являются поточные технологические линии для послеуборочной обработки семян, сепарирующие рабочие органы, их процессы, условия функционирования семяочистительно-сушильных комплексов.
9 Общим методом исследования принят системный анализ, позволяющий
рассматривать процесс выделения продуктивных семян посредством
проведения совокупности технологических операций по разделению зерновых
смесей во влажном и высушенном состоянии. Причем процесс
предварительной очистки рассматривается во взаимосвязи с отделением
приема вороха, его временным хранением и сушки на поточных установках,
разработанных для увлажненных зон. В исследованиях проводится
комплексная оценка предлагаемых решений по технологическим,
энергетическим и экономическим критериям. Усовершенствованные варианты технологических процессов исследовали на разработанных математических моделях с использованием ЭВМ, на физических моделях в лабораторных условиях, макетных, натурных образцах и технологических линиях в производственных условиях. В лабораторных условиях исследования проводили с применением методики планирования эксперимента. При этом применялся семенной ворох по видовому составу примесей и их количеству в соответствии с типичными для зоны характеристиками. Физико-механические свойства семян , показатели их качества определяли в соответствии с существующими методиками и государственными стандартами. Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики.
Основная часть исследований выполнена автором в период прикрепления в 2000-2003 гг. к научно-педагогическому коллективу кафедры «Сельскохозяйственные машины» имени М.НЛетошнева С.-Пб.ГАУ. Ряд результатов исследований получены совместно с профессорами К.Н.Капорулиным, А.Ф.Кошурниковым, H.Regge, В.С.Сечкиным, д.т.н. А.Д.Галкиным, доцентами М.В.Киреевым, Б.С.Гордеевым, а также аспирантами. Тема исследований соответствует планам НИР С.-Пб. ГАУ (тема №8) и Пермской ГСХЛ (тема №29) и связана с научной программой РАСХН на 2001-2005 гг. по механизации сельскохозяйственного производства: задание 02. «Разработать интенсивные машинные технологии и энергонасыщенную технику четвертого поколения для производства приоритетных групп
10 сельскохозяйственной продукции», этап 02.01. «Разработать систему экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий для устойчивого производства приоритетных групп продукции растениеводства применительно к природно-экономическим особенностям важнейших земледельческих зон».
На защиту выносятся: -математические модели технологии предварительной очистки комбайнового вороха с выделением семенной фракции и доведением ее до кондиционной влажности;
-математические модели процесса разделения зернового вороха на универсальном цилиндрическом решете;
-математические модели процесса расслоения и разделения на фракции семенного потока на вибросепараторе с решетным делителем; -математические модели опенки разделения зерновых смесей по различным признакам;
-зональные варианты технологий сепарирования зерновых смесей до и после сушки;
-варианты технологических процессов, осуществляемых семяочистительно-сушильными комплексами при обработке зернового вороха повышенной влажности;
-уточненная методика расчета основных параметров семяочистительно-сушильных комплексов реализующих усовершенствованные варианты технологии послеуборочной обработки семян;
-конструктивно-технологические схемы, параметры и режимы сепарирующих машин.
Разработанная технология предварительной очистки,
зерносепарирующая приставка с усовершенствованным цилиндрическим решетом с составе очистительно-сушильных модулей СОМ-6, СОМ-8, а также семяочистительные отделения с применением фракционных методов сепарации зерновых смесей используются более чем в двадцати хозяйствах Пермской
области; параметры и режимы усовершенствованной зерносепарирующей приставки с цилиндрическим решетом, конструктивно-технологическая схема воздушно-решетной машины производительностью 10 т/ч приняты НТЦ «Семена Прикамья» и организовано их производство; варианты зональных технологий очистки влажного зерна при подготовке его к сушке и технологические схемы разделения зерновых смесей кондиционной влажности включены в технические задания, положенные в основу проектов реконструируемых и вновь создаваемых предприятий для послеуборочной обработки зерна и семян в Пермской области; осуществлена реконструкция части семяочистительно-сушильных комплексов; полученные математические модели положены в основу уточненной методики расчета основных параметров комплексов; усовершенствованные технологические схемы очистки семян кондиционной влажности реализованы как на базе созданных в последнее время и используемых поточных линиях производительностью 5; 10 т/ч с применением машин ЗВС-20А, МВО-10, МВО-20Д, СВУ-5А СВУ-5Б и др. с установкой на них дополнительного оборудования; предприятием «Прогресс Урала» выпущена опытная партия воздушно-решетных зерноочистительных машин производительностью до 1,25 т/ч в различных модификациях. Использование результатов исследований в хозяйствах позволило увеличить количество семян I и П классов в 1,2...2,0 раза и сократить расход энергии на их послеуборочную обработку более чем на 20%. Фактическая экономия топлива составила на сумму свыше семи миллионов рублей.
Автор настоящей работы выражает глубокую признательность и благодарность профессорам Н. Regge, В.Н. Минаеву, В.Г. Еникееву, B.C. Сечкину, Е.И. Давидсону, Е.М. Зимину, Л.Е. Агееву, Э.В. Жалнину, А.Н. Зюлину, А.Ф. Кошурникову, А.В. Авдееву, Н.П. Сычугову, А.И. Буркову, Б.И. Вагину, д.т.н. Ю.К. Ковальчуку, к.т.н., с.н.с Н.А.Ревенко, В.М. Могильницкому, А.Е.Иванову и другим ученым за ценные советы и замечания, данные в процессе выполнения и оформления исследований.
