Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и содержание проблемы 17
1.1. Особенности производства зерна в Евро-Северо-Восточном регионе России 17
1.2. Краткий анализ техіюлопій послеуборочной обработки семян зерновых культур в Евро-Северо-Восточном регионе России 25
1.3. Классификация и анализ машин для очистки семян зерновых культур 35
1.4. Краткий обзор теоретических исследований по теме диссертационной работы 71
1.5. Содержание проблемы и задачи исследования 77
2. Теоретические предпосылки повышения эффективности очистки семян зерновых культур 81
2.1. Пути повышения эффективности очистки семян зерновых культур 81
2.2. Теоретическое обоснование эффективности фракционной технологии с раздельной обработкой фракций крупного и мелкого высушенного зерна 96
2.3. Обоснование схемы замкнуто-разомкнутой пневмосистемы воздушно-решетной машины 108
2.4. Теоретическое обоснование схемы пневмосистемы с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и параметров дискового распределителя зерна с наклонными секторами 111
2.5. Обоснование схемы и расчет основных конструктивно-технологических параметров инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя 134
2.6. Выводы 146
3. Программа и методика экспериментальных исследований 150
3.1. Программа экспериментальных исследований 150
3.2. Экспериментальные установки, приборы и оборудование 151
3.3. Методика проведения исследований и обработки экспериментальных данных 164
4. Исследование технологий очистки семян зерновых культур, районированных в евро-северо-восточном регионе России 171
4.1. Исследование технологий очистки семян озимой ржи 171
4.2. Исследование технологий очистки семян яровой пшеницы 180
4.3. Исследование технологий очистки семян ячменя 190
4.4. Выводы 202
5. Экспериментальные исследования пневмосистем зерно-и семяочистительных машин 204
5.1. Исследование пневмосистемы с замкнуто-разомкнутым циклом воздушного потока и двумя пневмосепарирующими каналами 204
5.1.1. Сравнительное исследование пневмосистем с разомкнутым и замкнуто-разомкнутым циклами воздушного потока 204
5.1.2. Влияние конструктивных параметров воздухоподводящего участка на качество технологического процесса в замкнутом пневмосепарирующем канале 205
5.1.3. Исследование устройств регулирования скорости воздуха в пневмосепарирующих каналах 210
5.1.4. Влияние положения кромки смежной стенки осадочных камер и сопротивления нагнетательной ветви пневмосистемы на характеристики воздушного потока в пневмосепарирующих каналах 216
5.1.5. Определение основных конструктивных параметров первой осадочной камеры 224
5.1.6. Определение основных конструктивных параметров второй осадочной камеры 227
5.2. Исследование пневмосистемы с замкнуто-разомкнутым циклом воздушного потока и тремя пневмосепарирующими каналами 234
5.2.1. Оптимизация основных конструктивных параметров отвода двойного канала послерешетной аспирации 234
5.2.2. Исследование функционирования одинарного и двойного каналов послерешетной аспирации 246
5.3. Исследование пневмосистемы с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна 253
5.3.1. Оптимизация основных конструктивных параметров и частоты вращения дискового распределителя зерна 253
5.3.2. Сравнительное исследование разработанной и серийно выпускаемой пневмосистем с кольцевым аспирационным каналом 265
5.4. Исследование по уточнению конструктивно-технологических параметров инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя 267
5.4.1. Влияние конструктивных параметров пылеуловителя на эффект осаждения примесей и его гидравлическое сопротивление 267
5.4.2. Влияние скорости входа воздуха в пылеуловитель и концентрации примесей на эффект очистки отработанного воздуха 271
5.5. Выводы 273
Результаты исследований и испытаний воздушно-решетных машин 277
6.1. Исследование и испытания воздушно-решетной машины вторичной очистки зерна МВО-10 с замкнуто-разомкнутой пневмосистемой и каналами до- и послерешетной аспирации 277
6.1.1. Определение качества воздушного потока в невм осе парирующих каналах 278
6.1.2. Оценка независимого регулирования скорости воздуха в пневмосепарирующих каналах 280
6.1.3. Исследование качества очистки семян в в пневмосепарирующих каналах 282
6.1.4. Исследование работы осадочных камер и Л-образного инерционного жалюзишю-противоточного пылеуловителя 285
6.1.5. Результаты государственных приемочных испытаний опытного образца воздушно-решетной машины вторичной очистки зерна МВО-10 288
6.2. Исследование и испытания воздушно-решетной машины АЗМ-І0/5-ВРФ с замкнуто-разомкнутой пневмосистемой и тремя пневмосепарирующими каналами 291
6.2.1. Исследование технологического процесса воздушно-решетной машины АЗМ-10/5-ВРФ 293
6.2.2. Сравнительное исследование поточной и фракционной технологий очистки семян с обработкой крупной и мелкой фракций в двойном канале послерешетной аспирации и триерных цилиндрах 298
6.2.3. Результаты предварительных и приемочных испытаний опытного образца воздушно-решетной машины АЗМ-10/5-ВРФ 303
6.3. Исследование и испытания виброцентробежной машины первично-вторичной очистки семян МЗП-25/10, снабженной пневмосистемой с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна с наклонными секторами 309
6.3.1. Качество воздушного потока в вертикальном кольцевом аспирационном канале 312
6.3.2. Исследование технологического процесса опытного образца виброцентробежной машины первично-вторичной очистки МЗП-25/І0 314
6.3.3. Результаты государственных предварительных испытаний опытного образца виброцентробежной машины первично-вторичной очистки МЗП-25/10 319
6.4 Выводы 321
7. Эффективность очистки семян на технологических линиях, оборудованных разработанными машинами 324
7.1. Эффективность очистки семян по поточной технологии на зерноочистительно-сушилыюм комплексе КЗС-20Ш, оборудованном машиной МВО-10 324
7.2. Функционирование машины вторичной очистки зерна МВО-10 в отделении очистки семян 326
7.3. Эффективность очистки семян на зерноочистителыю-сушнлыюм комплексе, работающем по фракционной технологии с выделением фуражного зерна на стадии предварительной очистки и оборудованном машиной МВО-10 329
7.4. Эффективность очистки семян по фракционной технологии с использованием машины АЗМ-10/5-ВРФ 333
7.5. Функционирование семяочистительноц линии, включающей воздушно-решетные машины ЗВС-20А, МЗП-25/10, два триерных блока ЗАВ-10.90.000А, пне вм о сепаратор ПС-15 338
Общие выводы 345
Список использованных источников 350
Приложения 380
- Особенности производства зерна в Евро-Северо-Восточном регионе России
- Пути повышения эффективности очистки семян зерновых культур
- Экспериментальные установки, приборы и оборудование
- Исследование технологий очистки семян яровой пшеницы
Введение к работе
Актуальность темы. Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности России, которая рассматривается как способность государства и его регионов гарантировать удовлетворение потребностей на уровне, обеспечивающем нормальную жизнедеятельность населения. Главным ее направлением является обеспечение зерно.м. Для полного и стабильного удовлетворения потребностей страны в продовольственном и необходимом для восстановления животноводства фуражном зерне требуется довести валовые сборы зерна в 2010 г. до 105... 110 млн. т, в том числе фуражного - до 55...60 млн. т. Приоритетным направлением развития агропромышленного комплекса при этом является широкое использование прогрессивных технологий и технических средств, учитывающих почвенно-климатические особенности различных регионов [53, 148, 250, 251].
В общем производстве зерна в регионе Евро-Северо-Востока России одними из основных являются затраты на послеуборочную обработку [59, 111, 199, 254, 355]. Зерновой ворох, поступающий от комбайнов на пункты послеуборочной обработки, характеризуется не только высокой влажностью, но и засоренностью, причем влажность засоряющих частиц превышает в 2„.3 раза влажность зерна [264]. Известно, что время безопасного хранения зернового вороха влажностью более 30%, предназначенного на семена, составляет примерно 1...2 часа [114 и др.].
Качество семян оказывает существенное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. Высокая урожайность в ведущих зернопроизводя-щих странах достигается главным образом за счет использования не менее 90...95% семян первого класса. В России же качество семян является низким, что приводит к недобору урожая до 10 млн. т ежегодно. В течение ряда последних лет заготавливается около 40% семян яровых зерновых и зернобобовых культур первого и второго классов, из которых семена первого класса составляют не более 15%. По мнению академика В.И.Анискина, Э.В.Жалнина, А.Н. Зюлииа, увеличение в семенном фонде доли семян первого класса до 60% могло бы дать прибавку урожая в среднем на 0,6 т/га, до 80% - 0,8 т/га, при 100% -около 1,0 т/га, что позволило бы уменьшить и себестоимость производства зерна [41, 188, 211]. Поэтому своевременная и эффективная обработка зернового материала с целью получения качественных семян является важной народнохозяйственной задачей.
В хозяйствах Евро-Северо-Восточного региона России, в основном, применяют поточную технологию послеуборочной обработки зерна и семян с использованием типовых зерноочнстителыю-сушильных комплексов или комплексов, построенных по индивидуальным проектам, в ряде случаев - поточную с отлежкой, двухэтапную, фракционную или применяют разрозненные машины [61, 181, 200, 211, 238, 239, 267, 290, 342, 367 и др.].
Использование поточной технологии обеспечивает повышение производительности, снижение себестоимости продукции и затрат труда, ускорение оборачиваемости оборотных средств [52, 143, 175, 190, 199, 214, 227, 228, 271, 321, 367, 371 и др.]. В то же время, типовые комплексы предназначены, в основном, для обработки продовольственного зерна, поэтому для получения семян зачастую несколько раз пропускают материал через зерноочистительные машины, что увеличивает травмирование, потери и снижает выход семян [61, 129,239,257, 290, 367,368 и др.].
Поточная технология с отлежкой подсушенных семян [2, 3, 57, 145, 146, 330, 387, 396, 412 и др.] позволяет соблюдать более мягкий режим тепловой его обработки, но требует наличия дополнительных емкостей для отлежки подсушенного зерна, например, бункеров БВ-40А активного вентилирования.
Поточная технология послеуборочной обработки зерна с рециркуляционным способом сушки [200, 213, 230, 239, 396 и др.] позволяет повысить производительность сушилок, но требует высокой квалификации персонала.
При использовании двухэтапной технологии уменьшается потребность в рабочей силе в наиболее напряженное время, а также снижаются удельные капитал овложспия и эксплуатационные затраты вследствие использования машин меньшей производительности и их использования более продолжительное время [200, 211, 217, 239, 372 и др.]. Однако в этом случае требуются дополнительные складские помещения, увеличиваются затраты на погрузочно-разгру-зочные работы и транспортирование семян.
В отдельных хозяйствах применяют фракционную технологию на стадии предварительной очистки, при которой семенное зерно обрабатывается в щадящем тепловом режиме, а фуражное - более жестком, что приводит к экономии затрат энергии и увеличивает производительность сушилок семенного зерна [40, 211, 245-248, 362, 411, 414 и др.].
При фракционировании высушенного семенного материала более рациональным является выделение в начале технологического процесса части семян, не требующих дополнительной обработки [50, 150, 214, 267, 351 и др.]. Предлагается выделять данную фракцию по аэродинамическим признакам [187, 210, 388 и др.], при помощи решет выделять две фракции семян, одна из которых не содержит коротких примесей, другая - длинных [150, 383 и др.], фракционирование по толщине или длине зерновки и на пневмосортировалыюм столе [215, 233] и ряд других технологических решений.
Большинство сельскохозяйственных предприятий имеют слабое финансовое состояние [53, 61, 148, 235, 363, 398 и др.], их материально-техническая база, в том числе и послеуборочной обработки, требует немедленного укрепления. На большинстве типовых зерноочистителыю-сушильных комплексов при гораздо меньших в сравнении с новым строительством затратах необходимо провести модернизацию или реконструкцию с использованием отечественного оборудования, которые окупаются за один-два года [272]. Причем для условий региона важно реконструкцию или модернизацию провести таким образом, чтобы на типовых комплексах можно было получать и качественные семена.
Цель исследований - повышение эффективности очистки семян зерновых культур путем разработки и совершенствования технологий и воздушно-решетных машин при снижении их металло- и энергоемкости, обеспечении охраны окружающей среды.
Объектами исследования являлись технологические процессы очистки семян и отработанного воздуха от примесей, технологические линии, экспериментальные и опытные образцы зерно- и семяочистнтельных машин, их пнев-мосепарирующие системы.
Методика исследований. При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частные методики с применением физического и математического моделирования, использованием современных приборов и вычислительной техники.
Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждена результатами теоретических, экспериментальных исследований, положительными результатами ведомственных» государственных испытаний и эксплуатации разработанных воздушно-решетных машин, усовершенствованных технолоп [ЧЄСКИХ линий.
Выполненная работа является частью программ НИР Российской академии сельскохозяйственных наук (05.Р.01 «Механизация и автоматизация растениеводства», тема «Разработка машины вторичной очистки зерна производительностью Ют/ч», номер государственной регистрации 01.91.0038782; тема 07.01.02 «Агрегат зерноочистительный малогабаритный АЗМ-5», номер государственной регистрации 01.97.0007281; 02.03 «Создать комплекс конкурентоспособных технических средств нового поколения, построенных на принципах блочно-модулыюсти, трансадаптивности, ресурсосбережения, для устойчивого производства продукции растениеводства», тема 02.01.01.01 «Виброцентробежная машина первично-вторичной очистки семян МЗП-25/10», номер государственной регистрации 01.2002.03893) и договоров с Комитетом сельского хозяйства и продовольствия Кировской области.
Hayчная новизна и практическая значимость:
- фракционная технология очистки с разделением предварительно очи 13
щепных и высушенных семян на фракции крупного и мелкого зерна на решетах и последующей их раздельной обработкой в пневмосепарирующих каналах и триерах;
- аналитические зависимости для определения конструктивных и технологических параметров вращающегося дискового распределителя зерна с наклонными секторами, функционирующего в пневмосистеме с вертикальным кольцевым аспирационным каналом, Л-образного инерционного жалюзийно-противоточ но го пылеуловителя;
- модели регрессии технологического процесса очистки семян в замкнуто-разомкнутых пневмосистемах зерно- и семяочистительных машин, пневмосистеме с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна с наклонными секторами, очистки отработанного воздуха в Л-образном инерционном жалюзийно-противоточном пылеуловителе;
- новые технические решения пневмосистем с замкнуто-разомкнутым циклом воздушного потока, кольцевым аспирационным каналом, воздушно-решетных машин, зерноочистительного агрегата, инерционных пылеуловителей (а.с. № 1799642 СССР, патенты К«№ 1799641, 2000855, 2003385, 2014109, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297, 2122462, 2176565, 2189726, 2195805 РФ).
Технологии и воздушно-решетные машины, разработанные и усовершенствованные при участии автора, отличаются более высокой эффективностью очистки семян при снижении металло- и энергоемкости, обеспечении охраны окружающей среды.
Результаты научных исследований представлены в завершенном виде и использованы при подготовке рекомендаций по реконструкции типовых зерно-очистительно-сушильных комплексов и созданию новых технологических линий в соавторстве с Л.И.Бурковым и М.Ф.Машковцевым [87J.
Экспериментальные и опытные образцы воздушно-решетных машин вторичной очистки семян MB О-10 (а.с. № 1799642 СССР, патенты Лге№ 1799641, 2000885, 2003385, 2014109, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297 РФ), первично-вторичной очистки ЛЗМ-10/5-ВРФ (патенты №№ 1799641, 2000885, 2003385, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297, 2122462, 2189726, 2195805 РФ), виброцентробежной машины первично-вторичной очистки семян МЗП-25/10 (патент № 2176565 РФ) успешно прошли ведомственные и государственные испытания.
ОАО «Яранский механический завод» Кировской области освоено серийное производство машины вторичной очистки семян МВО-10, на 01.09.2004 г. выпущена 91 машина (приложение I).
Проектно-конструкторским бюро Зонального научно-исследовательского института сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого Россель-хозакадемии на 01.12.2004 г. изготовлено 12 машин МВО-10, 2 машины АЗМ-Ї0/5-ВРФ, 2 машины МЗП-25/10 (приложение 2).
Материалы исследований осадочных камер с Г-образным движением воздуха и различной формой дна, инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя переданы в ОАО ГСКБ «Зерноочистка» (приложения 3 и 4), а также использованы (приложения 1 и 2) при разработке пневмосистемы универсальной зерноочистительной машины предварительно-первичной очистки МЗУ-25/15 (патенты J&Jfe 1799641, 2000885, 2033845, 2059114, 2059450, 2065780, 2083297 РФ; на 01.07.2004 г. ОАО «Яранский механический завод» выпущено 18 машин) и пневмосепаратора ПС-15 (патент №2033845 РФ; на 01.07.2004 г. ОАО «Яранский механический завод» выпущено 17 машин, на 01.12.2004 г. ПКБ НИИСХ Северо-Востока - 5 машин).
Годовой экономический эффект от использования пяти усовершенствованных технологических линий, оборудованных разработанными машинами, составляет 2769,1 тыс. рублей (в ценах 2003 г.), срок окупаемости произведенных затрат - 1.. .3 года.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях НИИСХ Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого (1991-2004 гг.), Санкт-Петербургского ГЛУ (1992, 1993 гг.), ВИМ (2000-2003 гг.), СЗ НИИМЭСХ (2000-2002 гг.), Института Инженерии Варшавской Политехники (2002 г.), ВИЭСХ (2003 г.), конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Вятской ГСХА (1991-2004 гг.) и научно-практической конференции Комитета сельского хозяйства и продовольствия Кировской области (2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 84 работы, в том числе изданы рекомендации по реконструкции типовых зерноочистительно-сушильных комплексов, опубликовано 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, 6 статей депонированы в организациях государственной системы научно-технической информации, 15 статей опубликовано в материалах международных конференций, получены 1 авторское свидетельство СССР и 13 патентов РФ на изобретения (приложения 5-18).
На защиту выносятся следующие положения:
- теоретические предпосылки повышения эффективности очистки семян;
- фракционная технология очистки семян с разделением после предварительной обработки и сушки на фракции крупного и мелкого зерна на решетах и последующей их раздельной обработкой в пневмосепарирующих каналах и триерах;
- схемы, конструктивно-технологические параметры и модели регрессии процесса очистки семян замкнуто-разомкнутых пневмосистем воздушно-решетных семя очистительных машин, включающих два и три пневмосепарирующих канала, первый из которых очищает зерновой материал до решет, а второй и третий - после решет, один диаметральный вентилятор, две осадочные камеры с общей смежной стенкой, инерционный пылеуловитель;
- схема, конструктивно-технологические параметры и модели регрессии процесса очистки семян пневмосистемы виброцентробежной машины первично-вторичной очистки с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна, снабженным наклонными секторами; - соотношение конструктивных параметров гравитационных осадочных камер с отражательной перегородкой при симметричной форме дна и со смещенным выгрузным устройством к входному и выходному окну;
- схема, математические зависимости функционирования и конструктивно-технологические параметры Л-образного инерционного жалюзийно-проти-воточного пылеуловителя;
- результаты испытаний и функционирования в производственных условиях разработанных воздушно-решетных машин и усовершенствованных технологических линий.
Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору, заслуженному изобретателю Российской Федерации А.И.Буркову -научному руководителю и консультанту на протяжении всей работы по данной проблеме, соавтору многих совместных публикаций; сотрудникам НИИСХ Северо-Востока имени Н.В.Рудницкого за содействие на различных этапах диссертационной работы - кандидатам технических наук О.П.Рощину, В.А.Казакову, С.Л.Лопшову, В.В.Шилину, С.Л.Демшину, младшим научным сотрудникам А.М.Хаустову, М.В.Симонову, А.Л.Глушкову, инженерам Н.М.Игнатовой, Н.Н.Яговкиной, лаборанту-исследователю Т.В.Соколовой; кандидату технических наук, доценту Вятского государственного университета ВЛО.Иномпстову за помощь при создании программы на языке СіҐ для персонального компьютера; сотрудникам Проектно-конструкторского бюро НИИСХ Северо-Востока за помощь при создании экспериментальных и опытных образцов воздушно-решетных зерно- и семяочистительных машин первично-вторичной очистки зерна МВО-10, АЗМ-Ї0/5-ВРФ, МЗП-25/10; преподавателям и аспирантам Вятской государственной сельскохозяйственной академии за ценные замечания и предложения при апробации результатов исследований; сотрудникам Кировской государственной зональной машиноиспытательной станции и Опытного хозяйства Кировской МИС за содействие при проведении испытаний.
Особенности производства зерна в Евро-Северо-Восточном регионе России
Минимальная прогнозная потребность в зерне по России должна составить к 2010 г. 105...110 млн. т [39, 40, 53, 148 и др.]. В Северо-Восточном регионе европейской части России к 2010 г. производство зерна может быть восстановлено до уровня 8...10 млн. т [238 и др.].
Регион Северо-Востока европейской части России включает в себя четыре области: Костромскую, Кировскую, Нижегородскую, Пермскую и пять республик: Коми, Марий Эл, Мордовия, Чувашия, Удмуртия. Согласно многолетним данным, обеспеченность сельскохозяйственных культур влагой в регионе является достаточной или избыточной [199], Но выпадение осадков зачастую носит форму ливней, в промежутках между выпадениями которыми нередки продолжительные засухи. На территории Кировской области, например, число дней с осадками за май-сентябрь в среднем равняется 65...70 [11]. По наблюдениям лаборатории агрохимии НИИСХ Северо-Востока за последние девять лет в фазу «колошение-уборка» зерновых избыточное увлажнение не наблюдалось только в 1996 п 2000 гг. [293]. В результате этого зерно кондиционной влажности поступает на обработку только в один год из десяти [237]. В отдельные годы в исходном материале содержится до 30% зеленых недозревших зерен, которые не выделяются в машинах предварительной очистки, а после сушки становятся щуплыми и представляют собой примеси [199].
В Северо-Восточном регионе европейской части России коллективные, межхозяйственные и государственные предприятия являются основными производителями зерна, несмотря на общую тенденцию разукрупнения сельскохозяйственных предприятий [235 и др.]. Например, в валовом сборе зерна в Кировской области их доля в 2000 г. по сравнению с 1990 г. уменьшилась с 99,9% до 96,3%, посевные площади, соответственно, составили 99,9% и 96,1%. Средняя урожайность зерновых и зернобобовых культур в данных предприятиях и фермерских, крестьянских хозяйствах примерно одинакова [24, 94, 115-118, 235, 311,312 и др.].
Под озимую рожь, яровую пшеницу, ячмень и овес в хозяйствах региона в 1990...2003 гг. отводилось 95...98% от общих посевных площадей, на данные культуры приходилось 97...99% валовых сборов зерна.
Площади сева и валовые сборы зерновых и зернобобовых культур в регионе значительно сократились (рис. 1.1). Средняя урожайность зерновых и зернобобовых культур в сельскохозяйственных предприятиях региона за счет исключения из оборота дальних, малоплодородных участков и сосредоточения имеющихся материально-технических возможностей на наиболее удобных площадях с более высоким потенциалом плодородия несколько повысилась [235]. Также в последние годы в регионе наметилась тенденция увеличения урожайности и валовых сборов озимой ржи при некоторой стабилизации занимаемых ею посевных площадей, растут валовые сборы и посевные площади при снижении урожайности яровой пшеницы.
База послеуборочной обработки зерна и семян хозяйств Северо-Восточного региона европейской части России требует немедленного укрепления [53, 61, 130, 148, 213, 235, 239, 363, 398 и др.]. Например, в Кировской области на 1 января 2000 г. числилось 903 пункта послеуборочной обработки зерна, из них комплексов КЗС-40 - 17,5%, КЗС-25 - 27,2%, комплексов КЗС-40 и КЗС-25 с сушилками М-839 и M-8I9 - 11,2%, КЗС-20 - 15,3%, КЗС-10 и КЗС-5 - 3,6%, пунктов на базе агрегатов ЗАВ-50, ЗАВ-40, ЗАВ-25, ЗАВ-20, ЗАВ-10 - 13,1%. Нетиповые зерноочистительно-сушильные комплексы составляли 12,1%. При этом амортизационный срок полностью выработан у 65,8% комплексов [24]. Данный показатель является несколько лучшим у нетиповых комплексов, который составляет 23,9%, и комплексов КЗС-40 и КЗС-25 с сушилками М839 и М819 - 58,4%. Поэтому на большинстве типовых зерноочпстителыю-сушиль-ных комплексов необходимо провести модернизацию или реконструкцию с использованием новых технологий и современных технических средств, затраты на проведение которых являются гораздо меньшими по сравнению с новым строительством и окупаются за один-два уборочных сезона [141, 272].
Пункты послеуборочной обработки зерна и семян в регионе включают в себя, в основном, отделения приема, предварительной очистки, сушильное и зерЕіоочистительное. В ряде случаев в хозяйствах используют оперативные емкости различной конструкции в технологической цепочке между данными отделениями.
Опыт эксплуатации типовых зерноочистителыю-сушильных комплексов КЗР-5, КСЗ-10, КСЗ-20, КСЗ-25, КСЗ-40 показал, что имеется возможность в потоке обрабатывать зерновой ворох и доводить его по чистоте и влажности до кондиции продовольственного зерна при минимуме затрат ручного труда, но и выявил их недостатки. Коллективами научных, учебных, производственных учреждений региона и сотрудниками Кировской государственной зональной машиноиспытательной станции проделана определенная работа по устранению недостатков типовых зерноочистительно-сушильных комплексов.
Малая вместимость завальной ямы не позволяет принять зерновой ворох, интенсивно поступающий в дневные часы. Избыток его ссыпается на площадки временного хранения с последующей перевалкой в завальную яму, для чего необходимо дежурство техники и людей в ночные часы. Кроме этого, приямок нории завальной ямы с проектной глубиной более двух метров при высоких уровнях грунтовых вод, что характерно для Евро-Северо-Восточного региона России, весной и осенью затопляется водой. Разработаны различные варианты заменены завальных ям отделениями приема с аэрожелобами, что позволяет оперативно осуществлять прием всего поступающего от комбайнов зернового вороха при сохранении в течение более длительного времени семенных качеств, производить механизированную разгрузку любого вида транспорта [131, 206-208, 218, 273, 276, 278, 292, 397 и др.]. В зависимости от производительности комплексов и хозяйственных потребностей вместимость аэрожелобов составляет 20... 100 ти более [330, 331 и др.].
Пути повышения эффективности очистки семян зерновых культур
В структуре посевных площадей 1990,..2000 гг. Северо-Восточного региона европейской части России площади, занимаемые озимой рожью, составляли 17,2...41,8%, яровой пшеницей - 14,6...24,3%. ячменем - 16,8...29,6%, овсом - 17,6...26,4%. Качество высеваемых семян при этом было недостаточно высоким. Поэтому семена использовались не только 1, 2 и 3 класса посевных стандартов, но и неклассные. В ряде случаев посевные площади, числящиеся занятыми овсом, пшеницей или ячменем, из-за отсутствия чистых семян засевались зерносмесями.
При анализе 263 т партий семян озимой ржи районированных сортов урожая 1996...2001 гг., разбор проб по которым осуществляла Кировская государственная семенная инспекция (приложение 19), оказалось, что семена засорены, в основном, пыреем ползучим, ячменем и пшеницей. В отдельных партиях оказалось большое количество зерновок (шт/кг) других культурных растений: пшеницы - до 235, ЯЧМЄЕІЯ - до 186, овса - до 26; семян сорных растений: пырея ползучего - до 400, горошка мышиного или волосистого - до 32, пикуль-ника обыкновенного - до 30, редьки дикой - до 20, лебеды - до 19, овсюга - до 13, подмаренника цепкого и обыкновенного - до 11, горца вьющегося и шероховатого - до 5, ромашки непахучей - до 4, василька синего - до 2.
Анализ физико-механических свойств семян озимой ржи показывает (рис. 2.1), что в пневмосепарирующих каналах семяочистительных машин (скорость витания ье = 8,5 м/с) при допустимых потерях а полноценного зерна в отходы могут быть выделены семена василька синего (5), лебеды обыкновенной и раскидистой (8), ппкульнпка обыкновенного (10), подмаренника обыкновенного и цепкого (11), пырея ползучего (12), редьки дикой (13), ромашки непахучей (15). Одновременно выделяется значительная часть зерновок овса (2), семян горца вьющегося и шероховатого (6), горошка мышиного (7), овсюга (9), члеников стручков редьки дикой (14), склероций спорыньи (16). Не могут быть выделены зерновки пшеницы (3) и ячменя (4). При увеличении скорости витания до ve = 9 м/с зерновки овса (2) и семена овсюга (9) должны полностью выделиться, но потери полноценного зерна возрастут до а = 10%.
Дальнейший анализ физико-механических свойств семян озимой ржи, содержащихся в них зерновок других культурных растений и семян сорняков ведем только для тех растений, которые полностью не выделяются по аэродинамическим признакам.
Использование различий основного зерна и примесей по толщине (сход решета с продолговатыми отверстиями шириной 3,2 мм) позволяет при допустимых потерях а полноценного зерна в отходы выделить из семян озимой ржи около 20% зерновок пшеницы (3), 40%» - ячменя (4) и 40% - члеников стручков редьки дикой (14). При подсевных решетах с продолговатыми отверстиями шириной 1,5 мм может быть выделено около 85% склероций спорыньи (16), незначительная часть семян горца вьющегося и шероховатого (6).
При использовании различий основного зерна и примесей по ширине (решето с круглыми отверстиями 03,6 мм) сходом идет около 50% зерновок ячменя (4), 70% - члеников стручков редьки дикой (14), 50% - семян горошка мышиного (7). В случае установки подсевных решет с круглыми отверстиями 01,6 мм можно выделить около 25% склероций спорыньи (16), 10% - семян овсюга (9), незначительное количество семян горца вьющегося и шероховатого (6), зерновок овса (2) и пшеницы (3).
Используя различия в длине (цилиндры с диаметрами ячеек 05,0 и 09,5 мм), можно полностью выделить семена горца вьющегося и шероховатого (6), горошка мышиного (7), овсюга (9), около 75% - зерновок ячменя (4), 30% - члеников стручков редьки дикой (14). При наличии в семенах озимой ржи только зерновок одной из культурных примесей можно при наличии триерных цилиндров с диаметрами ячеек 07,0 мм полностью выделить зерновки ячменя (выделится 40% чистых семян озимой ржи), с диаметрами ячеек 08,5 мм - полностью выделить зерновки овса (75% чистых семян) и пшеницы (25% чистых семян).
Членики стручков редьки дикой (14), склероции спорыньи (16), семена овсюга (9) в партиях семян озимой ржи могут быть выделены при использовании различий в их плотности, т.е. на пневмостолах.
При анализе 1380 т партий семян яровой пшеницы 1996...2001 гг., разбор проб по которым осуществляла Кировская государственная семенная инспекция, оказалось, что семена засорены, в основном, зерновками ячменя, овса, семенами горца вьющегося и шероховатого, овсюга, редьки дикой, подмаренника обыкновенного и цепкого, горошка мышиного и волосистого (приложение 20).
В отдельных партиях оказалось большое количество (шт/кг) зерновок других культурных растений: ячменя - до 1020, овса - до 127, озимой ржи - до 10; семян сорных растений: горца вьющегося и шероховатого - до 140, редьки дикой - до 33, овсюга - до 18, горошка мышиного или волосистого - до 17, подмаренника цепкого и обыкновенного - до 10, лебеды обыкновенной и раскидистой - до 8, василька синего - до 6, клевера - до 6, осота полевого - до 2.
Анализ физико-механических свойств семян пшеницы (рис. 2.2) показывает, что в пнсвмосепарирующих каналах семяочистительных машин (скорость витания ve = 8,5 м/с) при допустимых потерях а полноценного зерна в отходы могут быть выделены семена василька синего (5), клевера (8), лебеды обыкновенной и раскидистой (9), осота полевого (11), подмаренника обыкновенного и цепкого (13), редьки дикой (14), почти полностью - овсюга (10). Одновременно выделяется значительная часть зерновок овса (2), семян горца вьющегося и шероховатого (6), горошка мышиного (7), члеников стручков редьки дикой (15), некоторая часть головок осота полевого (12). Не могут быть выделены зерновки озимой ржи (3) и ячменя (4). При увеличении скорости витания до ьв = 9 м/с должны полностью выделиться зерновки овса (2), семена овсюга (10), 50% - головок осота полевого (12), но потери полноценного зерна возрастут до а = 8%.
Экспериментальные установки, приборы и оборудование
Исходя из задач исследования, анализа литературных источников и теоретического обоснования определена следующая программа экспериментальных исследований [111, 121, 157, 193, 352 и др.]: - провести сравнительные исследования поточной технологии и фракционной с делением высушенного зерна на фракции крупного и мелкого зерна с помощью решет и раздельной их обработкой в пневмосепариругощих каналах послерешетной аспирации и триерных цилиндрах; - провести сравнительные исследования пневмосистем с разомкнутым и замкЕїуто-разомкнутьім циклами воздушного потока; - оценить влияние конструктивных параметров воздухоподводящего участка и основных параметров пневмосепарирующего канала дорешетной очистки на качество технологического процесса и определить их; - исследовать влияние положения кромки смежной стенки осадочных камер и гидравлического сопротивления нагнетательной ветви замкнуто-разомкнутой пневмосистемы с одним каналом дорешетной и одним каналом послерешетнон очистки на количественные и качественные характеристики воздушного потока в пневмосепарпрующих каналах и провести исследования по независимому регулированию скорости воздуха в одном из двух параллельно работающих пневмосепарпрующих каналов замкнуто-разомкнутой пневмосистемы, функционирующей с одним диаметральным вентилятором; - провести исследования по независимому регулированию скорости воздуха в двух параллельно работающих каналах послерешетной очистки замкнуто-разомкнутой пневмосистемы с одним диаметральным вентилятором; - исследовать процесс функционирования одинарного и двойного пневмосепарпрующих каналов послерешетной очистки, влияние основных конструктивных параметров отвода двойного канала на эффективность функционирования второй осадочной камеры, определить их оптимальные значения; - изучить влияние основных конструктивных технологических параметров гравитационных осадочных камер с отражательной перегородкой на эффективность их функционирования и определить оптимальное их соотношение; - провести экспериментальные исследования пневмосистемы с вертикальным кольцевым аспирационным каналом и дисковым распределителем зерна с наклонными секторами по влиянию конструктивно-технологических параметров на качественные и количественные показатели функционирования пневмосистемы; - изучить влияние конструктивно-технологических параметров /"-образного инерционного жалюзиГшо-противоточного пылеуловителя на эффективность его функционирования и уточнить оптимальное их значение; - оценить качество воздушного потока в разработанных пневмосистемах; - провести исследования и испытания новых воздушно-решетных машин в производственных условиях; - оценить эффективность очистки семян технологическими линиями, оборудованных разработанными воздушно-решетными машинами. Для разработки и проведения исследовании замкнуто-разомкнутой пневмосистемы с каналами одним дорешетной и одним послерешетной очистки [47, 198, 203, 305-308, 323], Л-образного инерционного жалгозийно-противоточного пылеуловителя [189, 220], изготовлена экспериментальная установка (рис. 3.1), экспериментальный и опытный образцы машины МВО-10 вторичной очистки зерна (а.с. К» 1799642 СССР, патенты Мг 1799641, 2000855, 2003385, 2014109, 2033845, 2059114,2059450, 2065780, 2083297 РФ, приложения 5-14). Экспериментальная установка имеет ширину ВПск = 0,3 м и натуральные размеры в продольно-вертикальной плоскости [243]. Диаметр колеса вентилятора составляет D2= 0,3 м, частота вращения - пв= 875мин" , глубины пневмо 153 сепарирующих каналов - ht - h2 = 0,14 м. Диаметральный вентилятор выполнен по а.с. № 1314144 СССР [178] с учетом результатов исследований [179, 298]. Длина осадочных камер составляла Li0K — /л?01ї 0,8 м, высота Ьвх входных окон осадочных камер равнялась глубине пнезмосепарирующих каналов. Канал 1 дорешетной аспирации выполнен с возможностью перевода на замкнутый и разомкнутый циклы воздушного потока.
При работе машины очищаемая зерновая смесь при помощи загрузочного устройства 3 и питающего валика 29 подастся в канал 1 дорешетной аспирации, где она обрабатывается воздушным потоком, поступающим из воздухоподво-дящего канала 4, и направляется на решетный стан (не показан). Легкие примеси, выделенные из зерновой смеси в канале 1, переносятся в первую осадочную камеру 27, где основная их часть осаждается и устройством 28 выводится наружу.
После очистки на решетах с круглыми или прямоугольными отверстиями зерновая смесь устройством 23 вводится в канал 22 послерешетной аспирации, где она обрабатывается воздушным потоком с более высокими скоростями, чем в канале 1 дорешетной аспирации. При этом из очищаемого материала выделяются оставшиеся легкие примеси, дробленое, мятое, щуплое зерно основной культуры и семена других растений, которые затем осаждаются во второй осадочной камере 24 и устройством 25 выводятся наружу. Первая и вторая осадочные камеры 24 и 27 разделены смежной стенкой 26.
Воздушный поток с частью легких примесей, не осевших в камерах 24 и 27, движется вдоль начального 16 и конечного 17 участков жалгозийной решетки, при этом очищенный воздух проходит по каналам жалюзийной решетки и направляется к выходному патрубку 18, а частицы пыли и легких примесей под действием сил инерции перемещаются в пылеосадительную камеру 20, а затем устройством 21 выводятся из машины.
Исследование технологий очистки семян яровой пшеницы
Сход решет Bi, В2 (75,49% ИМ) обрабатывается далее воздухом в канале послерешетной аспирации со скоростью ьв— 7 м/с, где выделяется (выход IV -1,49% ИМ) 10,27% суммарного количества щуплого, дробленого зерна и 2,99% примесей, в том числе 0,09% зерновок озимой ржи, 2,44% - пшеницы, 18,18% -овса, 5,26%» - семян горца вьюнкового и 2,08% - подмаренника цепкого при потерях 1,19% основного зерна в отходы.
Далее фракция мелких семян (74,0% ИМ) обрабатывается параллельными потоками для снижения нагрузки и улучшения эффективности работы в триерных цилиндрах с ячейками 06,0 мм, где выделяется (выходы V и VII - 0,94%» ИМ) 0,77% исходного количества щуплого, дробленого зерна и 0,17% примесей, в том числе 68,29% зерновок пшеницы и 4,65% семян пикулышка при отсутствии потерь основного зерна в отходы.
Фракция мелких семян (выходы VI и VIII - 73,06% ИМ) не соответствует даже третьему классу чистоты посевного стандарта, так как содержит 97,02% основного зерна, 0,23% - щуплого, дробленого и 2,75% примесей, в том числе 821 шт/кт зерновок озимой ржи, 12 шт/кг - пшеницы и 11 шт/кг - овса при отсутствии семян сорных растений.
Дополнительная обработка мелкой фракции на триере с ячейками 010 мм нецелесообразна, так как потери полноценного зерна в отходы возрастают на 1,49% при дополнительном снижении зерновок овса на 10 шт/кг. Таким образом, результаты исследований исходного материала ячменя сорта Абава урожая 1996 г., подвергнутого предварительной очистке и сушке, свидетельствуют о следующем [82, 86]. 1. С целью получения семян более высокой кондиции целесообразно применение фракционной технологии очистки с использованием канала доре-шетной аспирации, разделением семенного материала на трехъярусном решетном стане на фракции крупного и мелкого зерна с последующей обработкой фракции мелкого зерна в канале послерешетнои аспирации и параллельно работающих триерных цилиндрах. 2. Фракцию крупных семян (выход составляет 19,58% исходного мате риала), являющуюся семенами 2 класса чистоты посевного стандарта при со держании 15 шт/кг зерновок пшеницы и 5 шт/кг семян василька раскидистого, получаем на среднем ярусе решет без дополнительной обработки в канале по слерешетнои аспирации и триерных цилиндрах. Фракция мелких семян (выход составляет 73,06% исходного материала), получаемая при очистке схода нижнего яруса решет в канале послерешетнои аспирации и триерных цилиндрах с ячейками 04,0 мм, не соответствует требованиям семян даже 3 класса чистоты посевного стандарта из-за наличия большого количества зерновой примеси (821 шт/кг зерновок озимой ржи, 12 шт/кг -пшеницы и 11 шт/кг - овса). 3. В случае обработки данного семенного материала по обычной поточ ной технологии (последовательная работа машин ЗВС-20А и ЗАВ-10.90.000А) все семена на выходе линии также будут неклассными из-за наличия большого количества зерновой примеси. Классификация исходного материала семян ячменя сорта Джин урожая 1997 г. по скорости v6 витания представлена в таблице 4.9. При дальнейшей классификации полученных фракций по толщине Т, ширине В и длине L [8] предложена технология очистки семян на зерноочистительной машине, включающей пневмосистсму с каналом дорешетной аспирации и трехъярусный решетный стан (рис. 4.7). В канале дорешетной аспирации семенной материал обрабатывается потоком воздуха со скоростью ve= 7 м/с, где удаляется (выход I - 2,29% ИМ) 67,48% щуплого, дробленого зерна и 67,62% примесей, в том числе 9,09% зерновок озимой ржи и 100,0% семян василька раскидистого, 100,0% - горца вьюнкового, 100,0% - мари белой и 100,0% - подмаренника цепкого при потерях основного зерна в отходы 0,77% (табл. П.27.6). 1997 г.: - поток очищаемого материала; -0- - легкие примеси; —&- - вы ходы фракций Фракция семенного материала с крупными примесями сходом по решету Б; (прямоугольные отверстия шириной 3,0 мм) перемещается на решето Б2 (отверстия 05,0 мм). Сходом с решета Б2 (выход // - 0,31% ИМ) идет 0,15% основного зерна и 15,24% примесей, не содержащих семян культурных и сорных растений. Фракцию крупных семян, представляющую собой сход сортировальных решет Г) Г2 с прямоугольными отверстиями шириной 2,5 мм и проход решета Б2 (выход III - 69,72% ИМ), далее не нужно обрабатывать в воздушном потоке и триерных цилиндрах. При содержании 99,50% основного, 0,34% щуплого, дробленого зерна, 0,16% примесей и наличии 7 шт/кг семян других культурных растений она соответствует 1 классу чистоты посевного стандарта.
Очистка семян от мелких примесей вначале осуществляется на решете В і с продолговатыми отверстиями шириной 2,0 мм, где выделяется (выход VI -0,32% ИМ) 25,20% щуплого, дробленого зерна и 0,95% примесей, в том числе 13,64% зерновок озимой ржи, а затем - на решете В2 с отверстиями 03,0 мм, где выделяется (выход V - 0,74% ИМ) 0,81% щуплого, дробленого зерна и 2,86% примесей, в том числе 50,0% зерновок озимой ржи. Потери основного зерна в отходы с мелкими примесями составят 0,70%.
Фракцию мелких семян, представляющую собой сход сортировальных решет Bj и В2 (выход IV - 26,62% ИМ), далее не нужно обрабатывать в воздушном потоке и триерных цилиндрах. При содержании 99,27% основного, 0,56% щуплого, дробленого зерна, 0,17% примесей и наличии 19 шт/кг семян других культурных растений она соответствует 2 классу чистоты посевного стандарта.
