Содержание к диссертации
Введение
1 Современные проблемы реализации и развития механизированных процессов послеуборочной обработки зерна
1.1 Состояние и перспективы развития технологии и технических средств для послеуборочной обработки зерна 8
1.2 Фракционирование зернового вороха и оценка его эффективности 16
1.3 Фракционирование зернового вороха по аэродинамическим свойствам 24
1.4 Сепарирование зернового вороха на плоских решетах 28
1.5 Современные технологии и техника для сушки зерна 39
1.6 Методы оптимизации зерноочистительных машин 52
1.7 Постановка проблемы и задачи исследований 56
2 Обоснование технологической схемы обработки зерна с дифференцированием по технологическому назначению 59
2.1 Моделирование процессов послеуборочной обработки зерна 59
2.2 Расчет состава потоков 71
2.3 Деление зернового вороха на потоки воздушной струёй 75
2.4 Дифференцированный ввод компонентов зернового вороха в затопленную воздушную струю посредством решёт 88
2.5 Алгоритм оптимизации процесса сепарирования решетом 94
2.6 Оптимизация процесса деления зернового вороха на потоки
Выводы по главе 120
3 Оптимизация решетных станов 122
3.1 Вибрационное перемещение зернового вороха по сепарирующей поверхности 123
3.2 Закономерности косого удара зерновки о поверхность решета 130
3.3 Результаты исследований вибрационного перемещения материала по решету с нормальной составляющей в траектории движения решета 137
3.4 Исследования вибрационного перемещения зерна по решету, совершающему колебания в своей плоскости 142
3.5 Предлагаемые решётные станы и сепарирующие поверхности 153
3.6 Оптимизация работы колосовых решёт 166
3.7 Оптимизация сепарирования на подсевном и сортировальном решетах 181
Выводы по главе 190
4 Обоснование параметров и режимов работы сушилки зерна 192
4.1 Процесс движения агента сушки через зерновой слой и стенки камеры нагрева 192
4.2 Расчётные исследования процесса тепло- и влагообмена 198
4.3 Обоснование конструктивных параметров и местоположения инвертора зерновых слоев
4.4 Обоснование технологической схемы и конструктивных параметров камерной жалюзийной зерносушилки непрерывного действия 216
4.5 Результаты экспериментальных исследований 220
Выводы по главе 229
5 Эффективность результатов исследования и рекомендации производству 231
5.1 Предлагаемая схема послеуборочной обработки зерна с делением на потоки 231
5.2 Рекомендации для предприятий АПК 239
5.3 Технико-экономические показатели результатов исследований очистки и сушки зерна 258 Выводы по главе 262
Общие выводы 263
Литература
- Фракционирование зернового вороха и оценка его эффективности
- Дифференцированный ввод компонентов зернового вороха в затопленную воздушную струю посредством решёт
- Исследования вибрационного перемещения зерна по решету, совершающему колебания в своей плоскости
- Обоснование конструктивных параметров и местоположения инвертора зерновых слоев
Введение к работе
Актуальность темы. Зерновое производство является основой устойчивого функционирования агропромышленного сектора, носит системообразующий характер для других отраслей экономики страны, определяет уровень продовольственной безопасности населения.
В себестоимости производства зерна доля очистки и сортирования при послеуборочной обработке составляет не более десяти процентов, но отказ от этих операций или недостаточно качественное их выполнение приводит к большим финансовым потерям, цена которых может значительно превышать затраты на их проведение. Имеющаяся в сельском хозяйстве зерноочистительная техника морально устарела, физически изношена и количественно недостаточна. Проведённые исследования показывают, что построение технологических схем зерноочистительных линий, машин и рабочих органов на базе известных принципов не позволяет получить семена, отвечающие требованиям ГОСТ, за один технологический цикл. Кроме того, как правило, не учитывается биологическая разнокачественность зерна, благодаря которой возможно улучшение урожайных свойств семян и снижение себестоимости зерна на продовольственные и технические цели.
В связи с изложенным совершенствование технологии послеуборочной обработки зерна, создание на ее основе новых и модернизация существующих технических средств являются актуальными проблемами, имеющими важное хозяйственное значение.
Актуальность направления исследований подтверждается соответствием темы диссертационной работы разделу федеральной программы по научному обеспечению АПК Российской Федерации: шифр 01.02 «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.»; Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы.
Цель исследования - повышение эффективности работы зерноочистительно-сушильных комплексов на основе дифференцирования потоков зернового вороха.
Объект исследования - технологический процесс обработки зернового вороха на зерноочистительно-сушильных комплексах на основе дифференциации параметров технологических режимов и технических средств.
Предмет исследования - взаимосвязи качественных показателей партий семенного, товарного зерна и зерна на технические цели с параметрами комплектования и функционирования зерноочистительно-сушильных комплексов и поступающего на обработку зернового вороха.
Методы исследований. Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процессов обработки зернового вороха с учетом взаимосвязей качества семян и зерна с производительной способностью и технологическими параметрами технических средств. При проведении исследований использовались методы математического моделирования, статистики, системного анализа, теории вероятности, лабораторные и производственные испытания.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
технологические схемы обработки зернового вороха, основанные на дифференциации зерна по технологическому назначению;
зависимости, раскрывающие взаимосвязи качественных показателей зерна с параметрами функционирования зерноочистительно-сушильных комплексов и параметрами исходного зернового вороха;
параметры и режимы работы зерноочистительных машин, сушильных агрегатов и компенсирующих ёмкостей с учетом качественных показателей зерна;
технические решения по совершенствованию оборудования для очистки и сушки зерна, защищенные авторскими свидетельствами и патентами.
Практическая ценность и реализация работы:
- разработаны механико-технологические основы создания
зерноочистительно-сушильных комплексов с разделением вороха на
потоки и процессов сушки зерна, обобщена и развита теория и прак
тика сепарирования зерна решетом и в наклонной воздушной струе;
- разработаны практические рекомендации по проектированию
новых и реконструкции существующих зерноочистительных агрега-
тов и зерноочистительно-сушильных комплексов, одобренные НТС межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона;
результаты научных исследований, технологии и машины, рекомендации используются ОАО «Государственный проектный институт Мясомолпром» г. Курган, ОАО ГСКБ «Зерноочистка» г. Воронеж;
в соответствии с рекомендациями и участием автора выполнен монтаж новых и реконструкция существующих (всего более семидесяти) зерноочистительных агрегатов и комплексов, при этом изготовлено и установлено четырнадцать камерных зерносушилок;
результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе Курганской ГСХА и Челябинской ГАА.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на международных научно-технических конференциях Курганской ГСХА (КСХИ) (с. Лесниково, 1985-2011 гг.); на международных научно-технических конференциях Челябинской ГАА (ЧИМЭСХ/ЧГАУ) (г. Челябинск, 1986-2011 гг.), в том числе в 2011 г. на пленарном заседании; на научно-практической конференции НПО «Целинсельхозмеханизация» (г. Кустанай, 1992 г.); на Международной научно-технической конференции ВНИИСХ им. Бараева (г. Шортанды, 1993 г.); на заседаниях научно-технического совета департамента сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Курганской области (г. Курган, 1989,2007 гг.); на заседании научно-технического совета Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона (г. Челябинск, 2007 г.); на международных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО МГАУ (г. Москва, 2010, 2011 гг.); на Международной научно-технической конференции ГНУ ВИМ Россельхозакадемии (г. Москва, 2011 г.); на областных совещаниях, посвященных вопросам послеуборочной обработки зерна и семян (г. Курган, 2006-2011 гг.); на выставке-ярмарке инновационных проектов Курганской области (диплом победителя «Лучшая инновация в сельском хозяйстве», 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 70 научных и методических работ, в том числе 14 в изданиях, рекомендуемых
ВАК РФ, два проекта, прошедших государственную экспертизу, и 8 научных отчетов; получено четыре авторских свидетельства РФ, четыре патента на изобретения и три патента на полезные модели.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 268 наименований, 29 приложений. Работа изложена на 343 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 87 рисунков.
Фракционирование зернового вороха и оценка его эффективности
A.M. Корн, А.А.Лопан, В.М. Цециновский считают, что с целью получения биологически полноценных семян сепарирование следует проводить воздушным потоком. При этом отмечают необходимость предварительного выравнивания материала по линейным размерам [102, 132, 226].
Совершенствованию технологического процесса фракционирования зерна посвящены работы Х.Х. Гималова, А.Н. Зюлина, В.А. Кубышева, А.А. Лопана, В.В. Пивень, М.А. Тулькибаева, Н.Н. Ульриха, В.М. Цециновского, и других ученых [3, 70, 108, 131, 174, 195, 206, 234, 261].
А.А. Лопан в своей работе сделал вывод о том, что увеличение содержания крупной легкой примеси в исходной смеси оказывает отрицательное влияние на качество работы воздушно-решетных сепараторов и положительное влияние на качество работы овсюжных триеров. Увеличение начальной нагрузки сопровождается повышением полноты выделения крупной легкой примеси на зерновых решетах и снижением полноты выделения мелкой тяжелой примеси на подсевных решетах, в воздушных каналах, кукольных триерах. Им было сделано заключение о целесообразности разделения исходного зернового вороха на фракции с мелкой тяжелой примесью и с крупной легкой с целью последующей раздельной их обработкой. Рабочим органом для фракционирования является колеблющаяся поверхность, состоящая из расслоительного и делительного участков [130]. На основании проведенных исследований разработана технологическая линия, реализующая фракционный принцип разделения [131]. Расчетная производительность линии по начальной нагрузке составила 25...30 т/ч.
Проводимые в СибИМЭ работы по фракционированию зернового вороха [206] заключаются в том, что исходный материал делится на фракции в цехе приема последовательно установленными машинами К-527А и двумя ЗВС-20. Полученные фракции проходят дальнейшую раздельную обработку. При сопоставимых с традиционной технологией выходных параметрах фракционирование позволяет снизить приведенные затраты при получении семян в среднем на 32 %.
В СибИМЭ при модернизации семяочистительной приставки [180] и замене пневмосортировальных столов на триерные блоки была также реализована фракционная схема очистки на заключительной стадии обработки семян. После разделения исходного материала в машине СВУ-5 на крупную и мелкую фракции крупная подавалась в овсюжные триера, а мелкая - в кукольные. Производительность машин при фракционировании увеличилась в 1,8 раза. Выход семян первого класса повысился на 17,5 %. Аналогичным образом построены одна из технологических схем работы агрегата ЗАВ-25, в которой фракционирование осуществляется машиной ЗВС-20А.
Известны решения [43, 53, 77, 206] в которых предлагается при очистке семенного материала предварительно выделить из исходного вороха биологически неполноценную фракцию. Ряд исследователей [76, 89, 151, 172, 177] рекомендуют при работе технологических линий по фракционным схемам выделять в различного рода отходы от 5 до 30% зерна основной культуры. Выделение отходовых фракций на первых стадиях обработки позволяет повысить делительную способность последующих рабочих органов и разгрузить технологическую линию. По мнению ряда авторов [79, 104, 132, 155, 245] к машинам первого этапа при фракционной технологии должны быть установлены следующие требования: - получение трех и более фракций; - получение одной фракции в количестве 30...50% конечной чистоты или близкой к ней; - полная очистка фракций основного продукта от крупных легких, крупных тяжелых и мелких легких примесей. Из проведенного обзора литературных источников и с учетом физико-механических свойств компонентов зернового вороха следует, что фракционировать его следует с помощью воздушного потока или решета. Возможно также двухэтапное фракционирование: на первом этапе воздушным потоком, на втором - решетом или сначала решетом, а затем воздушным потоком. Фракционирование должно являться подготовительной операцией перед сепарированием материала на последующих рабочих органах с целью повышения их делительной способности, при этом необходимо осуществлять гибкое регулирование качества и объема получаемых фракций для снижения влияния изменяющегося состава исходного материала.
В общем случае, при сепарировании зернового вороха ставится цель наиболее полно выделить фракции по таким признакам, которые обеспечивали бы требуемое качество получаемых конечных продуктов при наименьшем числе операций. Разнообразие признаков разделения зерновых смесей делает необходимой разработку общего метода оценки технологического эффекта работы каждого из сепараторов установленного в линии.
Наиболее распространен в практике способ оценки работы зерноочистительных машин, основанный на техническом анализе зерна до и после очистки и связанный с отбором проб в потоке [58]. Следует отметить, что этот метод не дает эффективной оценки работы той или иной машины. Известно, что при испытаниях зерноочистительных машин в большинстве случаев нет соответствующих показателей технического анализа с фактическим количеством отходов, получаемых в результате очистки.
В научных исследованиях для характеристики технологической эффективности используются различные критерии. Этим вопросам посвящены работы В.П. Горячкина, С.А. Васильева, Г.Т. Павловского, Г.Л. Терскова, В.А. Кубышева, А.Л. Малиса, В.А. Демидова, З.Л. Тица и других ученых [112, 114, 205, 209]. Обобщающая работа в этом направлении выполнена В.М. Цециновским [226].
Общий технологический эффект сепарирования Еп и-компонентной смеси на п фракций можно представить в виде Е„ = Н( Р„ « )/(ш/ " «01 О -2) где, Wt=Pi/Q - выход z -й фракции в долях единицы; pii - количество z -ro компонента в /-ой фракции или фактическая чистота фракции в долях единицы; aii - содержание z -ro компонента в z -ой фракции при предельном разделении или предельная чистота фракции в долях единицы; ai - содержание z -ro компонента в исходной смеси в долях единицы. Слагаемые в выражении (1.2) представляют собой произведение количественного эффекта (Wi) на качественный эффект. Каждое из слагаемых характеризует частный эффект сепарирования каждой из фракций. Таким образом, приведенная зависимость позволяет определить технологическую эффективность при условии, если известны выходы и чистота фракций при предельном сепарировании.
Дифференцированный ввод компонентов зернового вороха в затопленную воздушную струю посредством решёт
Она состоит из продольного пневмоканала 1 шириной 470 мм. В передней части канал сопряжен с распределительным патрубком нагнетающего центробежного вентилятора 2 марки Ц 4-70 №3, с противоположной стороны оканчивается вытяжным зонтом, связанным с отсасывающим вентилятором 3 той же марки и циклоном марки ЦРК-600. В нижней части на раме пневмоканала установлены сборники фракций 8, 9, 10. В верхней части воздушного канала расположен питатель 4 с решетами 5, 6, 7, которые обеспечивают подачу зернового материала в нужное сечение канала.
Исследования воздушной части сепаратора проводились по двум направлениям: определение неравномерности скорости воздушного потока на выходе из диффузора, нагнетающего центробежного вентилятора; определение неравномерности скорости воздушного потока в разных сечениях по высоте и длине пневмоканала при различных соотношениях производительности отсасывающего и нагнетающего вентиляторов.
Исследования по определению неравномерности воздушного потока проводились в следующем порядке. Включали в работу нагнетающий вентилятор. Определяли скорость воздушного потока на выходе из диффузора в девяти точках согласно схеме замеров (рисунок 2.6). Замеры проводили при пяти положениях кольцевой заслонки, осуществляющей регулирование площади всасывающего окна нагнетающего вентилятора. Устанавливали на выходное окно вентилятора выравнивающую решетку, изготовленную из плоскопробивного решета, определяли неравномерность воздушного потока по той же методике. Выравнивающая решетка представляет собой решето с прямоугольными отверстиями размером 10x15 мм и шириной перемычек 4 мм. Затем при постоянном положении кольцевой заслонки нагнетающего вентилятора, включали в работу отсасывающий вентилятор. При различных соотношениях производительности нагнетающего и отсасывающего вентиляторов определяли степень неравномерности скорости воздушного потока в трех поперечных сечениях пневмоканала расположенных от нагнетающего диф фузора на расстоянии Хь Х2 и Х3. Замер скорости воздушного потока проводили в 21 точке каждого из сечений, положение которых определяется значениями по высоте канала У0... У\ и ширине канала -1, II и III (рисунок 2.6). Результаты замеров поля скоростей на выходе из диффузора вентилятора представлены в графическом виде на рисунке 2.7.
При средней скорости воздушного потока на выходе из сопла диффузора нагнетающего вентилятора 16 м/с, минимальное значение скорости соответствует 12,4 м/с, а максимальное - 18,6 м/с. Среднеквадратическое отклонение скорости воздушного потока составляет 2,39 м/с, а коэффициент вариации - 15,0%). Неравномерность скорости наблюдается и по ширине и по высоте диффузора. Причем максимальные значения скоростей наблюдаются у стенки диффузора со стороны всасывающего окна (точки 7, 8, 9), минимальные значения в центре диффузора (точка 5). Такой характер неравномерности поля скоростей сохраняется при различных положениях заслонки всасывающего окна (площади всасывающего окна). С увеличением площади всасывающего окна коэффициент вариации резко возрастает, а затем при скоростях воздушного потока 14,5. ..16 м/с стабилизируется.
Из вышеизложенного следует, что одним из приемов выравнивания поля скоростей является постановка на выходное отверстие вентилятора выравнивающей решетки. Постановка такой решетки позволила снизить коэффициент вариации, при скорости воздушного потока 16 м/с с 15,0% до 7,1%. Снижение скорости воздушного потока наблюдается по всей высоте стенки диффузора, расположенной со стороны всасывающего окна. Более полное выравнивание воздушного потока, по-видимому, возможно при постановке сетки с дифференцированным размером отверстий или постановке специальных воздухораспределителей. Однако следует учитывать, что постановка таких устройств приводит к увеличению потребляемой вентилятором мощности. Для плавного изменения скорости воздушного потока целесообразно комбинированное регулирование с использованием дроссельных устройств и изменением числа оборотов ротора вентилятора.
Анализ результатов исследований в сечении расположенном вдоль оси канала на расстоянии X] от нагнетающего диффузора, представленный на рисунке 2.8, позволяет сделать вывод, что при соотношении производительности отсасывающего Qeblc и нагнетающего QHaz вентиляторов в пределах от 0,9 до 1,0 структура воздушного потока близка к структуре потока отвечающей параметрам свободно затопленной струи. Увеличенное или уменьшенное соотношение данных параметров приводит к образованию завихрений, особенно вдоль стенок воздушного канала. Это приводит к росту коэффициента вариации воздушного потока и снижению качества очистки. Аналогичная картина наблюдается и в других сечениях канала. 1 - расчетное поле скоростей; 2 - поле скоростей при QebW / QHaz = 0,9; З - поле скоростей при Qeblc / QHaz = 1,0. Рисунок 2.8 - Изменение скорости воздушного потока по высоте канала
Результаты лабораторных исследований позволили сделать следующие выводы: для обеспечения равномерности воздушного потока на выходе из вентилятора целесообразно устанавливать воздуховыравнивающие решетки; структура воздушного потока в пневмоканале соответствует структуре затопленной струи; для поддержания равномерного воздушного потока по длине канала необходимо поддерживать отношение производительности отсасывающего и нагнетающего вентиляторов в пределах 0,9... 1,0.
Была разработана расчетная схема и математическая модель движения компонентов зернового материала в наклонной воздушной струе [129,256].
В общем случае, полет компонентов зернового материала от места ввода их в струю до попадания в приемник фракций можно охарактеризовать пятью этапами: свободное падение, полет в струе, полет в ядре, полет в струе и свободное падение. Воздушная струя направлена под углом а к горизонту и имеет начальную скорость V0 (рисунок 2.9).
Начальная скорость ввода компонентов равна нулю. В поперечном сечении струи существует значительный градиент скорости потока, имеющий профиль, близкий к треугольнику. Рассмотрим процесс движения компонентов зернового вороха в воздушной струе (рисунок 2.10).
Исследования вибрационного перемещения зерна по решету, совершающему колебания в своей плоскости
Звенья 6 подвески одним концом прикреплены к решету ПО ОСИ О] -С 2, а другим концом посредством шарового шарнира Ог, установленного на полозке 7, связаны с кольцевой направляющей 8, закрепленной с возможностью вертикального перемещения на раме 9. Для сбора проходовой фракции служит приемник 10, а сходовая фракция поступает в приемник 11. Установочное угловое смещение звеньев 6 подвески обеспечивается с помощью кольцевого паза 12, выполненного на круговом секторе 13, закрепленном на коробе 1, и барашка 14.
Решетный стан работает следующим образом. Короб 1 с решетом 2 приводятся в колебательное движение. Исходная зерновая смесь поступает на загрузочный участок короба 1 и, расслаиваясь, стекает на начало решета 2. На решете 2 продолжается расслоение и идет процесс просеивания мелких частиц через отверстия решета 2. Мелкая фракция по поддону короба 1 скатывается в приемник 10, а крупная сходит с решета в приемник 11.
Вибровозбудитель 3 за счет шаровых опор осуществляет колебательные движения короба в горизонтальной и вертикальной плоскостях, но так, что ось поворота короба и решета проходит всегда через центр шарового шарнира Ог. Если центр шарнира Ог расположен в плоскости решета, угол а=0, то по длине решета изменяется лишь амплитуда, а направление колебаний и угол отклонения точек решета остаются постоянными. Если звено 6 подвески отклонить, повернув его вокруг оси Оі - О2, и расположить шарнир Ог ниже или выше плоскости решета 2, изменится не только амплитуда, но и направление и форма траектории колебаний точек решета 2 по мере их удаления от загрузочного участка к разгрузочному. Например, если шарнир О2 расположить ниже плоскости решета 2 (а 90), рассматривая колебания только в вертикальной продольной плоскости, колебания точек решета у загрузочной части близки к вертикальным, а у разгрузочной части - почти горизонтальные по дуге выпуклой стороной вверх. Если шарнир О2 расположить выше плоскости решета 2, траектория колебаний точек решета у разгрузочной части обратится выпуклой стороной вниз.
Таким образом, изменяя угол установки звена 6 подвески относительно плоскости решета 2, можно регулировать не только амплитуду, но и направление и траекторию колебаний решета 2, что позволяет настраивать и интенсифицировать процесс работы решетного стана при обработке зернового вороха с различными физико-механическими свойствами.
Интенсивность сепарации зависит от продолжительности контакта зернового вороха с решетом 2, от скорости ориентации частиц и от активности воздействия рабочей поверхности решета на разделяемую смесь. В предлагаемом решетном стане активность воздействия решета на зерновую смесь обеспечивается за счет горизонтальных поперечных колебаний или наложения этих колебаний на вертикальные, что обусловлено ограниченной длиной звеньев подвески. Для ускорения ориентации частиц и продолжительности контакта зерновой смеси с рабочей поверхностью решета последняя выполнена волнообразной. Существующие и предлагаемые решётные станы с целью удобства их исследования можно классифицировать по приводу и траектории движения сепарирующей поверхности.
Изучаемый процесс сепарирования сведён к теории вибрационного перемещения частицы [23, 222]. При создании математической модели приняты следующие допущения. Зерновки имеют форму эллипсоида, засорители - сферическую форму. Перемычки и частицы - абсолютно твердые тела. Нормальная составляющая скорости частицы после удара определялась как для частично упругого удара с коэффициентом восстановления скорости к, касательная - по гипотезе вязкого трения. Изучен процесс работы решета, которое совершает плоскопараллельное движение в вертикальной плоскости (рисунок 3.20).
Дифференциальные уравнения (3.37) нелинейные, так как движение центра масс рассматриваются относительно криволинейных траекторий abc и Ыт. При расчёте просеваемости вначале определяли траекторию движения центра масс частицы при безотрывном движении частицы по перемычке решета. Для сферической частицы размером 2г такими траекториями являются линии аЪс и кіт (рисунок 3.20 а). Для зерновки эллипсоидной формы траектория, в отличие от эквидистант аЪс и кіт, представляет собой некоторую более сложную кривую, координаты точек которой последовательно определялись в ходе численного эксперимента (рисунок 3.20 б).
Координаты точек а, Ъ, с, к, , т рассчитываются через форму и размеры перемычек В, размер отверстий решета D, форму и размеры частицы. Для расчёта траектории движения частицы относительно решета использовали нелинейные дифференциальные уравнения относительного движения в системе координат хоу. Для расчёта движения частицы относительно линии abcklm используется дополнительная система координат топ, начало которой совпадает в рассматриваемый момент времени с центром масс частицы.
При расчете движения частицы использовали совмещение стохастического и детерминированного подходов. В первую очередь определялась скорость вибрационного перемещения частицы вдоль решета. Случайным образом задавались исходные параметры и после этого, пошагово рассчитывалось дальнейшее движение частицы. Исходными параметрами, являлись: положение эллипсоида в пространстве (10 положений), сила воздействия вороха на частицу (5 значений силы в диапазоне от веса одной зерновки до веса пяти зерновок), точка приложения силы к частице (5 вариантов), точка подхода частицы к решету (19 точек на участке от центра перемычки до центра отверстия), фаза колебания решета (72 значения через 5 градусов поворота кривошипа).
Каждый случайный набор указанных параметров являлся начальными условиями для численного решения нелинейных дифференциальных уравнений (3.37). Пошаговое, через 1/72 периода колебаний решета, определение последовательных положений частицы давало траекторию движения и позволяло определить, просеялась ли частица. Считали, что частица просеялась, если центр масс её оказался ниже прямой ск, т.е. у 0. Число комбина 169 ций указанных выше случайных начальных данных и, значит, число результатов «просеялось - не просеялось», составляет: 10 5 5 19 72 = 342000, что соответствует массе зерновой смеси 10... 11 кг. В специальном блоке программы ведётся суммирование просеявшихся частиц. Число просеявшихся в рассматриваемое отверстие частиц в секунду пс, шт/с, определяется делением числа просеявшихся частиц на время, которое находились над этим отверстием все 342000 частиц. После чего вычисляется просеваемость по формуле (2.56).
Для примера графического представления результатов исследований выбрали два независимых параметра: частоту колебаний решета со и угол наклона решета а. Проведенные многофакторный численный и лабораторный эксперименты позволили определить зависимости просеваемости W от этих параметров. Для каждого параметра выбиралось 5 уровней, так что поверхность отклика строилась по 25 точкам.
При численном эксперименте каждая из 25 точек поверхности представляла собой значения просеваемости W, полученные по результатам расчета всех 342000 траекторий частиц. Диапазон изменения независимых переменных составлял: частоты колебаний решета со = 90...ПО с" ; угла наклона решета а = 11... 19 град. Остальные параметры имели следующие значения. Решето - плоскопробивное с круглыми отверстиями диаметром 6,5 мм. и количеством отверстий 18800 отв/м , ширина перемычки - 3,0 мм., длина решета 1,0 м. Частица сферической формы с эквивалентным диаметром 4,0 мм., размеры эллипсоида вращения 7,5 мм. и 2,8 мм., коэффициент трения скольжения зерна по решету 0,32, коэффициент трения покоя - 0,38. Амплитуды колебаний в начале решета А\ — А2=- 1,25 мм [186]. Результаты расчетов обработаны с использованием программы «Statistica». Получена поверхность отклика (рисунок 3.21 а) и её уравнение
Обоснование конструктивных параметров и местоположения инвертора зерновых слоев
Широкое внедрение фракционной технологии в производство сдерживается отсутствием высокопроизводительного эффективного и универсального рабочего органа на первом её этапе. Совместно с учеными ЧГАУ и ЮГУ разработаны и реализованы в производство технологические схемы с использованием на первом этапе очистки пневмоинерционного и пневморешетного сепараторов.
Сущность пневмоинерционного сепарирования заключается в скоростной тонкослойной и направленной подаче зернового вороха в воздушный поток, что позволяет увеличить действующие на компоненты вороха аэродинамические силы и тем самым повысить качество сепарирования. При подаче вороха в горизонтальный воздушный поток создаются благоприятные условия для его фракционирования на разнокачественные фракции одновременно с предварительной очисткой.
В 2000 году пневмоинерционный сепаратор был изготовлен и использован для предварительной очистки зернового вороха при модернизации агрегатов ЗАВ-40 в ЗАО «Слевинское» Макушинского района и ЗАО «Степной» Половинского района Курганской области [254].
Семяочистительная в ЗАО «Слевинское» включает двухпоточную норию 2НПЗ-20 5, пневмоинерционный сепаратор 3, воздушно-решетную машину К-531А «Petkus» 6 без триерной приставки, триерный блок ЗАВ-10. 90000 8, шнековый 9 и скребковый 7 транспортеры, (рисунок 5.3). Монтаж проведен с учетом конструктивных особенностей технологического оборудования (габаритные размеры и расположение точек вывода фракций отходов и семян), что позволяет использовать для загрузки машин штатную норию, а полученные семена и отходы направлять в соответствующие бункера, максимально используя принцип самотека.
Для повышения производительности воздушно-решетной машины К-531 А увеличен угол наклона решетного стана до 14 градусов и вдвое увеличены сечения выходных окон очищенной фракции. Конструкция пневмои-нерционного сепаратора ПВО-30 включает бункер для зернового вороха, барабаны (вальцы) питателя, предназначенные для скоростного ввода вороха аспирационный воздушный канал, приемники фракций, вентилятор (Ц-4-70 № 6) аспирационной воздушной камеры, регулировочные заслонки. С целью повышения эффективности очистки от крупных примесей над бункером установлен решетный стан с колосовым решетом 4.
Технологическое оборудование линии позволяет реализовать две схемы работы. Основная технологическая схема предполагает фракционирование и последовательный пропуск первой (семенной) фракции через все зерноочистительные машины. Процесс работы осуществляется следующим образом. Зерновой ворох из завальной ямы 1 одним потоком загрузочной нории 5 подается на колосовое решето 3 с диаметром отверстий 10 мм. Крупные примеси (колосья, солома и т.п.) сходом с решета направляются в бункер незерновых отходов 11, а проходовая часть подается в пневмоинерционный сепаратор 3. Первая фракция (семенное зерно) после сепаратора вторым потоком нории подается в питатель машины первичной очистки К-531 А. Установленный в бункере-питателе самотек позволяет излишки зерна, поступающего в машину, направлять в бункер резерва 2. Такая конструкция позволяет стабилизировать нагрузку и повысить качество очистки сепаратора. Накопленный в резервном бункере материал позволяет вести очистку семян в течении 2...3 часов при отсутствии вороха в завальной яме. Очищенное зерно наклонным скребковым транспортером 7 направляется в триерный блок. Вторая фракция (товарное или фуражное зерно) после пневмоинерционного сепаратора самотеком подается в бункер фуража 12, легкие примеси выносятся по воздуховоду в бункер отходов 11. Все отходы после машины К-531А самотеком поступают в бункер фуражных отходов 13. Сюда же подаются шнековым транспортером 9 длинные и короткие примеси после триерного блока, а чистые семена самотеком поступают в бункер чистого зерна 10.
Приемочные испытания линии проводились на семенах пшеницы , чистота исходного вороха 91,3% влажность 16,5%. При производительности 7...8,5 т/ч семена по чистоте отвечали требованиям к семенам 1 и 2 классов. Выход семян составил 50...65%.
Вторую технологическую схему следует применять при интенсивном поступлении на зерноток преимущественно продовольственного и фуражного зерна и подготовки его к временному хранению. После очистки на пнев-моинерционном сепараторе первая и вторая фракции объединяются и поступают в бункера 12 и 13, а из них отвозятся к месту хранения. При производительности 15...20 т/ч полнота разделения исходного вороха составила 0,5...0,6 при потерях зерна не более 0,2%, что отвечает требованиям к машинам для первичной очистки.
Применение пневмоинерционного сепаратора для подготовки исходного зернового вороха в агрегате ЗАВ-40, где вместо одной машины ЗВС-20 устанавливается сепаратор ПВО-30 (в ЗАО «Степной» Курганской области и совхозе «Акбашевский» Челябинской области) позволило повысить производительность агрегата на 35% общую полноту разделения на 20% [106, 244].
С целью повышения эффективности предварительной очистки семян при фракционной технологии послеуборочной обработки, разработана технологическая схема с рассредоточенным вводом зернового материала в воздушный поток,
В 1988 году на базе зернокомплекса колхоза "Дружба" (ЗАО «Картофель») Кетовского района Курганской области была реализована технологическая схема семяочистительной линии с пневморешетным сепаратором осуществляющая фракционный принцип очистки зерна (рисунок 5.4) [104, 252].
Семяочистительная линия состоит из отделения предварительной очистки и фракционирования зернового вороха и отделения очистки и сортирования фракции среднего по выполненности зерна, функции которого выполняет модернизированный зерноочистительный агрегат ЗАВ-40. Отделение предварительной очистки и фракционирования зернового вороха выполнено на базе металлоконструкций зерноочистительного агрегата ЗАВ-20. Состоит: из автомобилеподъемника ГУАР-15, завальной ямы 6, загрузочной нории 7 (НЗП-20), бункеров фракции крупного зерна 4, среднего зерна 5, фуражный отходов 9, пневморешетного сепаратора 1, скребкого транспортера фураж 243
ных отходов 2 и пульта управления. Верхняя головка нории 7 зерносливом связана с бункером питателем, который имеет шнековыи распределитель и зернослив, связанный с завальной ямой. Бункер 5 фракции средних семян связан посредством шнекового транспортера с завальной ямой 12 агрегата ЗАВ
