CC BY
137
Павлюченко К.В. Экспериментальное исследование пневматического сепаратора зерна с наклонным воздушным потоком // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. -№3(6) июль -сентябрь. - URL http://e-journal.omgau.rU/index.php/2016-god/5/29-statya-2016-2/375-00125. - ISSN 2413-4066
УДК 631.362.36
Павлюченко Кирилл Владимирович
Заведующий отделением СПО
Тарский филиал ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Тара
kirillpavl@mail.ru
Экспериментальное исследование пневматического сепаратора зерна с наклонным воздушным потоком
Аннотация. Статья посвящена пневматическому сепаратору зерна с наклонным воздушным потоком. Рассматриваются варианты компоновки зерноочистительных машин, а также предлагаемая конструкция. Предлагаются результаты простейшего экспериментального исследования, проводимого студентами.
Ключевые слова: пневматический сепаратор, воздушный поток, зона сепарации.
Зерноочистительное оборудование вместе со всей культурой сельского хозяйства прошли большой путь развития от примитивной очистки зерна с помощью ветра, пока не появились современные зерноочистительные машины. Этому предшествовали многолетние исследования физико-механических и биологических свойств зерна, семян, кинематики, динамики рабочих органов, их компоновки в зерноочистительных машинах и в поточных линиях.
Одной из сложных и ответственных задач послеуборочной обработки является очистка зерна от примесей и сортирование. Особое значение имеет очистка семенного зерна. В связи с этим, целесообразно создание новых, более эффективных, и совершенствование существующих зерно- и семяочистительных машин. В настоящее время, в сельском хозяйстве, одной из основных является проблема очистки зерна, убранного комбайнами. Машины, агрегаты и комплексы послеуборочной обработки зерна, находящиеся на вооружении хозяйств с 70-80-х годов, изношены, и их производительность зачастую не устраивает сельских товаропроизводителей.
Своевременная послеуборочная обработка зерна, способствует высоким темпам уборки, предотвращает порчу зерна и снижение его качества. Одним из заключительных этапов, наиболее ответственным ее звеном, является вторичная очистка семенного материала. Доля семенного зерна составляет 15...20% от убранного урожая. К семенам предъявляются наиболее жесткие требования ГОСТа по чистоте, всхожести и другим показателям.
В сельском хозяйстве нашей страны большинство эксплуатируемых машин воздушно-решетного (ветро-решетного) типа, главным органом которых является решетная часть, а дополнительным - пневмосистема.
Пневмосепарирование является наиболее распространённым приёмом при предварительной очистке зернового вороха. Результаты исследований И. П. Безручкина, А. Б. Демского, А. Я. Малиса, А. Р. Демидова показывают, что более половины примесей, содержащихся в исходном зерновом материале, можно выделить воздушным потоком.
Изучая особенности существующих типов машин для сепарации зернового вороха в воздушном потоке, получили следующую классификацию по направлению движения воздушного потока:
1. С вертикально-направленным;
2. Наклонным;
3. Закрученным воздушным потоком.
Объединение в одной машине пневмосепаратора и решетного сепаратора способствует повышению эффективности очистки. Компоновка воздушного и решетного сепараторов в одной машине дает возможность использовать один механизм распределения зернового потока по ширине сепарирующих органов машины -пневмоканала и решета, повысить качество очистки вороха при пропуске через одну машину.
Схемы компоновки воздушно-решетных машин различны. Наиболее распространена схема, при которой воздушная очистка предшествует очистке на решетах. Так как наличие в материале примесей, выделяемых решетом, большого влияния на работу пневмосепаратора не оказывает, а эффективность работы решет после съема легких примесей существенно повышается.
Одним из направлений совершенствования зерноочистительных машин -сепарирование зерна в наклонном или горизонтальном воздушном потоке.
Пневматический сепаратор зерна с наклонным воздушным потоком представляет собой зерноочистительную машину, принцип действия которой основан на разделении отдельных частиц зернового вороха по аэродинамическим свойствам, а также форме поверхности.
Для проведения экспериментального исследования и детального изучения происходящего процесса, в Тарском филиале ФГБОУ ВО Омский ГАУ была создана модель сепаратора (рисунок 1) [1,2].
В соответствии с программой экспериментального исследования и современными тенденциями развития техники, к лабораторной установке предъявлялись следующие требования:
• возможность быстрого и удобного варьирования значениями основных параметров в допустимых пределах;
• простота конструкции, обеспечивающая возможность быстрой сборки и разборки, как отдельных узлов, так и всей установки в целом;
• сравнительно малая металло- и энергоемкость;
• возможность непосредственного наблюдения за ходом технологического процесса;
• возможность измерения выходных параметров при помощи простых приспособлений;
• устойчивость работы на выбранных режимах;
• надежность работы во время экспериментальных исследований.
Конструкция машины представляет собой воздушный канал 1, расположенный под углом к горизонтальной плоскости. Имеется возможность регулировки данного угла перемещением опоры 2 (в месте установки вентилятора) в вертикальной плоскости, в зависимости от очищаемой культуры. Зерновой ворох подается через бункер 3 и подвергается воздействию воздушной струи, нагнетаемой центробежным вентилятором 4. В результате данного взаимодействия, тяжелые зерна, имеющие малое отклонение при падении, будут попадать в первые отделения приемников, а легкие примеси уносятся дальше, в следующие короба 5.
зерновой ворох воздух
—^■тяжелые примеси зерно
-*—воздушный поток с легкими
примесями
Рисунок 1. Пневмосепаратор зерна с наклонным воздушным потоком Запыленный воздух поступает в осадочную камеру 6. Днище воздушного канала представляет собой перфорированное решето с круглыми отверстиями 7. Размер отверстий подобран таким образом, чтобы через него проходили все имеющиеся зерновые фракции, а также примеси.
Созданная модель пневматического сепаратора с наклонным воздушным потоком имеет несколько регулировок:
во-первых, скорость воздушного потока в канале. Регулируется за счет изменения частоты вращения вентилятора;
во-вторых, подача зернового вороха в зону сепарации. Регулировка осуществляется величиной открытия зерновой заслонки бункера. Величина подачи G варьируется в пределах от 0,008 - 0,035 т/ч;
в-третьих, угол наклона воздушного канала. Достигается перемещением крепления опоры в диапазоне регулировочных отверстий.
Испытания проводились со студентами факультета высшего образования направления подготовки 35.03.06 Агроинженерия, а также учащимися отделения СПО специальности 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства, на таких культурах как пшеница и овес. Зерновой ворох получали искусственно. Для этого очищенное зерно, рассматриваемой в опыте культуры, намерено смешивали с примесями в отношении 13% от общей массы исследуемого материала. Производили равномерное перемешивание полученной смеси. Масса исследуемого материала была постоянной во всех опытах и составляла 0,115 кг. Исходная влажность 14 %.
Ворох из бункера в наклонный воздушный канал поступает за счет собственной силы тяжести. Величина подачи настраивается открытием заслонки. Полученные в результате сепарации фракции зерна и примесей направляются в приемные отсеки.
Перед началом опыта зерновая смесь подавалась в бункер, осуществлялся запуск вентилятора и регулировка на нужную частоту вращения. Затем открытием заслонки устанавливалась подача в соответствии с планом эксперимента. После окончания сепарации заслонка возвращалась в исходное положение, отключался вентилятор, полученные фракции зерна и примесей взвешивались. По формулам 1 определяли величину полноты разделения (в) и потери (П) [3].
8 =
Р
П =
т«.3.в -д тз.л.ф
••100;
100
ш„
где: Р - масса легкой фракции примесей, выделившихся при очистке, кг, тизв. - масса исходного зернового вороха, кг, Д - процент сорных примесей в исходном зерне, тз.л.ф. - масса зерна во фракции «примеси».
Все данные замеров, установок и наблюдений, а также полученные результаты записывались в сводные таблицы. По ним построены графики полноты разделения и потерь культур в зависимости от варьирующих факторов.
Полнота разделения различна для каждого вида зерноочистительных машин. Так для машин предварительной очистки 8=50 %, для машин первичной очистки 60%, для машин вторичной и специальной очистки 80%. Анализируя рисунки 2-3, а также согласно проведенным исследованиям получили, что на всех испытуемых культурах и режимах работы, минимальная полнота разделения составила 60 %, а минимальный процент потерь полноценного зерна составил 0,9 %, что допустимо для машин предварительной и первичной очистки. Таким образом, по результатам эксперимента, можно сделать вывод, что при обработке вороха пшеницы целесообразно устанавливать угол наклона канала в диапазоне 20-30 градусов, а при очистке овса 30 градусов.
£ % юо
90 80 70 60 50 40
Полнота разделения
Потери
з——
0,035 о. т/ч Утах
0,008 0,014 0.035 в, т/ч 0,008 0,014
-е- Утп -е- Усред -О- Ушах -е- У/тп -О- Усред
Рисунок 2. Зависимость полноты разделения и потерь от подачи для пшеницы при угле
наклона канала 20 градусов
& %
Полнота разделения
Потери
аоов
Утт
аои
3- Усред
0.035 а т/ч Углах
0.008 -е- Утт
0.014 ■ Усред
0.035 б. т/ч ■ Утах
Рисунок 3. Зависимость полноты разделения и потерь от подачи для овса при угле
наклона канала 30 градусов Участие студентов высшего профессионального образования и обучающихся отделения среднего профессионального образования в экспериментальных исследованиях позволяет не
только сформировать у будущего бакалавра или специалиста багаж навыков и умений осуществления научной деятельности, а также научить его принимать решения как самостоятельно, так и работая в команде. Кроме того, наблюдения за процессом работы лабораторной установки, позволяют более глубоко осмыслить принцип действия реальных машин и развивают у экспериментатора творческое воображение, основанное на теоретических знаниях.
Ссылки на источники
1. Пат. 134457 РФ, МПК В07В 4/08. Пневматический сепаратор для фракционного разделения и очистки зерна/А.В. Черняков, К.В. Павлюченко. -№ 2013125811/03; заявлено 04.06.2013; опубл. 20.11.2013, Бюл. № 32.
2. Черняков, А. В. Пневматический сепаратор/А. В. Черняков, К. В. Павлюченко, В. С. Коваль//Сельский механизатор. -2014. -№ 12. -С. 13.
3. Ямпилов С. С. Технологические и технические решения проблемы очистки зерна решетами. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004. -165 с.
Kirill Pavlyuchenko
Head of the Department of Secondary Vocational Education
TaraBranch of FSBEIHE Omsk SAU, Tara
Experimental Study of the Pneumatic Grain Separator with an Inclined Airflow
Abstract. The article is devoted to the pneumatic grain separator with an inclined airflow. We consider variants of arrangement of grain cleaners, as well as the proposed construction. We offer the results of a simply experimental research conducted by students.
Keywords: pneumatic separator, airflow, separation zone
