CC BY
10
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
DOI 10.47737/2307-2873_2021_34_4 УДК 631.362
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ СЕМЯН ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ СОРТИРОВАЛЬНЫМ РЕШЕТОМ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
В.Д. Галкин, д-р техн. наук, профессор;
B.А. Хандриков, канд. техн. наук;
C.Г. Масленников, аспирант; ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ,
ул. Героев Хасана 113, г. Пермь, Россия, 614025, Е-mail: [email protected]
Аннотация. Исследования проведены на опытном образце цилиндрического решета диаметром 0,25 м и длиной 0,94 м, изготовленном на кафедре сельскохозяйственных машин и оборудования ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ. В опытах использовали семена пшеницы, прошедшие предварительную очистку и сушку. Очистка решета осуществлялась щеткой, а привод позволял осуществлять равномерное и неравномерное его вращение. Среднее значение засоренности мелкими примесями, проходящими в отверстия прямоугольной формы шириной 2 мм, составило 5,2 %. Подача семян осуществлялась из бункера, установленного рядом с машиной. Настроечное значение подачи составило 500 кг/ч. При проведении опытов с использованием методики многофакторных экспериментов в качестве факторов были выбраны: частота вращения решета, угол наклона решета и величина эксцентриситета. Оценкой работы решета принята степень выделения примесей. Экспериментальными исследованиями установлено, что среднее значение степени выделения мелких примесей при работе цилиндрического решета с удельной производительностью 670 кг/ч*м2 при неравномерном вращении в быстроходном режиме при эксцентриситете - 15 мм, угле наклона решета 40 превышает этот показатель для решета с равномерным вращением на 54%. Среднее значение степени выделения мелких примесей при тихоходном режиме работы цилиндрического решета, при угле наклона решета 30, эксцентриситете 15 мм, по сравнению с равномерным вращения решета, увеличивается более чем на 40%.
Ключевые слова: семена пшеницы, очистка, сортировальное цилиндрическое решето, неравномерное вращение, параметры, степень выделения примесей.
Введение. Цилиндрические решета, по сравнению с плоскими решетами, обладают рядом преимуществ: простотой устройства и изготовления, не требуют балансировки, отличаются плавностью хода работы и, что немаловажно, менее энергоемки. Устройства для очистки отверстий решета также просты по конструкции, надежны в эксплуатации, не требуют собственного привода [1, 2, 3, 4].
На процесс просеивания частиц, находящихся на внутренней поверхности цилиндрического решета, действуют, кроме силы тяжести, силы инерции. На плоском же решете частица попадает в проход, в основном, под действием силы тяжести [3].
Цилиндрические решета используются как в нашей стране, так и за рубежом. В России они использовались в универсальном триере ТУ-400, в сепараторах комбикормовых заводов, а также на мельницах для сортирования отходов. В настоящее время ряд отечественных и зарубежных фирм выпускают эти машины, работающие преимущественно в тихоходном режиме, для предварительной, первичной и вторичной очистки зерна и семян [10, 12, 13, 14, 15, 16, 18].
Согласно данным, приведенным в работах [11, 17], значение удельной производительности для цилиндрических решет,
используемых для очистки семян пшеницы, составляет 230-300 кг/ч*м2. Основной причиной низкой удельной производительности цилиндрических решет является неэффективное использование их площади. Совершенствованием цилиндрических зерносепарирующих машин занимались и занимаются многие ученые. Среди них, значимый вклад в теорию и конструкцию этих рабочих органов внесли: М.Н. Ле-тошнев, М.Я. Резниченко, С.М. Григорьев, М.В. Киреев, Л.И. Ерошенко, Р.Г. Муллая-нов, А.С. Феофанова, Н.М.Иванов, В.А. Патрин, А.В. Якимов и другие [1, 12, 5, 6, 7, 8, 9, 10]. Вместе с тем, следует отметить, что в литературе не приводятся оценки работы цилиндрических решет при различных режимах их неравномерного вращения. В этой связи целью исследований является оценка эффективности очистки семян цилиндрическим решетом при различных режимах его работы.
Методика. На кафедре сельскохозяйственных машин и оборудования ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ была спроектирована и изготовлена лабораторная установка, работающая в тихоходном и быстроходном режимах, в том числе с неравномерным вращением (рис. 1).
Рис. 1. Экспериментальная установка с цилиндрическим решетом
Лабораторные исследования были проведены на экспериментальном образце цилиндрического решета при настроечном значении подачи 500 кг/ч семян пшеницы, со средним значением засоренности мелкими примесями в количестве 5,2%, толщиной менее 2 мм. Частоты вращения решета и показатели кинематического режима составили, соответственно, 72, 90 и 108 мин -\ В качестве управляющих факторов эксперимента были выбраны угол наклона реше-
TÜ oü л 0
та 2 , 3 , 4 относительно горизонтальной оси и эксцентриситет 5, 10 и 15 мм. Оценочными показателями эффективности работы цилиндрического решета приняли степень выделения мелкого зерна размером менее 2 мм. Отбор проб производили на установившемся режиме работы цилиндрического решета. Каждую пробу массой 200
грамм обрабатывали на классификаторе с решетом 2 мм в течение 3-х минут, далее взвешивали на весах с точностью до 0,1 грамма. После этого рассчитывали степень выделения примесей. Опыты проводили в трехкратной повторности в следующей последовательности: устанавливали необходимый угол наклона оси вращения решета к горизонту; частоту вращения решета, значение эксцентриситета; запускали установку и открывали заслонку бункера. При установившемся режиме процесса сепарации, отбирали три пробы, из которых выделяли на весах навески массой 200 грамм. Отобранные пробы сходовой фракции обрабатывали на решетном классификаторе, и вычисляли степень выделения мелких примесей по формуле:
(i)
где Зн - начальная засоренность, %; ни выделения примесей и доверительные Зк- засоренность очищенных семян, %. интервалы. Затем определяли среднее значение степе-
В таблице 1 представлены факторы, их условные обозначения и интервалы варьирования.
Таблица 1
Уровни варьирования факторов
Фактор Уровни варьирования Интервалы варьирования
Нижний (-) Основной (0) Верхний (+)
Частота вращения, (') 72 90 108 18
Эксцентриситет, мм, С") 5 10 15 5
Угол наклона решета (а) 2 3 4 1
Результаты. В таблице 2 представле- дований при неравномерном вращении ны результаты экспериментальных иссле- решета.
Таблица 2
Результаты экспериментальных исследований при неравномерном вращении решета
№ Частота вращения, (w), об/мин Эксцентриситет, (г), мм Угол наклона решета (а), град. Среднее значение степени выделения мелких примесей, %, (у) Доверительный интервал для средних значений, %
1 72 5 2 29,5 28,2 - 29,6
2 108 10 3 55,1 55,0 - 55,8
3 90 15 4 77,5 77,4 - 77,9
4 90 5 2 45,5 45,1 - 46,3
5 72 10 3 51,9 51,1 - 52,2
6 108 5 2 48,7 48,7 - 46,0
7 108 15 4 64,7 64,2 - 65,1
8 90 10 3 48,7 48,3 - 49,0
9 72 15 4 67,9 67,4 - 68,1
10 72 10 2 45,5 44,1 - 46,3
11 108 15 3 58,3 58,2 - 59,0
12 90 5 4 48,7 48,4 - 48,8
13 90 10 2 42,3 42,2 - 42,9
14 72 15 3 71,2 70,0 - 72,1
15 108 5 4 51,9 51,7 - 52,4
16 108 10 2 48,7 48,1 - 48,8
17 90 15 3 58,3 58,1 - 58,6
18 72 5 4 48,7 48,4 - 49,7
19 72 15 2 58,3 58,3 - 59,4
20 108 5 3 51,9 51,6 - 52,2
21 90 10 4 55,1 54,9 - 55,6
22 90 15 2 58,3 58,3 - 59,0
23 72 5 3 35,9 35,4 - 36,0
24 108 10 4 55,1 54,7 - 55,3
25 108 15 2 61,5 61,1 - 62,4
26 90 5 3 45,5 45,3 - 46,6
27 72 10 4 55,1 54,6 - 56,5
Полученные численные значения в опытах обработали с применением программы STATGRAPHICS Plus, получив уравнения для определения степени выделения примесей (у) в
зависимости от угла наклона решета (а), эксцентриситета (г) и частоты вращения решета (') в закодированном (2) и раскодированном (3) видах:
у = 50,1603 + 9,90952 х r+4,8 х а + 1,29048xw + 3,25714хг2 + 2,07619хт ха-5,39048хг х w+ 1,48571 х а2 - 1,00952 х а х w - 0,47619 х w2 (2)
y = -28,913 + 3,81 х г + 1,11667 х a + 0,835802 х w + 0,149556 х г2 +0,318889 х г х a -
- 0,0652469 х г х w + 0,522222 х a2 - 0,029321 х a х w + 0,0000171468 х w2 (3) R2 = 94,5481 %
Поверхности отклика при неравно- на рисунке 2 (а, б, в). мерном вращении решета представлены
а
в
Рис. 2. Поверхности отклика для степени выделения мелких примесей при неравномерном вращении решета
В таблице 3 представлены результа- вращении решета. ты исследований при равномерном
Таблица 3
Результаты экспериментальных исследований при равномерном вращением решета
№ Частота вращения, (w), об/мин Угол наклона решета (а), град. Среднее значение степени выделения мелких примесей, %,(у) Доверительный интервал для средних значений, %
1 72 2 35,5 35,4 - 36,1
2 72 3 41,9 41,3 - 42,2
3 72 4 45,1 45,0 - 45,3
4 92 2 32,3 32,2 - 32,8
5 92 3 38,7 38,2 - 38,8
6 92 4 35,1 34,7 - 35,5
7 108 2 40,9 40,2 - 41,8
8 108 3 45,7 45,5 - 46,1
9 108 4 45,1 44,6 - 45,7
Результаты исследований при равномерном вращении цилиндрического решета обработали с применением программы STATGRAPHICS Plus, получив уравнение
Полученные результаты работы цилиндрического решета в режиме неравномерного вращения сравнили с равномерным режимом
для расчета степени выделения примесей (у), в зависимости от угла наклона решета (а) и частоты его вращения (') в закодированном (4) и раскодированном (5) видах:
(4)
(5)
работы при одинаковых условиях проведения эксперимента. Полученные графики представлены на рисунках (4, 5, 6).
y = 37,4333 + 1,53333 х w + 2,76667 х a + 7,0 х w2 - 1,35 х w х a - 3,1 х a2 y = 148,317 - 3,5787 х w + 28,1167 х a + 0,022 х w2 - 0,075 х w х a - 3,1 х a2
R2 = 94,5481%
Поверхность отклика представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Поверхность отклика для степени выделения мелких примесей при равномерном вращении решета
Рис. 4. Средние значения степеней выделения мелких примесей в зависимости от углов наклона решета и величины эксцентриситетов при частоте вращения решета 72 мин -1
Рис. 5. Средние значения степеней выделения мелких примесей в зависимости от углов наклона решета и величины эксцентриситетов при частоте вращения решета 90 мин -1
Рис. 6. Средние значения степеней выделения мелких примесей в зависимости от углов наклона решета и величины эксцентриситетов при частоте вращения решета 108 мин -1
Из экспериментальных исследований сле- мелких примесей при работе решета с дует, что среднее значение степени выделения удельной производительностью
670 кг/ч*м в тихоходном и быстроходном режимах с эксцентриситетом значительно увеличивает степень выделения мелких примесей по сравнению с равномерным вращением решета.
Выводы. 1. Экспериментальными исследованиями установлено, что среднее значение степени выделения мелких примесей при работе цилиндрического решета с удельной производительностью 670 кг/ч*м2 при неравномерном его вращении в быстроходном режиме (К=1,13) при эксцентриситете - 15 мм, угле наклона решета - 40,
превышает этот показатель для решета с равномерным вращением на 54%.
2. Среднее значение степени выделения мелких примесей при тихоходном режиме работы цилиндрического решета, при угле его наклона - 3 , эксцентриситете - 15 мм, по сравнению с равномерным вращением, увеличивается более чем на 40%.
Литература
1. Григорьев С.М., Киреев М.В., Муллаянов Р.Г. Графоаналитическое исследование движения точки по внутренней поверхности вращающегося цилиндра // Записки Ленинградского с.-х. ин-та. 1959. Т. XIV. Вып. 76. С. 30-48.
2. Ерошенко Л.И. Изыскание и исследование высокопроизводительных решет для очистки зерна на зерноочи-стительно-сушильных комплексах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ленинград, 1974. 24 с.
3. Киреев М.В. Исследование процессов очистки и сортирования семян по внутренней поверхности быстро-вращающегося: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ленинград: Ленинград. с.-х. ин-т, 1962. 17 с.
4. Летошнев М.Н. О движении с постоянным скольжением по фрикционной поверхности горизонтально расположенного вращающегося цилиндра // Сб. трудов по земледельческой механике. М. - Л.: Сельхозиздат, 1961. Т. IV. С. 315-347.
5. Муллаянов Р.Г. К анализу работы быстроходного цилиндрического решета // Записки Ленинградского с.-х. ин-та. 1958. Т. XIII. С. 84-88.
6. Феофанова А.С., Ерошенко Л. И. Анализ процесса сепарации на быстроходном цилиндрическом решете // Записки Ленинградского с.-х. ин-та. 1974. Т. 231. С. 32-37.
7. Патрин В.А. Разработка теории взаимодействия обрабатываемого зерна с рабочими органами зерноочистительных машин с позиции синергетики: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, 2015. 38 с.
8. Сухопаров А.А. Параметры и режимы работы цилиндрического решета с винтовым распределителем для предварительной очистки зерна: дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2014. 160 с.
9. Захаров С. Е. Параметры и режимы работы горизонтального цилиндрического решета с планетарным вращением: дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2020. 156 с.
10. Крум В.А. Интенсификация процесса сепарации горизонтальным цилиндрическим решетом с авторезонансным режимом движения обрабатываемого зерна: дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2020. 171 с.
11. Долгов И.А. Расчет рабочих органов уборочных машин: учебное пособие. Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2013. 560 с.
12. Резниченко М.Я. Цилиндрические барабаны зерноочистительных машин. Москва: Машиностроение, 1964. 216 с.
13. Якимов А.В. Повышение эффективности функционирования сепаратора зернового материала путем совершенствования технологического процесса и параметров цилиндрических решет: дис. ... канд. техн. наук. Киров, 2017. 169 с.
14. Model 51A Rotery grain cleaner owner's and operator's manual. Nebraska Engineering Co. , 1990. 35 р.
15. Seed cleaner scores 100% buy again rating // Farming Ahead. August 2009. No. 211.
16. Trufab. Grain Bins with Additional In-Cab Controls // Power Farming. 2010. Vol. 120. №. 4. Рр. 47.
17. Бурков А.И., Сычугов Н.П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследование, расчет и испытание. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. 261 с.
18. Галкин А.Д., Галкин В.Д. Машины и оборудование послеуборочной обработки зерна и подготовки семян из влажного комбайнового вороха: рекомендации. Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2020. 47 с.
EFFICIENCY OF SEED CLEANING WITH A CYLINDRICAL SORTING SIEVE AT DIFFERENT OPERATING MODES
V.D. Galkin, Dr. Tech. Sci., Professor; V.A. Khandrikov, Cand. Tech. Sci.; S.G. Maslennikov, Postgraduate Student; Perm State Agro-Technological University, 113, Geroev Khasana Street, Perm, Russia, 614025, E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The research was carried out on a prototype of a cylindrical sieve with a diameter of 0.25 m and a length of 0.94 m, manufactured at the Department of Agricultural Machinery and Equipment of the Perm State Agro-Technological University. In the experiments, we used wheat seeds that had undergone preliminary cleaning and drying. The sieve was cleaned with a brush, and the drive allowed for its uniform and uneven rotation. The average value of contamination with small impurities passing through rectangular holes 2 mm wide was 5.2%. The seed was fed from a hopper installed next to the machine. The feed setting was 500 kg / h. When carrying out experiments using the method of multi-factorial experiments, the following factors were chosen: the frequency of rotation of the sieve, the angle of inclination of the sieve and the magnitude of the eccentricity. The evaluation of the sieve operation was taken to be the degree of separation of impurities. Experimental studies have established that the average value of the degree of release of small impurities during operation of a cylindrical sieve with a specific productivity of 670 kg / h * m2 with uneven rotation in a high-speed mode with an eccentricity of 15 mm, an inclination angle of the sieve 40, exceeds this indicator for a sieve with uniform rotation by 54%. The average value of the degree of separation of small impurities in the low-speed mode of operation of the cylindrical sieve at an angle of inclination of the sieve of 30, eccentricity of 15 mm, in comparison with the uniform rotation of the sieve increases by more than 40%. Key words: wheat seeds, cleaning, sorting cylindrical sieve, uneven rotation, parameters, degree of impurity release.
References
1. Grigor'ev S.M., Kireev M.V., Mullayanov R.G. Grafoanaliticheskoe issledovanie dvizheniya tochki po vnutrennej poverhnosti vrashchayushchegosya cilindra (Graphic-analytical study of the movement of a point along the inner surface of a rotating cylinder), Zapiski Leningradskogo s.-h. in-ta, 1959, T. XIV, Vyp. 76. Pp. 30-48.
2. Eroshenko L.I. Izyskanie i issledovanie vysokoproizvoditel'nyh reshet dlya ochistki zerna na zernoochis-titel'no-sushil'nyh kompleksah (Search and research of high-performance sieves for cleaning grain at grain cleaning and drying complexes), avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Leningrad, 1974, 24 p.
3. Kireev M.V. Issledovanie processov ochistki i sortirovaniya semyan po vnutrennej poverhnosti bystrov-rashchayushchegosya: avtoref (Investigation of the processes of cleaning and sorting seeds on the inner surface of a rapidly rotating), dis. ... kand. tekhn. nauk. Leningrad: Leningrad. s.-h. in-t, 1962, 17 p.
4. Letoshnev M.N. O dvizhenii s postoyannym skol'zheniem po frikcionnoj poverhnosti gorizontal'no raspolozhennogo vrashchayushchegosya cilindra (On motion with constant sliding on the friction surface of a horizontally located rotating cylinder), Sb. trudov po zemledel'cheskoj mekhanike, M, L.: Sel'hozizdat, 1961, T. IV. Pp. 315-347.
5. Mullayanov R.G. K analizu raboty bystrohodnogo cilindricheskogo resheta (To the analysis of the operation of a high-speed cylindrical sieve), Zapiski Leningradskogo s.-h. in-ta. 1958, T. XIII. Pp. 84-88.
6. Feofanova A.S., Eroshenko L.I. Analiz processa separacii na bystrohodnom cilindricheskom reshete (Analysis of the separation process on a high-speed cylindrical sieve), Zapiski Leningradskogo s.-h. in-ta. 1974, T. 231, Pp. 32-37.
7. Patrin V.A. Razrabotka teorii vzaimodejstviya obrabatyvaemogo zerna s rabochimi organami zernoochis-titel'nyh mashin s pozicii sinergetiki (Development of the theory of interaction of the processed grain with the working bodies of grain cleaning machines from the standpoint of synergetics), avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk, Novosibirsk, 2015, 38 p.
8. Suhoparov A. A. Parametry i rezhimy raboty cilindricheskogo resheta s vintovym raspredelitelem dlya predvaritel'noj ochistki zerna (Parameters and operating modes of a cylindrical sieve with a screw distributor for preliminary grain cleaning), dis. ... kand. tekhn. nauk, Novosibirsk, 2014, 160 p.
9. Zaharov S. E. Parametry i rezhimy raboty gorizontal'nogo cilindricheskogo resheta s planetarnym vrash-cheniem (Parameters and operating modes of a horizontal cylindrical sieve with planetary rotation), dis. ... kand. tekhn. nauk, Novosibirsk, 2020, 156 p.
10. Krum V.A. Intensifikaciya processa separacii gorizontal'nym cilindricheskim reshetom s avtore-zonansnym rezhimom dvizheniya obrabatyvaemogo zerna (Intensification of the separation process with a horizontal cylindrical sieve with an autoresonant mode of motion of the processed grain), dis. ... kand. tekhn. nauk. Novosibirsk, 2020. 171 s.
11. Dolgov I.A. Raschet rabochih organov uborochnyh mashin (Calculation of the working bodies of harvesting machines), uchebnoe posobie, Zernograd, FGBOU VPO ACHGAA, 2013, 560 s.
12. Reznichenko M.YA. Cilindricheskie barabany zernoochistitel'nyh mashin (Cylindrical drums of grain cleaning machines), Moskva, Mashinostroenie, 1964, 216 p.
13. YAkimov A.V. Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya separatora zernovogo materiala putem sovershenstvovaniya tekhnologicheskogo processa i parametrov cilindricheskih reshet (Increasing the efficiency of functioning of the separator of grain material by improving the technological process and parameters of cylindrical sieves), dis. ... kand. tekhn. nauk. Kirov, 2017. 169 s.
14. Model 51A Rotery grain cleaner o wner's and operator's manual. Nebraska Eng ineering Co., 1990. 35 r.
15. Seed cleaner scores 100% buy again rating, Farming Ahead, August 2009, No. 211.
16. Trufab. Grain Bins with Additional In-Cab Controls, Power Farming, 2010, Vol. 120, No. 4, Pr. 47.
17. Burkov A.I., Sychugov N.P. Zernoochistitel'nye mashiny. Konstrukciya, issledovanie, raschet i ispytanie (Grain cleaning machines. Design, research, calculation and testing), Kirov, NIISKH Severo-Vostoka, 2000, 261 p.
18. Galkin A.D., Galkin V.D. Mashiny i oborudovanie posleuborochnoj obrabotki zerna i podgotovki semy-an iz vlazhnogo kombajnovogo voroha: rekomendacii (Machines and equipment for post-harvest processing of grain and preparation of seeds from a wet combine heap: recommendations), Perm': IPC «Prokrost"», 2020, 47 p.
