CC BY
0
УДК 631.362 DOI 10.24412/2311-6447-2024-2-252-259
Исследование работы аспирационной системы универсальной зерноочистительной машины МУЗ-16
Study of the operation of the aspiration system of the universal grain cleaning machine MUZ-16
Доцент А.И. Ермаков,
Белорусский национальный технический университет, кафедра торгового и рекламного оборудования, тел. +375298885838 ermakov@bntu. by.
вед. науч. сотрудник В.В. Литвяк,
Всероссийский научно-исследовательский институт крахмала и переработки крахмал-содержащего сырья - филиал ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр картофеля имени А.Г. Лорха», тел. +375291607220 besserk 1974@mail. ru профессор Ю.Ф. Росляков
Кубанский государственный технологический университет, кафедра пищевой инженерии, тел. +79094493620
lizaveta_ros@mail.ru
Associate Professor A.I. Ermakov,
Belarusian National Technical University, Department of Trade and Advertising Equipment, tel. +375298885838
ermakov@bntu. by
Leading researcher V.V. Litvyak,
All-Russian Research Institute of Starch and Starch-containing Raw Materials Processing - Branch of Russian Potato Research Centre, tel. +3751607220 besserk1974@mail. ru Professor Yu.F. Roslyakov
Kuban State Technological University, Department of Food Engineering, tel. +79094493620 lizaveta_ros@mail.ru
Аннотация. Описан принцип действия универсальной зерноочистительной машины МУЗ-16 производства ЗАО «Борисовский завод «Металлист», предназначенной для очистки зерновой массы от примесей, отличающихся от зерна основой культуры толщиной, шириной и аэродинамическими свойствами, для предварительной, продовольственной и семенной очистки зерновых, зернобобовых, злаковых, травяных и других культур, работающей в диапазоне производительности от 20 до 100 т в 1 ч. Представлена принципиальная схема устройства машины и ее основные технические характеристики. Приведены результаты исследования направлений движения воздушных потоков в аспирационной системе МУЗ-16 в производственных условиях при очистке семян гречихи. Проанализирован состав фракций, полученных при очистке семян гречихи от примесей, отличающихся аэродинамическими свойствами, которые показали, что часть аспирационной системы МУЗ-16, отвечающая за предварительную аспирацию, работает эффективно, имея незначительные подсосы воздуха через выход примесей осадочной камеры пневматического канала предварительной аспирации, составляющие 6,01 %, при этом часть системы, отвечающая за окончательную аспирацию зерновой смеси, - неэффективна и имеет значительные подсосы воздуха. Приведены результаты компьютерного моделирования движения воздушных потоков в аспирационной системе МУЗ-16 в программе SolidWorks Flow Simulation. Представлены траектории линий тока воздуха внутри аспирационной системы МУЗ-16 без подачи зерновой смеси, а также с поступлением зерновой смеси и учетом подсосов, что позволило выявить причины образования подсосов воздуха в части аспира-ционной системы МУЗ-16, отвечающей за окончательную аспирацию зерновой смеси, приводящих к снижению эффективности очистки зерна от примесей, отличающихся аэродинамическими свойствами.
Abstract. The principle of operation of the universal grain cleaning machine MUZ-16 produced by JSC
© А.И. Ермаков, В.В. Литвяк, Ю.Ф. Росляков, 2024
Borisov Plant Metalist is described, designed for cleaning grain mass from impurities that differ from the grain base of the crop in thickness, width and aerodynamic properties, for preliminary, food and seed cleaning of grains, legumes, cereals, grass and other crops, operating in a productivity range from 20 to 100 tons per hour; a schematic diagram of the machine and its main technical characteristics are presented. The results of a study of the directions of movement of air flows in the MUZ-16 aspiration system in production conditions when cleaning buckwheat seeds are presented, the composition of the fractions obtained when cleaning buckwheat seeds from impurities that differ in aerodynamic properties is analyzed, which showed that the part of the MUZ-16 aspiration system responsible for preliminary aspiration, works effectively, having insignificant air leaks through the exit of impurities of the sedimentary chamber of the pneumatic channel of preliminary aspiration, amounting to 6,01 %, while the part of the system responsible for the final aspiration of the grain mixture is not effective and has significant air leaks. The results of computer modeling of the movement of air flows in the MUZ-16 aspiration system in the SolidWorks Flow Simulation program are presented, the trajectories of air flow lines inside the MUZ-16 aspiration system without supplying a grain mixture, as well as with the supply of a grain mixture and taking into account suction, are presented, which made it possible to identify the causes of the formation air leaks in the part of the MUZ-16 aspiration system, which is responsible for the final aspiration of the grain mixture, leading to a decrease in the efficiency of cleaning grain from impurities that differ in aerodynamic properties..
Ключевые слова: универсальная зерноочистительная машина, аспирационная система, пневматический канал, воздушный поток
Keywords: universal grain cleaning machine, aspiration system, pneumatic channel, air flow
Зерновая масса, поступающая на послеуборочную обработку, представляет собой неоднородную смесь, состоящую из зерна основной культуры, а также зерновой и сорной примесей. Отделение примесей осуществляется на зерноочистительном оборудовании различного принципа действия - сепараторах [1-7]. Наибольшее распространение получили воздушно-ситовые сепараторы [8-11]. Одним из примеров современных воздушно-ситовых сепараторов является универсальная зерноочистительная машина МУЗ-16, работающая в широком диапазоне производительностей: при предварительной очистке до 100 т в 1 ч; при продовольственной очистке - до 60 т в 1 ч; при семенной очистке - до 20 т в 1 ч (рис. 1.).
б
Рис. 1. Универсальная зерноочистительная машина МУЗ-16: а - схема принципиальная; б - общий вид; 1 - корпус; 2 - ситовые кузова; 3 - виброопоры; 4 - приводной эксцентриковый механизм; 5 - пневматический канал предварительной аспирации; 6 - пневматический канал окончательной аспирации; 7, 8 - осадочные камеры
а
Машина работает следующим образом. Зерновая смесь поступает в пневматический канал предварительной аспирации 5, где она продувается воздухом, предварительно очищаясь от примесей, отличающихся аэродинамическими свойствами, которые оседают в осадочной камере 7 пневматического канала предварительной аспирации 5 и выводятся из машины в виде примесей. Очищенная в пневматическом канале предварительной аспирации 5 зерновая смесь разделяется на два потока и поступает в параллельно расположенные ситовые кузова 2, установленные на виброопоры 3 в корпусе 1 и совершающие колебательные движения, которые придает им приводной эксцентриковый механизм 4. В ситовых кузовах 2 зерновая смесь очищается от примесей, отличающихся от нее толщиной и шириной, и выводится из кузовов 2, объединяется в один поток и поступает в пневматический канал окончательной аспирации 6. Зерновая смесь, поступившая в пневматический канал окончательной аспирации 6, продувается восходящим потоком воздуха, очищается от примесей, отличающихся аэродинамическими свойствами, которые оседают в осадочной камере 8 пневматического канала окончательной аспирации 6 и выводятся из машины в виде примесей.
Исследование работы аспирационной системы МУЗ-16 проводили в два этапа. На первом этапе исследовали работу машины в производственных условиях на сельхозпредприятии ООО «Божедары», расположенном в Борисовском районе Минской области. Сельхозпредприятие имеет зерноочистительно-сушильный комплекс, оснащенный универсальной зерноочистительной машиной МУЗ-16 производства ЗАО «Борисовский завод «Металлист».
Исследование работы аспирационной системы МУЗ-16 проводили при очистке семян гречихи. Производительность по исходной зерновой смеси составляла 40 т в 1 ч. Параметры исходной зерновой смеси были следующие: влажность - 15,2 %; сорная примесь - 4,2 %; вредные примеси - 0,2 %; зерновая примесь -1,4 %. Был изучен состав фракций, получаемых в ходе очистки семян, а также направление движения воздушных потоков в аспирационной системе машины.
Для исследования направления движения воздушных потоков в аспирационной системе МУЗ-16 использовали термоанемометр testo 425 с зондом для измерения температуры и скорости воздуха 0 7,5 мм и телескопической рукояткой (рис. 2) с помощью прибора проводили замеры скорости воздушного потока, поступающего в аспирационную систему машины (рис. 3).
PUc. 2. Термоанемометр testo Рис. 3. Схема расположения точек для замеров скорости
425 с зондом для измерения воздушного потока, поступающего в аспирационную систему
температуры и скорости воз- МУЗ-16: 1-21 - номер точки, в которой проводилось измерение;
духа 0 7,5 мм и телескопиче- • - место измерения ской рукояткой
На втором этапе проводили компьютерное моделирование движения воздушных потоков в аспирационной системе машины МУЗ-16. Для этого использовали виды и сечения универсальной зерноочистительной машины МУЗ-16 в масштабе 1:1, предоставленные конструкторским отделом ЗАО «Борисовский завод «Металлист». На основе конструкторской документации в компьютерной программе ЭоШШогкБ была построена трехмерная модель аспирационной системы МУЗ-16 (рис. 4).
Рис. 4. Трехмерная компьютерная модель зерноочистительной машины МУЗ-16
аспирационной системы универсальной
Моделирование движения воздушных потоков производили с помощью программы SolidWorks Flow Simulation. Данная программа предназначена для параметрического моделирования потоков жидкостей и газа, используя метод конечного объема. Для расчетов была принята внутренняя задача, требующая присутствия одного замкнутого объема текучей среды. В качестве начальных условий принято давление окружающей среды 101 325 Па, температура воздуха 20 °С. В качестве граничных условий принят расход воздуха 11 000 м3/ч в месте присоединения вентилятора, а также определены места входа воздуха. Данные граничные условия будут приемлемы при работе машины без нагрузки (рис. 5, а).
а б
Рис. 5. Принятые граничные условия для расчетной модели без загрузки зерном: а - без подачи зерновой смеси; б - с поступлением зерновой смеси и учетом подсосов
Во время исследования работы машины на ООО «Божедары» было отмечено наличие подсосов воздуха через различные элементы аспирационной системы, что учтено в граничных условиях моделирования воздушного потока с учетом сопротивления воздуха, вносимого в модель, наличием зерновой смеси (рис. 5, б). На рис. 6 представлены фракции семян и примесей, полученные при отборе проб в ходе очистки семян гречихи в универсальной зерноочистительной машине МУЗ-16 на ООО
«Божедары». Анализ фракций (рис. 6) показал, что фракция 3 состоит из легконатурных семян и легких примесей, а фракции 4 и 2 практически идентичны по своему составу, при этом выход фракции 4 незначителен. Данный факт свидетельствует о неэффективной работе пневматического канала окончательной аспирации. Значения измерений скорости воздушного потока в точках замера, согласно схеме (рис. 3), представлены в таблице 1.
1 2 3 4
Рис;. 6. Фракции семян и примесей, полученные при отборе проб: 1 - исходная зерновая смесь; 2 - очищенные семена на выходе из машины; 3 - примеси из осадочной камеры!, пневматического канала предварительной аспирации; 4 - примеси из осадочной камеры!, пневматического канала окончательной аспирации
Из таблицы видно, что при работе аспирационной системы только 15,95 % воздуха от общего количества идет на очистку зерновой смеси, а остальные 84,05 % являются подсосами [12]. Если рассматривать данные в разрезе пневматических каналов предварительной и окончательной аспирации и соединенных с ними осадочных камер, то пневматический канал предварительной аспирации и соединенная с ним осадочная камера используют для очистки зерновой смеси 1 145 м3/ч воздуха, а подсосы составляют только 73,3 м3/ч или 6,01 % от засасываемого в данную часть аспирационной системы воздуха. При этом в части системы, отвечающей за окончательную аспирацию зерновой смеси, используется 105,3 м3/час воздуха, а подсосы составляют 6 512,6 м3/час воздуха, или 98,4 % от воздуха, засасываемого в данную часть аспирационной системы. Результаты компьютерного моделирования воздушных потоков в аспирационной системе МУЗ-16 представлены на рис. 7.
Рис;. 7. Траектории линий тока воздуха внутри МУЗ-16: а - без подачи зерновой смеси; б - с поступлением зерновой смеси и учетом подсосов
Таблица
Значения ^ измерений скорости воздуха в точках согласно схеме на рис. 3
Номер Скорость воздуха в точке замера, м/с Среднее значение скорости воздуха в сечении, м/с Площадь сечения, м2 Расход воздуха через сечение, м3/ч Относительное распределение воздушного потока в аспирационной системе,%
Забор воздуха через вход в пневматический канал предварительной аспирации
1 2,80 2,78 0,1144 1145,00 14,61
2 2,76
3 2,78
Подсос воздуха через выход примесей осадочной камеры пневматического канала предварительной аспирации
4 0,60 0,60 0,034 73,30 0,94
Подсос воздуха через вход с верхнего ситового кузова в пневматический канал окончательной аспирации
5 3,80 3,578 0,172 2214,70 28,26
6 4,00
7 2,30
8 3,78
9 4,01
Подсос воздуха через вход с нижнего ситового кузова в пневматический канал окончательной аспирации
10 5,40 3,578 0,169 2176,90 27,78
11 2,80
12 1,40
13 2,82
14 5,47
Забор воздуха через вход воздуха в пневматический канал окончательной аспирации
15 0,10 0,125 0,234 105,30 1,34
16 0,14
17 0,12
18 0,16
19 0,10
20 0,13
Подсос воздуха через выход примесей осадочной камеры пневматического канала окончательной аспирации
21 5,15 5,15 0,1144 2121,00 27,07
Итого 7836,2 100
Анализируя работу части аспирационной системы, отвечающей за окончательную аспирацию (рис. 7, а), можно заметить неудачное расположение пластины для ввода зернового потока в пневматический канал окончательной аспирации, создающей область разрежения в нижней части канала и провоцирующей подсос воздуха через входы с ситовых кузовов. При учете поступления зерновой смеси и подсосов (рис. 7, б), картина распределения потоков воздуха в пневматическом канале окончательной аспирации существенно ухудшается. Скорость воздуха в нижней части канала падает до 3 м/с, что не снижает его эффективность и не позволяет отделять примеси, отличающиеся аэродинамическими свойствами от зерна гречихи, что подтверждается идентичностью фракций 4 и 2 (рис. 6).
Из представленных данных видно, что часть аспирационной системы МУЗ-16, отвечающая за предварительную аспирацию, работает эффективно, имея незначительные подсосы воздуха через выход примесей осадочной камеры пневматического канала предварительной аспирации, составляющие 6,01 %. При этом часть
системы, отвечающая за окончательную аспирацию зерновой смеси, - неэффективна, так как 98,4 % воздуха, проходящего через нее, является подсосами. Данный факт подтверждает анализ фракций, полученных при очистке семян гречихи, и результаты моделирования движения воздушных потоков в аспирационной системе.
Элементы аспирационной системы МУЗ-16 имеют подсосы воздуха через выходы примесей осадочных камер пневматических каналов предварительной и окончательной аспирации, а также через вход с ситовых кузовов в пневматический канал окончательной аспирации. Величина подсосов составляет 84,05 % от количества воздуха, поступающего в аспирационную систему, что существенно снижает эффективность отделения примесей в пневматическом канале окончательной аспирации. Для установления причин снижения эффективности и выработки предложений по их устранению необходимо продолжить экспериментальные исследования направлений движения воздушных потоков в системе МУЗ-16, отвечающей за окончательную аспирацию, на лабораторном стенде.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурков, А.И. и др. Повышение эффективности пневмосепарирующего устройства машины предварительной очистки зерна / А.И. Бурков [и др.]. - Текст: непосредственный / / Агроинженерия. - 2022. - Т. 24. - № 4. - С. 22-27.
2. Харитонов, М.К. и др. Повышение эффективности работы решётной очистки зерноочистительных машин / М.К. Харитонов [и др.]. - Текст: непосредственный // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. - 2020. - Т. 13. -№ 1. - С. 19-27.
3. Николаев, В.А. Параметры траектории зерновки после касания решета полуавтоматической зерноочистительной машины / В.А. Николаев. - Текст: непосредственный / / Аграрный вестник Верхневолжья. - 2020. - № 2. - С. 71-76.
4. Сороченко, С.Ф. Применение центробежно-воздушного сепаратора для модернизации стационарной технологической линии очистки зерна / С.Ф. Сороченко, Н.И. Стрикунов, С.В. Леканов. - Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2023. - №. 5 (223).
- С. 78-85.
5. Шило, И.Н. Производительность прямоточного вибропневматического сепаратора зерновой смеси / И.Н. Шило, В.М. Поздняков, С.А. Зеленко. - Текст: непосредственный // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наук. - 2018. - Т. 56. - №. 1. - С. 99-108.
6. Поздняков, В.М. Определение оптимальных режимно-конструктивных параметров работы вибропневматического оборудования для предпосевной подготовки семян рапса / В.М. Поздняков, С.А. Зеленко, Р.И. Колесник. - Текст: непосредственный // Агропанорама. - 2020. - № 1. - С. 6-10.
7. Поздняков, В.М. Повышение эффективности предпосевной подготовки семян льна за счет применения прямоточного вибропневматического сепаратора / В.М. Поздняков, С.А. Зеленко, А.И. Ермаков. - Текст: непосредственный // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. - 2021.
- № 3. - С. 170-175.
8. Оробинский, В.И. Распределение зернового вороха по ширине зерноочистительной машины приёмно-распределительным устройством гравитационного типа / В.И. Оробинский [и др.] // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. - 2021. - Т. 14. - № 2 (69). - С. 12.
9. Аксенов. И.И. Анализ уровня общей вибрации при установке решетного стана зерноочистительной машины на гофрированный пневмоцилиндр / И.И. Аксенов, В.И. Оробинский, А.С. Корнев. - Текст: непосредственный // Наука в центральной России. - 2021. - №. 3. - С. 62-68.
10. Леканов, С.В. Плоскорешетные сепараторы с кольцевым пневмосепариру-ющим каналом / С.В. Леканов, Н.И. Стрикунов. - Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2021. - № 12 (206). - С. 107-111.
11. Стрикунов, Н.И. и др. Параметры разгрузочных устройств центро-бежно-воздушного сепаратора / Н.И. Стрикунов [и др.]. - Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2022. - № 7 (213). - С. 97-102.
12. Шаззо, А.Ю. Многократная оптимизация поликомпонентных смесей зерна и пшеницы / А.Ю. Шаззо, М.П. Бахмет. - Текст: непосредственный // Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства: матер. Всеросс. науч.-практич. конф. - 2005. С. 295-299.
REFERENCES
1. Burkov A.I. et al. Increasing the efficiency of the pneumatic separating device of the grain pre-cleaning machine // Agroengineering. - 2022. - T. 24. - No. 4.
- pp. 22-27.
2. Kharitonov M.K. et al. Increasing the efficiency of sieve cleaning of grain cleaning machines // Bulletin of the Voronezh State Agrarian University. - 2020. - T. 13. - No. 1.
- pp. 19-27.
3. Nikolaev V. A. Parameters of the trajectory of the grain after touching the sieve of a semi-automatic grain cleaning machine // Agrarian Bulletin of the Verkhnevolzhye.
- 2020. - No. 2. - pp. 71-76.
4. Sorochenko S. F., Strikunov N. I., Lekanov S. V. Application of a centrifugal air separator for the modernization of a stationary technological line for grain cleaning // Bulletin of the Altai State Agrarian University. - 2023. - No. 5 (223). - pp. 78-85.
5. Shilo I. N., Pozdnyakov V. M., Zelenko S. A. Productivity of a direct-flow vibrator-pneumatic separator of grain mixture // News of the National Academy of Sciences of Belarus. Agricultural Science Series. - 2018. - T. 56. - No. 1. - pp. 99-108.
6. Pozdnyakov V.M., Zelenko S.A., Kolesnik R.I. Determination of optimal operating and design parameters of vibratory-pneumatic equipment for pre-sowing preparation of rapeseed //Agropanorama. - 2020. - No. 1. - pp. 6-10.
7. Pozdnyakov V.M., Zelenko S.A., Ermakov A.I. Increasing the efficiency of pre-sowing preparation of flax seeds through the use of a direct-flow vibro-pneumatic separator // Bulletin of the Belarusian State Agricultural Academy. - 2021. - No. 3. - pp. 170175.
8. Orobinsky V.I. et al. Distribution of a grain heap along the width of a grain cleaning machine by a gravitational-type receiving and distribution device // Bulletin of the Voronezh State Agrarian University. - 2021. - T. 14. - No. 2 (69). - P. 12.
9. Aksenov I. I., Orobinsky V. I., Kornev A. S. Analysis of the level of general vibration when installing the sieve frame of a grain cleaning machine on a corrugated pneumatic cylinder // Science in Central Russia. - 2021. - No. 3. - pp. 62-68.
10. Lekanov S.V., Strikunov N.I. Flat-grid separators with an annular pneumatic separating channel // Bulletin of the Altai State Agrarian University. - 2021. - No. 12 (206). - pp. 107-111.
11. Strikunov N.I. et al. Parameters of unloading devices of a centrifugal air separator // Bulletin of the Altai State Agrarian University. - 2022. - No. 7 (213). - pp. 97102.
12. Shazzo A.Yu., Bakhmet M.P. Multiple optimization of multicomponent mixtures of grain and wheat / in the collection: food industry: integration of science, education and production. materials of the all-russian scientific and practical conference with international participation. 2005. pp. 295-299.
