CC BY
4
Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 5 (42), 2014 г. УДК 631.928.93
Исследование разделительной камеры фракционного пневмосепаратора при очистке семян кормовых трав
Александр Иванович Бурков, доктор техн. наук, профессор, зав. лабораторией, Андрей Леонидович Глушков, кандидат техн. наук, ст. научный сотрудник, Виктор Алексеевич Лазыкин, мл. научный сотрудник ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», г. Киров, Россия
E-mail: burkov.46@mail.ru
В статье изложены результаты исследования разделительной камеры фракционного пневмосепаратора при очистке семян козлятника восточного и райграса пастбищного, имеющей длину Lrk = 0,55 м, высоту НРК = 1,70 м, высоты выходных отверстий отвода ПСК котвЛ = 0,18 м, котв2 = 0,12 м, высоту входного патрубка пылеуловителя Нвх = 0,21м. Определено оптимальное положение кромки поворотного клапана, установленного на перегородке разделительной камеры, относительно входной кромки камеры. При очистке семян козлятника восточного кромка поворотного клапана располагается от входной кромки камеры на расстоянии по горизонтали ХК = 0,22м, по вертикали УК = -0,125 м, при очистке семян райграса пастбищного - на расстоянии ХР = 0,475 м, УР = 0 м. Оптимальное положение кромки поворотного клапана обеспечивает выделение семян из средней фракции, соответствующих по чистоте категории РС. Полученные сведения явились исходными данными для определения длины 1к поворотного клапана и места его установки.
Ключевые слова: фракционный пневмосепаратор, разделительная камера, поворотный клапан
Исследование разделительной камеры фракционного пневмосепаратора при очистке семян пшеницы изложено в статье [1]. Установлено, что изменяя положение поворотного клапана относительно входной и выходной кромок разделительной камеры, из состава средней фракции можно выделить фракцию семян, соответствующую по чистоте категории не ниже РСТ [2]. Поскольку фракционный пневмосепаратор предназначен для очистки семян различных культур, существенно отличающихся по аэродинамическим свойствам, то актуальным является продолжение исследования разделительной камеры при очистке семян кормовых трав.
Цель исследования - определить положение кромки поворотного клапана относительно входной кромки разделительной камеры, при котором из средней фракции очищаемого материала выделяются семена кормовых культур, соответствующие по чистоте категории репродукционных семян (РС).
Для исследования разделительной камеры была изготовлена экспериментальная установка фракционного пневмосепаратора семян по патенту РФ № 2460592 [3], технологическая схема которого представлена на рисунке 1.
Пневмосепаратор работает следующим образом. Очищаемый материал из приемного бункера 5 устройством 4 ввода подается в пневмосепарирующий канал (ПСК) 3 и движется по опорной сетке 2. Воздушный по-
ток, создаваемый диаметральным вентилятором 12, проходит сквозь опорную сетку 2 и продувает находящийся на ней очищаемый материал. В начальной стадии продувки материал разрыхляется и из него выносится вверх по крутой траектории самая легкая фракция, которая через отвод 7 поступает в разделительную камеру 8. Отдельные полноценные зерновки, щуплое, дробленое зерно движутся по более пологим траекториям и ударяются о сплошную разделительную перегородку 6, тормозятся, а затем, находясь в зоне малых скоростей воздуха, падают вниз на движущийся по опорной сетке 2 основной поток очищаемого материала, что обеспечивает снижение потерь полноценного зерна в отходы. Во второй части пневмо-сепарирующего канала 3 (после перегородки) материал продувается воздушным потоком с более высокими скоростями, что достигается соответствующим положением конца разделительной перегородки в отводе
7. Здесь выделяются оставшиеся легкие примеси, щуплое, дробленое и мелкое зерно основной культуры (средняя фракция), которые поднимаются вверх и тоже направляются через отвод 7 в разделительную камеру
8. Под воздействием горизонтального воздушного потока и силы тяжести выделенные в пневмосепарирующем канале 3 компоненты материала движутся в разделительной камере по разным траекториям. Наиболее легкие частицы (пыль, полова, семена неко-
торых сорных растений) движутся благодаря наличию в ПСК перегородки 6 преимущественно в верхних слоях воздушного потока вдоль горизонтального участка 10 жалюзий-ного очистителя и поступают во входной патрубок вертикального участка 16 очистителя. Средняя фракция материала при входе в разделительную камеру 8 располагается ниже легкой фракции, что способствует более четкому ее осаждению. При этом легкие
частицы поступают во входной патрубок жалюзийного очистителя, фуражная фракция (щуплое, дробленое зерно) направляются во вторую секцию разделительной камеры 8, а продовольственное зерно или семена второго сорта - в первую секцию. Семена I и II сорта, фуражная фракция движутся самотеком по материалопроводам 26, 24, 22 вниз и устройствами 27, 25, 23 выводятся из машины в соответствующие мешки I, II, III.
27 Ч -25 1 V -23 ■
. I . . II . .III. . IV.
- очищаемыи материал;
- тяжелая фракция (семена I сорт);
- легкая фракция (неиспользуемые отходы);
- средняя фракция;
- фуражная фракция;
—•—»- - продовольственное зерно (семена II сорт); —в—— - воздушный поток
Рис. 1. Технологическая схема фракционного пневмосепаратора семян: 1 - перегородка; 2 - опорная сетка; 3 - пневмосепарирующий канал; 4 - устройство ввода; 5 - приемный бункер; 6 - сплошная разделительная перегородка; 7 - отвод ПСК; 8 - разделительная камера; 9 - поворотный клапан; 10 и 16 - горизонтальный и вертикальный участки жалюзийного очистителя; 11 - смежная стенка; 12 - диаметральный вентилятор; 13 - дроссельная заслонка; 14 - выходной патрубок; 15 - инерционный жалюзийно-противоточный пылеуловитель; 17 - противоточный очиститель; 18 - воздухоотводящая камера; 19 - перепускное окно; 20 - осадочная камера; 21, 23, 25, 27 - устройства вывода фракций материала; 22, 24, 26 - материалопроводы; 28 - заслонки; I, II, III, IV - мешки с фракциями семян I и II сорта, фуражного зерна и отходов
Отработанный воздух очищается последовательно в жалюзийных 10 и 16 и про-тивоточном 17 очистителях и через общую воздухоотводящую камеру 18 поступает в диаметральный вентилятор 12, а из него по выходному патрубку 14 в атмосферу или, при необходимости, в дополнительное пылеулавливающее оборудование (циклон, тканевый фильтр). Уловленная легкая фракция (неиспользуемые отходы) собирается в осадочной камере 20 и устройством 21 выводится из машины в мешок IV.
Скорость воздушного потока в пнев-мосепарирующем канале 3 устанавливается по качеству очистки тяжелой фракции (семена первого сорта) с учетом потерь полноценных семян в отходы (IV) с помощью дроссельной заслонки 13. Чистота семян второго сорта регулируется положением поворотного клапана 9. Для повышения чистоты продовольственного зерна клапан 9 поворачивают в сторону отвода 7, а для уменьшения содержания полноценного зерна в фуражной фракции - в сторону смежной стенки 11. Подача материала в пневмосепа-
ратор устанавливается заслонкой-вибратором устройства ввода 4 в соответствии с требуемым качеством семенного материала.
Экспериментальная установка имеет ширину В = 0,3 м и натуральные размеры в продольно-вертикальной плоскости. Длина ЬРК (рис. 3) разделительной камеры - 0,55 м, высота НР.К - 1,70 м. Высоты ИотвЛ и Ьотв2 отвода 4 ПСК составляют 0,18 и 0,12 м соответственно. Перегородка 8 установлена вертикально и располагается на середине длины ЬРК разделительной камеры. Высота Ивх входного патрубка инерционного жалюзийно-противоточного пылеуловителя равнялась 0,21 м. Входная 3 и выходная 5 кромки раз-
делительной камеры располагаются на одном уровне. Кромку поворотного клапана 7 устанавливали в нужное положение относительно входной кромки 3 камеры в координатах X и У за счет изменения его длины 1к и угла ф установки относительно перегородки.
Материал и методы. Исследования проводили на двух смесях кормовых культур - семена козлятника восточного содержали семена клевера и древесный опил, райграса пастбищного - древесный опил. Вариационные кривые распределения компонентов смеси по скорости витания приведены на рисунке 2 а и б.
60
т, %
40 30 20 10
0
1
3\ 1
Л 2Х /1
/I ,1
1 V
\1 Л
65 Ув, м/с 10
60
т, %
40
30
20
10 0
1
А Л
, \ Л
\ 1 /5
\ г
/ \ \
/ \ >1 \
4 ¥в, м/с
Рис. 2. Вариационные кривые распределения компонентов смеси козлятника восточного (а) и райграса пастбищного (б) по скорости витания семян Ув: 1, 4 - древесный опил; 2 - семена клевера; 3 - семена козлятника восточного; 5 - семена райграса пастбищного
Содержание примесей в очищаемом материале составляло 3-5% клевера и 2% опила в смеси козлятника восточного и 5% опила в смеси райграса пастбищного. Все компоненты предварительно очищены на решетах: козлятник восточный - сход с решета с круглыми отверстиями диаметром 2,0 мм, клевер - сход с решета с круглыми отверстиями диаметром 1,5 мм, древесный опил в смеси с козлятником восточным -проход через решето с круглыми отверстиями диаметром 1,5 мм; райграс пастбищный -сход с решета с круглыми отверстиями диаметром 1,5 мм и древесный опил в смеси с райграсом - проход через решето с круглыми отверстиями диаметром 1,0 мм.
Эксперименты проводили в следующей последовательности. Устанавливали
кромку поворотного клапана 7 (рис. 3) в требуемое положение, засыпали очищаемую смесь в приемный бункер 5 (рис. 1) и включали установку в работу. Устанавливали подачу, соответствующую удельной нагрузке на канал 0,35 кг/(с-м), и скорость воздушного потока в ПСК 8,0±0,1 и 4+0,1 м/с при очистке семян козлятника восточного и райграса пастбищного. После завершения очистки материала взвешивали массу выходов фракций I, II, III, IV, определяли чистоту и процент их выхода. Качество рабочего процесса разделительной камеры оценивали чистотой Ч очищенного материала II фракции, которую определяли по формуле:
Ч = —Мч--100 % (1)
Мч + М3 %' (1)
где МЧ и МЗ - масса полноценных семян основной культуры и масса засорителей во II фракции.
Эксперименты проводили в трехкратной повторности.
Результаты и их обсуждение. Для изучения влияния положения кромки поворотного клапана 7 (рис. 3) на чистоту и массу семян II фракции с учетом однофакторных экспериментов был реализован план экспе-
римента Бокса-Бенкина второго порядка для двух факторов [4]. В качестве факторов х1 и х2 принято положение кромки А поворотного клапана относительно входной кромки 3 передней стенки 2 камеры по горизонтали (по оси Х) и по вертикали (по оси У).
Факторы, уровни и интервалы их варьирования при очистке семян козлятника восточного приведены в таблице 1.
X АР*
* \у
II
Рис. 3. Схема разделительной камеры: 1 - разделительная камера; 2, 6 - передняя и задняя стенки камеры; 3, 5 - входная и выходная кромки стенок камеры; 4 - отвод ПСК; 7 - поворотный клапан; 8 - перегородка; I, II - первая и вторая секции
Таблица 1
Факторы, уровни и интервалы их варьирования
Кодированное обозначение факторов Название факторов, Уровни факторов Интервалы варьирования
их обозначение и единица измерения -1 0 +1
х1 Положение кромки поворотного клапана относительно входной кромки стенки разделительной камеры по горизонтали (Х, м) 0,225 0,350 0,475 0,125
х2 Положение кромки поворотного клапана относительно входной кромки стенки разделительной камеры по вертикали (У, м) -0,125 -0,075 0 0,075
После реализации плана и обработки результатов эксперимента получена адекватная с 95% вероятностью модель регрессии второго порядка чистоты ЧК семян козлятника восточного II фракции:
УчК = 96,12 - 1,48х1 - 1,25х2 + 0,98х12. (2)
Анализ модели регрессии (2) методом двумерных сечений (рис. 4) показал следующее. Наибольшее значение чистоты семян козлятника восточного ЧК = 99,8%
достигается при х1 = -1 (ХК = 0,225 м) и х2 = -1 (УК = -0,125 м) за счет смещения кромки АК поворотного клапана в зону с наименьшим содержанием примесей. При этом потери полноценных семян в отходы составляют 6,1%, выход фракций соответственно: I - 61,9%, II - 5,5%, III - 26,5% от общей массы исходного материала, чистота фракций Ч: I - 100%, II - 99,8%, III - 92,1 %.
Установлено, что II фракция содержит семян других трав 0,28% и соответствует требованиям ГОСТа Р 52325-2005 (не более 0,5% для категории РС).
Таким образом, при оптимальном положении кромки АК поворотного клапана (ХК = 0,225 м, УК = -0,125 м) семена козлятника восточного соответствуют по чистоте категории РС.
Факторы, уровни и интервалы их варьирования при очистке семян райграса пастбищного приведены в таблице 2.
После реализации плана и обработки результатов эксперимента получена адекватная с 95 % вероятностью модель регрессии второго порядка чистоты ЧР семян райграса пастбищного II фракции:
УЧ,Р = 97,3 - 1,95xi - 0,85x7 - 0,45х-
х2
2
Ч
(3)
Y, м
-0,075
-0,1125 Чтш= 99,8
-0,125
\ V2 1 N. оХ - 94,6---
А \ \0,5 \ о\ - 95,2---- 0.5 1
\\ 95,8—
99,4\ ^ 97,6 Г \ 97,0 ---------
Рис. 4. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее влияние факторов хх и х2 на чистоту ЧК семян козлятника восточного II фракции
0,225 0,2875
0,350
Х,м
0,475
Таблица 2
Факторы, уровни и интервалы их варьирования
Кодированное обозначение факторов Название факторов, их обозначение и единица измерения Уровни факторов Интервалы варьирования
-1 0 +1
х1 Положение кромки поворотного клапана относительно входной кромки стенки разделительной камеры по горизонтали (Х, м) 0,225 0,350 0,475 0,125
х2 Положение кромки поворотного клапана относительно входной кромки стенки разделительной камеры по вертикали (У, м) -0,125 -0,075 0 0,075
Анализируя модель регрессии (3) методом двумерных сечений (рис. 5), установили следующее. Наибольшее значение чистоты семян райграса пастбищного ЧР = 99,7% достигается при х1 = -1 (ХР = 0,225 м) и х2 = -1 (7Р = -0,125 м) за счет смещения кромки поворотного клапана в зону с наименьшим содержанием примесей. При этом потери полноценных семян в отходы составляют 0,4 %, выход фракций соответственно: I - 95,0%, II - 0,5%, III - 4,1% от общей массы исходного материала, чистота фракций Ч: I - 100%, II - 99,7%, III - 83,3 %. Из рисунка также
видно, что во всем исследуемом диапазоне чистота ЧР семян выше 92%, что соответствует требованиям ГОСТа Р 52325-2005 для категории РС, поэтому оптимальными значениями параметров следует считать (точка АР): XI = +1 (ХР = 0,475 м) и х2 = + 1 (УР = 0 м). Это позволит повысить выход II фракции от 0,5 до 3,4%.
При оптимальном положении кромки поворотного клапана (ХР = 0,475 м, УР = 0 м) чистота семян райграса пастбищного ЧР = 94,1%, что соответствует по чистоте категории РС.
о
у, м
-0,075
-0,1125 4^= 99,7
0,225 0,2875 0,350 X, м
Выводы. Исследования разделительной камеры при конструктивных параметрах Lp.к = 0,55 м, ^.к = 1,70 м, hотв.l = 0,18 м, hотв.2 = 0,12 м на очистке семян козлятника восточного и райграса пастбищного позволили определить положение кромки поворотного клапана относительно ее входной кромки, когда из средней фракции очищаемого материала выделяются семена, соответствующие по чистоте категории репродукционных семян. (ХК = 0,225 м, ¥К = -0,125 м; Хр = 0,475 м, ¥р = 0 м).
Полученные сведения в совокупности с результатами исследований разделительной камеры при очистке семян пшеницы [1] явились исходными данными для определения длины 1к поворотного клапана и места его установки.
Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее влияние факторов хх и х2 на чистоту ЧР семян райграса пастбищного II фракции
0,475
Список литературы
1. Бурков А.И., Глушков А.Л., Лазы-кин В.А. Влияние положения поворотного клапана на процесс работы разделительной камеры универсального пневмосепаратора семян // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. № 6 (37). С. 60-64.
2. ГОСТ 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2005. 19 с.
3. Пневмосепарирующее устройство зерно- и семяочистительной машины: пат. 2460592 Рос. Федерация. № 2010141200 / 03; заявл. 07.10.2010; опубл. 10.09.2012. Бюл. № 25. 6 с.
4. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Ро-щин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980. 168 с.
Research of the dividing chamber of the fractional pneumoseparator at clearing
of seeds of fodder grasses
Burkov A., Glushkov A., Lazykin V.
Results of research of the dividing chamber of a fractional pneumoseparator having length LP.K = 0.55 m, height HPK = 1.70 m, heights of exhaust outlets of tap PSK homi = 0.18 m, hom2 = 0.12 m, height of an entrance branch pipe of a deduster hBX = 0.21m are stated at clearing of seeds of galega and ryegrass. Optimum position of an edge of the rotary valve established on a partition of the dividing chamber, concerning an entrance edge of the chamber is defined. At clearing of galega seeds the edge of the rotary valve settles down from an entrance edge of the chamber on distance across XK = 0.22m, on vertical YK =-0.125 m, at clearing of rye-grass seeds - on distance XP = 0.475 m, YP = 0 m. Optimum position of an edge of the rotary valve provides selection of seeds from the average fraction, corresponding on cleanliness of category PC. The received data were the initial data for definition of length lK the of rotary valve and a place of its installation.
Keywords: a fractional pneumoseparator, the dividing chamber, the rotary valve
