CC BY
9ИССЛЕДОВАНИЕ СЕПАРАЦИИ СЕМЯН НА
УНИВЕРСАЛЬНОМ РЕШЕТНО-ТРИЕРНОМ СЕПАРАТОРЕ
Дринча В.М., доктор технических наук, профессор;
Филатов А.С., кандидат сельскохозяйственных наук; ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет».
В статье представлены результаты исследований сепарации семян пшеницы на универсальном решетно-три-ерном сепараторе (РТС). Обоснованы основные конструктивно-технологические параметры РТС, которые могут применяться в селекции и семеноводстве, зерновой и комбикормовой промышленности, а также в других отраслях народного хозяйства. Приведена классификация решетных сепараторов. Целью исследований была разработка основных па-раметров РТС при его производительности около 500 кг/час. Режим работы ре-шет-ного сепаратора близкий к оптимальному: угол наклона оси вращения цилиндрического решета к горизонту 0,5...2°, производительность сепаратора до 450 кг/час, удельная нагрузка на решето до 50 кг/час'дм2. Материалы статьи могут быть использованы в конструкторских организациях, разрабатывающих машины для послеуборочной обработки зерна и подготовки семян, в организациях, применяющих
STUDY OF SEED SEPARATION ON A UNIVERSAL SIEVE-TRIER SEPARATOR
Drincha V.M., Doctor of Technical Sciences, Professor;
Filatov A.S., Candidate of Agricultural Sciences;
FSBEI HE «Arctic State Agrotechnolo-gical University».
The results of investigation of wheat seeds separation at the multifunctional screen-indented separator (RTS) are presented. The main design and technological parameters of RTS have been substantiated, which can be used in breeding and seed production, grain and feed industry, as well as in other sectors of the national industry. The classification of screen separators is given. The aim of the investigation was to develop the main design and technological parameters of the RTS with its productivity of about 500 kg/h. The close to optimal operating mode of the screen separator is the angle of inclination of the axis of rotation of the cylindrical screen to the horizon 0.5 ... 2°, the productivity of the separator up to 450 kg/h, the specific screen load up to 50 kg /h'dm2. The materials of the article can be applied in design organizations that develop machines for post-harvest grain processing and seed conditioning, in organizations that use grain separators for additional purification of by-products, as well as in other industries.
123
зерно-сепарирующие машины для доо-чистки побочных продуктов, а также в других отраслях промышленности.
Ключевые слова: семена, решетный сепаратор, триер, эффективность се-парации, решетный цилиндр, триерный цилиндр, частота вращения, коэффициент извлечения, недосев, проходовая фракция, сходо-вая фракция.
Key words: seeds, screen separator, indented cylinder separator, separation effi-ciency, screen cylinder, indented cylinder, rotation frequency, recovery factor, non-efficient cleaned fraction, through-pass fraction, tailing.
Введение. Существующие технологии послеуборочной обработки зерна и подготовки семян, а также зерно-сепарирующие машины, применяемые на раз-личных этапах обращения с зерном основываются в основном на научных разработках 50-х годов прошлого века [11, 12]. В соответствии с существующей нормативной литературой, а также основными положениями, принятыми в научной среде, зерно-сепарирующие машины разделяют по технологическим функциям на пять классов [3,5]:
- предварительной очистки;
- первичной очистки;
- вторичной очистки;
- окончательной очистки;
- специальные машины (для сепарации зерна в особых случаях, в основном при выделении трудновыделимых примесей из основного зерна).
Реализуя существующую концепцию разработки машинно-технического обеспечения послеуборочной обработки зерна, промышленность поставляет с.-х. производителям дорогостоящие машинно-технологические комплексы обработки зерна и подготовки семян, которые зачастую недоступны для с.-х. производителей.
Требование повышения качества семенного материала является одним из ключевых вопросов в семеноводстве зерновых культур, трав, технических, мас-личных и овощных культур, особо остро стоит вопрос эффективного обеспечения послеуборочной обработки зерна во влажных и Восточных регионах страны [7,8,9].
В соответствии с существующим положением основная часть исследований, направленных на повышение эффективности сепарации зерна, основывается на концептуальных положениях, потенциал которых практически исчерпан и дальнейшее развитие машинных технологий обработки зерна и подготовки семян требует выработки новых подходов [1, 2, 4].
Несмотря на уровень применяемых технологий проблема выделения труд-новыделимых сорных семян овсюга [6] из зерновых материалов во многих регионах остается нерешенной.
124
Одним из перспективных направлений в области машинных технологий подготовки семян является разработка фракционных технологий очистки семян и отбора высокопродуктивных семян.
Цель исследования - разработка и обоснование основных конструктивно-технологических параметров универсального решетно-триерного сепаратора для применения в селекционно-семеноводческих хозяйствах, а также в семенных линиях, включающих фракционные схемы очистки.
В процессе проведения исследований решались следующие задачи:
1. Провести предварительное обоснование разработки универсального ре-шетно-триерного сепаратора.
2. Определить основные конструктивно-технологические параметры решетной части универсального РТС.
Материал и методы исследований. Исследования проводились на зерновом сепара-торе с горизонтальным решетным цилиндром, изготовленном в ОАО ГСКБ «Зерноочистка» (рис. 1).
3 4 5 6
8 4 7
Рисунок 1. Зерновой сепаратор с горизонтальным решетным цилиндром
(со снятым кожухом): 1 - рама; 2 - привод; 3 - приемник исходного зерна; 4 - решетный цилиндр; 5 - очиститель отверстий решета от застрявших зерновок; 6 - воздухозабор-ный патрубок; 7 - приемник разделенного материала; 8 - пульт управления Решетный сепаратор (рис. 1) является версией универсального решетно-триерного сепаратора РТС. При замене цилиндрического решета на триерный цилиндр он становится триерным сепаратором.
Сепаратор работает следующим образом. Исходное зерно подается в се-па-ратор через патрубок 3 и поступает во внутреннюю полость решетного цилиндра 4. Мелкая фракция просеивается сквозь отверстия решета и поступает в приемник 7, а основной зерновой материал движется сходом внутри цилиндра 4 и выводится со стороны разгрузочного конца.
Исследования сепаратора РТС-500 проводились при установке на него ци-
125
линдрического решета с продолговатыми отверстиями 2,0 мм на очистке семян пшеницы Одесская-66 от мелких примесей, содержание которых в исходном материале колебалось около 6 %.
Эффективность сепарирования оценивалась следующими критериями [10]:
- нагрузкой Q (количество исходной смеси, поступающей на машину в еди-ницу времени);
- количеством недосева Е (содержание мелких, проходовых фракций в продуктах, полученных сходом с решета);
- коэффициентом извлечения Ки (отношение количества извлеченного продукта к количеству той же фракции продукта, содержащегося в исходной смеси).
Состав исходной смеси при разделении на сходовый и проходовый продукт определяли через относительное содержание проходовой фракции:
,
п0+с0
где П С0 - количество проходовой и сходовой фракции в кг.
Коэффициент извлечения определяли по выражению:
,
По
где П- количество проходовой фракции, кг. Недосев определяли из выражения:
,
С
где С - количество сходовой фракции, кг
Кроме этих показателей при каждом опыте определялась удельная нагрузка на площадь решета.
Результаты и обсуждение. Решение о создании универсального решет-но-триерного сепаратора основывалось на анализе конструктивно-технологических параметров решетных цилиндрических сепараторов и триерных сепараторов цилиндрического типа. В результате анализа большого количества сепараторов решетного типа с цилиндрическими рабочими органами и триеров цилиндрического типа, производительность которых находилась в пределах 100.. .1000 кг было установлено, что они имеют ряд сходств:
- частота вращения цилиндров 30.50 об/мин;
- угол наклона цилиндров к горизонту 2.6 град;
- диаметр цилиндров 300.900 мм;
- эффективная длина цилиндров около 700.900 мм;
- мощность привода цилиндров 0,3.0,6 кВт.
Исходя из проведенного анализа было разработано техническое задание и изготовлен макетный образец РТС (рис. 1).
РТС может работать по двум схемам сепарации материала. В соответствии с первой схемой, разделение семенных смесей в РТС происходит по ширине
126
или толщине частиц. В этом случае в сепаратор устанавливается решето с продолговатыми или круглыми отверстиями (рис. 2).
„ 2
1
-Ми
I
I
X
у ч | -
Рисунок 2. Технологическая схема модуля цилиндрического решета: 1 - подача исходного материала; 2 - цилиндрическое решето;
3 - сход материала с цилиндра; 4 - проход материала через отверстие цилиндрического решета
Исходный материал загружается в бункер (на схеме не указан), из которого барабанным питателем подается на цилиндрическое решето или на триерный цилиндр. При установке на машину решета (рис. 2), обрабатываемый материал перемещается по внутренней поверхности вращающегося цилиндрического решета и движется к выходу из него. В процессе движения материала из него выделяются мелкие примеси, которые проходят через отверстия решета и попадают в приемную емкость, установленную под цилиндром. Основная масса зернового материала идет сходом с цилиндра и попадает в соседнюю емкость.
По второй схеме, разделение производится по длине частиц и в машину устанавливается триерный цилиндр (рис. 3).
2 /3 -иг
Л
I
0
1
о
5 у 4 1
Рис. 3. Технологическая схема модуля цилиндрического триера: 1 - подача исходного материала; 2 - цилиндрический триер; 3 - желоб для вывода короткой фракции; 4 - выход короткой фракции; 5 - выход длинной
фракции
При установке на машину триерного цилиндра обрабатываемый материал перемещается по направлению выхода из него. При этом короткие примеси, уложившиеся в ячейки, поднимаются цилиндром и выбрасываются в лоток, от-
127
куда они выводятся шнеком в крайний приемник и далее в емкость. Оставшаяся зерновая масса идет сходом с цилиндра и попадает в соседний приемник, который направляет ее в другую емкость.
При наличии в исходном материале длинных примесей вместо цилиндра с мелкими ячейками устанавливается цилиндр с крупными ячейками. В этом случае семена основной культуры поднимаются ячейками и выбрасываются в лоток и далее - в емкость. Длинные примеси идут сходом с цилиндра и попадают в другую емкость.
В данной статье приведены результаты исследований цилиндрического варианта РТС.
В результате разработанной классификации решетных сепараторов было установлено, что цилиндрические решетные сепараторы имеют практически полное сходство с плоскими решетными сепараторами (рис. 4).
Рисунок 4. Схема классификации решетных рабочих органов
Из всего множества решетных цилиндрических сепараторов наиболее широкое распространение получили сепараторы с пробивными отверстиями.
В комплект РТС, предназначенный для использования в селекции и семеноводстве рекомендованы десять цилиндрических решет, восемь - из которых с продолговатыми отверстиями: 1,7; 1,8; 2,0; 2,4; 2,8; 3,0; 3,2; 4,0 и два с кру-
128
глыми отверстиями: 2,0 и 2,5 мм.
Исследование цилиндрического решетного сепаратора разделено на не-сколько этапов. Исходя из обобщения ряда цилиндрических сепараторов и конструктивных соображений на данном этапе исследований частота вращения цилиндра была равна 30 об/мин, а рабочая длина его равнялась 750 мм. На данном этапе проведен ряд экспериментов для выявления влияния подачи материала и угла наклона цилиндрического сепаратора на эффективность се-
Рисунок 5. Изменение коэффициента извлечения в зависимости от величины подачи семян пшеницы на цилиндрическое решето при различных углах наклона оси цилиндра к горизонту
Путем проведения ряда экспериментов предполагалось выявить основные конструктивно-технологические параметры сепаратора, производительность которого около 500 кг на семенах основных зерновых культур. Полученные данные (рис. 4), показывают, что при частоте вращения цилиндра равной 30 об/мин, лучшее качество очистки при производительности до 450 кг/час наблюдается при установке угла наклона оси цилиндра к горизонту равным 0,5 градусов. На этом режиме значение коэффициента извлечения колеблется в пределах (84,2...94,3) %, а недосев не превышает 1,0 %. При повышении производительности сепаратора мелкие примеси не успевают просеиваться и качество сепарации резко ухудшается. Так уже при производительности РТС 570,5 кг/час коэффициент извлечения снижается до 67,4 %, а недосев увеличивается в 2 раза. С увеличением угла наклона оси цилиндра к горизонту эффективность выделения мелких примесей снижается. Так при минимально достигнутой производительности, которая в зависимости от угла наклона оси цилиндра находилась в пределах от 176,1 кг/час (угол наклона оси 0,5 град) до 248,7 кг/час (угол наклона оси 5 град) коэффициент извлечения снизился от 94,3 % до 76,3 %, а недосев увеличился с 0,36 % до 1,50 %.
При увеличении производительности РТС на всех углах наклона оси
129
ци-линдра происходит снижение эффективности сепарации зернового материала. При угле наклона оси цилиндра а=0,5° с увеличением производительности от 176,1 до 667,2 кг/ч, коэффициенте извлечения Ки снижается с 94,3 до 53,7 %, а недосев Е увеличивается с 0,36 до 2,87 %. При а=3°, производительность машины колебалась от 208,6 до 899,7 кг/час, а Ки=(85,1...52,6) %, Е=(0,88...2,75) %. При а=6°, производительность находилась в пределах (244,3.921,3) кг/час, а К=(76,7...51,8) %, Е=(1,48...3,01) %. С увеличением угла наклона оси цилиндра от 0,5 до 6° происходит и увеличение производительности. Так минимальная производительность РТС увеличилась от 176,1 до 248,7 кг/час, а максимальная производительность от 667,2 до 921,3 кг/час. Следует отметить, что при углах наклона оси цилиндра к горизонту до 2° коэффициент извлечения Ки больше 70% можно получить при производительности машины до 450 кг/час; при а=3° соответствующее качество очистки при производительности машины до 400 кг/час, а при углах а=4.. .6° такое количество материала при производительности до 300 кг/час.
Выводы. На основании проведенных исследований было установлено, что при частоте вращения цилиндрического решета 30 об/мин и рабочей длине цилиндра 750 мм:
- с увеличением угла наклона оси цилиндра к горизонту снижается эф-фек-тивность очистки материала;
- при постоянном угле наклона оси вращения решета к горизонту (а - const) с увеличением производительности сепаратора уменьшается эффективность очистки материала;
- режим работы сепаратора близкий к оптимальному соответствует углу наклона оси вращения цилиндра к горизонту (0,5.2)°, производительности машины до 450 кг/час и удельной нагрузке на площадь решета до 50 кг/час^дм2.
Список использованных источников:
1. Абидуев А.А. Интенсификация процесса сепарации семенного зерна. Улан-Уде. Изд. БГСХА. - 2007. - 128 с.
2. ГОСТ Р 52325-2005. Национальный стандарт Российской Федерации. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. (С поправкой от, 2008 г.). М., 2006.- 53 с.
3. ГОСТ 5888-74. Машины зерноочистительные общего назначения. Типы и основные параметры. Москва. - 1975.- С. 76.
4. Зюлин А.Н., Дринча В.М., Ям-
References:
1. Abiduev A.A. Intensification of the seed grain separation process. Ulan-Ude. BGSHA Publishing House. -2007. - 128 p.
2. GOST R 52325-2005. National Standard of the Russian Federation. Seeds of agricultural plants. Varietal and sowing qualities. General technical conditions. (As amended from, 2008). M. - 2006. - 53 p.
3. GOST 5888-74. General purpose grain cleaning machines. Types and basic parameters. Moscow. - 1975. - P. 76.
4. Zyulin A.N., Drincha V.M.,
130
пилов С.С. Исследование процесса рецир-куляции зернового материала. Техника в сельском хозяйстве. -1999. - №2. - С. 21...25.
5. Иванов Н.М., Стрикунов Н.И., Леканов С.В. Мобильная техника и технологии для послеуборочной обработки зерна и семян. Мобильные зерноочистительные машины. Новосибирск. ГНУ СибИМЭ Россельхоза-кадемии, - 2013. - 325 с.
6. Колмаков П.П. Овсюг. - М.: Колос. - 1975. - 240 с.
7. Павлов Н.Е. Семеноводство и сортоведение многолетних трав в Якутии. Якутск. Изд. Туймаада. -2012. - 100 с.
8. Саввинов Х.С., Шерстова К.Н. Семеноводство зерновых культур в Яку-тии. Якутск. Якутское книжное издательство. - 1964. - 49 с.
9. Сорные растения Восточной Сибири и меры борьбы с ними. - Иркутск: Вост. - Сиб. кн. изд-во. - 1974. - 252с.
10. Ульрих Н.Н. К методике оценки разделения зернового материала при сравнительных испытаниях машин / Н.Н. Ульрих, Ю.А. Космовский //Научно-технический бюллетень ВИМ. - 1975. - Вып. 25. - С. 32-35.
11. Федоренко В.Ф., Ревякин Е.Л. Зерноочистка-состояние и перспективы. М., ФГНУ Росинформагротех, 2006. - 204 с.
12. Gregg Bill and Gary Billups. Seed conditioning. Vol. 2. Technology-Part B. Science Publishers. - 2010. - 976 p.
Yampilov S.S. Investigation of the process of grain material recycling. Machinery in agriculture. 1999. - No. 2. - P. 21...25.
5. Ivanov N.M., Strikunov N.I., Lekanov S.V. Mobile equipment and technologies for post-harvest processing of grain and seeds. Mobile grain cleaning machines. Novosibirsk. GNU SiblME of the Russian Agricultural Academy, 2013. - 325 p.
6. Kolmakov P.P. Ovsyug. - M.: Kolos. - 1975. - 240 p.
7. Pavlov N.E. Seed production and varietal studies of perennial grasses in Yakutia. Yakutsk. Ed. Tuimaada. -2012. - 100 p.
8. Savvinov H.S., Sherstova K.N. Seed production of grain crops in Yakutia. Yakutsk. Yakut Book Publishing House. - 1964. - 49 p.
9. Weeds of Eastern Siberia and measures to combat them. - Irkutsk: East. - Siberian Publishing House. -
1974. - 252 p.
10. Ulrich N.N. On the methodology for evaluating the separation of grain material in comparative tests of machines / N.N. Ulrich, Yu.A. Kosmovsky // Scientific and Technical Bulletin VIM. -
1975. - Issue 25. - P. 32-35.
11. Fedorenko V.F., Revyakin E.L. Grain cleaning-state and prospects. M., FGNU Rosinformagrotech, 2006. - 204 p.
12. Gregg Bill and Gary Billups. Seed conditioning. Vol. 2. Technology-Part B. Science Publishers. - 2010. - 976 p.
Сведения об авторах: Information about the authors:
Дринча Василий Михайлович - Drincha Vasily Mikhailovich -
131
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Технологические системы АПК ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротех-нологический университет», e-mail: vdrincha@list.ru, 677007, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, Сергеляхское ш., 3 км. д. 3, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет».
Филатов Александр Семенович -кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры энергообеспечение в АПК, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологический университет», e-mail: filatov.a.c@mail. ru, 677007, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, Сергеляхское ш., 3 км. дом.3, ФГБОУ ВО «Арктический государственный агротехнологи-ческий университет».
Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Technological Systems of the FSBEI HE "Arctic State Agrotechnological University", e-mail: vdrincha@ list.ru, FSBEI HE "Arctic State Agrotechnological University", Serge-lyakhskoe sh., 3 km, h. 3, Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), 677007, Russia.
Filatov Alexander Semenovich -Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Energy Supply of the Agro-industrial Complex of the FSBEI HE "Arctic State Agrotechnological University", e-mail: filatov.a.c@mail.ru, FSBEI HE "Arctic State Agrotechnological University", Sergelyakhskoe sh., 3 km, h. 3, Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), 677007, Russia.
132
