CC BY
5
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
Научная статья УДК 631.362
doi: 10.47737/2307-2873_2023_41_4
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ СЕМЯН НА ПНЕВМОСОРТИРОВАЛЬНОМ СТОЛЕ С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ
©2023. Василий Дмитриевич Галкин1Н, Виктор Анатольевич Хандриков2,
Андрей Федорович Федосеев3, Андрей Сергеевич Кустов4, Дарья Алексеевна Шихова5
1,2,3,4,5 Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н.
Прянишникова, Пермь, Россия
1engineer@pgsha.ru
Аннотация. Опыты проведены на пневмосортировальном столе оригинальной конструкции на семенах пшеницы сорта Каменка. Средние значения характеристик семян основной культуры составляли: влажность - 10,6%, натура - 812 г/дм3. В качестве трудноотделимой примеси использовали семена свербиги и овсюга. Целью исследований является определение параметров и режимов разделения семян на усовершенствованном пневмосортировальном столе с тремя направителями, установленными на деке. Исследования проведены при удельной нагрузке на деку 2,57 кг/см2 на трех частотах колебаний деки при амплитуде - 0,015 м, углах продольного наклона деки - 4, 5, 6° при поперечном угле равном 0°. Получены технологические оценки (степени выделения примесей, выходы фракций, потери семян, натура очищенных семян) процесса разделения семян при очистке их от трудноотделимых примесей и выделения фракции с повышенной натурой. Рекомендованы параметры и режимы работы машины.
Ключевые слова: пневмосортировальный стол, усовершенствованный процесс, направи-тели, семена пшеницы с примесями, натура, оценки, параметры
Введение. Для получения семенного материала используют различные способы окончательной очистки, например, разделение компонентов по плотности в жидкостях, в псевдоожиженном слое. В настоящее время в нашей стране и за рубежом ведется преимущественно совершенствование второго способа сепарации, а предприятиями выпускаются машины, разделяющие семенной материал по плотности [1,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,17]. Вместе с тем, в ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока проводятся исследования по отделению низконатурных компонентов в жидкостях [15,16].
Актуальность таких исследований обусловлена тем, что семена, прошедшие очистку по плотности, по сравнению с семенами, не прошедшими обработку по этому признаку, при одинаковых условиях проведения технологических операций по возделыванию сельскохозяйственных культур, увеличивают урожайность до 20% [2,3,4]. Однако известные зарубежные и отечественные пневмосортироваль-ные столы производительностью 1,0-3.0 т/ч имеют низкую удельную производительность, высокие удельные затраты энергии и металлоемкость (таблица 1). Из таблицы 1 следует, что
удельная производительность известных машин изменяется в пределах от 0,30 кг/с*м2 (КБ -120, Германия), до 0,64 кг/с*м2, (ПСС-2,5, Россия). Удельная энергоемкость находится в диапазоне от 2,64 кВт*ч/т (ПСС-2,5, Россия) до 4,18 кВт*ч/т (КБ -120, Германия), а удельная металлоемкость составляет 260 -700 кг*ч/т. Поэтому повышение удельной производительности и снижение удельных затрат
энергии и металлоемкости на очистку семян в вибропневмоожиженном слое при требуемом качестве получаемых семян является важной и актуальной задачей, направленной на снижение приведенных затрат на поточную очистку на линиях, вообще, и окончательную, в частности.
Таблица 1
Характеристики отечественных и зарубежных пневмосортировальных столов производительностью 1,0-3,0 т/ч
Показатели Отечественные пневмо- Зарубежные пневмосортировальные
сортировальные столы столы
ПСС-1 ПСС-2,5 KD-120 (Германия) КА-1500 (Дания) DGS13 (Швеция)
1 Производительность, т/ч 1 2,5 3 2,1 2
2 Установленная мощность, кВт 3,75 6,6 12,55 8,25 6,0
3 Масса, кг 700 650 1300 1000 1000
4 Площадь деки, м2 0,46 1,08 2,76 0,80 1,3
5 Удельная энергоемкость, кВт*ч/т 3,75 2,64 4,18 3,92 3.0
6 Удельная производительность, кг/с*м2 0,60 0,64 0,30 0,73 0,43
7 Удельная металлоемкость, кг*ч/т 700 260 433 476 500
Поэтому, целью настоящего исследования является изыскание параметров и режимов сепарации семян в вибропневмоожиженном слое на деке с тремя направителями.
Методика. Исследования проведены в научно-исследовательской лаборатории инженерного факультета Пермского аграрно-тех-нологического университета имени академика Д.Н.Прянишникова на оригинальном образце машины, на деке которой установлены три направителя [14] (Рис.1).
Для разделения семян пшеницы сорта Каменка влажностью 10,6% и натурой 812 г/дм3 в вибропневмоожиженном слое использовали зерновой материал, прошедший предварительную очистку, сушку, очистку на машинах К531с отделением коротких и длинных
примесей. В качестве примесей в опытах использовали семена свербиги и овсюга. Опыты проведены с использованием методики двух-факторного эксперимента при настроечном значении подачи 2,5 т/ч. В процессе опытов частоту колебаний деки устанавливали на трех уровнях: нижний - 460, нулевой - 480 и верхний - 500 мин"1 при эксцентриситете - 0,0075 м. Угол продольного наклона деки устанавливали - 4, 5 и 6° при поперечном угле равном 0°. Скорость воздушного потока контролировали анемометром в пределах 1,0-1,2 м/с, а регулировали заслонкой вентилятора.
В качестве технологических оценок использовали: степени выделения примесей, выходы фракций, потери семян, натуру очищенных семян.
Рис 1. la-схема пневмосортировального стола; 16-Опытный образец пневмосортировального стола: I - дека машины с приемниками семян 16 ; 2 - рама; 3 - воздушный канал; 4 - входное окно вентилятора 5; 6 - эксцентриковый вал со шкивом 7, приводимый во вращение ремнем 8 ; шкив 10 с двигателем 11; шатун 9 приводящий в колебательное движение рамку 13, установленную на стойках 12: 15 - устройство регулирования наклона деки, имеющей воздуховыравнивающую поверхность 15.
Fig. 1. la -scheme of the pneumatic sorting table; 16 - prototype pneumatic sorting table: I - machine deck w ith seed receivers 16; 2 - frame; 3 - air channel; 4 - fan entrance window 5; 6 - eccentric shaft with pulley 7. driven into rotation by a belt 8 ; pulley 10 with engine 11; connecting rod 9 leading to oscillatory motion frame 13 mounted on racks 12; 15 - a device for regulating the inclination of a deck having an air-leveling suriace 15.
Проведено 9 серий опытов, в которых численные значения факторов устанавливали на трех уровнях. В опытах на установившемся режиме проводили отбор основной, промежу точной фракций и отходов - потерь семян в течение 10 секунд. Опыты проведены в трехкратной повторности. После опытов рассчитывали средние значения выходов фракций очищенных семян (основной и промежуточной их потерь), а также на основе определения
Приборы, используемые
засоренности фракций семян сорняками рассчитывали степени их выделения по методикам [I]. Натуру очищенных ссмян пшеницы определяли литровой цуркой. Приборы, применяемые для проведения опытов, приведены в таблице 2. Обработка экспериментальных данных проведена при помощи программы Statgraphics Plus 3.0.
Таблица 2
при проведении опытов
I йимайование Марка Назначение
Весы электронные МК-6.2-А20 Измерение массы 1гроб материала, поступающего в машину и фракций очищенных семян и отходов
Секундомер СДС-пр! Определение времени отбора проб
Влагомер Фа vim М Измерение влажности семян
Литровая 1 гурка IIX-I Определение объемной массы (натуры) семян на входе и выходе машины
Термоанемомегр Testo 417 Измерение скорости воздушного потока над слоем семян, движущихся по деке
Результаты. Расчеты по программе Statgraphics Plus 3.0 позволили получить регрессионные модели (1)-(7). положенные в основу построения поверхностей откликов и двумерных сечений (Рис.2-8) для 7 оценок рабочего процесса машины.
Y, = 92,49 + 0.30 X, - 9,18 X? - 12,74 X2, - 0,45 Х2Х, - 0,30 Х2?
R2=0.91
Для степени выделения семян свербиги У/ из основной фракции получено уравнение (1) с поверхностью отклика и двумерным сечением (Рис.2).
(I)
N
В Х2
' I / [ / г / ••' "4 \ \ \ \ N
; L < у Ii' / v_____„ N \ \ '> \ 4 \
/ 7 н/ / \ \ \ \ \
Г/У / \ N \ \ \ \
// V \ N А.Л
VätJ --Ji
„..., л
— в
— Si
— и
— я
......я
•1 АН -02 42 0.6 1
АХ1
а б
Рис 2. Поверхность отклика а и двумерное сечение б модели Y/- степени выделения семян свербиг и ич основной
фракции, %
Fig. 2. Response surface a and two-dimensional section б of model Y/ - the degree of isolation of bunias seeds from the
base fraction. %
Согласно рисунку 2, при углах наклона биги. Для степени выделения У: семян свср-дски 4-5" и частоте сё колебаний 480 мин'1 биги получено уравнение (2) с поверхностью обеспечивается выделение 98-90% семян свер- отклика и двумерным сечением (Рис.3). У2 = 61,59 - 11,25 X, - 13,47 X, - 29,04 X2, + 12,66 X, Х2 + 9,62 Х23 (2)
Я2=0.91
й
I
с
/ / / J / / j
/ / 1
/ Л ** \ \ \
у' У \ '\] \ \ , \ \
-----.. . 4 \ \ \ \ ]
ЛИ
■02 И
А XI
а 0
Рис 3. Поверхность отклика а и двумерное ссчеиие б модели Y? • степени выделения семян свербиги из промежуточной фракции, %
Fig. 3. Response surface a and two-dimensional cross-section б of model Y; - the degree of isolation of bunias seeds from
the intermediate fraction. %
Согласно рисунку 3. при углах наклона деки 4-5" и частоте сё колебаний 480 мин"1 обеспечивается выделение 80-70 % семян свербиги.
Дтя степени выделения семян овсюга Уз получено уравнение (3) с поверхностью отклика и двумерным сечением (Рис.4).
Уз = 62.16 - 2.80Х/ - 18.42 X, - 5,40 Х2,+ 1.5 X, X, + 6.61 X2?
R2=0.99
I
и
х u
£С И
м
■I
-и- да ад 0,6 I -1
А_Х1 Л XI
а б
Рис 4. Поверхность отклика а и двумерное сечение б модели'Уз - степени отделения семян овсюга to основной
фракции, %
Fig. 4. Response surface a and two-dimensional cross-section б of model Уз - degree of separation of wild oat seeds from
the basic fraction. %
а б
Рис 6.11оверхпостъ отклика а и двумерное сечение б модели Ys - расходной характеристики основной фракции,0/« Fig. 6. Response surface a and two-dimensional cross-section б of model Yj - consumption characteristics of the base
lraction.%
Для расчета степени выделения У у овсюга получено уравнение (4) с поверхностью отклика и двумерным сечением (Рис.5). Согласно рисунку 5 при угле наклона деки 40 и частоте ее колебаний 470-490 мин-1 обеспечивается выделение 47-55% семян овсюга.
У4 = 43.41 + 5,71Х; - 5.605 Х2 - 15,72 X2, + 3.00 X; Х2 + 8.61Х22
И.2=0,78
Для расчета выхода (расходной характеристики) У5 получено у равнение (5) с поверхностью отклика и двумерным сечением (Рис.6)
У*.!
— 3
_V7
-г И
_к
_а
— й
___Я
—а _;;
Рис 5. Поверхность отклика а и двумерное сечение б модели Yу - степени отделения семян овсюга из промежуточной фракции, %
Fig 5. Response surface a and two-dimensional cross-section б of model Yy - degree of separation of wildcat seeds from
the intermediate fraction. %
Yj =61.94+ 1.50 X/ - 5.72 X? - 1,10 X2, - 1,90 X, X2 + 3,98 X2,
R2=0,95
Согласно рисунку 6. при угле наклона угле её наклона 50. среднее значение одно-
деки 40 и частоте её колебаний 480-500 мин- именной расходной характеристики не пре-
1 обеспечивается выход семян в количестве вышает 58 % при натуре фракции - 817 г/дм"
74.0-70.0 %. При очистке пшеницы на дскс [ 17|. Дтя расчета расходной характеристики
не имеющей направителей при продольном потерь семян пшеницы получено уравнение
(6) и построена поверхность отклика (Рис.7).
У, = 10.12 - 0,18 Х; + 2,28 Х2 + 0,24 X2, + 1,14 X, X. - 0,88 X2., (6)
Я~0.95
В Х2
Рис.7 J кжерхность отклика Ys - потери семян в отходы, % Fig. 7. Response surface Yä - loss of seeds in waste, %
Согласно рисунку 7, при угле наклона деки 40 и частоте её колебаний 460-500 мин-1 потери семян пшеницы в отходы - 6.0-9,0 %. что ниже допустимых.
У, = 813,778 + 0.17 X; - 3,33 X: - 2.17 X2, + 0,25 X/ X; + 3,33 Х22
Я2=0,81
Для расчета натуры У1 в г/дм3 семян пшеницы получено уравнение (7) с поверхностью отклика (Рис.8).
(7)
м
к
■ \ \ j
; I / / , (
; / --------
__________
¿5: —"* —• -------- ,..... *
YaJ
— Ш
......¡0
— Щ
— 51«
— ИИ
— щ —• лу
А.XI
а
б
Рис 8. Поверхность отклика а и двумерное сечение о модели Y- - натура семян основной фракции Fig. 8. Response surface a and two-dimensional cross-section б of model Y- - seed volume weight of the main fraction
Согласно рисунку 7 при частотах колебаний деки в диапазоне 470-490 мин'1 при ее продольных углах наклона в диапазоне 4-5" обеспечивается нату ра очищенной фракции в диапазоне 817-819 г/дм'.
Вывод. При очистке семян пшеницы от трудноотделимых примесей и выделении
фракции с повышенной натурой на усовершенствованном пневмосортировальном столе с тремя направителями на деке, при её удельной нагрузке 2.57 кг/с м2 для обеспечения степени отделения семян свербиги и овсюга из семян пшеницы в диапазоне
