Обоснование основных показателей технологической настройки процесса пневмосепарирования зерна Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ПРОЦЕССА ПНЕВМОСЕПАРИРОВАНИЯ ЗЕРНА

В.И. Подолико

На основе исследований, проведенных на кафедре «Сельскохозяйственные машины» АГАУ, было установлено, что технологическая настройка процесса пневмосепарирования зерна должна включать следующие этапы: ^ •

- отбор проб исходного зерна и выходов пневмосепараторов;

- оценка сепарирующей возможности воздушного потока при очистке и сортировании зерна;

- определение численных значений регулируемых параметров;

- установка и поддержание режимов пневмосепарирования в производственных условиях;

- контроль качества пневмосепарирования зерна.

Причем определение основных показателей технологической настройки процесса пневмосепарирования требует предварительного разделения пробы зерна на классы по скоростям витания, которое производится методом пневмоклассификации зерновых навесок.

Отбор проб при технологической настройке необходимо проводить для качественной оценки исходного зерна и готовых продуктов пневмосепарирования. Отбор из транспортных средств рекомендуется производить согласно ГОСТ 12036-36.

Основным показателем качества отбора проб является ее представительность, т.е. соответствие пробы по качеству исходной партии зерна. Для того, чтобы выполнить это требование ГОСТа при отборе проб из потока зерна, необходимо определить частоту отбора проб и количество выемок для составления среднего образца.

Обоснование числа выемок для составления образца необходимо провести с учетом изменчивости физико-механических свойств зерна до и после обработки. В качестве показателей изменчивости свойств зерна можно использовать изменчивость сорной и зерновой примесей.

Для случая нормального распределения примесей до и после очистки зерна минимальное число выборок для составления среднего образца можно определять по следующему выражению [ 1 ]: - ч - > .

\2 (

-9-

^ тжк \

(1)

где шх - математическое ожидание засоренности зерна, %;

ох - среднее квадратическое отклонение засоренности зерна, %;

1шах - максимально допустимая статистическая ошибка при определении засоренности зерна.

Значение величины определяется по таблице нормального интеграла.

Периодичность отбора проб зерна в потоке для технологической настройки процесса пневмосепарирования можно определить методом спектрального анализа [2] процесса изменения содержания примесей, отделимых воздушным потоком, в исходном зерне и готовых продуктах пневмосепарирования при предварительной, первичной и вторичной очистках и контроле качества готовых продуктов.

Целесообразность применения пневмо-сепарирования на какой-либо стадии послеуборочной обработки зерна можно определить при сравнении показателей эффективности, полученных методом пневмоклассификации проб зерна [3].

Технологическая эффективность процесса пневмосепарирования при очистке зерна может оцениваться показателями извлечения из зерна примесей и потерь зерна с примесями по следующим выражениям:

- показатель извлечения примесей

Ппр =

т.

т.

(2)

показатель потерь зерна с примесями

п = ^-

113 >

где гп'п и тз - масса примесей и зерна,

вынесенных из исходного зерна воздушным потоком, г;

тп и тз - общая масса примесей и зерна в исходном материале, г.

Численные значения т'п и т'3 можно

определить по результатам качественного анализа компонентов классов, полученных методом пневмоклассификации зерновой навески.

Для наглядности процесс пневмоклассификации зерна можно представить как последовательное пневмосепарирование на простых сепараторах, режимы воздушного потока в которых последовательно возрастают на определенную величину ДУ.

На рисунке 1 а кружочками показаны режимы воздушного потока V,, зерновая навеска рн, выходы осадочной камеры пнвмосепарирующего канала ГП| и ()<.

Общая закономерность процесса пневмосепарирования заключается в том, что

при каждом режиме воздушного потока исходный материал делится на две части, которые качественно отличаются от исходного зерна по аэродинамическим свойствам. Чем однороднее фракции по аэродинамическим свойствам, тем точнее осуществлена пневмосепарация и тем выше эффективность разделения.

Выходы осадочной камеры пневмоклассификатора представляют собой вариационный ряд распределения зерна по скоростям витания. После проведения качественного анализа компонентов классов вариационный ряд можно представить в виде интегральных кривых распределения примесей и зерна по скоростям витания (рис. 1 б), исходя из следующего.

Вариационный ряд, полученный в процессе пневмоклассификации, состоит из п классов, масса которых равна шь т2,...тп, выделенных при скоростях воздушного потокаУь У2,...У„.

ли*

;Ш.П и

>гп

.....

"1Т:

дГП

Рис. 1. Определение показателей пневмосепарирования зерна методом пневмоклассификации проб: а - последовательное пневмосепарирование зерна на простых рабочих органах, где п^ и Сй - выходы пневмосепараторов; б - показатели технологической эффективности процесса пневмосепарирования, определенные методом пневмоклассификации проб зерна, где П3 и Е - показатели извлечения примесей, потерь зерна и технологическая эффективность процесса; в - оценка пневмосепарирования при сортировании

зерна

Для определения показателей извлечения примесей г]Пр и потерь зерна П3 при скоростях воздушного потока V), У2,...У„ достаточно определить массу примесей и зерна в каждом из п классов. Пусть масса примесей в каждом из п классов будет равна Ш)п, П12п, тзп,...тпп. Тогда относительное содержание примесей в каждом классе можно определить по следующим выражениям:

т,

-для примесей СС{п -

Чя

т

т.

а1п ~

т.

т.

т

- для зерна

а

Із

із

т.

т

аъ =

2з

т.

т

3 3

Соответственно показатели извлечения примесей и потерь зерна при скоростях воздушного потока V], У2,...УП будут равны:

1\п =аы, Ъг,=а2п+<Х2п'у...

*1пп=а\п+а2п+- + апп'<>

П\п “ (Х\3 ; ^2з = ^2з а2з » • * *

Пт=аь+а2з+...+ат.

Графически изменение показателей извлечения примесей и потерь зерна можно представить в виде следующих функций (рис. 1 б):

- показатель извлечения примесей

Я

пр

\aXvyiV;

показатели потерь зерна

П„ = \ccXvW-

(4)

(5)

Возможности воздушного потока для решения задач сортирования можно оценивать по разнице Дгп массы 1000 шт. зерен двух соседних классов, вариационного ряда распределения зерна по скоростям витания, т.е.:

Ат = т[ - т2, (6)

где т[ - масса 1000 шт. зерен одного класса;

т'2 - масса 1000 шт. зерен другого

класса.

;ЗГІ5и:.ад К'і

Если массу 1000 шт. зерен каждого класса обозначить через т[,т'2,...т1п, то разница между массами 1000 шт. зерен получившихся фракций при скорости воздушного потока V1 будет равна:

Ди,

агз + аз* + ••■ + <**,

при У2:

Дт - а^тг + ал,тл+- + а,,,т„ а\ ,Щ +а2 ,т1 аЪ + 0Ч, + ■■■ + ап, а\АаЪ

при У і: Атг при Уп.

Дот,,, - т[

а,,т. от, 4-..ла.

аи +аи + ... + а(„_|)т

Задавшись величиной Дт, которая характеризует выравненность зерна по аэродинамическим свойствам, можно определить величину средней скорости воздушного потока при сортировании.

На рисунке 1 б точка пересечения зависимости Дш = Г(У) с осью абсцисс указывает на нецелесообразность дальнейшего повышения скорости воздушного потока при сортировании.

Технологическую эффективность процесса пневмосепарирования для ьго режима воздушного потока можно определить как разность между' суммарным показателем извлечения примесей и суммарным показателем потерь зерна, полученных по результатам пневмоклассификации зерновой навески (рис. 1 б):

С,- (7)

В результате исследования установлено, что технологическая эффективность процесса пневмосепарирования зерна Е уменьшается, если средняя скорость воздушного потока при пневмосепарировании меньше или больше некоторой величины У0, т.е. Е достигает некоторого максимума при скорости воздушного потока (V - У0) и убывает с ростом V в интервале (У0; оо). Приведенные рассуждения и статистические данные многочисленных наблюдений позволяют утверждать, что среди многих функций, имеющих зависимость вида, как на рис. 1 б), для данного случая приемлема функция вида [4]:

Е = Ео£

■НУ-У.Г

(8)

где Е0 - максимальное значение эффективности разделения при V - У0;

Ь - параметр скорости воздушного потока, характеризующий убывание Е при увеличении величины (V - У0).

Для определения параметра Ь необходимо знать величину оу, равную величине (V - У о), при которой Е имеет значение, равное половине максимального, т.е.

| ~Ьа„

тогда параметр Ь связан со-2

отношением Ь-Іп

а,

Учитывая данное соотношение, можно записать, что:

(9)

Из анализа графической зависимости Е = А[У) следует, что слишком малые и слишком большие скорости воздушного потока в процессе пневмоклассификации оказывают малые воздействия на технологическую эффективность разделения зерна.

Основными регулируемыми параметрами процесса пневмосепарирования являются зерновая нагрузка и средняя скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале.

Зерновую нагрузку на канал устанавливают в зависимости от производительности зерноочистительной машины. Причем оптимальная нагрузка на рабочий орган зависит от вида обработки и культуры, влажности и засоренности исходного зерна. Так, исходя из требования ГОСТ 5888-74 оптимальную нагрузку на рабочий орган можно определить по следующей зависимости:

е = - 0,05Д^Х' - 0.02ЛС); (10)

где к* - коэффициент, учитывающий вид зерновой культуры;

(Зо - номинальная производительность машины, т/ч;

= 1¥, 5%...) - превышение

влажности при обработке зерна, %;

\У; - влажность исходного зерна, %;

15 и 20% - нормативная влажность зерна при первичной и предварительной обработках;

АС = С, - (3; 10; 15%) - превышение

засоренности зерна при обработке, %;

С; - засоренность исходного зерна, %;

3, 10, 15% - нормативная засоренность зерна при вторичной, первичной и предварительной обработках.

Для снижения трудоемкости вычисления коэффициента, учитывающего снижение нагрузки на рабочий орган при увеличении влажности и засоренности исходного зерна, разработана специальная «Линейка механика зернотока» [3], используя которую можно быстро определить численное значение коэффициента.

Определение фактической нагрузки на рабочий орган можно производить по специальной номограмме, разработанной в СибИМЭ [4].

Теоретически среднюю скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале можно определить по статистическим характеристикам распределения зерна и примесей по скоростям витания.

Так как процесс пневмоклассификации проводится методом последовательного пневмосепарирования, то на любом из режимов воздушного потока можно оценить технологическую эффективность по показателю извлечения примесей из зерна Т|пр и показателю потерь зерна с примесями П3.

Если принять нормальный закон распределения зерна и примесей по скоростям витания, то показатели г)пр и П3 можно выразить через статистические характеристики распределения ту и 0у согласно известным зависимостям [5]:

- показатель потерь зерна:

Я3 =50 + — Ф 100

V.

т,

\

V,:

/

показатель извлечения примесеи:

Л,

пр

V -ту 50 + Ф(—

Си

(И)

(12)

где Уч - делящая варианта скорости воздушного потока, м/с;

ту, а], и ту, а у - статические характеристики распределения зерна и примесей по скоростям витания;

Ф =

(к~

т,

- табулированный

у

интеграл вероятностей.

Таким образом, среднюю скорость воздушного потока можно определить, исходя из допустимого значения потерь зерна с примесями, т.е. по следующему выражению:

(ТІ 100

П.- 50.

(13)

По таблице значений интеграла веро-

ятностей определяют

У'-т‘у

crl

а затем

вычисляют величину средней скорости воздушного потока, т.е. делящую варианту скорости воздушного потока. Подставив значение делящей варианты в выражение (12), можно определить вероятность извлечения примесей на данном режиме воздушного потока.

Для технологической настройки процесса пневмосепарирования необходимо установить допустимые пределы изменения средней скорости воздушного потока.

Ориентировочно' пределы регулирования режима воздушного потока можно определить по выражению (11), если предварительно известны пределы допустимых потерь зерна в отходы и статистические характеристики распределения зерна и примесей по скоростям витания.

Согласно агротехническим требованиям на машины предварительной очистки потери зерна основной культуры в отходы допускаются не более 0,2% от массы зерна основной культуры, при первичной очистке потери не должны превышать 0,5%, а при вторичной очистке - не более 3,0% [6].

Зерноочистительные машины предварительной, первичной и вторичной очисток, как правило, имеют одну или две воздушные системы. Если отнести указанные выше потери зерна основной культуры при лневмосепарированиии, то допустимые пределы регулирования скорости воздушного потока можно выразить через показатели ту и оу следующими выражениями;

при предварительной очистке:

= ту - (2,9 4- 3,0)<7У; (14)

при первичной очистке:

Уч-ту- (2,6 ч- 2,9)сг у; (15)

при вторичной очистке:

Уч=ту-(Ъ9 + 2,6)сгу; (16)

при выделении семенной фракции воздушным потоком исходя из условия попадания в отходы 30-40% зерна:

г, =юк-(0,25-0,55)о>; (17)

Теоретические основы определения допустимых пределов регулирования зерновой нагрузки на рабочие органы зерноочистительных машин в зависимости от изменчивости физико-механических свойств исходного зерна, поступающего на послеуборочную обработку, обоснованы в работах В.А. Кубышева и др. [7] и могут являться основой для настройки процесса пневмосепарирования.

Библиографический список

1. Азаров В.М. Характеристика зерновой массы, поступающей на пункты послеуборочной обработки зерна // Механизация сельскохозяйственного производства. - Барнаул, 1974.

2. Бусленко П.П. Математическое моделирование производственных процессов. - М.: Колос, 1964.

3. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. - Л.: Колос, 1970.

4. Лившиц Н.А., Пугачев В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. - М.: Советское радио, 1963. - Ч. 1 и II.

5. Климок А.И., Подоляко В.И. Линейка механика зернотока // Механизация и электрификация производственных процессов в колхозах и совхозах Алтая: Труды АСХИ. ~ Барнаул, 1978.

6. Верховский И.М. Основы проектирования и оценки процессов обогащения полезных ископаемых. - М.; Л., 1949.

7. Кубышев В.А. Технологические основы интенсификации процесса сепарации зерна // Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1969. - Вып. 36.