CC BY
0А.А. Абидуев, канд. техн. наук, доц., email: abana47@mail.ru Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова, г. Улан-Удэ
Н.М. Иванов, д-р техн. наук, email: sibime@ ngs.ru Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства СФНЦА РАН, пос. Краснообск, Новосибирская обл.
Н.А. Урханов, д-р техн. наук, проф.
Б.Д. Цыдендоржиев, канд. техн. наук, доц.
Г.Ф. Ханхасаев, д-р техн. наук, проф.
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 631.362.34:631.53.01
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СЕМЯН В УСЛОВИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ
В статье обоснованы технологии очистки семян от наиболее трудноотделимой примеси (татарской гречихи). Определены приведенные показатели полноты выделения примеси и потерь семян в отходы, и путем их анализа определено содержание примеси в очищенном семенном материале. С помощью анализа засоренности семенного материала обоснованы технологии очистки семян категорий «репродукционные для производства товарной продукции», «репродукционные» и «элитные». Семена категории «репродукционные для производства товарной продукции» и «репродукционные» рекомендуется обработать по технологии с рациональными параметрами (с размером ячеек кукольного цилиндра 5,6-6,3 мм и определенным положением рабочих кромок его желоба) элитные семена рекомендуется дополнительно обработать на ленточном сепараторе с новой рабочей поверхностью. Разработана номограмма для выбора технологии очистки семян в зависимости от засоренности исходного семенного зерна и его категории.
Ключевые слова: приведенный показатель полноты выделения трудноотделимой примеси из зерна и потерь семян в отходы, математическая модель.
A.A. Abiduev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
N.M. Ivanov, Dr. Sc. Engineering N.A. Urkhanov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
B.D. Tsydendorzhiev, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
G.F. Khankhasaev, Dr. Sc. Engineering, Prof.
SUBSTANTIATION OF SEEDS CLEANING TECHNOLOGY IN THE CONDITIONS
OF TRANSBAIKALIA
The technology of cleaning seeds from the most hard-separable impurity (Tatar buckwheat) is substantiated in the article. Represented indicators of the efficiency of impurity separation and the loss of seeds in waste are defined. And by their analysis the content of the impurity is determined. The technologies for cleaning seeds of the reproductive for the commercial production, reproductive and elit category are proved. Seeds of the reproductive category for the commercial production and reproductive one are recommended to be processed according to the technology with rational parameters (with the size of the cells of the puppet cylinder 5.6-6.3 mm and a certain position of the working edges of its trough.) Elite seeds are recommended to be further processed on a belt-type separator with a new working surface. A nomogram for the selection of seed cleaning technology depending on the contamination of the initial seed grain and its category was developed.
Key words: the indicator of separation efficiency of hard-separable impurity and the loss of seeds in waste, mathematical model
Введение
В семенах пшеницы наиболее трудноотделимой примесью является татарская гречиха. Определение содержания данной примеси в семенном материале при моделировании процесса
очистки может быть осуществлено путем анализа приведенных показателей полноты выделения примеси из семян и потерь ценной фракции в отходы [1].
Результаты исследований
Приведенный показатель полноты выделения трудноотделимой примеси при обработке зерна по существующей схеме зависит от полноты ее выделения из обрабатываемого материала при первичной Еп и вторичной очистке Ев, триеровании Ет и сортировании Ее, и данный показатель можно представить в виде:
Ео = ао Еп + а1 Ев + а2 Ет + аз Ее. (1)
Значение коэффициента уравнения регрессии ао=1, значения остальных коэффициентов определяются по выражениям: а1 = (1 - Еп); а2 = (1 - Еп)1(1 - Ев); аз = (1 - Еп)1(1 - Ев)1(1 -Ет), или а=ао(1-Еп); а2 = а}(1 - Ев); аз = а2(1-Ет), в общем виде аi=аi-l(1- Е-1). Подставив значения коэффициентов в уравнение (1), получим математическую модель процесса очистки семян от трудноотделимой примеси по существующей технологии в виде:
Ео = Еп + (1 - Еп)Ев + (1 - Еп) ' (1 - Ев)Ет + (1 - Еп) ' (1 - Ев) ' (1 - Ет)Ес. (2)
По данным предварительных исследований, полнота выделения татарской гречихи из семенного зерна при его первичной очистке составляет Еп = 0,10-0,12, вторичной - Ев = 0,300,32, очистке в кукольных цилиндрах (при нагрузке, определенной пропускной способностью овсюжных цилиндртов) с положением рабочих кромок желобов под углом 30° - Ет=0,83, 35° -Ет=0,81, 40° - Ет=0,78, 45° - Ет=0,68 и сортировании - Ее = 0,40-0,42.
Суммарные потери семян в отходы зависят от потерь семян при первичной Пп, вторичной очистке Пв, очистке в кукольных цилиндрах Пт и сортировании Пе , и данный показатель можно представить в виде:
По =Ьо Пп +ЬПв +Ь2Пт + ЬзПе. (3)
Значения коэффициентов уравнения (3): Ьо=1, Ь1=100"1(100-Пп), Ь2=100"2(100-Пп)'(100-Пв), Ьэ=100"3(100-Пи) * (100-Пв) * (100-Пт), в общем виде ^=Ьм(100-Пм)/100. Подставив их значения в уравнение (3), получим выражение для определения суммарных потерь семян в отходы при очистке их по существующей схеме в виде:
По=Пп + 100-1(100-Пп)Пв+ 100"2(100-Пи) * (100-Пв)Пт+ + 100"3(100-Пи) * (100-Пв) * (100-Пт) Пе. (4)
Полнота выделения данной примеси при обработке семян в триерном цилиндре с диаметром ячеек 5,6 и 6,3 мм выше на 0,10-0,13, чем в цилиндре с ячейками 5,0 мм, установленном на зерноочистительных машинах. Изменение показателей качества технологического процесса очистки семян от татарской гречихи в кукольном цилиндре с ячейками 5 мм и по существующей технологии, в кукольном цилиндре с рациональным размером ячеек и по технологии с рациональными параметрами в зависимости от положения рабочей кромки желоба цилиндра, полученное путем моделирования, представлено на рисунке 1.
Е„ Ео
пт,п0,% Е,.Е0
20 0,9
15 0.8
10 0.7
5 0.6
0 0.5
а„.град.
а б
Рисунок 1 - Изменение качественных показателей процесса очистки семян от татарской гречихи по существующей технологии (а) и существующей технологии с рациональными параметрами (б) в зависимости от угла наклона рабочей кромки желоба кукольного цилиндра
При допустимых потерях семян в отходы Пт=3 % полнота выделения данной примеси в кукольном цилиндре с рациональным размером ячеек составляет 0,92, что на 0,13 выше, чем в кукольном цилиндре с ячейками 5 мм. Приведенный показатель полноты выделения трудноотделимой примеси из семян при очистке их по существующей технологии с рациональными параметрами составляет 0,968, что на 0,044 выше, чем по существующей технологии. При этом суммарные потери семян в отходы составляют 15,0 % (см. рис. 1).
Содержание трудноотделимой примеси (татарской гречихи) в очищенных семенах Сос при высокой засоренности исходного зерна данной примесью (Сяс=460-540 шт./кг) при обработке их по существующей технологии и технологии с рациональными параметрами составляет соответственно 43-48 и 17-19 шт./кг. При очистке таких семян по существующей технологии семенной материал по чистоте отвечает требованиям, предъявляемым к семенам категории «репродукционные для производства товарной продукции», но не отвечает требованиям, предъявляемым к семенам категории «репродукционные», у которых допустимое содержание семян сорняков по стандарту составляет 20 шт./кг. При обработке семян по существующей технологии с рациональными параметрами семенной материал отвечает по чистоте требованиям, предъявляемым к семенам категории репродукционные. Для очистки от татарской гречихи элитных семян, у которых допустимое содержание семян сорняков составляет 5 шт./кг, необходимо изыскать новый признак их делимости и разработать рабочие органы для окончательной очистки семенного материала от данной примеси.
Для доведения семян высоких категорий до требований стандарта по содержанию семян сорняков необходимо определить требования к качеству их окончательной очистки от трудноотделимой примеси. Полнота выделения примеси из семян может быть определена по выражению:
100(СС - сн)
Еок >---(5)
ок С- (100 - Пок У
где Сн - допустимое по стандарту содержание в семенном материале семян сорняков, шт./кг; Пок - потери семян в отходы (фураж) при их окончательной очистке, %.
Допустимое значение полноты выделения трудноотделимой примеси при окончательной очистке семян категории «элитные», прошедших обработку по существующей технологии и по существующей технологии с рациональными параметрами при принятых потерях семян в отходы 0,5 % составляет соответственно 0,90 и 0,74. Такое качество очистки семян от трудноотделимой примеси обеспечивает ленточный сепаратор с новой рабочей поверхностью [2, 3].
Приведенный показатель полноты выделения трудноотделимой примеси при обработке семян высоких категорий по предлагаемой технологии с окончательной очисткой семенного материала от данной примеси [4] можно представить в виде уравнения регрессии:
Ео = аЕп + аЕв + аЕт + азЕс + а4Еок. (6)
В данном уравнении коэффициент а4=(1-Еп)<'(1-Ев)<-(1-Е) '(1-Е-). Подставив значения коэффициентов в уравнение (6), получим математическую модель технологического процесса очистки семян по предлагаемой технологии в виде:
Ео=Еп+(1-Еп)Ев+(1-Еп)' (1-Ев)Ет+(1-Еп)' (1-Ев)' (1-Ет)Е-+
+ (1-Еп)' (1-Ев)' (1-Ет)' (1-Ес)Е . (7)
Суммарные потери семян в отходы при обработке семенного зерна по предлагаемой технологии могут быть определены по выражению:
По=Пп + 100"1(100-Пп)Пв+ 100"2(100-Пп)' (100-Пв)Пт+ + 100"3(100-Пп)' (100-Пв) '(100-Пт) Пс+100"4( 100-Пп) '(100--Пв) '(100-Пт)'(100-Пс) Пок . (8)
Суммарные потери семян в отходы (фураж) при принятых потерях семян в отходы в процессе их окончательной очистки, определенные по выражению (8), составляют По=15,4%.
Полнота выделения примеси из семян при их окончательной очистке на ленточном сепараторе, по данным предварительных исследований, составляет 0,90-0,95. Изменение показателей качества технологического процесса очистки семян от татарской гречихи в кукольном цилиндре по существующей технологии и на ленточном сепараторе, в кукольном цилиндре с рациональным размером ячеек, по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе в зависимости от положения рабочей кромки желоба цилиндра, полученное путем моделирования, представлено на рисунке 2.
Е„ Ео
40 ал, град.
пг.п„,% Ет. Е0
20 0.9
15 0.8
10 0.7
5 0,6
0 0.5
Л
i i
пт. По. °/с
40
50
О
ал, град. %
а б
Рисунок 2 - Изменение качественных показателей процесса очистки семян от татарской гречихи по существующей технологии и на ленточном сепараторе (а), по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе (б) в зависимости от угла наклона рабочей кромки желоба
кукольного цилиндра
Приведенный показатель полноты выделения данного сорняка из семян при обработке их по существующей технологии и на ленточном сепараторе (ПТ 2), по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе (ПТ 3) составляет соответственно 0,989 и 0,995, а потери семян - 15,4 % (см. рис. 2 а, б). При очистке зерна с высокой засоренностью татарской гречихой (460-540 шт./кг) содержание семян сорняка в семенном материале доводится соответственно до 4-5 и 2-3 шт./кг, что отвечает требованиям, предъявляемым к элитным семенам.
Рассмотрим изменение содержания трудноотделимой примеси в семенах по этапам обработки семенного зерна. Содержание трудноотделимой примеси в семенном материале (шт./кг) после его 1-й очистки может быть определено по выражению;
0 _100Q _i(l-e¡). (9)
1 100-п 1
Расчеты по выражению (9) показали, что при обработке семенного зерна с засоренностью татарской гречихой 540 шт./кг по существующей технологии содержание татарской гречихи в семенах после первичной и вторичной очистки, триерования и сортирования составляет соответственно 493, 349, 72 и 48 шт./кг, по технологии с рациональными параметрами (Пт 1) _ соответственно 493, 349, 29 и 19 шт./кг. При очистке семенного зерна с указанной засоренностью по существующей технологии и на ленточном сепараторе (Пт 2) содержание сорняка в семенах доводится до 5 шт./кг, по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе (Пт 3) - до 2 шт./кг. Для общего случая определено изменение содержания данной примеси в семенах, очищенных по существующей технологии (СТ), по технологии с рациональными параметрами (ПТ1), по существующей технологии и на ленточном сепараторе (ПТ2), по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе (ПТ3), в зависимости от засоренности исходного зерна, путем анализа которых может быть выбрана технология очистки семян разных категорий от трудноотделимой примеси (рис. 3).
Ст. ШТ/кг! 70 60 50 40 30 20 10 о
у
Рптп
ст
р
ПТ1
ПТ2 ПТЗ
О 100 200 300 400 500 600 СИ1П, шт/кг Рисунок 3 - Номограмма для выбора технологии очистки семян от трудноотделимой примеси: Рптп - зона, отвечающая требованиям к семенам категории «репродукционные для производства товарной продукции» (по засоренности); Р - «репродукционные»; Э - «элитные»
Семена категории «репродукционные для производства товарной продукции» и «репродукционные» при обработке по существующей технологии (СТ) могут быть доведены до норм стандарта по содержанию семян сорных растений (70 и 20 шт./кг) при засоренности исходного зерна соответственно до 740 и 220 шт./кг. Элитные семена могут быть доведены до норм стандарта по чистоте (5 шт./кг) при очистке их по технологии с рациональными параметрами (ПТ1), а также по существующей технологии и на ленточном сепараторе (ПТ2) в случае засоренности исходного зерна соответственно до 150 и 500 шт./кг (см. рис. 3). При большей засоренности элитных семян данной примесью рекомендуется провести очистку их по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе (ПТ3).
На номограмме показан пример выбора технологии очистки семян категорий «элитные», «репродукционные» и «репродукционные для производства товарной продукции» с засоренностью татарской гречихой 300 шт./кг. Элитные семена (по засоренности) можно получить при очистке их по существующей технологии и на ленточном сепараторе (ПТ2), а также по технологии с рациональными параметрами и на ленточном сепараторе (ПТ3). Репродукционные семена можно получить при очистке их по технологии с рациональными параметрами (ПТ1), репродукционные семена для производства товарной продукции - по существующей технологии или технологии с рациональными параметрами с содержанием семян сорняка в очищенных семенах соответственно 27 и 10 шт./кг (см. рис. 3).
Расчетное значение приведенного показателя полноты выделения трудноотделимой примеси при обработке семян категории репродукционные и элитные с указанной выше засоренностью татарской гречихой (540 шт./кг) по технологии с рациональными параметрами, по данной технологии и на ленточном сепараторе составляет соответственно 0,968 и 0,995, что на 0,044-0,071 выше, чем по существующей технологии.
Заключение
Таким образом, путем анализа математических моделей технологических процессов очистки семян обоснованы рациональные технологии их очистки от трудноотделимой примеси с учетом засоренности исходного зерна и категории семенного материала.
Библиография
1. Абидуев А.А., Абидуев Ал.А. Обоснование фракционной технологии очистки зерна // Сб. науч. тр. ВСГУТУ. Серия: Технология и средства механизации в АПК. - Вып. 11. - Улан-Удэ, 2015. - С. 3-5.
2. Патент на изобретение № 2477184 (Россия): МПК В07В 13/00 (2006.01). Ленточный сепаратор / А.А. Абидуев, Ал.А. Абидуев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Бурятская ГСХА им. В.Р. Филиппова» (Россия). - № 2011107032. - Заяв. 24.02.2011; опубл. 10.03.2013. - Бюл. № 7.
3. Абидуев А.А., Ямпилов С.С., Абидуев Ал.А. Исследование технологического процесса очистки семян пшеницы от татарской гречихи на ленточном сепараторе // Вестник ВСГУТУ. - Улан-Удэ, 2012.
- № 2 (37). - С. 45-48.
4. Абидуев А.А., Абидуев Ал.А. Обоснование технологии очистки семян пшеницы // Вестник ВСГУТУ. - Улан-Удэ, 2011. - № 4 (35). - С. 86-90.
Bibliography
1. Abiduev A.A., Abiduev Al.A. Justification of fractional technology for grain cleaning // Coll. of scientific papers of ESSUTM, Series: Technology and mechanization in agriculture. - Vol. 11. - Ulan-Ude, 2015.
- P. 3-5.
2. The patent for the invention N 2477184 (Russia): IPC В07В 13/00 (2006.01). Belt-type separator/ A.A. Abiduev, Al.A. Abiduev; applicant and patent holder "The V. R. Filippov Buryat State Agricultural Academy." (Russia). - N 2011107032. - Stated 24.02.2011; Publ. 10.03.2013. - Bull. N 7.
3. Abiduev A.A., Yampilov S.S., Abiduev Al.A. Study of the technological process of wheat seeds cleaning from the Tatar buckwheat on a belt-type separator // Bulletin of the ESSUTM. - Ulan-Ude, 2012. -N 2 (37). - P. 45-48.
4. Abiduev A.A., Abiduev Al.A. Substantiation of the wheat seeds cleaning technology // Bulletin of the ESSUTM. - Ulan-Ude, 2011. - N 4 (35). - P. 86-90.
