Параметрическая оптимизация работы полимерных решет в отделении очистки зерноочистительных машин Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Параметрическая оптимизация работы полимерных решет в отде-

Аннотация: Появление на рынке новых типов полимерных решет, имеющие другие функциональные и технико-эксплуатационные её показатели, ставит вопрос о новых кинематических режимах их работы. Проведенные исследование рассматриваются вопросы параметрической оптимизации функционирования данного типа решет от угла наклона и кинематических параметров. Нами был проведен системный анализ по существующими технологическим схемам решетных станов и выявлены перспективные направления модернизации. Определены показатели качества семян пшеницы, сепарированные на решетах из полимеров при различных режимах их работы.

Ключевые слова: Системный анализ технологий сепарация зерна, решетный стан, параметрическая оптимизация, семенной материал, травмированность семян, послеуборочная обработка зерна, кинематические параметры.

Введение.

Решетные сепараторы являются основным инструментарием для сепарации зернового материала. Используемые в зерноочистительных машинах решета квалифицируются по следующим признакам: по типу изготовления; по материалу изготовления; по конструкционным признакам; по характеру движения; по форме отверстий; по назначению.

На данный момент времени на рынок выходят решета на полимерной основе из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, они идут в противовес стальным металлическим решетам (материал 0,8пс, 0,9Г2С, 17Г1С). Для изготовления данного типа решет используется сверх высокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ, UHMW PE (ULTRA HIGH WEIGHT MOLECULAR POLYETHYLENE (UHWM PE)) в англоязычной литературе - полиэтилен с

молекулярной массой более 1.5*106 г/моль. Технологические показатели их работы изучены и представлены в виде лабораторных исследований по их влиянию на показатели макро и микро травмированности и износостойкости

лении очистки зерноочистительных машин

12 2 М.Н. Московский , А.А. Бойко , С.А. Герасименко

1ФГБНУ Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, г. Москва

2Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону.

2

[1,2].

При сепарации зерна на данном типе решет будут наблюдаться процессы расслоения слоя и изменения вероятности прохода семян в отверстия решет по иным технологическим параметрам [3-5]. Новые технологические свойства решет (коэффициент трения, формы и размеры отверстий) влияют процессы расслоения слоя и вероятность прохода зерна через отверстия решет.

Возникают вопросы, связанные с кинематическими режимами работы решет, углом наклона, подачей и вариацией размеров отверстий решет, что потребует решения параметрической оптимизации технологического процесса сепарации семян зерновых на решетах, выполненных из полимерных материалов [6-8]. Методика и методология.

В соответствии с целью экспериментального исследования требуется выявление зависимостей" процесса сепарации на полимерных решетах от основных факторов их функционирования.

Задачи исследования:

- влияние кинематических параметров режимов работы решетного стана комплектованного полимерными решетами на технологические показатели процессов сепарации семян;

Исследования проводились на зерновом материале при следующих характеристиках зернового материала и решет: зерновой материал - пшеница озимая (смесь), урожая 2017 г, толщина Ь = 2,5 мм, оь =0,65мм, ширина h=2,8мм, оп=0,35мм, длина 1=6,0 мм, о =0,74мм, вес 1000 зёрен М1000 = 45 ± 0,5 гр.

■ [1,6-1,8-2,0-2,2] [2,4-2,8]

Ч—г Ч-

и

Рисунок 1 - Схемы реализуемых решетных модулей применяемых в данных исследованиях трехрешетный одноярусный стан.

Обозначение величин и их размерность: п - частота колебаний решета, обор/мин эксцентрикового вала; А - амплитуда колебаний, мм; е - эксцентриситет эксцентрика, мм; Р - выход мелкой фракции (проход через решето) в относительных единицах к исходному материалу; Ф - проход в % к исходному материалу; Рс, - содержание мелкой фракции в исходном материале в относительных единицах; и - то же самое, в процентах; qв - загрузка (единицы) ширины решета, кг/ч*дм; - загрузка единицы площади решета (удельная производительность), кг/ч*з[мг; / - длина решета, мм; В - ширина потока зерна на решете, мм; а - среднее квадратическое отклонение, мм; М - средний размер зерна; а - угол наклона решета к горизонту, град; /? - угол направления колебаний (к горизонту), град; е - полнота разделения; а,Ь,с,и,8,К - коэффициенты в формулах.

Доля прохода мелкой фракции в материале и% определялось по формуле [11]:

= (1)

Для чего по данным, полученным в опытах, строился график (Рис.2) в координатах (/# Р, и по графику определялось Р8 в месте пересечения прямой графика с осью ординат.

и,

т ыу

аяя

Л 7Я

а .72"

С(70

«А?

а&о

>''7^- ■'о'^о

/Ц/^г-—С?

.--- £!-

-

К" /

ГР

Рисунок 2. - Доля прохода мелкой фракции пшеницы под первое решето ■ 2.2мм. Из Рис 2 находим: = - 0,585 откуда = 0,26 или и = 26%, при зависимости полноты выделенных от загрузки решета и угла направлений колебаний определяется зависимости £ =/

На Рис.2 по данным опытов построены графики в координатах (£, для углов направления колебаний /?=0. Графики подтверждают полученное нами ранее положение, что у решет с продолговатыми отверстиями производительность с увеличением уменьшается и не зависит от сг [11].

Ранее [4] была найдена эмпирическая формула зависимости между с

и :

& £ = (2) На Рис.3 изображены графики, построенные по точкам (/# с, ф.). Как видно из графиков точки для каждого $ довольно хорошо располагается на одной прямой, что подтверждает справедливость формулы.

Коэффициент к зависит от ¡$. Чтобы найти эту зависимость, определим из графика (Рис.4) значение к для каждого и построим график в координатах (к,{3)

л? аа в? 3.6

в! ¡¡1

\

\

\

V

\

Ч

ьр

ЮО о кг/Мн^

Рисунок 3. - Зависимость при различных &. Размер решета

фракционера 2,8 мм,

№

т

т

В?'

л л

№

у

у

ЙШ7

# а № ¡в

а)

20 Зв б)

Ш

Рисунок 4. - Выпрямление кривых зависимости £(цр) по формуле е = - кцг размер решета фракционера 2,8мм - (а); определение коэффициента к формулы /#•£ = - как функции ¡3- (б). График изображается линией достаточно близкой к прямой.

Коэффициенты а и Ь определяем из графика:

а = Ю"а «3,45; Ъ = 10_а «0,0745 Выражение для к примет вид:

к= 10~и,3,45 + 10~а • 0,0745/? Подставим найденное выражение к в уравнение (2), получим:

^£ = -10-^(3,45 + 0,0745£) (4)

Для проверки полученной формулы сравним значения е, вычисленные по формуле и взятые из графика (Рис.5, Табл. 1).

Таблица 1

Данные вычисления.

р ч? ■ по формуле 7 по графику

0 40 0,728 0,725

Получаем почти полное совпадение формулы с графиком.

На Рис.5 представлены графики зависимости^ (цв,п) для различных /? и а, построенные по данным опытов. Все они изображаются приблизительно прямыми линиями, продолжения которых пересекают ось абсцисс в одной точке (-600). Их можно выразить уравнением:

А = с (цв + 600) (5)

О 20 ЬО 6й во ЮО и,

Рисунок 5. - Графики зависимости^ Размер решета фракционера 2,8мм. ¡3 = 0°, а = 7?40'

Коэффициент с зависит от п, и а. Чтобы найти выражение для этой зависимости, определим значения с для каждого Д к,« (они записаны на графиках (Рис.3-4), и построим график в координатах (с,п) для различных /? и а.

II Инженерный вестник Дона, №1 (2018) НИ ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/nly2018/4814

График этот изображен на Рис.6. Все они изображаются кривыми линиями, которые можно выразить уравнением вида:

с = ап* (6)

Проверка путем построения графиков в координатах (^ с, ^ п) (Рис.6) показывает возможность применения этой формулы.

Коэффициенты а и Ь, определенные методом избранных точек по графикам ^ с (^ п), имеют следующие значения (после некоторого округления) (Табл.2).

Таблица 2

Данные вычисления

р ее а Ь

0 107 -1,45

0 13е- 50 -1,45

Коэффициент а зависит от р и а, коэффициент Ь зависит от р и не зависит от а при данном р.

Рисунок 6. - Определение выражения для коэффициента С формулы А = с (цв + 600). Размер решета фракционера 2,8 мм, /? = О

Найдем зависимость а от /? и га. На графике в координатах (а,га) (Рис.7) зависимость эта изображается приблизительно прямыми линиями, продол-

жения которых пересекаются ось абсцисс в одной точке. Их можно выразить уравнением:

а = т (34 - а) (7)

Использую графические зависимости определим показатель т:

а = 3*1,081^(34 - ¿г) (8)

Остается найти зависимость коэффициента Ъ уравнении (5) от Эту зависимость можно принять приблизительно прямолинейной, что видно из графика на Рис.7, и выразить уравнением

Ъ = -1,45 - гр (9)

200

150 100 50

а

Я 7--?

0 2 4 6 В Ю 12 %

20

30 Ж

Рисунок 7. - Определение выражения для коэффициента а уравнения с

= апъ. Решето 2,8 мм.

По данным результатам исследований получены эмпирические зависимости кинематических и технологических параметров решет, выполненных из полимерных материалов, позволяющие определить показатели А-амплитуды колебаний (мм) и - удельную производительность (кг/с*м ) (загрузка единицы площади решета). (10,11)

Полнота выделения различных компонентов:

\%Е = -10'3 дР (3,45+0,0745в)

3,0*1,081^*(34-а)(^ + 600)

(10)

А =

1,45п +0,001850 (П)

На основе зависимостей получен алгоритм расчета параметров функционирования решет из полимеров с интегрированной номограммой. Номограмма используется для расчета кинематических и технологических параметров плоских посевных и сортировальных решет с продолговатыми отверстиями для пшеницы.

В среде разработки на языке С++ разработана программа для автоматического просчета параметров. В состав программы вошли технологические модули: графический интерфейс; модуль сепарирующих станков; модуль настройки технологических параметров; модуль формирования расчетной, текстовой и графической информации.

Данные расчеты и программное обеспечение будет использовано при разработке интеллектуальных систем сепарации и роботизированных технологических процессов очистки семян зерновых.

Литература.

1. Московский М.Н. Синтез системных решений технологического процесса получения семян на основе структурно-функционального моделирования: дисс. док. техн. наук: 05.20.01 / Краснодар, 2017, 491с.

2. Московский М.Н., Бутовченко А.В., Гришков А. Д. Анализ показателей работы зерноочистительного агрегата, функционирующего по различным схемам при очистке семян зерновых //Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2011. № 30. с. 245-247.

3. Московский М.Н., Бойко А.А. Сравнительная оценка макроповреждений зерна пшеницы, при вариации схем семенной очистки в отделении зерноочистительного агрегата // Инженерный вестник Дона, 2014, №1 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/669.

4. Московский М.Н., Бойко А.А. Обоснование различных схем очистки зерноочистительного агрегата, при получении семенного материала

в многоотраслевом сельхозпроизводстве // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/662.

5. Проектирование технологических процессов и воздушно-решетных и решетных зерноочистительных машин: монография / Ермольев Ю.И, Бутовченко А.В., Московский М.Н., Шелков М.В. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2010. -с. 285-319

6. Московский М.Н., Ковалева А.В., Погибельский А.Ю. Возможности использования свойств материалов на основе СВМПЭ в различных секторах АПК // Естественные и технические науки. 2014. № 2 (70). с. 260262.

7. Московский М.Н., Бутовченко А.В. Оценка основных показателей функционирования решетных сепараторов, изготовленных из полимерных материалов на основе СВМПЭ, при семенной очистке пшеницы // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15. № 42. с. 528-530.

8. Московский М.Н., Игнатенко В.И., Гришков А.Д., Немировский М.В. Методика расчёта на износоустойчивость почворежущих рабочих органов, изготовленных из полимера ТИАЛ-К на основе СВМПЭ // Естественные и технические науки. 2011. № 6 (56). с. 565-571.

9. Paulsen M. R., Nave W. R. Corn damage from conventional and rotary combines // Transactions of the ASABE.23 (5): 1100-1116. @1980: URL: asabe.org/abstract.asp?search=1&JID=3&AID=34729&CID=t1980&v=23&i=5& T=1&urlRedirect=[anywhere=on&keyword=&abstract=&title=&author=&referen ces=&docnumber=&journals=All&searchstring=&pg=&allwords=grain%20near% 20clean&exactphrase=&0neWord=&Action=Go&Post=Y&qu=]&redirType=new results.asp

10. Wang Y. J., Chung D. S., Spillman C. K., Eckhoff S. R., Rhee C., Converse H. H. Evaluation of laboratory grain cleaning and separating equipment

// Transactions of the ASABE. 37(2) 507-513. 1994: URL:

asabe.org/abstract.asp?search=1&JID=3&AID=28105&CID=t1994&v=37&i=2&

T=1&urlRedirect=[anywhere=on&keyword=&abstract=&title=&author=&referen

ces=&docnumber=&journals=All&searchstring=&pg=&allwords=grain%20near%

20cleaning&exactphrase=&OneWord=&Action=Go&Post=Y&qu=]&redirType=n

ewresults.asp.

11. Труды ВИМ, Т.27, 1960, с. 56 -62.

References

1. Moskovskij M.N. Sintez sistemnyh reshenij tehnologicheskogo processa poluchenija semjan na osnove strukturno-funkcional'nogo modelirovanija [Synthesis of system solutions for the technological process of obtaining seeds on the basis of structural and functional modeling]: Diss. Dok. Tehn. nauk: 05.20.01. Krasnodar, 2017, 491 p.

2. Moskovskij M.N., Butovchenko A.V., Grishkov A.D. Trudy Kubans-kogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. № 30. pp. 245-247.

3. Moskovskij M.N., Bojko A.A. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №1. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/669.

4. Moskovskij M.N., Bojko A.A. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n1y2012/662.

5. Ju.I. Ermol'ev, A.V. Butovchenko, M.N. Moskovskij, M.V. Shelkov. Proektirovanie tehnologicheskih processov i vozdushno-reshetnyh i reshetnyh zer-noochistitel'nyh mashin: monografija [Design of technological process in air sieves in grain cleaner machines]. Rostov n/D: Izdatel'skij centr DGTU, 2010. pp. 285319

6. Moskovskij M.N., Kovaleva A.V., Pogibel'skij A.Ju. Estestvennye i tehnicheskie nauki. 2014. № 2 (70). pp. 260-262.

7. Moskovskij M.N., Butovchenko A.V. Izvestija Samarskogo nauchno-go centra Rossijskoj akademii nauk. 2013. V. 15. № 4-2. pp. 528-530.

8. Moskovskij M.N., Ignatenko V.I., Grishkov A.D., Nemirovskij M.V. Estestvennye i tehnicheskie nauki. 2011. № 6 (56). pp. 565-571.

9. Paulsen M. R., Nave W. R. Transactions of the ASABE.23 (5): 1100-

asabe.org/abstract.asp?search=1&JID=3&AID=34729&CID=t1980&v=23&i=5&

T=1&urlRedirect=[anywhere=on&keyword=&abstract=&title=&author=&referen

ces=&docnumber=&journals=All&searchstring=&pg=&allwords=grain%20near%

20clean&exactphrase=&OneWord=&Action=Go&Post=Y&qu=]&redirType=new

results.asp

10. Wang Y. J., Chung D. S., Spillman C. K., Eckhoff S. R., Rhee C., Converse H. H. Transactions of the ASABE. 37(2) 507-513. 1994: URL: asabe.org/abstract.asp?search=1&JID=3&AID=28105&CID=t1994&v=37&i=2& T=1&urlRedirect=[anywhere=on&keyword=&abstract=&title=&author=&referen ces=&docnumber=&journals=All&searchstring=&pg=&allwords=grain%20near% 20cleaning&exactphrase=&0neWord=&Action=Go&Post=Y&qu=]&redirType=n ewresults.asp.

11. Trudy VIM, T.27, 1960, pp. 56 -62.

1116.

@1980:

URL: