CC BY
38
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ
DOI 10.24411/2307-2873-2020-10012 УДК 631.362
ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ ОЧИСТКИ СЕМЯН НА ВИБРОПНЕВМОСЕПАРАТОРЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
В. Д. Галкин, д-р техн. наук, профессор;
A. Д. Галкин, д-р техн. наук;
B. А. Хандриков, канд. техн. наук; А. Ф. Федосеев, инженер;
М. С. Накаряков, аспирант,
ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ,
ул. Героев Хасана, 113, Пермь, Россия, 614025
Е-mail: [email protected]
Аннотация. Опыты проведены на экспериментальном образце вибропневмосепаратора кафедры сельскохозяйственных машин и оборудования инженерного факультета ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ. В качестве семян основной культуры использовали семена пшеницы категории ЭС сорта Екатерина урожая 2019 года при средних значениях: влажность - 13,6 %, объемная масса - 776 кг/м3, засоренность овсюгом - 62 шт./кг. Проведено две серии опытов. В первой из них, путем однофакторных экспериментов, оценивали работу вибропневмосепаратора без использования направителя семян, движущихся по деке. Во второй серии опытов проводили оценку работы машины с применением направителя, установленного на деке. Эту задачу решали путем реализации двухфакторного эксперимента по трехуровневому плану. В качестве факторов выбраны: частота колебаний деки и угол установки направителя относительно направления колебаний. Скорость воздушного потока устанавливали с использованием анемометра в пределах 1,0-1,1 м/с, частоту колебаний деки изменяли частотным регулятором в диапазоне 480-540 мин-1. В качестве оценок приняты: степень выделения овсюга и потери семян в отходы. Экспериментальным путем при удельной нагрузке 1,23 кг/см2 определены рациональные параметры и режимы работы вибропневмосепаратора: частота колебаний деки 490...500 мин-1, угол установки направителя 120 мм - от -5° до +5° к направлению колебаний.
Ключевые слова: очистка, семена пшеницы, овсюг, вибропневмоожиженный слой, дека, направитель, параметры, режимы.
Введение. Одним из основных технических средств при очистке семенного материала является машина, разделяющая материал по комплексу физико-механических свойств в вибропневмоожиженном слое [1]. Н. А. Май-сурян [2] показал, что посев более плотными семенами увеличивает урожайность до 5 ц/га. Н. Г. Гладков [3], отмечает, что сортирование по удельной массе семян позволяет выделить одну из фракций семян со всхожестью на 711 % выше остальных, а урожай при их посеве увеличивается на 15-20 %. Кроме этого, использование фракции семян, имеющих высокую всхожесть, позволяет снизить нормы их высева до 170-180 кг/га [4]. Разработкой виб-ропневмосепараторов занимались многие исследователи [5-12]. Однако преимущества разделения семян в вибропневмоожиженном слое, по ряду причин, в том числе из-за сложности настройки, до настоящего времени используются не в полной мере.
Поэтому вопросы совершенствования используемых и вновь разрабатываемых машин, разделяющих семенной материал по комплексу свойств, в том числе, по плотности, является важными и актуальными.
Цель исследований: определение параметров и режимов, обеспечивающих повышение качества работы вибропневмосепараторов.
Методика. Исследования проведены на экспериментальном образце вибропневмо-сепаратора кафедры сельскохозяйственных машин и оборудования инженерного факультета ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ. В качестве семян основной культуры использовали семена пшеницы категории ЭС сорта Екатерина урожая 2019 года при средних значениях влажности 13,6 %, объемной
массы - 776 кг/м3, засоренности овсюгом -62 шт./кг. Проведено две серии опытов. В первой из них, путем однофакторных экспериментов, оценивали работу вибропнев-мосепаратора без использования направи-теля семян, движущихся по деке. Во второй серии опытов проводили оценку работы машины с применением направителя, установленного на деке. Эту задачу решали путем реализации двухфакторного эксперимента по трехуровневому плану. В качестве факторов выбраны: частота колебаний деки и угол установки направителя относительно направления колебаний. Скорость воздушного потока устанавливали с использованием анемометра в пределах 1,0-1,1 м/с, частоту колебаний деки изменяли частотным регулятором в диапазоне 480-540 мин-1.
Технологический процесс, осуществляемый усовершенствованным вибропневмо-сепаратором [1, 13], основные узлы которого показаны на рисунке 1, а общий вид - на рисунке 2, протекает следующим образом.
Зерновая смесь в процессе движения по деке 1 разделяется под воздействием вибрации и воздушного потока на слои по комплексу свойств, в том числе по плотности. При взаимодействии зернового материала со стенкой деки, расположенной под углом к направлению движения, примеси, находящиеся в верхних слоях, скатываются к противоположной стенке и перемещаются вдоль нее. При работе машины вдоль кромки приемника фракций происходит распределение семян и примесей с разными физико-механическими свойствами, которые поступают в отдельные приемники.
1 - дека; 2 - рама; 3 - воздуховод; 4 - заслонка; 5 - вентилятор; 6 - эксцентрик; 7, 10 -шкив; 8 - ремень; 9 - шатун; 11 -электродвигатель; 12 - стойка; 13 - рамка; 14 - воздуховырав-нивающая поверхность; 15 - механизм регулирования продольного угла наклона деки; 16 -приемники фракций.
Рис.1. Схема вибропневмосепаратора
Рис. 2. Экспериментальный вибропневмосепаратор
Результаты. При проведении первой се- са вибропневмосепаратора при различной ча-рии опытов без направителя на рабочей по- стоте колебаний деки, представленные в таб-верхности, получены оценки рабочего процес- лице 1.
Таблица 1
Оценки рабочего процесса вибропневмосепаратора при различной частоте колебаний деки
Опыт Средние значения оценок рабочего процесса при различной частоте колебаний деки с поперечным углом, равным 0 градусов
Частота колебаний деки, 1/мин. при амплитуде 15 мм Степень выделения примесей из первой фракции, % Степень выделения примесей из второй фракции, % Степень выделения примесей из третьей фракции, % Потери семян, %
1 480 96 93 90 15,5
2 500 96 96 93 14,9
3 520 96 96 95 15,5
4 540 90 83 77 16,7
На рисунке 3 результаты опытов представлены в графической форме.
95
90
85
80
75
) • / 14
i
i • * ✓ ✓ ч 1 -Х \ Л • \ \ • • / •
у . \ / ' • • • • • • • • \ Ч Р 1
t \ • \ % • / < \ \ • \ < \ \ 2
• \ • * У У / \ 1 3
16,8 16,6 16,4 16,2 16
о4
15,8 а
н о
15,6 В
15,4 15,2 15 14,8
470 480 490 500 510 520
Частота колебаний, мин-1
530
540
550
1 - степень выделения примесей из первой фракции, %; 2 - степень выделения примесей из второй фракции, %; 3 - степень выделения примесей из третьей фракции, %; 4 - потери семян, %.
Рис. 3. Оценки качества работы вибропневмосепаратора при настроечном значении подачи 1200 кг/ч
Из результатов опыта следует, что эффективность выделения примесей находится в пределах 93-96 %, при потерях семян, не превышающих 14,9 %.
Вторая задача решена с использованием двухфакторного эксперимента по трехуровневому плану. Проведено 9 опытов в трехкратной повторности при частотах колебаний деки 480, 500, 520 мин.-1. Угол
установки направителя относительно направления колебаний деки устанавливали -15,0,15 градусов. В результате проведения опытов, обработки полученных расходных характеристик и расчета оценок качества работы машины получены уравнения, ряд коэффициентов в которых оказались не значимыми:
Y = 97,88 - 4,33*! - 0,33x2 - 7,33x22, R2 = 78,8 %; Y2 = 95,44 - 3,66x1 - 1,33x2 - 2,66*2 - 7,66x22, R2 = 67,5 %; Y = 90,55 - 5,33x1 - 1,5x2 - 5,33x2 - 0,75x1x2 - 6,83x2, R2 = 86,7 %; Y4 = 13,63 - 0,38x - 0,93x2 + 2,25x2 - 0,175xxx2 + 10,8x22, R2 = 92,2 %,
где Y\, Y2, Y3 - степени выделения овсюга, соответственно, из первой, второй и третьей фракций; Y4 - потери семян основной культуры в отходы; х\ - частота колебаний деки; Х2 - угол установки направи-теля.
Результаты эксперимента представлены в графическом виде (рис. 4).
Из анализа полученных закономерностей изменения оценок работы вибропнев-мосепаратора следует, что рациональный диапазон частот колебаний находится в пределах 480...495 мин-1, а угол установки направителя семян - от -5° до +5° к направлению колебаний.
Для определения длины направителя проведены дополнительные опыты, результаты которых представлены на рисунке 5.
Экспериментальными исследованиями установлено, что рациональный диапазон частот колебаний деки находится в пределах 490...500 мин-1, при длине направителя 120 мм и угле его установки от -5° до +5° к направлению колебаний. При этих параметрах и режимах степень выделения примесей достигает 98-99 % при потерях семян в отходы, не превышающих 10 %.
"———— 'X. N
\
\ 1
• ■ 1 /
—----------- У /
—_--- ——" •• •
Т1
ад
89.1
9Ц
—---- -—
N Ч '
-----—- \
> у 1 } / ; ) /
/У,
______ _____-
816
92,6
---- ^-У"
\\ х\\ \ \ ■
\ \ \ \\ \
* 1 !
/ !
У /
71 74.
77, 1% 82, 84.
490
500
510
НО
Рис. 4. Двумерные сечения степени выделения примесей из 1 (а), 2(б), 3(в) фракций и
потерь семян (г)
а
б
в
г
Рис. 5. Закономерности изменения степени выделения примесей Е и потерь семян в отходы П при разных длинах направителя: 1, 4 - степень выделения примесей и потери семян в отходы при длине направителя 120 мм; 2, 5 - степень выделения примесей и потери семян в отходы при длине направителя 150 мм; 3, 6 - степень выделения примесей и потери семян в отходы при длине направителя 200 мм.
Вывод. Для удельной нагрузки 1,23 кг/см2 на деку вибропневмосепаратора могут быть рекомендованы для очистки семян пшеницы от овсюга следующие рацио-
нальные параметры и режимы: частота колебаний 490...500 мин-1, угол установки направителя 120 мм от -5° до +5° к направлению колебаний деки.
Литература
1. Галкин В. Д., Хандриков В. А., Хавыев А. А. Сепарация семян в вибропневмоожиженном слое: технология, техника, использование: монография. Пермь: ИПЦ «ПрокростЪ», 2017. 170 с.
2. Майсурян Н. А. Биологические основы сортирования семян по удельному весу // Тр. ТСХА. М.: ТСХА, 1947. Вып. 3. С. 12-20.
3. Гладков Н. Г. Зерноочистительные машины. Конструкция, расчет, проектирование и эксплуатация. М.: Машгиз, 1961. 246 с.
4. Дринча В. М., Борисенко И. Б. Применение и функциональные возможности пневмосортировальных столов / Научно-практический журнал НВ НИИСХ. 2008. № 2 (83). С. 33-35.
5. Дринча В. М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки. Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2006. 384 с.
6. Поздняков В. М., Зеленко С. А. Экспериментальные исследования влияния скорости воздушного потока на эффективность сортирования зернового материала в установках вибропневматического принципа действия // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: Материалы Международной научно-практической конференции (Минск, 23-24 октября 2014 г.). Минск: БГАТУ, 2014. Ч. 1. C. 208-210.
7. Pozdnyakov V., Zelenko S. The mathematical description of grain weight with gravity separator s constructive elements // Ukrainian Food Journal. 2013. No. 2 (2). Pp. 221-229.
8. The technique and analy of the process of separation and cleaning grain materials / M. Panasiewicz, P. Sobczak, J. Mazur [et al.] // Journal of Food Engineering. 2012. Vol. 109 (3). Рр. 603-608.
9. Тарасенко А. П., Оробинский В. И., Мироненко Д. Н. Качество очистки семян на пневмосортировальных столах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. № 3. С. 10-11.
10. Бортников А. И., Шафоростов В. Д. Определение формы деки пневмосортировального стола // Бюллетень научно-технической информации по масличным культурам ВНИИМК. Краснодар, 1980. Вып. 30. С. 36-43.
11. Корн А. М. ВИМ: от ручной веялки до зернообрабатывающего завода - развитие и реализация технической мысли по зерноочистке. М.: ВИМ, 2006. 72 с.
12. Космовский Ю. А. Сепарация зернового материала на пневматических сортировальных столах // Труды ВИМ. М., 1977. Т. 74. С. 122-129.
13. Патент на полезную модель № 190119 Вибропневмосепаратор / В. Д. Галкин, А. Д. Галкин, В. А. Хандриков [и др.]. Заяв. №2018138406/10/(063850). Опубл. 14.06.2019. Бюл. № 17.
SEED PURIFICATION PARAMETERS AND MODES BY IMPROVED VIBRATION-PNEUMATIC SEPARATOR
V. D. Galkin, Dr. Tech. Sci., Professor
A. D. Galkin, Dr. Tech. Sci.
V. A. Khandrikov, Cand.Tech. Sci.
A. F. Fedoseev, Engineer
M. S. Nakaryakov, Graduate Student
Perm State Agro-Technological University
113, Geroev Khasana St., Perm, Russia, 614025
E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The experiments were carried out with an experimental sample of a vibration-pneumatic separator at the Department of Agricultural Machines and Equipment of the Faculty of Engineering of the Perm State Agro-Technological University. ES Ekaterina cultivar wheat seeds harvested in 2019 were used as the seed of the main crop with average values: humidity 13.6 %, bulk density 776 kg/m3, and infestation with wild oats - 62 pcs/kg. Two series of experiments were carried out. In the first of them, by univariate experiments, the operation of a vibration-pneumatic separator without the use of a seed guide moving along the deck was evaluated. In the second series of experiments, the operation of the machine was evaluated using a guide mounted on the deck. This problem was solved by implementing a two-factor experiment according to a three-level plan. The following factors were selected: the oscillation frequency of the deck and the angle of
the guide relative to the direction of oscillation. The air flow rate was set using an anemometer in the range of 1.0-1.1 m/s, the oscillation frequency of the deck was changed by a frequency controller in the range of 480-540 1/min. As assessments were taken: the degree of allocation of wild oats and seed loss in waste. Rational parameters and operating modes of a vibration -pneumatic separator were determined experimentally with a specific load of 1.23 kg/s m2: deck vibration frequency 490 ... 500 1/min, guide angle 120 mm - from -5° to + 5° to the direction of vibration.
Key words: purification, wheat seeds, wild oats, vibro-fluidized bed, deck, guide, parameters, modes.
References
1. Galkin V. D., Khandrikov V. A., Khavyev A. A. Separatsiya semyan v vibropnevmoozhizhennom sloe: tekhnologi-ya, tekhnika, ispol'zovanie (Separation of seeds in the vibration-pneumatic fluidized bed: technology, technique, use), mono-grafiya, Perm', IPTs «Prokrost», 2017, 170 p.
2. Maisuryan N. A. Biologicheskie osnovy sortirovaniya semyan po udel'nomu vesu (Biological bases of seed sorting on specific weight), Tr. TSKhA, M., TSKhA, 1947, Vyp. 3, pp. 12-20.
3. Gladkov N. G. Zernoochistitel'nye mashiny. Konstruktsiya, raschet, proektirovanie i ekspluatatsiya (Seed purification machines. Construction, calculation, design and operation), M., Mashgiz, 1961, 246 p.
4. Drincha V. M., Borisenko I. B. Primenenie i funktsional'nye vozmozhnosti pnevmosortiroval'nykh stolov (Application and functionality of pneumatic routing tables), Nauchno-prakticheskii zhurnal NV NIISKh, 2008, No. (83), pp. 33-35.
5. Drincha V. M. Issledovanie separatsii semyan i razrabotka mashinnykh tekhnologii ikh podgotovki (Research of seed separation and development of machine technologies for their preparation), Voronezh, Izdatel'stvo NPO «MODEK», 2006, 384 p.
6. Pozdnyakov V. M., Zelenko S. A. Eksperimental'nye issledovaniya vliyaniya skorosti vozdushnogo potoka na effek-tivnost' sortirovaniya zernovogo materiala v ustanovkakh vibropnevmaticheskogo printsipa deistviya (Experimental studies of the effect of air flow velocity on the efficiency of grain material sorting in installations of the vibration-pneumatic principle of action), Tekhnicheskoe i kadrovoe obespechenie innovatsionnykh tekhnologii v sel'skom khozyaistve: Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Minsk, 23-24 oktyabrya 2014 g., Minsk, BGATU, 2014, Ch. 1, pp. 208-210.
7. Pozdnyakov V., Zelenko S. The mathematical description of grain weight with gravity separator s constructive elements, Ukrainian Food Journal, 2013, No. 2 (2), pp. 221-229.
8. The technique and analysis of the process of separation and cleaning grain materials, M. Panasiewicz, P. Sobczak, J. Mazur [et al.], Journal of Food Engineering, 2012, Vol. 109 (3), pp. 603-608.
9. Tarasenko A. P., Orobinskii V. I., Mironenko D. N. Kachestvo ochistki semyan na pnevmosortiroval'nykh stolakh (Quality of seed cleaning on pneumatic control tables), Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sel'skogo khozyaistva, 2009, No. 3, pp. 10-11.
10. Bortnikov A. I., Shaforostov V. D. Opredelenie formy deki pnevmosortiroval'nogo stola (Determining the Shape of the Air Routing Table Deck), Byulleten' nauchno-tekhnicheskoi informatsii po maslichnym kul'turam VNIIMK, Krasnodar, 1980, Vyp. 30, pp. 36-43.
11. Korn A. M. VIM: ot ruchnoi veyalki do zernoobrabatyvayushchego zavoda - razvitie i realizatsiya tekhnicheskoi mysli po zernoochistke (VIM: from the hand-held building to the grain processing plant - development and implementation of technical thought on grain purification), M., VIM, 2006, 72 p.
12. Kosmovskii Yu. A. Separatsiya zernovogo materiala na pnevmaticheskikh sortiroval'nykh stolakh (Separation of grain material on pneumatic sorting tables), Trudy VIM, M., 1977, T. 74, pp. 122-129.
13. Patent na poleznuyu model' № 190119 Vibropnevmoseparator (Patent for Utility Model No. 190119 Vibration Pneumatic Separator), V D. Galkin, A. D. Galkin, V. A. Khandrikov [i dr.], Zayav. No. 2018138406/10/(063850). Opubl. 14.06.2019. Byul. No. 17.
