CC BY
11
Введение. Для повышения урожайности и снижения норм высева семян необходимо иметь посевной материал, соответствующий требованиям стандарта. Для получения посевного материала, например, категории ЭС, необходимо после предварительной очистки и сушки комбайнового вороха проводить его очистку на воздушно -решетных, триерных машинах и пневматических сортировальных столах. Однако обработка посевного материала в вибропневмоожиженном слое на пневмостолах в большинстве случаев не проводится. Причинами этого являются потребность в специалистах для настройки достаточно сложных машин, высокая их удельная энергоемкость по сравнению с воздушно-решетными машинами и триерами.
Разработкой и совершенствованием пневмосортировальных столов занимались многие исследователи как в нашей стране,
так и за рубежом [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. В таблице 1 приведены технические характеристики созданных машин. При производительности отечественных столов от 1,0 до 6,0 т/ч, нагрузке на деку в пределах 0,83...3,20 т/ч*м2, их удельная энергоемкость составляет
1,83.4,75 кВт.ч/т. Машины фирмы «Westrup» (Дания) при удельных нагрузках на деку 2,63.3,53 т/ч*м2 имеют энергоемкость в пределах 1,79.5,50 кВт.ч/т, причем, для машин производительностью до 1,5 т/ч этот показатель составляет 5,50 кВт.ч/т.
Таблица 1
Технические характеристики пневмосортировальных столов
Марка машины Производительность, т/ч (на пшенице)/ площадь деки, м2 Установленная мощность, кВт Масса, кг Удельные энергоемкость, кВт.ч/т/ производительность, т/ч* м2 Удельная металлоемкость, кг.ч/т
ПСС-1 1,0/0,46 3.75 500 3,75/2,17 500
ССП-1,5 1,5/1,8 7,1 750 4,75/0,83 500
БПС-3 3,0/2,0 5,5 740 1,83/1,5 246,7
ПСС-2,5 2,5/1,08 6,6 650 2,64/2,3 260
СПС-5 5,0/1,56 11,75 837 2,35/3,2 167,4
МОС-9 6,0/2,05 16,1 990 2,68/2,92 165
КА-1200 компании «Westrup», Дания 1,5/0,53 8,25 - 5,5/2,8 -
KD60 фирмы «Petkus», Германия 1,5/2,34 8,25 1200 5,5/0,64 800
Пневмостол KD60 фирмы «Petkus» (Германия) производительностью 1,5 т/ч имеет нагрузку на деку 0,64 т/ч*м2, а удельная энергоемкость его составляет 5,5 кВт.ч/т [13].
В этой связи вопросы совершенствования используемых и разработки новых машин, разделяющих семенной материал по комплексу свойств, в том числе, по
плотности, в направлении снижения удельной энергоемкости, при требуемых показателях качества очистки является важными и актуальными.
Цель исследований: определение параметров и режимов процесса очистки семян ячменя от трудноотделимых примесей в вибропневмоожиженном слое на машине усовершенствованной конструкции.
Методика . Теоретические исследования проведены методами классической механики, а опыты выполнены на машине окончательной очистки, разработанной на кафедре сельскохозяйственных машин и оборудования и изготовленной ООО «Тех-ноград» Пермского края [12,13,14] с использованием методики многофакторного эксперимента. В качестве семян основной культуры использовали семена ячменя урожая 2020 года при средних значениях: влажности 13,8% исходного материала, прошедшего предварительную очистку, сушку и основную очистку на воздушно-решетной машине и триере, его объемной массе 656 г/дм3, объемной массе овсюга 450 г/дм3, засоренности овсюгом -70 шт./кг. Задачу решали проведением 2 -
факторного эксперимента. В опытах изменяли частоту колебаний деки и ее продольный угол наклона. При проведении опытов при настроечном значении подачи 850 кг/ч использовали анемометр для контроля скорости воздушного потока в пределах 1,01,1 м/с, частотный регулятор - для изменения частоты колебаний деки в диапазоне 350-450 мин-1 и угломер - для установки продольного угла наклона деки. Оценками работы машины служили: степень выделения овсюга и потери семян в отходы.
Результаты. На частицу сыпучего материала, движущегося по деке с продольным углом наклона, под действием ее колебаний и воздушного потока действуют силы, представленные на рисунках 1 и 2.
Рис.1. Схема сил, действующих на частицу материала, движущегося по рабочей поверхности (правый интервал)
X, ■
Рис.2. Схема сил, действующих на частицу материала, движущегося по рабочей поверхности (левый интервал)
Тогда дифференциальные уравнения, лов будут иметь вид: составленные для правого и левого интерва-
потока, направленная вдоль силы инерции;
где: т— масса частицы ; -
аЬ N - сила , действующая перпендикулярно
ускорение; и - сила инерции; е - угол рабочей поверхности, Б - сила трения.
направленности колебаний; а - продоль- После несложных преобразования
ный угол наклона поверхности; ф - угол уравнения (1), получим:
трения материала о рабочую поверхность;
свободного падения; Рв - сила воздушного
где: кп- коэффициент парусности; Vв - скорость воздушного потока.
т ■
сИ2
Р — и ■ со$(_£ — а) + Рш- соб(е — а) — тд ■ зта
(3)
После преобразования, уравнение (3) примет вид:
dt2 CQs{E—a+q?~)
= cj2r ■ cos(cjt) — g
si-nfa- <p) cos[s—a +<p)
^-•Yf-zos'j--:/) (4)
Обозначив:
(7 =
5 =
cos(e-a+cp~) cosfljp]
cosfe—a— <p) cos(<jp} '
(5)
(6)
выражения (2) и (4) с учетом (5) и (6) примут вид:
dt2
■ - = Сд2Т ' cos(wt) — Q
sin(a- <p) cas(f —a +<p)
— ka ■ V32 cos(e — a).
(7)
(8)
Проинтегрировав уравнения (7) и (8) величины перемещений и скорости Vcp дважды и, получив уравнения перемещения движения материала: частиц по рабочей поверхности, рассчитали
iЕ Н + fБ Е
V -
т ср
(9)
где и >БН - перемещения частиц материала, соответственно, вверх и вниз за период Т колебаний.
Расчеты проведены при следующих исходных данных: угол наклона рабочей поверхности а = О0 при е = 300; углы трения
частиц о рабочую поверхность ф1 = 350; ф!= 450; радиус кривошипа г = 0,0075м; коэффициент парусности частиц кп = 0,1м-1, скорости воздуха Vв - 1,2,3 м/с, угловых скоростях 51,28; 53,38; 55,47; 57,56, 1/с (таблица 2).
Таблица 2
Расчетные величины средних скоростей движения материала по рабочей поверхности
Vв, м/с Vср, м/с Zвн, м Zвв, м а0 е0 ф10 ф20 ю, 1/с
0 0,108489 0,001474 0,011818
1 0,126205 0,001454 0,014008 0 30 35 45 51,28
2 0,148078 0,001500 0,016641
3 0,172683 0,001599 0,019556
0 0,127568 0,001682 0,013333
1 0,144882 0,001653 0,015400 0 30 35 45 53,38
2 0,165428 0,001674 0,017798
3 0,188484 0,001737 0,020449
0 0,143695 0,001835 0,014441
1 0,160464 0,001793 0,016382 0 30 35 45 55,47
2 0,180144 0,001793 0,018611
3 0,201751 0,00182 0,021031
0 0,157718 0,001943 0,015271
1 0,174404 0,001895 0,01714 0 30 35 45 57,56
2 0,193547 0,001878 0,019247
3 0,214253 0,001879 0,021506
Графические зависимости изменения вых скоростей кривошипа и наклонного воз-средних значений скоростей частиц от угло- душного потока представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Закономерности изменения средних значений скоростей частиц по деке, в зависимости от угловых скоростей кривошипа и наклонного воздушного потока
Из рисунка 3 следует, что скорость движения материала по деке увеличивается с повышением угловой скорости кривошипа и воздушного потока.
В результате проведения эксперимен-
После обработки опытных данных получили уравнения:
На рисунке 4 показано влияние частоты колебаний деки и угла ее продольного наклона на степень выделения овсюга из семян ячменя, а на рисунке 5 - влияние ча-
тальных исследований согласно матрице, приведенной в таблице 2, получены средние значения степени выделения семян овсюга и потерь полноценных семян основной культуры в отходы.
(1) (2)
стоты колебаний деки и угла ее продольного наклона (при поперечном угле наклона деки 0°) на потери семян ячменя в отходы.
Таблица 2
Матрица плана эксперимента, уровни варьирования факторов и результаты опытов
№ опыта Факторы Средние значения степени выделения семян овсюга, % Средние значения потерь семян, %
Частота колебаний деки, мин-1 Продольный угол наклона деки, град.
1 350 4 68,6 16,1
2 400 4 77,1 10,0
3 450 4 80,0 6,3
4 350 6 82,9 23,4
5 400 6 85,7 21,5
6 450 6 88,6 13,3
7 350 8 77,1 32,5
8 400 8 82,9 32,4
9 450 8 85,7 15,5
= 36,63 + 4,28х1 + ЗгЗЭх2 ~ 1,42х\ - 0,7х^хг - 7,17а1 = 96,93% у3 =21,7- 6,15:*! + ЗДг: - 3,45х[ - - 0,бх% ,П2 = 94,96%.
Рис. 4. Влияние частоты колебаний деки и угла ее продольного наклона на степень выделения овсюга из семян ячменя
Из графических зависимостей следует, овсюга являются: частота колебаний деки -что рациональными параметрами и режи- 440-450 мин-1, продольный угол наклона мами процесса очистки семян ячменя от деки -6 градусов.
Рис. 5. Влияние частоты колебаний деки и угла ее продольного наклона на потери семян ячменя в отходы
Выводы. Определены рациональные параметры машины окончательной очистки семян ячменя от овсюга в вибропневмо-ожиженном слое: частота колебаний деки -440-450 мин-1, а продольный угол ее наклона -6 градусов. При этих параметрах мак-
симальное среднее значение степени выделения овсюга составляет 88,6% при среднем значении выхода семян 86% при удельной нагрузке 3,1 т/ч м2 и энергоемкости 4,1 кВт.ч/т.
Литература
1. Майсурян Н.А. Биологические основы сортирования семян по удельному весу // Тр. ТСХА. М.: ТСХА, 1947. Вып. 3. С.12-20.
2. Гладков Н.Г. Зерноочистительные машины. // Конструкция, расчет, проектирование и эксплуатация. Изд. 2-еперер. и доп. Машгиз. 1961. 246с.
3. Дринча В.М., Борисенко И.Б. Применение и функциональные возможности пневмосортировальных столов // Научно-практический журнал НВ НИИСХ. №2 (83). 2008. С. 33-35.
4. Дринча В.М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки / Воронеж. Издательство НПО «МОДЭК». 2006. 384с.
5. Поздняков В.М. 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. В 2 ч. Ч. 1 / редкол.: И. Н Шило [и др.]. Минск: БГАТУ. 2014. C. 208-210.
6. Vladimir Pozdnyakov, Sergei Zelenko (2013). The mathematical description of grain weight with gravity separator s constructive elements, Ukrainian Food Journal, 2(2), pp. 221-229.
7. Marian Panasiewicz, Pawel Sobczak, Jacek Mazur,Kazimitr Zawislak, DariuszAndrejko (2012), The technique and analy of the process of separation and cleaning grain materials, Journal of Food Engineering, 109 (3), pp. 603-608.
8. Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Мироненко Д.Н. Качество очистки семян на пневмосортироваль-ных столах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. №3. С. 10-11.
9. 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.
10. Корн А.М. ВИМ: от ручной веялки до зернообрабатывающего завода развитие и реализация технической мысли по зерноочистке. М.:ВИМ. 2006. 72 с.
11. Космовский Ю.А. Сепарация зернового материала на пневматических сортировальных столах // Труды ВИМ М. 1977. Т. 74. С.122-129.
12. Галкин В.Д., Хандриков В.А., Хавыев А.А. Сепарация семян в вибропневмоожиженном слое: технология, техника, использование: монография / М-во с.-х РФ; федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высш. образов. «Пермский гос. аграрно-технологический университетт им. акад. Д.Н.Прянишникова». Пермь: ИПЦ «ПрокростЪ». 2017. 170 с.
13. Галкин В.Д., Галкин А.Д. Технологии, машины и агрегаты послеуборочной обработки зерна и подготовки семян // Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский государственный аграрно -технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова». Пермь: ИПЦ «Прокростъ». 2021. 234 с.
14. Вибропневмосепаратор: пат. 190119 Рос. Федерация №2018138406/10/(063850): опубл. 14.06.2019; Бюл. №17.
SEEDS FROM OATMEAL ACCORDING TO A SET OF PROPERTIES
V.D. Galkin, Dr. Tech. Sci., Professor
A.D. Galkin, Dr. Tech. Sci.
V.A. Khandrikov, Cand. Tech. Sci.
K.A. Grubov, Engineer
Perm State Agro-Technological University
113, Geroev Khasana St., Perm, Russia, 614025
E-mail: [email protected]
ABCTRACT
The research was carried out on a prototype of vibro-pneumatic separator developed at the Agricultural Machinery and Equipment Department of the Perm State Agro-Technological University. Barley seeds of the 2020 harvest were used as the main crop at average values: 13.8% - humidity of source material, which was pre-cleaned, dried and cleaned on an air-sieve machine and a trier, its volume weight was 656 g/dm3, volume weight of oatmeal - 450 g/dm3, contamination with oatmeal -70 pcs/kg. The research task was solved by two-factor experiment. The oscillation frequency of deck and its longitudinal angle of slope were various during the experiments. The following devices were used with a set feed value of 850 kg/h in the course of experiment: an anemometer - to control the air flow velocity in the range of 1.0-1.1 m/s, a frequency controller - to control the drive motor of deck in order to change the frequency of its oscillations in the range of 350-450 min-1, and a goniometer - to set the longitudinal angle of deck slope. The assessments of machine's performance were: the degree of oatmeal release and seed loss to waste. The rational parameters of machine for the final cleaning of barley seeds from oatmeal in the vibro-pneumatic fluidized bed are the oscillation frequency of deck -440-450 min-1, and the longitudinal angle of deck slope - 6 degrees. With these parameters, the maximum average value of oatmeal separation degree is equal to 88.6%, with an average seed yield of 86%, load per unit area - 3.1 t/h*m2, and energy intensity of 4.1 kWh/t.
Key words: cleaning, vibro-pneumatic fluidized bed, barley and oatmeal seeds, deck, parameters, modes.
References
1. Majsuryan N.A. Biologicheskie osnovy sortirovaniya semyan po udel'nomu vesu (Biological bases of sorting seeds according to specific weight), Tr. TSKHA, M.: TSKHA, 1947, Vyp. 3, Pp.12-20.
2. Gladkov N.G. Zernoochistitel'nye mashiny (Grain cleaning machines), Konstrukciya, raschet, proektiro-vanie i ekspluataciya, Izd. 2-eperer. i dop, Mashgiz, 1961, 246 p.
3. Drincha V.M., Borisenko I.B. Primenenie i funkcional'nye vozmozhnosti pnevmosortiroval'nyh stolov (Application and functional capabilities of pneumatic sorting tables), Nauchno-prakticheskij zhurnal NV NIISKH, No. 2 (83), 2008, Pp. 33-35.
4. Drincha V.M. Issledovanie separacii semyan i razrabotka mashinnyh tekhnologij ih podgotovki (R esearch of seed separation and development of machine technologies for their preparation), Voronezh, Izdatel'stvo NPO «MODEK», 2006, 384 p.
5. Pozdnyako v V.M. Eksperimental'nye issledovaniya vliyaniya skorosti vozdushnogo potoka na effek-tivnost' sortirovaniya zernovogo materiala v ustanovkah vibropnevmaticheskogo principa dejstviya (Experimental studies of the influence of air flow velocity on the efficiency of sorting grain material in vibro-pneumatic installations), Tekhnicheskoe i kadrovoe obespechenie innovacionnyh tekhnologij v sel'skom hozyajstve: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Minsk, 23-24 oktyabrya 2014 g. V 2 ch. CH. 1 / redkol., I. N SHilo [i dr.], Minsk, BGATU, 2014, Pp. 208-210.
6. Vladimir Pozdnyakov, Sergei Zelenko (2013). The mathematical description of grain weight with gravity separator s constructive elements, Ukrainian Food Journal, 2(2), pp. 221-229.
7. Marian Panasiewicz, Pawel Sobczak, Jacek Mazur,Kazimitr Zawislak, DariuszAndrejko (2012), The technique and analysis of the process of separation and cleaning grain materials, Journal of Food Engineering, 109 (3), Pp. 603-608.
8. Tarasenko A.P., Orobinskij V.I., Mironenko D.N. Kachestvo ochistki semyan na pnevmosortiroval'nyh stolah (Quality of seed cleaning on pneumatic sorting tables), Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva, 2009, No. 3, Pp. 10-11.
9. Bortnikov A.I., SHaforostov V.D. Opredelenie formy deki pnevmosortiroval'nogo stola (Determination of deck shape of pneumatic sorting tables), Byulleten' nauchno-tekhnicheskoj informacii po maslichnym kul'turam VNIIMK, Krasnodar, 1980, Vyp, 30, Pp. 36-43.
10. Korn A.M. VIM: ot ruchnoj veyalki do zernoobrabatyvayushchego zavoda razvitie i realizaciya tekhnicheskoj mysli po zernoochistke (VIM: from a manual winnowing machine to a grain processing plant deve l-opment and implementation of technical ideas on grain cleaning), M., VIM, 2006, 72 p.
11. Kosmovskij YU.A. Separaciya zernovogo materiala na pnevmaticheskih sortiroval'nyh stolah (Separation of grain material on pneumatic sorting tables), Trudy VIM M. 1977, T, 74, Pp.122-129.
12. Galkin V.D., Handrikov V.A., Havyev A.A. Separaciya semyan v vibropnevmoozhizhennom sloe: tekhnologiya, tekhnika, ispol'zovanie: monografiya (Separation of seeds in a vibro-pneumatic fluidized bed: technology, technique, use: monograph), M-vo s.-h RF; federal'noe gos. byudzhetnoe obrazov. uchrezhdenie vyssh. obrazov. «Permskij gos. agrarno-tekhnologicheskij universitett im. akad. D.N.Pryanishnikova», Perm': IPC «Prokrost"», 2017, 170 p.
13. Galkin V.D., Galkin A.D. Tekhnologii, mashiny i agregaty posleuborochnoj obrabotki zerna i podg otovki semyan (Technologies, machines and equipment of post-harvest grain processing and seed preparation), Minister-stvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii, federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya «Permskij gosudarstvennyj agrarno-tekhnologicheskij universitet imeni akad-emika D.N. Pryanishnikova». Perm': IPC «Prokrost"», 2021, 234 p.
14. Vibropnevmoseparator (Vibro-pneumatic separator), pat. 190119 Ros. Federaciya №2018138406/10/(063850), opubl, 14.06.2019; Byul, No. 17.
DOI 10.12345/2307-2873_2021_33_14 УДК 631.363
РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ КОРМОПРИГОТОВИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОДУЛЬНОГО ТИПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В.Г. Мохнаткин, д-р техн. наук, профессор, М.С. Поярков, канд. техн. наук, доцент, Р.М. Горбунов, канд. техн. наук, доцент, В.А. Якимов, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО Вятская ГСХА, Октябрьский проспект, 133, г. Киров, 610017 E-mail: [email protected]
Аннотация. Исследование процессов, реализуемых на различных сельскохозяйственных объектах, в частности на технологических линиях измельчения грубых кормов, важно проводить с позиции системного анализа. При этом объект или процесс, реализуемый на данном объекте, рассматривается, с точки зрения, его целостности и во взаимодействии с внешней средой.
Результаты исследований в данном направлении представлены в целом ряде публикаций профессора С.В.Мельникова и его учеников.
Морфологический анализ как метод новых технических идей и решений, получил в настоящее время широкое применение во многих областях науки и техники, в частности, и при проектировании объектов сельскохозяйственного назначения, и переработке продукции. Причем, создаются возможности из общей структуры объекта вычленять отдельные его составляющие. Однако реализация данного подхода затруднена из-за прекращения связей между машиностроительными предприятиями по выпуску кормоприготови-тельной техники.
Как пример одного из направлений использования данной методики представлены результаты исследований по созданию кормоприготовительного оборудования модульного типа для ферм крупного рогатого скота. Материалы базируются на использовании универсального модуля - подающего бункера с горизонтальной осью вращения для приема и подачи материала. В качестве измельчительно-смесительного устройства применяли молотковый ротор большого диаметра (1400 мм). В ходе экспериментов использованы мето-
