CC BY
17
ВЕСТНИК БЕЛОРУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ _АКАДЕМИИ № 1 2014_
МЕХАНИЗАЦИЯ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 664.726.9
В. М. ПОЗДНЯКОВ, С. А. З ЕЛЕНКО, А. И. ЕРМАКОВ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ СЕМЕННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ СЕПАРАТОРА ВИБРОПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ
(Поступила в редакцию 11.12.13)
Рассмотрен процесс разделения компонентов зерновой The article examines the process of separation of grain mix-
смеси по удельному весу. Описан разработанный сепаратор ture components according to specific weight. We have devel-
вибропневматического принципа действия с новыми конст- oped and described a separator with vibro-pneumatic principle
рук/пивными решениями, позволяющими значительно повы- of operation and new design, which helps to considerably in-
сить эффективность разделения компонентов зерновой мас- crease the efficiency of separation of grain mixture components
сы по удельному весу. Описан общий вид и схема экспери- according to their specific weight. We have described general
ментального стенда для изучения процесса вибропневмосе- appearance and scheme of experimental stand for the study of
парирования под действием вибрации и восходящих воздуш- vibro-pneumatic separation process, which includes vibration
ных потоков. Экспериментально доказано, что сепарация and ascending air flows. We have experimentally proven that
зерновой массы по удельному весу позволяет более точно separation of grain mass according to specific weight helps to
выделить семена, обладающие высоким потенциалом уро- more accurately separate seeds with high potential of productiv-
жайности возделываемых культур. ity of cultivated crops.
Введение
Зерновое производство в нашей стране традиционно является одним из основных направлений отрасли растениеводства сельского хозяйства, от развития которого в значительной мере зависит обеспеченность населения продуктами питания, его жизненный уровень. Важнейшим звеном в единой технологической цепочке зернового производства является качественная подготовка семенного материала. Хорошо выполненные полноценные семена с наибольшим удельным весом имеют необходимый запас всех питательных веществ и лучше сформированный зародыш, что обеспечивает образование более мощных проростков. Это увеличивает полевую всхожесть, дает возможность получить более мощные растения, сокращает выпадение их в период вегетации и способствует повышению урожая.
Анализ источников
Исследования и практика показывают, что по физиологическому состоянию и биологическим качествам (энергии прорастания, всхожести, силе начального роста и другим показателям) фракции семян в партиях неоднородны [1]. Поэтому при разделении семян по удельному весу ставится задача выделить из партии не только полноценные семена, но и непригодные мелкие и щуплые семена, малоценные фракции, которые имеют по тем или иным причинам низкие посевные качества и не могут быть использованы для посева [2].
Задача подготовки качественного посевного материала предполагает применение современных технологий послеуборочной обработки семян, базирующихся в первую очередь на оборудовании, разделяющем семенной материал в псевдоожиженном слое на пневматических сортировальных столах [3, 4]. Однако существующие конструкции пневматических сортировальных столов не могут обеспечить эффективного разделения зерновой массы при минимальном различии удельного веса различных фракций.
В настоящее время зарубежными производителями зерноочистительного оборудования для разделения семян по удельному весу рекомендуется использовать аэродинамические сепараторы [5, 6]. Отличительной особенностью данных машин является их способность разделять семенной материал на
фракции по удельному весу. Расслоение на фракции исходного материала происходит в свободном падении за счет силового высокочастотного сканирования струями генератора, главным образом по удельному весу семян. Такой способ сепарации обеспечивает многократный, разноплановый подход к каждой из частиц сепарируемого потока, т. е. происходит качественная (точная) многофракционная сепарация зерновых культур как простой формы, так и сложной (неправильной). Однако, несмотря на ряд преимуществ данных машин, стоит отметить их существенный недостаток. Принцип сепарирования, используемый в аэродинамических сепараторах, обладает низкой эффективностью, так как время нахождения частиц зерновой массы в воздушном потоке слишком мало, а расположение отдельной зерновки в сепарирующей камере носит случайный характер, что не позволяет обеспечить эффективное разделение по удельному весу под воздействием восходящих воздушных потоков.
Эволюционному развитию зерноочистительных машин, разделяющих зерновую смесь на фракции по удельному весу, во многом может способствовать применение машин вибропневматического принципа действия [7]. Потенциальные возможности этих машин могут быть использованы в селекции при подготовке к посеву суперэлиты и в звене первичного семеноводства для производства элитных семян, а также семян первой и второй репродукций. Сепарация по удельному весу в сравнении с сепарацией по размерам позволяет более точно разделить семена по биологической ценности [8].
Методы исследования
С целью изучения влияния удельного веса семян на урожайность была разработана методика исследований, в соответствии с которой проведен ряд опытов.
В соответствии с целью и задачами исследований работа проводилась по следующим направлениям: разделение исходной партии семян по удельному весу с помощью 28 % солевого раствора; определение массы 1000 семян производились по ГОСТу 12042-80 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения массы 1000 зерен; проведение оценки всхожести и энергии прорастания по ГОСТу 12038-84.
В соответствии с разработанной методикой исследований определение всхожести семян проводилось в следующей последовательности:
1. Из семян основной культуры (объединенной пробы по ГОСТу 12036-85) отбирались 4 пробы по 100 зерен для проращивания.
2. В качестве ложа для проращивания семян использовалась растильня, на дне которой улаживалась увлажненная фильтровальная бумага.
3. Для обеспечения постоянной температуры проращивания +200 использовался хладотермостат марки ХТ-3/70-2.
4. По истечении 3 дней подсчитывалось количество проросших семян.
5. Через 8 дней измерялась длина и масса ростков.
Основная часть
Для проведения серии опытов использовалась яровая пшеница сорта «Контеса». В табл. 1 представлены данные влияния удельного веса на энергию прорастания и всхожесть яровой пшеницы.
Таблица 1. Результаты опыта
Результат анализа Дата подсчета Число дней от начала проращивания до подсчета Процент проращивания семян пробы 1 | 2 | 3 | 4 Средний % из 4 проб Масса ростков, г Длина ростков, см
Показатели качества семян с удельным весом больше 1,15 г/см3
Энергия прорастания 15.04.13 3 90 92 88 87 89 3,49 120
Всхожесть 18.04.13 7 94 97 94 96 95
Показатели качества семян контрольного образца
Энергия прорастания 15.04.13 3 80 82 84 85 83 3,02 104
Всхожесть 18.04.13 7 86 88 87 90 88
Показатели качества семян с удельным весом меньше 1,15 г/см3
Энергия прорастания 15.04.13 3 67 64 72 65 67 2,73 78
Всхожесть 18.04.13 7 73 69 75 71 72
Результаты всех полученных данных по трем опытным образцам сведены в диаграммы, представленные на рис. 1. Анализ опытных данных по определению всхожести семян показал, что семена с удельным весом более 1,15 г/см3 по сравнению с семенами удельным весом менее 1,15 г/см3 обладают повышенной биологической ценностью, а именно: энергия прорастания больше на 22 %; всхожесть больше на 23 %; масса 1000 зерен больше на 15,4 г; длина ростков больше на 42 см; масса ростков больше на 0,76 г.
а)
Длина ростков, см
Всхожесть, %
111
б)
Масса росткое, г
в)
г)
Рис
щ Показатели качества семян с удельным весом меньше 1,15 г/см3 Показатели качества семян контрольного образца Показатели качества семян с удельным весом больше 1,15 г/см3
1. Диаграммы результатов по 3 образцам: определение энергии прорастания (а) и всхожести (б), длина (в) и масса ростков (г)
Таким образом, на основании опытных данных доказано, что хорошо выполненные полноценные семена, обладающие наибольшим удельным весом, имея необходимый запас всех питательных веществ и лучше сформированный зародыш, обеспечивают образование более мощных проростков. Это увеличивает полевую всхожесть, дает возможность получить более мощные растения, и в конечном итоге повышает урожайность возделываемых культур. Комплексный анализ технологического оборудования для разделения компонентов зерновой массы по удельному весу показал, что в настоящее время не существует достаточно эффективного оборудования, позволяющего производить разделение зерновой массы по удельному весу и обеспечивающего возможность выделения полноценных зерновок с высокой точностью. Поэтому разработка конструкции новой отечественной машины, позволяющей разделять зерновую массу по удельному весу с целью выделения семян с высоким потенциалом урожайности семенного материала является актуальной научно-технической задачей, решение которой позволит обеспечить сельскохозяйственные предприятия высококачественными посевными и товарными семенами, и соответственно повысить урожайность возделываемых культур. Для проведения экспериментальных исследований процесса разделения зерновой массы по удельному весу нами был разработан экспериментальный стенд, основным звеном которого является сепаратор вибропневматического принципа действия, позволяющий производить сортировку зерна с минимальной разницей удельного веса. Схема экспериментального стенда представлена на рис. 2.
— Срейню ж цдетнщ Оку Qfautts ■ — фршш г yfe/bHirt бесок ¿Ы* 1&г/ьа
-Зигр^ШШ! ¡Ойр
-tfomsmи баздуя
\± \L \П.
Рис. 2. Схема экспериментального стенда: 1 - сепаратор вибропневматического принципа действия; 2 - электровибратор; 3 - частотный преобразователь; 4 - преобразователь интерфейса АС4; 5 - персональный переносной компьютер ASUS 1005 PX; 6 - вентилятор ВЦП-3; 7 - нагнетающий воздуховод; 8 - осадочная камера; 9 - воздуховод; 10 - бункер; 11 - всасывающий воздуховод; 12 - весы; 13 - анемометр-тестер; 14 - угломер маятниковый; 15 - U образный манометр; 16 - секундомер; 17 - патрубок для подачи зерновой массы, 18 - анализатор влажности
На начальном этапе разработки лабораторного сепаратора вибропневматического принципа действия с принципиально новыми конструктивными решениями рабочих узлов была создана его компьютерная трехмерная модель (рис. 3).
Рис. 3. Трехмерная модель сепаратора для разделения зерновой массы по удельному весу с замкнутым циклом воздуха:
1 - сепаратор вибропневматического принципа действия;
2 - гофрированная вставка; 3 - всасывающий воздуховод;
4 - вентилятор ВЦП-3; 5 - переходник; 6 - нагнетающий воздуховод; 7 - гофрированная вставка; 8 - патрубок для подачи продукта; 9 - бункер
Рис. 4. Общий вид экспериментального стенда для изучения процесса разделения зерновой массы по удельному весу:
1 - бункер; 2 - загрузочный патрубок; 3 - сепаратор вибропневматического принципа действия; 4 - электровибратор; 5 - патрубок для фракции с удельным весом более 1,15 г/см3; 6 - патрубок для фракции с удельным весом менее 1,15 г/см3; 7 - вентилятор ВЦП-3; 8 - всасывающий воздуховод; 9 - воздуховод; 10 - смотровое окно
Основным звеном экспериментального стенда является разработанный сепаратор вибропневматического принципа действия для разделения зерновой массы по удельному весу. Общий вид сепаратора представлен на рис. 4. Принцип действия разработанного сепаратора вибропневматического принципа действия для разделения зерновой смеси по удельному весу основан на избирательном транспортировании компонентов зерновой смеси под действием вибрации и восходящих потоков воздуха в псевдоожи-женном слое с последующим разделением фракций, отличающихся удельным весом. На новые технические решения, реализованные в разработанном сепараторе, получено 3 патента на Республики Беларусь.
Сепаратор для разделения семян по удельному весу работает следующим образом.
Неоднородную по удельному весу сыпучую смесь подают из бункера 1 через загрузочный патрубок для исходного продукта 2 в сепаратор вибропневматического принципа действия для разделения семян по удельному весу 3. Сетчатой деке сепаратора при помощи двух спаренных электровибраторов 4 придают продольно-колебательное движение и одновременно продувают воздушным потоком, благодаря чему происходят два параллельных процесса: перемещение сыпучей смеси вдоль сетчатой деки и самосортирование компонентов смеси по удельному весу. Сыпучая смесь делится по удельному весу, причем фракция с удельным весом более 1,15 г/см3 (основное зерно), соприкасаясь с сетчатой декой, движется под уклон к выходному патрубку для фракции с удельным весом более 1,15 г/см3 5. Фракция с удельным весов менее 1,15 г/см3 (легкие примеси и неполноценные семена) поднимается на поверхность основной массы продукта и перемещается против уклона в сторону выходного патрубка для фракции с удельным весом менее 1,15 г/см3 6, расположенного с противоположной стороны сетчатой деки относительно выходного патрубка для фракции с удельным весом более 1,15 г/см3 5 и приподнятого над сетчатой декой на высоту в несколько сантиметров, выводится из устройства для сортирования семян по удельному весу.
Воздушный поток, создаваемый вентилятором 7, проходит сквозь зерновую массу и создает в рабочей камере сепаратора вибропневматического принципа действия разрежение и зерновая масса переходит в состояние псевдоожижения, что создает условия для разделения на фракции. Воздушный поток, выходящий из рабочей камеры, проходит конфузор и через всасывающий трубопровод 8 выводится из сепаратора. В ходе проведения предварительной серии экспериментов определены основные режимные и конструктивные параметры работы разработанного сепаратора вибропневматического принципа действия, а также их диапазоны варьирования для проведения полнофакторного эксперимента (табл. 2)
Фактор Обозначение Единицы измерения Минимальное значение Максимальное значение
Угол наклона сетчатой деки к горизонту а град 2 5
Угол действия добавочной силы от электровибраторов в град 42 50
Разрежение в рабочей камере ВПС H Па 380 460
Частота вращения электровибраторов n мин-1 900 1500
Заключение
В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что сепарация зерновой массы по удельному весу позволяет более точно разделить семена по биологической ценности. Исследование влияния удельного веса семян на качественные характеристики (на примере яровой пшеницы сорта «Контеса») показало, что семена с удельным весом более 1,15 г/см3, характеризуются более высокой энергией прорастания (на 22 %), всхожестью (на 23 %), массой 1000 зерен (на 15,4 г), длинной ростков (на 42 см) и массой ростков (на 0,76 г) и соответственно обладают более высоким потенциалом урожайности возделываемых культур.
Разработана схема и изготовлен экспериментальный стенд для изучения процесса сепарирования зерновой массы под воздействием вибрации и восходящих воздушных потоков. Определены основные режимные и конструктивные параметры разработанного вибропневматического сепаратора, а также диапазоны их варьирования для проведения полнофакторного эксперимента.
Дальнейшие исследования позволят определить оптимальные параметры работы сепаратора вибропневматического принципа действия, что создаст предпосылки для проектирования отечественного высокоэффективного сепаратора для подготовки семенного материала с высокой биологической ценностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поздняков, В. М. Сортирование семян по биологической ценности - основа будущего урожая / В. М. Поздняков, С. А. Зеленко // Науюж здобутки молодi - виршенню проблем харчування людства у XXI столгт: 79^ наук. конф. моло-дих учених, астранпв i студенпв. НУХТ,- Кшв, 2013. - Ч. II. - С. 10-12.
2. Иванов, А. В. Повышение эффективности очистки семян злаковых культур от трудноотделимых примесей на основе создания новых конструкций машин / А. В. Иванов, А. И. Ермаков, В. М. Поздняков // Агропанорама. - 2011. - № 3. - С. 20-23.
3. Дринча В. Сепарация семян на пневматических сортировальных столах - правила и практика. [Электронный ресурс] - 2010. - Режим доступа: http://www.perfectagro.ru/pdf/tehnolog/tehnolog_1.html - Дата доступа: 01.05.2013.
4. ООО «Мельагромаш». Стол пневматический сортировальный БПС, ПСС. [Электронный ресурс] - 2013. - Режим доступа: http://zerno-ek.com/?page=catalog&cat=105 - Дата доступа: 11.06.2013.
5. ООО «Росагро». Все модели сепараторов САД. [Электронный ресурс] - 2010. - Режим доступа: http://rosagro2010.ru/vse_modeli_separatorov_sad,_ooo_r - Дата доступа: 15.06.2013.
6. С машиной для очистки и калибровки сыпучих материалов «Алмаз» вы добьетесь увеличения урожая на 35 %. Каталог машин для очистки зерна. [Электронный ресурс] - 2010 - 2013. - Режим доступа: http://almazselmash.ru/production.html. - Дата доступа: 20.06.2013.
7. Поздняков, В. М. Перспективы развития специализированного зерноочистительного оборудования / В. М. Поздняков, А. В. Иванов, А. И. Ермаков // Вестник МГУП. - 2009. - № 2(7). - С. 85-90.
8. Поздняков, В. М. Сортирование семенного материала по биологической ценности на машинах вибропневматического принципа действия / В. М. Поздняков, С. А. Зеленко// Доклады Междунар. науч.-практ. конф. УО БГАТУ. - Минск, 2013. - С. 110-112.
УДК: 631.354.2.026
В. В. ГУСАРОВ, А. В. КЛОЧКОВ, В. К. ЛИПСКАЯ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ПОДБАРАБАНЬЯ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА «ПАЛЕССЕ С810»
(Поступила в редакцию 08.01.14)
Приводится анализ технических и экономических аспектов применения в производственных условиях подбарабанья с дифференцированной рабочей поверхностью, установленного на зерноуборочном комбайне «ПАЛЕССЕ GS10». Сделаны выводы о целесообразности применения такого подбарабанья на зерноуборочных комбайнах, так как его использование позволяет увеличить производительность зерноуборочных комбайнов при меньших затратах топлива и за счет этого получить экономический эффект.
We have analyzed technical and economic aspects of field application of conclave with differentiated working surface, mounted on grain combine 'Palesse GS10'. Conducted research shows that it is advisable to apply such a concave on grain combines, as its use helps to increase productivity of grain combines and reduce fuel consumption and to produce good economic effect as a result.
