Усовершенствованный технологический процесс сортирования семян хвойных пород Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СОРТИРОВАНИЯ СЕМЯН ХВОЙНЫХ ПОРОД

Вахнина Г.Н. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)

Technological process of sorting of seeds of the coniferous breeds is different by tossing of seeds at their movement downwards on a cloth of the sieve which are in sieve a camp, making back and forth motion is offered.

Предложен технологический процесс сортирования семян хвойных пород, отличающийся подбрасыванием семян при движении их вниз по полотну решета, находящегося в решетном стане, совершающем возвратно- поступателъ-ное движение.

За последние десятилетия значительно снизилось искусственное возобновление лесов, что приводит к сокращению лесопокрытых площадей лесного фонда и зарастанию древесной порослью малоценных пород (осина, ольха, береза и т. д.). После пожаров летом 2010 года актуальнейшей задачей для центрально-черноземной зоны России стали лесовосстановительные работы по возобновлению хвойных насаждений, для проведения которых требуется наличие качественного семенного материала. Качество сортирования семян, основным показателем которого является величина полноты выделения проходовой фракции, - важный критерий оценки работы семеочистительных машин и сортировальных устройств.

Обзор научной литературы, посвященной процессу сортирования и конструкциям семеочистительных машин и сортировальных устройств, позволил сделать следующие выводы:

1) с целью повышения эффективности сортирования помимо решетного стана используется воздухоочистительная часть, что сказывается на усложнении конструкции в целом и на увеличении ее габаритов;

2) застревание семян в отверстиях решета требует применения механизмов очистки, которые сами по себе представляют достаточно сложные и дорогостоящие конструкции;

3) не всегда приемлемо изменение величин кинематических параметров процесса сортирования (частота колебаний, амплитуда и пр.), так как это может привести к повышению коэффициента кинематического режима (семеочисти-тельные машины для лесных семян работают с коэффициентом кинематического режима 1,5);

4) известные семеочистительные машины и сортировальные устройства не в полной мере учитывают физико-механические свойства лесных семян (особенно хвойных).

Все вышеперечисленное подтверждает важность и актуальность исследований, целью которых является усовершенствование технологического процесса сортирования, способствующего повышению качества фракционирования семян.

Предлагается создание технологического процесса сортирования семян хвойных пород на плоскорешетном сепараторе, объединяющего следующие требования: - периодическое разрыхление семенного материала на полотне

решета; - отсутствие необходимости в дополнительной очистке решета от забившихся частиц в следствии частичной самоочистки; - правильная ориентация частиц проходовой фракции по отношению к отверстиям на полотне решета.

Под периодическим разрыхлением семенного материала на полотне решета понимается рассредоточение семян по поверхности решета с периодическим подбрасыванием их при движении вниз. При этом решетный стан движется возвратно-поступательно. Необходимость в дополнительной очистке решета отсутствует в следствии того, что подбрасываемые семена не успевают забиваться в отверстиях. Правильная ориентация частиц проходовой фракции подразумевает расположение семян шириной параллельно плоскости решета. Данное происходит в момент подбрасывания и соударения семян друг с другом, способствующего переориентации последних в пространстве.

Создание технологического процесса с односторонним подбрасыванием можно добиться совершенствованием подвески решетного стана [1, 2, 3, 4], причем без вмешательства в изменение кинематического режима всей семеочи-стительной машины, без дополнительного увеличения габаритов машины, без повышения динамических нагрузок.

Конструкция подвесок решетного стана [3] успешно прошла лабораторные испытания на экспериментальной установке, имитирующей работу семеочисти-тельной машины. Превышение полноты выделения проходовой фракции при сортировании семян сосны обыкновенной составило 6-12 % [5, 6].

Известно, что при подбрасывании под углом тело движется по параболической траектории. Таким образом, некоторое время частицы движутся вверх, а затем падают вниз на полотно решета. С учетом влияния воздушной среды и множественного соударения частиц друг с другом векторы скоростей и ускорений меняются по величине и направлению многократно. Точное мгновенное изменение этих векторов учесть полностью не представляется возможным. Поэтому мы рассматривали влияние двух частиц эллиптической формы друг на друга при взлете и падении. В момент отрыва семена имеют скорость, равную скорости решетного стана в точке соударения плоской пружины с упором. Скорость частиц в начале полета увеличивается за счет приращения ускорений, полученных от действия решетного стана на семенной материал. Так как полотно решетного стана на частицы одного слоя действует с одинаковой силой, то изначально все частицы приобретают приращения ускорений, равные отношению действия решетного стана на семенной материал к массе семени.

В результате получены уравнения ускорений частиц при взлете в проекциях на неподвижные оси координат, связанные с рамой машины, с учетом влияния конструктивно-установочных параметров новых подвесок решетного стана, первое интегрирование по времени которых позволило получить уравнения скоростей частиц при взлете, а вторым интегрированием по времени получены уравнения подъема частиц (1-4):

- для крупной частицы:

гв гв

= ЛЖг + Ц(8 + -^)//втюсгс& + Ц2(8 совсгс&

с гаг +

гЯУ

г

гЯУ

гв

+

+

гв

гв

Я(8 + 7^^ в-п&сгАг + ЦК ^ ®сгА + Ц 4с2 ^п ®сгАг

г гёУ

гв

г

г

И (Я С0в(1 + к * п'К) - вт х)с°в хаг

(1)

= Ц8/'Жг-Ц(8 С0*шсгсж + Ц2(8 + -ЧЧ в-пссгсёг +

гЯУ

гЯУ

+ Ц(8 +——)с2с с°вюсгсёг + ЦК с°вюсгсёг + ЦЬссо] с°вюсгсёг +

г

гв

гЯУ

+

И(Я С0в(1 + к*пК) - вт х) эт Хаг

г

(2)

- для мелкой частицы:

гв гв

Я*«т = Ц<аг + Ц(8 + втшсгсёг + Ц2(8 + -Ц' сс с°втсгсёг +

гЯУ

гЯУ

+

гв гв гв

Я (8 +Т^)сс2 В-п СсгсЖг + ЦК ^пссгсаг + Ц ^пСсгсЖг

г гёу г г

+

11(Я соб(1 + к *пм ) - вт х)соб хаг

(3)

Кт =Я - Ц (8 соб с ¿Ж + Ц 2(8 +~^)Сс втссгсЖ +

гЯУ

гЯУ

+ Я(8 +—~)®с с°вюсгсЖг + ЦК с°вюсгсЖг + ЦЬст2 с°вюсгсёг +

гЯУ

+

Я( я С°в(1+к *п М) - вт х) хаг

(4)

4 = V (С + 82) • (гя2 У +1) - 21под$! (гяУ +1)

где у - угол отклонения подвесок влево, рад; к - коэффициент «воздействия вышележащего слоя», учитывающий расположение и массы частиц [7]; пк и п'м - число монослоев, находящихся над рассматриваемой крупной и мелкой частицами [7]; _/р - ускорение решета, м/с2 [7]; х - переменный угол между вектором полного ускорения решета и плоскостью решета, рад [7]; юс - угловая скорость кривошипа в момент соударения, с-1; гс - время поворота кривошипа, включая момент соударения, с; - расстояние между упором и плоской пружиной, м; - расстояние между упором и решетным станом, м [8].

Внедрением конструкций подвесок решетного стана в ОГУ «Задонский лесхоз», в Семилукском филиале ОГУ «Лесная охрана» Семилукское лесничество, в Учебно-опытном лесхозе ГОУ ВПО «ВГЛТА» подтверждена эффективность предлагаемого технологического процесса при сортировании семян сосны обыкновенной.

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

гв

Выводы:

1. Предложен и обоснован усовершенствованный технологический процесс сортирования, позволяющий существенно повысить качество фракционирования семян хвойных пород на плоскорешетных сепараторах.

2. Создается усовершенствованный технологический процесс за счет использования новых конструкций подвесок решетного стана.

3. Получены уравнения кинематических параметров крупной и мелкой частиц при подбрасывании на полотне решета с учетом влияния конструктивно-установочных параметров новых подвесок решетного стана.

4. Дополнение и расширение теоретической базы исследований семеочи-стительных машин позволяет учитывать полученные теоретические результаты при проектировании плоскорешетных сепараторов.

5. Использование на производстве усовершенствованного технологического процесса позволяет повысить полноту выделения проходовой фракции и увеличить производительность плоскорешетных сепараторов.

Литература

1. Пат. на полезную модель № 78445 РФ, МПК В07В 1/46. Ступенчатая подвеска решетного стана семяочистительной машины [Текст] : В.С.Быков, Г.Н.Вахнина, В.В.Ткачев, Р.С.Ермолов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2008118564/22; заявл. 12.05.2008; опубл. 27.11.2008, Бюл. № 33. - 3 с.

2. Пат. на полезную модель № 84746 РФ, МПК В07В 1/46. Универсальная подвеска решетного стана семяочистительной машины [Текст] : В.С.Быков, Г.Н.Вахнина; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2009111821/22; заявл. 30.03.2009; опубл. 20.07.2009, Бюл. № 20. - 3 с.

3. Пат. на изобретение № 2363553, МПК В07В 1/46. Подвеска решетного стана семео-чистительной машины [Текст] : В.С.Быков, Л.Т.Свиридов, Г.Н.Вахнина, В.В.Ткачев, Р.С.Ермолов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2008108874/03; заявл. 06.03.2008; опубл. 10.08.2009, Бюл. № 22. - 4 с.

4. Пат. на изобретение № 2372998, МПК В07В 1/46. Многоуровневая подвеска решетного стана семеочистительной машины [Текст] : В.С.Быков, Л.Т.Свиридов, Г.Н.Вахнина, В.В.Ткачев, Р.С.Ермолов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2008118942/03; заявл. 13.05.2008; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32. - 4 с.

5. Вахнина, Г. Н. Экспериментальные исследования сортирования лесных семян на решетном стане с новой конструкцией подвески [Текст] / Г. Н. Вахнина // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - Красноярск, 2010. - Вып. 5. - С. 106-108.

6. Вахнина, Г.Н. Результаты испытаний новых подвесок решетного стана плоскорешетного сепаратора для лесных семян [Текст] / Г. Н. Вахнина // Леса России в XXI веке [Текст] : Материалы третьей международной научно-практической интернет-конференции. Апрель 2010 г. / под ред. авторов; Фед. агентство по образованию ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская лесотехническая академия им. С.М.Кирова». - Санкт-Петербург, 2010. - С. 240-243.

7. Быков, В. С. Повышение эффективности процесса сепарирования зерновых смесей на плоских качающихся решетах [Текст] : дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 : защищена 1999 / В. С. Быков. - Воронеж, 1999. - 359 с. - Библиогр.: с. 360-472.

8. Вахнина, Г. Н. Теоретические исследования законов движения семян в процессе сортирования [Текст] / Г. Н. Вахнина; ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2010. - 16 с. - 1 ли. Библиогр. : 5 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ. 23.06.2010. № 394-В2010.