CC BY
0DOI 10.53980/24131997_2024_1_83
С.Ж. Гылыкова, преподаватель, е-mail: gylykova95@bk.ru С.С. Ямпилов, д-р техн. наук, проф., е-mail: yampilovss@mail.ru Ж.Б. Цыбенов, канд. техн. наук, доц. Г.Ж. Хандакова, канд. техн. наук, доц. В.Б. Балданов, канд. техн. наук, доц. А.О. Жигжитов, канд. техн. наук, доц. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 631.362
ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА СЕПАРИРУЮЩЕГО ЗЕРНОМЕТАТЕЛЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ЗЕРНА
В настоящее время в сельском хозяйстве имеющаяся зерноочистительная техника не соответствует современным условиям зернопроизводства и физически изношена. А малые и фермерские хозяйства и вовсе не имеют требуемой техники.
Поэтому необходимо разработать зерноочиститель, максимально адаптированный к многообразию условий современного сельскохозяйственного производства, обеспечивающий минимальные затраты, но позволяющий на первом этапе обработки получить большую часть зерна базисных кондиций и одновременно провести не только очистку, но и охлаждение и сушку. Разработан сепарирующий зернометатель, который отличается от всех существующих тем, что лопасти зерномета-теля выполнены из двух соединенных между собой серповидной и приемной частей, первая из которых имеет на периферии закругленный конусообразный участок, который позволяет снизить повреждение и травмирование семян и предварительно распределить поступающий зерновой материал на разные фракции. Анализ экспериментальных исследований показал, что возможно получить в процессе обработки более 80 % зерна базисных кондиций.
Ключевые слова: сепарирующий зернометатель, зерно базисных кондиций, серповидная и приемная части лопасти, травмирование семян.
S.Zh. Gylykova, Lecturer S.S. Yampilov, Dr. Sc. Engineering, Prof.
Zh.B. Tsybenov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
G.Zh. Khandakova, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
V.B. Baldanov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
A.O. Zhigzhitov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
IMPACT OF DRUM ROTATION FREQUENCY
OF SEPARATING GRAIN THROWER ON GRAIN CLEANING EFFICIENCY
Currently, in agriculture, the available grain cleaning machinery does not correspond to modern conditions of grain production and is physically worn out. And small farms andfarmers do not have the required equipment.
Therefore, it is necessary to develop a grain cleaner that is adapted to the diversity of conditions of modern agricultural production, providing minimal costs, but allowing to obtain most of basic grain at the first stage of processing and simultaneously to carry out not only cleaning, but also cooling and drying. A separating grain-throwing unit has been developed, which differs from all existing ones in the grain-throwing blades made of two interconnected sickle-shaped and receiving parts, the first of which has a rounded cone-shaped section at the periphery. That cone-shaped section reduces damage and injury of seeds and pre-dis-tribute the incoming grain material on different fractions. Analysis of experimental studies showed that it is possible to obtain more than 80% of basic conditions in the processing process.
Key words: separating grain thrower, basic grain, sickle-shaped and receiving parts of the blade, seed
injury.
Введение
Анализ современного состояния зерноочистительной техники, находящейся в СПК и фермерских хозяйствах, показал, что растет потребность в универсальной многофункциональной зерноочистительной техники, которая способна за одну операцию произвести охлаждение, сушку, очистку и фракционирование зернового материала. Разработаны различной конструкции зернометателей и зернопультов, которые имеют один недостаток - рабочие органы травмируют и повреждают семена [1-3]. Кроме зернометателей, существуют фракционеры -пневмосепарирующие машины и другие рабочие органы, которые не только сепарируют зерновой материал, но, а также охлаждают и сушат зерновой материал [4-11]. Для выполнения данных требований в ВСГУТУ ведется разработка сепарирующего зернометателя. Разрабатываемое устройство способно производить одновременно сушку зернового материала и его очистку от примесей за один проход [12-15].
Отличается разработанный сепарирующий зернометатель от существующих тем, что имеет 8 лопастей барабана, каждая из которых выполнена из двух соединенных между собой серповидной и приемной частей, первая из которых имеет на периферии закругленный конусообразный участок с радиусом кривизны r, переходящий на конусообразный обод барабана, а приемная часть имеет обрезиненную рабочую поверхность и закреплена на диске под углом а к радиусу барабана.
Целью исследования является изучение влияния частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя на эффективность очистки зерна.
Материалы и методы исследования
Для изучения влияния частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя и обоснования его основных параметров на эффективность очистки зерна были проведены экспериментальные исследования. Использовали экспериментальную установку сепарирующего зернометателя с вращающимся барабаном, в котором сплошные лопасти выполнены из двух соединенных между собой серповидной и приемной частей. Причем приемная часть лопасти имеет обрезиненную рабочую поверхность для уменьшения повреждения и травмирования семян.
Общий вид экспериментальной установки представлен на рисунке 1. Проверили работоспособность сепарирующего зернометателя в подвале корпуса № 8. В качестве основного зернового материала было использовано: пшеницы - 50 кг, крупной примеси - 3 кг, мелкой примеси - 4 кг и легкой примеси - 3 кг.
Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной установки
Экспериментальная установка сепарирующего зернометателя состоит из привода. Привод содержит электродвигатель, регулятор оборотов электродвигателя, червячный редуктор и
клиноременную передачу. Привод приводит в движение вал, который вращает барабан, содержащий сепарирующие устройства для очистки зернового материала. Барабан установлен в цилиндрический кожух выпускного патрубка.
Подается зерновой материал во вращающийся барабан из загрузочного бункера. Регулирует подачу зернового материала при помощи заслонки установленного в загрузочном бункере.
Разработанный сепарирующий зернометатель (рис. 2, 3) содержит лопастной барабан 1, состоящий из приемного 2 и несущего 3 кольцевых дисков. На периферии несущего кольцевого диска 3 установлен конусообразный обод 4, охватывающий концы закругленных конусообразных участков 7 и образующего зазор шириной Н с периферией приемного кольцевого диска 2. Приемная сторона 2 барабана 1 с зазором шириной Н расположена в цилиндрической части 5 выпускного патрубка 6.
Несущий кольцевой диск 3 закреплен на валу, который приводится в движение приводом 9 электродвигателя. Через выпускной патрубок 5 проходит питающий патрубок 10, соединенный с загрузочным бункером 11.
Рисунок 2 - Схема сепарирующего зернометателя: 1 - лопастной барабан; 2 - приемный кольцевой диск; 3 - несущий кольцевой диск; 4 - конусообразный обод; 5, 6 - выпускной патрубок; 7 - конусообразный участок кольцевого диска; 8 - цилиндрический кожух; 9 - привод с электродвигателем; 10 - питающий патрубок; 11 - загрузочный бункер
Рисунок 3 - Лопасть сепарирующего зернометателя: 1 - серповидная часть лопасти; 2 - приемная часть лопасти; 3 - обрезиненная рабочая поверхность
Каждый опыт проводился в следующей последовательности: устанавливали определенное значение изучаемых факторов (угол наклона выпускного патрубка к горизонту, частота вращения кольцевого диска зернометателя, удельную подачу зернового материала), на площади выброса зернового материала установили ограничители с шагом в 1 м: исходный зерновой материал после тщательного перемешивания загружали в загрузочный бункер 11 установки; на определенную величину открывали заслонку для подачи зернового материала и при-
водили в действие двигатель зернометателя, по истечении работы на каждом участке производился сбор выброшенного материала, его дальнейшее взвешивание и определение в нем количества основного зерна, легкой, мелкой и крупной примесей; подсчитывали показатели эффективности выделения легких, мелких, крупных примесей. Доверительные границы случайной погрешности результата измерения находили по формуле:
£ = *^(А), (1)
где ^ - коэффициент Стьюдента, который в зависимости от доверительной вероятности Р и числа результатов наблюдений Пн находили по таблице справочного приложения, указанного в ГОСТ.
Нами была принята доверительная граница случайной погрешности опыта 5 % при доверительной вероятности 0,95. Количество повторностей опыта, при которых обеспечивалась указанная точность результата, определялось в следующей последовательности.
Проводили две повторности опыта и по их результатам х1 и х2, измеряемой величины полноты выделения компонентов, рассчитывали величины А, Б(А) и г. Если полученная величина £ оказывалась больше 5 %, то проводили третью повторность, вновь рассчитывали указанные величины и сравнивали е с 5 %. За достаточное количество повторных опытов принимали то, при котором е < 5 %.
Анализ показателей зерна, поступающего на послеуборочную обработку, показал, что содержание и нем мелких и крупных примесей составляет в среднем около 7 %, хотя в отдельных случаях достигает 10 % и выше.
Для опытов был приготовлен зерновой материал, мелкая примесь в котором составляла 4 %, крупная 3 % и легкая примесь 3 %. В качестве основного зерна использовали пшеницу, очищенную от крупных примесей решетами 0 4,5 и 0 3,6, а от мелких примесей - решетами 0 3,0 и 0 2,6. В качестве мелкой примеси использовали семена сорных растений, легкой примеси - плевел, ости, пленки. А в качестве крупной примеси колоски, горох и др. Влажность пшеницы, использованной в опытах, составляла 13 %.
Эффективность процесса разделения зернового материала сепарирующим зерномета-телем оценивали показателем В.Г. и Г.В. Ньютона. Определяли полноту просеивания зерна легкой, мелкой и крупной примеси по секциям в % к количеству компонента, содержащегося во всех секциях пробоотборника. А затем вычисляли разность полноты просеивания легкой примеси и основного зерна. Для каждой площади выброса в 1 м определяли Ел эффективность очистки зерна от легких примесей:
Ел = 8л - 8з, (2)
где 8л - полнота выделения легкой примеси; 8з - полнота выделения основного зерна.
Аналогично определяли эффективность очистки зерна от мелких примесей Ем и эффективность очистки зерна от крупных примесей Ек и разность полноты просеивания мелкой примеси и основного зерна.
Результаты исследования и их обсуждение
С целью обоснования частоты вращения барабана были проведены экспериментальные исследования по изучению влияния частоты вращения барабана на эффективность очистки зернового материала от легких, мелких и крупных примесей. Предварительно экспериментами было установлено, что более эффективно выделяются примеси при угле наклона выпускного патрубка 45 ° удельной подаче зернового материала 2,78 кг/с. При этих параметрах изучили влияние частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя на эффективность очистки зерна.
Анализ экспериментальных исследований показал, что с увеличением частоты вращения барабана сепарирующего зернометателя компоненты зернового материала все дальше вылетают и все меньше перекрываются. Так, перераспределение компонентов зернового материала наиболее эффективно при частоте вращения барабана 360 об/мин и при этом более эффективно выделяются легкие, мелкие и крупные примеси.
^ 70 * 60
и
(D
ч
(D g
на «
л н о и ч о
С
50 40 30 20 10 0
6 8 10 12 14
Длина вылета частиц зернового материала , м
а) 260 об/мин, угол наклона 45°, 86 %, от 4 м до 6 м.
и
ё (D
на ра
cd
н
о g
о
С
60 50 40 30 20 10 0
4 6 8 10 12 14
Длина вылета частиц зернового материала , м
б) 330 об/мин, угол наклона 45°, 89 % , от 5 м до 8 м.
о4 60
§
« (D 50
ч
(D
на 40
ра
cd
н о 30
g
о
С 20
10
0
А
\ ^ А
\ \ /X I \
/ у V х —\
Lu Л._J\_V
0 2 4 6 8 10 12 14
Длина вылета частиц зернового материала , м
в) 360 об/мин, угол наклона 45°, 92 %, от 5 м до 9 м.
Рисунок 4 - Распределение компонентов зернового материала (вылет частиц) в зависимости от частоты вращения барабана (а, б, в): — - легкая примесь; — - мелкая примесь;
— - основное зерно; — - крупная примесь
0
2
4
0
2
Если выделить фракцию зернового материала от 5 до 9 м, то можно получить фракцию основного зерна (пшеницы) 92 % базисных кондиций. При этом фракции зернового материала от 2,5 до 5 м и фракцию от 9 до 10 м можно отправить на доработку на существующие воздушно-решетные машины. А фракцию с легкими и мелкими примесями, которая распределилась до 2,5 м, и фракцию крупных примесей от 10 до 13, 5 м отправить в отходы, так как в них содержание основного зерна (пшеницы) составляет меньше 1 %.
Заключение
Анализ экспериментальных исследований показал, что сепарирующий зернометатель выбрасывает компоненты зернового материала на определенные расстояния. Крупные и тяжелые частицы улетают на дальние расстояния, ближе распределяются частицы основного зерна, а еще ближе частицы мелкой и легкой примеси.
Частицы легкой примеси располагаются ближе всех частиц зернового материала. Если собрать частицы основного зерна на расстоянии от 4 до 8 м можно получить зерно базисных кондиций более 80 %. Остальные промежуточные фракции - зерно с мелкими примесями (34 м), зерно с крупными примесями от 8 до 10 м - доработать на существующих зерноочистительных машинах. Фракцию с легкими и мелкими примесями (ближе 3 м) и фракцию крупных примесей (дальше 10 м) в отходы (потери основного зерна в отходы меньше 1 %).
Наибольшая эффективность очистки наблюдается при угле наклона выпускного патрубка к горизонту 45°, удельной подаче зернового материала 2,78 кг/с, и при частоте вращения барабана 360 об/мин, при котором можно получить 92 % зерна базисных кондиций.
Библиография
1. Абидуев Ан.А. Повышение эффективности технологических процессов фракционной очистки зерна и семян: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. - Новосибирск, 2020. - 40 с.
2. Шуханов С.Н. Совершенствование рабочего процесса зернометателей и зернопогрузчиков: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. - М., 2012. - 39 с.
3. Абидуев Ал.А. Повышение эффективности фракционного разделения и очистки зерна на порционном метателе: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Улан-Удэ, 2004. - 19 с.
4. Сайтов В.Е. Повышение эффективности функционирования зерноочистительных машин путем совершенствования их основных рабочих органов и пневмосистем с фракционной сепарацией: ав-тореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Киров, 2013. - С. 41.
5. Ямпилов С.С., Цыбенов Ж.Б., Хандакова Г.Ж. и др. Оптимизация комплекса машин для очистки зерновых культур // Технология пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2022. - № 4. - С. 304-308.
6. Yampilov S.S., Tsybenov Zh.B., Gylykova S.Zh. et al. Grain Separating and Throwing Machine in inline Grain Processing. ETESD-2022 IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 1112 (2022) 012071 IOP Publishing doi: 10.1088/1755-1315/1112/1/012071.
7. Патент RU №2465970 В07В 1/04 Сепаратор сыпучих материалов / Ямпилов С.С., Балданов В.Б., Пашинова Н.В., Цыбенов Ж.Б., Цыдыпов Ц.Ц. Патентообладатели: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управлении». - Заявка № 2010150212, заявл. 07.12.2010; опубл. 10.11.2012.
8. Патент RU № 2148439 В07В 1/04 Сепаратор сыпучих материалов / Ямпилов С.С., Зюлин А.Н., Дондоков Ю.Ж., Подкорытов Д.В. Патентообладатели: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управлении». - Заявка № 98114358/03(016242), заявл. 28.07.1998; опубл. 11.01.2000.
9. Корнеев С.В. Интенсификация рабочего процесса зерноочистительной машины предварительной очистки путем фракционирования зернового материала: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Киров, 2002. - 20 с.
10. Ямпилов С.С. Тенденции мирового производства зерносемяочистительной техники // Международный сельскохозяйственный журнал. - М., 1999. - № 6. - С. 39-40.
11. Микитюк М.Е. Повышение эффективности очистки зерна на цилиндрическом подсевном решете: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Барнаул, 2023. - 20 с.
12. Патент RU 2578918 B65G 31/04 Сепарирующий метатель сыпучих материалов / Цыбе-нов Ж.Б., Ямпилов С.С., Матуев А.А., Цыбенова Л.Г., Хандакова Г.Ж. Патентообладатели: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный университет технологии и управлении». - Заявка № 2015100908, заявл. 12.01.2015; опубл. 01.03.2016.
13. Ямпилов С.С., Цыбенов Ж.Б., Жигжитов А.О. и др. Исследование процесса разделения зернового материала в сепарирующем зернометателе // Вестник ВСГУТУ. - Улан-Удэ, 2023. - № 2. -С.57-64.
14. Ямпилов С.С., Цыбенов Ж.Б., Жигжитов А.О. и др. Теоретическое описание процесса разделения частиц зернового материала // Вестник ВСГУТУ. - 2022. - № 4. - С. 40-44.
15. Цыбенов Ж.Б., Ямпилов С.С., Балданов В.Б. и др. Дифференциальное уравнение движения частицы зернового материала в сепарирующем зернометателе // Вестник ВСГУТУ. - 2022. - № 2. -С.56-61.
Bibliography
1. Abiduev A.A. Increased efficiency of fractional grain and seed cleaning processes: abstracts for diss. ... Dr. Sc. Engineering: 05.20.01. - Novosibirsk, 2020. - 40 p.
2. Shukhanov S.N. Improving the work process of grain throwers and grain loaders: abstracts for diss. ... Dr. Sc. Engineering: 05.20.01. - M., 2012. - 39 p.
3. Abiduev A.A. Increasing the efficiency of fractional separation and purification of grain on portion thrower: abstracts for diss.....Cand. Sc. Engineering: 05.20.01. - Ulan-Ude, 2004. - 19 p.
4. Saitov V.E. Increasing the functioning efficiency of grain cleaning machines by improving their main working parts and pneumatic systems with fractional separation: abstracts for diss. Dr. Sc. Engineering. - Kirov, 2013. - 41p.
5. Yampilov S.S., Tsybenov Zh.B., Khandakova G.Zh. et al. Optimization of grain cleaning machinery // Technologies of the food and processing industry of AIC - healthy food. -2022. - N 4. - P. 304-308.
6. Yampilov S.S., Tsybenov Zh.B., Gylykova S.Zh. et al. Grain Separating and Throwing Machine in inline Grain Processing. ETESD-2022 IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 1112 (2022) 012071 IOP Publishing doi: 10.1088/1755-1315/1112/1/012071.
7. Patent RU N 2465970 B07B 1/04 Separator of bulk materials / Yampilov S.S., Baldanov V.B., Pashinova N.V., Tsybenov Zh.B., Tsydypov Ts.Ts. Patent holders: Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "East Siberian State University of Technology and Management". - Application N 2010150212, applied 07.12.2010, published 11.10.2012.
8. Patent RU N 2148439 B07B 1/04 Separator of bulk materials / Yampilov S.S., Zyulin A.N., Don-dokov Yu.Zh., Podkorytov D.V. Patent holders: Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "East Siberian State University of Technology and Management". - Application N 98114358/03(016242), applied. 07.28.1998, published 01.11.2000.
9. Korneev S.V. Intensification of the working process of the pre-cleaning machine by fractioning the grain material: abstracts for diss. ... Cand. Sc. Engineering: 05.20.01. - Kirov, 2002. - 20 p.
10. Yampilov S.S. Trends in world production of grain seed cleaning equipment // International Agricultural Journal. - 1999. - N 6. - P. 39-40.
11. MikityukM.E. Increasing the grain cleaning efficiency on cylindrical sowing sieve: abstracts for diss. ... Cand. Sc. Engineering: 05.20.01. - Barnaul, 2023. - 20 p.
12. Patent RU 2578918 B65G 31/04 Separating thrower of bulk materials / Tsybenov Zh.B., Yampilov S.S., Matuev A.A., Tsybenova L.G., Khandakova G.Zh. Patent holders: Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "East Siberian State University of Technology and Management" - Application N 2015100908, applied 01.12.2015, published 03.01.2016.
13. Yampilov S.S., Tsybenov Zh.B., Zhigzhitov A.O. et al. Studies of separation process of grain material in a separating grain thrower// The Bulletin of ESSTUM. - 2023. - N 2. - P. 57-64.
14. Yampilov S.S., Tsybenov Zh.B., Zhigzhitov A.O et al. Theoretical description of grain particle separation process // The Bulletin of ESSTUM. - 2022. - N 4. - P. 40-44.
15. Tsybenov Zh.B., Yampilov S.S., Baldanov V.B. et al. Differential equation of motion of grain particle in separating grain thrower // The Bulletin of ESSTUM. - 2022. - N 2. - P. 56-61.
