CC BY
11
МЕХАНИЗАЦИЯ
УДК 621.928.93
Влияние положения поворотного клапана на процесс работы разделительной камеры универсального пневмосепаратора семян
Александр Иванович Бурков, доктор техн. наук, зав. лабораторией, Андрей Леонидович Глушков, канд. техн. наук, научный сотрудник, Виктор Алексеевич Лазыкин, аспирант
ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадежии, г. Киров, Россия
E-mail: [email protected]
В статье изложены результаты исследования влияния положения поворотного клапана на чистоту фракций в разделительной камере универсального пневмосепаратора семян. Ключевые слова: разделительная камера, пневмосепаратор, поворотный клапан
Использование фракционной технологии послеуборочной обработки зерна позволяет повысить эффективность использования машины, качество обработки зерна, снизить себестоимость и травмирование материала. Поэтому исследование влияния конструктивных параметров разделительной камеры на качество очистки семян является актуальной задачей.
Цель исследований - получить в разделительной камере фракцию по своему составу, соответствующую по чистоте не ниже категории репродукционных семян для производства товарной продукции (РСт) [1].
Для исследования разделительной камеры была изготовлена экспериментальная установка универсального пневмосепаратора семян по патенту РФ № 2460592 [2], технологическая схема которого представлена на рисунке 1.
Процесс работы пневмосепаратора происходит следующим образом. Диаметральный вентилятор 9, работающий на всасывание, равномерно подает воздушный поток в пневмосепарирующий канал (ПСК) 5, снабженный в нижней части опорной сеткой 2, в средней части - разделительной перегородкой 4 и вверху - отводом 6. Обрабатываемый материал засыпается в загрузочный бункер 3, откуда он при помощи устройства ввода поступает на опорную сетку 2 и последовательно очищается в первой и второй секциях ПСК 5. Под действием воздушного потока в первой секции ПСК 5 из материала выносятся легкие примеси и пыль, во второй
секции - зерновые примеси и часть легковесного зерна основной культуры. Очищенный материал (фракция I), соответствующий по чистоте категории оригинальные семена (ОС), выводится из сепаратора при помощи устройства 1. Вынесенное вверх легковесное полноценное зерно основной культуры из отвода 6 ПСК 5 поступает в разделительную камеру 7, разделенную перегородкой 16 надвое, осаждается в первой ее секции А и выводится устройством 15 наружу (фракция II - категория РСт). Щуплое зерно и зерновые примеси осаждаются во второй секции Б разделительной камеры 7, образуя фуражную фракцию III, которая выводится из пневмосепаратора устройством 14. При этом чистота фракций в секциях разделительной камеры изменяется поворотным клапаном 17, установленным на кромке разделительной перегородки 16. Воздушный поток с легкими примесями и пылью из ПСК 5 по отводу 6 направляется вдоль разделительной камеры 7 в инерционный Г-образный жалю-зийно-противоточный пылеуловитель 8 и очищается в нем. Уловленные легкие примеси и пыль осаждаются в осадочной камере 12 и выводятся наружу устройством 13 (фракция IV). Воздух, содержащий мелкодисперсионную пыль, из инерционного жа-люзийно- противоточного пылеуловителя 8 направляется через проточную часть диаметрального вентилятора 9 в тканевый фильтр 11, где очищается и удаляется наружу. Скорость воздушного потока в ПСК 5 регулируется дроссельной заслонкой 10, подача материала - устройством ввода.
зп • зернойые примеси:• м - легкое зерно,;• — — пыль
-я-—- легкие примеси:• ■ боздух,
п - Ьоздух с мелкодисперсионной пылью —~поток очищаемого материала.
Рис. 1. Технологическая схема универсального пневмосепаратора семян: 1, 13, 14,
15 - устройства вывода фракций; 2 - опорная сетка; 3 - приемный бункер с устройством ввода материала; 4 - сплошная разделительная перегородка; 5 - пневмосепарирующий канал; 6 - отвод; 7 - разделительная камера; 8 - инерционный Г-образный жалюзийно-противоточный пылеуловитель; 9 - диаметральный вентилятор;10 - дроссельная заслонка; 11 - тканевый фильтр; 12 - осадочная камера; 16 - перегородка;17 - поворотный клапан; I, II, III, IV - выделенные фракции материала
50 т,
/о
20 10
О
Экспериментальная установка имеет ширину В = 0,32 м и натуральные размеры в продольно-вертикальной плоскости. Длина (рис. 3) разделительной камеры -. 0,7 м, высота Нрж. разделительной камеры 1,7 м, высота Н ПСК - 0,4 м, его глубина - 0,3 м, высоты Иотв1 и Иотв2 отвода составляют 0,18 и 0,12 м соответственно. Диаметр колеса вентилятора О = 0,4 м, частота его вращения 820 мин-1.
Материал и методы. Эксперименты проводили в следующей последовательности. Готовили смесь (обрабатываемый материал), состоящую из легких примесей, зерновой примеси и основной культуры. Основной культурой являлась пшеница, в качестве зерновой примеси использовали щуплую рожь, а легких примесей - опил, аэродинамические свойства которого близки к свойствам легких примесей пшеницы. Вариационные кривые распределения компонентов обрабатываемого материала по скорости витания ¥в представлены на рисунке 2.
1 Л
л Л, Л /3
\ / \ ,
) \ / V 1
/ / Л
7
8 10 Уп,м/с %
Рис. 2. Вариационные кривые распределения семян пшеницы (3), щуплой ржи (2), опила (1) по скорости витания Ув
Соотношение засорителя к основной культуре составляло 5% (3% зерновая примесь, 2% легкие примеси). Устанавливали в разделительной камере пробоотборник, состоящий из семи разборных секций. Схема пробоотборника и место его установки в разделительной камере представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Схема пробоотборника (а) и место его установки в разделительной камере (б)
Изменяли положение кромки поворотного клапана 17 (рис. 1). Включали установку в работу. Устанавливали подачу, соответствующую удельной нагрузке на канал 1,74 кг/(см), и скорость V воздушного потока, равную 10 м/с. В устройство ввода засыпали навеску очищаемого материала массой 10 кг. После завершения очистки материала выключали установку, вынимали пробоотборник из пневмосистемы и проводили разбор проб материала на компоненты из каждой секции пробоотборника. Полученные компоненты взвешивали на весах ВЛКТ-500.
Далее определяли относительную массу легких примесей ал ., зерновых примесей
азп1 и зерна а^ в каждой секции пробоотборника по формулам (1), (2), (3): т ■
аЛ1 = ^ .100,%, (1)
т
где тл1 - масса легких примесей в 1-ой секции пробоотборника, г; тлп - общая масса легких примесей в пробоотборнике, г; т,
аЗПг = — -100,%, т
(2)
где тзп1 - масса зерновых примесей в 1-ой секции пробоотборника, г; тзп - общая масса зерновых примесей в пробоотборнике, г; т„
тя
-100,%,
(3)
где тз1 - масса зерна в 1-ой секции пробоотборника, г; тз - общая масса зерна в пробоотборнике, г.
Качество рабочего процесса разделительной камеры оценивали чистотой Ч очищенного материала II фракции, которую определяли по формуле:
Ч = ■
М„
Мч + Мз
-100%,
(4)
где Мч и Мз - масса полноценного зерна
основной культуры и масса засорителей во II фракции.
Эксперименты проводили в трехкратной повторности.
Результаты и их обсуждение. Результаты экспериментов были представлены в виде графиков (рис. 4), на которых показано распределение компонентов зернового материала в процентах по каждой секции пробоотборника.
Анализ полученых данных показывает, что наибольшее количество легких и зерновых примесей попадают в 5, 6 и 7 секции пробоотборника, а в трех первых секциях легкие примеси полностью отсутствуют. Содержание зерновой примеси в первой секции минимально и составляет 1,1% от общего содержания. Распределение полноценного зерна по секциям более равномерное, чем примесей. Выше среднего значения (13,7%) содержат 4, 5, 6 секции (от 17,5 до 19%).
На основании этих данных можно сделать предположение о том, что при установке на кромке разделительной перегородки поворотного клапана 17 (рис. 1) можно выделить фракцию зерна, в которой будут отсутствовать легкие примеси. При этом кромку разделительной перегородки (положение "0" рис. 3) по горизонтали располагаем на середине длины Ьрж, разделительной камеры (рис. 4), а по вертикали - на 100 мм ниже верхней кромки разделительной камеры.
Для изучения влияния положения кромки поворотного клапана 17 (рис. 1) на распределение компонентов обрабатываемого материала в разделительной камере с учетом результатов однофакторных экспериментов был реализован план эксперимента Бокса-Бенкина второго порядка для двух факторов [3].
Интервалы, уровни и шаги варьирования факторов приведены в таблице.
азт
Рис. 4. Распределение компонентов зернового материала по длине разделительной камеры:
а - легких примесей;
б - зерновых примесей;
в - полноценного зерна пшеницы
Таблица
Факторы, уровни и шаги их варьирования
Кодированное обозначение факторов Название факторов, их обозначение и единица измерения Уровни факторов Шаги варьирования
-1 0 +1
х1 Положение кромки поворотного клапана по горизонтали (по оси х), м -0,1 0 0,1 0,1
х2 Положение кромки поворотного клапана по вертикали (по оси у), м 0 0,05 0,1 0,05
Критерием оценки процесса разделения смеси являлась чистота Ч материала II фракции, определяемая по выражению (4). Исследование проводили при постоянных параметрах пневмосепарирующего канала, пылеуловителя и скорости воздушного потока в ПСК.
После реализации плана и обработки результатов эксперимента получена математическая модель второго порядка чистоты Ч очищенного материала II фракции (%):
Уч = 95,57 -1,20Х1 - 0,85х2 + 0,80x2 (5)
Модель проверяли на адекватность по Б-критерию Фишера (вероятность Р = 0,95,
-табл. 2,77; -расч . 2,23).
Анализ модели регрессии проводили методом двумерных сечений поверхности отклика, построение которых выполняли с использованием персонального компьютера.
На рисунке 5 представлено двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее влияние факторов х1 и х2 на чистоту материала II фракции. Наибольшее значение чистоты Ч = 98,4% достигается при х1 = -1 (х = -0,1 м) и х2 = -1 (у = 0 м) за счет смещения кромки поворотного клапана в зону с наименьшим содержанием зерновых примесей. При этом потери полноценного зерна в отходы составляют 5,4%, выход фракций соответственно: I - 74,4%, II - 4,5%, Ш - 15,7% от общей массы исходного материала, чистота фракций Ч: I - 100%, II - 98,4%, Ш - 91,9%.
Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее влияние факторов хх и х2 на чистоту Ч материала II фракции в разделительной камере
50
т. %
30 20 10 о
/v
4 \
\\
\
а
10 11 12 V«,m/C 74
Рис. 6. Вариационные кривые распределения семян пшеницы по скорости витания Ув в III фракции (1), II фракции (2)
На конечном этапе исследования было определено содержание семян зерновой примеси во II фракции и построены вариационные кривые распределения семян пшеницы во II и III фракциях (рис. 6) при оптимальном положении кромки поворотного клапана (х = -0,1 м, у = 0 м), обеспечивающим максимальную чистоту семян. Установлено, что II фракция содержит более тяжелое зерно, чем III. Содержание зерновых примесей во II фракции составляет 187 шт./кг и соответствует требованиям ГОСТа Р 52325-2005 (не более 200 шт./кг для категории РСт).
Выводы. Таким образом, проведенные исследования разделительной камеры универсального пневмосепаратора семян свидетельствуют о том, что, изменяя положение кромки поворотного клапана в определенных пределах, можно получить фракцию по своему составу, соответствующую категории не ниже РСт (например, при х = -0,1 м и у = 0 м Ч = 98,4%).
Список литературы
1. ГОСТ Р 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2005. 19 с.
2. Пневмосепарирующее устройство зерно- и семяочистительной машины: пат. 2460592 Рос.Федерация. №2010141200/03; за-явл. 07.10.2010; опубл. 10.09.2012. Бюл. №25. 6 с.
3. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Ро-щин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980. 168 с.
Influence of position of rotary valve on the working process of separation chamber of universal seed separator
Burkov A., Glushkov A., Lazykin V.
Results of study of influence of position of rotary valve on cleanliness of the fractions in the separation chamber of universal seed separator are presented in the article.
Key words: separation chamber, separator of seed, rotary valve
