Интенсификация процессов сепарации зернового материала в стационарных зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Бойко Андрей Александрович

• Бойко Андрей Александрович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Бойко Андрей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА И СЕМЯН

1.1 Проблемы производства зерна и применяемые технологии и технические средства для его послеуборочной обработки

1.2 Технологические особенности очистки зерна и семян на стационарных зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ

1.3 Анализ исследований технологических процессов очистки

зерна и семян

1.4 Выводы по главе

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОЧИСТКИ ЗЕРНА

И СЕМЯН НА ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ ТИПА ЗАВ... 32 2.1 Структурно-параметрический анализ технологических схем очистки зерна и семян на стационарных зерноочистительных

агрегатах типа ЗАВ

2.2 Разработка математической модели сепарации зернового материала на воздушно-решетных машинах

2.3 Влияние режимов работы воздушно-решетных зерноочистительных машин на изменение качественных показателей зерна и семян

2.4 Выводы по главе

3 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Основные предпосылки (положения) проведения экспериментальных исследований

3.2 Методика исследования процесса очистки на воздушно-решетных сепараторах стационарных технологических линий

3.3 Методика проведения экспериментальных исследований по изуче-

нию травмирования зерна при использовании пластиковых решет

3.4 Обоснование выбора машины предварительной очистки в зерноочистительных агрегатах для проведения

экспериментальных исследований

3.5 Исследования показателей работы воздушно-решетных

машин с решетами из сверх высокомолекулярный полиэтилена

3.6 Исследования показателей работы зерноочистительных

агрегатов в уборочный период

3.7 Моделирование процессов сепарации зерна и проведение стендовых испытаний

3.8 Выводы по главе

4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ

ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ТИПА ЗАВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация процессов сепарации зернового материала в стационарных зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ»

ВВЕДЕНИЕ

Продовольственная безопасность страны и её продовольственная независимость связаны с развитием российского агропромышленного комплекса (АПК). Направление и стратегия развития АПК определены на государственном уровне в национальном проекте «Развитие АПК», принятом 7 марта 2007г., а также в «Стратегии развития сельскохозяйственного машиностроения России» на период до 2030 года (от 7 июля 2017года № 1455). Одно из основных направлений национального проекта - обеспечение страны зерновыми культурами [59].

Развитие экономики страны неразрывно связано с развитием агропромышленного комплекса, его доля составляет около 9% (в материальном производстве до 13%). С 2011 по 2018 годы объем продукции выпускаемой сельхозтоваропроизводителями вырос на 33,6% [100].

За последние годы в сельском хозяйстве произошли качественные изменения с возросшими количественными показателями, что привело к сокращению количества нерентабельных хозяйств и дало перспективу для перехода сельского хозяйства в прибыльную отрасль. За последние два года рост динамики развития агропромышленного комплекса продолжается. Количество продукции сельхозтоваропроизводителей в 2018 году (по данным Росстат) превысило прогнозы, т.е. рост составил 2,76% (по прогнозам - 1,44%) [125].

Несмотря на некоторые позитивные изменения в функционировании агропромышленного комплекса страны в последние годы, общая ситуация в отрасли по многим направлениям продолжает оставаться сложной.

Инновационная активность в аграрной науке в последнее время переживает спад, вызванный рядом причин, а существующий потенциал агропромышленного комплекса достигает показателя всего 4-5%, что в десятки раз меньше чем в развитых странах (например в США этот показатель 56%). [91].

Большинство зерновых хозяйств России находятся в неудовлетворительном состоянии, что можно объяснить низким уровнем технического и технологического оснащения хозяйств на всех этапах работ при производстве товарного и се-

менного зерна, что усугубляется ограниченными финансовыми возможностями зернопроизводителей. Все это привело к тому, что производство одного центнера зерна по затратам труда в 9, а по затратам энергии в 5-6 раз выше чем в развитых зернопроизводящих странах. [120, 143].

Снижение удельных затрат на производство зерна с одновременным увеличением валовых сборов можно добиться путем внедрения эффективных технологий и средств последнего поколения [95].

Сельскохозяйственным предприятиям с различной организационно-правовой формой собственности, необходимо создание новых и совершенствование существующих технологий получения зернового, кормового и сопутствующего материала, основываясь на принципах замкнутого цикла производств. Замкнутый цикл сельскохозяйственного производства позволяет решать и экологические задачи. Производными данной идеи является переход к органическому сельскому хозяйству (переход к экологическому земледелию был принят Евросоюзом ещё в 1992 году) [142].

Послеуборочная обработка зерна и его хранение - это важнейшее звено в системе обеспечения сохранности урожая зерновых и в доведении его до товарных кондиций. В последние годы обеспеченность зернопроизводящих хозяйств современными и эффективными средствами механизации значительно сократилось. [47, 122].

Разработка и использование новых технологий и средств механизации послеуборочной обработки зерна, обеспечивающих повышение производительности труда, снижение приведенных затрат на производство конечного продукта, повышение качества конечного продукта, является комплексной задачей.

В настоящее время в сельскохозяйственных предприятиях продолжают использоваться морально и физически устаревшие зерноочистительные агрегаты ЗАВ-20, ЗАВ-40 и ЗАВ-50. Поэтому проблема их технологической модернизации и технического переоборудования является актуальной.

Модернизация существующих производств подразумевает не только замену оборудования на более производительное новое, но и переход на ресурсосберега-

ющие технологии, обеспечивающие требуемые качественные показатели зерна, в том числе и семенного назначения [115].

Народно-хозяйственная проблема.

Сохранение полученного урожая и доведение зерна и семян по чистоте и влажности до базисных кондиций, определяют острую необходимость в модернизации и использовании существующих зерноочистительных комплексов типа ЗАВ, способных обеспечить требуемые показатели качества.

Рабочая гипотеза.

Интенсифицировать процессы сепарации зерна и семян на стационарных зерноочистительных агрегатах можно путем изменения параметров предварительной очистки зернового вороха и соответствующей оптимизацией работы последующих в технологической цепочке воздушно-решетных зерноочистительных машин.

Цель исследований.

Структурная модернизация и оптимизация параметров работы зерноочистительных машин для интенсификации процесса сепарации зернового материала на стационарных зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ.

Задачи исследований:

1. Провести структурный анализ технологических схем очистки зерна и семян на стационарных зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ и обосновать наиболее значимые звенья технологической цепочки.

2. Разработать математическую модель сепарации зернового материала на воздушно-решетных машинах в условиях повышенной нагрузки и изменения параметров поступающего на них после предварительной очистки материала.

3. Провести структурный синтез и обосновать принципиальную схему зерноочистительного агрегата с интенсифицированной сепарацией зерна и семян.

4. Провести экспериментальные исследования технологии очистки зернового материала в условиях стационарных зерноочистительных агрегатов.

5. Провести сравнительную технико-экономическую оценку эффективности модернизации стационарных зерноочистительных агрегатов типа ЗАВ.

1 СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА И СЕМЯН

1.1 Проблемы производства зерна и применяемые технологии и технические средства для его послеуборочной обработки

Главным фактором продовольственной безопасности страны и стабильной работы продовольственного сектора, является производство зерновых культур. Принято считать [11], что норма обеспечения - одна тонна на душу населения. В России проживает около 140 млн. человек, следовательно, для полного обеспечения необходимо производить 140 млн. т зерна в год. Указом Президента РФ от 30 января 2010 г. № 120, определены значения производства основных видов продовольствия: зерно - 95%, мясо - 85%, молоко и молочные продукты - 90%. На мировом рынке зерновых культур Россия занимает четвертое место после США, Китая и Индии [11].

Россия является крупнейшей зернопроизводящей страной (таблица 1.1). Валовый сбор пшеницы достигает 48-57% , ячменя и овса - 22-30%, ржи - 7,5-9,5%, кукурузы - 1,5-3,5%, зернобобовых - 2,5-3,0%, как видно главной культурой является пшеница.

Всё зерно собранное в России распределяется таким образом: продовольственные нужды 24-31%, корм для животных 39-49%, семенной материал 1924%, переработка 5%, потери при хранении 12% [11].

Таблица 1.1 - Производство зерна в РФ (в хозяйствах всех категорий)

Показатели Годы

2013 2014 2015 2016 2017 2018

Посевная площадь под зерновыми и зернобобовыми культурами, млн. га 54,7 53,4 53,6 50,6 46,5 45,1

Валовой сбор зерна, млн. т 91,3 105,3 Ю4,7 120,6 134,1 106,0

"Урожайность зерновых и зернобобовых культур, ц/га 22,0 24,1 23,9 26,8 24,7 23,6

Подготовка и в первую очередь, очистка и сортировка высококачественного семенного материала определяют эффективность работы растениеводства в факторной системе . Эффективность устойчивого семеноводства за счет повышения качества семян, снижения нормы высева, дает возможность получения 18-20 млн. т зерна дополнительно, что приблизительно равно объему ежегодно высеваемых семян зерновых.

Необходимое количество семян [121] зерновых культур и их качество представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Производство и качество семян в хозяйствах РФ (по данным Госсеминспекции)

Проверено и вы- Некондиционные

Год, месяц Высеяно в том числе

Семена сеяно, тыс. т тыс.т. Кондиционные всего по засорен-ности по влажности

2014 (весна) Яровые, зерновые и зернобобовые 10327 275 5021 76,1 48,2 15,3 23,9 11,6 16,1

2015 (весна) Яровые, зерновые и зернобобовые 8918 243 3765 78,4 48,9 15,1 21,6 14,0 11,1

2016(на Озимые

15 сен- зерновые 5440 - - 89,5 69,8 36,8 10,5 8,3 2,5

тября)

2017 (весна) Яровые, зерновые и зернобобовые 85,52 324 3755 85,2 56,4 19,0 14,8 10,3 5,8

2018 Озимые 10415

(на 1 зерновые (потреб- - - 65,1 39,7 13,5 34,9 27,8 9,4

ноября) ность)

Необходимое количество семян составляет около 15 млн. т., среди которых 2/3 яровые и 1/3 озимые культуры. Около 50% семян, это семена 1 и 2 класса, как правило на долю семян 1 класса приходится не более 20%, из общего объема семян кондиционными являются 75-90%. Так же следует учитывать, что около 50% всех высеваемых семян являются дальними репродукциями, именно в уменьшении доли репродукционных семян заложено повышение валовых сборов зерновых

Влажность и засоренность зернового вороха являются основными свойствами влияющими на выбор технических средств и технологий послеуборочной обработки.

Для послеуборочной обработки зернового вороха в зернопроизводящих хозяйствах применяют две технологии: поточную и периодическую. Поточную технологию применяют при обработке продовольственного зерна на зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ и зерносушильных комплексах типа КЗС (рисунок 1.1). К сожалению данные зерноочистительные агрегаты и комплексы перестали выпускать ещё в 1991 году, а оставшиеся в хозяйствах машины изношены в большей степени и нуждаются в срочной модернизации.

Рисунок 1.1 - 3-0 модели зерноочистительного агрегата типа ЗАВ и зерносу-

шильного комплекса типа КЗС

[142].

В большинстве хозяйств агрегаты и комплексы технически устарели и не соответствуют требованиям Г0СТ-33735-2016, предъявляемым к зерноочистительным агрегатам. Зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ могут использоваться

не только для очистки зернового материала, но и для подготовки семян, пропуская их несколько раз через зерноочистительный агрегат, что приводит к увеличению травмирования семян и снижению их качества.

В семеноводческих хозяйствах применяют поточные семяобрабатывающие линии, в которых используют пневматические сортировальные машины [124] и се-мяочистительные машины фирмы «Петкус» (Германия) (рисунок 1.2, приложение

А).

Рисунок 1.2 - Семяочистительная машина К527А фирмы «Петкус»

Во многих хозяйствах Ростовской области применяют двухэтапную технологию, которая предусматривает предварительную обработку зернового вороха в период уборки, доведение зернового материала по чистоте до необходимых кондиций - в послеуборочный период. Ряд исследователей [27, 41, 115] под фракционной технологией понимают выделение в процессе очистки наиболее продуктивных семян, выровненных по размерам и с минимальными повреждениями.

Трудности с обработкой зерна зачастую, как например в 2015 г., усугубляются повышенной влажностью и сильной засоренностью в большинстве регионов РФ. Одна из главных проблем нашего зернопроизводителя в настоящее время в том, что он в основном не имеет современного технического обеспечения для своевременного приема урожая в хранилище, доведения его до состояния надежной сохранности и требуемых товарных кондиций и реализации в выгодный пе-

риод времени. Та техническая база, которая досталась зернопроизводителю, когда он стал хозяином производимого зерна, уже была недостаточной, устаревшей физически и не подходящей новым условиям производства и реализации. На основании вышеизложенного основные факторы несоответствия имеющейся техники условиям рыночной экономики можно представить так:

- хранилищ в хозяйствах страны не хватает и на половину производимого зерна (из расчета хотя бы на 80 млн. т), а имеющиеся по своему состоянию, технической оснащенности и санитарным требованиям зачастую неспособны обеспечить гарантированную сохранность зерна и доведение его до требуемых кондиций;

- основные технические средства - зерноочистительные агрегаты (ЗАВ) и зерноочистительно-сушильные комплексы (КЗС) - разработаны для реализации «транзитной» технологии обработки (с колес на колеса) - прием исходного материала с транспорта и отгрузка обработанного материала в транспорт. Этим обусловлена их высокая цена. Они построены в большинстве своем вдали от хранилища, что также удорожает и усложняет их использование в новых условиях;

- применяемые до настоящего времени и ставшими для нас привычными и, кажется, единственно возможными, технология и техника предназначены для работы на току, т.е. на открытой или под навесом площадке, с асфальтовым, бетонным покрытием или просто в виде уплотненной, укатанной почвы. Зерно, извлеченное комбайном из колоса, чистое (с чистой поверхностью зерновок), доставляемое на ток, выгружается на площадку, где затем передвижными ворохоочистите-лями, зернометателями, погрузчиками обрабатывается, подвергаясь загрязнению и повреждению от атмосферных осадков, грызунов, птиц, рабочих органов машин. Заметим, что в развитых странах такие технологии не применяются - зерно с поля доставляется на зерноперерабатывающий завод и засыпается в хранилище через машину предварительной очистки или при необходимости и через сушилку (рисунок 1.3-1.6).

Рисунок 1.4 - Зерноперерабатывающий завод в Австрии

Рисунок 1.5 - Зерноочистительно-сушильный комплекс в Германии

Рисунок 1.6 - Китайская линия для очистки и сепарации зерна ТБКИ-2500

Зерноочистительные агрегаты и зерноочистительные комплексы, которые создавались для реализации поточной технологии послеуборочной обработки зерна, в действительности используются на тех же токах, реализуя поточно-перевалочную технологию: от комбайнов зерно выгружается в грузовик, из него -на площадку, затем погрузчиком в кузов автомобиля, который засыпает в приемное устройство агрегата (комплекса), а обработанный материал снова выгружается на площадку. Требования экологичности нарушаются не только применением перевалочной или поточно-перевалочной технологии обработки зерна (рисунок 1.7) при которой зерновки после обработки становятся более грязными, чем до обработки, но и применяемыми машинами с замкнутым циклом пневмосепари-рующей системы и открытыми аспирационными системами.

Рисунок 1.7 - Перевалочная технология обработки зерна

Техническая оснащенность зернопроизводящих хозяйств в части послеуборочной обработки и хранения зерна и семян в настоящее время находится в крайне низком состоянии и продолжает снижаться. Так, если на 01.01.2015 в хозяйствах страны насчитывалось 32355 зерноочистительных агрегатов (ЗАВ) и 14510 зерноочистительно-сушильных комплексов (КЗС), а так же более 40000 самоходных зерноочистителей 0ВП-20 и ОВС-25, то к концу 2017 г., согласно итогов Всероссийской сельскохозяйственной переписи общее количество машин для послеуборочной обработки составило 35600 шт. При этом обеспеченность этими машинами составила в среднем 0,65 шт. на одно предприятие (хозяйство), а в фермерских хозяйствах - 0,06 на одно хозяйство.

Что касается динамики оснащения, то за последние 2 года, согласно итогов переписи 2017 г. сельскохозяйственными предприятиями приобретено 11,8%, а фермерскими хозяйствами - 14,3% машин относительно количества имеющихся [93].

Таким образом, продолжающееся снижение обеспеченности хозяйств техникой для послеуборочной обработки обусловлено значительным превышением количества выбывающих из работы машин в сравнении с количеством приобретаемых.

1.2 Технологические особенности очистки зерна и семян на стационарных зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ

Зерноочистительные комплексы типа ЗАВ (рисунок 1.8) используют для обработки собранного урожая зерновых культур, крупяных, масленичных. В этот комплекс входит целый набор машин и оборудования, которые связаны в одну технологическую линию, составляющую два отделения. Первое отделение предназначено для предварительной очистки зерновой массы от примесей как крупных, так и мелких. Здесь же зерно временно хранится в вентилируемых бункерах. Это отделение содержит автомобилеразгрузчик, завальную яму, промежуточный транспортер, две нории, отделение для хранения зерновой массы. Сюда же входит

машина предварительной очистки. Второе отделение предназначено для окончательной очистки зерна, распределения фракций по разным бункерам, а также для дальнейшей их выгрузки в автотранспорт. В это отделение входит воздушноре-шетная очистительная машина, триерные блоки, зернопроводы.

Рисунок 1.8 - Зерноочистительный агрегат ЗАВ-40 (общий вид)

Принцип работы зерноочистительного комплекса ЗАВ заключается в следующем: зерновая масса вначале попадает в завальную яму, оттуда она перемещается на транспортер, который перенаправляет ее в норию. Дальше зерно проходит в машине предварительную очистку. Следующим этапом зерно поступает на сетчатый транспортер, для выделения крупных примесей, затем зерно проходит воздушно-решетную машину, где удаляются легкие примеси. Примеси выводятся наружу, где перемещаются в бункер отходов. Основная же зерновая масса засыпается по нории в отделение на временное хранение. Из отделения временного хранения зерно перемещается в зерноочистительную машину по транспортеру и нории для его финальной очистки. С помощью воздушного потока и решет зерно разделяется на три фракции: очищенное зерно, промежуточная фракция и отходы. Промежуточная фракция отправляется на триерование. Если зерновая масса не-

сильно засорена, то она делится на чистое зерно и фуражные отходы. Если обрабатывается семенной материал, то на триерование поступает вся зерновая масса.

Перед тем, как начать работу на зерноочистительном комплексе ЗАВ, необходимо составить схему работы, для того что бы данный комплексмашин мог работать непрерывно и автономно, так же необходимо учитывать вид культуры, влажность, засоренность и цель обработки. Агрегаты ЗАВ были спроектированы в 70-х годах прошлого столетия и получили широкое распространение во всех зонах страны, характеризуются разной производительностью и предназначены для

очистки вороха: зерновых и крупяных культур.

Рисунок 1.9 - Возможные технологические схемы, для реализации на ЗОА типа

ЗАВ

Зерноочистительный агрегат ЗАВ-20 состоящий из двух параллельных (настраиваемых на 2 технологические схемы) технологических линий (рисунок 1.10).

1 - передаточный транспортер; 2 - триерный блок; 3 - пневмотранспортер; 4 - централизованная аспирационная система; 5 - заслонка дроссельная; 6 - отстойник; 7 - машина очистительная; 8,9 - распределитель; 10 - нория; 11

бункер приемный; 12 - подъемник для автомобиля; 13 - течка пневмотранспортера;

14 - бункер передвижной Рисунок 1.10 - Технологическая схема ЗОА типа ЗАВ

Структурная схема двухэтапной технологии подготовки семян зерновых культур показана на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Структурная схема двухэтапной технологии подготовки

зернового и семенного материала

Первый этап подготовки завершается первичной очисткой зернового материала после машины предварительной очистки. Первичная очистка сухого зернового материала предназначена для удаления отходов в наибольшей степени перед дорогостоящей операцией послеуборочного дозревания.

Воздушно-решетная машина в режиме первичной очистки выделяет из зернового материала легкие, крупные и мелкие примеси с полнотой не менее 0,6. Номинальная производительность машины 20 (40,50) т/ч. Машина разделяет об-

рабатываемый материал на 3 фракции: семена, фуражные отходы и неиспользуемые отходы.

При двухэтапной технологии применение машины первичной очистки имеет специфику. В этом случае, часть очистительных функций машины вторичной очистки переносится на машину первичной очистки, а соответственно и на машину предварительной очистки. Применение двухэтапной технологии позволяет увеличить размер отверстий сортировальных решет и поднять скорость воздуха в пневмосепараторе. При этом в значительной части будут удалены щуплые, дробленные и рыхлые семена основной культуры.

Семенную фракцию направляют на послеуборочное дозревание в отделение временного хранения. В бункерах активного вентилирования или контейнерах семена продуваются наружным или подогретым воздухом. В период дозревания семена периодически подвергают лабораторному анализу на энергию прорастания, всхожесть, чистоту и травмирование. Дозревшие семена, всхожесть и энергия прорастания которых достигли максимального значения, направляют на второй этап обработки. При этом намечают приемы сортирования семян, повышающие их посевные качества, удаляя из фракции семян невсхожие или дефектные зерновки с помощью сепарирующих рабочих органов.

Двухэтапная технология позволяет решать задачу повышения посевных качеств семян при их минимальных потерях.

Двухэтапная технология подготовки семян позволяет изменить организацию работ и отказаться от создания крупных семеноводческих хозяйств, для которых создание сложных семяочистительных заводов было бы рентабельным. Мелким производителям семян достаточно иметь оборудование только для обеспечения первого этапа обработки. Предварительно очищенный и высушенный семенной материал хранится и проходит фазу послеуборочного дозревания в хозяйствах по месту выращивания или в кооперативных пунктах первичной обработки семян. Вторичную очистку, сортирование, протравливание, инкрустацию и затаривание эти семена проходят на специализированных пунктах подготовки семян.

Такая организация обработки семенного материала открывает перспективу повышения качества семян и снижения их себестоимости.

Здесь необходимо отметить первостепенную роль машины предварительной очистки в двухэтапной технологии подготовки зернового и семенного материала, поскольку именно из-за качества работы машины предварительной очистки зависит качество работы всей технологической линии зерноочистительного агрегата типа ЗАВ, в комплекс которого входит целый набор машин и оборудования, которые связаны в одну технологическую линию, составляющую два отделения. Хоть и производство ЗАВов в первоначальной комплектации было прекращено достаточно давно, практически все хозяйства, специализирующиеся на зерновых, успешно их восстанавливают и модернизируют для обработки собранного урожая зерновых культур, крупяных и масленичных.

Также следует отметить, что на пути зернового материала по всем очистительным машинам, входящим в зерноочистительный агрегат типа ЗАВ возрастает процент травмирования семян. Для уменьшения травмированности зерна в нижних головках норий устанавливают отражательные щитки, исключающие попадание семян между барабаном и ковшовой лентой, а также снижают скорость движения ленты нории, используют композитные материалы, различные пластики, включая СВМПЭ (сверхвысокомолекулярный полиэтилен), вместо металлических (обшивка бункеров, зернопроводов, решета). СВМПЭ - это композитный материал на основе сверх высокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ, UHMW PЕ в англоязычной литературе) с молекулярной массой более 1,5-106 г/моль. По стойкости материал СВМПЭ в разы превосходит полиамид литой, полиамид блочный; ПТФЭ (фторопласт); полипропилен и др. (рисунок 1.12).

о

^ 3500

о 3000 с

2 2500

§ 2000

| 1500

§ 1000

2 500 с

та О

3400

2700

2500

1800

С»

О 1

.г?4

Рисунок 1.12 - Прочность композитных материалов применяемых

в сельском хозяйстве

Приведем основные характеристики материала СВМПЭ: Прочность при разрыве, МПа 25-35; Относительное удлинение при разрыве, % 200-350; Температура перехода в пластическое состояние,°С 138~142; Диапазон рабочих температур, °С от -200 до +100.

Коэффициент трения по стали:

- при сухом трении 0,1-0,2

- в водной среде 0,05-0,1

- в среде масел 0,01-0,08

Стойкость в большинстве агрессивных сред, нулевое водопоглощение, низкая адгезия к грунтам и сыпучим материалам, высокая стойкость к ударным воздействиям, отсутствие хладотекучести, крайне низкая степень износа.

Материал СВМПЭ используют преимущественно в виде пластин для футеровки поверхностей, подверженных абразивному износу, налипанию и намерзанию сыпучих материалов и предназначен для изготовления изделий для разных отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Применение материала СВМПЭ: футеровка поверхностей, подверженных износом сыпучими абразивами; футеровка поверхностей, подверженных налипанию и намерзанию материалов; изготовление деталей, работающих в среде сыпучих абразивов;

Отличительные свойства материала СВМПЭ: высокая стойкость к абразивному истиранию; высокий коэффициент скольжения; высокая ударная вязкость; низкий коэффициент трения; низкая поверхностная адгезия; высокая химическая стойкость; высокая стойкость к растрескиванию; отсутствие хладотекучести; плотность 0,94-1,02 г/см3.

Коэффициент трения зерна по стали (Ст35), применяемой для изготовления решет зерноочистительных машин равен 0,445, а коэффициент трения зерна по материалу СВМПЭ - 0,267, что на 37% меньше.

В работах профессора И.Г. Строны [92] есть данные, что во время уборки и дальнейшей обработки зерно сильно травмируется из-за многократного силового воздействия различных машин и механизмов, многократных ударов, сжатия, трения и др. К сожалению, полностью избежать травмирования зерна невозможно, его можно лишь частично уменьшить. Травмирование семян кукурузы составляет 85-90%, ржи - 80-85%, твердой пшеницы - 75-80%, мягкой пшеницы - 40-45% [118].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бойко Андрей Александрович, 2020 год

- - - -

0,56 1,01 1,11 1,45 2Л 0, кг/т

Рисунок 3.25 - Количественная оценка состава различных видов примесей (ЬПЗ зерновые, Ьс сорные, очищенный зерновой материал аз, в фураже в зависимости от подачи Q, в случае прохода под 2 решето «Г», размерный ряд

отверстий 02,2 05,0 03,6

Проход под третье решето (чистое зерно) 02,2 05,0 03,6

Рисунок 3.26 - Количественная оценка состава различных видов примесей (ЬПЗ зерновые, Ьс сорные, очищенный зерновой материал аз, в фураже в зависимости от подачи О, в случае прохода под 3 решето «Б», размерный ряд

отверстий 02,2 05,0 03,6.

Для размера решет 02,0 04,5 03,6 чистота зерна снижается обратно пропорционально подачи материала, так при 0=0,56 кг/м-с чистота зерна аз=99,1% а при подаче 0=2,14 кг/м-с чистота зерна аз=90,2%.

Для размера решет 02,2 04,5 03,6 при подаче 0=0,56 кг/(м-с) чистота зерна аз= 99,3%, а при подаче 0=2,14 кг/м-с, чистота зерна аз= 90,6%.

Такая же тенденция наблюдается при анализе чистоты фуражного зерна на решетах с размером отверстий 02,0 04,5 03,6 при 0=0,56 кг/м-с чистота зерна аз(фураж)= 97,5%, а при подаче 0= 2,14 кг/м-с, чистота аз(фураж)= 79.7%.

На решетах с отверстиями 02,2 04,5 03,6 при подаче 0=0,56 кг/м-с чистота фуражного зерна азфраж)= 97,7%, а при подаче 0=2,14 кг/м-с чистота фуражного зерна составила азфураж;=87,9%.

Эта закономерность продолжает прослеживаться и при размере отверстий решета 02,0 05, 03,6, где при подаче 0=0,56 кг/м-с, чистота зерна аз= 99,4%, а при подаче 0=2,14 кг/мс, чистота зерна аз= 97,1%.

Для размера решет 02,2 05,0 03,6, при подаче 0=0,56 кг/м-с, аз=99,5%, а при подаче 0=2,14 кг/м-с, чистота зерна составила аз=98,4%.

Для фуражного зерна на решетах 02,0 05,0 03,6 при подаче 0=0,56 кг/м-с, аз(фураж)= 98,0%, а при 0=2,14 кг/м-с, азфраж)= 88,3%.

Для фуражного зерна на решетах 02,2 05,0 03,6 при подаче 0=0,56 кг/м-с, аз(фураж)= 98,2%, а при 0=2,14 кг/м-с, азфраж)= 88,5%.

Анализируя зависимости (рисунок 3.20-3.27) оценим долю выхода фуражной фракции ячменя, на решетах с размерами отверстий 02,0 04,5 03,6, от подачи О и размеров отверстий. Так при размере первого решета 02,0 и второго 04,5 увеличивая подачу О с 0,56 кг/м-с до 2,14 кг/м-с, доля выхода семенной фракции меняется с с 56,8% до 85%, а фуражной фракции с 29,3% до 7,6%. При изменении размера первого решета на 02,2 выход семенной фракции меняется с 48,1% до 86,3%, а фуражной фракции уменьшается 36,5% до 7,4%.

Изменив размеры второго решета на 05,0 мм, а первого на 02,0 доля выхода семенной фракции изменится с 20,2% до 79,8%, а фуражной фракции с 67,4% до 13,8%. При размере отверстий первого решета 02,2 доля выхода семенной фракции увеличивается с 27,6% до 81,0%, а фуражная фракция уменьшается с 58,2% до 12,6%.

Учитывая показатели качества очищенного материала (сорных примесей вс<1%, зерновых примесей взп<2%) определены рабочие размеры отверстий решет и подача зернового материала для одноярусного трехрешетного стана. Таким образом при размерах отверстий решета 02,0 04,5 03,6 оптимальная подача составляет 1,08 кг/м-с, с выходом фуражной фракции 10,4%, чистого зерна 82,1%; при подаче 1,11 кг/м-с, доля выхода фуражной фракции 11,1%, чистого зерна 82,3%.

Для размеров отверстий решета 02,0 05,0 03,6 оптимальной подачей является 2,14 кг/м-с, с выходом фуражной фракции 13,8%, чистого зерна 79,8%.

Для размеров отверстий решета 02,2 05,0 03,6 оптимальной подачей является 2,14 кг/м-с, с выходом фуражной фракции 12,6%, чистого зерна 81,0%. При размерах отверстий решет 02,2 05,0 03,6 и подаче 2,14 кг/м-с достигается максимальная производительность с долей выхода фуражной фракции 12,6%.

Наибольшая доля выхода чистого зерна наблюдается при подаче 1,11 кг/м-с при размерах отверстий решет 02,2 04,5 03,6 (рисунок 3.15). При подаче 0=1,11 кг/м-с увеличением размеров решета фракционера с 04,0 мм до 05,0 мм выделение фуражной фракции увеличивается 11,1% до 19,5%

С увеличение подачи зернового материала на двухярусный решетный стан с размерами отверстий «В» 02,0 мм, «Г» 04,5мм степень чистоты зерна закономерно снижается (рисунок 3.27-3.30).

3,0 П3,6 2,0 04,5

Рисунок 3.27 - Количественная оценка состава различных видов примесей (ЬПЗ зерновые, Ьс сорные, очищенный зерновой материал аз, в фураже в зависимости от подачи 0, в результате прохода двухярусного решетного стана при размерности отверстий «В» 02,0 мм, «Г» 04,5мм

□ 3,0 3,6 □2,0 05,0 ■

Рисунок 3.28 -Количественная оценка состава различных видов примесей (ЬПЗ зерновые, Ьс сорные, очищенный зерновой материал аз, в фураже в зависимости от подачи 0, в результате прохода двухярусного решетного стана при размерности отверстий «В» 02,0 мм, «Г» 05,0мм

□ 3,0 П3,6 □2,2 0 4,5-

Рисунок 3.29 - Количественная оценка состава различных видов примесей (ЬПЗ зерновые, Ьс сорные, очищенный зерновой материал аз, в фураже в зависимости от подачи О, в результате прохода двухярусного решетного стана при размерности отверстий «В» 02,2 мм, «Г» 04,5мм 3,0 3,6 2,2 0 5,0

Рисунок 3.30 - Количественная оценка состава различных видов примесей (ЬПЗ зерновые, Ьс сорные, очищенный зерновой материал аз, в фураже в зависимости от подачи О, в результате прохода двухярусного решетного стана при размерности отверстий «В» 02,2 мм, «Г» 05,0 мм.

При подаче 0=0,56 кг/м-с степень чистоты зерна аз= 98,2%, а при подаче 0=2,14 кг/м-с, аз= 88,1%. Для решет с размерами отверстий «В» 02,2 мм, «Г» 04,5

мм при подаче 0=0,56 кг/м-с чистота зерна аз снижается с 99,0% до 88,1% при подаче 0=2,14 кг/мх.

Для решет с размерами отверстий «В» 02,0 мм, «Г» 05,0 мм при подаче 0=0,56 кг/м-с чистота зерна аз снижается с 99,2% до 96,3% при подаче 0=2,14 кг/м-с.

Для решет с размерами отверстий «В» 02,2 мм, «Г» 05,0 мм при подаче 0=0,56 кг/м-с чистота зерна аз снижается с 99,3% до 97,0% при подаче 0=2,14 кг/м-с.

Анализируя зависимости (рисунок 3.28-3.31) оценим доли выхода семенной и фуражной фракции на двухярусном решетном стане с различными размерами отверстий решет.

При размерах отверстий решета «В» 02,0 мм, «Г» 04,5 мм с увеличение подачи от 0,56 кг/м-с до 2,14 кг/м-с, доля выхода семенной фракции возрастает с 54,1% до 84,5%, а фуражной фракции падает с 27,3% до 6,1%.

При размере отверстий первого решета «В» 02,2 мм, доля выхода семенной фракции увеличивается с 45,7% до 84,8%, а доля фуражной фракции уменьшается с 33,9% до 6,3%.

При размерах отверстий решета «В» 02,0 мм, «Г» 04,5 доля выхода семенной фракции возрастает с 19,0% до 78,4%, а фуражной фракции падает с 65,3% до 11,8%.

При размерах отверстий решета «В» 02,2 мм, доля выхода семенной фракции возрастает с 26,1% до 77,9%, а фуражной фракции падает с 57,0% до 10,8%.

Учитывая показатели качества очищенного материала (сорных примесей вс<1%, зерновых примесей взи<2%) определены рабочие размеры отверстий решет и подача зернового материала для двухярусного решетного стана.

При размерах отверстий решета «В» 02,0 мм, «Г» 04,5 и подачи 1,08 кг/м-с выход фуражной фракции составит 9,8%, а выход чистого зерна 80,0%.

При размерах отверстий решета «В» 02,2 мм, «Г» 04,5 и подачи 1,11 кг/м-с доля выхода фуражной фракции составит 9,7%, а выход чистого зерна 79,8%.

При размерах отверстий решета «В» 02,2 мм, «Г» 05,0 и подачи 2,14 кг/м-с доля выхода фуражной фракции составит 11,5%, а выход чистого зерна 78,6%.

При размерах отверстий решета «В» 02,2 мм, «Г» 05,0 и подачи 2,14 кг/м-с достигается максимальная производительность с долей выхода фуражной фракции составит 11,5%.

При размерах отверстий решета «В» 02,2 мм, «Г» 04,5 и подачи 1,11 кг/м-с достигается максимальная производительность с долей выхода чистого зерна 79,8%.

При размерах отверстий решета «В» 02,2 мм, «Г» 04,5 и подачи 1,11 кг/м-с увеличение размера решета «Г» с 04,5 мм до 05,0 мм повышает долю выхода фуражной фракции с 9,7% до 11,8%.

12 3 4

Проход под п-решето

1 - выход мелкой примеси под решето «В»; 2 - выход фуража под решето фракционер «Г»; 3 - выход чистого зерна; 4 - выход крупной примеси с решета Б2 Рисунок 3.31 - Оценка функционирования решетного сепаратора с различными размерами решет в зависимости от количества поступающего обрабатываемого материала при использовании двуярусного решетного стана.

Дополнительным этапом исследований было определение коэффициента трения зернового материала по стали (Ст35) и СВМПЭ. Определение коэффициента трения компонентов зернового вороха проводили на парах компонент -стальная пластина, компонент - пластик СВМПЭ для вороха озимой пшеницы остистой, сорт «Ермак». Результаты повторных измерений записывали, статистически обрабатывали. Полученные данные представлены в таблице 3.10.

Проведение испытаний по определению угла и коэффициента трения по стали и СВМПЭ.

Таблица 3.10 - Угол и коэффициент трения вороха по сверх высокомолекулярному полиэтилену.

Наименование испытуемой пары Угол трения, град- Коэффициент трения % снижения характеристик трения пластик-компонент, к паре сталь-компонент

Пластик - зерно 15 0,267 37,5

Пластик - фрагменты колосьев 18 0,325 30,7

Пластик - чешуйки 26,5 0,499 17,2

Пластик - колосья 15 0,268 46,4

Пластик - фрагменты стеблей 19,5 0,354 18,6

Пластик - ворох 22 0,404 6,7

Сталь - зерно 24 0,445 —

Сталь - фрагменты колосьев 26 0,488 —

Сталь - чешуйки 32 0,625 —

Сталь - колосья 28 0,531 —

Сталь - фрагменты стеблей 24 0,445 —

Сталь - ворох 30 0,577 —

В качестве активной среды для определения угла откоса использовались основные сельскохозяйственные культуры: пшеница озимая Прикумчанка, урожай

2016г., кукуруза «Машук 350» урожая 2016г., ячмень «Прикумский 50», урожай 2016г., семечка подсолнечника урожай 2016г. Было определено оптимальное число испытаний для получения адекватного результата в пределах заданной погрешности (таблицы 3.10-3.12). Испытания проводились на планке из материала СВМПЭ размером 50х100мм.

По результатам испытаний можно сделать следующие промежуточные выводы:

1. Коэффициент трения зернового материала по СВМПЭ составляет 0,30 -0,34, а коэффициент трения зернового материала по Ст.35 равен 0,4.

2. Угол скатывания зернового материала по СВМПЭ составляет 17-200, а угол скатывания зернового материала по Ст.35 равен 300.

Как видно из данных, приведенных в таблицах 3.11-3.13, угол трения и коэффициент трения пар пластик - компонент вороха, существенно ниже чем пар сталь-компонент вороха. Очевидно, чем выше в ворохе содержание зерна и колосьев, тем больше его коэффициент трения по пластику отличается от коэффициента трения по стали. На основании полученных данных можно сделать вывод о целесообразности применения материала СВМПЭ в конструкции зерноочистительных машин, что позволит достичь минимального травмирования зернового и семенного материала. Низкий коэффициент трения зерна и вороха по пластику позволяет эффективно применять его в конструкции зерноочистительных машин, где материал движется по поверхности за счет инерционных сил.

Таблица 3.11 - Углы скатывания

№ п/п Наименование компонента Угол скалывания р (град) Среднее значение о

Повторности

15-20 20-25 25-30 30-35 35-40

1 Пшеница 22 85 48 42 3 22,5 30,76524

2 Ячмень 26 61 36 23 4 22,5 20,84466

3 Подсолнечник 6 58 58 19 9 25 26,00961

4 Кукуруза 37 70 27 12 4 22,5 25,7779

Таблица 3.12 - Углы скатывания

№ п/п Наименование компонента Среднее значение ф а фтах фтт

1 Пшеница 25,46 5,147656 20,3 30,6

2 Ячмень 23,82 5,247701 18,6 29,0

3 Подсолнечник 26,04 4,793533 21,2 30,8

4 Кукуруза 22,72 5,038788 17,7 27,8

Таблица 3.13 - Коэффициенты трения

№ п/п Наименование компонента Среднее значение Ктртт Ктртах

1 Пшеница 0,42 0,34 0,49

2 Ячмень 0,39 0,31 0,47

3 Подсолнечник 0,43 0,35 0,49

4 Кукуруза 0,38 0,30 0,45

Для совершенствования технологического процесса послеуборочной обработки зернового и семенного материала, необходимо выявить те машины (рабочие и транспортирующие органы), которые травмируют большее количество семян. Повреждения семян отрицательно сказываются на последующем развитии растения, его урожайности, и в целом на экономической эффективности зернового производства. На долю общего числа травмированности зерна зерноочистительными машинами приходится от 60 до 70 % [82,89]. Установлено, что 35-40% семян зерновых культур не дают всходов из-за микроповреждения. От семян с микроповреждениями в 33,5% масса ростков на 39% меньше, чем у не травмированных (таблица 3.14.) [83].

Таблица 3.14 - Процент лабораторной всхожести семян в зависимости от видов травм

Виды травм Лабораторная всхожесть, %

Поврежден(а): Зародыш 50,8

Эндосперм 60,6

Оболочка зародыша 85,6

Оболочка зародыша и эндосперма 83,4

Оболочка эндосперма 94,4

Без повреждений 99,0

Послеуборочная обработка зерна характеризуется большим объемом воздействий на зерновой материал зерноочистительными машинами и транспортирующими устройствами, включенными в технологическую схему очистки. Все это способствует росту микро- и макротравмирования зерна.

При движении зернового материала в отделениях семяочистительных агрегатов происходит также взаимодействие с транспортирующими и направляющими механизмами машин, которые также травмируют зерновой материал. Увеличение пути следования зернового материала по технологической линии очистки, увеличивает вероятность травмирования зерна механическим воздействием рабочих и промежуточных (транспортирующих) органов. По данным НИИСХЦЧП им. В.В. Докучаева состав зерна бункерного вороха неповрежденного составляет -34,4%, содержание дробленного зерна - 10%.

Анализ приведенных в таблице 3.15 данных показывает, что высокий уровень травмирования получается после очистки зерна на ветрорешетных машинах, где травмированность зерна составляет 2,84-5,4% против 0,17-0,51 на пневмосортиро-вальных машинах. При движении зернового материала в отделениях семяочисти-тельных агрегатов происходит также взаимодействие с транспортирующими и направляющими механизмами машин, которые также травмируют зерновой материал.

Таблица 3.15 - Травмирование зерна основных культур на зерноочистительных машинах (А.П. Тарасенко, 2003), в %

Зерноочистительные и сушильные машины Пшеница Ячмень

Машины предварительной очистки МП0-50 0,41 0,17

Ветрорешетные машины 5,40 2,84

Триерный блок 0,32 2,33

Сушилка 6,30 6,51

Пневмосортировальные машины ПСМ 0,51 0,17

Исследования показали [65], что большая часть семян травмируется транспортирующими органами. Общее травмирование семян при их послеуборочной обработки в ряде случаев достигает 40-50%. Учитывая, что в современных технологических линиях применяется по несколько приемных и транспортирующих элементов, нередко и одинаковых, то они травмируют значительно больше семян, чем рабочие машины.

В подавляющем большинстве хозяйств вообще отсутствует специальная се-мяочистительная техника. Хозяйства вынуждены готовить семена, используя для этого малопроизводительные передвижные машины или зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ. Чтобы очистить семенной материал, зачастую его необходимо не менее двух-трех раз пропустить через очистительную линию агрегата (комплекса). При каждом пропуске происходит прирост микроповреждений от 10 до 30%.

Большой уровень травмирования семян при очистке на стандартных штампованных решетах (ситах) объясняется большими напряжениями в зерновках вследствие соударения их с кромками отверстий [27, 63].

Анализ травмированности зернового материала в процессе очистки показал, что помимо выше упомянутых решетных сепараторов, на которых происходит основной процесс выделения семян, травмирование происходит на всем участке движения материала.

Одним из способов снижения микро- и макро травмирования семян, является применение новых композиционных материалов в конструкции зерноочистительных машин.

Сравнительный анализ [68, 69,70] основных микро и макро повреждений семян зерновых культур очищенных на стандартных решетах, изготовленных из листового металла и решет, изготовленных из полимерных материалов на основе СВМПЭ.

Определялись основные показатели травмированности семян определяющие реальные параметры микротравм семян при их взаимодействии с поверхностью решет при сепарации семян. Сравнительный анализ макро- и микропоказателей повреждения зерна, очищенного на решетах, изготовленных из полимерного материала, по сравнению со стандартным решетом выявил снижение повреждения зародыша на 50%, снижение повреждения эндосперма на 24%, снижение повреждения оболочки зародыша на 8%, снижение повреждений оболочки зародыша и эндосперма на 23%, снижение повреждений оболочки эндосперма на 7%, снижение макроповреждений зерна на 93%. Общее количество неповрежденных семян при очистки на решетах из полимеров, по сравнению с металлическими, возросло на 43% (рисунок 3.32, 3.33).

а) б)

Рисунок 3.32 - Сравнительный анализ повреждения зародыша и эндосперма (а) и оболочки зародыша и оболочки зародыша и эндосперма (б) семян зерновых,

при очистки решетными сепараторами

а) б)

Рисунок 3.33 - Сравнительный анализ повреждения оболочки зародыша и оболочки зародыша и эндосперма (а) и без суммарных повреждения семян зерновых (б) при очистке решетными сепараторами.

Данные показатели говорят о значимом снижении основных показателей макро и микро травмированности семян, при их очистке на решетах, изготовленных на основе полимерного материала СВМПЭ, при сравнении с решетами, изготовленными из листового металла.

Исследования были проведены на зерновом материале - ячмень сорт «При-кумский 50», урожай 2016 года, Зерноградского район Ростовской области.

Результаты исследований по изменению микротравмируемости зернового материала (таблица 3.16-3.17).

Таблица 3.16 - Результат анализа микроповреждений ячменя (после комбайна)

Виды травм Результаты испытаний, %

Поврежден зародыш 1%

Поврежден эндосперм 0%

Повреждена оболочка зародыша 28%

Повреждена оболочка зародыша и эндосперма 26%

Повреждена оболочка эндосперма 23%

Без повреждений 22%

Макроповреждённые зерна битые 1,8%

Таблица 3.16 - Результат анализа микроповреждений ячменя (после прохождения по металлу)

Виды травм Результаты испытаний, %

Поврежден зародыш 2%

Поврежден эндосперм 1%

Повреждена оболочка зародыша 27%

Повреждена оболочка зародыша и эндосперма 37%

Повреждена оболочка эндосперма 26%

Без повреждений 12%

Макроповреждённые зерна битые 1,8%

Таблица 3.17 - Результат анализа микроповреждений ячменя

(после прохождения по СВМПЭ)

Виды травм Результаты испытаний, %

Поврежден зародыш 1%

Поврежден эндосперм 1%

Повреждена оболочка зародыша 27%

Повреждена оболочка зародыша и эндосперма 29%

Повреждена оболочка эндосперма 28%

Без повреждений 14%

Макроповреждённые зерна битые 1,8%

3.6 Исследования показателей работы зерноочистительных агрегатов в уборочный период

В 2016 году технологические и организационно-хозяйственные условия проведения исследований комплекса машин были в основном аналогичными

условиям 2015 года. Однако технические средства и машины, предназначенные для выполнения операции первичной очистки на агрегате ЗАВ-40, были заменены модернизированной машиной Р1-БДЗ-50 (рисунок 3.34, 3.35) паспортная производительность которой также, как и у МЗП-50, равна 50 т/ч, а на агрегате ЗАВ-50 установлены две машины типа МЗП производства ПО «Воронежзерномаш» суммарная паспортная производительность которых равна 50 т/ч.

Рисунок 3.34 - Модернизированная машина предварительной очистки с замкнутым аспирационным циклом Р1-БДЗ-50 разработанная

в ФГБНУ СКНИИМЭСХ

Рисунок 3.35 - Модернизированная машина предварительной очистки с замкнутым аспирационным циклом Р1-БДЗ-50 в технологической линии зерноочистительного агрегата ЗАВ-40

Динамика поступления зерна с поля и его обработки на зерноочистительных агрегатах ЗАВ-50 и ЗАВ-40 в уборочный сезон 2016 года представлена в таблице 3.18, которая составлена на основе наблюдений, выполненных в период уборки.

По результатам анализа данных таблицы представляется возможным отметить следующее.

Таблица 3.18 - Динамика поступления зерна с поля на ток и движения по току

Дата Культура Поступило зерна, т Погружено зернопо-грузчиками

Всего с поля на ЗАВ-50 на ЗАВ-40

с поля с тока с аэрируемых с поля с тока

1 2 3 4 5 6 7 8 9

05.07. 2016 пшеница 229,07 - - - 92.15 - -

ячмень 340,8 - - - - - -

зерносмесь 432,28 176,5 - 168,25 - -

06.07. 2016 пшеница 876,3 - - - 194.8 36,7 36,7

ячмень 42684 - - - - - -

зерносмесь 219,84 219,84 - 87,53 - - -

07.07. 2016 пшеница 302,8 170,7 230 - - - 230

ячмень 163,03 - - - 163,03 144,24 144,24

зерносмесь 593,98 155,25 - - - - -

08.07. 2016 пшеница 336,15 336,15 135 - - - 135

ячмень 143,01 - - - 143,01 159,34 159,34

зерносмесь 4,05 - - - - - -

09.07. 2016 пшеница 75,75 75,75 183,63 - - - 183,6

ячмень 47,05 - - - 47,05 161,4 161,4

зерносмесь 89,22 - 127,6 - - - 127,6

10.07. 2016 пшеница 559,088 - - - 92,15 - -

ячмень 246,74 - - - - - -

зерносмесь 201,63 201,63 - 168,25 - - -

11.07. 2016 пшеница 531,17 - - - 194,8 36,7 36,7

ячмень 283,77 283,77 - - - - -

зерносмесь 847,61 116,43 - 87,53 - - -

1 2 3 4 5 6 7 8 9

12.07. 2016 пшеница 275,94 - 230 - - - 230

ячмень 322,88 322,88 - - 163,03 144,24 144,24

зерносмесь 979,81 - - - - - -

13.07. 2016 пшеница 81,54 - 135 - - - 135

ячмень 159,11 159,11 - - 143,01 159,34 159,34

зерносмесь 1360,69 409,23 - - - - -

14.07. 2016 пшеница 214,95 - 183,63 - - - 183,63

ячмень 336,97 336,97 - - 47,05 161,4 161,4

зерносмесь 1185,05 205,16 127,6 - - - 127,6

15.07. 2016 пшеница 136,01 - - - - - -

ячмень 276,3 276,3 - - - - -

зерносмесь 79,38 - 209,81 207,6 79,38 336,5 546,31

16.07. 2016 пшеница 465,94 170,91 573,29 - 295,03 243,57 816,86

ячмень - - - - - - -

зерносмесь - - - - - - -

17.07. 2016 пшеница 547,04 307,87 - - - - -

ячмень 152,66 - - - - - -

зерносмесь - - - - - 397,3 397,3

18.07. 2016 пшеница 508,67 194,65 - - - - -

ячмень 94,75 - - - - - -

зерносмесь - - - - - - -

19.07. 2016 пшеница 603,63 - 427,93 96,5 370,41 167,31 595,24

ячмень 511,08 - - - - - -

зерносмесь - - - - - - -

20.07. 2016 пшеница 126,52 126,52 47,73 - - - 47,73

ячмень 54,94 - - - - - -

зерносмесь - - - - - 5994 59,4

21.07. 2016 пшеница 293,91 264,59 7,34 - - - 7,34

ячмень 70,6 - - - - - -

1 2 3 4 5 6 7 8 9

зерносмесь - - - - - 143,14 143,14

22 07 пшеница - - 85,1 29,32 - - 8,51

2016 ячмень 71,28 - - - - - -

зерносмесь - - - - - 83,3 83,3

23.07. 2016 зеоносмесь - - - - - - -

24.07. пшеница - - 99,69 - - - -

2016 зерносмесь - - - - - - -

25.07. пшеница - - - - - - -

2016 ячмень - - - - - - -

26.07. 2016 зерносмесь - - - - - - -

27.07. 2016 зерносмесъ - - - - - - -

пшеница 6164,47 1879,36 1871,19 125,82 1459,44 482,25 2353,44

Всего ячмень 5992,54 1379,03 175,16 127,5 599,83 618,19 793,55

зерносмесь 5992,54 1484,04 1426,92 721,08 913,19 1447,31 2874,23

Итого 15858,82 4742,43 3473,27 974,4 2972,46 2547,75 6021,02

В уборочный сезон 2016 года на центральный ток ОПХ «Донское» поступило 15858,82 тонны зерна, что на 10-12% (от общего валового сбора зерна по хозяйству) меньше объема зерна, поступавшего на ток в предыдущие годы. Это объясняется тем, что в 2015 году на току 3-го отделения хозяйства на очистке зерна работала технологическая линия, составленная из передвижных зерноочистительных машин, и поэтому с этого отделения на центральный ток было направлено меньше зерна, чем в предыдущие годы.

Из общего количества зерна на центральный ток ОПХ поступило 6164,47 т пшеницы, 5992,54 т ячменя и 5992,54 т зерносмеси (суржа, пшеница + ячмень). Количество зерна обработанного на зерноочистительных агрегатах ЗАВ-50 и

ЗАВ-40, составило 14710,31 т (около 93% от общего количества зерна, поступившего на ток); при этом 6021,02 тонны (примерно 41%) было сгружено на площадку для временного хранения, а затем при помощи зернопогрузчиков погружено в транспортные средства и направлено на обработку. Количество неочищенного зерна, бунтируемого на площадках тока для временного хранения с последующей его погрузкой зернопогрузчиками в транспортные средства с перевозкой на агрегаты ЗАВ-50 и ЗАВ-40 для обработки в 2016 году по сравнению с 2015 годом сократилось на 12,6%, что можно объяснить повышением производительности агрегата ЗАВ-40 в результате замены типовой машины предварительной очистки на машину Р1-БДЗ-50 и использования на отвозке чистого зерна большегрузных автомобилей типа КамАЗ. Это подтверждается и другими факторами; разница в количестве зерна, обработанного на ЗАВ-50 и ЗАВ-40 в 2016 году не так значительна, как это было в 2015 году. Так в 2015 году на агрегате ЗАВ-40 было обработано только 14,87% от всего количества зерна, обработанного на агрегатах ЗАВ-50 и ЗАВ-40, то в 2016 г. - 37,5%.

Изменение этого соотношения в сторону еще некоторого увеличения количества зерна, обрабатываемого на ЗАВ-40 возможно за счет лучшего освоения обслуживающим персоналом технологического процесса работы новых машин, улучшения условий труда (снижение степени запыленности), замены нории 2НЗ-20 на норию производительностью 50 т/ч.

С учетом данных в таблицы 3.18 среднесуточное поступление зерна с поля на ток составляло:

qсv = = Н85882 = 881,05 т, (3.26)

Хф п 18 х '

где ^ - количество зерна, поступающее с поля на ток в 6-й день уборки, т; п - количество дней уборочных работ.

Сравнивая показатель среднесуточного поступления зерна с поля на ток в 2016 году с показателем 2015 года следует указать на то, что он увеличился на 13,6%. Это объясняется, прежде всего, тем, что средняя урожайность зерновых по хозяйству в 2016 году возросла примерно на 25%, а также этому способствовали относительно благоприятные погодные условия уборки (за весь период уборки

осадки выпадали только два раза: первый раз в начале уборки - 08.07.2016 и второй - в конце уборки - 23.07.2016г., когда в хозяйстве осталось менее 1% неубранной площади). В этой связи и неравномерность поступления зерна от комбайнов на ток снизилась на 39,2 %.

Наиболее продуктивный период уборки зерновых в хозяйстве наблюдался с 10.07.2016г. по 14.07.2016г. За это время от комбайнов на ток было доставлено 7586,94 тонны зерна, что составляет 47,84% от общего количества зерна, поступившего с поля на ток за период с 05.07.2016г. по 22.07.2016г.

Коэффициент неравномерности поступления зерна с поля на ток за период уборочных работ равен

(14.07.2016 г.) уборочного периода.

Таким образом, общий ритм уборочно-транспортного процесса в 2016 году был более выровненным. Однако все еще высокий коэффициент неравномерности поступления зерна, как и в прошлые годы, в сезон 2016 года обуславливался в основном двумя причинами: недостаточным количеством собственных транспортных средств в хозяйстве и недостаточно удовлетворительной организацией работ транспортных средств, привлеченных в хозяйство на уборочные работы с промышленных предприятий и учреждений других районов Ростовской области, а также соседних областей, краев и автономных республик, выражающейся в отсутствии транспортных формирований, постоянных объектов обслуживания и часовых графиков.

В процессе испытаний комплекса машин была определена производительность зерноочистительных агрегатов. Этот вид работы проводился в связи с заменой очистительных машин на агрегатах и возможным при этом изменении режима работы зернопогрузчиков. В результате выполненной работы было установлено (таблица 3.19).

(3.27)

где Q

тах

максимальное количество зерна, поступившего за один день

Таблица 3.19 - Производительность машин и агрегатов технологического комплекса

Наименование и марка агрегата Машина предварительной очистки Паспортная производительность Фактическая производительность

Часовая, т/ч Сменная, т/см

Зерноочистительный агрегат ЗАВ-50 МЗП-50 50 47,4 336,6

Зерноочистительный агрегат ЗАВ-40 (модернизированный) Р1-БДЗ-50 50 45,7 296,5

Зерноочистительный агрегат ЗАВ-40 (типовой) МПР-50 50 38,1 271,4

В сезон 2016 года величины максимальной производительности, достигнутые при очистке пшеницы за 1 час чистого времени по агрегату ЗАВ-50 по сравнению с 2015 годом, практически оставались на том же уровне, а по агрегату ЗАВ-40 она возросла более чем на 30 %. Сезонная производительность агрегата ЗАВ-50 снизилась за счет, как уже было сказано, увеличения производительности зерноочистительного агрегата ЗАВ-40 в связи с заменой в нем типовой машины предварительной очистки на машину Р1-БДЗ-50.

Сменная производительность машин и агрегатов устанавливалась при условии несколько более четкой организации работы к технологической операции транспортирования зерна на зерноочистительные агрегаты и от них. При этом длительность смены была принята равной 8 часам.

В связи с увеличением производительности агрегата ЗАВ-40, входящего в состав зерноочистительного комплекса центрального тока ОАО «Донское» и уменьшения общего количества зерна, поступившего в 2016 году на центральный ток, значение верхнего предела вместимости компенсирующих ёмкостей к этому

агрегату уменьшается по сравнению с пределом, установленным по исходным данным 2015 года.

Действительно, количество возможного поступления зерна на зерноочистительный агрегат ЗАВ-40 равно

g = SsZkíü = IH585882 = т, (3.28)

\.чо п 110 > V

где Пчо — фактическая часовая производительность ЗАВ — 40;

П - фактическая часовая производительность всего комплекса центрального тока.

В связи с отсутствием компенсирующих емкостей в составе агрегата ЗАВ-40 его простои по причине часовой неравномерности поступления зерна с поля на обработку в 2,0-2,5 раза больше простоев по этой причине агрегата ЗАВ-50. Так, если простои агрегата ЗАВ-50 по причине неравномерности поступления зерна в отдельные дни уборки составляли 0,8-2,6 часа, то агрегата ЗАВ-40 - 1,7-6,4 часа. Хотя достаточно длительные, простои агрегатов по этой причине при возможности не допускаются, но их ликвидация требует, как правило, принятия срочных мер по организации доставки неочищенного зерна с площадок тока на агрегаты. Причем эффективность этих мер чаще всего не достигает нужного условия. Причин этому много: здесь и отсутствие достаточного количества транспортных средств для работы внутри тока, и отсутствие зерна той культуры или сорта, на котором работал агрегат до остановки, и относительно слабая информация об истинных причинах задержки поступления зерна и другие.

В уборочный сезон 2016 года зерноочистительные агрегаты ЗАВ-50 и ЗАВ-40 работали по всем технологическим схемам, которые возможно осуществить на этих агрегатах. Как известно на агрегате ЗАВ-50 предоставляется работать по 5-и технологическим схемам, а на ЗАВ-40 - по двум, с использованием трехрешетно-го одноярусного стана. Зерноочистительный агрегат ЗАВ-50 большую часть времени (71%) периода послеуборочной обработки зерна работал по основной - первой хронологической схеме (завальная яма - машина предварительной очистки № 1 - машина первичной очистки - бункеры чистого зерна). При регулировках или ремонте машины предварительной очистки №1 в работу включалась машина

предварительной очистки №2 (2-я схема). Эта технологическая линия в течение сезона работала незначительное время (около 1% от общего времени работы агрегата). По 9% от общего времени работы агрегата работал по 3-й и 5-й схемам и 10% - по четвертой схеме. Причем по 4-й схеме агрегат работал только на очистке зерносмеси. Зерноочистительный агрегат ЗАВ-40 97,2% от общего времени работал по основной технологической схеме: завальная яма - нория - машины первичной очистки №1 и №2 - бункера чистого зерна. И только в случаях ремонтно-профилактических мероприятий агрегат работал по второй схеме (работает только одна из машин первичной очистки).

С целью определения качества работы агрегатов в течение периода наблюдений, в дни с достаточно высокой устойчивостью технологического процесса работы, брались пробы на анализ. Результаты анализа зерна до очистки и после очистки его на агрегатах представлены в таблицах 3.20-3.23.

Таблица 3.20 - Результаты анализа зерна, поступившего для очистки на зерноочистительный агрегат ЗАВ-40

Дата Культура Влаж- Нату- Абсо- Состав зерновой массы, %

отбора ность, ра лютный Зерно основной культуры Ор- Мине-

пробы % зерна, вес Пол- Дроб Щуп- Невы- гани- раль-

% 1000 но- лен- лое моло- че- ный

зерен, г ценное ное ченное ский сор сор

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

16.07. 2016 пшеница 11,13 685 33,4 92 3,8 3,4 0,1 0,4

17.07. 2016 пшеница 11,45 692 39,5 93,4 2,9 2,5 0,3 0,6 0,1

19.07. 2016 пшеница 11,53 700 41,8 95,2 1,8 2,2 0,2 0,6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

20.07. 2016 пшеница 11,32 690 40,2 93,1 2,6 3,0 0,1 0,2

24.07. 2016 ячмень 11,73 650 51,8 87,9 4,4 4,0 2,4 0,8 0,2

25.07. 2016 пшеница 11,28 698 37,4 93,1 2,2 2,8 0,3 0,2

Таблица 3.21 - Результаты анализа зерна, очищенного на зерноочистительном агрегате ЗАВ-40

Дата отбора пробы Культура Влажность, % Натура зерна, % Абсолютный вес 1000 зерен, г Состав зерновой массы, %

Зерно основной культуры Орга-ниче-ский сор Минеральный сор

Полно-ценное Дроб ленное Щуплое Невы-молоченное

16.07. 2016 пшеница 10,25 770 41,8 96,6 1,6 1,0 0,1 0,2

17.07. 2016 пшеница 10,40 735 41,2 96,4 0,9 1,5 0,1 0,2

19.07. 2016 пшеница 11,47 750 40,8 95,4 1,2 3,2 0,2

20.07. 2016 пшеница 10,35 740 41,5 95,1 1,4 2,8 0,1 0,2

24.07. 2016 ячмень 10,87 630 51,0 96,2 3,2 0,2 0,2

25.07. 2016 пшеница 10,38 730 41,4 96,1 1,2 2,1 0,1 0,2

Таблица 3.22 - Результаты анализа зерна, поступившего для очистки на зерноочистительной агрегат ЗАВ-50

Дата отбора пробы Культура Влаж ность % Натура зерна % Абсолютный вес 1000 зерен, г Состав зерновой массы, %

зерно основной культуры Органический сор Минер альный сор

Полноценное Дробленное Щуплое Невы-молоченное

17.07. 2016 пшеница 11,87 690 48,6 87,1 2,5 5,6 2,2 1,6 1,0

19.07. 2016 пшеница 10,8 740 41,8 93,6 3,0 1,6 0,2 1,6 0,1

20.07. 2016 пшеница 10,13 675 35,0 84,8 12,2 1,4 1,0 0,6

21.07. 2016 пшеница 11,13 700 39,8 90,4 3,8 4,6 1,2

24.07. 2016 пшеница 11,27 680 37,0 89,9 2,4 5,4 0,3 1,2

25.07. 2016 пшеница 11,2 690 37,0 93,0 2,0 4,6 0,4

Таблица 3.23 - Результаты анализа зерна, очищенного на зерноочистительном агрегате ЗАВ-50

Дата отбора пробы Культура Влаж ность % Натура зерна % Абсолютный вес 1000 зерен, г Состав зерновой массы, %

зерно основной культуры Органический сор Минер альный сор

Полноценное Дробленное Щуплое Невы-молоченное

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

17.07.2 016 пшеница 11,53 770 49,0 96,6 1,0 2,2 0,2

19.07. 2016 пшеница 10,87 755 48,2 97,4 16,1 0,9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

20.07. 2016 пшеница 10,07 750 38,2 94,1 2,8 2,2 1,0

21.07. 2016 пшеница 10,93 850 37,4 97,8 0,6 1,2 0,2

24.07. 2016 пшеница 11,00 730 37,4 97,1 1,4 1,3 0,2

25.07. 2016 пшеница 11,53 775 40,6 96,9 1,0 1,8 0,2

Анализируя данные представленные в таблицах 3.20-3.23, следует отметить, что оба агрегата очищали зерно достаточно качественно, и оно отвечало базисным кондициям.

Динамика поступления зернового материала с поля на ток и его обработка зерноочистительным агрегатом ЗАВ-40 представлены на рисунках 3.36 и 3.37. Данный график дает наглядное представление о режимах поступления зерна пшеницы и ячменя в отдельности и в суммарном объеме, а так же о режимах обработки зернового материала (рисунок 3.38). Анализируя график поступления зерна с поля, необходимо отметить следующее: в характере кривых поступления общего объема зерна, явно просматривается соответствие начальному закону распределения случайных величин, а кажущаяся неупорядоченность поступления зерна пшеницы и ячменя обусловлена наличием нескольких сортов этих культур, так же оказывают влияние на ход уборки вышеприведенных культур производственно-хозяйственные и климатические факторы. По контуру кривой поступления общего количества зерна, имеют место два явных спада, первый из них вызван выпадением дождя во второй половине дня 8.07.2016, а второй 15.07.2016, связан с перестройкой комбайнов на уборку другой культуры (ячменя), перегонкой зерноуборочной техники на соответствующие поля по территории землепользования хозяйства. Характеры кривых отражающих ход обработки общего количества

зерна на зерноочистительном агрегате ЗАВ-40 соответствуют нормальному закону распределения.

Пшеница —□— Ячмень —Д— Эерносмесь — — Общий зерновой поток

Рисунок 3.36 - Динамика поступления зерна с поля в уборочный сезон 2016 года

О.т

пшеница ---ячмень

Рисунок 3.37 - Динамика обработки зерна на зерноочистительном агрегате ЗАВ-40 и ЗАВ-50 в уборочный сезон 2016 года

Проводя оценку функционирования модернизированного зерноочистительного агрегата ЗАВ - 40 с типовой моделью, были полученные следующие данные (таблица 3.24).

Таблица 3.24 - Результаты работы типового и модернизированного агрегата

ЗАВ-40

№ Показатели Типовая Модернизированный Степень

ЗАВ-40 ЗАВ-40 изменения, %

1 Производительность, т ч 30,24 36,75 21,5

2 Энергоемкость, кВт ч 7,5 6,55 9,5

3 Степень очистки, т ч

-после первичной очистки 77-83 82-89 7,1

-после вторичной очистки 75-82 85-91 6,93

4 Травмированность зерна, %

-макротравмирование 61-76 47-56 9,3

-микротравмирование 36-42 22-31 10,1

Теоретические аспекты, предполагаемые в пункте 2.1, были доказаны на практике. Производственные испытания показывают, что при замене машины предварительной очистки производительность ЗАВ-40 имеет прирост производительности порядка 21,5%. Это связанно с тем, что мы уже на первой стадии получаем большую производительность.

При использовании машины предварительной очистки Р1-БДЗ-50 удалось снизить процент травмирования зерна, за счет уникальной конструкции и замене решет металлических на решета, изготовленные из СВМПЭ. Степень изменения макротравмирования составила 9,3%, микротравмирование 10,1%.

Из ниже приведенного графика (рисунок 3.38) мы видим тенденцию повышения производительности модернизированной технологической линии. На каждой последующей операции идет прирост производительности порядка 6-9%. Это

обусловлено за счет повышение производительности на этапе предварительной очистки.

посту плен не зерна - Е ТС -1 Предварит ельная очигтнэ Первичная □чистка Вторичная очистка риерный блок. Пневмосо ртироваль -ь й на выходе

■ ЗАВ с Р1-ВДЗ-50 50 47, В 46 44^3 43,9 44,3

■ ЗАВ стандарт 50 46,4 43,9 43,2 41г2 39г2 33,2

Рисунок 3.38 - Производительность модернизированной технологической

линии в сравнении со стандартной

Изменение режима работы машины предварительной очистки зерна, в свою очередь, влияет на условия работы воздушно-решетных машин первичной и вторичной очистки. В целом, как показано выше это обеспечило повышение интенсивности очистки зерна и работы агрегата ЗАВ-40 в целом. Однако, немаловажным показателем является качественный показатель очищенного зерна и особенно семян по их травмируемости. [12, 116].

Поскольку проведение полномасштабного эксперимента с заменой машины предварительной очистки на зерноочистительном агрегате в уборочный период не представляется возможным, проанализируем полученные данные путем сравнения зерноочистительного агрегата ЗАВ-40 с машиной предварительной очистки Р1-БДЗ-50 разработанной в ФГБНУ СКНИИМЭСХ и зерноочистительный агрегат

ЗАВ-50 с машиной предварительной очистки МЗП-50. Из графика на рисунке 3.34 видно, что при разнице паспортной производительности зерноочистительных агрегатов в 10 т/ч, показатели зерноочистительного агрегата ЗАВ-40 с установленной машиной Р1-БДЗ-50 сопоставимы с показателями зерноочистительного агрегата ЗАВ-50 с установленной машиной МЗП-50, хотя паспортная производительность двух машин МЗП-50 и машины Р1-БДЗ-50 одинакова (50 т/ч), при этом паспортная производительность зерноочистительного агрегата ЗАВ-40 равна 40т/ч, а ЗАВ-50 равна 50 т/ч. Следовательно, производительность всего зерноочистительного агрегата ЗАВ-40 с машиной предварительной очистки Р1-БДЗ-50 увеличивается с одновременным уменьшением потребляемой мощности (Р1-БДЗ-50 -6,5кВт против МЗП-50 - 10 кВт).

Таким образом, проведенные исследования показали, что в результате модернизации зерноочистительного комплекса ЗАВ-40, показатели его работы по сравнению с типовым зерноочистительным агрегатом ЗАВ-50 практически одинаковы, следовательно модернизированный зерноочистительный комплекс ЗАВ-40 с паспортной производительностью 40 т/ч, с установленной машиной Р1 -БДЗ-50 разработанной СКНИИМЭСХ (г. Зерноград), его производительность увеличивается не менее чем на 21,5%.

3.7 Моделирование процессов сепарации зерна и проведение

стендовых испытаний

При моделировании учитывалась работа воздушно-решетных зерноочистительных машин с повышенной нагрузкой (с увеличенной толщиной слоя зернового материала на решете). Экспериментальная оценка воздушно-решетных стационарных технологических линий, а так же решетных сепараторов формирующих данную линию и обеспечивающую очистку и полное разделение зернового материала на фракции, проведена в рамках зерноочистительного агрегата ЗАВ-40 с использованием модернизированной машины предварительной очистки Р1 -БДЗ-50 (рисунок 3.35). Ограничением пропускной способности данного агрегата явля-

ется не производительность машины предварительной очистки (где идет предварительное фракционирование зернового вороха), а производительность решетных машин (решетные станы), где происходит окончательная очистка, и где формируются конечные показатели качества зерна. Исходя из вышеизложенного основные пробы и отсечки работы линии были затабулированы на выходе зерна после машины предварительной очистки, решетного стана и бункеров (бункер отходов, фуража и продовольственного зерна), (рисунок 3.35) с учетом фактической производительности агрегата.

Проведенная структурно-параметрическая оптимизация определила параметры функционирования машин для первичной очистки зерна. В рамках многомерного анализа проведено моделирование процесса сепарации на решетном модуле применяемом в данных исследованиях (рисунок 3.3). Для построения уравнений регрессии используем известные методики и рассматриваем данный процесс как вероятностный в случайном смысле. В качестве вектора определяющего вариацию активных средств влияющих на процесс выступает А - множество элементов:

где а- угол наклона решет или решетного яруса к горизонту, а= 6...12°; в - направленность колебаний решет, в = 0; Я - 8,5 мм - амплитуда колебаний решетного стана или решета N = 420-550 мин -1 - частота колебаний;

Ь, В - размеры решета, Ь - длина, В - ширина; Ь - 790 мм, В - 990 мм; С - количество решет в стане (при рассмотрении решетного стана). Вектор входных воздействий объединяет множество независимых аргументов, которые являются случайными и определяются параметром ^

(3.29)

(3.30)

/д(Б^) - плотность вероятности распределения зернового материала по ширине решет (равномерное прямоугольное распределение);

= (% = 93...95% - содержание в исходном материале зерна, а2 = 0,1-0,5% -соломистые примеси, а3 = 1,5-3% - крупные примеси, а4 = 1,5-5% - зерновые примеси, а5 = 0,5-1,5% - мелкий сор, а6 = 0,1-1% - дробленое зерно, а7 = 0,11,5% - просянка).

При моделировании указанных процессов приняты следующие допущения:

- процесс рассмотрен как квазистатичный процесс;

- принята гипотеза об аддитивности процесса сепарации на заданной поверхности решетного стана.

Для построения уравнений регрессии второго порядка, описывающих искомый процесс принят план Хартли и Кокрена. Влажность исходного зернового материала Ж = 14%; Удельная нагрузка (подача) варьировалась в пределах 1,4-1,5кг/мс.

Регрессионная модель процесса сепарации компонентов зернового материала на решетном стане, машины предварительной очистки. Процесс сепарации выражается через Е - критерий эффективности процесса.

Е = а0 + + а2Д + а3£ + а4^ + + а6М£ + + а8ДМ + а9ДЯ +

+а10Д^ + аХ1М2 + а12Д2 + а13£2 + а14^2 (3.31)

В качестве ограничений принимаем агротребования и агропоказатели предъявляемые к процессу. Технологические показатели данного процесса следующие:

- подача - 2,5 кг/мс, что соответствует примерно ~ 8,9 т/ч;

- Бпз < 2% - содержание зерновых примесей;

- Лпо <98,2% - чистота зерна;

- б < 1% - потери полноценного зерна в фуражные отходы;

- £ВПЗ = 37-41% - полнота выделения из зернового материала наиболее трудноотделимых примесей.

Экспериментальные кривые (рисунок 3.39-3.42), полученные по регрессионной модели (3.30) обосновывают работу решетного яруса, машины окончатель-

ной обработки зерна с учетом использования полимерных решет выполненных из материала СВМПЭ. С учетом 4-х ярусного решетного стана, работающего по параллельной схеме, данная производительность увеличивается в четыре раза. Как было отмечено ранее, процессы сепарации зерна на полимерных решетах носят более интенсификационный характер, чем на стандартных металлических решетах, за счет более высокого коэффициента трения, который изменяет прохождение зерна в слое (по теории Летошнева М.Н.) и попадание его на рабочую поверхность решета. Что в конечном итоге позволяет увеличить на 1,2-1,4 раза нагрузку на полимерное решето из СВМПЭ по сравнению с металлическим типовым решетом.

Содержание зернобых примесей

3,00 2,50 2,00 | 150

^ too

0,50 0,00

0,00 0,50 WO 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

Q кг\с м

• - экспериментальные данные • - расчетные данные Рисунок 3.39 - График сравнения расчетных и экспериментальных данных

по содержанию зерновых примесей

Рисунок 3.40 - График сравнения расчетных и экспериментальных данных

по чистоте зерна

Рисунок 3.41 - График сравнения расчетных и экспериментальных данных по полноте выделения зерновых примесей

расчетные

Рисунок 3.42 - График сравнения расчетных и экспериментальных данных

по потерям зерна

На основе расчета регрессионных моделей получены зависимости основных показателей описывающих процесс сепарации. Содержание зерновых примесей (рисунок 3.39); чистота получаемого зернового материала (рисунок 3.40); процент полноты выделения зерновых примесей (рисунок 3.41); процент потери зерна в фуражные отходы и выход с крупной фракцией (рисунок 3.42).

Построенные регрессионные уравнения адекватно описывают процесс сепарации зерна пшеницы на решетном стане зерноочистительных машин.

3.8 Выводы по главе

1. Установлено, что основные сорные примеси из зернового материала могут быть выделены плоским решетом с шириной прямоугольных отверстий 1,7 мм. Для полного выделения зерновых примесей (щуплое и дроблёное зерно) необходимо одно плоское решето с шириной прямоугольных отверстий 1,7мм и последовательно расположенные четыре решета с шириной прямоугольных отверстий 2,2 мм.

2. Установлено, что при выделении примесей и проходе зернового материала через решето изменяется средняя толщина очищенного зерна. Наиболее значительное изменение средней толщины зерна происходит уже после сепарации зернового материала на первом плоском решете с шириной прямоугольных отверстий 2.2 мм. Далее, в процессе сепарации толщина зерна изменяется незначительно по сравнению со сходом с предыдущего в ярусе решета.

3. Для качественного выделения из зернового материала примесей, решётный модуль зерноочистительной машины для условий проведённого исследования должен иметь последовательно расположенное одно решето с шириной отверстий 1,7 мм и четыре решета с шириной отверстий 2,2 мм.

4. Основным критерием выбора машины предварительной очистки для зерноочистительных агрегатов типа ЗАВ должна быть повышенная до 20% производительность машины предварительной очистки и повышенная степень очистки зернового вороха от легких соломистых примесей при соизмеримых удельных эксплуатационных и капитальных показателей.

5. Сравнительный анализ макро и микро показателей повреждения зерна, очищенного на решетах, изготовленных из полимерного материала СВМПЭ, показал, что по сравнению со стандартным решетом, изготовленным из Ст35, снижение повреждения зародыша на 50%, снижение повреждения эндосперма на 24%, снижение повреждения оболочки зародыша на 8%, снижение повреждений оболочки зародыша и эндосперма на 23%, снижение повреждений оболочки эндосперма на 7%, снижение макро повреждений зерна на 93%. Общее количество не-

поврежденных семян при очистки на решетах из полимеров по сравнению с металлическими возросло на 43%.