Одноэтапная технология и технические средства для очистки семян зерновых в зоне сухого земледелия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Глазунов, Геннадий Петрович

• Глазунов, Геннадий Петрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глазунов, Геннадий Петрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Пути повышения качества очистки семенного материала.

1.2. Зерноочистительные машины и агрегаты используемые для семенной очистки зерновых.

1.3. Современные тенденции повышения качества очистки семян Зерновых культур.

1.4. Цели и задачи исследований.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА В УНИВЕРСАЛЬНОМ СЕМЯОЧИСТИТЕЛЬНОМ АГРЕГАТА.

2.1. Обобщенная математическая модель агрегата.

2.1.1. Математическая модель процесса сепарации зернового материала в ОПОЗ семяочистительного агрегата.

2.1.2. Математическая модель процесса сепарации зернового материала на пневмосортировальном столе.

2.1.2.1. Математическая модель.

2.1.2.2. Уравнения регрессии процесса выхода компонентов зернового материала в различные фракции.

2.1.3. Моделирование процесса сепарации зернового материала на пневмосортировальном столе.

2.1.3.1. Величины аргументов входных и управляющих воздействий.

2.1.3.2. Моделирование процесса сепарации.

2.2. Моделирование процесса сепарации зернового материала в семяо-чистительном агрегате.

2.2.1. Величины аргументов векторов входных и управляющих воздействий.

2.2.2. Моделирование процесса сепарации зернового материала в ОПОЗ семяочистительного агрегата.

2.2.2.1. Оценка адекватности описания математической моделью процесса функционирования ОПОЗ семяочистительного агрегата.

2.2.2.2. Моделирование процесса сепарации зернового материала в

ОПОЗ с различной структурой.

2.2.3. Оценка показателей функционирования семяочистительного агрегата при моделировании.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Одноэтапная технология и технические средства для очистки семян зерновых в зоне сухого земледелия»

Концепция новой аграрной политики России направлена на увеличение производства зерна, как стратегического продукта, поставлена задача: в ближайшие годы увеличить валовые сборы зерна до 90-100 млп.т.

Недостаточное состояние зернового хозяйства России объясняется невысоким технологическим и техническим уровнем всего цикла работ по производству зерна, ограниченностью материальных и финансовых возможностей производителей зерна и техники.

Существующие и работающие на предприятиях АПК зерноочистительные агрегаты типа ЗАВ-40, ЗАВ-20, ЗАВ-25 и их различные модификации, используемые для подготовки семенного материала на предприятиях (2-ая, 3-я репродукции семян), оснащенные воздушно-решетными зерноочистительными машинами ЗВС-20А и используемыми в последние годы машины 03C-50/25/10 не в полной мере обеспечивают качественную очистку зерна до кондиций семенного назначения. Получение требуемого качества очистки предопределяет, как правило, 2-3-х кратную очистку семян в зерноочистительных агрегатах типа ЗАВ-20, ЗАВ-40, и это, в свою очередь, существенно повышает макро- и микроповреждение семян, что резко ухудшает их семенные показатели и возможность длительного хранения.

В то же время опыт передовых хозяйств показывает, что производство высококачественного зерна и особенно семян является довольно рентабельным - уровень рентабельности не ниже 40%. В ближайшие годы можно прогнозировать рост устойчивого спроса на новую технику для обработки и хранения зерна, что обуславливает необходимость своевременного проведения соответствующих НИОКР.

Увеличение валовых сборов зерна и уменьшение удельных затрат на его производство возможно лишь путем разработки и внедрения высокоэффективных технологий и технических средств мирового уровня па основе концептуальных положений развития зернопроизводящей отрасли в современных условиях.

Важнейшей задачей, стоящей сегодня перед создателями конкурентоспособных зерноочистительных машин и агрегатов, является обоснование рациональных схем и технических средств для поточных технологий семенной очистки семян зерна, обеспечивающих высокие показатели назначения с минимальными приведенными затратами, что в дальнейшем обеспечивает разработку и выпуск высокопроизводительной сельскохозяйственной техники для послеуборочной обработки зерновых культур.

В настоящее время недостаточно четко с количественных позиций выявлены и научно обоснованы основные направления интенсификации процессов сепарации зернового материала базовыми сепараторами, машинами и поточными технологическими линиями, недостаточно используются современные методы системного анализа и многомерного параметрического синтеза рациональной совокупности технологических операций в отделениях поточных технологических линий, обеспечивающих на проектных стадиях разработки высокоэффективных базовых сепараторов, зерноочистительных машин и отделений семенной очистки в агрегатах.

В связи с этим, для создания нового поколения зерноочистительных машин и агрегатов с высокими технико-экономическими показателями назрела необходимость в решении задач повышения качественных показателей процессов семенной очистки зерновых материалов, в оптимизации рациональной совокупности частных операций и параметров сепараторов в зерноочистительных агрегатах, определяющие последовательные или фракционные высокоэффективные схемы очистки, обеспечивающие выполнение заданных показателей назначения за один цикл очистки исходного зернового материала в агрегате при минимизации суммарных приведенных затрат на очистку и получения качественного семенного материала.

Решение этих задач позволяет формализовать методы проектного решения задач создания и параметрического синтеза унифицированных модульных рядов, универсальных решетных модулей, воздушно-решетных зерноочистительных машин и их рациональных групп для последовательной и фракционной очистки зернового материала в семяочистительных агрегатах, существенно повысить производительность и качество очистки, снизить потери семян зерновых культур и суммарные приведенные затраты на их очистку.

В процессе решения поставленных задач необходимо, сформировать совокупность частных технологических операций отделений очистки агрегата для семенной очистки зерна при одноцикловых последовательной и фракционной технологиях.

Критерием оптимальности оптимизируемых систем, при известных или прогнозируемых технико-экономических показателях их элементов (машины, рабочие органы.) и системы в целом является приведенные затраты и прибыль на очистку единицы массы зерна и на всю выработку за агросрок, определяемые по показателям функционирования агрегата и нормальным экономическим показателям (структурная оптимизация). Такой подход позволяет сформулировать целевую функцию - минимизация приведенных затрат на очистку семян зерна при обеспечении выделения из зернового материала «деловых» фракций (семена, зерно продовольственное, фуражные и другие отходы) с заданными технологическими ограничениями на их качество [31].

Цслыо работы является параметрический и структурный синтез подсистемы зерноочистительных машин в отделении поточной очистки семяочисти-тельного агрегата и выявлении основных закономерностей их функционирования при одноцикловой последовательной и фракционной технологиях очистки семян зерна пшеницы.

Для реализации поставленной цели решены задачи исследований и выносятся на защиту следующие основные положения:

1. Моделирование технологического процесса очистки семян зерновых в семяочистительном агрегате с различными структурами отделений предварительной очистки зерна (ОПОЗ).

2. Результаты многомерного анализа процесса функционирования ОПОЗ и всего отделения очистки семян в агрегате.

3. Параметрическая и структурная оптимизация отделения очистки семян в агрегате с ОПОЗ.

4. Результаты сравнительных, функциональных и экономических показателей одно и двухцикловой очистки семян пшеницы в семяочистительных агрегатах.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Глазунов, Геннадий Петрович

2.3. Заключение

1. На основе моделирования частных технологических операций, формирующих различные подмножества операций 3-х иерархических уровней отделений очистки универсального зерноочистительного агрегата, построена адекватная многомерная математическая модель процесса функционирования отделения очистки агрегата с задаваемыми аргументами векторов входных^, управляющих/i воздействий и выходных В характеристик подсистем вариантов частных операций. Разработан алгоритм и программы ЭВМ для многомерного анализа и параметрического синтеза рабочих элементов, реализующих анализируемую подсистему частных операций в отделении очистки агрегата.

2. На базе статистического подхода и методов системного анализа построена адекватная многомерная математическая модель процесса сепарации зерна пшеницы на пневмосортировальном столе конфигурации МОС-9. Разработан алгоритм и программа ЭВМ, рассчитаны и затабулированы основные показатели функционирования пневмосортировального стола при вариации подач 1,54-2,79 кг/с.

3. Построена топологическая модель, формирующая варианты подмножеств частных технологических операций в виде замкнутого графа, определяющая различные (11 схем) функциональные схемы отделения очистки агрегата, описываемые матрицей независимых путей, позволяющей при моделировании оценивать рациональные функциональные схемы отделений очистки агрегата при задаваемых входных воздействиях и выходных показателей процесса.

4. Используя методы моделирования и многомерного анализа проведена оценка функционирования ОПОЗ с различными подмножествами частных технологических операций (3-й варианта). Установлено, что наличие в РП решетных сепараторов для выделения крупных сорных примесей существенно увеличивает их выделение в ОПОЗ на РП, снижая их содержание в зерновом материале поступающем в отделение семенной очистки (в воздушно-решетную машину). Так (см. рис.2.21,а, рис.2.22,б), на всем диапазоне изменения подач зернового материала в ОПОЗ полнота выделения сорных примесей в вариантах структур ОПОЗ №2 и №3 возрастает на 65-73% по сравнению с серийной структурой (№1) ОПОЗ. При этом содержание сорных примесей в зерне, очищенном ОПОЗ, функционирующем по схеме №2, снижается на 93-95%, функционирующем по схеме №3 - снижается на 82-83%).

Установлено (см. табл.2.8, Рис.2.21,а, Рис. 2.22,6), что в рассмотренном диапазоне изменения подач зернового материала (1,65-5,65 кг/с), полнота выделения сорных примесей и их содержание в очищенном зерне статистически незначимо зависят от величины подачи зернового материала в ОПОЗ.

Установлено (табл.2.8, рис.2.21,б, рис.2.22,в), что величина подачи зернового материала в ОПОЗ статистически значимо влияет на полноту выделения из него зерновых примесей (меньшая или большая загрузка подсевных решет РП-50 очевидно влияет на полноту выделения зерновых примесей).

Выявлено, что максимальная полнота выделения зерновых примесей (0,683-0,806) определена при функционировании ОПОЗ по схеме №2. Это можно объяснить рациональной последовательной загрузкой подсевных решет «сверху» через решето для выделения крупных примесей и снижение в зерновом материале, поступающем на подсевные решета, крупных примесей, плохо выделяемых в машине предварительной очистке зерна без использования в ней скельператора (схема №3 ОПОЗ).

Средний рост полноты выделения в ОПОЗ (схемы №2) зерновых примесей, по сравнению с ОПОЗ схемы №1; 3 - 21-24%.

При этом содержание зерновых примесей в зерне, очищенном в ОПОЗ (схема №2) снижается на 41-43%).

Установлено, что величина комплексного показателя очистки зерна - его чистота, также, на основе вышеизложенных причин, значимо выше при очистке зерна в ОПОЗ по схеме №2 (см. табл.2.8, рис.2.22,а). При этом рост чистоты зерна, очищенного в ОПОЗ по схеме №2 на 0,70-0,73% выше, чем при очистке зернового материала в ОПОЗ по схемам №1 и №3.

Окончательная оценка целесообразности использования в ОПОЗ рассмотренных функциональных схем определится при системной оценке функционирования всего зерноочистительного агрегата по экономическим критериям с учетом известных функциональных ограничениях.

5. Показана, с доверительной вероятностью 0,95, адекватность описания математической моделью процесса сепарации зерна пшеницы в отделении очистки семяочистительного агрегата.

Установлено, что относительная ошибка расчетных показателей функционирования отделения очистки семяочистительного агрегата для рассмотренных условий функционирования, при оценке чистоты очищенного зерна 0,040-0,131%, при оценке содержания сорных примесей 63,82-73,33%», зерновых примесей 25,25-164,44%).

Достаточная точность расчетных показателей функционирования отделения очистки зерноочистительного агрегата позволяет использовать построенные (см.раздел 2.1) и известные [58,63,67] математические модели для многомерного анализа и параметрической оптимизации семяочистительного агрегата при известных аргументах входных (2.4) и управляющих (2.5) воздействий и заданных ограничений (2.3).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Глазунов, Геннадий Петрович, 2006 год

1. Ермольев Ю.И. Технологические основы интенсификации процесса сепарации зерна воздушно-решётными зерноочистительными машинами и агрегатами.Дис.д.т.н., Ростов-на Дону, 1990.

2. Шелков М.В. Интенсификация процесса сепарации зерна в отделении очистки зерноочистительного агрегата. Дис.к.т.н., Ростов-на Дону, 2001.

3. Московский М.Н. Новые технологии последовательной и фракционной очистки семян зерновых культур. Депон. в ВИНИТИ.

4. Ермольев Ю.И., Шелков М.В. Моделирование процесса сепарации зерна в воздушно-решетной зерноочистительной машине. Сборник научных трудов. Научные основы решения проблем сельскохозяйственного машиностроения. Тула: Изд. Тул. ГУ, 2003г., с.86-95.

5. Ермольев Ю.И., Лукинов Г.И., Шелков М.В. Вероятностная модель процесса сепарации зернового вороха на транспортёрномскел ьператоре//Деп.ВИНИТИ.-№3311 .ДГТУ.-Ростов-на Дону, 1999.

6. Ермольев Ю.И. Интенсификация технологических операций в воздушно-решётных зерноочистительных машинах.- Ростов-на-Дону. Издательский центр ДГТУ, 1998.-494с.

7. Ермольев Ю.И., Лукинов Г.И. Моделирование процесса сепарации зерновых отходов на транспортёрном скельператоре.// Вестник ДГТУ.-Т.2.-№2(12).-2002.

8. Ермольев Ю.И., Лукинов Г.И. Моделирование процесса сепарации зерновых отходов на транспортёрном скельператоре.// Вестник ДГТУ.-Т.2.-№2(12).-2002.

9. Г.Корн и Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Издат. «Наука» физико-мат.литературы. МЛ973.

10. СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ОТДЕЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНА СЕМЯОЧИСТИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

11. Общей целью структурного синтеза является определение структуры, объема перечня типов элементов, составляющих объект, и способа связи элементов между собой в составе объекта 42.

12. Цель, задачи и критерии оценки эффективности функционирования ОПОЗ

13. На основании результатов исследований, априорной информации предложить варианты функциональных схем ОПОЗ агрегата как замкнутых систем взаимосвязанных частных технологических операций.

14. Построить адекватную математическую модель процессов функционирования ОПОЗ зерноочистительного агрегата как выделенных различных замкнутых квазистатичных систем частных технологических операций, формирующих различные функциональные схемы. •

15. Разработать алгоритм и программу ЭВМ для параметрической оптимизации (синтеза) ОПОЗ агрегата с различными выбранными функциональными схемами, и техническими средствами для их реализации.

16. На основе сравнения показателей эффективности функционирования различных рассматриваемых функциональных схем и технических средств для их реализации в ОПОЗ агрегата выбрать рациональную схему и оборудование (структурный синтез).

17. Структура, определяющая варианты ОПОЗ, связи между его элементами и подсистемами, их устройст ва

18. Структурная оптимизация отделения агрегата для семенной очистки зерна показала возможность использования в общей системе частных операций отделения очистки агрегата подгруппы частных операций, выполняемых МПО-50 и РП-50 (см. раздел 2).

19. Для возможного роста эффективности функционирования всего семяочистительного агрегата при изменении структуры операций в ОПОЗ проанализированы три различные структуры ОПОЗ, включающие различные подсистемы частных технологических операций (см. раздел 2).

20. В общем виде эти различные функциональные схемы ОПОЗ можно представить, используя известную методологию 67., в виде конечного ориентированного замкнутого подграфа (рис.3.1).

21. Каждая вершина X-t конечного замкнутого подграфа G(X,U), представляет Xj-ую частную технологическую операцию множества1. X = (х.,х2,.,х40).

22. Множество дуг графа U = {Ul2;U23;.;U4033), соединяющих его вершины, несут информацию о результатах предыдущих технологических операций, отражая внутреннюю взаимосвязь системы.

23. Ориентированный замкнутый подграф частных технологических операций, выполняемых в ОПОЗ агрегата. Рис. 3.1