Технологическое и техническое обеспечение ресурсо-энергосберегающих процессов очистки и сортирования зерна и семян

УДК 631.362.633.1 ББК Рецензенты: В.М. Дринча, д.т.н., зав.отделом механизации Россельхозакадемии Б.А. Сергеев, к.т.н., проф., заф. каф. сельхозмашин БГСХА С.С. ЯМПИЛОВ

С.С.Ямпилов Технологическое и техническое обеспечение ресурсо-энергосберегающих процессов очистки и сортирования зерна и семян.-Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2003.-262с. ISBN

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕСУРСО-ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА И СЕМЯН

Книга посвящена проблемам послеуборочной обработки зерна и семян. Проанализированы технологии очистки и сортирования зерна, конструкции зерноочистительных машин, предложены пути дальнейшего их совершенствования. Приведены результаты исследований на решетных и воздушных сепараторах и основы их расчета, обеспечивающие интенсификацию процесса очистки зерна и семян. Книга предназначена студентам механико-технологических специальностей вузов, колледжей и техникумов, а также аспирантам и сотрудникам научных и конструкторских учреждений.

Ключевые слова: зерно, сепаратор, очистка, очистка зерна, послеуборочная, агромаш, сельское хозяйство, пищевая промышленность, семена.

ISBN Улан-Удэ 2003

ББК @ Ямпилов С.С., 2003 г. @ ВСГТУ, 2003 г.

Министерство образования Российской Федерации ОГЛАВЛЕНИЕ

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЯМПИЛОВ Сэнгэ Самбуевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕСУРСО-ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА И СЕМЯН

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2003

ВВЕДНИЕ....................................................................…….........................5 Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ПРИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНА И ПОДГОТОВКЕ СЕМЯН………................................................................................................8 1.1. Энергоемкость производства основных зерновых культур…...........................................................................................8 1.2 Условия производства зерна и качество имеющейся технической базы…………...........................................................12 1.3 Тенденции развития технологий и технических средств для сепарации зерновых материалов.............................................24 Цель и задачи исследований.........................................................46 Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И БАЗА ДАННЫХ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА И ПОДГОТОВКИ СЕМЯН………..................................47 2.1. Вводные замечания……………….................…....................47 2.2. Алгоритм поиска технических решений процессов послеуборочной обработки зерна………………......................…48 2.3. Структура базы данных и основные программные модули.....................................................................................53 З а к л ю ч е н и е....................................................................…....68 Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ПРИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНА И ПОДГОТОВКЕ СЕМЯН….......................69 3.1. Вводные замечания……........………………….....................69 3.2. Методика расчета технологий сепарирования зерновых материалов по комплексу признаков………..............................70 3.3. Исследование закономерностей процесса сепарации при рециркуляции фракций зернового материала………….......80 3.4. Математическая модель процесса разделения зерновых смесей каскадным решетным сепаратором...................90

3.5. Моделирование аэродинамических свойств семян основных зерновых культур………………….....……..........................99 З а к л ю ч е н и е .........................................................................111 Глава 4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА И СЕМЯН С ПРИМЕНЕНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНОГО КАСКАДНОГО СЕПАРАТОРА…...........................................................113 4.1. Вводные замечания……...........………………....................113 4.2. Интенсификация процесса сепарации на универсальных каскадных сепараторах ...............................................................118 4.3. Влияние кинематических факторов решета на эффективность сепарации зерновых материалов по комплексным признакам……………………….............................................................124 4.4. Система машинных технологий очистки и сортирования зерна и семян. Типоразмерный ряд универсальных зерносемяочистительных машин.........................................................146 4.5. Технико - экономическая эффективность результатов исследований...……………………………………….....................151 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.........................................158 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................162 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. МАТЕРИАЛЫ РЕАЛИЗАЦИИ И ВНЕДРЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ…………………………185 1.1. Документы о разработке и внедрении результатов работы............................................…...................................................186 1.2. Авторские свидетельства на изобретения.................................................................................................190

ВВЕДЕНИЕ В себестоимости производства зерна доля очистки и сортирования при послеуборочной обработке не превышает и десяти процентов, но отказ от этих операций или недостаточно качественное выполнение их приводит к большим потерям, цена которых может значительно превышать затраты на их проведение [3, 4, 8, 12, 190]. Известные изменения в сельскохозяйственном производстве нашей страны, прошедшие за последние десять лет, требуют коренных преобразований в послеуборочной обработке зерна и семян . Имеющаяся в сельском хозяйстве зерноочистительная техника [36, 48, 49] морально устарела (не соответствует современным условиям зернопроизводства), физически изношена (на 85…90 %) и количественно не достаточна (обеспеченность крупных хозяйств не превышает 40 %, а фермерские хозяйства требуемой техники не имеют вовсе). Необходимо создание новой технической базы, максимально адаптированной к многообразию условий современного сельскохозяйственного производства и обеспечивающей в каждом конкретном случае решение задач послеуборочной обработки при минимальных капитальных, энергетических и иных затратах. Создание такой техники – проблема научная, прежде всего научно-исследовательская, и на ее решение направлена данная наша работа. Исследования и разработки, составившие основу диссертации, выполнены в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете, а также в ВИМе по планам НИОКР на 1981...1998 гг., и в соответствии с заданиями 03.02. и 02.03 общесоюзной программы «Зерно» О.Ц. 032 (1981…1990 гг.) ГКНТ СССР. Цель исследований - разработка высокоэффективных ресурсоэнергосберегающих технологий и технических средств очистки и сортирования при послеуборочной обработки зерна и семян. Объекты исследований явились зерновой и семенной ворох, технологии, процессы и рабочие органы машин и оборудования для очистки и сортирования зерна и семян. В исследованиях использовались следующие методики исследований: физико-механические свойства зерна, посевные и урожайные свойства семян, определяемые по специально разработанным методикам и в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами (ГОСТ 12038 – 84, ГОСТ 70.102 - 83)[39, 40, 41, 42]. При этом использовали дополнительно разработанные приспособления и частные методики для определения аэродинамических свойств семян, а также рекомендуемые стандартами приборы и вспомогательное оборудование для

определения физико-механических свойств зернового материала и качественных характеристик семян. Математические характеристики зерновых материалов, представляющие собой признаки делимости зерновых смесей, определены с применением теории распознавания образов и выражены обобщенными признаками компонентов исходной смеси. Разрабатываемые ресурсо-энергосберегающие технологии и машины для очистки и сортирования зерна и семян исследовали с помощью специально разработанной интегрированной программной системы на компьютере, а также на физических моделях, макетных и опытных образцах в производственных условиях. Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики с использованием специальных программ для ЭВМ и в соответствии с требованиями ГОСТ 8.207 - 76 «Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений» [38]. Научная новизна исследований: - разработан метод исследования и оптимизации технологий и технических средств послеуборочной обработки зерна и подготовки семян на основе интегрированной системы математических моделей и компьютерных программ расчета основных показателей процессов и синтезирования технологий с использованием информационной базы данных о характеристике объекта обработки, рабочих органов машин и оборудования, условий производства и других определяющих факторов и требований к конечному продукту; - установлена закономерность изменения четкости разделения семян на фракции в зависимости от удаленности их признака от его граничного значения, разделяющего фракции; эта закономерность характерна для сепарирующих машин любого принципа действия, а ее использование позволяет расчетным путем прогнозировать с высокой точностью эффективность применения этих технических средств на очистке и сортировании семян в зависимости от их свойств; - определены аналитические зависимости качественной и количественной характеристики процессов очистки и сортирования семян с рециркуляцией фракции – полуфабриката на машинах с непрерывным распределением фракций. Основные результаты: - предложена методика расчета технологий сепарирования трудноразделимых зерновых материалов, позволяющая как оценивать

эффективность применения комплексов известных технических средств на очистке и сортировании зерна и семян, так и выявлять новые рабочие органы и процессы, повышающие четкость разделения при минимальной себестоимости операций; - предложена математическая модель интенсифицированного процесса сепарации зерновых материалов каскадным решетным сепаратором с поярусным распределением обрабатываемого материала, послужившая основой разработки семейства новых универсальных зерносемяочистительных машин, существенно сокращающих число операций при послеуборочной обработке зерна и подготовке семян; - предложена математическая модель процесса сепарации зерновых материалов с рециркуляцией фракции - полуфабриката, позволяющая управлять процессом очистки и сортирования в границах оптимального режима. Практическая ценность работы заключается в разработке: - системы машинных технологий очистки зерна и семян для различных условий производства; - интегрированной программной системы компьютерного исследования и оптимизации технологий и технических средств послеуборочной обработки зерна и подготовки семян; - метода расчета универсальных зерно-семяочистительных машин с каскадным решетным станом; - конструктивных схем и основных параметров каскадных универсальных сепараторов с плоскими, цилиндрическими и ленточными рабочими органами (а.с. №№ 965532, 1447423); - опытных образцов и моделей универсальных зерносемяочистительных машин. Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами испытаний созданных машин и разработанных технологий. Адекватность результатов теоретических и экспериментальных исследований достигает 95 % уровня значимости. Реализация результатов исследований. Интегрированная программная система компьютерного исследования, оптимизации и проектирования технологий и технических средств послеуборочной обработки зерна и подготовки семян используются ВИМом и АО «ВИСХОМ» при разработке концепций развития имеющейся техники и создании перспективной технической базы нового поколения. Она принята за основу компьютерной системы автоматизированного проектирования в ОАО «ГСКБ Зерноочистка» при разра-

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ПРИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНА И ПОДГОТОВКЕ СЕМЯН 1.1.

Энергоемкость производства основных зерновых культур

В настоящее время затраты энергии и ресурсов на единицу большинства основных видов сельскохозяйственной продукции в нашей стране в два, три и более раз выше, чем в развитых странах мира [189, 307]. При этом стоимость, например, перерасхода топлива на 1 га посе-

ва зерновых эквивалентна стоимости урожая с 0,4 га [63]. Среднегодовые темпы роста энергоемкости сельскохозяйственного производства России и промышленно развитых стран (рис. 1.1) за десятилетний период восьмидесятых годов [127, 183, 302, 306] показывают, что в России в отличие от других стран имело место увеличение темпов роста энергоемкости сельскохозяйственного производства.

%

ботке новых машин и оборудования послеуборочной обработки зерна и семян. Технологии очистки зерна и семян основных зерновых культур, а также рапса, сорго и фасоли, реализуемые путем фракционирования на универсальной зерно-семяочистительной машине, обеспечивающие выделение качественного зерна и биологически наиболее ценного посевного материала, конструктивные схемы и основные параметры семейства универсальных решетных сепараторов используются ОАО «ГСКБ Зерноочистка». Разработанные технологии, а также универсальные зерносемяочистительные машины используются в хозяйствах Восточно-Сибирского региона. Методики расчета решетных и воздушных сепараторов, а также триеров применяются в учебном процессе Восточно-Сибирского государственного технологического университета, а также в ОАО «ГСКБ Зерноочистка». Автор считает своим долгом подчеркнуть, что многие исследования проведены им при участии сотрудников кафедры «Машины и аппараты пищевых производств» и выражает искреннюю благодарность им. Особую признательность автор выражает д.т.н., проф. Н.А.Урханову, аспирантам Ю.Ж. Дондокову, А.В. Кириллову и лаборатории ВИМ «Очистка и сортирование зерна». Особую признательность автор выражает консультанту академику РАСХН, д.т.н. В.И. Анискину, постоянная поддержка и советы которого способствовали решению данной проблемы, а также д.т.н. А.Н. Зюлину и д.т.н. В.М. Дринче. Автор выражает благодарность председателю колхоза «Гигант» А.Т.Стопичеву, главному агроному колхоза «Гигант» В.Л.Яковлеву, директору госплемзавода «Боргойский» П.И.Зайцеву за поддержку в проведении хозяйственных испытаний новых машин.

1,5 1 0,5 0 1

-0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 Россия

США

Канада

Германия

Швеция

Финляндия

Рис. 1.1. Среднегодовые темпы роста энергоемкости сельскохозяйственного производства России и промышленно развитых стран Ресурсоэнергоэкономичность - не самоцель, но главное средство и реальный (беспроигрышный) резерв повышения конкурентоспособности отечественного зернового производства. Высокая урожайность зерновых культур является недостаточным условием повышения конкурентоспособности зернопроизводства, а в некоторых случаях не является однозначным критерием его эффективности. Так, например, в США и Канаде средняя урожайность пшеницы не превышает 23 ц/га, однако при этом достигаются высокая рентабельность и конкурентоспособность [9, 50]. Повышение эффективности зернового хозяйства, а также его конкурентной способности в условиях рыночных отношений основывается, в первую очередь, на уменьшении его энергоемкости и ресурсо – энергосохранности.

Технологию производства зерна можно представить состоящей из четырех этапов: обработка почвы и посев, уход за посевами, уборка урожая, послеуборочная обработка (и подготовка семян) [5, 86, 88]. Определены средние значения совокупных энергозатрат по указанным этапам работ, которые для РФ составляют соответственно, МДж/га: 8000, 1980, 2700 и 810 (с учетом энергоемкости подготовки семян) (всего 13490 МДж/га). Энергозатраты живого труда в технологиях не превышают 30 МДж/га, т.е. около 0,2 % всех затрат. В других Европейских странах (табл. 1.1), применяющих высокоэффективные технологии производства зерновых культур, удельные совокупные энергозатраты находятся в диапазоне 7200...54000 МДж/га в зависимости от условий, технического уровня и других факторов. Таблица 1.1 Затраты энергии при производстве основных зерновых культур Страна, куль- Пшен. и ячм. Кукуруза Рис тура ГДж/т ГДж/га ГДж/т ГДж/га ГДж/т ГДж/га США (Slesser) 2,9-5,4 3,2-12 6,8-12,6 Европа 0,2-1,8 7,2-5,4 0,8-10 0,2-11 (Slesser) Франция (Hut- 3,4-12 18-20,5 23-30 ter) Великобр. 3,6-4,3 13-18 (Leach) Италия 4,7-4,9 18-24 25-40 5,5-6,5 25-40 (Constantini) Россия 4-6 12-14 2,5-4,1 5,2-7,9 20-35 Среди различных технологических операций производства зерна на подготовку почвы приходится 62...64 % общих затрат энергии, в то время как расходы энергии на послеуборочную обработку, включая и подготовку семян при благоприятных условиях составляют всего 5...10 %, а в зонах повышенного увлажнения 17...22 % (рис. 1.2). Поэтому применение высокоэффективных технологий послеуборочной обработки зерна, гарантирующих его сохранность и подготовку высококачественных семян, является наиболее экономичным и в то же время наименее энергоемким путем повышения конкурентной способности зернового хозяйства. Крайне отрицательное влияние на энергоемкость производства зерновых культур оказывает снижение классности посевного материала

из-за повышенного содержания в нем семян сорняков. Потери урожая зерновых культур в мире от сорняков, болезней и вредителей равны 500 - 510 млн. т, сахарной свеклы - 65...75, картофеля - 125...135, овощей 78...79 млн.т. Эти потери составляют 30...40 % общего урожая и оцениваются в 75 млрд. долл. [12]. Следует отметить, что в соответствии со стандартом для 1 -го класса нормы содержания семян культурных растений не ниже допускаемого количества семян сорных растений. Однако для всех семян зерновых культур главный недостаток, снижающий их качество, - содержание в них семян других культурных растений. Такое положение явилось следствием неправильной агротехники выращивания культур на семена, нарушения технических условий эксплуатации семяочистительного оборудования и его несовершенства. По данным ряда исследователей, недобор урожая в целом по стране из-за неудовлетворительной подготовки семян составляет 10...15 млн. тонн (2...2,5 ц/га) [1, 14, 231]. На основании анализа энергозатрат можно определить уровень урожайности культуры по оцениваемой технологии, который возмещает затраты энергии. Взяв минимальный энергетический эквивалент 1 кг зерна равным 4,2 МДж/кг, получим: У = 13490 : 4,2 ≅ 32,1 ц/га. Если речь идет о сильной и твердой пшенице, то энергетический эквивалент можно принимать в размере 13 МДж/кг и тогда У = 13490 : 13 ≅ 10,4 ц/га. Таким образом, даже при низкой урожайности возможно покрытие затрат энергии по производству качественной продукции. При этом нужно учесть, что более половины содержания энергии в продукте приходится на фотосинтез, то есть только сельское хозяйство в таких объемах продуцирует возобновление энергии. Факт сравнительно низких затрат на послеуборочную обработку не должен восприниматься как свидетельство второстепенной значимости и необязательности выполнения этой операции. Попытки сэкономить средства за счет исключения затрат на этом заключительном этапе производства зерна приводят к резкому снижению эффективности затрат на всех предыдущих этапах за счет снижения качества и количества произведенного конечного продукта. Следует отметить также, что относительно низкая затратная доля послеуборочной обработки в себестоимости производства зерна в нашей стране достигнута в результате научно-технических достижений отечественных ученых и конструкторов.

ГДж/га

7 6 5 4 3 2 1 0 Зерновые

Масличн

Кормовые

Обработка почвы и посев

Уход за посевами

Уборка урожая

Послеуборочная обработка

Всего

Рис. 1.2. Прямые затраты энергии при производстве основных сельскохозяйственных культур Технологии очистки и сортирования зерна и семян, а также технические средства для их реализации разработаны на основании научных работ В.П. Горячкина, Н.Н. Ульриха, Н.М. Летошнева и др. ученых [43, 108, 109, 110, 207, 208, 211]. Так за 40 лет работы ВИМа (с 1930 по 1970 гг.) трудозатраты на послеуборочную обработку зерна и семян были снижены более чем в 100 раз (с 22 до 0,2…0,05 чел⋅ч/т). 1.2. Условия производства зерна и качество имеющейся технической базы Современные условия производства зерновых материалов характеризуются тенденцией обработки всего валового сбора урожая непосредственно в хозяйствах. В этом случае технический прогресс в области послеуборочной обработки зерна определяется рядом факторов, выбор которых только в комплексе обеспечит эффективное снижение энергозатрат на стадии послеуборочной обработки, а также во всем

цикле зернопроизводства. Эффективность послеуборочной обработки зерна определяется в основном двумя факторами: - физико-механическими свойствами комбайнового вороха, поступающего на пункты послеуборочной обработки; - техническим уровнем применяемых машин и технологий. Засоренностью и влажностью свежеубранного вороха обусловливается технология обработки как продовольственного зерна, так и семян. С целью выявления основных характеристик зернового вороха поступающего на обработку, исследовали материалы государственных испытаний машин предварительной очистки (табл.1.2). Рассмотрено 27 протоколов испытаний машин предварительной очистки семи наименований, зерноочистительных агрегатов и комплексов. Испытания этих машин, агрегатов и комплексов были проведены на машиноиспытательных станциях (МИС), расположенных в различных почвенноклиматических зонах (Сибирская, Целинная, Поволжская, ЦенральноЧерноземная и Кубанская МИС). Анализ таблицы 1.2 показывает, что ворох зерна, поступающего на послеуборочную обработку, существенно отличается как по влажности – 7,9…22 %, так и по засоренности от 5,5 % до 25,38 %, причем в подавляющем числе случаев количество зерновой примеси превышает процентное содержание сорной примеси. При этом чистота вороха находится в пределах 74, 62…94,4 %. Таким образом, ворох, поступающий на послеуборочную обработку, является чрезвычайно сложным по своим физико-механическим свойствам как для машинной обработки, так и для хранения. Обработка сильно засоренного зерна, имеющего высокую влажность, сопрягается с большими затратами энергии, в первую очередь на сушку - до 30 % от общих затрат энергии, потребной на производство зерновых материалов [233, 272]. Таблица 1.2 Характеристика зернового вороха по материалам государственных испытаний машин предварительной очистки Сорная примесь, % ЗерноНомер протоко- Зер Влаж- Чисвая ла, марка испы- но ность, тота, Всего, соло- солотуемой машины % % % минки минки при>50мм <50мм месь, % Сибирская МИС 25-30-76, К-523 п 21,63 82,21 14,18 10,3 3,6 69-74, К-523 п 19,54 92,21 2,39 0,89 5,4

ЗерноНомер протоко- Зер Влаж- ЧисСорная примесь, % вая ла, марка испы- но ность, тота, Всего, соло- солотуемой машины % % % минки минки при>50мм <50мм месь, % 25-60-80,К-527 п 13,0 75,88 11,95 0,47 12,2 25-60-80,К-527 п 13,0 77,13 10,41 0,51 12,5 25-60-80,К-527 п 13,0 74,62 10,98 0,50 14,5 Средние значен п 16,03 80,41 9,98 9,6 Целинная МИС 30-104-79, СМ- п 86,23 3,25 0,12 0,10 10,5 120, «Камас» 30-104-79, СМ- п 88,55 3,50 0,04 0,12 7,9 120, «Камас» 30-104-79, СМ- я 93,62 3,39 0,12 2,9 120, «Камас» 30-104-79, СМ- я 95,24 1,89 0,02 2,8 120 «Камас» Средние значения п 87,39 3,37 9,2 я 94,43 2,64 2,9 Поволжская МИС 19-2-79, ОВС-25 я 12,5 81,20 8,9 9,9 19-9779,ОВС-25 п 10,0 92,43 2,47 0,32 5,1 19-2-79,ОВС-25 п 13,1 80,4 3,5 16,1 19-9779,ОВС-25 я 11,59 87,72 1,21 0,26 11,5 19-72-79,ОВПя 8,8 82,45 10,08 7,4 20А п 10,7 92,08 3,70 1,9 4,2 19-72-79,ОВП-20 я 7,9 90,12 2,36 6,5 п. 8,8 93,0 2,21 0,82 4,7 19-7279,ОВП-20А я 7,9 84,21 6,67 9,1 19-7279,ОВП-20А я 7,9 90,62 3,78 5,6 19-7279,ОВП-20А Я 7,9 89,58 4,86 5,5 19-7279,ОВП-20А п 10,6 91,08 3,0 5,9 19-7279,ОВП-20А п 10,6 91,51 3,85 4,6 19-7279,ОВП-20А п 10,6 91,10 3,39 5,5 19-2-79,ОВС-25 я 10,8 78,7 Средние значе- я 9,6 84,66 5,02 7,5 ния: п 10,4 91,2 2,83 5,9 Центрально-Черноземная МИС 32-6279 МПО-50 я 14,2 90,98 2,81 6,2

Номер протоко- Зер Влаж- Чис-

32-6279 МПО-50 я 32-76-79 ОВС-25 п 32-76-79 ОВС-25 п 32-65-9ОВП20-А п 17,8 Средние значе- п 22,0 ния: я 14,2 *п - пшеница; я - ячмень.

90,61 93,97 93,83 93,0 92,19 90,75

Сорная примесь, % ЗерноВсего, соло- соло% минки минки >50мм <50мм 2,62 0,78 0,8 1,0 1,07 2,54

0,24 0,22 -

0,36 0,28 -

6,7 5,2 5,4 6,0 5,9 7,8

В настоящее время постоянный рост цен на энергоносители приводит к тому, что многие хозяйства не могут уже сохранить собранное зерно без существенных его потерь. В ряде случаев потери из-за несвоевременной обработки составляют 22…35 % [78, 244, 281, 259, 319]. Проблема повышения сохранности зерна, а также семенных фондов усугубляется снижением госзакупок зерна, кризисным состоянием зарождающейся базы рыночных структур: около 90 % из имеющихся в хозяйствах хранилищ, комплексно не механизированы и не обеспечивают технологических требований к хранению зерна и семян, а также сушке и очистке. Следует заметить, что просматривается общая закономерность для всех культур – повышенной влажности вороха соответствует общая повышенная засоренность и повышенное содержание щуплых и дробленных зерен. В работе [24, 117] получена следующая зависимость между влажностью W и засоренностью S зернового вороха:

S =e

0 ,176 + 0 , 05 W

(1.1)

Важными характеристиками при выборе технологии послеуборочной обработки зерна является интенсивность поступления зернового вороха на пункты послеуборочной обработки, а также изменение во времени его влажности и засоренности. Характеристику зернового вороха (табл. 1.3), поступающего на ОПХ «Черепановское» в Сибири, приводят в своей работе М.С. Титов и В.Н. Тесленко [129, 195]. Разрабатываемые технологии и технические средства для послеуборочной обработки должны исключать ухудшение биопотенциала семенного материала, а по возможности стимулировать посевные и урожайные свойства, продуктивность и качество урожая [14, 91 103, 169, 209].

Таблица 1.3 Статистические характеристики вороха семян пшеницы Показатели Часовые Суточные М* М ν,% ν,% σ σ Интенсивность поступления 17,51 8,5 51,7 180,7 131,3 65,2 вороха, т/ч Влажность, % 14,3 0,52 3,31 14,27 1,51 12,5 Содерж. зерн. примеси, % 3,81 1,34 35,12 3,75 1,52 29,82 в том числе легкой фракции 0,32 0,31 88,91 0,37 0,19 56,54 Содерж. сорной примеси, % в 9,85 1,58 15,9 7,13 2,14 35,10 том числе легкой фракции 4,85 1,28 31,3 3,75 1,31 39,1 Чистота зерна, % 86,34 2,13 2,23 89,12 3,33 4,18 Объемные массы, г/л 751,6 15,42 3,15 748,92 20,91 2,79 исходного материала 578,13 13,93 3,92 576,32 19,85 2,98 легкой фракции Масса 1000 зерен, г исходного материала 35,18 4,11 13,19 35,32 3,29 8,88 легкой фракции 23,52 2,87 11,15 21,98 4,21 17,38 * М- среднее значение показателей; σ - среднеквадратическое отклонение; ν - коэффициент вариации. Из таблицы 1.3 следует, что, несмотря на почти кондиционную влажность поступающего вороха, чистота его невысокая, что, видимо, объясняется недостаточным качеством регулирования процесса работы комбайнов. Подтверждением тому является тот факт, что коэффициент часовой вариации зерновой примеси составляет 35,12 %, что в 2…2,6 раза больше, чем сорной примеси. Наибольшие значения коэффициентов вариации имеет легкая фракция зерновой примеси – 88,91 % и сорной примеси – 31,3 %. Это объясняется, в первую очередь, некачественной работой по очистке зерна. Следует отметить, что, если влажность вороха не зависит от качества работы уборочного комбайна, то его засоренность в значительной степени обусловлена конструктивными особенностями комбайна, качеством регулировки его очистительного устройства и другими организационно производственными условиями. Количество примесей в зерновом ворохе по дням поступления на послеуборочную обработку [34, 57, 75] существенно меняется (рис1.3 и 1.4). Анализ рис. 1.3 позволяет установить, что имеет место значительное варьирование засоренности вороха по дням поступления, особенно это замечено по содержанию семян сорных растений. Максимальное содержание засорителей достигало 4 %.

Содержание засорителей и частиц зерновой примеси варьирует в широких пределах по дням поступления на послеуборочную обработку (рис. 1.4). Содержание недомолоченных колосков в отдельные дни превышает 5 %, дробленного зерна – 3 %. С, %

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 25.авг 02.сен

6

10

семена сорных растений

14

18

22

Дни

органическая примесь

Рис. 1.3. Колебания содержания примесей в зерновом ворохе по дням поступления на послеуборочную обработку 4 Р, %

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 25.авг

02.сен

6

зерно в колосках и пленках

10

14

18

22

Дни

дробленное, щуплое и мелкое зерно

Рис. 1.4. Изменение состава зерновой примеси по дням поступления на послеуборочную обработку

Средняя интенсивность поступления зернового вороха зависит от производительности и количества комбайнов, соломистости и состояния хлебной массы, времени работы комбайнов в течение суток [24] и может быть определена из выражения: (1.2) Q = q k βη ck nt y , где qk- средняя производительность комбайна, т/ч; β - отношение массы зерна к массе соломы; ηck - коэффициент снижения производительности комбайна; n - количество комбайнов; ty - время работы комбайнов в сутки, ч. Физический объем поступления зернового вороха, как показали исследования [160, 168, 174], отличается от расчетного, а на тока хозяйств поступает одновременно зерновой ворох нескольких культур, влажность которого составляет 14...45 %, а засоренность от 3 до 25 %. Изучение изменения влажности зерна в период созревания и уборки, производенное рядом исследователей [102, 115, 125], показало, что, во-первых, содержание влаги в созревшем зерне определяется в основном метеорологическими условиями, во-вторых, в течение суток влажность созревшего зерна может колебаться с амплитудой до 9...10 % и, наконец, влажность зерна, полученного при комбайновой уборке, при хранении без очистки может значительно возрастать. В процессе послеуборочной обработки влажность примесей превышает влажность зерна в 1,5 и более раз (рис. 1.5) [96]. Влажность зерна на корню в течение суток может изменяться в широких пределах, достигая минимума к 17...18 часам. Соответственно меняется и влажность зерна, поступающего на пункты послеуборочной обработки.

%

35 30 25 20 15 10 5 0 18

20

22

24

26 зерно

28

34

40

46

52 W, %

примеси

Рис. 1.5. Гистограмма распределения компонентов вороха по влажности (по данным П.А. Коломейца)

В ряде случаев за 9 часов работы комбайна начальная влажность зерна может снизиться на 8...10 и более процентов, то есть среднее снижение влажности зерна доходит до одного процента за один час. При большой разнице во влажности зерна (более 5...10 %) утренней и дневной уборки технология его послеуборочной обработки должна быть различной, и оно должно сохраняться раздельно. Изменение влажности в течение дня и за период в несколько дней определяется как метеорологическими условиями, так и характером влажности зерна. Вторичная влажность, полученная за счет увлажнения зерна росой или дождем, снижается очень быстро в течение одного дня. Динамика влажности зерна, поступающего в бункер комбайна в течение рабочего дня, соответствует динамике влажности зерна на корню. За счет увлажнения сорной растительностью влажность зерна, поступающего в бункер, на 0,5...1,0 % выше влажности зерна на корню. В Российской Федерации доля зерна, убираемого с влажностью до 16 %, не превышает 25...30 %, средневзвешенная влажность убираемого зерна - 18...19 %, а в неблагоприятные годы - свыше 20 %. Практически во всех случаях влажность примесей значительно выше, чем у основного зерна. В необработанном зерновом ворохе повышенной влажности и засоренности уже в первые часы хранения повышается интенсивность дыхания, что ведет к повышению температуры, появлению плесневых грибов и бактерий, частичной или полной порче зерна. Так, на третьи сутки хранения необработанного зернового вороха семенного назначения при исходной влажности 28,3 % его температура возросла с 27 до 430, энергия прорастания снизилась с 62 до 8 %, а всхожесть - с 82 до 20 % [35]. Для безопасного хранения зерновой ворох с влажностью более 20% и температурой 10...16 0С должен быть обработан в течение суток [314]. При хранении зерна в неочищенном виде, при наличии в нем кусочков стеблей, листьев и семян сорняков повышенной влажности влажность зерна быстро повышается на 2...4 %. Наиболее интенсивно возрастает влажность в первые 6 часов после уборки. В отдельных случаях, при повышенном содержании влажной примеси, влажность зерна увеличивается на 2...4 % за счет его отлежки вместе с сором. Поэтому очистка засоренного зерна тотчас же после его поступления на ток обязательна и должна производиться при помощи машин, позволяющих выделять примеси высокой влажности. С увеличением количества примесей качество зерна при хранении существенно снижается (табл. 1.4). Хранение даже сухого зерна (влажностью до 15 %), не прошедшего

предварительную очистку от сорных примесей, и особенно мелких, способствует значительному снижению его качества [106, 144]. Особые затруднения возникают в хозяйствах при очистке зерна повышенной влажности и засоренности, так как в соответствии с ГОСТ 5888-74 каждый процент влажности свыше 16 % приводит к снижению производительности сепараторов на 5 %, увеличение засоренности на 1 % свыше 10 % - на 2 % [144]. Таблица 1.4 Снижение качества зерна в зависимости от содержания в нем примесей Содержание примесей Продолжительность Полное снижение хранения зерна до качества чепоявления плесени, рез…суток суток Рожь, влажность 16,7 % без примесей 68 более 100 2 % зеленых примесей 46 65 3 % семян сорняков 42 46 2 % зеленых примесей, 2 % семян сорняков, 16 27 2 % дробленных семян 3 % зеленых примесей, 3 % семян сорняков, 6 11 4 % дробленных семян Ячмень яровой, влажность 16,8 % без примесей более 100 нет данных 2 % зеленых примесей 68 более 100 3 % семян сорняков 86 более 100 2 % зеленых примесей, 2 % семян сорняков, 27 42 2 % дробленных семян 3 % зеленых примесей, 3 % семян сорняков, 19 26 4 % дробленных семян За счет интенсивной предварительной очистки комбайнового вороха можно снизить его влажность на 3 %. Например, в условиях Восточно-Сибирского региона применение зернометателей позволяет за одну операцию уменьшить влажность комбайнового вороха на 1 % [213].

Для предварительной очистки зернового вороха перед его загрузкой в зернохранилища хозяйства вынуждены завозить зерновой материал на ток, очищать его там зерноочистительными агрегатами и комплексами или передвижными ворохоочистителями и только после этого перевозить зерно в склад. Предварительная очистка свежеубранного зернового вороха в хозяйствах позволяет [287]: - снизить влажность за счет удаления зеленых примесей, семян сорняков и наружной влаги и сократить до минимума очаги самосогревания, а следовательно, и увеличить время безопасного хранения; - уменьшить объем работ, затраты энергии и топлива при проведении последующих операций; - повысить производительность машин первичной и вторичной очистки, сушилок и комплексов в целом. Сжатые сроки предварительной обработки больших объемов влажного и засоренного зерна выдвигают особые требования к машинам предварительной очистки - они должны иметь высокую производительность и технологическую надежность, обеспечивать требуемое качество обработки. Так как при обработке на семенные цели в зерновом ворохе содержится зерно, предназначенное на семена, на продовольствие или фураж, то целесообразно выделять эти фракции в процессе предварительной очистки для их последующей обработки, с максимальным выходом зерна в партию с наиболее высокой стоимостью [121, 126]. Для предварительной и первичной обработки зернового вороха на пунктах послеуборочной обработки применяются машины ЗВ-50, ЗВС-20А, ЗАВ - 10.30000, МПО-50, МЗП-50, а для обработки его на открытых площадках - ОВС-25, которых в хозяйствах постоянно не хватает. При всем конструктивном многообразии существующих воздушно-решетных машин для предварительной очистки отечественного и зарубежного производства они имеют низкую удельную производительность, особенно при обработке влажного и сильно засоренного вороха [13]. Подобного недостатка лишены пневмосепараторы. Влияние влажности зерна на производительность этих машин менее существенно. Однако серийные пневмосепараторы являются недостаточно эффективными, так как характеризуются низкой эффективностью выделения мелких примесей, хотя на стадии предварительной очистки пневмосепараторы потенциально могут выделить значительную часть примесей (рис. 1.6).

Р, % 20 15 10 5 0 0

4

засорители щуплые зерна

5

6

7

8

9 V, м/с

колотые и битые зерна семена основной культуры

Рис. 1.6. Кривые распределения компонентов вороха пшеницы по скорости витания частиц В этой связи особое значение приобретает проблема интенсификации процессов предварительной очистки зернового вороха за счет использования новых рабочих органов, в которых технологический процесс протекает под действием аэродинамических и инерционных полей, превосходящих силу тяжести зерен основной культуры. Заслуживают внимания технология и созданные на ее основе сепараторы, обеспечивающие высокопроизводительную предварительную очистку зерна и разделение его на фракции с использованием воздушного потока. Обеспеченность техникой для послеуборочной обработки и хранения зерна и подготовки семян при предполагаемом валовом сборе зерна около 100 млн. тонн составляет: техника для сушки семян - 25%, машины для очистки продовольственного и фуражного зерна – 45 %, машины для очистки и сортирования семян – 35 % ; хранилища – 40 % (табл. 1.5 и табл. 1.6) [146]. Таблица 1.5 Обеспеченность машинами и оборудованием послеуборочной обработки и хранения зерновых материалов Очи- Очи- Суш- Суш- Хране- Хране-ние стка стка ка ка ние в хозяйПоказатели зерна семян зерна семян зерна ствах Объем работ, млн.т. 83,5 23,5 58,4 16,4 107 78 Потребная производи- 325 112 346 54,8 125 92 тельность, тыс.т

Суммарная производи- 232 тельность машин, тыс.т Нормативный объем ра- 59,6 бот, млн. т Объем работ в сверх- 23,9 нормативный срок, млн. т Дефицит производи93 тельности, тыс. т Уровень механизации 45 (обеспеченность), %

74,3 138,4 14,6

74

74

15,5

23.4

4,1

63

59

8

35

12,3

44

19

32

54

22

25

40

76

37,7 151,8 35

40

Таблица 1.6 Обеспеченность хозяйств зерноочистительными машинами Экономические районы Потребная Общая проОбеспроизводиизводительпечентельность, т/ч ность, т/ч ность, % Россия 111,979 74,341 40 Северный 974 854 89 Северо-Западный 1,060 1,376 111 Центральный 13,175 12,891 91 Волго-Вятский 7,573 6,423 94 Центр Черноземный 10,400 7,518 72 Поволжский 19,346 11,466 59 Северо-Кавказский 12,694 6,207 49 Уральский 20,328 13,907 68 Западно-Сибирский 15,224 5,830 38 Восточно-Сибирский 8,378 3,933 32 Дальневосточный 2,030 1,417 53 Из-за недостаточной обеспеченности техникой для послеуборочной обработки и подготовки семян в России ежегодно высевается до 5 млн. тонн семян 3 класса и не менее 2 млн. тонн некондиционных семян зерновых культур. Более половины таких семян отнесены к неклассным из-за неудовлетворительной их очистки. Недобор урожая зерна из-за неудовлетворительной подготовки семян в среднем по стране составляет до 10-15 млн. тонн (2-2,5 ц/га) [74, 99]. Также из-за крайне слабой технической базы для обработки семян в семеноводческих хозяйствах на много лет задерживаются сортосмена и сортообновление, своевременное осуществление которых по-

зволило бы повышать сбор зерна не менее, чем на 3-5 млн. тонн в расчете на год. В подавляющем большинстве хозяйств вообще отсутствует специальная семяочистительная техника. Хозяйства вынуждены готовить семена, используя для этого малопроизводительные передвижные машины или зерноочистительные агрегаты ЗАВ и комплексы КЗС. Чтобы очистить семенной материал, зачастую его необходимо не менее двух-трех раз пропустить через очистительную линию агрегата (комплекса). При каждом пропуске происходит микроповреждение от 10 до 30% семян. Общий недобор зерна по этой причине оценивается специалистами не менее, чем 5 млн. тонн ежегодно [59, 142, 153, 164]. Недостаточные мощности и неудовлетворительное техническое состояние значительной части зерноочистительных агрегатов и зерноочистительно-сушильных комплексов из-за физического износа оборудования привели к тому, что качество получаемого товарного (продовольственного) зерна зачастую не отвечает требованиям стандартов (в некоторых регионах такого зерна более 50%). Из-за несвоевременной и некачественной очистки поступающего с поля зерна оно имеет низкую сохраняемость. Вследствие этого при хранении зерна имеют место существенные потери и снижение качества хранимого зерна. Имеющаяся техническая база послеуборочной обработки зерна и подготовки семян устарела не только физически, но и морально, не соответствует современным условиям в связи с происшедшими известными изменениями как в стране в целом, так и в сельском хозяйстве в частности. По существу, сегодня нет отработанных конструкций необходимых сельскому хозяйству современных семяочистительных машин, пневматических сортировальных столов, триерных блоков, систем контроля и автоматизированного управления процессами послеуборочной обработки и хранения зерна и подготовки семян. Тенденции развития технологий и технических средств для сепарации зерновых материалов Растущий дефицит всех видов ресурсов, значительно влияющий на стоимость машин и их эксплуатационные возможности, предопределяет важность выявления основных тенденций развития сельскохозяйственных машин и поиска путей уменьшения энергоемкости процессов производства сельскохозяйственной продукции. Анализ технологий обработки зерна в основных зерносеющих зонах страны [150, 152, 165, 166, 171] позволяет выделить три основные этапа послеуборочной обработки зерна, которые в зависимости от его назначения полностью или частично осуществляются в хозяйствах: 1.3.

прием и предварительную очистку; временное хранение и сушку; окончательную обработку с доведением до требований стандартов. Применяемые в хозяйствах Российской Федерации и стран СНГ технологии послеуборочной обработки зерна в настоящее время базируются в основном на использовании зерноочистительных агрегатов (ЗАВ-20, ЗАВ-25, ЗАВ-50), зерноочистительно-сушильных комплексов (КЗС) и передвижных зерноочистителей (ОВП - 20, ОВС 25). Очистка семян на этих агрегатах связана с большими потерями, травмированием и низким качеством семян. В процессе эксплуатации, во многих случаях, эти машины регулируют так, что 15...20 % семян поступает в фуражные отходы. Специальные машины для очистки семян используют редко (не более 1 %), что существенно ограничивает получение высококачественного посевного материала, так как целый ряд трудновыделимых примесей может быть выделен лишь на специальных семяочистительных машинах (пневмосортировальных и отражательных столах, электромагнитных машинах и др.). Малая годовая загрузка (уборочный период всего до 200...300 часов), высокая цена (цена агрегата ЗАВ-25 эквивалентна стоимости 1300...1500 т зерна), большая энергоемкость (4...5 кВт/ч на тонну обработанного зерна), а также дополнительные затраты, связанные с доставкой исходного зернового материала, его загрузкой в агрегат и отправкой после обработки в хранилище, значительно повышают себестоимость обработки зерна. Совершенствование машин и оборудования в рамках этой технологии не может привести к коренному снижению капитальных, энергетических и трудовых затрат - для этого необходимо изменение самой технологии. Более выгодной является так называемая двухэтапная технология послеуборочной обработки зерна, обеспечивающая значительное снижение капитало-энергоемкости за счет увеличения продолжительности работы техники в течение года до 500...900 часов. В практике используют машины для такой очистки, включающие пневмосепарирующие или решетные рабочие органы, а в ряде случаев и комбинированные воздушно - решетные сепараторы. Определенной тенденции в последовательности очистки вороха сепарирующими рабочими органами этих машин не наблюдается: имеются зерно-семяочистительные машины, в которых в начале технологического процесса используются как пневмосепарирующие, так и решетные системы. С целью выявления современных тенденций производства машин для сепарации зерновых ворохов разработана их классификация

(рис. 1.7), позволяющая обобщить основные направления разрабатываемых отечественных и иностранных машин. В зависимости от реализуемых технологий в хозяйствах применяют как стационарные, так и передвижные машины предварительной очистки. СЕПАРАТОРЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНА

СТАЦИОНАРНЫЕ

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ

ИНЕРЦИОННЫЕ

С НАКЛОННЫМИ КАНАЛАМИ

ТУРБИННЫЕ

ПЕРЕДВИЖНЫЕ

САМОПЕРЕДВИЖНЫЕ

ПНЕВМО - РЕШЕТНЫЕ

САМОТЕЧНЫЕ

С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ КАНАЛАМИ

ПЛОСКИЕ

С ВНУТРЕННЕЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

РЕШЕТНЫЕ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ

С ВНЕШНЕЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Рис. 1.7. Классификация машин предварительной очистки зерновых материалов Из пневмосепараторов, использующихся, как правило, в стационарных условиях, наибольшее распространение в отечественном сельском хозяйстве получили машины с вертикальными каналами прямоугольного сечения и нагнетательным воздушным потоком. Например, сепараторы ОПС-2, СП-5 и аспирационная колонка АК-1. За рубежом [37, 58, 283, 285] широко применяются пневмосепараторы с различными типами рабочих органов: турбинные, с всасывающим и нагнетательными воздушными потоками (Carter-Day). Широкий ассортимент выпускающихся пневмосепараторов объясняется, в первую очередь, высокой универсальностью этого рабочего органа. Французская фирма Daquet выпускает турбинные пневмосепараторы типа DA 67 производительностью 30 т/ч (рис. 1.8, слева) и SP 68 (справа) производительностью 50 т/ч. Аналогичные по конструкции турбинные сепараторы выпускают фирмы Ocrim (Италия) и - Forsberg (США).

Технологическая схема работы пневмосепараторов DA 67 и SP 68 следующая . Исходный материал (ворох) через питающий патрубок 2 поступает на распределительный конус 4, с которого равномерным потоком подается в зону сепарирования камеры 3, где подвергается воздействию воздушного потока, создаваемого вентилятором 1 . Воздушный поток, идущий снизу вверх, выделяет и уносит из вороха легкие примеси (фракции Г), направляя их в воздушно-очистительное устройство (циклон, осадочную камеру), а очищенное зерно (фракция А) попадает в конический приемник 5, после чего по зернопроводу поступает на дальнейшую обработку. Скорость воздушного потока в зоне сепарирования регулируется дроссельной заслонкой, установленной на выпускном патрубке вентилятора. Рис. 1.8. Схема пневмосепараторов фирмы Daquet (Франция) Оценивая конструкции этих двух, на первый взгляд, одинаковых пневмосепараторов, следует отметить, что аэродинамическая схема машины SP 68 более совершенна - она обеспечивает лучшую равномерность распределения скоростей воздушного потока, так как осуществляется осевое всасывание . Компактность и простота конструкции при высокой производительности и небольшой установленной мощности (1,5 кВт -у DA 67 и 5,5 кВт - у SP 68) - основное достоинство этих пневмосепараторов. Аналогичные по конструкции пневмосепараторы выпускают французская фирма Denis, датская фирма Damas, итальянская фирма Ocrim и фирма Forsberg (США). Отличительной особенностью турбинных сепараторов, выпускающихся фирмой Forsberg, является то, что распределительный конус соединен по периметру разгрузочной кромки с цилиндрическим патрубком, образующим с внешним кожухом сепаратора воздушный канал кольцевого сечения.

Канадская фирма Carter Day производит стационарные пневмосепараторы с разомкнутым или замкнутым циклом воздушного потока (рис. 1.9). Исходный материал при помощи питающего валика 1 из бункера 2 подается в аспирационный канал 3, соединенный с дроссельной заслонкой 4, вентилятором 5 и осадочной камерой 6 в нижней части которой размещены выгрузочные шнеки 7 (Б-средние зерна, В - мелкое зерно, Г - легкие примеси). Очищенное зерно выводится через патрубок А прямоугольного сечения. Необходимая скорость воздушного потока в зоне сепарирования устанавливается дроссельной заслонкой 4. В качестве генератора воздушного потока используют диаметральный вентилятор, позволяющий получить равномерное поле скоростей воздушного потока по всей ширине пневмосепарирующего канала, что повышает качество очистки. Аналогичную конструктивную схему имеют сепараторы с замкнутым циклом воздушного потока, который исключает попадание пыли и выброс воздуха в помещение.

Рис. 1.9. Схема пневмосепаратора с разомкнутым циклом воздушного потока фирмы Carter Day (Канада). Оригинальные решетные сепараторы (рис. 1.10, а) с четырьмя и пятью каскадами решет выпускает канадская фирма Westward parts. Решетные полотна, образующие зигзагообразный канал, заключены в специальный кожух, присоединяемый к зернопроводу поточной линии. Исходный материал из загрузочного патрубка 1 самотеком поступает на наклонное плоское решето, затем сходит на второе и т.д. При прохождении вороха через каскад наклонно установленных решет 2 под действием гравитационных сил просеиваются основное зерно и мелкие примеси (фракция А), которые поступают в зерноприемник и далее в зернопровод, а крупные примеси сходят с поверхности решет и выводятся из сепаратора (фракция Б). Ввиду того, что в этих сепараторах рабочий процесс очистки исходного материала осуществляется при его движении под действием лишь гравитационных сил, правомерно назвать этот тип машин самотечным сепаратором. Самотечный решетный сепаратор может быть использован и для выделения из вороха мелких примесей, для чего необходимо установить решета с соответствующими размерами отверстий. Рис. 1. 8. Схема решетного сепаратора (а) модели 1500-4 фирмы Westward parts и модели PC -1,500 фирмы Parsons (б) (Канада), гравитационного сепаратора ЗГ-5 (в) (ВИМ) Для увеличения срока службы решет их изготавливают из высокоуглеродистой стали, а чтобы уменьшить забиваемость отверстий, применяют плавающую конструкцию, т.е. устанавливают на пружинной подвеске. По данным фирмы, такой решетный сепаратор обеспечивает полноту выделения примесей до 94 %.

Аналогичные по принципу действия самотечные решетные сепараторы (рис. 1.10, б) выпускаются также канадской фирмой Parsons. По конструкции и технологической схеме они отличаются от рассмотренных выше наличием различных вариантов пропуска исходного материала: через питающий патрубок 3 он может поступать полностью или частично на плоские решета 1, что осуществляется с помощью задвижки 2 (А - очищенное зерно и мелкие примеси, Б- крупные примеси). Фирма выпускает два варианта решетных сепараторов: модели РС1,500, РС-5,500 с решетными полотнами прямоугольной формы и РС8,000, РС-11,000, РС-22,000 и РС-30,000 с решетными полотнами трапециевидной формы. В плане кожухи этих сепараторов имеют соответственно крестообразную и квадратную форму. Во всех моделях предусмотрена параллельная работа решет. В ВИМе, в лаборатории очистки и сортирования зерна, разработан параметрический ряд гравитационных, самотечных зерноочистителей, производительностью 5...50 т/ч, обеспечивающих за одну технологическую операцию выделение из комбайнового материала легких, мелких и грубых примесей. Гравитационные зерноочистители состоят

из вертикальной колонки и циклона с вентилятором (рис. 1.10, в). Вертикальная колонка содержит ряд зигзагообразно размещенных оригинальных прутковых решеток для выделения крупных 2 и мелких примесей 3. В верхней части колонки имеется бункер 1 для загрузки исходного материала, а в нижней - каналы 4 приема очищенного зерна и выделения примесей. Легкие примеси выделяются с помощью вентилятора и циклона 5. Представляется перспективным применение самотечных решетных сепараторов на предприятиях послеуборочной обработки зерна, а также в мукомольно-элеваторной промышленности, поскольку потенциальная энергия обрабатываемого материала, уже поднятого на некоторую высоту для других технологических целей, может быть использована также и для его очистки. Решетные сепараторы (Westward parts, Westrup), так же, как и пневмосепараторы, применяют для предварительной очистки, в основном, в условиях поступления комбайновых материалов сравнительно высокой чистоты и низкой влажности. Наибольшее распространение получили машины предварительной очистки с обоими видами рабочих органов, в качестве которых используются главным образом цилиндрические решета с наружной рабочей поверхностью и пневмосепарирующие системы с наклонным каналом прямоугольного сечения (скальператоры). Это объясняется тем, что за одну технологическую операцию из исходного материала можно выделить значительную часть легких, крупных и мелких примесей, что имеет важное значение для обеспечения сохранности и сушки зернового материала. Наиболее широко известными являются скальператоры фирмы Carter Day (рис. 1.11). Исходный материал из бункера 1 с помощью питающего валика 2 и регулировочного клапана поступает равномерно на наружную поверхность цилиндрического решета 3, причем угол наклона плоскости ввода материала выполнен регулируемым. При этом в зоне загрузки возникает относительное движение между ворохом и наружной рабочей поверхностью решета, обеспечивающее интенсивное просеивание основного зерна и мелких примесей. Дальнейшее просеивание зерна и мелких примесей из находящегося на рабочей поверхности вороха происходит на последующей так называемой дуге просеивания решета при его вращении до сбрасывания крупных примесей (фракция Б). Выделенное на цилиндрическом решете 3 основное зерно поступает в пневмосепарирующий канал 4, скорость воздушного потока в котором регулируется при помощи дроссельной заслонки 5.

Из поступившего материала в пневмосепарирующий канал 4 воздушным потоком выделяются и уносятся в осадочную камеру 6 легкие примеси, которые выводятся из нее с помощью выгрузочного шнека 7, а основное зерно подается на скатную доску и по ней поступает в приемник очищенного зерна (фракция А). Для очистки рабочей поверхности первого цилиндрического решета в зоне схода крупных примесей установлена щетка (битер). Во внутренней полости цилиндрического решета закреплены специальные лопатки для интенсификации просеивания проходовых фракций через внутреннюю рабочую поверхность решета, т.е. для предотвращения накапливания материала внутри цилиндра. Ряд зарубежных фирм: Carter (США), Shule (Германия), AB Linde Maskiner (Швеция), Heid (Австрия), Cimbria и Westrup (Дания), Chepos (Чехия), завод «Маяк» (НРБ) и др. выпускает аналогичные по конструкции и технологическим схемам скальператоры с двумя цилиндрическими решетами и пневмосепарирующими системами. Второе решето обычно имеет диаметр меньший, чем первое решето и является корректурным, оно предназначено для выделения оставшегося после очистки на первом решете в крупных примесях основного зерна, т. е. уменьшения потерь. Следует отметить, что скальператоры просты, компактны, надежны в эксплуатации, малозатратны, имеют высокую производительность до 200 т/ч, однако не выделяют мелких примесей, что является существенным недостатком.

Рис. 1.11. Схема машины предварительной очистки фирмы Carter Day (Канада) В последнее время ведущими фирмами по производству зерноочистительного оборудования все шире начинают внедряться универсальные машины. Универсальные машины со скальператорами и воздушнорешетными системами, аналогичными по назначению, выпускают фирмы АВ Lind Maskiner, Carter (США), Heid (Австрия), Cimbria и Westrup (Дания) и др. Фирма Hart (Канада) производит также комбинированную зерно-семяочистительную машину с дисковыми и цилиндрическими триерами. Комбинированные зерно-семяочистительные машины АК 100, АК 150, АК 200 и АКН 200 производительностью соответственно 40, 60, 100 и 150 т/ч выпускает фирма Happle (Германия). Особенность конструкции машины АКН 200 (рис. 1.12) - очистительная система с пневмосепарирующей камерой и замкнутым циклом работы воздушного потока. В машине реализована фракционная схема технологического процесса очистки: воздушным потоком исходный материал разделяется на три фракции, каждая из которой далее очищается на соответствующих плоских качающихся решетах, установленных в общем решетном стане 1. Отверстия всех решет очищаются от забившихся зерен с помощью шариковых очистителей. Рис. 1.12. Схема машины предварительной очистки АКН - 200 фирмы Happle (Германия). Исходный материал из бункера 6 с помощью питающего валика 5 дозировано подается в пневмосепарирующую камеру 3, где направленным лопатками 7 воздушным потоком, создаваемым вентилятором 10 и регулируемой дроссельной заслонкой 4, разделяется на три фракции: тяжелую, поступающую на первую секцию верхнего колосового решета 2, среднюю - на вторую, легкую - на третью. Тяжелая и средняя фракции выделяются в пневмосепарирующей камере 3, а легкая фракция - в осадочной камере 8, откуда она выпускается через шлюзовый затвор 11. Пыль и мелкие примеси выделяются из воздушного потока в циклоне 9 (фракция Г). На первой секции верхнего колосового решета 2 просеивается основное зерно с большой индивидуальной массой и мелкие примеси, а крупные сходом поступают на вторую. Проходовая фракция первой секции поступает на нижнее подсевное решето, на котором просеиваются и выводятся из машины мелкие примеси (фракция В), а основное

зерно сходом поступает в отдельный приемник и выводится за пределы машины или в общий приемник (фракция А). На второй секции верхнего колосового решета 2 просеивается основное зерно с средней индивидуальной массой и мелкие примеси, крупные примеси сходом поступают на третью. Проходовая фракция второй секции, разделенная с помощью делителей на три равные части, поступает на три яруса подсевных решет, на которых просеиваются и выводятся из машины мелкие примеси (фракция В), а основное зерно сходом поступает в общий приемник и удаляется из машины (фракция А). На третьей секции верхнего колосового решета 2 просеивается щуплое зерно, мелкие примеси, а крупные - сходом поступают в приемник и выводятся из машины (фракция Б). Проходовая фракция третьей секции поступает на корректурное решето, с которого сходит в приемник и отводится из машины щуплое зерно, а просеянные мелкие примеси поступают в общий приемник и также выводятся из машины (фракция В). Таким образом, машина АКН 200 благодаря фракционной схеме очистки позволяет не только повысить эффективность выделения примесей, но и получить три фракции зерна или семян различного качества. Датская фирма Cimbria выпускает около пятидесяти типов воздушно-решетных сепараторов. Машины для предварительной очистки зерновых материалов типа Rotoclean применяется для выделения грубых и легких примесей из высоковлажного зерна и представляет собой прочную стальную конструкцию закрытого типа, пыленепроницаемую, с полной защитой всех движущихся частей (рис. 1.13). Процесс очистки осуществляется с помощью трех игольчатых барабанов 6, установленных последовательно друг за другом. Исходный

материал из загрузочного бункера 1, оборудованного датчиком уровня 2 (датчик автоматически запускает и останавливает питающий бункер конвейер), поступает на игольчатые барабаны 6 со стальными пальцами 5, на которых отделяется зерновая масса от крупных примесей, в основном соломы. Зерно, попавшее в карманы, образованные пальцами 5, свободно выпадает из них и пронизывается потоком воздуха, от диаметрального вентилятора 12, в результате чего из зерна, выпадающего из карманов, отсасываются пыль и легкие примеси. Более крупные примеси, которые не были захвачены стальными пальцами, оседают в осадочной камере 11, откуда выводятся шнеком 10. Снизу бункера имеются две створки с противовесом пружинного действия 3, срабатывающие под действием определенной массы зерна. Буферные пластины 4, предотвращают пересыпание зерна через иголки 5 барабанов 6. В нижней части сепаратора установлен подпружиненный клапан 7 и выгрузной патрубок 8 крупных примесей. Основной зерновой материал проходит дополнительную воздушную очистку в наклонной камере 9. Запыленный воздух поступает в минициклон 13, откуда пыль и легкие примеси также подаются на шнек 10 и выводятся из машины. Минициклон может быть присоединен к центральной аспирационной системе. При этом 90 % воздуха, используемого для очистки, является рециркулирующим, вследствие чего нет необходимости выводить из машины более 10 % воздуха. Рис. 1.13. Схема сепараторов предварительной очистки моделей Rotoclean фирмы Cimbria (Дания).

Показатели Производительность, т/ч Установленная мощность, кВт Габаритные размеры, м Длина Ширина Высота Масса, т Удельная металлоемкость, т⋅час/т Удельный расход энергии, кВт⋅час/т

Постановка на производство зерноочистительных агрегатов типа ЗАВ-10, ЗАВ-20, ЗАВ-25, ЗАВ-40 и ЗАВ-50 (табл. 1.7), а также семенных приставок СПЛ-5, СП-10 и СП-10А позволила существенно сократить затраты труда на послеуборочную обработку зерна. Так для указанных выше агрегатов удельные затраты труда составляют от 0,1 до 0,02 чел⋅ч/т, уменьшаясь с повышением производительности [145]. Это достигнуто за счет установки зерноочистительных машин в поточные линии, обеспечивающие высокий уровень механизации. Компоновка поточных линий осуществлена таким образом, что для подачи зерна на обработку и передачи от машины к машине между ними установлены транспортирующие органы (нории, шнеки, скребковые транспортеры, и т.д.). Каждый транспортирующий орган имеет электропривод и требует определенных затрат мощности. В целом потребная мощность на привод транспортирующих органов и питающе-дозирующих устройств составляет 31...56 % от общих затрат энергии на работу указанных выше зерноочистительных агрегатов. Таблица 1.7 Технические характеристики агрегатов и комплексов для послеуборочной обработки зерновых материалов

ЗАВ25 25

ЗАВ40 40

ЗАВ50 50

КЗС20Ш 16

КЗС25 20

КЗС40Ш 16

81

45,4

148

131,5

221

160,1

19,6 8,4 13,7

13,6 8,4 10,4

36,0 8,5 13,7

25,7 11,3 16,0

26,3 18,5 17,0

25,7 8,4 16,0

41

22,3

74,5

38,9

69,0

51,5

1,64

0,56

1,49

2,43

3,45

3,22

3,24

1,14

2,96

8,3

11,05

10,01

Наличие значительного количества транспортирующих органов существенно увеличивает протяженность технологической линии, что наряду с повышением затрат энергии на послеуборочную обработку урожая ведет и к повышению количества механических воздействий на зерно, и следовательно, и к увеличению степени его травмирования. Последнее приводит к ухудшению посевных и товарных качеств получаемой продукции, к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции переработки зерна. Если сравнить зерноочистительные агрегаты ЗАВ-20 и ЗАВ-40, то протяженность технологической линии их составляет 37,8 и 42,3 м, установленная мощность - 29,8 и 51 кВт, травмирование зерна (все виды травм приводят к повреждению зародыша) - 9,4...10,1 %, снижение лабораторной всхожести семян - 3,4...3,7 %. Удельные затраты энергии у агрегатов ЗАВ-10, ЗАВ-20 и ЗАВ40 составляют соответственно 1,84; 1,49 и 1,27 кВт⋅ч/т. С установкой на зерноочистительные агрегаты отделений предварительной очистки и временного хранения зерна (ЗАВ-25 и ЗАВ-50) они возрастают до 3,2 и 2,7 кВт⋅ч/т соответственно. При использовании агрегатов ЗАВ-10 и ЗАВ-20 с семенными приставками СПЛ-5 и СП-10А удельные затраты возрастают почти в два раза. Учитывая, что до половины мощности требуется на привод транспортирующих органов, при дальнейшем совершенствовании зерноочистительных агрегатов необходимо уменьшить протяженность

технологических линий, а также количество транспортирующих органов. Это может быть достигнуто за счет совершенствования схемы компоновки оборудования в технологической линии. Современный мировой объем производства зерносемяочистительной техники определяется в основном объемами мирового производства зерна и его структурой, а также покупательной способностью потребителей машин. Производство зерна в мире имеет тенденцию роста. За последние двадцать лет валовые сборы зерна увеличились с 1333 до 1942 млн т, или на 45,7 %, а урожайность повысилась с 18,5 до 25 ц/га, или на 35,1%. Если производство хлеба в мире принять за 100 % , то пшеница занимала 28,5 %, рис-26,7%, кукуруза-24,4 %. Таким образом, 79,5 % валовых сборов зерна в мире приходилось на три культуры, ведущее место при этом принадлежит пшенице (рис. 1.14). Основным производителем хлеба является Азия (рис. 1.15). По оценкам ФАО, в этом регионе собирают урожай порядка 900 млн.т, или 46,1 % к мировому. Второй по величине производитель хлеба в мире Северная Америка, где выращивается около 400 млн.т зерна, или 20,5 % к мировому производству. В странах СНГ в последнее десятилетие объемы производства зерна составляют около 150 млн. т, или 6...7 % к мировому. Россия собирает 2-4 % к мировому производству.

Другие 20%

Кукуруза 24%

Пшеница 29%

Рис 27%

Рис. 1.14. Структура валовых сборов зерна в мире

Европа 15%

Африка 4%

Австралия 1%

Азия 50% Америка 30%

Рис. 1.15. Распределение валовых сборов зерна в мире. Первое место в мире по производству зерна в настоящее время занимает Китай. Валовый сбор зерна в Китае составляет свыше 400 млн. т, что на 39,9 % больше, чем в среднем за 1976-1980 гг. Урожайность соответственно возросла до 41,2 ц/га, или на 76,1 % [50]. США является ведущей страной мира по производству зерна, главным образом кукурузы и пшеницы. Американские фермеры в 1998 г. собрали рекордный урожай зерновых: кукурузы - 250 млн. т, пшеницы- 70 млн. т, сои - 80 млн. т. В 70-90-е годы страна превратилась в крупнейшую экспортную державу мира. Между размерами производства зерна и уровнем потребления продуктов питания прослеживается прямая связь. С увеличением валовых сборов зерна повышается материальное благосостояние жизни народа. Если исходить из того факта, что оптимальное потребление зерна на душу население составляет около 1 т , в таком случае мировой объем производства зерна в три и более раз меньше потребного. Основное производство (по количеству фирм и объемам выпуска) современной зерноочистительной техники находится в Европе, США и Канаде. Это подтверждает тот факт, что большинство фирм, производящих зерносемяочистительную технику ориентируется, в первую очередь, на прибыль от экспорта машин.

42

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

31

10

6

Машины спецназначения

Вибропневмосепаратор ы

Триеры

Пневмосепараторы

11

Решетные

%

Крупные фирмы производят, как правило, весь комплекс машин - от сепаратора для предварительной очистки до машины для предпосевной подготовки семенного материала, в т.ч. сушилки, хранилища и целую гамму вспомогательного транспортного оборудования. Системные исследования тенденций производства зерносемяочистительной техники проведены на основании создающихся компьютерных баз данных машин и технологий, комплексов физикомеханических свойств зерна, признаков делимости и разделения зерновых материалов. Компьютерные базы данных создаются на основании анализа информации более чем за столетний период, а именно по публикациям журнальных статей, патентов, проспектов и собственных исследований. Сравнительный анализ около 200 моделей конструкций зерносемяочистительных машин зарубежного и отечественного производства, а также свыше 4 тысяч патентов путем применения современных пакетов прикладных программ обработки результатов экспериментов позволяет сделать следующие выводы.

Рис. 1.16. Зависимость количества разработок машин от типов рабочих органов ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Номенклатура зерно-семяочистительных машин семян весьма велика - это автономные пневмосепараторы, решетные сепараторы, триеры, скальператоры с горизонтальными и вертикальными цилиндрами (с внешней и внутренней рабочей поверхностью), вибропневмосепараторы (пневмостолы), машины специального назначения (диэлектрические, магнитные, фрикционные и др). Каждый тип машин представляет собой типоразмерный ряд (по 10 и более моделей) различной производительности (от 50 кг до 250 т/ч). Наибольшее количество разработок посвящено решетным сепараторам - 42 %, пневмосепараторам - 31 %, триерам - 11 %, вибропневмосепараторам - 10 %, машинам спецназначения - 6 % (рис. 1.16). 2. Утвердилась тенденция создания комбинированных зерносемяочистительных машин, в которые входят в виде автономных блоков, устройства воздушно-решетной сепарации и триеров, скальператор и блок воздушно-решетной части. Эти машины осуществляют двукратную воздушную сепарацию зернового материала - на входе его в машину и на выходе из нее. В комбинированных машинах для повышения эффективности их работы используют фракционирование воздушным потоком и решетами.

3. Снижение удельных показателей энергоемкости и металлоемкости машин достигается за счет повышения их производительности путем увеличения размеров традиционных сепарирующих рабочих органов. Этот путь повышения производительности зерносемяочистительных машин малоэффективен и его нельзя признать перспективным. В связи с этим существующая практика комплектации семяперерабатывающих предприятий сложными семяочистительными машинами приводит к созданию многоэтажных, громоздких и дорогостоящих строительных конструкций. Удельные энергоемкости машин предварительной очистки как отечественного, так и зарубежного производства находятся приблизительно в одинаковых пределах и составляют, кВт⋅ч/т: 0,12...0,44; универсальных воздушно-решетных машин - 0,86...1,61; вибропневмосепараторов - 1,88...3; триеров-0,22...0,29; машин специального назначения 1...13 (рис. 1.17). Удельные металлоемкости зерно-семяочистительных машин отечественного производства в 1,3...1,8 меньшие, чем аналогичных аналогов зарубежных машин и находятся в пределах - 30...700 кг⋅ч/т. Удельный объем воздушно-решетных машин составляет около 1,2...5,2 м3ч/т.

7

2,5

1,8 0,28

Машины спецназначения

Вибропневмосе параторы

Триеры

0,25

Пневмосепарат оры

Решетные

8 кВтч/т7 6 5 4 3 2 1 0

Рис. 1.17. Зависимость удельной энергоемкости машин от типов рабочих органов 4. Для ведущих зарубежных фирм, выпускающих зерносепарирующие машины, характерно широкое применение унифицированных общемашиностроительных деталей и узлов, производимых специализированными предприятиями, массовый выпуск изделий из которых обеспечивает снижение их стоимости. По большинству объектов просматривается высокая культура проектирования. Конструкции малодетальны, экономичны, технологичны. Обращает на себя внимание высокая культура производства большинства фирм (точность сопряжения, качество штамповки, сварки, отделки и т.д.). Развитие зарубежной зерносепарирующей техники идет преимущественно по пути постоянной и всесторонней модернизации базовых моделей. Разработка принципиально новых конструкций сдерживается большим сроком окупаемости затрат при малом объеме выпуска. 5. Все шире находят применение отечественные оригинальные гравитационные сепараторы, в которых для разделения используют потенциальную энергию поднятого обрабатываемого материала. Гравитационные сепараторы существенно снижают энергоемкость процессов сепарации, являются универсальными и легко сочетаются с различным оборудованием.

6. Зерноочистительные агрегаты и зерноочистительносушильные комплексы комплектуются зерноочистительными машинами, аналогичными тем, которые использовались и до появления поточных послеуборочных предприятий, т.е. принципиальная технологическая схема этих машин осталась той же, что и в ранее созданных передвижных, сложных зерноочистительных машинах (за исключением триерной части, которая была выделена в отдельные блоки). Объединение нескольких сепарирующих рабочих органов в одну машину, как показывает практика, целесообразно, когда эта машина используется самостоятельно. Сложная зерноочистительная машина представляет собой агрегат, включающий пневмосепарирующее, решетное, триерное и транспортирующие устройства. Однако условия компоновки этих машин накладывают ограничения как при выборе конструктивных схем и форм рабочих органов, так и при осуществлении самого технологического процесса. Этим следует объяснить, что за целые десятилетия почти не изменились используемые в сложных зерносемяочистительных машинах конструктивные формы сепарирующих рабочих органов (пневмосепарирующие каналы прямоугольной формы сечения, плоские качающиеся решета). В этой связи представляется перспективной для комплектации зерноочистительных агрегатов и зерноочистительно-сушильных комплексов создание автономных сепарирующих рабочих органов. 7. Многими фирмами выпускаются фрикционные сепараторы в небольших количествах. Наибольшее распространение имеет валковый сепаратор, в котором друг под другом установлено до 18 пар валков. Несколько нижних пар валков могут использоваться для переочистки отходов с верхних пар. В качестве материала рабочей поверхности валков используются как традиционные тканые текстильные материалы, так и синтетические материалы со специальным видом рабочей поверхности. 8. Вибропневмосепараторы выпускаются все большим числом фирм. Увеличивается число моделей с декой, обеспечивающей более качественное выделение легкой фракции (типа Oliver, Heid). Вероятно, что такая дека перспективна для машин высокой производительности, предназначенных преимущественно для очистки семян зерновых культур. 9. В ряде конструкций пневмосепараторов зарубежных машин используются каналы с сеткой, каналы с уменьшающейся по высоте глубиной, с укороченной нижней частью или без нее. Эти элементы решений несущественно повышают эффективность сепарирования, а то

и снижают ее, но могут давать некоторые компоновочные преимущества. Увеличивается число моделей универсальных машин с бесступенчатой регулировкой скорости вращения вентилятора. Применяющаяся на отечественных машинах схема регулировки скорости воздушного потока за счет подсоса постороннего воздуха с позиций оценки энергоемкости нерациональна. 10. В большинстве зарубежных машин используются плоские решета с эксцентриковым приводом. Увеличивается число моделей машин с развитыми и изменяемыми решетными схемами. Многие фирмы увеличивают производство машин с цилиндрическими решетами. Расширяется выпуск машин с регулируемым углом наклона и частотой колебаний решет. 11. Крупными зарубежными производителями, специализирующимися на выпуске разнообразных зерносепарирующих машин, выпускаются также лабораторные установки, являющиеся, большей частью, уменьшенными и упрощенными аналогами рабочих машин. При этом, особенно в высокоточном лабораторном оборудовании, широкое применение находит компьютерная техника. Использование лабораторного оборудования существенно повышает эффективность эксплуатации зерносепарирующих предприятий. Оно должно обязательно использоваться при подготовке семян. Отечественной промышленностью разработан ряд небольших машин, предназначенных для использования в основном в селекционных хозяйствах, которые могут применяться и как лабораторные, но типаж этих машин совершенно недостаточен. Селекционные машины не всегда подходят для выбора регулируемых параметров и оценки эффективности работы зерносепарирующих предприятий. Лабораторные машины могут быть проще, но должны отвечать некоторым специфическим требованиям. 12. Для современных зарубежных зерносепарирующих машин характерна высокая долговечность, обеспечиваемая соответствующим конструированием, качеством материалов и изготовления, уровнем обслуживания и эксплуатации. Ориентировочно минимальная долговечность машин при сезонной загрузке оценивается 20-30 годами. Примерно к 70 - м годам посевы ведущих зернопроизводящих стран были в основном очищены от сорняков за счет интенсивного применения средств химизации. В настоящее время в Европе применяют в среднем - 5 кг/га гербицидов, в США и России - соответственно 2,5 и 0,125 кг/га. При этом качество основной массы зерна после комбайновой уборки в ведущих зернопроизводящих странах примерно соответст-

вует базисным продовольственным кондициям, принятым в России. Очистка такого зерна возможна при большой производительности машин (50...100 т/ч), так как при этом извлекаются преимущественно легкоотделимые примеси-крупные растительные остатки, мелкий сор и дефектное зерно. Такое положение снизило потребность в зерносемяочистительных машинах и в результате за последние десятилетия многие фирмы перестали их выпускать, а оставшиеся – уменьшили объем выпуска. Крупнейшие фирмы обычно выпускают 300-500 машин различных марок в год, большую часть из которых экспортируют. 13. Предполагаемый расчетный объем мирового парка зерносемяочистительных машин превышает 100 млн. штук. При этом минимум половина его имеет возраст 20 и более лет. Основным фактором, обусловливающим применение устаревших моделей машин, а в ряде случаев использование примитивных средств очистки зерновых материалов, является высокая стоимость машин. Стоимость воздушнорешетной машины производительностью 10 т/ч в большинстве случаев превышает 20 000 $ США. 14. Обеспеченность техникой для послеуборочной обработки, хранения зерна и подготовки семян в Российской Федерации крайне низкая. При запланированном на 2002 год программой «Зерно и продукты его переработки» валовом сборе зерна в объеме 100 млн. тонн обеспеченность техникой для сушки зерна составляет 25%, машинами для очистки продовольственного и фуражного зерна - 45%, машинами для очистки и сортирования семян - 35%, хра-нилищами зерна - 40%. 15. Машинный парк физически изношен. Более 80% зерноочистительных агрегатов и зерноочистительно-сушильных комплексов, составляющих основу парка, поставлены более 12-15 лет назад. Значительная часть имеющихся в хозяйствах агрегатов и комплексов из-за износа оборудования вообще не участвует в работе. В последние 8-10 лет обновление техники для послеуборочной обработки зерна и семян практически не ведется. 16. Имеющаяся техническая база послеуборочной обработки зерна и подготовки семян морально устарела и не соответствует современным условиям сельскохозяйственного производства. Она создавалась для других условий, при которых владельцем большей части урожая было государство, и целью послеуборочной обработки являлась срочная подготовка к немедленной отправке зерна на государственные заготовительные предприятия (элеваторы). Для этого создавались поточные линии - дорогостоящие зерноочистительные агрегаты и зерноочистительно-сушильные комплексы, период занятости которых определялся в основном периодом уборки, т.е. около одного месяца. В на-

стоящее время, когда производитель зерна стал владельцем урожая, должна быть обеспечена возможность обработки, хранения и реализации в более длительном периоде, что позволит существенно снизить себестоимость послеуборочной обработки. Другая важная особенность современных условий - образование большого количества малых хозяйств (фермерских и коллективных), т.е. хозяйств со сравнительно небольшим объемом производства зерна. В таких хозяйствах существующая техника не эффективна. 17. Созданием и освоением производства новых, отвечающих современным требованиям, экономичных машин, которые нашли бы повышенный спрос в хозяйствах разных форм собственности и организации производства, заводы не занимаются. Попытки организовать выпуск отдельных машин предпринимаются в некоторых областях России. В этих условиях у производителя зерна отсутствуют рычаги воздействия на производителя техники с целью создания и организации производства перспективных машин и оборудования, отличающихся высоким качеством работы, надежностью и доступными ценами. 18. Представляется целесообразным разработка универсальных сепараторов, разделяющих зерновой материал по рациональному многофакторному признаку делимости. При этом на базе универсального сепаратора возможно совершенствование и внедрение фракционных технологий очистки зерна и семян, обеспечивающих на очистке продовольственного и семенного зерна снижение затрат труда и средств не менее, чем в 2...3 раза и повышение эффективности выделения трудноотделимых примесей из семян. Таким образом, учитывая приведенные результаты можно заключить, что создание конкурентоспособной зерносемяочистительной техники на основании эффективных рабочих органов с ориентацией не только на внутренний рынок, но и на растущее количество зарубежных потребителей сравнительно недорогих машин, на ближайшие десятилетия является перспективным. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ Данная работа направлена на создание высокоадаптивных ресурсо-энергосберегающих технологий и технических средств очистки и сортирования зерна и семян во всем многообразии зернопроизводящих хозяйств, как крупных коллективных, так и малых фермерских. На основе проведенного анализа с учетом поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

- разработать интегрированную программную систему компьютерного исследования и оптимизации технологий и технических средств послеуборочной обработки зерна и подготовки семян; - разработать математические модели интенсифицированных процессов разделения зерновых смесей для нового семейства высокоэффективных универсальных зерно-семяочистительных машин; - обосновать ресурсо-энергосберегающие технологии очистки зерна и семян основных зерновых культур на универсальных машинах воздушно-решетно-триерного типа; - разработать метод инженерного расчета универсальных зерно-семяочистительных машин с каскадным решетным станом.

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И БАЗА ДАННЫХ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА И ПОДГОТОВКИ СЕМЯН 2.1. Вводные замечания Проведенный в предыдущей главе энергетический расчет показывает, что от качества послеуборочной обработки в значительной степени зависит эффективность 80…95 % общей энергии, потребной для производства зерна. Поэтому создание ресурсо - энергосберегающих технологий послеуборочной обработки зерновых материалов осуществляли не только по критериям минимизации энергетических параметров самих технологий послеуборочной обработки, но и по критериям минимизации энергозатрат как замкнутого цикла зернопроизводства. Возрастание сложности проблемы разработки высокоэффективных машинных технологий и технических средств послеуборочной обработки обусловлено необходимостью выполнения комплекса все ужесточающихся в настоящее время требований по обеспечению максимальной сохранности зернового материала и высокого качества посевного материала при минимальных затратах энергии и средств на обработку.

Одним из эффективных способов повышения технического уровня машин и технологий является совершенствование методов проектирования, когда возможно всестороннее рассмотрение требований к конструкции и технологии и может быть учтено большое количество часто противоречивых требований. Так, к каждой зерносемяочистительной машине выдвигаются требования минимальных потерь семян в отходы и минимального травмирования материала при максимальном выделении примесей. Главное же при разработке машин -выбор таких их признаков, которые наилучшим образом реализуют агробиологические и технологические требования [6, 7]. Признаками создаваемых новых технических решений могут служить характеристики качественных и количественных его свойств. Количественные характеристики представляют собой параметры машин и технологий. Технические решения характеризуются определенным множеством признаков, отражающим их свойства на всех этапах периода эксплуатации. Основными подмножествами признаков являются показатели назначения, категории качества, показатели технологичности, уровень унификации и стандартизации, показатели эстетичности, эргономичности, экологичности, характеристики конкурентоспособности, условий эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, показатели экономичности.

решения на любом из этапов однозначно исключают возможность появления эффективного технического решения. Особо необходимо отметить, что даже появление эвристических решений на каждом из этапов, но не совместимых или недостаточно совместимых также исключает создание перспективных машинных технологий. В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом практически отсутствуют алгоритмы создания технических решений, необходимых для реализации последующих поколений машинных технологий. Одна из главных причин такого положения заключается в том, что каждое последующее рождающееся техническое решение в большинстве случаев основывается на других появляющихся в то же самое время решениях. То есть количество создаваемых технических решений переходит в бесконечность. В какой-то степени эта бесконечность прогнозируется при помощи различных моделей, эффективность которых, как правило, является недостаточной для проектировщиков и производителей. Поиск и разработку технологий и технических средств для очистки и сортирования зерновых материалов осуществляли путем поэтапного или концептуального [ 46, 62] описания (распознавания) разрабатываемых технологий и машин для их реализации: (2.2) = { , }.

2.2. Алгоритм поиска технических решений процессов послеуборочной обработки зерна Процесс создания перспективных технологий и технических средств очистки и сортирования зерновых материалов, а также и других машинных технологий Rs, может быть представлен состоящим из двух этапов: (2. 1) R =R +R ,

Математические модели способов сепарации и устройств для их реализации при таком описании включают множество целей А (качество сепарации, потери семян) и множество признаков Р (энергоемкость процессов сепарации, стоимость обработки), характеризующих объект в целом на всех этапах его жизненного цикла. Целевое описание А содержит множество целей, которым должно удовлетворять создаваемое новое техническое решение: (2.3) }. = ={ , ,...,

s

1

2

Первый этап R1 - разработка новых способов сепарации, лежащих в основе технологий (общих), включающих несколько отдельных процессов, а также создание способов сепарации для реализации отдельных (составляющих основную технологию) технологических процессов рабочих органов. Второй этап R2 - проектирование и производство, т.е. воплощение разработанных технических решений в машинные линии. Оба этапа являются взаимосвязанными между собой и предопределяют уровень разрабатываемых машин и технологий. Причем эффективные машинные технологии могут быть созданы только при единственном условии, что решения каждого из этапов, а также их совокупности будут оптимальными по разрабатываемым критериям. Неудачные

ОТ

А Р

1

ОТ

а а

А

2

1

2

а

n

Функционирование технического решения оценивали математическими моделями, включающими множество признаков Р , характеризующих взаимодействие машин и технологий с обрабатываемым материалом, а также зависимостями признаков Р от смены состояний Н объекта (переход на другую культуру, включение в линию обработки сушилки или отделений временного хранения зерна): (2.4) ОТ = Р ,Н . 3

{

}

Структурное описание технологий и технических средств для очистки и сортирования зерна определяли через математические модели, включающие элементы, составляющие сущность способа (последовательность подачи материала на различные сепарирующие рабочие ор-

ганы) или устройства Е (питатель-дозатор, сепарирующий рабочий орган, приемники продуктов разделения), признаки Р, характеризующие устройства и способы сепарации на всех этапах жизненного цикла, различные варианты технологий сепарирования Q, которые могут быть реализованы создаваемыми сепараторами: . (2.5)

{

ОТ 4 = Е , Р,Q

}

Параметрическое описание машин и технологий представляли через множество технологических и конструктивных параметров рi : (2.6) = {ρ , ρ ,..., ρ }.

ОТ

5

1

2

1

}

2

n

Х = { х , х ,..., х } - множество разрабатываемых машин; V = {v , v ,..., v } - множество критериев. 1

2

n

1

2

0

n

Тогда функция разработки F может быть выражена как , (2.8) F Μ( ψ ο ϕ ( A 0 ) → V где ϕ, ψ - бинарные отношения между элементами множеств соответственно А и Р; Р и Х . При этом . ϕ ⊂ ( A × P ) ; A ⊆ A ;ψ ⊂ ( P × X ) 0

Установить бинарное отношение ϕ и ψ означает, что надо указать на те упорядоченные пары декартового произведения, которые находятся в отношении ϕ и соответственно ψ0 .

Бинарные отношения ϕ (между множествами А и Р) при разработке означают отношение между целями и признаками, а бинарное от-

ношение ψ (между Р и Х) - между признаками и техническими решениями. Поскольку каждой цели может соответствовать несколько при-

0

Аналогично

ψ ( A ) = ( x ∨ p )[ p ∈ Р ∧ ( p , x )∈ψ ]

n

Процесс создания перспективных зерно-семяочистительных машин, как переход от одного описания технического решения к другому, реализован следующим образом: (2.7) R1 =OТ1 ⇒ OТ 2 ⇒ OТ 3 ⇒ Κ ⇒ OТ n Обоснование оптимального варианта технологий определяли путем отражения на множестве критериев среза произведения бинарных отношений: множества критериев и множества признаков, множества признаков и множества технических решений. Обозначим: Р = p , p ,..., p - множество признаков;

{

знаков, то подмножество рi , с которым аi находится в отношении ϕ, является срезом через элемент аi. Если для разработки конкретного технического решения выбрано подмножество А0 множества целей А , можно найти срез через А0 [23, 46]: (2.9) ϕ ( A ) = ( p ∨ a ) [ a ∈ A ∧ ( a , p ) ∈ϕ ] .

0

,

(2.10)

0

где ψ(А0) - срез множества Р по подмножеству Р0 .

ψ οϕ = (( a , x ) ∨ p )[( a , p )∈ ϕ ∧ ( p , x )∈ψ ]

(2.11) . Произведение бинарных отношений представляет собой множество упорядоченных пар (а, х), для которых существует элемент р множества

Р, с которым а находится в отношении

ϕ, а сам он вступает в отноше-

ние ψ с элементом х . Срез произведения по подмножеству А0 выражается следующим образом [155]: ψ οϕ ( A0)=((a, x)∨ p)[(a, p)∈ϕ ∧( p, x)∈ψ ∧a∈A0 ] .(2.12) Отображение среза произведения бинарных отношений на множество оценок означает функцию, определенную на множестве

ψ(А0)

ϕ0

и принимающую значение на множестве V. Каждый элемент множества V при этом представлял собой в общем случае n - мерный вектор, компонентами которого являются стоимостные характеристики, характеристики полезности и др. Выражение (2.8) использовали как целевую функцию разработки технического решения, которую в результате выполнения определенных операций оптимизировали: (2.13) ( F Μ( ψ ο ϕ ( A )) → V → opt 0

0

Бинарные отношения между агротехнологическими требованиями и признаками создаваемых технологий и машин для очистки и сортирования зерна можно представить в виде таблицы или матрицы соответствий:

С

ij

 P1 P 2 Λ P m    Λ C C C 1m a 1  =  11 12  Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ  C C Λ C a  nm n  n1 n 2

,

(2.14)

Строки матрицы соответствуют агротехнологичесиким критериям создаваемых технологий и машин, а столбцы - основным признакам. В ячейках на пересечении строк и столбцов проставляют: +1 - признак соответствует цели и для ее достижения показатели должны быть увеличены; -1 - признак отвечает цели и отрицательно влияет на ее достижение, и для достижения максимальных значений целей показатели должны быть уменьшены; 0 - признак не отвечает цели. На основании целевого описания и матрицы соответствий определяем концептуальное описание. Оно включает выражение потребности разработки, цели в ранжированной последовательности и признаки, соответствующие основным целям:   . (2.15)

ОТ

2

= a 0[a1 (( P)(a , P) ∈ϕ ),a2(( P)(a , P) ∈ϕ ),Λ 1 2 

,a (( P)(a , P) ∈ϕ ]  n

n

Формула [155] сложного высказывания, определяющая потребность в разработке нового технического решения, имеет вид: (2.16) ∧ ∧ ∧ (Y ∨ ) ,

Y = Y

1

Y

3

Y

4

5

Y

2

где Y1 , Y2 - наличие технологий очистки и сортирования и технических средств для их реализации в нашей стране и за рубежом; Y3 - можно отказаться от создаваемого решения; Y4 - получение народнохозяйственного эффекта от применения нового объекта; Y5 - можно приобрести создаваемые решения за рубежом. Область определения функции (2.16) следующая: Y=(0,1) , где 0 - разрабатывать не нужно; 1 - разрабатывать надо. После составления концептуального описания объекта технического решения переходим к функциональному описанию, которое включает функциональные элементы, представляющие собой конечное множество деталей, узлов, комплектов, предназначенное для выполнения определенной функции, а также признаки объекта технического решения. Функциональные элементы вступают во взаимосвязь, обеспечивая единство технической системы. Графическое отображение функциональных элементов в виде вершин и связей между ними в виде ребер составляют граф G=L{E,V}, где E - множество функциональных элементов (вершин); V- множество связей (ребер). В сельскохозяйственных машинах связи в большинстве случаев указывают лишь соподчиненность функциональных элементов, находящихся на разных иерархических уровнях, и все функциональные элементы представляют собой не-

пересекающиеся множества входящих в них технологий или машин, поэтому граф приобретает форму дерева. При объединении технических решений в одно общее дерево следует следить за совместимостью функциональных элементов и их признаков. Под совместимостью понимается такая общность элементов и их признаков, которая обеспечивает возможность их взаимодействия. Расширение множества технических решений, относящихся к технологии или машине в целом, осуществляют по отдельным ее элементам с использованием информации из различных источников, включая авторские свидетельства и патенты. Расширение множества технических решений позволяет выявить на нем технические решения, обладающие патентной новизной. Однако само дерево несет информацию лишь о структуре технических решений и об их конструктивных признаках. Этого недостаточно для выбора вариантов, отвечающих другим элементам множества признаков из концептуального описания. Поэтому дерево нужно дополнить средствами формального отражения отношений на множествах технических решений и их функций и признаков. Воспользуемся для этого матрицей соответствий, строки которой соответствуют функциональным элементам, а столбцы - признакам из полного их множества. Матрица определена на множестве значений: 1...k, 0, -1,...,-m , где k, m, - количество функциональных элементов, соответственно улучшающих и ухудшающих соответствующие признаки. При этом k и m являются величинами рангов, т.е. степенью влияния функциональных элементов на признаки. Выбор технических решений осуществляют, используя дерево технических решений, на основании которого выбирают несколько вариантов разрабатываемой машины с учетом концептуального и функционального описаний. Главное условие выбора технического решения - максимум суммы значений (которые определяются из матрицы соответствий) функциональных элементов, из которых состоит техническое решение. Эффективность алгоритма поиска технических решений определяется в первую очередь мощностью множества (базами данных) существующих технологий и технических решений зерносемяочистительных машин для послеуборочной обработки зерновых материалов. Результативность второго этапа R2 зависит от технических решений, полученных на стадии первого этапа R1 однако однозначно не определяется им. На втором этапе при помощи специально созданной интегрированной компьютерной системы технологического и технического

обеспечения послеуборочной обработки зерна и подготовки семян определяли оптимальные варианты реализации технических решений, полученных на первом этапе. При этом в автоматизированном режиме определяли оптимальные решения машин и технологий, а также оценивали их технико-экономическую эффективность. 2.3. Структура базы данных и основные программные модули интегрированной системы Компьютерная система технологического и технического обеспечения послеуборочной обработки зерна и подготовки семян предназначена для автоматизированной выработки технологических и технических решений, расчета технико-экономических и технологических показателей обработки зерна и семян. Система является инструментальным средством для формирования технологических линий обработки зерна и подготовки семян, выбора машин, оборудования, агрегатов и строительных конструкций. Кроме того, система предназначена для решения справочно-информационных задач, возникающих как в процессе создания линий, так и при их эксплуатации, т.е. при послеуборочной обработке зерна и подготовке семян. Программная система обеспечивает пользователю возможность быстро ориентироваться во множестве данных, находить требуемые объекты, корректировать их при необходимости, фиксировать новые варианты, производить вычисления и получать результат на экране дисплея или в отпечатанном виде. Информационное обеспечение системы представляет собой совокупность баз данных, содержащих условно постоянную информацию (НСИ) и динамическую, полученную в процессе комплектования линий. Часть элементов базы данных характеризуется графическими изображениями (схемы технологий, схемы машин, рисунки, чертежи). Некоторые параметры могут вычисляться по специальным программам. К базам данных, содержащим условно-постоянную информацию о производстве и подготовке семян, относятся: зоны производства, хозяйства, семена, технологии, машины и оборудование, системы управления, здания, персонал, заводы. Динамическая информация содержится в базе данных «Проект», которая дает информацию о вновь разработанных технологических линиях, заводах. Комплекс технических средств, обеспечивающих функционирование системы, базируется на основе персональной ЭВМ типа IBM PC/AT со следующими характеристиками: -адаптер видеомонитора EGA; ВГА; -накопитель на жестком магнитном диске емкостью не менее 40 Мб;

-накопитель на гибком магнитном диске емкостью 1,2 Мб; -принтер с шириной каретки 16″. Основной комплект технических средств целесообразно дополнить графопостроителем и автосканером. Программные средства системы функционируют в среде операционной системы MS/DOS 3.3. Кроме обработки текстовой информации обеспечена возможность работы с графическими данными - ввод и корректировка графических изображений с помощью редактора, управляемого с клавиатуры или манипулятора (мышь), хранение и поиск структурированных графических объектов, создание новых графических объектов. Наряду с поддержкой нормативно-справочных баз данных обеспечивается возможность работы с описаниями иерархических структурированных объектов, каковыми являются проекты технологических линий, цехов, заводов. Кроме информационных функций система обеспечивает технико-экономическую оценку решений. Прикладное программное обеспечение допускает пополнение новыми программами. Структура базы данных включает: 1) зоны производства; 2) хозяйства; 3) зерно, семена; 4) машины и оборудование; 5) здания и сооружения; 6) технологии; 7) персонал; 8) заводы, цеха, линии; 9) математические модели процессов; 10) нормы СНиП , стандарты (рис. 2.1).

3.2.

Рис. 2.1. Логическая схема программных модулей системы технологического и технического обеспечения послеуборочной обработки зерна и подготовки семян Зоны производства содержат следующую информацию (рис.2.2): 1. Общая характеристика зоны. 2. Наименование и номер зоны, подзоны. 2.1 Расчетная ветровая нагрузка, кг/м2 . 2.2 Расчетная снеговая нагрузка, кг/м2. 3. Возделываемые культуры. 3.1 Распределение посевной площади по культурам.

Урожайность культур.

Рис. 2.2. Логическая схема программного модуля зон производства 3.3. Распределение валового сбора по культурам. 3.4. Уборочная влажность культур, %. 3.5. Продолжительность уборки по каждой культуре. 3.6. Период уборки каждой культуры (начало-окончание). 3.7. Дисперсия интенсивности поступления убираемого материала каждой культуры по дням.

3.8. Дисперсия интенсивности поступления убираемого материала каждой культуры по часам дня. 3.9. Распределение зерна каждой культуры по влажности. 3.10. Доля зерна каждой культуры, подлежащего сушке. 3.11. Товарность зерна каждой культуры. 4.Валовый сбор, млн.т. 5. Засоренность, %. Хозяйства (рис. 2.3). 1. Название хозяйства. 2. Адрес хозяйства (предприятия). Хозяйства FARMMENU

Каталог областей файл OBLCAT

Каталог параметров хозяйств файл PRMCATFM

Каталог районов файл RGNCAT Каталог хозяйств FARMS (STATE, CATALOG, ZNAME) файлы FARMS, RGNCAT

Каталог параметров хозяйства-культуры файл PRMCATCF

Кталог культур файл CULTURES Параметры хозяйств (PARAMHOZ) файлы PARMFARM PRMCATFM

Культуры (пром. меню) (CLTRMH) файл CULTURES Параметры культур по хозяйствам (PARMCLFM) файл PRMCULT PRMCATCL

Рис. 2.3. Логическая схема программного модуля хозяйств

3. Структура посевных площадей, занятых зерновыми культурами - площадь под каждой зерновой (масличной, семена трав) культурой, га. 4. Урожайность зерновых (масличной, семена трав) культур, т/га. 5. Календарные сроки поступления зернового (семенного) материала на предприятие в течение суток, час. 6. Продолжительность сезона обработки, дней/час. 7. Продолжительность рабочего дня (режим работы), час: а) в период приема зернового (семенного) материала; б) в период сушки; в) в период обработки сухого материала; г) в период протравливания и упаковки. 8. Количество не подлежащих смешиванию партий зернового (семенного) материала (культур, сортов, репродукций и др), одновременно поступающих на предприятие (максимальн). 9. Максимальный размер партии зернового (семенного) материала, поступающей за сезон, т. 10. Максимальный размер партии зернового (семенного) материала, поступающей за сутки, т. 11 Количество зернового (семенного) материала, поступающего на предприятие после сезона уборки по культурам, т. 12. Влажность зернового (семенного) материала, поступающего на предприятие - по культурам, % (максимальная, средняя). 13. Содержание сорной примеси (максимальное) в зерновом (семенном) материале, поступающем на предприятие-по культурам, %. 14. Перечень трудноотделимых примесей, содержащихся в зерновом (семенном) материале. 15.Доля зерна (семян), подлежащего сушке-по культурам, %. 16. Вид транспортного средства, доставляющего зерновой (семенной) материал на предприятие. 17. Масса (брутто) несамосвального транспортного средства, доставляющего зерновой (семенной) материал на предприятие (максимальн.). 18. Направление опрокидывания кузова при разгрузке самосвального транспортного средства (назад, вбок). 19. Форма упаковки доставляемого на предприятие зернового (семенного) материала (насыпью, в контейнерах, в мешках навалом, в мешках на поддонах).

20. Доля зерна (семян), подлежащего реализации за пределами хозяйства-по культурам, %: общая, в т.ч. в период поступления зернового (семенного) материала на предприятие. 21. Количество не смешиваемых партий зерна, подлежащих длительному хранению на предприятии после его обработки. 22. Максимальные и минимальные размеры не смешиваемых партий зерна (семян), подлежащего длительному хранению на предприятии после его обработки, т. 23. Вид упаковки и способ хранения зерна (семян) после его обработки (насыпью, в контейнерах, в мешках навалом, в мешках на поддонах). 24. Вид мешков для семян (пластиковые, крафт, джутовые, льняные). 25. Вместимость мешков для семян, кг. 26. Масса погрузочного места с затаренными в мешки семенами, кг. 27. Наличие на площадке предприятия: а) весовой; б) лаборатории; в) складов готовой продукции, его вместимость, т; г) трансформаторной подстанции необходимой мощности; д) бытовых помещений; е) пожарного депо; ж) пожарных водоемов; з) ремонтной мастерской; и) склада ядохимикатов; к) телефонной связи; л) благоустроенной территории. Зерно, семена (рис .2.4). 1. Культура. 2. Общая характеристика культуры (текст). 3. Назначение (семена, продовольствие, фураж, пивоваренный). 4. Репродукция. 5 Категория. 6. Сортовая чистота. 7. Класс. 8. Натура. 9. Содержание клейковины, %. 10. Масличность, %. 11. Содержание семян основной культуры, %. 12. Содержание семян других растений, шт/кг, в том числе семян сорных растений, шт/кг. 13. Содержание зерновой примеси, %. 14. Содержание сорной примеси, %. 15. Влажность, %. 16. Всхожесть, %. 17. Цена, руб/т.

Семена, зерно SEMEMENU Каталог семян, зерна MACHINE файл SEMENS (03) Каталог параметров семян, зерна MACHINE файл PRMCATSM (01) Параметры семян, Описание семян, Обобщенный зерна зерна признак PARAMCLT(ZCODE) (ZNAME, SUBделимости файлы PARMSEM NAME) OBPRDM PRMCATSM файл SEMENS Рис. 2.4. Логическая схема программного модуля семян 18. Физико-механические свойства и обобщенные признаки делимости: а) длина, мм; б) ширина, мм; в)толщина, мм; г) масса, кг; д) натура, кг/л; е) угол трения, град; ж) угол естественного откоса, град; з) функциональные выражения обобщенных признаков делимости. 19. Условия расчетов: а) надбавка цены за качество; б) скидки цены на низкое качество (расчетные формулы). Машины и оборудование (рис. 2.5). 1.Название. 2.Марка. 3.Назначение. 4. Шифр по системе машин. 5. Тип. 6. Исполнение. 7. Производительность, т/ч. 8. Обобщенный признак разделения. 9. Базовые значения характеристики обрабатываемого материала: 9.1. Культура. 9.2. Объемная масса, кг/м3. 9.3. Влажность, %. 9.4. Содержание сорной примеси, %. 10. Полнота выделения примеси, %. 11. Потери основного продукта, %.

12. Выход фракций, %: 12.1. Обработанный материал. 12.2. Отходы 1 -й аспирации. 12.3. Отходы 2 -й аспирации. 12.4. Крупные примеси. 12.5. Подсев. 12.6. 2-й сорт и т.д. 13. Содержание основного продукта в каждом выходе. 13.1. Обрабатываемый материал. 13.2. Отходы 1-й аспирации. 13.3. Отходы 2-й аспирации. Машины MSHM

15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.

Каталог машин по системе машин MACINE (10) файл MACHGRSM

Каталог машин MSCHAT файл MACHINES

Каталог параметров машин MACHINE (11) файл PRMCATMH

27. 28. 29.

Параметры машин PARMPRIM (CMSH) PARMMACH, PRMCATMN

Обобщенный признак разделения OBPRRAZD

Технологическая и конструктивная схема машины SHEMMACH

Рис. 2.5. Логическая схема программного модуля машин и оборудования

14.

13.4. Крупные примеси. 13.5. Подсев. 13.6. 2-й сорт и т.д. Распределение основного продукта по выходам (по отношению к содержанию основного продукта в исходном материале), %: 14.1. Обрабатываемый материал. 14.2. Отходы 1-й аспирации. 14.3. Отходы 2-й аспирации.

30.

14.4. Крупные примеси. 14.5. Подсев. 14.6. 2-й сорт и т.д. Дробление, %. Микротравмирование, %. Вместимость общая, м3. Зерновая вместимость, м3. Масса, кг. Установленная мощность потребителей электроэнергии, общая, кВт. Вид топлива. Расход топлива, кг/ч. Расход воздуха на технологический процесс, м3/ч. Расход воздуха на аспирацию помещения, м3/ч. Габаритные размеры, мм: 25.1. Длина, ширина, высота. Размеры зоны обслуживания, мм: 26.1. Спереди, сзади, справа, слева, сверху. Площадь в производственном помещении, необходимая для помещения машины (включая зоны обслуживания), м2. Кубатура производственного помещения, необходимая для размещения машины (включая зоны обслуживания), м3. Координаты центров входа обрабатываемого и вспомогательного материалов и выходов обрабатываемого и других материалов (расстояние от проекции габарита основной машины), мм: (продольный - от переднего края, поперечный - от левого края, высота - от уровня пола). 29.1 . Вход обрабатываемого материала. 29.2. Выход обрабатываемого материала. 29.3. Отходы 1-й аспирации. 29.4. Отходы 2-й аспирации. 29.5. Подсев. 29.6. 2-й сорт. 29.7. Крупные примеси. 29.8. Отработанный воздух. 29.9. Схема входа и выходов материала. Размеры присоединительных элементов входа обрабатываемого материала и выходов материала, мм: 30.1. Вход. 30.2. Выход обрабатываемого материала. 30.3. Отходы 1-й аспирации.

30.4. Отходы 2-й аспирации. 30.5. Подсев. 30.6. 2-й сорт. 30.7. Крупные примеси. 30.8. Отработанный воздух. 31. Установочный чертеж. 32. План фундамента. 33. Координаты точек опоры, мм. 33.1. Передняя левая опора. 33.2. Передняя правая опора. 33.3. Левая задняя опора. 33.4. Правая задняя опора. 34. Площадь опоры общая, см2. 35. Давление на опору, кг/см2: 35.1. Максимальное статическое. 35.2. Максимальное динамическое. 36. Нагрузку на крепление к фундаменту, кг/с: 36.1. Максимальная динамическая горизонтальная. 36.2. Максимальная динамическая вертикальная. 37. Система управления (автономность). 38. Цена оптовая, руб. 39. Коэффициент перевода оптовой цены в балансовую. 40. Коэффициент использования сменного времени. 41. Коэффициент использования эксплуатационного времени. 42. Нормативная зональная загрузка, час/сезон. 43. Обслуживающий персонал. 44. Коэффициент отчисления на капитальный ремонт, %. 45. Коэффициент отчисления на реновацию. Здания и сооружения (рис. 2.6). 1. Наименование предприятия. 2. Номер типового проекта. 3. Год разработки проекта. 4. Общая характеристика предприятия. 5. Схемы (три проекции, аксонометрия). 6. Состав предприятия (цеха, отделения и т.п.) 7. Площадь застройки, м2. 8. Строительный объем, м3. 9. Материал: стены, перекрытия, покрытия, кровля. 10. Шаг колонн, мм. 11. Параметры (габаритные размеры) модуля (при модульной конструкции здания), мм: длина, ширина, высота.

12. Высота этажей, мм. 13. Расчетный вес снеговой нагрузки, кгс/м2.

Здания, сооружения ARCHMENU

Каталог параметров конструкций MASHINE (13) файл PRMCTAR

Описание конструкций PR1(ZNAME, SUBNAME) файл ARCHITECT

Каталог стройконструкций MACHINE (12) файл ARCHITECT

Параметры зданий PARMARCH (ZCODE) файлы PARMARHT

Проекции конструкции фасад план (вид сверху) вид сбоку Рис. 2.6. Схема программного модуля зданий и сооружений 14. Расчетный скоростной напор ветра, кгс/м2. 15. Расчетная температура наружного воздуха, град С. 16. Расчетная сейсмичность, баллы. 17. Сметная стоимость (без стоимости оборудования), тыс. руб. 18. Сметная стоимость 1 м2 площади производственных помещений, руб/м2. 19. Сметная стоимость 1 м3 производственных помещений, руб/м3.

20. Построечные затраты, чел⋅дней. 21. Коэффициент отчисления на капитальный ремонт. 22. Коэффициент отчисления на реновацию. 23. Коэффициент отчисления на текущий ремонт. 24. Институт - разработчик проекта. Технологии (рис. 2.7). 1. Описание технологии (текст). 2. Схема. 3. Описание схемы (текст).

4. Общая характеристика (текст). 5. Генеральный план предприятия (чертеж). 6. Технологическая схема предприятия (схема). 7. Технологические схемы цехов (схема). 8. Планы расстановки технологического оборудования (чертежи). 8.1. Ярусность расстановки технологического оборудования. 9. Спецификация оборудования (таблица). 10. Установленная мощность потребителей электроэнергии, кВт. 11. Удельный расход электроэнергии, кВт⋅ч/т. 12. Удельный расход топлива. 13. Годовой расход электроэнергии, кВт⋅ч.

Технологии TECHMENU

Проекты LINEMENU Каталог технологий MACHINE (4) файл SEMENS Описание схемы технологий PR, (ZNAME, SUBNAME) файл TEHNOLOG

Каталог операций MACINE (16) файл OPERCAT Технологии-операции DETALESH (ZNAME) файлы OPERCAT TEHNOLOG

Операции-машины DETMCH (CATAL, KOD) файлы TECHMCH, MASHINES

Расчет технологии RASCHET

Схема технологии SHEMAT

Ввод операций в технологию DETINP файл OPERCAT

Рис. 2.7. Логическая схема программного модуля технологии Персонал. 1. Профессия. 2. Часовая ставка, руб/час. 3. Категория. Заводы, цеха, линии, проекты (рис. 2.8). 1. Наименование предприятия. 2. Номер типового (индивидуального) проекта. 3. Год разработки проекта.

Структура линий EDTMM файлы MACHINES LINES

Каталог параметров проектов нерасчетных файл PRMCATN

Каталог расчетных параметров проектов файл CNTCATPR

Нерасчетные параметры проектов файлы PARMLINE, PRMCATL

Расчетные параметры проектов, PARMCNTP, файлы, CNTCATPR PARMCNTP

Структура проекта STRUCTET, файлы PEPART, STRUCTFT

Генеральный план проекта RUNDVG Технологическая схема Рис. 2.8. Логическая схема программного модуля проектов 14. Годовой расход топлива, т.у.т. 15. Общее количество работающих. 16. Площадь застройки, м2. 16.1. В т.ч. площадь основных производственных помещений, м2. 17. Строительный объем, м3. 17.1. В т.ч. объем основных производственных помещений, м3.

18. Сметная стоимость (общая), тыс.руб., в т.ч. стоимость оборудования. 18.1. Сметная стоимость 1 м2 площади производственных помещений, руб/м2. 18.2. Сметная стоимость 1 м3 производственных помещений, руб/м3. 19. Построечные трудозатраты, чел⋅дн. 20. Институт - разработчик проекта. 21. Затраты труда на выполнение основного технологического процесса, чел⋅ч/т. 22. Затраты труда на устранение отказов и планово - техническое обслуживание, чел⋅ч/т. 23. Прочие затраты труда (на монтаж, обкатку, переоборудование, хранение), чел⋅ч/т. 24. Таблица расчета экономической эффективности (Формы 1,2 ГОСТ 23729-79). 24. Выход фракций, %. Математические модели. 1. Расчет технологии очистки зерна (семян) по комплексу признаков. 2. Расчет обобщенного признака делимости зернового (семенного) материала и обобщенного признака разделения зерна (семян) сепарирующими машинами. 3. Модель процесса сепарации воздушно-решетной машиной. 4. Модель процесса триерования. 5. Модель процесса окончательной очистки (пневмосортировального стола). 6. Модели процессов сушки. 7. Модели процессов хранения. 8. Оптимизация номенклатуры машин и оборудования. 9. Технико-экономическая оценка. Компьютерные программы разработаны в среде dBASE на языке CLIPPER с использованием графического пакета AUTOCAD и языка С. В некоторых программных модулях использован FORTRAN.

Заключение

По имеющейся в базе данных информации об исходных параметрах зернового (семенного) материала, условиях производства, требуемых показателях качества конечного продукта, а также имеющихся технических средствах обработки материала (зерноочистительных машин, хранилищ, сушилок и др.), математических моделях признаков делимости исходного материала и признаков разделения зерновых материалов на рабочих органах разработанный программный комплекс позволяет: - рассчитывать технологии послеуборочной обработки зерна и подготовки семян; - выбирать оптимальные параметры сепарирующих машин, сушилок, хранилищ и вспомогательного оборудования; - комплектовать варианты технологических линий с размещением их в зданиях; - оценивать технико-экономические и энергетические показатели вариантов; - оптимизировать варианты с выбором рациональных и давать подробную технико-экономическую и энергетическую оценку оптимального варианта.

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ПРИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНА И ПОДГОТОВКЕ СЕМЯН

3.1. Вводные замечания Создание нового поколения высокоадаптивных ресурсо – энергосохраняющих машинных технологий очистки и сортирования зерна и семян основывается, в первую очередь, на исследованиях механизма взаимодействия сепарируемого материала как объекта разделения, представленного комплексом физико-механических свойств, с рабочими органами зерно – семяочистительных машин. В настоящее время, в большинстве случаев, взаимодействие сепарируемого материала с элементами рабочих органов сепараторов описывается математическими моделями, представляющими собой символьные выражения, позволяющие оценивать качественное и количественное изменение свойств обрабатываемого материала. Синтез новых энерго - ресурсосберегающих технологий на основании существующих математических моделей [26, 51, 53, 60, 64, 139, 147, 187, 194, 199, 201], описывающих основные способы сепарации зерновых материалов с высокой степенью точности, является малоэффективным. Это объясняется тем, что существующие математические модели процессов сепарации в большинстве случаев описывают уже существующие способы сепарации, а также технические средства для их реализации. В процессе разработки новых технологий сепарирования зерновых материалов наиболее целесообразным является применение математических моделей двух классов: - моделей, описывающих последовательность применения существующих рабочих органов, реализующих известные способы сепарации; - моделей, описывающих соотношения между конструктивными элементами существующих и вновь создаваемых рабочих органов для сепарации зерновых материалов. Композиция моделей первого и второго классов позволяет исследовать и создавать принципиально новые варианты оптимальных в различных условиях производства технологий очистки и сортирования зерновых материалов. В данной главе представлены модели первого класса на примере методики расчета технологий сепарирования зерновых материалов по комплексу признаков, и второго класса - математической модели просеивания зерновых смесей через каскад решет. Математические модели рециркуляции зерновых смесей представляют собой композицию моделей первого и второго классов.

3.2. Методика расчета технологий сепарирования зерновых материалов по комплексу признаков Проектирование технологий сепарирования зерновых материалов включает определение комплекса зерно-семяочистительных машин и вспомогательного оборудования, позволяющих реализовать оптимальную технологическую последовательность их применения. Расчет технологической последовательности применения машин осуществляется, как правило, по нескольким критериям на основании исследования физико-механических свойств исходного материала (признаков делимости), в наибольшей степени влияющих на разделяющую способность сепараторов – признаков разделения. Эффективность проектируемых технологий зависит, в первую очередь от рационального выбора технологических операций и их последовательности, а также от технического уровня сепараторов, реализующих технологию. Выбор последовательности технологических операций осуществляют в основном экспериментальным путем, следующим известным методом. При помощи лабораторных сепараторов, являющихся аналогами реальных производственных машин, исследуют различные способы выделения тех или иных примесей, а для получения посевного материала высокого качества выделяют и малопродуктивные семена из исходного зернового материала. В результате принимают способ, включающий, по возможности, минимальное количество операций, реализующихся на существующих зерно-семяочистительных машинах. Недостатком классического метода выбора технологий [52, 89, 90, 104, 151, 163, 176, 192, 210], является то, что технологическая эффективность исследованных способов сепарации на лабораторных машинах более высокая, чем технологий, реализованных в производственных условиях. Однако основной фактор, ограничивающий возможности выбора оптимальной технологии при использовании известных методов, состоит в том, что поиск вариантов технологий производят в области небольшего количества признаков, которые могут быть реализованы ограниченным количеством имеющихся типов лабораторных машин. При исследовании вопросов делимости трудноразделимых семенных материалов применение экспериментальных методов поиска оптимальных вариантов технологий является малоэффективным, так как в таких случаях необходимо рассматривать комплекс четырех, пяти и большего числа признаков. Поэтому, как выход из положения, рассматривают корреляционные таблицы по всевозможным парам признаков или двумерные нормальные плотности распределения свойств [73,

170, 182, 214]. Эти методы не позволяют получить полного решения задач делимости семенных смесей, особенно при большем количестве признаков. При проектировании технологий сепарирования зерновых материалов целесообразно исследовать делимость семенных материалов по максимально возможному количеству признаков, включая и обобщенные. Методика расчета технологии разделения зерновых материалов по комплексу признаков, разработанная А.Н. Зюлиным на основе использования ЭВМ и теории распознавания образов, дает возможность быстро и с требуемой точностью определить теоретическую возможность разделения зерновой смеси по заданному комплексу n признаков и рассчитать оптимальную технологию разделения в предположении, что процесс разделения по любому признаку осуществляется абсолютно четко, независимо от близости значений признака разделяемых компонентов [70, 72, 98, 110, 111]. Такой подход дает хорошие результаты при ориентировочных расчетах новых технологий, когда необходимо из большого множества всевозможных вариантов отобрать группу наиболее эффективных технологий. Однако для окончательной оценки практически эффективной технологии необходимо учитывать случайный характер процесса разделения, осуществляемого любым сепарирующим органом. Как и в работах [73, 304, 317], исходим из того, что вся информация о зерновом материале, как объекте разделения, дается свойствами представительной выборки семян, как основного компонента А, и представительной выборки примеси - компонента В. Содержание основного компонента в исходном материале - Си, а в очищенном должно быть не ниже Ск. Содержание основного компонента в отходе после обработки должно быть не более Дк. Каждая зерновка или частица примеси характеризуется n признаками разделения: х1, х2, …, хn, среди которых могут быть и обобщенные, т.е. зависимые от нескольких других этой совокупности. Предполагается, что существуют рабочие органы или машины, разделяющие зерновой материал по этим признакам. Все исходные данные, включая характеристику исходного материала (массивы А, В, данные Си, Ск, Дк), введены в базу данных компьютера. Поиск технологии очистки семян от примеси с помощью компьютера производится по следующему алгоритму:

1. Частицы объединенной представительной выборки исходного материала ранжируем по каждому признаку хi, где i=1, 2, …, n, в отдельности Хi1 ≤ Хi2 ≤ … ≤ ХiN, где

N

=

N

(c )

+N

(П )

,

(С )

N ,N

(3.1) (П ) -

объемы представительных выборок се-

мян и примеси. 2. В области значений Хi в интервале (Хi1, ХiN), перебирая всевозможные интервалы с шагом ∆Х, находим граничные значения (С ) (С ) (П ) (П) (П ) Х il , Х ir основного компонента (семян) и X il1 , X ir1 ; X il( П2) , X ir 2

примеси, ограничивающие фракцию семян требуемой чистоты Ск и, соответственно фракции отхода с ограниченным содержанием семян в них Дк (рис. 3.1). Для этого в каждом из рассматриваемых интервалов (α, β):

2.1. Для каждой частицы исходного материала, представленного рядом (1), определяем вероятность Р(α, β) того, что сепаратор, действующий по признаку Хi, оставит ее в интервале (α, β), если ее признак Хi находится в нем и вероятность Р(α, β) быть отнесенной ошибочно сепаратором во фракцию F(α, β), если ее признак Хi находится вне этого интервала.

ε (α , β ) попасть во фракцию F(α, β) и суммарную вероятность ε (α , β ) приме2.2. Вычисляем суммарную вероятность

(С )

семян

(П)

си попасть в эту же фракцию: N (c ) , = ∑ ( P (kc ) (α , β ) + P (kc ) (α , β ) k =1 N (П) , = ∑ ( P (kП )(α , β ) + P (kП )(α , β ) k =1

ε (α , β )

(3.2)

ε (α , β )

(3.3)

(С )

(П)

где индексом (с) и (п) обозначена принадлежность частиц к семенам или примеси. 2.3. Вычисляем содержание С семян во фракции F(α,β) по формуле:

C(α , β )=

(c ) C иε (α , β ) (c ) C иε (α , β )+(1−C и)ε ( П )(α , β )

,

(С )

(С )

Х il , Х ir

, ограничивающих фракцию очищенных семян по

признаку Хi (рис 3.1 ). Аналогично из всех интервалов, удовлетворяющих условию (3.6), находим интервалы (слева и справа от найденного Х il(С ) , Х ir(С ) ), не пересекающиеся с ним, с максимальными значениями

Е

(П )

( ) X il1 , X ir1 и X il 2 , X i(r 2) ; ограничивающих фракцию отхода (П)

(П)

П

(α , β ) . Зна-

чения α и β этих интервалов (левого и правого) принимаем в качестве

П

с допустимым содержанием семян Дк. 3. По найденным максимальным значениям (C ) (П) , , i = 1, 2,Κ , n, и с учетом других приоритетов выбираем се-

E

i

E

i

паратор для первой технологической операции. В качестве других приоритетов могут быть, например, предпочтения использовать вначале более производительные и менее дорогие машины (рабочие органы) или машины, обеспечивающие попутно с основной операцией подготовку материала для более качественной работы последующих машин. Важным критерием первоочередности операции является количество готового основного продукта – семян или зерна, а также количество выделяемого отхода, получаемых в результате этой операции. В таком случае в качестве первой технологической операции принимается сепарирование по такому признаку Хj, по которому получается наибольшее значение E (С ) или E( П ) , или их сумма E (С ) + ( П ) . j

j

(3.4)

2.4. Величину С(α, β) сравниваем с Ск и Дк, т.е. проверяем, отвечает ли фракция F(α, β) требованиям очищенных семян или требованиям выделенных примесей: С(α, β)≥Ск ; (3.5) С(α, β)≤Дк . (3.6) 2.5. Для тех интервалов (α, β), для которых выполняется соотношение (3.5) или (3.6), определяем количество очищенных семян Е(с)(α, β) или выделенной примеси Е(с)(α, β): Е(с)(α,β)=(ε(с)(α,β))/N(c); Е(п)(α,β)=(ε(п)(α,β))/N(п). (3.7) 2.6. Из всех фракций F(α, β), удовлетворяющих условию (3.5), находим фракцию максимального выхода, т.е. с максимальным значением Е (с ) (α , β ) . Значения α и β этого интервала принимаем в качестве граничных

граничных:

j

E

j

4. “Выделяем’’ фракции чистых семян и отхода по признаку j в соответствии с найденными границами фракций по п.2.6, удаляя из массивов А и В те частицы, признак Хj которых попадает в интервалы границ фракций чистых семян и отхода. Относительное количество таких частиц определено величинами Е(С) и Е(П) согласно пп. 2 и 3. 5. Операции по п.1…4 повторяем с оставшимся массивом до полного разделения материала, либо до прекращения процесса из-за невозможности дальнейшего разделения и вычисляем суммарное количество очищенных семян и выделенной примеси в результате всех этапов процесса: r r (П ) (П ) . (С ) (C ) ; (3.8) = =

Е

∑E j =1

j

Е

∑E j =1

j

Представленный формулами (3.8) результат разделения семенного материала по комплексу n признаков Х1, Х2, …, Хn зависит не только от того, насколько велика разница признаков семян и примеси, но и от того, как четко сепарирующие органы способны разделять зерновой материал, компоненты которого существенно различаются по используемым признакам. Поскольку процессы сепарирования имеют случайный характер, четкость разделения определяется вероятностью отнесения компонента смеси к той или иной фракции (рис. 3.2).

Идеальный сепаратор должен безошибочно выделить фракцию частиц, признак которых Xi находится в границах заданного интервала (α, β). Реальный сепаратор выделяет фракцию, в которую входит часть материала из интервала (α, β), а также некоторое количество частиц, признак Хi которых находится за пределами этого интервала.

Вероятность Рк(α, β) каждой частице, признак Хiк которой находится в интервале (α, β), попасть в “свою фракцию’’, выделяемую сепаратором, зависит от интенсивности процесса разделения, продолжительности нахождения частицы в сепараторе, а также от удаленности частицы от границ интервала, т.е. от величин Хiк-α и β-Хiк. Кроме того, вероятность Рк(α, β) зависит и от принципа действия, типа, особенностей сепаратора, которые должны учитываться в каждом конкретном случае (рис. 3.3). Экспериментальные исследования работы известных сепарирующих устройств (решет, триеров, пневмосепаратора, пневмосортировального стола, каскадного решетного сепаратора) при разделении зернового материала на фракции показали, что график зависимости вероятности частиц не попасть в свою фракцию от близости ее признака к границам фракций имеет в общем сходный для всех сепараторов вид (рис. 3.3 ). Различаются графики сепараторов с дискретным распределением фракций (решето, триер) (рис. 3.3,а) и графики с непрерывным распределением фракций (пневмосепаратор, пневмосортировальный стол, каскадный решетный сепаратор) (рис.3.3,б). Для первой группы сепара-

торов характерно не симметричное распределение вероятностей перехода частиц в “чужие’’ фракции слева и справа от границы между фракциями. Графики вероятностей перехода, относящиеся к другой группе, близки к симметричным. Установленные исследованиями зависимости хорошо аппроксимируются выражением:

[

{

P (α , β ) =0,5 exp[− µαr ( X ik −α )t ]+ exp − µ βl ( β − X ik )t k

]} , (3.9)

где (Рк(α, β) – вероятность каждой частице с признаком Xiк (α≤Xiк ≤β ) в результате действия сепаратора не попасть в “свою” фракцию; µαr , µβl – интенсивность случайного процесса сепарации вблизи границ: справа от α и слева от β; t – продолжительность обработки материала сепаратором. Вероятность Рк(α,β) каждой частице с признаком α ≤Xik≤ β быть выделенной в «свою фракцию» определяется формулой: Рк(α,β)=1- Рк(α,β)

(3.10)

Вероятность Рк(α,β) попадания во фракцию F(α,β) частицы, признак Xik которой находится вне интервала (α,β), определяется формулой, подобной (3.9): , (3.11) P (α , β ) = 0 ,5 exp [− µ α l (α − X ik ) t ]+ exp − µ β r ( X ik − β ) t где µαl , µβr – интенсивность случайного процесса сепарации вблизи границ: слева α и справа от β. На рис. 3.4 представлены экспериментальные и расчетные по формулам (3.9) и (3.11) данные зависимости вероятности ошибочной сепарации у границ фракций при разделении пшеницы решетом с прямоугольными отверстиями. Адекватность полученных моделей позволяет использовать их при компьютерном исследовании делимости зерновых смесей и расчете оптимальных технологий очистки и сортирования семян. Эффективность разработанной методики была проверена на числовом массиве комплекса (длины, ширины, толщины, коэффициентов трения, критической скорости воздушного потока, плотности и фактора формы) физико-механических свойств трудноразделимых семян пшеницы Мироновская - 808 и ячменя. Эксперименты проведены на решетах длиной 2 м как для выделения крупных так и для выделения мелких примесей. Частота колебаний решетного стана составляла - 58 с-1, амплитуда колебаний – 7,5 мм; угол наклона решета к горизонту 60. Время нахождения материала на решете 13,3 с (скорость перемещения зернового слоя 0,15 м/с). Значения интенсивностей просеивания в процессе сепарации вблизи границ разделения, входящих в формулы (9) и (11) были следующими: µαr=0,62 c-1; µβl=2,14 c-1; µαl=2,26 c-1; µβr=0,56 c-1. k

{

[

]}

Pk(α,β)

0.5 0.4

3

2

1

0.3 0.2 0.1

0 1.5

1.9

2.3

2.7

3.1

Xl

3.5

Рис. 3.4. Экспериментальные и расчетные по формулам (3.9) и (3.11) данные зависимости вероятности ошибочной сепарации у границ фракций при разделении решетом с прямоугольными отверстиями; 1- вероятность попадания частиц, имеющих толщину меньшую, чем 2,0 мм, во фракцию частиц с размерами 2…2,8 мм; 2 – вероятность попадания частиц, имеющих толщину 2…2,8 мм, во фракции семян толщиной меньшей 2 мм и толщиной большей 2,8 мм; 3- вероятность попадания частиц, имеющих толщину большую, чем 2,8 мм, во фракцию 2…2,8 мм. Исследованный комплекс физико-механических свойств включал следующие признаки: Х1- плотность; Х2 – масса зерновок; Х3 – длина; Х4 – ширина; Х5 – толщина; Х6 – угол трения; Х7 – фактор формы. Расчеты делимости семян проведены по новой методике и методике, разработанной А.Н. Зюлиным [72]. Сравнительные этапы проведенных расчетов делимости и результаты, полученные для семян пшеницы 1 - го и 2 - го классов стандарта, представлены в табл. 3.1, где знаки «<» «>» указывают, какое множество значений числовой оси признака отсекается на данном этапе разделения. Результаты расчета показали, что максимальное количество семян пшеницы 1 - го класса стандарта, которое теоретически может

быть выделено по семи признакам из исходного материала, представленного данными выборками, составляет 76 % при расчете по методу [73], и 61 % - по новому методу (табл. 3.1). Таким образом, расчет выделения примесей из семян основного материала показал, что количество выделяемых семян, соответствующих требованиям 1-го класса стандарта по разработанной методике меньше, чем по идеальной - в среднем на 12…14 %. Таблица 3.1. Последовательность операций разделения пшеницы и ячменя для получения семян пшеницы 1 - го и 2 - го классов стандарта Этап Выбран Пороговое значение --------------------разде- ный Хm(А) ! Хm(B) ления, признак К разделения, Хm 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2

Количество вы- Суммарное коделяемого ком- личество компонента, % понента выде--------------------- ленного за К А ! В этапов ----------------А ! В Выделение семян пшеницы первого класса стандарта Х3 <6,88* >8,54 57,00 13,0 57 13,0 <6,50** >8,81 48,50 8,50 48,5 8,5 Х5 >3,32 <2,62 3,00 28,0 60,0 41,0 >3,31 <2,53 1,50 23,50 50,0 32,0 Х7 >8,30 <6,70 3,5 8,5 63,5 49,5 >8,60 <6,35 1,5 7,50 51,5 37,5 Х6 >31,0 <16,0 2,50 0,0 66,0 49,5 >32,5 <17,5 3,0 1,50 54,50 39,0 Х1 >1,60 >1,81 0,5 2,0 66,5 51,5 >1,50 >1,30 0 2,0 54,5 41,0 Х2 >58,00 <32,20 1,0 0,0 67,5 51,5 >60,50 <30,6 1,0 1,0 55,5 42,0 Х3 >6,95 >8,68 7,5 0,5 75,5 52,0 >7,10 >8.81 5,5 0 61,0 42,0 Х6 >32,0 >21,0 1,0 0,5 76,0 52,5 >32,5 >21 0 0 61,0 42,0 Выделение семян пшеницы второго класса Х3 <7,30 >8,54 96,0 13,0 96,0 13,0 <7.30 >8,81 83,5 8,0 82,5 8,0 Х7 >8.45 <8,30 2,0 46,5 98,0 59,5 >8.60 <8,0 0 43,5 82,5 51,5

3

Х1

<1,25 >1,35 1,0 3,5 99,0 63,0 <1,30 >1,3 1,5 3,0 84,0 54,5 *- по методике разработанной А.Н. Зюлиным; **- по новой методике. Несмотря на такой низкий теоретический эффект очистки данная технологическая схема предусматривает использование машины, которой нет в производстве – сепаратор, разделяющий по признаку массы зерновок. Причем схема очистки очень длинная, с большим числом сепарирующих машин. Учитывая неизбежное увеличение кратности перемещения семян от машины к машине с подъемами материала нориями, а также высокую травмированность семян, можно предположить, что сравнительно низкая теоретическая эффективность очистки у такой технологической линии будет сопровождаться значительными потерями семян в отходы. Наибольшее количество семян пшеницы выделяется на первом этапе 57 % по методике [73] и 48,5 % по новой методике при делении исходной смеси по длине триером с ячейками диаметром 5 мм и 6,5 мм. При каждой из последующих семи операций происходит дополнительное выделение семян пшеницы и ее трудновыделимого компонента. Выделяемое количество компонентов меньшее 5 % вероятнее всего является следствием случайности выбора рассматриваемых образцов и не должно приниматься во внимание. То же самое относится и к очистке семян до норм 2 - го класса стандарта. При делении исходного материала триером с ячейками диаметром 7,30 мм может быть выделено 96 % по методике [73], и по новой методике – 83,5 % семян пшеницы, отвечающих нормам 2 - го класса стандарта. Суммарное количество семян отвечающих 2-му классу стандарта может быть выделено при расчете по методике [73] составляет 99 %, а по новой методике 84 %. Таким образом, применение предлагаемого метода расчета технологии сепарирования зерновых материалов позволяет проводить оптимизационные расчеты отдельных операций на ЭВМ, на основании таких факторов как содержание основного (очищенного) компонента в исходном и конечном материалах, потерь основного материала во фракции примесей, а также с учетом вероятности попадания зерновок в соседние фракции. 3.3. Исследование закономерностей процесса сепарации при рециркуляции фракций зернового материала. Повышение эффективности очистки зерновых материалов, особенно при сепарации трудноразделимых семенных смесей, в ряде

случаев достигается при повторной подаче промежуточной фракции (не являющейся отходом и чистым материалом) на один и тот же рабочий орган. Этот процесс называют рециркуляцией фракций. Способ рециркуляции фракций реализован в универсальной воздушно-решетной машине фирмы «Happle» (ФРГ), а также используется в некоторых случаях при применении пневматических сортировальных столов отечественного производства БПС, ПСС-2,5, СПС-5, МОС – 9, а в ряде случаев и в вибропневмосепараторах, выпускающихся зарубежными фирмами (Cimbria, Forsberg, Westrup, Heid, Ocrim и др.) [225, 284, 310, 315, 320]. Применение рециркуляции может повысить эффективность разделения и в сепараторах других конструкций. Однако до настоящего времени отсутствует аналитическое обоснование способа рециркуляции фракций, что создает существенные трудности при обосновании процессов сепарации с рециркуляцией одной из фракций, которую именуют, как правило, промежуточной или фракций – полуфабриката. Рассмотрим схему процесса сепарации с рециркуляцией части материала (рис. 3.5). Исходный зерновой материал в сепаратор поступает через дозатор, который обеспечивает равномерную и стабильную подачу исходного материала. Сепаратор разделяет материал на три фракции: отход, очищенное зерно и промежуточная (рециркулируемая) фракция. Первые две фракции после сепарации поступают в соответствующие емкости на хранение или дальнейшую обработку другими машинами. Промежуточная фракция транспортирующим устройством подается в приемное устройство того же сепаратора.

В течение непрерывного процесса часть впервые рециркулируемого материала направляется на рециркуляцию и второй, а часть от этой части и третий раз. Поэтому поток материала, направленный на рециркуляцию после сепарации исходного материала, назовем первичным. Первичный поток также разделится на три фракции, одна из которых пойдет еще раз на доработку. Поток материала, идущего на рециркуляцию после сепарации первичного потока назовем вторичным. С целью выявления основных закономерностей процесса рециркуляции примем допущение о том, что рециркулируемая часть материала распределяется на фракции в тех же пропорциях, как и исходный материал [76]. Промежуточный материал на дополнительную обработку подается с некоторым отставанием по времени, которое необходимо для перемещения промежуточной фракции к приемному устройству сепаратора. Учитывая тот факт, что все три фракции содержат выделяемую примесь и основной компонент, рассмотрим долевое распределение компонентов по фракциям в промежутке времени (назовем его первым) от начала сепарации исходного материала до поступления первичного рециркулируемого потока в приемное устройство сепаратора: εп – доля выделяемой примеси (отход); γ - доля основного компонента в отходах (потери); δ - рециркулируемая доля примеси, т.е. часть примеси, направленная на дополнительную обработку; λ - рециркулируемая доля основного материала (рис. 3.6). Часть примеси, оставшейся в очищенном материале после первого промежутка времени, обозначим К1 и определим ее значение, принимая, что в исходном материале доля примеси 1. В процессе сепарации доли εп и δ удаляются из исходной доли примеси, и остается: К1 = 1 - εп - δ .

Рис. 3.5. Технологическая схема процесса сепарации с рециркуляцией части материала: Им – исходный материал; О – отход; Ом – очищенный материал; Р – материал, поступающий на рециркуляцию.

(3.12)

Во втором периоде времени начинается поступление на сепаратор первичного потока рециркулируемого материала (вместе с исходным материалом) и продолжается до поступления в сепаратор вторичного потока рециркулируемого материала. Как и в первом промежутке времени, в исходном материале доля примеси 1. Но первичный поток к исходной доле примеси добавил и долю δ . Поскольку рециркулируемая доля примеси δ распределяется на три фракции по тем же пропорциям как и основная доля примеси, то долю примеси, попавшей в очищенный материал от δ, можно определить из выражения δ(1-εп-δ) .От исходного материала, который обрабатывается одновременно с первичным пото-

ком, в очищенный материал попадает доля примеси 1 - εп - δ. Тогда К2 доля примеси, оставшейся в очищенном материале, после второго промежутка времени состоит из этих двух долей: К2= (1-εп - δ)(1+δ).

(3.13)

мени накопление α1=0, во втором α2=δ , а в третьем α3=δ+δ2.Определим значение после n промежутков времени, при n →∞, так как продолжительность промежутков времени является незначительной по сравнению с продолжительностью всего процесса сепарации: αn=δ+δ2+δ3+...+δn-1. (3.15) Таким образом, накопление - это сумма долей примеси от первичного до n-го потока в рециркулируемом материале. Формула (3.15) является суммой членов бесконечно убывающей геометрической прогрессии

∞

∑

δ

n

, которая при условии δ<1 (оно

n=1

Аналогичные выкладки применимы и к третьему промежутку времени. Он включает период, начинающийся с момента поступления на приемное устройство сепаратора вторичного потока рециркулируемого материала. Определим долю примеси, поступившей на обработку в третьем промежутке времени. Вторичный поток в себе содержит долю примеси δ2 .Вместе с вторичным потоком на обработку непрерывно поступают : первичный поток, который содержит долю примеси δ и исходный материал с долей примеси 1. Таким образом, в рециркулируемом материале доля примеси составляет δ+δ2 , а в материале, поступающем на обработку 1+δ+δ2 . Доля примеси в очищенном материале составит: К3=(1-εп - δ)(1+δ+δ2). (3.14) Как видно из данного описания процесса, происходит накопление примеси в рециркулируемом материале. В первом промежутке вре-

выполняется по условию задачи) равна: (3.16) αn= δ/(1-δ) . Доля примеси в очищенном материале в n промежуток времени: Кп=(1-εп - δ)/(1-δ). (3.17) Из (3,17) видно, что при сепарации материала с рециркуляцией его части доля примеси в поступающем на обработку материале составляет 1/(1-δ) от исходной. Определим долю примесей в поступающем на обработку и в очищенном материале, например при δ=0,5 и δ=0,2, когда доля удаляемой примеси 0,4. В случае рециркуляции 50 % примеси после некоторого времени в поступающем на обработку материале доля примеси составит 1/(1-δ)=2, т.е. в 2 раза превысит долю примеси в исходном материале. В очищенном материале останется доля примеси К2 =0,2. Эти же показатели при δ=0,2 составят соответственно 1,11 и 0,5. Существует аналогичное распределение по фракциям основного компонента: Уn =λ/(1-λ), (3.18) где Уn- накопление основного компонента в рециркулируемом материале; λ - рециркулируемая доля основного компонента. Долю основного компонента Rn в очищенном материале определим по аналогии с формулой (3.17): (3.19) Rn=(1-γ-λ)/(1-λ). Полнота выделения примесей определяется по формуле:

Р=(Си-Со)/Си=1-(Со/Си), (3.20) где Си-содержание примеси в исходном материале; Со- содержание примеси в очищенном материале. Содержания примесей в исходном и в очищенном материалах могут быть определены по формулам: Со= mпo/(mпо+moo), (3.21) Си=mп/( mп+mo)= mп/m; где m - масса исходного материала; mп, mпо - масса примесей в исходном и очищенном материале соответственно; mо , mоо- масса основного компонента в исходном и очищенном материале соответственно, кг. Массы mпо и mоо выразим через mп и mо. Доля примеси, оставшейся в очищенном материале Кп, определяет во сколько раз уменьшилась масса примеси в очищенном материале в сравнении с исходным. Отсюда следует выражение: mпо=Кп ⋅mп. Аналогично для основного компонента, умножение Rn на массу основного компонента в исходном материале покажет во сколько раз уменьшилась (Rn<1) масса основного компонента в очищенном материале в сравнении с исходным: mоо= Rn⋅mо. Выражения mпо и mоо вставим в формулу (3.21), числитель и знаменатель поделим на m и, учитывая равенства mп/m=Си, и mо/m=1-Си, получим: Со= Кп⋅Си/[КпСи+Rn(1-Си)] . (3.22) Вставив выражения Со, Rn и Кп в формулу (3.20), после несложных преобразований получаем: Р=1-[(1-εп-δ)(1-λ)]/[(1-εп -δ)(1-λ)Си+(1-γ-λ)(1-δ)(1-Си)]. (3.23) Как пример рассмотрим зависимость полноты выделения примеси Р от величины удаляемой εп и рециркулируемой δ долей примеси, при Си=0,10, λ=0,10 и γ=0,02. Допустим, что после пропуска зернового материала через сепаратор без рециркуляции (т.е. δ=0) удаленная доля примеси составила 0,45. Полнота выделения в таком случае согласно рис. 3.7 составит Р=0,405. Определим значение δ рециркулируемой доли примеси, при которой полнота выделения будет равной 0,6 т.е. Р=0,6. Из точки 1 ведем кривую, соответствующую значению εп=0,45 (рис. 3.8) до пересечения с заданным значением Р (точка 2). На нижней оси отсчитываем значение δ=0,28 (точка 3). Таким образом , с помощью рециркуляции части материала получили прирост полноты выделения ∆Р=0,195. По вышеизложенному описанию процесса следует, что в рециркулируемом материале накапливаются примесь и ос-

новной компонент. Величины накопления определяются фор-

мулами (3.16) и (3.18).

Массу рециркулируемого материала mр можно выразить через массы примеси mрп и основного компонента mро в рециркулируемом материале: (3.24) mр= mрп+ mро, Выразим mрп и mро через mп и mо с учетом того, что αn определяет долю примеси, направленной на рециркуляцию от всей примеси: αn= mрп/ mп . (3.25) Аналогично для основного компонента: (3.26) Уn= mро/ mо . Выражения mрп=αn mп и mро= Уn mо вставим в формулу (3.24) и обе стороны уравнения поделим на m: mр/m= Уnmo/m + αnmп/m, (3.27) р где m /m - доля материала от всего исходного материала, направленная на рециркуляцию. Обозначив ее через q и вставив значения Уn и αn, получим: q= [λ(1-δ)+(δ-λ)Cи]/[(1-δ)(1-λ)]. (3.28) С увеличением количества рециркулируемой доли основного компонента увеличивается доля материала от всего исходного материала, направленная на рециркуляцию, особенно при возрастании рециркулируемой доли примеси (рис. 3.9).

С изменением долей примеси и основного компонента в рециркулируемом материале меняется и содержание примеси в поступающем на обработку материале. Компоненты смеси в рециркулируемом материале накапливаются до определенного предела. Из этого вытекает, что в n - й промежуток времени содержание примеси в поступающем на обработку материале также имеет предел Сп , который определим следующим образом: к массе примеси в исходном материале mп рециркулируемый материал добавляет массу примеси mрп. Масса поступающего на обработку материала состоит из массы исходного материала m и массы рециркулируемого материала mр . Отношение массы примеси ко всей массе является содержанием примеси в поступающем на обработку материале: (3.29) Сп=(mп+mрп)/(m + mр). Поделив числитель и знаменатель на m и выразив отношение масс через Уn , αn и Си получим: Сп=(1+αn)Си/[(1+αn)Си+(1+Уn)(1-Си)]. (3.30) После несложных преобразований получаем: Сп=(1-λ)Си/[(1-λ)Си+(1-δ)(1-Си)]. (3.31) В формуле (3.31) при определении Сп учитывается накопление примеси и основного компонента (рис. 3.10). Следовательно, содержание примеси в очищенном материале Со помимо формулы (3.22) можно определить и таким образом: Со=(1-εп-δ)Сп/[(1-εп-δ)Сп+(1-γ-λ)(1-Cп)]. (3.32) Определим производительность сепаратора, работающего в режиме рециркуляции. В режиме рециркуляции, при постоянной подаче

Q, рециркулируемая часть материала q увеличит нагрузку сепаратора. Чтобы сохранить постоянной оптимальную нагрузку сепаратора Q’, требуется уменьшить подачу исходного материала: (3.33) Qр= Q’/(1+q)=Wр где Qр , Wр - подача и производительность сепаратора соответственно при его работе с рециркуляцией части материала. Разница производительностей при обоих режимах работы равна W- Wр= Q’- Q’/(1+q), где W-производительность сепаратора без рециркуляции. Обе части равенства разделим на Q’. Отношение (WWр)/ Q’ является относительным уменьшением производительности сепаратора ∆q при его работе с рециркуляцией части материала, в сравнении с производительностью того же сепаратора, работающего без рециркуляции фракций: ∆q=q/(1+q), (3.34) Вставив значение q из формулы (3.28) получим: ∆q=[λ(1-δ)+(δ-λ)Cи]/[1-δ+(δ-λ)Си]. (3.35) Уменьшение производительности сепаратора при увеличении количества основного компонента, направляемого на рециркуляцию представляется линейными зависимостями (рис. 3.11). Из выражения (3.35), а также из (3.23) следует, что эффективность рециркуляции стабильно высока когда доля рециркулируемой примеси меньше удаляемой, а также при δ≈λ, т.е. когда состав рециркулируемой фракции близок к составу исходного материала. Рассмотрены качественные и количественные показатели процесса сепарации при условии, что рециркулируемый материал подается в приемное устройство сепаратора минуя дозатор. Однако полученные формулы (3.12...3.15) верны и для схемы, в которой рециркулируемый материал подается из сепаратора в дозатор, а дозатор настроен на подачу, обеспечивающую оптимальную нагрузку. Таким образом, на основании исследования процесса сепарации с рециркулируемой частью материала можно сделать следующие выводы. Рециркуляция является эффективным способом увеличения полноты выделения примесей. Увеличение доли рециркулируемой примеси, при постоянной доле выделяемой примеси, приводит к увеличению полноты выделения. Накопление примеси в поступающем на обработку материале, с учетом рециркулируемой доли, происходит до определенного формулой (3.31) предела. В связи с этим можно считать, что содержание примеси в поступающем на обработку материале является постоянным. Главными факторами высокой эффективности рециркуляции являются: рециркулируемая фракция по составу должна быть близ-

ка к исходному материалу, а доля рециркулируемой примеси – меньше доли выделяемой примеси в отход. 3.4. Математическая модель процесса разделения зерновых смесей каскадным решетным сепаратором Испытания опытных образцов универсального сепаратора, основным рабочим органом которого является каскадный решетный стан, показали практическую полезность и высокую технико-экономическую эффективность его применения при очистке как зерна, так и семян различных культур [77, 79, 245, 250]. Главное его достоинство – очищать основную часть зерна, заменяя воздушно-решетную машину и триер – оправдывает практический и научный интерес к нему. Вместе с тем, как показывают экспериментальные исследования и анализ математической модели его работы, имеются возможности существенного улучшения качества осуществляемого им процесса и его техникоэкономических показателей: уменьшение габаритов, массы, энергоемкости. В известной конструкции каскадного решетного стана универсального сепаратора производительностью 50 т\ч исходный зерновой материал подается на верхнее решето толстым слоем (толщиной около 60 мм), который распределяется почти по всей длине (1500 мм) решета [68, 80, 278, 280]. При этом способе загрузки мелкие и короткие примеси могут перемещаться вместе с зерном на расстояние 1200…1300 мм от начала решета, что усложняет процесс выделения их и обусловливает значительное увеличение длины решет нижерасположенных ярусов решетного стана. Более рациональной представляется подача материала одновременно на несколько верхних ярусов решет. Анализ разработанной модели процесса и проведенные экспериментальные исследования подтверждают эффективность такого технического решения. Математическая модель процесса сепарации зерна каскадным решетным станом при распределенной по верхним ярусам загрузке Как известно, при подаче зернового материала на решето толстым слоем процесс перераспределения частиц в слое может осуществляться не во всей толщине слоя, а лишь в некоторой ее нижней части. В этой части происходит относительное перемещение частиц зернового материала, которое способствует проникновению более мелких частиц к поверхности решета сквозь слой более крупных частиц (рис. 3.12). Толщина hм этого сепарирующего слоя зависит от многих факторов, в

том числе таких, как физико-механические свойства материала, интенсивность колебания решета, ‘’шероховатость’’ поверхности решета, толщина зернового слоя на решете и других. Как установлено, толщина hм обычно составляет 2…4 толщины зерновки, т.е. 2…4 элементарных слоя зерна [72]. Увеличение толщины слоя, при прочих равных условиях, приводит к уменьшению толщины hм сепарирующего (прорабатываемого) слоя, так как верхние слои материала, сдавливая нижние, ограничивают их подвижность тем сильнее, чем больше полный слой. В связи с этим при слишком большой толщине слоя (например, по пшенице более 20 мм) верхние слои зерна в процессе сепарации не только не участвуют, но и отрицательно влияют на эффективность сепарации в целом. Целесообразно материал обрабатывать на решетах слоем не выше сепарирующего слоя толщиной hм. Рассмотрим процесс сепарации, осуществляемый каскадным решетным станом, при подаче материала одновременно на несколько верхних ярусов решет ( на рис. 3.13 подача на три яруса) слоем толщиной не выше hм. Исходный зерновой материал включает подлежащий очистке основной компонент, т.е. зерно, мелкую (в том числе короткую) примесь и крупную (в том числе и длинную) примесь. Предполагается, что основной компонент по массе и объему составляет основную часть обрабатываемого материала, т.е. более 80%. Материал подается на делительное устройство 1 (рис. 3.13), выполненное, например, в виде короткого решета с большими отверстиями, которое распределяет зерновой материал в общем виде на m равных частей, направляемых параллельно на начала m решет (согласно рис. 3.13 m=3). Все эти решета одинаковые, т.е. они имеют круглые отверстия одного диаметра, позволяющие проходить через них не только мелким частицам, но и зерновкам основного компонента, а также части или полностью частицам крупной примеси. Каждый компонент исходной смеси просеивается через решета с характерной для него интенсивностью µ, зависящей, при прочих равных условиях, от свойств (в первую очередь размеров) частиц. Этим обусловлено существенное различие в закономерности процесса просеивания разных компонентов, которое подробно рассмотрено д.т.н. А.Н.Зюлиным [69, 71]. Не повторяя подробных выкладок известной работы, рассматриваем основные формулы, которые претерпевают изменения, связанные с новыми условиями распределения зернового материала на каскадном решетном стане. Это новое распределение можно назвать коротко «вертикальным» в отличие от известного «горизонтального».

Полнота просеивания εi(0) основного компонента через i – е решето блока m загрузочных решет представляется формулой:

ε

 Q −Q э  i Q э (0) , ; t ≤ it1( 0 ) = i µp t (0)  Q эµ p mQ ( 0 ) (t )  = i  iQ э 0) 1− exp( − µ (pэ (t − it1( 0 ) )), t > t1( 0 ) ,  m Q

(3.36)

где Q – подача исходного материала на решетный стан, кг/с; Qэ – подача материала, соответствующая распределению его на решете слоем в одно зерно, кг/с; t – продолжительность пребывания материала на решетах с момента поступления на начала решет, с; µ(0)p , µ(0)pэ – интенсивность просеивания через решето из толстого слоя и элементарного слоя, соответственно, с-1; t1(0) – момент перехода толстого слоя материала на решете в элементарный слой; i – порядковый номер решета (начиная с верхнего), на которое подается материал параллельными потоками (1≤ i ≤m).

приводить к определенному уменьшению толщины слоя материала на решетах. Однако, поскольку практический интерес представляют накопители с пропускной способностью в 3…4 раза меньшей, чем у основных решет, то с допустимой погрешностью можно распространить формулу (3.36) на процесс просеивания для остальных ярусов каскадного решетного стана. Рассмотрим теперь процесс просеивания мелкого компонента. В общем виде процесс просеивания мелкого компонента через решето n – го яруса представляется формулой [72]:

ε

(м) n

(t ) =

t

∫ [ψ 0

(м) n

( s ) h ( s ) + v ( s )] y n

n

(м) n

( s ) ds

,

(3.37)

где ψ(м)n(t) – функция интенсивности просеивания мелкого компонента через n – й ярус решетного стана, с-1; Vn(t) – скорость просеивания зернового материала через n – й ярус, м/с; hn(t) – толщина зернового слоя на n – м ярусе, м; Y(м)n(t) – линейная плотность мелкого компонента в зерновом слое на n – м ярусе, м-1, определяемая по формуле (3.38): t t s  −1 exp[ − ∫ λ n ( s ) ds ][ h n (t )] ∫ exp[ ∫ λ n ( r ) dr ][( λ n − 1( s )(V n − 1( s )]×  0 0 0 Y (nм ) (t ) =   ( м) −1 м ( ) λ n (t ) =ψ n (t ) +V n (t ) (h n (t ) ) . ×Y n − 1 ( s ) ds ; (3.38) Определим выражения входящих в формулу (3.37) функций применительно к условиям «вертикальной» загрузки. Толщина слоя на первом решете определяется по формуле:

 Q −Q э , (0) ;  H 0 − µ ( 0 ) p h эt , 0 ≤ t < t1 = (0) µ Q m э p t = ( ) h   t > t1(0) , h э ,

(3.39)

1

Просеивание основного компонента на других ярусах решет при i>m , работающих с накопителями слоя, несколько отличается от рассмотренного процесса при i≤ m. Это отличие обусловлено тем, что часть основного компонента просеивается на накопителе, что может

где H0 – толщина слоя материала, подаваемого на решетный стан, м; hэ – толщина элементарного слоя основного компонента на решете, м. Величины H0 и hэ связаны с Q и Qэ формулами: (3.40) H

0

=

Q ; BW γ

h = э

Q э , BW γ

где В – рабочая ширина решета, м; W – скорость перемещения материала по решету, м/с; γ - объемная масса зернового материала, кг/м3. Функция интенсивности просеивания ψ1(м)(t) и скорость убывания толщины слоя V1(t) также зависят от момента времени t1(0) , когда слой на решете становится элементарным:

ψ

(м) (t ) = 1

µ    µ

(м) p , (м) pэ ,

 µ (p0 ) h э ,  V 1(t ) =   0 ,

0 ≤ t < t1( 0 ) ;    t1( 0 ) < t ;   (0) 0 ≤ t ≤ t1 ;    t 1( 0 ) < t ,

(3.41)

где µ(м)pэ – интенсивность просеивания мелкого компонента через решето при элементарной загрузке. На решето второго яруса решетного стана также как и на первое, поступает m – я часть зернового материала толщиной Н0/m. Но толщина слоя на этом решете в течение определенного времени не убывает, как на первом, а сохраняется постоянной. Это происходит потому, что на слой зернового материала поступает просеивающийся материал с первого решета, причем, поскольку решета одинаковые, то скорость V2 уменьшения толщины слоя на втором решете равна скорости увеличения толщины слоя на этом решете, совпадающей со скоростью V1 убыли толщины слоя на первом решете. Сохранение толщины слоя на втором решете продолжается до момента времени t1(0) , когда на первом решете слой уменьшится до элементарного. Далее при t> t1(0) толщина слоя на втором решете будет уменьшаться, как это происходило на первом решете при 0≤ t < t1(0). В связи с этим происходит определенное удлинение слоя материала на втором решете. Такая же закономерность распределения материала сохраняется на каждом нижерасположенном i – м решете, на которое подается исходный материал слоем толщиной Н0/m: эта толщина слоя сохраняется в течение периода времени, равном (i-1) t1(0). В связи с этим для всех загрузочных решет (i≤m) можно записать следующие выражения hi(t), ψi(t) и Vi(t):

   (0) ( 0)  (i −1)t1 ≤ t < it1 ;   it1(0) ≤ t;    ( ) м ( 0) ( 0)  µ p , i t t it − ≤ < ( 1 ) ; 1 1   ψ i( м ) (t ) =  ( м)  it1(0) ≤ t; µ pэ ,    ( 0 ) µ p h э , (i −1)t1(0) ≤ t < it1(0) ;    V i (t ) =  it1(0) ≤ t.  0,  1  m H 0,  1 h i (t ) =  H 0 , m h э , 

0 ≤ t < (i −1)t1(0) ;

(3.42)

   (i − m −1)t н ≤t < mt 1(0) + (i − m)t н ;    ( 0) mt1 + (i − m)t н ≤t;    0≤t < (i − m −1)t н;   ( 0) (i − m −1)t н ≤t < mt1 + (i − m)t н   mt1(0) + (i − m)t н ≤t;   0,  0≤t < (i − m −1)t н ;    ( 0) (i − m −1)t н ≤t < mt1(0) + (i − m)t н ; V i (t ) = µ p h э,    mt1(0) + (i − m)t н ≤t , 0,   

 1  2m H 0 ,  1 t ( ) = hi  H 0, m h э ,  µ (Hм ),   ψ i( м) (t ) = µ (pм) ,  м µ pэ,

0≤t < (i − m −1)t (н0);

(3.43)

Процесс просеивания мелкого компонента через решета, расположенные ниже m загрузочных, определяется теми же формулами

(3.37) и (3.38), с той лишь разницей, что в этом случае функции hi(t), ψi(м)(t) и Vi(t) определены в других границах, связанных с накопителями слоя, установленными перед решетами при i>m: где tн – продолжительность движения материала на накопителе, с; µ(м)н – интенсивность просеивания мелкого компонента через накопитель, с-1. Величина tн определяется через продольное смещение решет L и скорость движения материала по решету по формуле: tн=L/W . (3.44) Использование выражений (3.42), (3.43) в формуле (3.38) позволяет определить последовательно плотность Y1(м)(t), Y2(м)(t),…, Yn(м)(t) и далее по формуле (3.37) вычислить полноту просеивания мелкого компонента через n –й ярусный каскадный решетный стан. Рассмотрим теперь процесс просеивания крупного компонента. Особенность крупного компонента в сравнении с мелким заключается в том, что: - крупный компонент просеивается с поверхности решета, т.е. из элементарного слоя hэ , что позволяет в формулах (3.37) и (3.38) считать h(t), h(s) и h(r) постоянными и равными hэ; - крупный компонент не проходит через решето попутно с основным компонентом, как это происходит с мелким компонентом, поэтому Vn(t)=0. С учетом этих особенностей формулы для определения плотности Yn(k) и полноты выделения εn(k) представляются в виде: t

t

s

0

0

0

Y (nk ) (t )=exp[− ∫ψ (nk )( s)ds]∫ exp( ∫ψ (nk )(r )dr )ψ (nk−)1( s)Y (nk−)1( s)ds, (3.45) t (k ) (k ) , (k ) ε n (t ) = hэ ∫ψ n (s)Yn (s)ds 0

(3.46)

где ψ(k)n(t) – функция интенсивности просеивания крупного компонента. Определим выражение плотности Yi(k)(t) для условий «вертикальной» загрузки, т.е. параллельной подачи на первые m ярусов решетного стана. Предполагаем, что крупный компонент в подаваемом на m решет материале распределен равномерно по толщине слоя:

 1  mH , 0 Y (t ) =  0,  (k )

t
0

t >t1(0) .

Подставляя выражения (3.47) в (3.45) и интегрируя, получим плотность распределения крупного компонента на первом решете: (0) (0) (k ) 1 µ p µ p − µ p − µ (pk ) ( − e ), Y (t ) = mH 0 µ (pk ) µ (pk ) 1

(3.48)

где µ(k)p – интенсивность просеивания крупного компонента через решето из толстого слоя. Используя полученные выражения Yi(k)(t) в формуле (3.46) получим формулу полноты просеивания крупного компонента через первое решето в период времени t≤ t1(0): (0) (3.49)  µ ( 0 ) − µ ( k )  − µ ( k ) t  hµ

ε

(k )

1

(t ) =

э

p mH 0 µ (pk )

(k ) µ p t − 

p

p

µ (p0)

p

1−e 

, 

t ≤t1(0) ,

поскольку значение функции интенсивности ψ1 при t t1(0 толщина слоя материала на первом решете становится элементарной, поэтому плотность распределения крупного компонента станет равной:

Y 1 ( t ) = Y 1 ( t1 ) e (k )

(k )

(0)

k) ( t − t1( 0 ) ) − µ (pэ

t > t1( 0 ) ,

,

(3.50)

где µ(k)pэ – интенсивность просеивания крупного компонента через решето в условиях загрузки элементарным слоем. Полнота просеивания крупного компонента в этом случае определяется формулой: (3.51) − µ ( k ) (t − t ( 0 ) )

ε 1( k ) (t ) =1− (1− ε 1( k ) (t10 )) e

pэ

1

,

t > t1( 0 ) .

Учитывая, что крупная примесь, поступающая с вышерасположенного (i-1) решета на слой материала на i –м решете, достигает поверхности i-го решета только, когда она опустится на него вместе с просеивающимся зерновым материалом, плотность распределения этого компонента на i – м загрузочном решете определяется выражением:

Yi1( k ) (t ),  (k Y i (t ) =  Yi 2( k ) (t ), 

t ≤ t1(0) ,

)

(3.47)

t ≤t1(0) ,

(k )

(3.52)

t > t1(0) ,

где Yi1(k)(t) плотность, определяемая по формуле (3.48); Y(k)i2(t) плотность, определяемая по формуле (3.45).

На остальных (не загрузочных) ярусах решет, т.е. при i>m плотность Y(k)i(t) и полнота просеивания ε(k)i(t) определяются по формулам (3.45) и (3.46) при i=n и следующих значениях функций интенсивности ψn(k):

 (k ) 0≤t ≤(n − m−1)tн ; µ н ,  (k )  (k ) ψ n = µ p , (n − m−1)tн
(3.53)

где µ(k)н –интенсивность просеивания крупного компонента через накопитель, с-1. Разработанная модель процесса просеивания, представленная формулами (3.36)…(3.53), формально описывает процесс разделения трехкомпонентной зерновой смеси, состоящей из основного компонента, мелкого и крупного. Но эта модель годится и для описания процесса разделения смеси, состоящей из любого числа разных компонентов, не являющихся основным. Например, мелкий компонент может состоять из нескольких компонентов, каждый из которых характеризуется своей, отличной от других, интенсивностью просеивания. Как в реальном процессе, так и в модели разделение таких компонентов осуществляется независимо друг от друга. 3.5. Моделирование аэродинамических свойств семян основных зерновых культур В современных зерно-семяочистительных машинах широко применяется воздушный поток как в начале технологического процесса - для выделения легких и мелких примесей, так и в конце – для сортирования, т.е. выделения мелких и щуплых зерновок основного материала. Процесс разделения зерновых смесей в воздушной среде основан на различии аэродинамических свойств частиц исходного материала. При введении зернового материала, состоящего из частиц с различными аэродинамическими свойствами, в пневмосепарационные каналы, часть зерен уносится потоком воздуха, а часть падает против потока, т.е. исходный материал разделяется на две фракции. Основное достоинство воздуха как рабочего тела – его универсальность: им можно обрабатывать семена от самых крупных и тяжелых (кукуруза, бобы и др.) до са-

мых мелких и легких (мак, семена трав и др.). Однако создание высокоэффективных пневмосепарирующих устройств возможно только на основе познания сложных явлений процессов пневмосепарирования с выявлением физической сущности процесса. Ряд исследователей [122, 123, 217, 287, 296] установил, что эффективность пневмосепарации зерновых материалов в лабораторных пневмосепараторах существенно выше, чем в промышленных сепараторах. Также приводятся данные, подтверждающие существенную разницу между критическими скоростями воздушного потока семян пшеницы и отдельных соломинок, причем эта разница для семян ячменя и овса намного меньше. Эти характеристики объясняют тот факт, что семена пшеницы более четко разделяются воздушным потоком, чем семена овса и ячменя. Теоретические исследования процесса пневмосепарирования связаны с определением аэродинамических свойств разделяемых частиц. Для характеристики аэродинамических свойств семян исследователями были предложены различные коэффициенты:

m kF kF ρ в 2m

- обтекания [45]; mg 0 ,124 VF 2 k V от - парусности [17 ]; - лётный [141]; mg - полета [15 ];

ρ ч - выполненности [215 ];

kFρ в

- условный коэффициент [161],

kв где m – масса зерновок, кг; k – аэродинамический коэффициент сопротивления, безразмерный; F – площадь Миделева сечения, м2; ρв плотность воздуха, кг/м3; Vот – относительная скорость воздушного потока, м/с; V – скорость воздушного потока; ρч – плотность зерновок, кг/м3; kв – аэродинамический коэффициент сопротивления, соответствующий скорости витания, безразмерный. Из вышеприведенных показателей, характеризующих аэродинамические свойства семян и частиц зерновых смесей, видно, что нет единого мнения в этом вопросе. С точки зрения сепарации сыпучего материала воздушным потоком, наибольший интерес представляет такой критерий оценки аэродинамических свойств разделяемых частиц, который учитывает суммарно свойства семян и воздушного потока. К таким критериям следует отнести: аэродинамический коэффициент сопротивления, коэффициент парусности и коэффициент полета (скорости витания).

Проанализируем эти коэффициенты. Аэродинамический коэффициент сопротивления kн, введенный И. Ньютоном в свою формулу, не поддается теоретическому расчету.: 2 , (3.54) Fρ

R=k

н

в

V

от

где R – аэродинамическая сила сопротивления, Н; kн – коэффициент сопротивления, безразмерный; ρв - плотность среды, кг/м3; F – площадь Миделева сечения, м2; Vот – относительная скорость, м/с Величина kн зависит от целого ряда факторов, характеризующих воздушный поток (плотность, вязкость, режим течения и т.д.) и физические свойства частиц (форма, состояние поверхности, ворсистость и т.д.). Поскольку скорость потока в большинстве случаев определяется измерением динамического давления ρV , аэродинамическое сопро2 тивление удобно представить как действие динамического давления на обтекаемое потоком тело. Поэтому в настоящее время для определения силы сопротивления пользуются формулой: 2 (3.55) ρ вV . 2

R

=

k F с

2

В этой формуле, следовательно, коэффициент аэродинамического сопротивления kс будет в два раза больше ньютоновского. Shellard и MacMillan [318] для оценки сопротивления воздушному потоку зерновок использовали произведение k F. В исследованиях [299, 311] изложены результаты исследований в которых коэффициент аэродинамического сопротивления с увеличением числа Рейнольдса – Re (Re – критерий, характеризующий режим течения потока) уменьшается и при определенных условиях (в определенной зоне) стремится к постоянству (Re=2320). Эта зона чисел Re носит название зоны турбулентной автомодельности. Определение коэффициентов аэродинамического сопротивления семян в зависимости от числа Re производили К.М. Барков [15], И.П. Безручкин [17], М.А. Дементьев [45], Shellard и MacMillan [318], Bilanski [287], Gorial и O’Callaghan [301], Keck и Goss [321] и др. Коэффициент парусности определяется из выражения ускорения j, сообщаемого аэродинамической силой R частице массой m: 2 (3.56) R k 1 ρ F V от

j

=

m

=

2m

Выражение k 1 ρ F К.М. Барков [15] назвал коэффициентом

2m парусности.

Величина коэффициента парусности, как видно из формулы, при прочих равных условиях пропорциональна отношению F . Для

m одних и тех же частиц характер зависимости коэффициента парусности от числа Re аналогичен зависимости аэродинамического коэффициента сопротивления от числа Re. Величина коэффициентов парусности семян основных сельскохозяйственных культур определены К.М. Барковым и И.П. Безручкиным [15, 17], однако для остальных частиц вороха они не определялись. Аэродинамические свойства частичек зернового материала, в том числе и коэффициенты сопротивления зерновок, могут быть определены путем высокоточных измерений, когда частица находится во взвешенном состоянии в воздушном потоке, при этом вертикальная составляющая взвешенной частицы в воздушном потоке может быть определена из выражения (3.55). Общее выражение для критической скорости воздушного потока может быть получено из равенства силы тяжести силе сопротивления mg=R, и принимая, что скорость воздушного потока Vв=Vк, получим: 2 mg . (3.57) 2 Vк=

kcρ F B

Важным признаком, характеризующим аэродинамические свойства зерновок, является Миделево сечение, представляющее собой проекцию зерновок на плоскость, перпендикулярную направлению воздушного потока. В большинстве случаев Миделево сечение целесообразно определять через эквивалентный диаметр d сферы, объем которой равен объему зерновок. В тех случаях, когда объем зерновок сложно определить расчетным путем, главный геометрический диаметр dг может хорошо аппроксимироваться диаметром d – эквивалентной сферы. В идеальном случае, когда форма частиц близка к форме сферы, Миделево сечение может быть определено из выражения F=π d2/4, а масса частиц при этом будет равна m=π pчd3/6, где pч – плотность зерновок, кг/м3. Подставляя выражение для массы зерновки и её Миделево сечение в (3.57) при условии, что mg=R, получим:

V к = 1,15

gd ρ ч /( ρ в k c ) ,

(3.58)

где g – ускорение силы тяжести, м/с2 ; d – эквивалентный диаметр зерновок, м; ρч – плотность зерновок, кг/м3; ρв – плотность воздуха, кг/м3; kc – коэффициент сопротивления зерновок воздушному потоку.

Применение выражения (3.58) для практического расчета ограничивается в основном из-за сложности определения kc – коэффициента сопротивления зерновок воздушному потоку, который является безразмерным и зависит от комплекса физико-механических свойств зерновок и в первую очередь от формы, плотности, Миделевого сечения и скорости воздушного потока. Для сферических частичек Lapple [301] определил, что коэффициенты сопротивления для диапазонов значений критерия Рейнольдса Re = 1000-2000 составляют kc=0,44 Подставляем вместо F, m и kc=0,44 в уравнение (3.57), тогда выражение для критической скорости витания Vк сферических частиц будет иметь следующий вид: 2 (3.59) V = 3 gd ρ / ρ k

ч

в

Значения критерия Рейнольдса для зерновок в диапазоне Re= 1000-200000 могут быть определены из выражения: (3.60) =ρ d /µ ,

Re

в

Vв

где µ - коэффициент кинематической вязкости воздуха, кг/м.с. Результирующая сила, действующая на частицы в вертикальном воздушном потоке, равна: 2 . (3.61) ρ вV

Rs = k F с

2

− mg

Таким образом, основная трудность при расчете критических скоростей зерновок, а также их коэффициентов сопротивления и результирующих сил, действующих в воздушном потоке на частицы зерновых смесей, существует в том случае, когда частицы имеют форму, отличную от сферы. Причем с увеличением разницы формы частицы от формы сферы сложность определения аэродинмических характеристик зерновок усложняется. Этот факт подтверждается тем, что коэффициенты сопротивления зерновок основных зерновых культур, а также трав при наличии узлов на одном из концов соломинок существенно меняется в процессе пневмосепарации в связи с тем, что такие соломинки склонны ориентироваться вертикально в вертикальном воздушном потоке. Heywood [301] показал, что общее уравнение, типа (3.57), для определения критических скоростей зерновок сфрической формы может быть применено для определения критических скоростей зерновок, отличающихся от формы сферы, путем введения поправочного коэффициента (6z/π).

Подставляя значение коэффициента сопротивления сферических частиц 0,44 и поправочного коэффициента (6z/π) в уравнение (3.57) получим: (3.62)

V k =1,74 ( 6 z / π ) gd ρ ч / ρ в

Heywood [301] определил, что величина z для несферических зерновок ряда сыпучих материалов составляет 0,4, в то время как для сферических частичек она равняется π/6. Проведенные экспериментальные исследования показали, что применение уравнения (3.62) для определения критических скоростей воздушного потока семян основных зерновых культур сопрягается с существенными трудностями, так как поправочный коэффициент (6z/π) к коэффициенту сопротивления зерновок kc не в достаточной мере учитывает особенности комплекса физико-механических свойств зерновок, имеющих не сферическую форму. В наибольшей степени на коэффициенты сопротивления kc оказывает влияние форма зерновок, которая может быть определена через сферичность. В качестве критерия сферичности для эллипсовидных частиц может быть использовано отношение геометрического объема зерновок V к объему сферы Vс с диаметром, равным длинной оси эллипсоида вращения. В некоторых случаях объемы зерновок могут быть выражены в виде следующих уравнений. Вытянутый сфероид (типа лемон) V=πab2/6, приплюснутый сфероид - V=πa2b/6 , правильный конусоид вращения - V=πh(r12+r1r2+r22)/3, где а и b полуоси эллипса, r1 и r2 меньший и больший радиусы конуса вращения, соответственно, h – высота. Некоторые авторы [56, 235, 293] предлагают оценивать действительный объем зерновок экспериментальным путем, при этом для каждого типа формы частиц вводить свои поправочные коэффициенты. Таким образом, учитывая тот факт, что коэффициенты сопротивления зерновок в такой же степени, как и их критические скорости, зависят от множества факторов, в т.ч. и переменных во времени (влажность, состояние поверхности, индивидуальная масса), которые учесть при расчете практически не представляется возможным, аналитические зависимости коэффициентов сопротивления определяли экспериментальным путем через значения критических скоростей зерновок по следующей формуле:

k c =1,33gd ρ ч /( ρ вV 2 ) .

(3.63)

Практически скорости зерновок определяют относительно просто и точно. Для этого достаточно поместить частицу в вертикальный восходящий воздушный поток и довести его скорость до такой величины, при которой частица окажется в потоке во взвешенном состоянии. Указанное состояние частицы будет свидетельствовать о том, что сила сопротивления R стала равной силе тяжести частицы mg, а соответствующая скорость воздушного потока и будет искомой скоростью витания. Известно несколько способов определения критических скоростей частиц зернового материала. Первый заключается в том, что частицы на тонкой нити опускают в вертикальную цилиндрическую или коническую трубу, в которую снизу вентилятором нагнетается воздух. Увеличивая постепенно количество воздуха, вводимого в трубу, доводят скорость воздушного потока в ней до величины, при которой частица переходит во взвешенное состояние. Соответствующая этому состоянию частицы средняя скорость воздуха в трубе принимается за скорость витания частицы. Второй способ определения критической скорости частицы состоит в том, что в вертикальный восходящий воздушный поток в конической трубе помещают частицу материала, которая имеет возможность свободно витать в этом потоке. Скорость воздушного потока в конической трубе будет различной (наибольшей в нижней части трубы и наименьшей в верхней ее части), поэтому частица, помещенная в коническую трубу, будет перемещаться по высоте трубы до того сечения, в котором скорость воздушного потока равна скорости витания частицы. На этом уровне она должна остаться во взвешенном состоянии. Однако практическое определение скорости витания в конической трубе при свободном витании показывает, что частица, достигнув указанного сечения трубы, не остается взвешенной, а совершает колебательные движения вверх и вниз по отношению к этому сечению, которые связаны с вращением частицы в потоке и изменением ее Миделевого сечения. При определении критических скоростей зерновок была разработана следующая методика. Критические скорости зерновок определяли в воздушном канале прямоугольного сечения размерами 0,20х0,15 м. Воздух подавался в канал при помощи центробежного вентилятора, снабженного выравнивающими сетками воздушного потока до и после вентилятора. Среднюю скорость воздушного потока определяли через скорость в центре канала при помощи микроманометров и трубок Пито [83, 84, 156]. Погрешность измерения скорости воздушного потока не превышала 0,2 м/с. Среднее отклонение значений скорости воздушного потока от генеральной средней не превышало 2…4 %. Скорость воз-

душного потока вблизи стенок каналов была на 4…9 % меньшей, чем средняя скорость. Средние критические скорости воздушного потока отдельных соломинок определялись с трудом, в связи с тем, что аэродинамические свойства соломинок в потоке существенно меняются на протяжении времени. Определяли размерные характеристики и массу зерновок исходного материала. В связи с тем, что семена сельскохозяйственных культур имеют широкую гамму по форме, состоянию поверхности, а также по индивидуальной массе, перед проведением исследований коэффициентов сопротивления была выявлена целесообразность группировки их в четыре разные группы, значения коэффициентов сопротивления в которых выше коэффициентов сферических частиц и меньше коэффициентов частиц цилиндрической формы. Группа 1 включает семена пшеницы, кормовых бобов, ржи, кукурузы и риса. Средние значения коэффициентов сопротивления для этой группы составляют 0,79 (рис. 3.14). Группа 2 включает семена ячменя и овса. Средние значения коэффициентов сопротивления в этой группы близки к 1,0 (рис. 3.15). Группа 3 включает семена сои, сорго, проса и рапса. Среднее значение коэффициентов сопротивления находится в границах 0,46…0,49 (рис. 3.16). Группа 4 включает зерновки гречихи и чечевицы. Среднее значение коэффициентов сопротивления составляет около 0,61 (рис. 3.17). Несмотря на то, что значения критерия Рейнольдса находились в широком диапазоне (1000…10000), изменения коэффициентов сопротивления семян в исследованных группах было не существенным (рис. 3.14…3.17). С применением современных прикладных программ статистических методов обработки результатов экспериментальных исследований получены уравнения регрессии коэффициентов сопротивления.

Kc 0.7

Рис. 3.14. Зависимости коэффициентов сопротивления семян пшеницы от числа Рейнольдса

Рис. 3.16. Зависимости коэффициентов сопротивления семян сои от числа Рейнольдса Kc

Kc 7.0

0.6

1.0

0.1 1000.0

0.1 1000.0

60000.0

Re

Рис. 3.15. Зависимости коэффициентов сопротивления семян ячменя от числа Рейнольдса

Kc 0.70

6000.0

Re

Рис. 3.17. Зависимости коэффициента сопротивления гречихи от коэффициента Рейнольдса Определены математические модели коэффициентов сопротивления для исследованных семян. По полученным моделям можно определять значения коэффициентов сопротивления зерновок в зависимости от режимов сепарации, которые характеризуются значениями критерия Рейнольдса. Полученные модели имеют следующий вид: (3.64) = a + b Re + c Re , k

2

c

где Re- значения критерия Рейнольдса; а, b и с – константы. Таблица 3.2 Расчетные значения коэффициентов моделей и среднее квадратическое отклонение моделей Культуры Значения коэффициентов моделей Средние квад- Коэффициратические енты кор-

0.10

а Пшеница Ячмень Соя Гречиха

1,03 1,05 0,46 0,62

b

c -5

-9,76⋅10 4,40⋅10-5 -1,15⋅10-6 -3,84⋅10-5

-9

8,49⋅10 -4,68⋅10-9 1,07⋅10-10 4,14⋅10-9

отклонения

реляции

0,03 0,12 0,06 0,06

0,93 0,85 0,79 0,54

Одним из главных факторов, снижающих эффективность универсальных зерно-семяочистительных машин, работающих в режиме предварительной и первичной очистки, является выделение соломистых примесей из зернового вороха, и в частности, соломинок, имеющих узлы (утолщения). В комбайновом ворохе зерновых культур имеются соломистые частицы, которые следует выделить в процессе предварительной очистки. Соломинки представляют собой несимметрические частички по форме, имеют различную плотность, а следовательно, и неустойчивые аэродинамические свойства в воздушном потоке. В известных работах, посвященных исследованиям аэродинамических свойств [25, 44, 67, 226, 321] отсутствуют данные о скоростях витания соломинок и особенно соломинок, имеющих узлы. Проведены исследования аэродинамических свойств соломинок, имеющих длину от 5 до 40 мм и массу от 11 до 90 мг, которые являются характерными для комбайнового вороха. Все соломинки были разбиты на три группы в соответствии с положением узлов, соломинки с узлами на конце, соломинки с узлами по средине, соломинки без узлов. Получены линейные уравнения отражающие зависимость критической скорости Vcl соломинок с одним узлом от их длины (рис. 3.18) и скорости Vcм от индивидуальной массы (рис. 3.19):

V cl = 5,582 + 0,103 L ,

(3.65)

где L – длина соломинок. Аппроксимация экспериментальных данных линейной зависимостью (3.65) характеризуется коэффициентом корреляции r=0,73 и среднеквадратическим отклонением S=0,85. (3.66) V cм = 5,651 + 0 ,046 М , где М – индивидуальная масса соломинок. Согласование экспериментальных данных и уравнения (3.66) имеет коэффициент корреляции r=0,72 и среднеквадратическое отклонение S=0,84. Анализ экспериментальных исследований показал, что соломинки, также, как и зерновки, имеют ярко выраженную тенденцию под-

ниматься в воздушном потоке и опускаться, т.е. совершать колебательные движения. Некоторые соломинки в воздушном потоке движутся под углом к направлению скорости воздушного потока, в связи с чем эти соломинки имеют более высокие скорости витания, чем те, которые занимают горизонтальное положение в воздушном канале. Соломинки, имеющие длину большую, чем 4 см, и все соломинки с одним узлом имеют свойство ориентироваться в канале вертикально, при этом другие соломинки совершают в основном хаотическое движение. Установлено, что около 17…35 % соломинок с одним узлом не могут быть выделены из зерновых смесей пневмосепараторами. В результате проведенных исследований было также выявлено, что для выделения легких примесей и, в частности, половы из соломистых частиц потребуется скорость воздушного потока, превышающая критическую скорость воздушного потока отдельно взятой частицы половы.

V,м/с 9.9

9.0

8.0

7.0

6.1

5.1 5.7

11.3

16.9

22.5

28.1

33.7

L, мм

Рис. 3.18. Зависимость скорости витания соломистых частичек (с одним коленом) от их длины

V, м/с 9.9

9.0

8.0

7.0

6.1

5.1 11.7

24.7

37.6

50.5

63.5

76.4

М, mг

Рис. 3.19. Зависимость скорости витания соломистых частичек (с одним коленом) от их массы.

Заключение 1. Исследование процесса сепарации зерновых материалов на различных рабочих органах показало, что четкость распределения семян по фракциям при сортировании зависит от степени различия значений признака делимости семян и граничного значения этого признака, разделяющего фракции. Для известных сепарирующих органов - решетных, триерных, пневмосепаратора, пневмосортировального стола, а также каскадного решетного сепаратора характерна экспоненциальная зависимость четкости сортирования зерновок от разности значений их признака и граничного значения признака, разделяющего фракции.

Разработанная на основе установленной закономерности методика расчета технологий очистки и сортирования зерна и семян позволяет по характеристике исходного материала и сепарирующих органов оценивать принципиальную возможность разделения материала с доведением его до требуемых кондиций, определять рациональную последовательность операций и эффективность применения в технологической линии различных сепарирующих органов. 2. Исследование процесса сепарации зерна с рециркуляцией фракции-полуфабриката показало, что рециркуляция может приводить как к повышению эффективности очистки, так и к существенному снижению её в зависимости от доли и состава этой фракции. Разработанная математическая модель процесса позволяет устанавливать рациональный режим работы сепаратора, обеспечивающий стабильное повышение эффективности очистки зерна за счет рециркуляции. Главными факторами эффективности рециркуляции являются: рециркулируемая фракция по составу должна быть близкой к исходному материалу, а доля рециркулируемой примеси –меньше, чем выделяемой в отход. 3. Поярусное распределение исходного материала при подаче на каскадный решетный стан с оптимальной загрузкой решет (слоем толщиной в 2..4 зерновки), в отличие от подачи материала на верхнее решето толстым слоем, интенсифицирует, процесс сепарации, что позволяет повысить эффективность очистки и сортирования и снизить материалоемкость и габариторы сепаратора в 1,3..1,5 раза. Разработанная математическая модель интенсифицированного процесса составила основу метода расчета основных параметров высокопроизводительных универсальных зерно-семяочистительных машин, функционально изменяющих воздушно-решетные и триерные машины. 4. Коэффициенты сопротивления воздушному потоку семян основных зерновых культур имеют тесную связь с критерием Рейнольдса и находятся в интервале 0,45…1,0. Коэффициенты сопротивления семян рапса, сои и проса приближаются к 0,44, а семян пшеницы, ржи, ячменя и кукурузы близки к 1,0. Коэффициенты сопротивления соломинок так же близки к 1,0. Объемный фактор формы семян имеет тесную корреляционную связь с их критерием сферичности. Соломистые частицы с узлом на одном конце ориентируются в воздушном потоке, в основном, вертикально и имеют более высокие критические скорости воздушного потока, чем соломинки без узлов или с узлами, расположенными ближе к их центру, которые склонны занимать горизонтальное положение в воздушном потоке.

Глава 4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ И СОРТИРОВАНИЯ ЗЕРНА И СЕМЯН С ПРИМЕНЕНИЕМ УНИВЕРСАЛЬНОГО КАСКАДНОГО СЕПАРАТОРА

4.1 Вводные замечания

Зернопроизводящие хозяйства РФ существенно отличаются разнообразием погодноклиматических условий, применяемыми технологиями, уровнем механизации. Характерной чертой последних 20 лет является перевод зерновой отрасли на промышленную основу - путем освоения поточных методов производства. Эта особенность перевода зерновой торасли на промышленную основу нашла отражение в разработке комплексной поставке колхозам и совхозам технологических комплексов машин для послеуборочной обработки зерна и подготовки семян (ПОЗС), строительстве новых типов зерноочистительно-сушильных пунктов (ЗОСП), реконструкции действующих пунктов на поточные механизированные технологии ПОЗС. Для первичного семеноводства элитсемхозов, семхозов, хощяйств по производству продовольственного и фуражного зерна применяют специализированные ЗОСП.

Некоторые хозяйства расширяют ЗОСП до зернокормовых комплексов (ЗКК), размещая на их территории цех для производства кормов искусственной сушкой, обеспечивая переработку зерновой и незерновой части урожая на кормовые цели для потребностей животноводства. Технологическая схема работы ЗОСП определяется параметрами (физико-механическими свойствами) комбайного вороха, а также стандартами на готовую продукцию, назначением поточных линий, перспективами развития хозяйства и является основой инжененрного расчета предприятий ПОЗС. Для определения основных параметров оборудования ЗОСПнеобходимо выбрать технологическую схему обработки зерна применительно к данному хозяйству с учетом назначения производимого зерна, специализации хозяйства. Рассмотрим технологическую схему послеуборочной обработки зерна и семян зерновых культур, основные принципы которой реализованы в зерноочистительных агрегатах и комплексах (ЗАВ и КЗС) (рис. 4.1). Уборку осуществляют, как правило, группой зерноуборочных комбайнов (ЗУК), работающих в составе убобчно-транспортных отрядов или комплексов. Транспортные средства (ТС) с зерновым ворохом, поступающим от комбайнов, взвешиваются на автомобильных весах (АВ), разгружаются авто-

мобилеподъемником (АП) в завальную яму (ЗЯ) поточноцй линии ЗОСП. На сепараторе предворительной очистки СП зерновой ворох очищается от крупных, некоторой части мелких и легких примесей. При интенсивности поступления зернового вороха, превышающего производительность СП, часть его направляется в бункер резерва или на площадки активного вентилирования. иЗ СП предварительно очищенное зерно поступает на зерносушилку (ЗС). В случаипревышения производительности СП пропускной способностисушилки часть зернового потока направляется в отделениевентилируемых бункеров (ОБВ) или другие устройствас системой активного вентилирования. В период, когда зерновой ворох не поступает, ЗС работает на зерновом материале, скопившемся в емкостях ОБВ. Срок безопасного хранения зерна в ОБВ зависит от влажности, засоренности и температуры вороха. Пропущенное зерно через ЗС, если оно достигло кондиционной влажности, поступает на воздушно-решетные машины первичной и вторичной очистки (ВРМ), блок триеров (БТ), после чего готовый продукт накапливается в бункере чистого зерна (БЗ), а отходы в бункерах БО. Если же зерноне достигло кондиционной влажности после пропуска через сушилку, его направляют в отделение вентилируемых бункеров. Таким образом, применяемые в странах СНГ технологии послеуборочной обработки зерна в на-

стоящее время базируются в основном на использовании зерноочистительных агрегатов (ЗАВ-20, ЗАВ-25, ЗАВ-50) зерноочистительно-сушильных комплексов (КЗС) и самопередвижных зерноочистителей (ОВП-20, ОВС-25). Однако следует заметить, что в хозяйствах семена очищают зачастую именно на этих агрегатах, что приводит к большим потерям, травмированию и низкому качеству семян. При эксплуатации указанных машин их регулируют так, что 15...20% семян поступают в фуражные отходы. Специальные машины для очистки семян используют реко (не более 1%), что существенно ограничивает получение высококачественного посевного материала, так как целый ряд трудноотделимых примесей может быть выделен лишь на специальных семяочистительных машинах (пневмосортировальных и отражательных столах, электромагнитных машинах и др.). Малая годовая загрузка (уборочный период всего до 200-300 часов), большая цена (цена агрегата ЗАВ-25 эквивалентна стимости 1300-1500 тонн зерна), значительная энергоемкость (4-5 кВт на тонну обработанного зерна), а также затраты, связанные с доставкой исходного зернового материала, его загрузкой в агрегат и отправкой после обработки в хранилище, составляют большую долю себестоимости обработки зерна. Совершенствование машин и оборудования в рамках этой технологии не может привести к

нологии не может привести к коренному снижению капитальных, энергетических и трудовых затрат – для этого необходимо изменение самой технологии. Более выгодной является так называемая двухэтапная технология послеуборочной обработки зерна, обеспечивающая значительное снижение капитало-энергоемкостиза счет увеличения продолжительности работы техники в течение года (вместо 200-300 часов, например, 500-900 часов).

Рис. 4.1. Технологическая схема послеуборочной обработки зерновых культур: ЗУК- зерно-

уборочные комбайны; ТС- транспортые средства; АВ- автомобильные весы; АП- автомобилеподъемник; ЗЯ- завальная яма; БО- бункера отходов: СПсепаратор предварительной очистки; ОБВ- отделение бункеров активного вентилирования; ЗС- зерносушилка; ОФЗ- отделение обработки фуражного зерна и отходов; ВРМ-воздушно-решетные машины (первичной и вторичной очистки); ТБ- триерный блок; ПСС- пневманический сортировальный стол; СМ- специальные машины для очистки и сортирования семян; МППС- машина предпосевной подготовки семян; ВА- весовыбойный аппарат; МЗ- мешкозашивочная машина Другим важным условием ресурсоэнергосберегающей технологии является сокращение транспортных разгрузочно-погрузочных работ путем максимального приближения технических средств послеуборочной обработки к хранилищу зерна. Зерновой материал от камбайна должен доставляться к хранилищу непосредственно, минуя известные тока и агрегаты, и здесь, перед засыпкой или даже в процессе засыпки в хранилище, должна осуществляться минимальная обработка зерна, необходимая для обеспечения его хранимости в течение периода, достаточного для неспешной окончательной обработки до требуемых кондиций. Такая технология («поле-хранилище») особенно эффективна в хозяйствах сравнительно малых объемов производства зерна, когда не выгодно

применять высокопроизводительные и, следовательно, дорогостоящие агрегаты, доводящие зерно сразу до высокихпотребительских кондиций. Минимальная обработка, достаточная для обеспечения хранимости сухого зерна, - это предварительная очистка с обязательным выделением мелких примесей. Такая же очистка необходимаи при поступлении влажного зерна. В этом случае, кроме того, естественно, требуется и сушка. В существующих поточных семяочистительных линиях применяют сложные зерносемяочистительные машины, содержащие, как правило, несколько разных рабочих органов (пневмосепаратор, решета и триер), скомпонованных в одной машине. Включение в однумашину несколько сепарирующих органов связанос давними традициями. В конце 30-х годов появляются первые комбинированные зерно-семяочистительные машины, позволившие за один пропуск, во многих случаях, очищать материал до требуемых кондиций. Появившиеся сложные, комбинированные машины, в сущности, предстаывляют собой поточную линию. Существующая, до настоящего времени, традиция комплектования механизированных поточных семяочистительных линий такими машинами является неоправданной как с точки зрения ограничения возможности использования наиболее эффективных пневмосепарирующих и решетных уст-

ройств (практически сложно скомпоновать высокоэффективные пневмосе-парирующие каналы круглой формы сеченияи решета с круговыми колебаниями), так и неоправданно многократного использования воздушного потока. В существующих технологиях послеуборочной обработки зерновых материалов пневмосепарация основного зернового потока осуществляется четырехкратно – по одному разу на машинах предварительной и первичной очистки и два раза на машине вторичной очистки. Следует отметить, что существующие поточные линии не отвечают современным требованиям промышленного семеноводства, т.к. не всегда гарантируют плучение семян первого класса стандарта. К недостаткам таких поточных линий относятся отсутствие сепарирующего рабочего органана машине предварительной очисткидля выделениямелких примесей (подсева), что приводит к снижению качества семян при их сушке; использование двух однотипных воздушно-решетных машинах первичной и вторичной очистки приводит к дополнительному травмированию семян без существенного улучшения качества сепарации, а также к удорожанию процессов сепарации при послеуборочной обработке. Большая стоимость строительных сооружений агрегатов, комплексов и заводов для подготовки семян, значительно превышающая стоимость

технологического оборудования, ограничивает внедрение новых и перспективных технологических линий в сельскохозяйственное производство. Кроме того, реконструкция существующих в хозяйствах пунктов по обработке и подготовке семян также сопрягается с рядом существенных конструктивных изменений имеющихся зданий, а в некоторых случаях и не представляется возможным. Высокая стоимость строительных конструкций пунктов послеуборочной обработки в значительной степени обусловлена применением технологического оборудования, в частности многофункциональных зерно-семяочистительных машин, выполняющих за один пропуск несколько технологических операций. Это приводит к многократности обработки материала одними и теми рабочими органами, а также его существенному травмированию. Применение многофункциональных машин предопределяет применение однопоточных технологических линий на существующих семяобрабатывающих пунктах и заводах, затрудняет послеуборочную обработку семян различных культур (как правило, в хозяйствах возделывается 3-4 культуры), а главное, приводит к смешиванию семян, как отдельных культур, так и сортов одной и той же культуры. В этой связи представляется перспективным для комплектации пунктов послеуборочной обработки зерновых материалов создание автономных

сепарирующих рабочих органов, выполняющих одну технологическую операцию. Применение автономных сепарирующих рабочих органов позволит: - уменьшить количество обработок семенных материалов однотипными рабочими органами, а следовательно, снизить травмируемость семенного материала и повысить качество очистки за счет выбора оптимального комплекса высокоспециализированных рабочих органов; - создавать гибкие технологии послеуборочной обработки семенных материалов с учетом специфики обрабатываемого материала; - производить эффективный выбор отдельных автономных сепарирующих рабочих органов по производительности и осуществлять компьютезированное управление режимами работы; - уменьшить удельные металлоемкость и энергоемкость процессов сепарации, а следовательно, создание строительных сооружений облегченого типа,путем уменьшения статических и динамических нагрузок на перекрытия и несущие элементы конструкций зданий;

- с минимальными потерями производить реконструкцию существующих пунктов послеуборочной обработки; - производить полную и быструю очистку сепарирующих рабочих органов при переходе от обработки семян одной культуры или сорта. 4.2 Интенсификация процесса сепарации на универсальных каскадных сепараторах

Различные компоненты зерновой смеси, одновременно поступающие на верхние разделяющие элементы различных технических решений просеваются через n –й элемент за различное в среднем время. Разделение их можно осуществить улавливая проход через последний элемент отдельно в разные промежутки времени. Один из известных способов [ 69 ] разделения состоит в том, что исходную смесь подают порциями на верхнее решето блока, размещенных одно под другим в вертикальном блоке решет, а фракции улавливают путем перемещения блока решет относительно размещенных под ним приемников в процессе просеивания материала. Процесс разделения, очевидно, может быть осуществлен и путем перемещения приемников фракций относительно решетного канала. Способ сепарации по комплексному признаку и интенсивности просеивания заключается в следующем. Частицы порции смеси, поступившие одновременно на верхнее решето, начинают опускаться в канале под действием силы тяжести, преодолевая встречающиеся препятствия, образуемые решетами. Мелкие частицы смеси имеют меньшую вероятность встречи с препятствиями и при встрече обходят их скорее, чем крупные. Средняя скорость прохода мелких частиц через все решета сепаратора поэтому выше, чем

крупных, и они в среднем раньше последних выйдут из канала, попадая в приемное устройство, поскольку канал и приемник фракций смещаются относительно друг друга. Четкость разделения зависит от насыщенности сепаратора препятствиями (решетами). Чем больше решет, тем выше четкость разделения компонентов смеси, как это следует из соотношения (3.36...3.51). Способ дает возможность разделять материал на любое число фракций вплоть до непрерывного распределения. При этом формирование самих фракций и установка их выхода может осуществляться как в процессе разделения, так и после него. В производственных решетнотриерных сепарирующих устройствах эти вопросы решаются до начала процесса установкой решет и ячеистых поверхностей с отверстиями определенных размеров.

Разделение зерновой смеси этим способом реализуется, например, сепаратором, схема которого представлена на рис. 4.2 [273, 274]. Универсальный плоскорешетный сепаратор зерна включает питающее приспособление 1, под которым расположен каскадный решетный стан 2 с решетами 3. В качестве решет 3 могут быть использованы решета с пробивными круглыми или продолговатыми отверстиями, а также плетеные и другие решета, размеры отверстий которых обеспечивают возможность прохода всех частиц обрабатываемой смеси. Со стороны загрузочного конца решет 3 расположены сплошные накопители 4 и перфорированные накопители 5. Под решетным станом 2 расположены приемники фракций: 6мелкой и короткой; 7 –зерна с мелкой и короткой примесью; 8 – основного зерна; 9 – зерна с длинной и крупной примесью; 10 – длинной и крупной примеси. Решетный стан 2 установлен на подвесках 11 и приводится в колебательное движение при помощи вибропривода 12. Со стороны разгрузочного конца решетных полотен 3 расположены прижимные полотна 13, закрепленные на стойках 14. В питающем устройстве 1 размещен шнековый распределитель 15. Рис. 4.2. Схема универсального плоскорешетного сепаратора зерна.

1 - питающее устройство; 2 - каскадный решетный стан универсального сепаратора зерна; 3 - решета; 4- сплошные накопители; 5 - перфорированные накопители; 6 - приемник мелкой и короткой фракции; 7 - приемник зерна с мелкой и короткой примесью; 8 - приемник основного зерна; 9 - приемник зерна с длинной и крупной примесью; 10 - приемник длинной и крупной примеси; 11 - подвески; 12 - эксцентриковый вибропривод; 13 - система прижимных полотен; 14 - стойки; 15 - шнековый распределитель. Подаваемый питающим устройством 1 исходный зерновой материал поступает на верхнее решето 3 решетного стана 2. При совершении колебательных движений решетного стана 2 происходит перераспределение частиц зернового материала в пространстве, образованном пакетом решет 3. Частицы смеси, попавшие в канал на верхнее решето, проходят через блок решет, разделяясь по крупности и другим свойствам, влияющим на интенсивность просеивания, за счет различной скорости их перемещения в решетном пространстве. Мелкие частицы обладают в сравнении с другими более высокой средней скоростью прохода решетного пространства каскадного решетного стана 2, выходят из него раньше других и попадают в более близкие к загрузочному устройству приемники фракций. Остальные частицы смеси

распределяются в соответствии с их скоростью прохода решетного пространства в других, более удаленных от места подачи секциях приемного устройства. Разработанное семейство плоскорешетных каскадных сепараторов зерна характеризуется простотой конструкции в первую очередь из-за отсутствия очистителей решет. Кроме того, каскадные сепараторы могут быть эффективно применены как на стадии предварительной очистки, так и на стадии основной очистки без смены решетных полотен, причем решетные полотна не меняют и при переходе от очистки семян одной культуры на семена другой. Однако невзирая на ряд существенных преимуществ плоскорешетные каскадные сепараторы имеют и некоторые недостатки, а именно: - наличие большего количества решет (до 30 штук и более) в решетном стане приводит к существенному увеличению колебательных масс сепараторов, а также к удорожанию конструкции и снижению ее надежности; - не взирая на то, что размер отверстий решет больше характеристического размера разделяемых зерновок, имеют место случаи забивания отверстий решет, особенно при разделении зерновых материалов повышенной влажности ( 18 % и более). С целью повышения эффективности процессов сепарации зерновых материалов по комплекс-

ным признакам интенсивности просеивания зерновых материалов через решетное пространство разработан каскадный центробежный сепаратор (рис.4.3). Основное существенное технологическое и конструктивное отличие центробежного сепаратора от плоскорешетного заключается в следующем.

Размеры отверстий цилиндрических решетных полотен выполнены меньшими, чем в решетах каскадного плоскорешетного сепаратора, что позволило значительно уменьшить количество решетных полотен в сепараторе. Уменьшение размеров отверстий решет в цилиндрическом сепараторе приводит к повышению забиваемости отверстий решет, однако цилиндрические решета легко очищаются при помощи элементарных очистительных устройств. Центробежный каскадный сепаратор включает блок цилиндрических решет 1, во внутренней полости которых установлены подпорные кольца 2. Блок цилиндрических решет 1 размещен на наклонном валу 3 . Со стороны разгрузочного конца цилиндрических решет 1 расположен приемник продуктов длинных и крупных примесей 4, а под решетами приемники 5 мелких примесей и основного зерна. Со стороны загрузочного конца решет 1 установлен загрузочный бункер 6. Сепаратор работает следующим образом. Исходный зерновой материал поступает на внутреннее решето 1. Зерновки под действием силы тяжести и центробежных сил просеиваются сквозь решета 1 и движутся вдоль длинной оси сепаратора к разгрузочному концу. Мелкие частицы поступают в приемники 5, близкие к загрузочному концу, а основное зерно поступает в средние приемники 5.

Центробежные цилиндрические каскадные сепараторы, также как и плоскорешетные, характеризуются высокой универсальностью и, по сравнению с последними, имеют ряд существенных преимуществ. Невзирая на это центробежные цилиндрические сепараторы, как и каскадные, представляют собой сложную конструкцию по сравнению с обычными решетными машинами. С целью повышения точности сепарации широкого класса сыпучих материалов разработан ленточный ( рис. 4.4) сепаратор [262].

Отличительной особенностью ленточного сепаратора является абсолютное исключение забиваемости отверстий разделяющих элементов (перфораций лент). Конструктивное исполнение ленточного сепаратора является на порядок более простым, чем плоскорешетных и цилиндрических универсальных сепараторов.

Универсальный ленточный сепаратор зерновых материалов содержит загрузочный бункер 1, под которым установлен приводной барабан 2. На одном уровне с барабаном 2 расположены ведомые барабаны 3 и 4. Привод барабана 2 на чертеже не показан. Барабаны 2, 3 и 4 установлены со смещенными осями вращения относительно их центральных осей. Причем смещение всех осей вращения выполнено одинаковым и в одном направлении. На уровне осей вращения (сквозь оси вращения) проходят валы 5, 6 и 7 барабанов 2, 3 и 4 соответственно. На барабанах 2 и 3 установлена бесконечная перфорированная лента 8, на которой размещена дополнительная перфорированная бесконечная лента 9. Под верхней ветвью ленты 8 установлен наклонный приемник продуктов разделения 10. Под верхней ветвью ленты 9 между барабанами 6 и 7 расположен наклонный приемник 11, а под барабаном 4 расположен приемник 12 крупных частиц. Сепаратор работает следующим образом. Исходный сыпучий материал, например ворох пшеницы, из загрузочного бункера 1 поступает на внешнюю поверхность ленты 9. Ленты 9 и 8 приводятся в колебательное движение за счет барабанов 2, 3 и 4, которые выполнены со смещенными валами 5, 6 и 7 соответственно. Верхняя ветвь ленты 9 лежит непосредственно на верхней ветви ленты 8, из - за чего отверстия, сквозь кото-

рые будет просеиваться материал, уменьшатся. Причем величина смещения лент друг относительно друга равна половине шага перфораций. Это способствует образованию отверстий одинаковых размеров при наложении лент друг на друга. Мелкие частицы просеиваются сквозь перфорации лент 8 и 9 и поступают в приемник 10 мелких частиц, средние частицы попадают в приемник 11, а крупные - в приемник 12. 4.3. Влияние кинематических факторов решета на эффективность сепарации зерновых материалов по комплексным признакам Особенности методики проведения исследований процессов сепарации по интенсивности просеивания При исследовании использовалось следующее лабораторное оборудование: весы с пределами измерения до 150 кг, до 10 кг, до 0,1 г; делитель зернового материала ДЗК-2; разборные доски и шпатели; классификатор решетный РКФ-1; пневмоклассификатор порционный РПК-30; триер порционный; триер непрерывного действия с цилиндром диаметром 0,3 м и длиной 0,7 м; квадрант оптический; тахометр, секундомер, индикатор часового типа; стенд для моделирования пневмосепарирующих систем ; стенд для исследования процесса сепарации зерна решетами. Схема сепаратора для исследования процесса сепарации зерна решетами представлена на рис.4.2. Решетный стан – многоярусный, он предназначен для исследования процесса сепарации зерновых материалов по интенсивности просеивания, а также служит для очистки зерна по обычной схеме работы решет путем разделения материала на две фракции – «сход» и «проход». Установленный на нем пневмоколлектор 7 используется при исследовании влияния воздушного потока на эффективность процесса сепарации. Общий вид стенда – многоярусного решетного стана с приемником фракций представлен на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Общий вид стенда Решетный стан состоит из двух боковин, набранных из планок 1, уложенных одна на другую. Между планками вставлены решета 2 с накопителями 3 и скатными досками 8. Решета установлены с возможностью изменения их положения относительно друг друга в горизонтальной плоскости. Предусмотрена возможность установки в решетный стан до 30 ярусов решет. В процессе исследований использовались конструкции многоярусного решетного стана шириной рабочей части решет 200 и толщиной планок 20 мм. Известно, что при определенных условиях решето с круглыми отверстиями разделяет зерновой материал не только по ширине частиц, но и по другим признакам - длине, толщине и др. [70]. В работе [77] обоснована возможность разделения зернового материала по комплексу размеров частиц (включая длину) системой решет с круглыми отверстиями. Разделение зернового материала осуществляется за счет разной интенсивности просеивания частиц, различающейся обобщенным признаком, зависящим от длины, ширины и толщины.

Определим схему и кинематические режимы решета, обеспечивающие наибольшую эффективность выделения мелких, коротких и длинных примесей. Зерновой материал для экспериментов приготовлен по методике, описанной в [250]. Были исследованы четыре кинематические схемы решета, при которых получены колебания: - продольные по ходу движения зернового материала при угле между направлением колебаний и плоскостью решета γ>0 (рис. 4.6 ); - продольные при γ=0; - поперечные относительно направления движения зернового материала; - круговые. Известно, что при интенсивности просеивания одним решетом можно определить полноту просеивания и эффективность разделения примесей для любого числа ярусов [ 269, 271 ]. С учетом этого и из соображений упрощения конструкции опыты проводили на одном ярусе решет с отверстиями диаметром 5 мм при подаче материала в два элементарных слоя, что обеспечило наибольшую суммарную эффективность выделения мелких, коротких и длинных примесей [ 80 ]. Частоту и амплитуду колебаний в экспериментах сохраняли постоянными на уровнях n=340 мин-1 и А=7 мм, а одинаковую толщину слоя материала на решете при различных схемах его движения обеспечивали соответствующим изменением угла β наклона решета. Длина решета 900 мм, ширина 100 мм. Полученные экспериментальные данные обрабатывали по методике изложенной в [77]. Вычисляли интенсивность просеивания компонентов: мелкой µм, короткой µк , длинной µд примесей и основного зерна µо, а также отношения α интенсивностей µо/µк , µо/µм и µд/µо . Эффективность выделения компонентов смеси определяли по формуле [71].

E

=

α

α 1− α

−

α

1 1− α

. (4.1.) Результаты исследований сведены в таблицу 4.1. Продольные колебания при γ>0 широко применяются в зерноочистительных машинах, так как на решетах с круглыми отверстиями обычно сепарируют зерновой материал по ширине частиц. Кроме того,

при таком характере колебаний зерновой материал лучше перераспределяется по толщине слоя при подаче в несколько элементарных слоев. В данном случае подача не превышает двух элементарных слоев, а разделение осуществляется по совокупности размерных признаков, из которых важнейший длина частиц. При γ>0 признак длины проявляется слабее. Поскольку частица опускается на решето в любом положении, возрастает вероятность прохода ее в отверстие. Интенсивность просеивания длинной примеси и основного зерна по этой схеме наиболее высока в сравнении с другими схемами. В связи с этим можно сделать вывод, что при γ>0 и малой подаче снижается эффективность выделения примесей. Как видно из таблицы 4.1, результаты экспериментальных исследований подтверждают это положение. При γ=0, как и при γ>0, в процессе движения зернового материала по решету имеет место разбрасывание частиц, столкнувшихся с кромками отверстий. Особенно сильно разбрасываются короткие частицы. Более округлые в сравнении с другими частицами смеси они, получая удар от колеблющейся поверхности или от кромки отверстия, подпрыгивают и смещаются по длине решета на случайное расстояние. Таблица 4.1 Эффективность выделения примесей при различных кинематических схемах решета Эффективность РасчетКолеба- Угол Интенсивность прония наклона сеивания компонен- выделения приме- ное чиссей, % ло ярурешетов, дм-1

та,β µк µм µ0 Продольные: 0 ’ при γ>0 5 30 2,75 2,76 1,30 0 ’ при γ=0 5 40 2,61 2,39 1,06 Попереч- 90 10’ 2,08 2,32 0,98 ные Круговые 60 05’ 2,66 2,79 1,01 Продоль- 120 11’ 3,52 3,92 1,18 ные

сов решет, шт Nk Nм Nд

µд

Ек

Ем

0,65 0,46

26,9 32,1

27,1 29,4

25,0 13 13 14 29,8 8 11 10

0,42

27,0

30,8

30,3 13 9

10

0,47 0,28

34,3 38,3

35,8 41,7

27,5 48,7

13 4

Ед

7 6 5 5

Чтобы избежать разбрасывания частиц вдоль решета, экспериментально исследовали поперечные колебания относительно направления движения материала. Поскольку при поперечных колебаниях скорость движения материала существенно ниже, чем при продольных, то для обеспечения требуемой скорости (1 дм/с) потребовалось увеличить угол наклона с 50 30’ до 90 10’. Исследования показали, что при одинаковой скорости движения материала при поперечных колебаниях в сравнении с продольными менее интенсивно просеваются все компоненты зерновой смеси. Это происходит из-за возрастания относительной скорости движения частиц на решете. При этом эффективность выделения коротких примесей уменьшается, а мелкой - повышается. Мелкая примесь выделяется лучше потому, что имеет относительно большую плотность контакта с поверхностью решета. Масса мелких и коротких частиц примерно одинакова, поэтому в процессе движения по решету на частицы действуют одинаковые силы инерции, но на мелкие частицы действует большая сила трения. Это обусловливает меньшую скорость движения и соответственно повышенную интенсивность просеивания. Круговые движения являются как бы промежуточными между продольными и поперечными. Они содержат поперечную составляющую, которая уменьшает разбрасывание частиц вдоль решета, и продольную составляющую, увеличивающую скорость движения материала. В результате эффективность выделения длинной примеси уменьшилась, а короткой и мелкой - увеличилась. Исследования схем решет показали, что эффективность выделения длинной примеси можно увеличить в пределах 5 %, а мелкой и короткой до 8...10 %.

Предварительными экспериментальными исследованиями выявлено, что путем выбора кинематического режима (частота колебаний n=320...400 мин-1 , амплитуды А=7...10 мм, угла наклона решета β=5...120) можно увеличить эффективность в среднем еще на 3...5 %. Установлено также, что с уменьшением амплитуды и увеличением частоты колебаний эффективность разделения возрастает. Чтобы экспериментально проверить высокочастотный вибрационный режим, была изготовлена установка с электровибратором. Для сравнения результатов испытаний с данными предыдущих исследований подобран кинематический режим, обеспечивающий ту же скорость движения материала по решету, равную 1 дм/с. Применение вибрационного режима резко увеличило эффективность выделения примесей: длинной на 23 %, короткой и мелкой - на 11 и 15 % соответственно. Повышение эффективности связано с тем, что зерновой материал движется без существенного разбрасывания частиц по поверхности решета. Как видно из таблицы, для достижения эффективности разделения смеси, равной 80 %, как правило, достаточной для очистки зерна до базисных кондиций при продольных колебаниях с углом γ=0 требуется 8...11 ярусов решет, а при γ>0 - 13...14 ярусов. Применение же вибрационного режима при γ=0 позволяет уменьшить число ярусов до 5. Проведенные исследования дают основания для следующих выводов, полезных при разработке универсального сепаратора, обеспечивающего очистку зерна до базисных кондиций. 1. Высокочастотные продольные колебания (n=3000 мин-1, А=1,5...2 мм) решета с круглыми отверстиями в собственной плоскости обеспечивают в сравнении с низкочастотными (n=340 мин-1, А=7 мм) значительно более высокую эффективность выделения из зернового материала пшеницы мелкой, короткой и длинной примесей. При этом число ярусов решетного стана, достаточное для получения зерна базисной чистоты, снижается на 35...70 %. 2. Увеличение угла γ направления колебаний решета приводит к снижению эффективности выделения примесей. 3. Круговые колебания решета в сравнении с продольными в том же режиме повышают эффективность выделения мелкой и короткой примесей примерно на 50 % и существенно не меняют эффективность выделения длинной примеси.

Повышение эффективности пневмосепарирования в воздушных каналах работающих совместно с решетными устройствами.

Современные универсальные семяочистительные машины имеют, как правило, два аспирационных канала: один перед решетным устройством для предварительной очистки материала от легких примесей и другой в конце технологического процесса для сепарирования битых и щуплых семян. Аспирационный канал является одним из основных рабочих органов в сложных зерноочистительных машинах. Кажущаяся простота конструкций пневмосепараторов привлекала недостаточное внимание исследователей. В частности, до настоящего времени не разработаны вопросы аэродинамики пневмосистем семяочистительных машин. Взаимовлияние аэродинамических режимов в каналах – основной недостаток двухканальных пневмосистем, работающих с одним вентилятором. Не исследованными также являются способы подачи зерновых материалов в воздушные каналы, от которых существенным образом зависит эффективность процессов сепарирования.

Проведенные исследования аэродинамики отдельных зерновок в предыдущей главе позволили выявить основные закономерности процессов пневмосепарирования в воздушных каналах. На процесс сепарации в пневмоканалах существенное влияние, кроме аэродинамических свойств отдельных частиц, оказывают способы подачи зернового материала в каналы, а также аэродинамические свойства зернового слоя, поступающего в канал. Поэтому для повышения эффективности процессов разделения в пневмоканалах, а также обоснования их оптимальных параметров является необходимым выявление закономерностей аэродинамики зернового слоя в воздушных каналах. Основные закономерности аэродинамики зернового слоя в вертикальных сепарационных каналах Основные качественные и количественные закономерности аэродинамики зернового слоя, необходимо знать для расчета, проектиро-

вания, оптимизации режимов работы пневмосепараторов, а также для их совершенствования.

Исследования велись на специальной установке (рис. 4.7). В качестве материала для экспериментов использовались резко отличающиеся по форме, но предварительно выравненные по линейным размерам семена гречихи, проса и пшеницы, характеристика которых приведена в таблице 4.2. Опыты со всеми культурами имели трехкратную повторность. Характеристики

Таблица 4.2 исследуемых

семян Культу- Сорт Форма Удель- Влаж Вес Нара ный ность 1000ш сып, вес, т, ной 3 % г/см г вес, кг/м3 Казанс ШароПросо кое об1,14 13,0 7,6 645 506 разная МироЭлипПшени- новсооб- 1,23 15,20 31,5 732 ца скаяразная 40 ТрехБогаГречиха гран- 1,11 15,3 18,1 545 ты-рь ная

Исходный зерновой материал в сепарационный канал подавали самотеком и при помощи вибрационного питателя. Средняя скорость потока подсчитывалась по отношению расхода воздуха Q (м3/сек) к площади поперечного сечения S (м2) воздушного канала диаметром 40 мм и высотой 1400 мм. Расход воздуха замеряли ротаметром РС-7, потерю напора – микроманометром ММН. Расход воздуха регулировали путем изменения характеристик сети (дросселированием) и вентилятора (варьированием числа оборотов). Применение последнего способа регулирования связано с тем, что при определенном расходе воздуха возникали автоколебания поплавка ротаметра, при этом полностью нарушалась работа установки. Процесс пневмосепарации зернового материала в вертикальном воздушном потоке в зависимости от скорости воздушного потока можно разделить на три основные фазы: - первая – зерновой слой в состоянии покоя, воздух движется в межзерновом пространстве (фильтрация); - вторая - материал витает под действием воздушного потока (псевдоожижение слоя); - третья – отдельные зерна выносятся воздушным потоком из псевдоожиженного слоя (сепарация и транспортирование).

В зависимости от скорости v воздушного потока меняется высота Н, концентрация ε (отношение веса зерна ко всему объему зерновоздушной смеси) и перепад давления ∆Р зернового слоя. Со-

противление зернового слоя, соответствующее первой фазе процесса, пропорционально скорости потока и находится от нее в линейной зависимости, которая может быть представлена уравнением Дарси: v

=

k

µ

⋅

∆ P H

,

( 4.2 ) где k – проницаемость слоя (имеет размерность квадрата длины); µ - вязкость потока, кг⋅сек/м2. При скоростях потока, определяющих вторую фазу, величина ∆Р выражается уравнением Дарси-Вейсбаха и практически остается постоянной, равной весу зернового слоя: ∆Р =λ

Н ρ v2 G ⋅ = =const. RГ 2 S

(4.3) Здесь λ - коэффициент сопротивления; RГ – гидравлический радиус; ρ - плотность воздуха; G – вес зернового слоя; S – площадь сечения канала. Однако перепад давления ∆Р1 (рис. ) решетки и коммуникаций (канал, кассета, уплотнения и т.д.) растет с повышением скорости потока, поэтому суммарный перепад давления тоже увеличивается. В связи с этим все кривые ∆Р (правее точки А) не параллельны оси абсцисс. Параллельность же их между собой подтверждает справедливость уравнения (4.3). В момент перехода неподвижного зернового слоя во взвешенное состояние (точка А)

наблюдается небольшое уменьшение перепада давления (в малом интервале изменения скорости), что вызвано весьма интенсивным расширением слоя и увеличением межзернового пространства. Характер кривых высоты слоя Н и весовой концентрации ε для всех культур аналогичен. При скоростях потока, обусловливающих первую фазу процесса, параметры Н и ε остаются равными первоначальной высоте и насыпному весу (неодинаковому для различных культур). Во второй фазе каждому значению v соответствуют определенные величины Н и ε. Согласно уравнению Дарси при расширении слоя действительная скорость потока в межзерновом пространстве v

Д

=

расширении, если велика весовая концентрация зерновоздушной смеси. Поэтому с точки зрения пневмосепарирования следует правильно подбирать высоту вертикального канала и величину подачи исследуемого материала (чтобы иметь возможность создать минимальную весовую концентрацию и включить явление ‘’выброса’’).

v m

(4.4) (здесь коэффициент пористости m – отношение объема межзернового пространства ко всему объему) снизится. А значит, и уменьшится подъемная сила, действующая на отдельные зерна. Это приведет слой в исходное положение. Затем процесс повторится. Таким образом, витающий слой как бы автоматически поддерживает свою высоту. При этом возникают периодические ‘’выбросы’’ (всплески) зернового слоя не только в момент перехода во взвешенное состояние, но и при дальнейшем его

трацию и включить явление ‘’выброса’’).

Анализ графиков показывает, что вынос зерен независимо от культур начинается при одинаковой минимальной величине ε ≈0,05 г/см3. Это условие позволяет, при извесных высоте h (м) и навесном весе ε1 (кг/м3) неподвижного слоя, определять минимальную высоту воздушного канала порционного пневмоклассификатора: Н

В

=

его скорость в каналах, при этом основная масса воздуха поступает через зазоры между каналом и сеткой, а воздушный поток при входе в канал аспиратора отклоняется от вертикального направления (рис. 4.8).

ε h ε , 1

2

(4.5) где ε2 – весовая концентрация витающего слоя, кг/м3. Обоснование основных способов подачи зерновых материалов в воздушные каналы, совместно работающие с решетными устройствами

Существенное влияние на процесс сепарации оказывают способы подачи зерновых материалов в сепарируемые каналы. В настоящее время наиболее распространены способы подачи при помощи дозирующих устройств, как правило, выполненных в виде валиков с ребристой поверхностью [92,93,125]. Непосредственно в сепарационные каналы зерновые материала могут посту-пать на опорные сетки или двигаться самотеком (рис.4.8). В универсальных семяочистительных машинах сетки вибрационные сетки с отверстиями 1,5…2,0 мм соответственно пропускают по своей поверхности зерно и оказывают значительное сопротивление воздушному потоку, сильно снижая

Исследования показали, что разница в скоростях по сечениям сохраняется независимо от расхода воздуха. Но с увеличением отверстий сетки с 1,5х1,5 до 3,0х3,0 мм вследствие снижения сопротивления происходит выравнивание воздушного скоростного поля соответственно: в 1-м сечении – с 9,5 до 9,6 м/сек, во 2-м – с 7,3 до 9,1, в 3-м – с 8,8 до 9,2 м/сек. Дальнейшее увеличение отверстий до 3,5-4,0 мм оказалось невозможным вследствие застревания зерна и скопления его на поверхности сетки.

ет размер отверстия в зависимости от расположения зерна параллельно стороне или по диагонали отверстия. При стороне отверстия равной l, и диаα l = = x х 2 . Решая уравне2 гонали d величина и 1

2

ние эллипса относительно y, находим глубину застревания z=b-y, мм. Приближенные значения глубины угла застревания z и половины угла застревания зерна β даны в табл. 4.3. По полученным данным глубина и угол застревания с увеличением отверстий возрастают и достигают наибольшей величины при отверстиях в 3 мм. Дальнейшее увеличение размеров отверстий приводит к значительным потерям зерна через аспирационную сетку.

Поскольку семена основных зерновых культур имеют форму, близкую к эллипсоиду, то за исходный материал при исследованиях были приняты зерновки пшеницы, имеющие наиболее выраженную эллиптичность. Опыты проводились на семенах пшеницы, ячменя, овса, кукурузы и на измельченной соломисто-зерновой массе. Из уравнения эллипса х + у = 1 были 2

2

а

2

b

2

определены значения глубины и углов застревания зерен в отверстиях аспирационной сетки. Величины полуосей а и b известны из средних размеров длины и толщины зерен, а х выража-

Перемещаясь по аспирационной сетке, установленной под углом α к горизонту, зерно находится под действием сил, сумма которых представлена на рис. . Момент, создаваемый силой инерции С, стремится выбросить зерно из отверстия сетки, а момент, создаваемый силой веса Q, удерживает его в отверстии. Из уравнения

Таблица 4.3

Характеристика поддерживающих сеток и ориентации на них зерновок

Величина отверстий

сетки, мм 1,5х1,5

2,0х2,0 3,0х3,0

Положение оси зерна Параллельно стоПо диагонали отроне верстия отверстий z, мм z, мм β β 0,04 0,06 0,12

32°53′ 41°15′ 54°14′

0,6 0,11 0,25

ний, развиваемых решетами зерноочистительных машин. Более низкие значения ускорений вызывают замедленное перемещение зерна, скопление его на аспирационной сетке и перекрывание прохода аспиратором.

42°55′ 53°17′ 65°52′

моментов относительно точки А находим величину ускорения решета (сетки), необходимую для выбрасывания застрявших зерновок: j = g tg(β-α) (1+f tgβ), м/сек2, (4.6) где g – ускорение силы тяжести, м/сек2; f – коэффициент трения зерновок; β - угол застревания. При постоянных значениях g и α сход зерна зависит от угла застревания β, который в свою очередь зависит от величины отверстий в сетке. Перемещение зерна происходит, когда f = tgϕ ≥ tgβ. При β > ϕ перемещение зерна требует более высоких ускорений. Так, при величине отверстий сетки 1,5х1,5 мм необходимое ускорение равно 7,16 м/сек2, при 2,0х2,0 мм – 10,85 и при 3,0х3,0 мм – 20,73 м/сек2. Из приведенных данных следует, что ускорение, необходимое для перемещения зерна по сетке с отверстиями 3 мм, превышает пределы ускоре-

При работе с зерном воздушное скоростное поле в канале аспиратора изменяется с ростом нагрузки. На рис. представлено изменение воздуш-

ного скоростного поля при сопротивлении сетки с отверстиями 3,0х3,0 мм и боковых зазорах под аспиратором 30 мм. Количественную оценку величины неравномерности поля скоростей определяли через коэффициент неравномерности воздушного потока: (4.7) δ=σ/vср.⋅100%, σ =

∑ (v i − v ср

)

2

n −1 - среднеквадратичное отклонение; vi и vср – где местная и среднезамеренная величина скорости; n – число замеров. Поля скоростей воздушного потока определяли в свободных и загруженных каналах при установившемся рабочем режиме микроманометром МН-100 и пневмометрических трубок Пито-Прандтля.

Подсчет коэффициентов неравномерности скорости в верхнем и нижнем сечениях при работе машины дает: для 1-го канала – 9,84 и 14,30, для 2-го канала – 11,14 и 28,09. Таким образом, в зоне сепарации, особенно 2-го канала, неравномерность поля скоростей весьма велика. Качество изготовления и сборки пневмосистемы также оказывает существенное влияние на ее работу. Подсасывание воздуха через неплотности соединений не только нарушает эксплуатационный режим работы системы, приводит к излишним энергозатратам, но и может ухудшить качество работы всей машины за счет сильных местных течений воздуха. Испытание по определению дополнительного подсасывания воздушного потока опытного образца машины МС-4,5 показало, что в режиме эксплуатации через неплотности соединений проходит до 25% количества воздуха от номинального его расхода через каналы. Во всех случаях использования воздуха в качестве рабочего тела для совершения технологической операции вопросы аэродинамики процессов и устройств имеют первостепенное значение. Аэродинамика семяочиститель-ных машин усложняется еще и тем, что протекающие здесь процессы имеют нестационарный характер.

Казалось бы, что с уменьшением зазоров должно возрастать поступление воздуха сквозь сетку и со стороны схода зерна, но этого не наблю-

дается. Во всех случаях основная масса воздуха всасывается через зазоры, очищая скользящим потоком только верхние слои зернового материала. Из нижних слоев сорные примеси не выделяются и остаются в сходящем материале. На эффективность сепарации также отрицательно сказывается явление перераспределения частиц от встряхивания, при котором мелкие семена сорных растений перемещаются в нижние слои, что затрудняет выделение их воздушным потоком. Независимо от величины отверстий в сетке с повышением зерновой нагрузки наблюдается резкое падение скоростей во всех сечениях канала, но прорывающиеся при этом через верхний слой материала потоки воздуха уносят в отходы значительное количество зерна, доходящее при нагрузках 3,5…4,5 кгсм2/ч до 8-10%. Эффективность процесса пневмосепарирования оценивали по формуле: E

=

( a − v )( b − u ) ab (1 − u − v )

,

(4.8) где a, v – доля легкого компонента в исходном материале и в нижнем выходе; b, u – доля тяжелого компонента в исходном материале и в верхнем выходе. Коэффициент извлечения легкого компонента определяли из следующего выражения: η

=

А − В Б

х 100

,

(4.9)

где А- вес верхнего выхода, кг; Б, В – вес легкого и тяжелого компонента в исходном материале и в верхнем выходе. Коэффициент потерь тяжелого компонента в верхнем выходе находим из выражения: z

=

B A

100

,

(4.10) Аспирационная сетка очень чувствительна к перегрузке зерном. При удельной производительности пневмоканалов 2…4 кг/см2ч толщина слоя зерна на аспирационной сетке равна 15-20 мм и является недостаточно продуваемой аспирируемым воздушным потоком. При этом в канале наблюдается или явление вакуума, или поступление воздуха через боковые зазоры. Весьма вероятно, что в проектируемых сейчас машинах производительностью 20-50 т/ч аспирационная сетка может служить ограничивающим элементом производительности машин. Проведенные исследования дали основание сделать выводы, что применение аспирационной сетки обеспечивает повышение качества сепарации зернового материала. Дальнейшая работа в лабораторных и производственных условиях (на примере кукурузы, ячменя, овса и др.) подтвердила правильность этих выводов. Было установлено, что полное качественное разделение может быть получено только при свободном движении зерна в каналах аспираторов и

при достаточно длительном пребывании его в воздушном потоке. Подаваемый в каналы материал должен двигаться в рассеянном состоянии навстречу за воздуху путем свободного перепада в канале на высоте 200-250 мм (рис. 4.7б). Струи воздуха, обтекая твердые частицы, выравнивают поток, что приводит к снижению потерь на завихрения и возрастанию активности воздушного потока. Этим вероятно и объясняется то, что степень засоренности исходного материала (в определенных пределах) и увеличение нагрузки не снижают качества очистки. Экспериментально установлено, что высота обязательного перепада зерна Н может быть выражена через глубину L аспирационного канала следующей зависимостью: Н>(2,1÷2,4)L, мм. Результаты работы каналов аспирации на очистке пшеницы представлены в табл. 4.4. Таблица 4.4

Характеристика процесса сепарации семян пшеницы в воздушных каналах Произво- Отходы аспи- Потери чистого зеррации, % на в отходах аспирадительции, % ность, 2 кг/см ч 1 ка2 ка- 1 канал 2 канал нал нал

При наличии аспирационной сетки

2,5 3,43 3,92 1,21 1,25 3,5 3,58 3,62 1,57 1,31 4,5 3,95 4,15 1,88 1,44 Без аспирационной сетки при свободном движении зерна в обоих каналах 2,5 3,45 2,21 1,81 1,91 3,5 3,44 1,97 1,95 1,95 Весовая концентрация, характеризуемая отношением веса выделяемых сорных примесей к весу засасываемого воздуха в секунду, для аспирационных установок может быть принята ε0=1кг/кг. В существующих зерноочистительных машинах она не превышает ε=0,12-0,15 кг/кг, что указывает на широкие возможности применения аспирации всасывающего типа в высокопроизводительных машинах. Регулирование воздушного потока в пневмосепараторе. Опыт эксплуатации пневмосепарирующих устройств показывает, что эффективность их работы на разных технологических режимах дутья в значительной степени зависит от характеристики (свойства) вентилятора и способов регулирования скорости воздушного потока, в связи с чем вопрос подбора вентилятора и выбор способов регулирования его производительности приобретает большое прикладное и теоретическое значение. Однако этому весьма важному вопросу при создании пневмосепарирующих устройств не уделяется должного внимания, конструкторы искусственно приспосабливают вентиляторы общепромышленного назначения, не учитывая условий работы последних в системе пневмосепаратора.

В основном эта специфика заключается в следующем. Производительность вентилятора должна регулироваться в широких пределах (8-10-кратно) ввиду того, что одни и те же пневмосепарирующие устройства используются как для обработки крупных (бобы, кукуруза и др.), так и мелких (мак, люцерна и др.) семян. Вентилятор должен обеспечивать стабильную подачу воздуха на всех технологических режимах дутья, ибо от этого в большой степени зависит качество пневмосепарирования. Аэродинамическое сопротивление пневмосепаратора не постоянно во времени из-за нестабильности подачи зернового материала и его фракционного состава. На рис.4.10 изображены характеристика пневмосепарирующего устройства и типичная безразмерная характеристика центробежного вентилятора среднего давления с восходящим СВ и нисходящим ВД участками. Вентиляторы с подобной характеристикой применены на многих пневмосепарирующих устройствах зерноочистительных машин.

Необходимость регулирования в широких пределах производительности вентилятора приводит к тому, что не исключается возможность работы на восходящей СВ ветви. Вентиляторы с монотонно падающей характеристикой не могут обеспечить стабильную подачу воздуха не на одном технологическом режиме дутья. Действительно, как видно из характеристики, незначительному изменению напора ∆Н=Н1-Н0 соответствует значительное изменение производительности вентилято-

ра, ∆Q0-Q2; следовательно, при наибольшем изменении сопротивления сети (зернового материала) будет нарушен оптимальный технологический режим дутья. Из рассмотренного следует, что для обеспечения стабильного режима дутья (при нестабильном сопротивлении сети) необходим вентилятор с круто падающей характеристикой. Теперь рассмотрим работу вентилятора на восходящей ветви характеристики (рабочая точка находится на этом участке). Любое снижение производительности вентилятора при работе на восходящей ветви характеристики приведет к тому, что статическое давление в осадочном устройстве пневмосепаратора станет больше статического давления, развиваемого вентилятором (рабочая точка сместится к точке С). Ввиду того, что величина давления в осадочной камере при этом станет выше давления, развиваемого вентилятором, воздух потечет из осадочной камеры в вентилятор, и последний как бы начнет ‘’задыхаться’’. В результате последующего падения давления в камере расход воздуха вновь возрастет, затем процесс в той же последовательности повторится вновь. Такое пульсирующее колебание давления и расхода воздуха (помпаж) приводит к периодическим всплескам обрабатываемого материала, что нарушает нормальный процесс пневмосепарирования.

Как известно, производительность вентилятора можно регулировать одним из следующих способов: путем изменения характеристики пневмосепарирующего устройства (дросселированием); путем изменения характеристики вентилятора (изменением чисел оборотов ротора или активной ширины лопаток ротора), или тем и другим одновременно. Первый способ регулирования носит название количественного, второй – качественного, третий – комбинированного. Проанализируем в отдельности количественный и качественный способы регулирования с точки зрения энергозатрат при работе в устойчивой зоне характеристики вентилятора. Предположим, что нам необходимо уменьшить производительность вентилятора с Q0 до Q2. При дросселировании к потерям в пневмосепараторе добавляются потери на удар и трение в дроссельных устройствах, ввиду чего кривая сопротивления пойдет круче (штриховая линия) (рис. 4.11). При этом полезная работа вентилятора, как видно из графика, будет равна Q2Н2, а не Q2Н1, фактически имеющая место при дросселировании, т.е. дросселирование уменьшает коэффициент полезного действия пневмосепарирующей установки во столько раз, во сколько Н1 больше Н2. При регулировании же качественным способом полезная работа вентилятора Q2Н2 будет равна фактической работе при соответствующем к.п.д.

Потребляемая вентилятором мощность изменяется при этом согласно уравнению N N

1

 =   

n n

1

   

3

, ( 4.11) где N1 и N2 – потребляемые мощности, соответствующие числам оборотов вентилятора n1 и n2. Как известно, важнейшим условием высококачественной работы пневмосепарирующего устройства является равномерность скоростного поля. При регулировании скорости воздушного потока качественным способом нарушается равномерность скоростного поля. При регулировании же качественным способом структура скоростного поля остается неизменной. Это подтверждается приводимыми на рис. 4.12 эпюрами средних относительных скоростей, снятыми в пневмосепарирующем канале ротаметрической установки (регулировочная заслонка установлена в верхней части канала). Аналогичные результаты были получены и другими исседователями [98,122], которые изучали структуру скоростного поля на выходе из вентилятора при дросселировании входного отверстия. Изменение эпюры скоростного поля при дросселировании входного отверстия вентилятора связано с изменением скорости протекания воздушного потока через вентилятор, при дросселировании в канале – местными возмущениями в потоке, которые вносятся присутствием того или иного дроссельного устройства. 2

2

Значительное влияние на качество сепарирования оказывает также тонкость регулирования (плавность изменения скорости воздушного потока). Установлено, что качественный способ регулирования по сравнению с количественным способом дает возможность осуществить более тонкое изменение скорости воздушного потока. Анализ экспериментальных данных показал, что: - высокочастотные продольные колебания (n=3000 мин-1, А=1,5...2 мм) решета с круглыми отверстиями в собственной плоскости обеспечивают в сравнении с низкочастотными (n=340 мин-1, А=7 мм) значительно более высокую эффективность выделения из зернового материала пшеницы мелкой, короткой и длинной примесей. При этом число ярусов решетного стана, достаточное для получения зерна базисной чистоты, снижается на 35...70 %; - увеличение угла γ направления колебаний решета приводит к снижению эффективности выделения примесей; - круговые колебания решета в сравнении с продольными в том же режиме повышают эффективность выделения мелкой и короткой примесей примерно на 50 % и существенно не меняют эффективность выделения длинной примеси;

- анализ графиков полей скоростей воздушного потока позволил выявить влияние окон ввода материала на распределение скоростей по сечению канала. Эффект подсасывания воздуха через эти окна уменьшает скорость входящего потока вблизи внутренних стенок каналов. Особенно сильно влияние вводного окна во 2-м канале, где нет питающего валика, играющего роль шлюзового затвора.

4.4. Система машинных технологий очистки и сортирования зерна и семян. Типоразметный ряд универсальных зерно-семяочистительных машин Рациональная техническая оснащенность зернопроизводящего хозяйства определяется прежде всего объемом производства зерна. Ясно, что сложная дорогостоящая техника экономически может быть оправдана только достаточно большим объемом обрабатываемого материала. Сложность проблемы технического обеспечения хозяйств с малыми объемами производства обусловлена тем, что стоимость машин и оборудования с уменьшением паспортной производительности уменьшается существенно медленнее пропорциональной зависимости, а в определенных условиях, например, при малом спросе, может даже увеличиваться в сравнении с высокопроизводительными машинами. В связи с этим производства с очень малыми объектами (порядка нескольких десятков тонн), как правило, не могут доводить зерно и семена до высоких кондиций собственными техническими средствами. Для таких хозяйств необходимо создание простых и дешевых машин и оборудования доведения материала до требуемого качества. С применением разработанного комплекса универсальных каскадных решетных сепараторов созданы технологии послеуборочной обработки зерновых материалов (табл. 4.5). Одним из наиболее эффективных направлений снижения капиталоемкости зерно-семяочистительной техники является создание новых универсальных машин, функционально заменяющих несколько известных, как, например, каскадный решетный сепаратор, заменяющий воздушно-решетную машину и триер, причем, металлоемкость его и габаритные размеры меньше, чем у заменяемой им известной воздушнорешетной машины. На основе каскадного решетного сепаратора разработан типоразмерный ряд универсальных зерно-семяочистительных машин производительностью от 1 до 50 т/ч на обработке зерна и производительностью от 0,4 до 20 т/ч на обработке семян. Этот ряд машин может быть использован в рекомендуемой системе машинных технологий очистки и сортирования зерна и семян, адаптированной ко всему многообразию зернопроизводящих хозяйств – от мелких с объемом производства порядка нескольких тысяч тонн зерна до десяти и более тысяч тонн зерна в год (рис. 4.12 а, и рис. 4.13).

Таблица 4.5 Ресурсо-энергосберегающие машинные технологии очистки зерна и семян основных зерновых культур

Техноло- Место и время проведения операции и гическая используемые машины операОбъем производства зерна (семян) в хоция зяйстве, т Более 500 От 100 до Менее 100 500 1 2 3 4 1.ПредваВ процессе В проВ процессе рительная приема и загрузприема и очистка ки в хранилище. цессе В уборочный пе- приема и загрузки в риод загрузки в хранилище. (1) или (3). В уборочВ процес- хранилисе приема в ще. В убо- ный период рочный (1). линию обпериод (1) В процессе работки. В загрузки уборочный или (3). транспортВ пропериод но-го сред(1) или (2) цессе ства из бунприема в или (3). линию об- кера комбайна. В работки. В убороч- поле (1). ный период (1) или (2) или (3).

2. Очистка зерна

В линии после предварительной очистки. В уборочный или послеуборочный период ((1) или (3) или(4)) + (5); ((6)+(5)+(2)) или (7)+(5) или (8)

В ангаре. В послеуборочный период (1) или (9) или (10).

В ангаре. В послеубороч-ный период (1) или (10) или (11).

3.Очистка семян

В линии. В послеуборочной период ((12) или (13) или (14)) + (5) + ((15) или (16) или (17)). В послеуборочной период ((6) или (7) или (8)) + ((5) + ((13) или (14))) + ((15) или (16) или (17)).

В линии. В послеуборочный период (9) + (17).

В ангаре. В послеубороч-ный период (10) или (11).

Условные обозначения: (1)-сепаратор зерна гравитационный СЗГ-25, (25/15т/ч); (2)-очиститель вороха самопередвижной ОВС-25; (25/10т/ч); (3)-очиститель воздуха стационарный ОВС-25С, (25/10т/ч); (4)-машина первичной очистки зерна ЗВС-25А, (25т/ч);

(5)-триерный блок ЗАВ-10.90000А, (10т/ч); (6)-каскадный решетный сепаратор КРС-50, (50/20т/ч); (7)-каскадный решетный сепаратор КРС-25, (25/10т/ч); (8)-каскадный решетный сепаратор КРС-10, (10/4т/ч); (9)-каскадный решетный сепаратор КРС-5, (5/2т/ч); (10)-каскадный решетный сепаратор КРС-2,5, (2,5т/ч); (11)-каскадный решетный сепаратор КРС-1, (1/0,4т/ч); (12)-машина вторичной очистки семян МВУ-1500, (10т/ч); (13)-машина вторичной очистки семян МВО-10, (10т/ч); (14)-машина вторичной очистки семян МВО-5, (5т/ч); (15)-пневматический сортировальный стол МОС-9, (10т/ч); (16)-пневматический сортировальный стол СПС-5, (5т/ч); (17)-пневматический сортировальный стол ППС2,5(2,5т/ч); На универсальные сепараторы типоразмерного ряда разработаны исходные требования.

И..М.-исходный материал; Ф1-зерно, очищенное на универсальном сепараторе; Ф2-фракция зерна доочищенного на триере и воздушно-решетной машине; Ф0-обьединенная фракция очищенного зерна.

Рис.4.12а. Схема фракционной технологии очистки зерна.

Рис.4.13 Схема фракционной технологии очистки семян зерновых культур. И.М.-исходный материал; Ф1-семена, очищенные на универсальном сепараторе; Ф2-фракция доочищенная на триере, воздушно-решетной машине и пневмостоле; Ф0-объединенная фракция очищенных семян. 4.5. Технико-экономическая эффективность результатов исследований. Технико-экономические показатели разработанных машин и технологий определяли расчетным путем в соответствии с утвержденной Минсельхозпродом методикой экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники, а также с использованием типовых методик [132, 133, 134]. Балансовую стоимость машин определяли по формуле: Цб=Цо 1,2 , (4.12) где - Цо - оптовая цена машины. Годовую выработку машин и технологий находили по формуле: Wг=W tг α , (4.13) где - W - производительность машины за 1 час сменного времени; tг- годовая загрузка машин;

α- коэффициент использования эксплуатационного времени. Зароботная плата рабочих на единицу продукции определяли из выражения: З=ЗчΣЛ/(WК) , (4.14) где - Л-количество рабочих каждой квалификации; Зч - оплата за час работы по специальностям и квалификациям; К- коэффициент использования сменного времени. Стоимость электроэнергии за единицу продукции определяли из выражения:

Э=NЦэ/(

К),

W

(4.15) где - N- установленная мощность машин, кВт; Цэ- цена 1 кВт ч электроэнергии.

Амортизационные отчисления на реновацию, приходящиеся на единицу продукции, определяли по формуле:

А=Цб

а/(WК

tг

),

(4.16) где а- коэффициент ежегодных амортизационных отчислений на реновацию. Размер отчислений на ремонт и техническое обслуживание приходящиеся на единицу продукции определяли по формуле:

R=

Цбr/(WК

tг

),

(4.17) где - r - коэффициент ежегодных отчислений на ремонт и техническое обслуживание. Общие эксплуатационные издержки на обработку 1 тонны семян:

И=З+А+Э+

R

.

(4.18) Удельные капитальные затраты на единицу продукции: Ку=Цб/ (WК tг ). (4.19) Годовой экономический эффект от внедрения новой машины или технологии определяется по формуле: Эг=[(Иб+ЕКуб)-(Ин+ЕКун)]Q , (4.20) где - Иб и Ин -издержки эксплуатации, приходящиеся на обработку 1т семян базовой и новой машинами; Куб и Кун - удельные капитальные затраты базовой и новой машин; Е - нормативный коэффициент эффективности капиталовложения составляет 0,15; Q - годовой объем производимой продукции новой машиной. Применение экономических показателей машин и технологий в ряде случаев недостаточно, поскольку они существенно колеблются и зависят от политики ценообразования.

Основным энергетическим критерием эффективности послеуборочной обработки является критерий совокупных затрат энергии, приходящихся на единицу переработанного продукта [130]: Ес=Еп+(Еж+Ео+Ез)/W , (4.21)

где - Ес - совокупные затраты энергии приходящиеся на очистку единицы продукции, МДж/т; Еп - прямые затраты энергии, МДж/т; Еж - затраты живого труда, Мдж/ч; Ео и Ез - энергоемкость оборудования и производственных помещений, МДж/ч. Прямые затраты энергии определяли по формуле: Еп=Нэ(Кэ+fэ), (4.22) где - Нэ - расход электроэнергии, кВт ч/т; Кэ - коэффициент перевода 1 кВт ч в 1 МДж (Кэ=3,6); fэ - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии на производство электроэнергии, (fэ=12 МДж/кВт ч). Потребляемую энергию живого труда определяли по формуле: Еж=n αж , (4.23) где - n - число обслуживающего персонала; αж - энергетический эквивалент затрат живого труда, МДж/ч . Энергоемкость оборудования можно определить следующим образом: Ео= 0,01 Моαо(а+ар)/Т , (4.24) где - Мо- масса оборудования, кг;

αо- энергетический эквивалент оборудования,

МДж/кг; ар- отчисления на текущий ремонт оборудования; Т - нормативная загрузка оборудования. Энергоемкость производственных помещений рассчитывали по формуле: Ез=0,01αзFз а/Т , (4.25) где - αз - энергетический эквивалент производственных помещений; Fз - площадь производственных помещений, 2 м . Фактическую годовую загрузку разработанных технологий машин определяли в соответствии с техническими требованиями по формуле: Зф=Зг Кэ Ксм Кн Кт , (4.26) где - Зг = 500 ч - паспортная годовая загрузка, ч; Кэ - коэффициент использования эксплуатационного времени; Ксм - коэффициент использования сменного времени; Кн - коэффициент надежности технологического процесса; Кт - коэффициент использования комплекса.

Объем подготовленных на комплексе семян определяли из соотношения:

(4.27)

У=Зф

Пп

К1

К2

,

где Пп=10 т/ч - паспортная производительность семяочистительного комплекса (определяется по производительности входящего в комплекс агрегата на семенах пшеницы); К1- коэффициент пересчета производительности в зависимости от обрабатываемой культуры; К2 - коэффициент пересчета производительности в зависимости от засоренности и влажности исходного семенного материала. Новая технология очистки зерна на базе разработанного универсального каскадно-решетного сепаратора КРС-50 позволяет увеличить производительностью агрегата ЗАВ-25 в 1,7…2,2 раза в зависимости от состава исходного материала. При этом в агрегате вместо машины первичной очистки ЗВС-20 А производительностью 25 т/ч установлена новая универсальная машина КРС-50 производительностью 50 т/ч, машина предварительной очистки МПО-50 заменена гравитационным зерноочистителем 2СЗГ-25. Новая технология очистки и сортирования при подготовке семян, кроме перечисленных выше машин зерновой линии, включает машину вторичной очистки МВУ-1500 (вместо двух СВУ-5А) и машину окончательной очистки МОС-9, что позволяет увеличить производительность технологической линии с 10 до 20 т/ч. В частности, применение новых разработок при реконструкции зерноочистительных агрегатов и комплексов (табл. 4.6) обеспечивает снижение совокупных энергозатрат на 32…43 %, при этом расчетный годовой экономический эффект превышает 200 тысяч руб. (в ценах 1999 г.).

Таблица 4.6 Основные технико-экономические показатели сравниваемых машин и технологий

Технологии очистки Зерна Наимено- Базовая Новая ЗАВ-25 вание показате-

Технологии подготовки семян Базовая ЗАВ-25+ Новая СП-10А

лей Годовая выработка, т Прямые энергозатраты, МДж/т Энергоемкость машин и оборудования, МДж/т Совокупные энергозатраты, МДж/т Годовой экономический эффект,. руб.

9125

20250

3600

8200

15,29

10,14

102,65

55,85

6,49

4,13

25,15

14,89

Таблица 4.7 Исходные данные и расчетные техникоэкономические показатели фракционной (новой) и базовой технологий очистки семян зерновых Наименование показателей

22,68

-

15,17

64800

128,7

-

71,64

171117

Расчет основных показателей новых машин и технологий приведен в табл. 4.7 и табл. 4.8.

Условные обозначения

Базовая технология ЗАВ-25+СП10А

Исходные данные Производительность за 1 час основного W 10 времени, т/ч Годовая загрузка, ч tг 500 Оптовая цена (ориен- Цо 341580 товочная), тыс.руб Коэффициент использования экс0,73 α плуатационного времени Амортизационные а 11,1 отчисления, % Отчисление на ремонт и техническое r 2,0 обслуживание, %

Фракцион-ная технология

10 500 168125 0,80 11,1 2,0

Установленная мощность электродвигателей,кВт Стоимость электроэнергии, кВт ч, руб Энергетический эквивалент сооружений, МДж/чел ч Энергетический эквивалент машин, МДж/кг Масса машин и оборудования, кг Балансовая стоимость машин, тыс. руб Годовая выработка, т Расходы на зароботную плату, руб/т Расходы на электроэнергию, руб/т Амортизационные отчисления на реновацию, руб/т Затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб/т Эксплуатационные

N

137,85

101

Цэ

500

500

αз

4700

4700

αм

75

75

М

29544

23100

Расчетные показатели Цб 409900 201750 Q З

3900 980

4000 980

Э

1770

1260

А

11670

6000

R

2100

1010

И

16520

9250

затраты, руб/т Удельные капиталовложения, руб/т Годовой экономический эффект, тыс. руб Удельный расход электроэнергии, кВт ч/т Прямые энергозатраты, МДж/т Энергоемкость машин, МДж/т Совокупные энергозатраты, МДж/т

К

105100

50400

Эг

-

478561

Нэ

15,3

11,2

Еп

238,7

174,7

Эм

54,7

42,8

Ес

293,4

217,5

Таблица 4.8 Исходные данные и расчетные техникоэкономические показатели фракционной (новой) и базовой технологии очистки семян зерновых Наименование показателей

данные

Условные обозначения

Базовая Фрактехноционлогия ная ЗАВтех25+СП- ноло10А гия Исходные

Производительность за 1 час основного времени, т/ч Годовая загрузка, ч Оптовая цена (ориентовочная), тыс.руб Коэффициент использования эксплуатационного времени Амортизационные отчисления, % Отчисление на ремонт и техническое обслуживание, % Установленная мощность электродвигателей,кВт Стоимость электроэнергии, кВт ч, руб

W

10

10

tг Цо

500 341580

500 16812 5

α

0,73

0,80

А

11,1

11,1

r

2,0

2,0

N Цэ

137,85 500

Энергетический эквивалент сооружений, МДж/чел ч αз 4700 Энергетический эквивалент αм 75 машин, МДж/кг Масса машин и оборудова- М 2954 ния, кг 4 Расчетные показатели Балансовая стоимость ма- Цб 4099

101 500

4700 75 23100 20175

шин, тыс. руб Годовая выработка, т Расходы на зароботную плату, руб/т Расходы на электроэнергию, руб/т Амортизационные отчисления на реновацию, руб/т Затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб/т Эксплуатационные затраты, руб/т Удельные капиталовложения, руб/т Годовой экономический эффект, тыс. Руб Удельный расход электроэнергии, кВт ч/т Прямые энергозатраты, МДж/т Энергоемкость машин, МДж/т Совокупные энергозатраты, МДж/т

Q З

00 3900 980

0 4000 980

Э

1770

1260

А

1167 0

6000

R И

1010 9250

Эг

2100 1652 0 1051 00 -

Нэ

15,3

Еп

238, 7 54,7

174,7

293, 4

217,5

К

Эм Ес

50400 47856 1 11,2

42,8

Основные выводы и предложения

1. Изучение состояния имеющейся технической базы послеуборочной обработки зерна, подготовки семян и потребностей в ней в настоящее время показало, что она физически изношена и морально устарела: - более 90% техники исчерпало свой рабочий ресурс и подлежит списанию; обеспеченность машинами для очистки зерна продовольственного и фуражного назначения составляет 45%, машинами для очистки семян-35%, техникой для сушки-25%, хранилищами-40%; - техника не соответствует современным условиям сельскохозяйственного производства и требует коренной модернизации. Научное обеспечение реконструкции имеющейся и создания 2. новой технической базы послеуборочной обработки зерна и подготовки семян, соответствующей современным условиям производства, связано с большим объемом научно-исследовательских, опытноконструкторских и проектных работ, требующих значительных затрат труда, времени и средств. Разработанная с помощью персонального компьютера интегрированная программная система, на основе содержащейся в ее базе данных информации (математических моделей процессов обработки, характеристики исходного материала и конечного продукта, рабочих органов машин и оборудования, строительных конструкций, условий производства и др.) позволяет: - рассчитывать высоадаптивные машинные технологии послеуборочной обработки зерна и подготовки семян, а также оптимальные параметры новых машин; - комплектовать конкурирующие варианты технологических линий зерно-семяобрабатывающих предприятий и оптимизировать их по различным критериям применительно к конкретному хозяйству, ко всему многообразию хозяйств региона или страны в целом с выдачей подробной технико-экономической оценки. 3. Исследование процесса сепарации зерновых материалов на различных рабочих органах показало, что четкость распределения семян по фракциям при сортировании зависит от степени различия значений признака делимости семян и граничного значения этого признака, разделяющего фракции. Для известных сепарирующих органов – решетных, триерных, пневмосепаратора, пневмосортировального стола, а также каскадного решетного сепаратора характерна экспоненциальная зависимость четкости сортирования зерновок от разности значений их признака и граничного значения признака, разделяющего фракции.

Разработанная на основе установленной закономерности методика расчета технологий очистки и сортирования зерна и семян позволяет по характеристике исходного материала и сепарирующих органов оценивать принципиальную возможность разделения материла с доведением его до требуемых кондиций, определять рациональную последовательность операций и эффективность применения в технологической линии различных сепарирующих органов. 4. Для крупных хозяйств (объем производства зерна тысячи тонн) целесообразно совместное применение поточной и двухэтапной технологий. Част зерна обрабатывается в зерноуборочный период, а другая – в послеуборочный период, что позволяет существенно сократить себестоимость обработки за счет более продолжительного использования дорогостоящего оборудования. В этих хозяйствах эффективное использование фракционной технологии на базе универсального сепаратора, выделяющего из исходного материала 70..90% зерна (семян) требуемых кондиций и разделяющего остальную часть на фракции – отход и зерно (семена) «второго сорта», которое в зависимости от хозяйственной целесообразности либо дорабатывается до требуемых кондиций на машинах меньшей производительности, либо используется на фураж без доработки. В малых хозяйствах (объем производства десятки-сотни тонн) эффективно использование двухэтапной технологии, при которой в уборочный период осуществляется только подготовка к хранению (предварительная очистка и при необходимости сушка), а доведение до требуемых кондиций (базисных, семенных) в послеуборочный период. В таких хозяйствах рационально применение одной машины – универсального зерно–семяочистителя, обеспечивающего доведение до требуемых кондиций не менее 80..90% зерна (семян) за один проход и 90..95% при повторной обработке промежуточной фракции (второго сорта). Разработанная система машинных технологий очистки и сортирования зерна и семян при послеуборочной обработке обеспечивает минимальную себестоимость обработки в различных хозяйствах. Рациональный типоразмерный ряд универсальных сепараторов характеризуется следующими уровнями паспортной производительности на обработке зерна (семян), т/ч: 1 (0,4); 2,5 (1,0) – для малых хозяйств и 10 (4); 25(10); 50(20) – для крупных хозяйств. Поярусное распределение исходного материала при подаче на 5. каскадный решетный стан с оптимальной загрузкой решет (слоем толщиной в 2..4 зерновки), в отличие от подачи материала на верхнее ре-

шето толстым слоем, интенсифицирует процесс сепарации, что позволяет повысить эффективность очистки и сортирования и снизить материалоемкость и габариты сепаратора в 1,3..1,5 раза. Разработанная математическая модель интенсифицированного процесса составила основу метода расчета основных параметров высокопроизводительных универсальных зерно-семяочистительных машин, функционально заменяющих воздушно-решетные и триерные машины. Повышение эффективности работы малопроизводительных универсальных машин (0,5...2,5 т/ч) обеспечивается за счет применения высокочастотных (25..50 Гц) малоамплитудных (1..2мм) колебаний решет в собственной плоскости. Потребляемое число ярусов решет при этом снижается на 35..40%. Исследование процесса сепарации зерна с рециркуляцией 6. фракции-полуфабриката показало, что рециркуляция может приводить к повышению эффективности очистки, так и к существенному снижению ее в зависимости от доли и состава этой фракции. 7. Разработанная математическая модель процесса позволяет устанавливать рациональный режим работы сепаратора, обеспечивающий стабильное повышение эффективности очистки зерна за счет рециркуляции. Главными факторами эффективности рециркуляции являются: рециркулируемая фракция по составу должна быть близкой к исходному материалу, а доля рециркулируемой примеси – меньше, чем выделяемой в отход. 8. Коэффициенты сопротивления воздушному потоку семян основных зерновых культур имеют тесную связь с критерием Рейнольдса и находится в интервале 0,45..1,0. Коэффициенты сопротивления семян рапса, сои и проса приближаются к 0,44, а семян пшеницы, ржи, ячменя и кукурузы близки к 1.0. Объемный фактор формы семян имеет тесную корреляционную связь с их критерием сферичности. Соломистые частицы с узлом на одном конце ориентируются в воздушном потоке, в основном, вертикально и имеют более высокие критические скорости воздушного потока, чем соломинки без узлов или с узлами, расположенными ближе к центру, которые склонны занимать горизонтальное положение в воздушном потоке. 9. Для обеспечения стабильного скоростного режима воздушного потока в аспирационных каналах, работающих совместно с решетным станом, в первый аспирационный канал исходный зерновой материал целесообразно подавать в виде чередующихся в шахматном порядке зерновых струй, а во второй, сортировочный, канал – на опорную сетку, с высоты в 2,1..2,4 раза больше глубины канала. При этом

оба канала могут работать от одного вентилятора с крутопадающей характеристикой. 10. Основные результаты работы используются ВИМом, АО «ВИСХОМ» и ОАО «ГСКБ Зерноочистка» при разработке перспективных направлений нового поколения машин и оборудования для послеуборочной обработки зерна и семян. Фракционные технологии и отдельные натурные образцы универсальных зерно-семяочистительных машин применяются в ряде хозяйств Бурятии. Использование материалов выполненных исследований позволяет снизить удельную энергоемкость процессов очистки и сортирования при послеуборочной обработке на 32..45% и снизить удельные затраты на строительство агрегатов и комплексов в 1,3..1,6 раза.

Список использованных источников

1. Абидуев А.А., Ботороева Н.И. Анализ засоренности семян пшеницы в некоторых районах Западной Сибири// Совершенствование технологии и организации уборки и послеуборочной обработки зерна. Новосибирск: Сибирское отделение ВАСХНИЛ, 1983.- С.62-66.

2. Абрамсон М.А., Зусманович Г.З. Опыт оценки результатов хозяйственного использования сортировальных машин. - Л.: Гос. изд. техн. лит., 1930.- С.66. 3. Авдеев Н.Е., Чернухин Ю.В. Энергосберегающие технологии переработки зерна// Энергосбережение в сельском хозяйстве. Тезисы докладов международной научнотехнической конференции. Часть 2. М., 1998. -С.100-102. 4. Аграрный сектор в США в конце 20 - го века. Под ред. д.э.н. Б.Э.Чернякова - М., 1997. -С. 395. 5. Агротехнические

требования

на зерноочистительно-

сушильный комплекс для продовольственно-фуражного зерна производительностью 50 т/ч. - М., 1982.- С. 86.

6. Альтерман А.В. Совершенствование техники и технологии сепарирования зерна и зернопродуктов// Труды ВНИИЗ. М., 1979. Вып.91.- С.3-16. 7. Анискин В.И., Дринча В.М. Методологические основы изыскания инженерных решений машинных сельскохозяйственных процессов/ НТБ ВИМ. М., 1994, № 89.С. 3-7. 8. Анискин В.И., Дринча В.М., Ямпилов С.С. Анализ энергоемкости основных зерновых культур// Энергосбережение в сельском хозяйстве. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Часть 2.- М., 1998.С.3-4. 9. Анискин В.И., Жалнин Э.В. Механизация уборки и послеуборочной обработки зерновых культур. - М.: ЦНИИСК, 1976. - 46 с.

10. Патент РФ № 2130343. Сепаратор сыпучих материалов/ Анискин В. И., Ямпилов С.С. Опубл. в БИ, 1999, № 14.

11. Патент РФ № 2130344. Пневмосепаратор зерновых материалов/ Анискин В. И., Ямпилов С.С., Дринча В.М. Опубл. в БИ, 1999, № 14. 12. Анискин В.И., Зюлин А.Н. Энергосберегающие технологии послеуборочной обработки зерна// Энергосбережение в сельском хозяйстве: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Часть 2.-М., 1998.- С.93-95. 13. Бабченко В.Д., Корн А.М., Матвеев А.С. Высокопроизводительные машины для очистки зерна. - М., 1982.- С.49. 14. Бабченко В.Д., Минаев В.Н. Очистка семян от трудноотделимых примесей// Селекция и семеноводство. 1973.- № 5.- С.68-71. 15. Барков К.М. Основные элементы теории сепарирования семян воздушным потоком// Труды ВИМ./ Т.1. 1935.- С. 3-54.

16. Барский М.Д., Плаксин И.Н. Критерии оптимизации разделительных процессов. - М.: Наука, 1967.-С. 119 17. Безручкин И.П. Исследование очистки зерна ленточным триером// Сельхозмашина. – 1951.- N 6.- С. 11-13. 18. Бердышев В.Е. Влияние засоренности исходного вороха на качество работы транспортно-колебательной очистки. Сборник научных трудов МИИСП. Т. ХУП.- М., 1980.- С. 76-78.

19. Блехман И.И., Джанилидзе Ю.Г. Вибрационное перемещение. - М.: Наука, 1964.-С. 410 20. Богомолов М.Н. Влияние толщины сыпучего тела на эффективность просеивания// Труды ВНИИЗ.- М., 1963.- Вып.49.- С.69-82.

21. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. - М., 1965.- 282с. 22. Бородин И.Ф., Тарушкин В.И. Проблемы борьбы с сорняками// Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1987.- № 9.- С.49-54. 23. Быков В. П. Методическое обеспечение САПР в машиностроении. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1989.244с. 24. Валиев Х.Х. Технологический процесс, основные параметры и режимы работы высокопроизводительного конвейерно-роторного

рабочего органа для предварительной очистки зернового вороха// Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - Ленинград-Пушкин, 1982.- 198с. 25. Василенко П.М. Аэродинамические основы сортирования зерна// Сельскохозяйственные машины. 1935. №11. - С. 15-18. 26. Васильев С.А. Основная закономерность процесса сепарации по размерам// Тракторы и сельхозмашины.-1958.- № 4.- С. 37-42. 27. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных М.: Колос, 1973. - 199 с.

28. Вибрации в технике: Справочник. - М., 1978. Т. 1-6. 29. Воронов И.Г. Методы очистки и сортирования семян зернобобовых культур// Труды ВИМ.- М., 1960. Т. 27.- С. 3-131.

30. Воронов И.Г., Кожуховский И.Е., Колышев П.П., Павловский Г.Т. Очистка и сортирование семян. - М.: Госиздат. с-х. литературы, 195.- 584с. 31. Воронюк Б.А. Физико-механические свойства семян овса и овсюга// Труды ВИСХОМ.- М., 1962. Вып. 32.- С. 3-12. 32. Гармаш Н.Т. Движение продуктов обмолота в вертикальном канале// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства – 1960. -№5.- С. 19-22.

33. Гармаш Н.Г. Безрешетная сепарация мелкого зернового вороха// Вопросы с-х. машиностроения. – Киев: Гостехиздат УССР, 1955.- С. 54-59 34. Герман В., Синьков Г. Вопросы проектирования и расчета поточных линий// Вестник сельскохозяйственной науки. – 1963.- № 13.- С.120-125. 35. Гладков Н.Г. Сепарирование семян по свойствам поверхности// Труды ВИСХОМ. - М., 1959.- Вып. 26.-С.911. 36. Гозман Г.И., Бабченко В.Д., Зюлин А.М. Концепция структурного построения технологических линий обработки семян в элитно-семеноводческих хозяйствах / НТБ ВИМ. - М., 1993. № 87.- С.16-18. 37. Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. - М.: Колос, 1980.- 304с.

38. ГОСТ 11.006 - 74. Правила проверки опытного распределения с теоретическим. Прикладная статистика. М.: Изд-во стандартов, 1974.- 7 с. 39. ГОСТ 5888 - 74. Машины зерноочистительные общего назначения. Типы и основные параметры. - М.: Изд - во стандартов,1975. 21 с. 40. ГОСТ 8. - 207 - 76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. - М.: Изд-во стандартов,1981. -9 с. 41. ГОСТ 12036 - 84. Семена сельскохозяйственных культур. Отбор образцов. - М.: Изд-во стандартов,1984.- 8 с. 42. ГОСТ 23728 - 79 - ГОСТ 23730 - 79. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. М.: Изд-во стандартов,1979.- 15 с. 43. Горячкин В.Н. Теория просеивания зерен и вороха// Теория, конструкция и производство с-х машин. - М.-Л.: Сельхозиздат, 1936. Т.4.- С. 146-150.

44. Гуревич В.И., Ромашова А.Т. Скорости витания семян многолетних трав и сорняков// Тр. ВНИИМЭСХ СЗ.Л.,1970. Вып.6.- С. 48-55. 45. Дементьев М.А. К вопросу исследования аэродинамических свойств семян// Теория, конструкция и производство с-х. машин», Т. П.Сельхозгиз, М.-Л.: 1936.- С. 73-76.

46. Дворянкин А.М., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических решений. - М.: Наука,1977.188 с. 47. Длин А.М. Математическая статистика в технике. - М.: Госиздат. «Советская наука»,1958.- 466 с. 48. Дринча В.М. Основы подготовки высококачественных семян// Вестник семеноводства в СНГ. – 1997.№ 4.- С.36-37. 49. Дринча В.М. Проблема качества семян и пути его повышения сепарирующими рабочими органами// Международный сельскохозяйственный журнал. – 1995.- №3.С.49-50.

50. Дринча В.М., Ямпилов С.С. Направления производства конкурентоспособной техники для очистки зерна и семян// Техника и оборудование для села. – 1999.- № 3-4.С. 10-13. 51. Дулаев В.Г. О методах расчета и построения развитых технологических схем сепарирующих машин// Тр. ВНИИЗ.- М., 1974.- Вып. 78.-С. 140-151. 52. Дулаев В.Г., Гортинский В.В., Альтерман А.И., Горшумов А.Л. Вопросы расчета и построение технологических схем фракционного сепарирования зерна на мукомольных заводах// Тр. ВНИИЗ. - М., 1978. Вып.89.- С.3-17. 53. Дулаев В.Г., Яцевич Г.В., Гортинский В.В. Анализ вибрационного и вибропневматического процессов разделения зерновок пшеницы различной плотности и стекловидности// Тр. ВНИИЗ. - М.,1986. Вып.107.- С.84-91. 54. Еругин А.Ф., Гвоздарев А.А. Цилиндрический аспиратор вороха// Техника в сельском хозяйстве. 1978.- №5.- С.84-85. 55. Евдокимов В.Ф. Исследование технологического процесса работы цилиндрического триера с осевыми колебаниями.: Автореф. дис. ... к.т.н. - Ростов-на-Дону, 1964. - 27 с.

56. Егоров Г.А. Уточнение расчетных формул площади внешней поверхности и объема единичного зерна// Изв. вузов. Пищевая технология.1976.- №4.- С.15-19. 57. Елизаров В.П. Предприятия послеуборочной обработки и хранения зерна. - М.: Колос, 1977.- 214 с. 58. Елизаров В.П., Матвеев А.С. Современные средства предварительной очистки зерна// Механизация и электрификация сельского хозяйства. –1986.- №8.- С.60-63. 59. Еремин В.Н., Гагулин В.В. К вопросу о снижении травмирования семян// Тракторы и сельхозмашины. –1974.№4.- С.30-33. 60. Ермольев Ю.И. Технологические основы интенсификации процесса сепарации зерна воздушно-решетными зерноочистительными машинами и агрегатами: Автореф. дис. ... д.т.н. - Ростов-на-Дону, 1990.- 46 с.

61. Жиганков Б.В. и др. Механизированный метод оценки пшеницы по отделимой примеси// Труды ВНИИЗ. - М., 1979.- Вып. 91.- С. 17-24.

62. Жук Д.К. Построение современных систем автоматизированного проектирования. – Киев: Наукова думка, 1983.- 205 с. 63. Жученко А.А. Состояние и задачи научного обеспечения растениеводства// Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. –1996.- №2.- С.10-12. 64. Заика П.М., Мазнев Г.Е. Сепарация семян по комплексу физико-механических свойств. - М.: Колос,1978.- 287 с. 65. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. Л.: Наука, 1967. - 89 с.

66. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. - М.: Машиностроение, 1964.- 251 с. 67. Злочевский В.Л., Зайцев В.П. Сортирование зерновых материалов воздушным потоком// Механизация и электрификация сельского хозяйства. –1984.- №1.- С. 22-26. 68. Зюлин А.Н. Исследование процесса сепарации в условиях равномерного распределения материала по поверхности решета// Труды ВИМ., 1971. Т. 55.- С. 146-153. 69. Зюлин А.Н. Исследование процесса сепарации зерна по длине частиц на решетном обогатителе к триеру: Научный отчет ВИМ. - М., 1977.- 216 с. 70. Зюлин А.Н. Обоснование возможности сепарации зерновой смеси по длине частиц каскадом решет// Научно-технический бюллетень ВИМ. - М.,1978.- Вып. 36.- С. 31-34. 71. Зюлин А.Н. Сепарация зерна решетами по интенсивности просевания// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1979. - № 10.- С. 10-12.

72. Зюлин А.Н. Теоретические проблемы развития технологий сепарирования зерна. - М.,1992.- 207 с. 73. Зюлин А.Н., Дринча В.М., Воронин В.М. Исследование делимости семян пшеницы и ячменя по комплексу физических свойств./ НТБ ВИМ. - М., 1987,№66.- С.20-22.

74. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С., Дринча В.М. Исследование фракционных технологий очистки семян основных зерновых культур// Земледелие. – 1998.- №3.- С.15-19. 75. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С., Дринча В.М. Предварительная очистка семян в хозяйствах// Вестник семеноводства в СНГ. –1998.№2.- С.28-31. 76. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С., Дринча В.М Исследование процесса рециркуляции зернового материала// Техника в сельском хозяйстве. – 1999.- №1.- С.21-25. 77. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С. Математическая модель просевания зернового материала через блок решет// Научно-технический бюллетень ВИМ. - М., 1981. Вып. 47.- С. 24-28. 78. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С. Влияние содержания примеси и влажности зерна на эффективность очистки каскадом однородных решет// Развитие комплексной механизации производства зерна с учетом зональных условий: Тез.докл. Всесоюзного научно-технического совещания. - М., 1982. - 194 с. 79. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С. Результаты испытаний каскадного решетного сепаратора зерна// Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М., 1982, № 10.- С. 52-53. 80. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С. Влияние основных параметров каскада решет на эффективность сепарации зерна по длине частиц./ НТБ ВИМ. - М., 1981. Вып.45.- С.27-30.

81. А. с. № 965532. Решетный стан семяочистительной машины. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С. Опубл. в Б.И., 1982, № 38. 82. А. с. № 1447423. Зюлин А.Н., Ямпилов С.С. А. Решетный стан семяочистительной машины. Опубл. в Б.И., 1988, № 48. 83. Иванов А.И., Куликов А.А., Третьяков Б.С. Контрольно-измерительные приборы в сельском хозяйстве. М., 1984.- 351 с. 84. Идельчик И.Е. Аэродинамика промышленных аппаратов. - М.- Л.: Энергия,1964.- 287 с. 85. Иориш Ю.И. Виброметрия. М., Гос. научнотехническое издательство машиностроительной литературы, 1963.- 771с. 86. Исходные требования на комплекты оборудования семяочистительно-сушильных линий для зерновых культур производительно-

стью 2,5; 5 и 10 т/ч для влажных и сухих зон страны. - М., Минсельхоз России, 1992.- 10 с.

87. Казаков Е.Д. Методы оценки качества зерна. М.: Агропромиздат, 1987.- 215 с. 88. Киреев М.В., Григорьев С.М., Ковальчук Ю.К. Послеуборочная обработка зерна в хозяйствах. - Л.: Колос, 1981.- 224 с. 89. Климок А.И. Технологические основы организации процессов послеуборочной обработки зерна// Научно-технический бюллетень СИБМЭ. - Новосибирск, 1979.- Вып. 5.- С. 3-9.

90. Климок А.И., Пучков М.М. Выбор признака для сортирования семян// Совершенствование технологии и организации уборки и послеуборочной обработки зерна. Новосибирск, 1983.- С. 52-57. 91. Ковальчук Ю.К., Феофанова А.С. К обоснованию технологии производства семян в условиях Нечерноземья// Научные труды Лен. СХИ. - Ленинград-Пушкин, 1980. Т.397.- С.57-60. 92. Кожуховский И.Е. Зерноочистительные машины. Машиностроение, 1974. - 200 с.

М.:

93. Кожуховский И.Е. Конструкции, проектирование и расчет зерноочистительных машин. - М., 1963.- 55 с. 94. Козьмина Н.П. Зерно. - М.: Колос, 1969. - 368 с. 95. Колмаков П.П. Овсюг. - М.: Колос, 1975. - 191 с. 96. Коломеец П.А. Исследование свойств зернового вороха как объекта сепарации воздушным потоком// Научные труды Лен. СХИ.Ленинград-Пушкин, 1977. Т.335.- С.47-50. 97. Колышев П.П. Исследование работы качающихся и вибрационных решет.: Автореф.дис. . канд.техн.наук. - М., 1939. - 20 с.

98. Корн А.М., Бабченко В.Д., Космовский Ю.А., Германов В.А. О признаках делимости зернового материала на сепараторах// Труды ВИМ. - М., 1974.- Т. 65, ч. 11.- С. 25-33. 99. Корн А.М., Матвеев А.С. Резервы повышения качества семян// Селекция и семеноводство. – 1980.- №6.С. 42-43.

100. Краусп В.Р. Метод определения параметров поточных линий послеуборочной обработки зерна// Доклады ВАСХНИЛ, 1970, №2.- С. 39-44. 101. Кривошейн А.И. Наладка пневматических устройств на зерноперерабатывающих предприятиях. - М.: Колос, 1972.- 175 с. 102. Кубышев В.А., Тулькибаев М.А., Климок А.И., Кацева Р.З. Пути интенсификации процессов послеуборочной обработки зерна// Интенсификация процессов послеуборочной обработки зерна: Тр. ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1974.- Вып. 87.- С. 6-12. 103. Кузьмин М.В., Ермакова Л.Г. Интенсификация процесса сепарации при уборке и послеуборочной обработке зерновых. - М.: ВНИИТЭИ, 1974. - 65 с.

104. Кулик А.П. Физико-механические свойства зерновок пшеницы, семян гречихи татарской (карлик) и анализ их делимости// Тр. ВНИИЗ. - М., 1983. Вып. 102.- С. 58-69. 105. Кухлинг Х. Справочник по физике. - М.: Мир, 1982.- 250 с.

106. Лампетер В. Очистка и сортирование семян кормовых трав. - М.: Изд-во иностр. литер., 1960.- 247 с. 107. Леонтьев П.И. Исследование работы виброрешет при сепарации мелких семян// Труды ВНИИЗ. - М., 1963. Вып.42.- С. 145152.

108. Летошнев М.Н. Очистка и сортирование семенного материала и зерноочистительные машины. - Л.: Гос. институт опытной агрономии, 1929.- 28 с. 109. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. - М.-Л.: Сельхозгиз, 1955. - 764 с. 110. Летошнев М.Н. Теория вероятностей (в приложении к исследованию рабочего процесса плоского сортировального решета)// Теория, конструкция и производство с.х.машин) - Под общ.ред. В.П.Горячкина. М.-Л.: Сельхозгиз, 1935. Т.1.- С.83-133. 111. Летошнев М.Н. Экспериментальная проверка теории вероятностей (в приложении к исследованию плоских сортировальных решет)// Теория, конструкция и производство с.х.машин) - Под общ.ред. В.П.Горячкина.- М.-Л.: Сельхозгиз, 1936. Т. 3. С. 433-481.

112. Леурда И.Г., Бельских Л.В. Определение качества семян. - М.: Колос, 1974.- 100 с. 113. Листопад Г.Е. Вибросепарация зерновых смесей: Волгоград, 1963.- 116 с. 114. Листопад Г.Е. Основы теории вибросепарации зерновых смесей: Автореф. дис. ...докт.техн.наук. - Саратов, 1964. - 19 с.

115. Луткин Н.И. Влияние влажности на динамический коэффициент внешнего трения, угол естественного откоса и объемный вес зерна// Сообщения и рефераты ВНИИЗ. Вып. 2.- М., 1961.- С. 18-19. 116. Любимов А.И. Качество работы зерновых решет с круглыми отверстиями и повышение эффективности их применения// Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1958.- Вып. 11.- С. 312-323.

117. Максимчук В.К., Тесленко В.Н. Выбор оценочных показателей зерновой массы, поступающей на обработку. Сборник научных трудов СибИМЭ. - Новосибирск, 1980.- С.94-97. 118. Майсурян Н.А., Атабекова А.И. Определитель семян и плодов сорных растений. - М.: Колос, 1978.- С.288. 119. Малис А.Я., Демидов А.Р. Машины для очистки зерна воздушным потоком. - М.: Машгиз, 1962.- 176 с. 120. Матвеев А.С. К определению трудноотделимых семян культурных и сорных растений в семенах зерновых культур// Сб. научных трудов ВИМ.- М., 1987.- Т.112.С.20-43. 121. Матвеев А.С. Пути совершенствования технологии средств очистки// Актуальные вопросы послеуборочной обработки зерна: Тезисы докладов 2-го Всесоюзного научно-технического совещания/ ВИМ. - М., 1973.-С. 1517. 122. Матвеев А.С. Сепарирование зерновой смеси вертикальным воздушным потоком// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства.-1969.-№11. 123. Матвеев А.С. К выбору сечения пневмосепарирующего канала// Тракторы и сельхозмашины. – 1971.- №9.- С. 26-28. 124. Мачихина Л.И. Очистка риса-зерна. – М.: Колос, 1983.126 с.

125. Машины для послеуборочной поточной обработки семян/ Под общей ред. З.Л. Тица. - М.: Машиностроение, 1967. - 447 с.

126. Мельников С.В., Алешин В.Р., Рощин П.М. Планирование экспериментов в исследованиях сельскохозяйственных процессов. - Л.: Колос, 1980.- 170 с. 127. Мерчалова М.Э. Снижение травмирования зерна пшеницы за счет совершенствования технологического процесса его послеуборочной обработки: Автореф. дис. к.т.н. - Воронеж, 1992.- 23 с. 128. Методика математической обработки лабораторных опытов по изучению качества семян/ Под ред. И.Г. Строны. - М.: Колос, 1964.- 31 с. 129. Совершенствование материально-технической базы и поточной технологии послеуборочной обработки семенного зерна в хозяйствах Сибири: Методические рекомендации. - Новосибирск, 1983.- С.40. 130. Методические рекомендации по топливноэнергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве. М., 1989.- 60 с. 131. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. Методические указания/ РДМУ 109-77.- М.: Изд-во стандартов, 1978.-64 с. 132. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. - М.: Экономика, 1977.- 42 с. 133. Методика определения экономической эффективности новых сельскохозяйственных машин. - М.: ОНТИ, ВИСХОМ, 1969. - 58 с. 134. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. - М., Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской федерации, 1998.- 219 с. 135. Минаев В.Н. Исследование работы вертикального цилиндрического решета, вращающегося вокруг неподвижной оси (в зерноочистительных машинах)// Доклады Всесоюзной академии с.х.науки, 1969, N 5, с. 40-41.

136. Минаев В.Н., Регге Х. Пути повышения производительности зерноочистительных машин. Техника в сельском хозяйстве. – 1990.- №1.- С. 16-17. 137. Миневич С.М., Цециновский В.М. Использование пневмостолов для очистки мелкой фракции пшеницы от примесей// Тр. ВНИИЗ.- М., 1974. Вып. 79.- С. 134-143. 138. Миняйло А.В. Исследование процесса сепарирования семян на плоских горизонтальных виброрешетах.: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Харьков, 1973. - 27 с. 138. Муравин В.С. Исследование вибрационного разделения пшеницы и овсюга и обоснование вибрационного овсюгоотборника.: Автореф. дис. ... канд.техн.наук. - М., 1982. - 19 с.

139. Непомнящий Е.А. Кинетика сепарирования зерновых смесей. - М.: Колос, 1982.- 176 с. 140. Несиков А.А., Филатов Н.А. Обоснование и исследование конусного решетного сепаратора для разделения семян по длине// Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1974. Вып. 87.- С. 48-54. 141. Никитин Н.Д. К вопросу об определении коэффициента сопротивления зерен// Труды Азово-Черноморского института мех. с-х. - Ростов-на-Дону, 1940.- С. 31-35.

142. Николаева Г.Т. Механические повреждения семян на различных этапах заводской обработки. Биология и технология семян. - Харьков, 1974.- С. 139-143. 143. Ньютон Г.В., Ньютон В.Г. Исследования эффективности классификации// Сепарирование сыпучих тел: Тр. Московского Дома ученых. - М.-Л., 1937. Вып. 2.- с. 59-74.

144. Обработка и хранение зерна в потоке. М., Агропромиздат, 1985, с. 320. 145. Олейников В.Д., Кузнецов В.В., Гозман Г.И. Агрегаты и комплексы для послеуборочной обработки зерна. - М.: Колос, 1977.- 187 с. 146. Основные направления проектирования, капитального строительства, реконструкции и технического перевооружения в системе производства и семеноводства зерновых культур, зерна и семян кукурузы и сорго, семеноводства масличных культур в хозяйствах Госагропрома

РСФСР: Отчет лаборатории очистки и сортирования ВИМ. – 1990.- .225с. 147. Остапчук Н.В. Математическое моделирование технологических процессов хранения и переработки зерна. М.: Колос, 1977.- 239 с. 148 . ОСТ 70.10.2-83. Зерноочистительные машины, агрегаты, зерноочистительно-сушильные комплексы. Программа и методы испытаний. - М., 1984.- 172 с. 149. Павловский Г.Т. Исследование технологического процесса в цилинд-рических триерах. Автореф.дис. ... канд.техн.наук. - М., 1950. 23 с. 150. Павловский Г.Т. Исследование технологического процесса в цилиндрических триерах// Труды ВИМ. - М., 1952. Т. 17.- С. 3-68.

151. Павловский Г.Т. Технологические основы проектирования поточных процессов уборки и послеуборочной обработки урожая зерновых культур// Тр. ВИМ. - М., 1953. Т. 46.- С. 195-211. 152. Павловский Г.Т., Кожуховский М.Е. Механизация очистки и сушки зерна. - М.: Колос, 1968. - 312 с. 153. Панов А.А. Механические микроповреждения семян зерновых культур при послеуборочной обработке// Вестник сельскохозяйственной науки. – 1982.- №5.-С. 61-67.

154. Панченко А.В. и др. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий. - М.: Колос, 1974.251с. 155. Пензов Ю.Е. Элементы математической логики и теории множеств. - Саратов, Изд-во Саратовского университета, 1968.- 986 с. 156. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. - М.: Машиностроение, 1972.- 332 с. 157. Пирло Ф. Классификация и исследование работы грохотов. - Харьков, Киев. гос. науч.-техн. изд-во Украины, 1936.- С. 45-48. 158. Полетаев С.В. Триеры. - М.-Л.: Госмашметиздат, 1932. - 94 с. 159. Полетаев С.В. Применение, устройство и расчет триеров// Теория, конструкция и производство с.х.машин/ Под общ. ред. В.П. Горячкина. - М.-Л.: Сельхозгиз, 1936. Т. 8.- С. 91-95.

160. Полер Х. Поточная линия для послеуборочной обработки семян кормовых культур// Международный сельскохозяйственный журнал. – 1981.- №5.- С. 76-78. 161. Попов Н.Я., Лупенко С.Я., Заболотная Е.В. Аэродинамические свойства семян многолетних трав// Тр. ВНИИЗ.- М., 1976. Вып. 80.- С. 22-28. 162. Похоев К.Г. Теоретическое и экспериментальное исследование рабочего процесса блока решет. - Дис....канд.техн.наук.- Л., 1970. - 25 с. 163. Производство семян на промышленной основе. - М.: Россельхозиздат, 1979.- 224 с. 164. Пугачев А.Н. Повреждение зерна машинами. - М.: Колос, 1976. - 320 с. 165. Пугачев А.Н., Детин С.Г., Кравцова Г.Г. Принципы очистки зерна// Зерновое хозяйство. – 1980.- № 8.- С. 18-19. 166. Пучков М.М., Орлов А.А. Сортирование семян в растворах минеральных солей// Сб. научных трудов. - Новосибирск, 1985.- С. 8287.

167. Ревенко Н.А., Балуева А.А. Анализ качественных характеристик машин первичной очистки зерна// Тр. ВИСХОМ. - М., 1983.- С. 61-67. 168. Рекомендации по снижению механических повреждений зерна при уборке и обработке/ Пугачев А.Н., Чазов С.А., Жалнин Э.В. - М.: Россельхозиздат, 1973.- 28 с. 169. Робертс Е.Г. Жизнеспособность семян. - М.: Колос, 1978.-415 с. 170. Ролич Н.М. Определение числовых характеристик различных признаков делимости при сортировании семян// Интенсификация процессов послеуборочной обработки зерна: Сб. науч. тр./ ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1974. Вып. 87.- С. 38-41. 171. Рудаков Г.Ф. Оборудование для токов и совхозов. - Сельхозгиз, 1952.- 54с. 172. Русанов А.И. Разделение семян сухим способом// Вестник сельскохозяйственной науки. - М., 1957.- №1.- С. 99-110. 173. Салмин Ю.Г. Разделение зерна по длине на плоских решетах// Труды Целиноградского СХИ.- Целиноград, 1967. Т. 4. Вып.3.- С. 41-47.

174. Самофалов Н.И. Механизация очистки и сушки зерна в целинных районах. - М.-Л.: Колос, 1965.- С. 91-94. 175. Сборник нормативно-справочных материалов для экономической оценки сельскохозяйственной техники и транспортных средств при государственных испытаниях. - Солнечногорск: Союзсельхозтехника, 1974. - 471 с. 176. Сегеда Д.Г. Очистка зерна от трудноотделимых примесей. - М.: ЦНТИ Госкомзага СССР, 1967.- С. 68-72.

177. Семена и посадочный материал сельскохозяйственных культур. - М.: Изд-во стандартов, 1980.- 400 с. 178. Семенов А.Н. Физико-механические свойства зерна.// Тр. Кишиневского СХИ. – Кишинев, 1958. Т. ХХ.С. 311-346. 179. Соколов А.Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна. - М.: Колос, 1984.- 440 с. 180. Соколов Н.Г., Маркелов Н.И. Травмирование зерна при ударных нагрузках// Тр. ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1978. Вып. 140.- С. 26-31. 181. Солдатенко Л.С., Котляр Л.И. Ячеистые сепараторы (триеры). - М.: Колос, 1972. - 72 с.

182. Соловьев В.М., Баженов Ю.И. Составление фракционных схем очистки с помощью теоретических корреляционных таблиц, рассчитанных на ЭВМ// Сб. науч. тр./ МИИСП. - М., 1976. Т. 13. Вып. 1.- С. 81-85. 183. Солонецкий В.В. Новая технология хранения зерна и семян различной влажности в гипоксической среде. Энергосбережение в сельском хозяйстве// Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Часть 2. М., 1998. С.127-128. 184. Степанов В.Н. Экспериментально-теоретические изыскания режимов работы планетарного триера: Автореф. дис. канд.техн.наук.- Омск, 1971. - 24 с.

185. Строна И.Г. Общее семеноведение полевых культур. - М.: Колос, 1966.- 464 с. 186. Суворов Н.С. Фракционный метод очистки семян пшеницы. - М., Госгориздат, 1938.- 57 с.

187. Сычугов Н.П. Воздушные системы машин послеуборочной обработки зерна: Автореф. дис. ... д.т.н. Л.Пушкин, 1988.- 38с. 188. Таран А.И. Влияние направленности колебаний плоских решет на просеваемость// Труды ВНИИЗ. - М., 1963. Вып. 42.- С. 189203. 189. Таран В. Сравнительный анализ энергетической эффективности сельскохозяйственного производства России и промышленно развитых стран// Международный сельскохозяйственный журнал. – 1998.- №1.- С.67-71.

190. Тарасенко А.П., Мерчалова М.Э. Снижение затрат энергии при послеуборочной обработке зерна// Энергосбережение в сельском хозяйстве: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Часть 2.М., 1998.- С.99-100. 191. Теняев Д. Опыт очистки пшеницы от овсюга// Мукомольно-элеваторная промышленность. - М., 1963.- № 1.- С. 5-6. 192. Теленгатор М.А., Уколов В.С., Цециновский В.М. Обработка семян зерновых культур. - М.: Колос, 1972.- 271 с. 193. Терсков Г.Д. О влиянии основных факторов на пропускную способность решет с круглыми отверстиями// Труды ЧИМЭСХ. Челябинск, 1958. Вып. 6.- С. 33-94. 194. Терсков Г.Д. Теоретические исследования работы зернопульта// Сельхозмашины. – 1938.- № 11.- С. 23-26. 195. Титов М.С., Тесленко В.Н. Методика и результаты пофракционного анализа свежеубранной зерновой массы// Организация высокоэффективного использования техники в уборочно-транспортных комплексах: Сборник науч. тр. ВАСХНИЛ.- Новосибирск, 1982.

196. Тиц З.Л. О коэффициенте разделения смесей. Земледельческая механика. - М.: Машиностроение, 1964. Т. 8.- С. 211-222. 197. Тиц З.Л. Пути развития конструкции триеров// Механизация социалистического сельского хозяйства. - М., 1934.- № 11.- С. 1926. 198. Тиц З.Л. и др. Машины для послеуборочной обработки семян. М.: Машиностроение, 1967. - 296с. 199. Туаев М.В. Исследование скоростного технологического процесса цилиндрического триера с эластичной ячеистой поверхностью.: Автореф. дис. ...канд.техн.наук.- М., 1971. - 25 с.

200. Туаев М.В., Кузьмин М.В. К вопросу обоснования технологического процесса скоростного цилиндрического триера// Труды ЧИМЭСХ.– Челябинск, 1971. Вып. 52.- С. 130-137. 201. Туаев М.В. Моделирование процесса разделения семян в триерах с гибкими рабочими органами. Повышение производительности и качества работы сельскохозяйственных машин в условиях Нечерноземной зоны РСФСР. - М., 1986.- С. 55-69. 202. Тулькибаев М.А. Конченко Е.С. Вероятностная оценка просеваемости сепарирующей поверхности в условиях неполной загрузки// Труды ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1971. Вып.52.- С. 62-67. 203. Туров А.К. Пути повышения производительности овсюготборников// Научно-технический бюллетень Сиб.МЭ. - Новосибирск, 1977. Вып. 6.- С. 31-36.

204. Тулькибаев М.А. Зависимость интенсификации просеивания частиц сыпучего материала от скорости их перемещения и геометрических параметров// Совершенствование способов уборки и послеуборочной обработки зерна. Челябинск, 1979. Вып. 157.- С. 19-24. 205. Тыхеева З.С., Жигжитов В.Ж., Шойдопов П.И., Дашиев П.Б., Ямпилов С.С. Машинная графика: Методические указания по решению задач начертательной геометрии на ЭВМ и выполнение чертежей на графопостроителе (учебно-методическая разработка)/ ВСТИ. Улан-Удэ, 1987.- С. 38.

206. Удальцов В.Т. Состав примесей в зерновой массе пшеницы Краснодарского края// Труды ВНИИЗ.- М., 1972. Вып.73.- С. 97-101. 207. Ульрих Н.Н. Механизация подготовки и хранения семян.М.: Колос, 1962. С.420-421. 208. Ульрих Н.Н. Научные основы очистки и сортирования семян.- М.: ВАСХНИЛ, 1937. - 187 с.

209. Ульрих Н.Н. Задачи и механические средства очистки и сортирования зерна. - М.: Сельхозгиз, 1935. Т. 1.С. 83-132. 210. Ульрих Н.Н. Методы агрономической оценки эффективности машинного сортирования семян// Тр. ВИМ. - М., 1961. Т. 30.- С. 4-304. 211. Ульрих Н.Н. У истоков механизации предпосевной подготовки семян и послеуборочной обработки зерна//

Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1980.- №4.- С.19-21. 212. Ульрих Н.Н., Матвеев А.С. Ротаметрический порционный пневмоклассификатор// Вестник сельскохозяйственной науки. – 1963.- №9.- С. 147-150. 213. Урханов Н.А. Интенсификация технологического процесса очистки зерна от примесей по длине. - Новосибирск, 1998.- 43 с. 214. Урханов Н.А. Повышение эффективности очистки зерна от трудноотделимых примесей/ ЦНИИТЭИ Минзаг СССР. – М., 1981.- 34 с. 215. Урюпин С.Г. Аэродинамические свойства компонентов зернового вороха пшеницы// Доклады ТСХА.- М., 1980. Вып. 259.С.133-136. 216. Файбушевич Г.З. Исследование работы зерновых вибрационных решет и устройств, предотвращающих их забивание: Автореф. дис. ... канд.техн.наук.- М., 1965. - 44 с. 217. Файбушевич Г.З. Очистка пшеницы от длинных примесей на решетах// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. – 1972.- № 6.- 40с. 218. Файнберг А.И. Исследование нового технологического процесса сепарации семян по длине и создание скоростного триера высокой производительности: Автореф. дис. ...канд.техн.наук.- М., 1968.22 с.

219. Фиалков М.А., Черняков В.И. О выборе производительности поточной линии послеуборочной обработке зерна// Науч. тр. Омского СХИ.- Омск , 1972. Т. 94.- С. 6062. 220. Фоканов А.М. Методические указания по изучению физико-механических и биологических свойств семян тритикала. - М.: Колос, 1984.- 31 с. 221. Фоканов А.М. Пути повышения посевных качеств семян и совершенствование методов их оценки в условиях центрального района РСФСР: Автореф. дис. д.с.х.н.Немчиновка, 1989.- 35с. 222. Фоканов А.М., Сочилова Н.Н. К определению чистоты семян сельскохозяйственных культур// Селекция и семеноводство. – 1979.- № 3.- С. 24-26.

223. Фомин Я.И. Отсадка марганцевых руд// Научнотехнический бюл. Обогащение руд. – М.: Изд-во института Механообр., 1956.- № 1.- С. 36-39.

224. Халанский В.М. Классификация пневмосепараторов зернового вороха. Разработка и совершенствование рабочих органов с-х. машин. - М., 1987.- С. 12-21. 225. Хармонд Д., Клейн Л., Браденбург Р. Очистка и обработка семян. - М.: Изд-во сельскохозяйственной литературы, журналов и плакатов, 1963.- 86 с. 226. Цециновский В.М. Разделение семян по комплексу физико-механических свойств. – М.: Колос, 1976.180 с. 227. Цециновский В.М. Технология обработки семян зерновых культур. - М., 1982.- 204 с. 228. Цециновский В.М. Теоретические основы разделения сыпучих смесей// Труды ВНИИЗ.- М., 1951. Вып.23, С. 5-24. 229. Цециновский В.М., Птушкина Г.Е. Технологическое оборудование зерноперерабатывающих предприятий. - М.: Колос, 1976. - 368 с.

230. Чазов С.А. О мерах снижения травмирования семян// Селекция и семеноводство. – 1964.- №4, С. 30-32. 231. Чазов С.А., Хайдукова В.С., Еремеева В.Г. Полевая всхожесть семян зерновых культур и приемы ее повышения// Селекция и семеноводство. – 1987.- №1.- С.5254. 232. Чеховской А.П. Механизированный ток в колхозе. Ростов-на-Дону, Ростов. кн. изд-во. 1954.- 15с. 233. Чижиков А.Г., Бабченко В.Д., Машков Е.А. Операционная технология послеуборочной обработки и хранения зерна. - М.: Россельхозиздат, 1981.- 191 с. 234. Шоренко Н.И. К вопросу о просеваемости семян// Записки ЛСХИ, 1965. Т.96.- С. 199-203.

235. Шохин В.Н., Лопатин В.Г. Гравитационные методы обогащения. - М.: Недра, 1980.- 400 с. 236. Шушол И.С. Исследование дополнительного сортирования посевного ячменя воздушным потоком: Автореф. дис. ... к.т.н.- М., 1979.- 16с.

237. Эйгер М.И. Обоснование и исследование пальцевой решетки для высокопроизводительной ветрорешетной очистки зернового вороха: Автореф. дис. ... канд.техн.наук, Ростов-на-Дону, 1970. - 27 с. 238. Ямпилов С.С. Очистка семян ржи и ячменя от длинных примесей на каскадном решетном сепараторе// Тезисы докладов ХХУII научной конференции / ВСТИ.- Улан-Удэ, 1988.- С.14. 239. Ямпилов С.С. Каскадный решетный сепаратор// Сб. науч. тр ВСТИ.- Улан-Удэ, 1991.- 3с. 240. Ямпилов С.С. Очистка зерновых примесей по длине частиц на многоярусном решетном сепараторе: Информ. Листок/ ЦНТИ.Улан-Удэ, 1992.- 3 с. 241. Ямпилов С.С. Фракционная очистка зерновых материалов// Труды ВСТИ.- Улан-Удэ, 1992.- С.17-21. 242. Ямпилов С.С. Технология послеуборочной обработки зерна и семян// Тезисы докладов ХХУШ научной конференции ВСТИ.Улан-Удэ, 1994.- 31с. 243. Ямпилов С.С. Основные принципы системы автоматизированного проектирования оборудования предприятий по хранению и переработке зерна// Тезисы докладов ХХУШ научной конференции ВСТИ.- Улан-Удэ, 1994.- 7с. 244. Ямпилов С.С., Дондоков Ю.Ж. Экологически безопасная технология очистки зерна// Биология на пороге 21 – го века: Тезисы докладов Республиканской конференции молодых ученых БГСХА. Улан-Удэ, 1998.- С. 21-22. 245. Ямпилов С.С. Результаты испытаний универсального сепаратора зерна в хозяйственных условиях// Вестник ВосточноСибирского государственного технологического университета. - Улан – Удэ, 1999. Вып. 2.- С. 71-75. 246. Ямпилов С.С. Элеваторы, склады и зерносушилки. Учебно-методическое пособие по выполнению практических занятий для студентов специальности МАПП/ ВСТИ.- Улан-Удэ, 1994.- 16с. 247. Ямпилов С.С. Выбор сепараторов предварительной очистки зерна// Международный сельскохозяйственный журнал. - 1998, № 4.С.18-22. 248. Ямпилов С.С. Компьютерная система технологического и технического обеспечения послеуборочной обработки зерновых материалов// Вестник семеноводства в СНГ.- 1998.- №4.- С. 21-27. 249. Ямпилов С.С. Сравнительный анализ исследования энергоемкости производства основных зерновых культур// Вестник семеноводства в СНГ.- 1999.- №1, С.31-35.

250. Ямпилов С.С. Исследование очистки зерна каскадным решетным сепаратором// Сб. тр. ВСТИ.- Улан-Удэ, 1987.- С.41-42. 251. Ямпилов С.С. Просеваемость различных компонентов зерновой смеси через блок решет// Научно-технический бюллетень ВИМ.М., 1979. Вып.40, С. 26-28. 252. Ямпилов С.С. Разделение зерновых смесей по длине частиц на ситах// Науч.-техн. реф.сборник. Серия: Элеваторная промышленность. - М., 1980. Вып.4, С. 1-3. 253. Ямпилов С.С. Повышение эффективности выделения короткой примеси каскадным решетным сепаратором// Научнотехнический бюллетень ВИМ.- М., 1981. Вып. 48. С. 41-42. 254. Ямпилов С.С., Дринча В.М. Обоснование основных параметров пневмоинерционных ворохоочистителей с двумя аспирационными каналами// Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1998.- №10.- С.22-26. 255. Ямпилов С.С., Дринча В.М. Исследование способов псевдоожижения зерновых материалов// Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. – 1998.- № 6. 256. Ямпилов С.С., Дринча В.М. Современные тенденции производства вибропневмосепараторов// Техника в сельском хозяйстве. – 1999.- №5. 257. Ямпилов С.С. Современные тенденции производства сепараторов для предварительной очистки зерновых материалов// Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1999.- № 11.- С. 40-44. 258. Ямпилов С.С., Жигжитов В.Ж. Применение ЭВМ и графопостроителя в инженерной графике// Тезисы докладов ХХУI научной конференции/ ВСТИ. - Улан-Удэ, 1987.- 19с.

259. А. с. № 1489850. Решетный стан семяочистительной машины. Ямпилов С.С., Дашиев П.Б., Карабанов В.Л. Опубл. в Б.И., 1989, № 3. 260. Патент РФ № 2132755. Ямпилов С.С. Способ сепарации сыпучих материалов и устройство для его реализации. Опубл. в Б.И., 1999, № 19. 261. Ямпилов С.С., Дринча В.М. Пневмосепаратор сыпучих материалов. Опубл. в Б.И., 1999, № 19. 262. Патент РФ № 2131785. Положительное решение по заявке № 98109467/03, 1998 на выдачу патента РФ. Ямпилов С.С., Зюлин А.Н., Дринча В.М Способ сепарации сыпучих материалов и устройство для его реализации. 263. Ямпилов С.С. Исследование и интенсификация процесса очистки зерна и семян универсальным сепаратором.// Информационный

бюллетень Мин. сельского хозяйства и продовольствия РБ.- Улан-Удэ, 1999. Вып.4.- С. 44-57. 264. Ямпилов С.С. Технология очистки семян рапса. Земледелие. –1999.- № 3.- С.15-18. 265. Ямпилов С.С. Универсальная зерно-семяочистительная машина для малых крестьянских хозяйств// Информационный бюллетень Мин. сельского хозяйства и продовольствия РБ.- Улан-Удэ, 1999. Вып.2, С. 48-50. 266. Ямпилов С.С. Технология очистки семян фасоли// Сельский механизатор. – 1999.- № 7.- С.25-28. 267. Ямпилов С.С. Технология очистки семян сорго// Достижения науки и техники в АПК. - 1999.- № 3.- С.33-33. 268. Ямпилов С.С. Технология очистки и сортирования семян// Земледелие. 1999.- № 4.- С.40-41. 269. Ямпилов С.С. Метод расчета технологии сепарирования зерновых материалов// Сб. научных трудов. Серия «Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств».- УланУдэ, 1999. Вып. 5. Т. 2.- С.169-183. 270. Ямпилов С.С., Дондоков Ю.Ж., Кириллов А.Н. Аналитическое обоснование формы отверстий решет универсального сепаратора зерна// Сб. научных трудов. Серия «Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств». 0- Улан-Удэ, 1999. Вып. 5. Т. 2.- с.111-128. 271. Ямпилов С.С. Дондоков Ю.Ж. Влияние основных факторов универсального сепаратора на эффективность очистки зерна// Сб. научных трудов. Серия «Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств».- Улан-Удэ, 1999. Вып. 5. Т. 2.С.160-168 272. Ямпилов С.С. Дондоков Ю.Ж. Фракционная технология очистки зерна// Сб. научных трудов. Серия «Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств». Улан-Удэ, 1999. Вып. 5. Т. 2.- С.168-174. 273. Ямпилов С.С. Универсальная зерно-семяочистительная машина.// Информ. листок Бурят. ЦНТИ, Улан-Удэ, 1999. Вып. 10-99.С.1-3. 274. Ямпилов С.С., Дондоков Ю.Ж. Решетный стан зерноочистительной машины// Информ. листок ВСТИ Бурят. ЦНТИ, Улан-Удэ, 1998. Вып. 51-98, С. 1-3. 275. Ямпилов С.С., Алексеев Г.Т. Системы автоматизированного проектирования., Улан-Удэ, 1994.- 31 с.

276. Ямпилов С.С. Методические указания по курсу РКТМ «Расчет и конструирование воздушных сепараторов» для студентов специальности 1706/ ВСГТУ.- Улан-Удэ, 1995.- 11 с. 277. Ямпилов С.С. Методические указания по курсу РКТМ «Расчет и конструирование ситовых сепараторов» для практических занятий студентов специальности 1706/ ВСГТУ.- Улан-Удэ, 1996.- 15 с. 278. Ямпилов С.С. Экспериментальное обоснование возможности разработки универсального сепаратора зерна.//Сб. науч. тр. ВСГТУ. Серия: «Технические науки». Улан-Удэ. – 1996. Вып.3. С. 103-108. 279. Ямпилов С.С., Урханов Н.А. Методические указания по курсу РКТМ «Расчет и конструирование триеров» для студентов специальности 1706/ ВСГТУ.- Улан-Удэ, 1996.- 15 с. 280. Ямпилов С.С., Кириллов А.Н., Дондоков Ю.Ж. Универсальный зерно-семяочиститель для малых хозяйств. // Сб. науч. тр. ВСГТУ. Серия «Технология, биотехнология и оборудование пищевых и кормовых производств».- Улан-Удэ, 1999. Вып. 5. Т 2, С.70-74. 281. Янко В.М. Влажность и засоренность зернового материала, поступающего на ХПП в Ставропольском крае// Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - М., 1974.- № 9.С. 32-37.

282. Bilansky W.K.,Lal R. Behaviour of threshed materials in a vertical wind tunel. Transactions of the ASAE. 1965, vol. 8 (3), p. 411-431. 283. Branedenburg N.R. The principles and practice of seed cleaning: separation with eqvipment that senses dimensions, shape, density and terminal velosity of seeds. Seed scince and technology. 1977, vol. 5, No. 2, p. 173-186. 284. Bodo H. Das Trennen von Korn-HackselGemischen in Sichtern mit senkrecht aufsteigendem Lufstrom. Landtecniche Forchung. 1964, 14, 16-19. 285. Branedenburg N.R., Park J.K. The principles and practice of seed cleaning: separation with eqvipment that senses surface texture, colour, resilience and electrical properties of seeds. Seed scince and technology. 1977, vol. 5, No. 2, p. 187197. 286. Brenchley W.E. Effect of Weigt of seed upon the Resulting Crop. Cambridge. 1923, p. 70.

287. Bulk grain driers. Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. Booklet 2416. England. 1983, p. 36. 288. Chowdhury M. Relationsip of grain shape and mass to tensile strength of rice. Agricultural Mechanisation in Asia, Africa, Latin America. 1987, vol. 18, № 1, p. 51-56. 289. Deniels T.C. Measurement of the drag on spheres moving thraugh gaseous fluidized bed. Journal of mechnization Engineering sciense. 1962, vol. 4, № 2, p. 102-110. 290. Dubalen J. Stockage et manutention des grains a la ferme. Agromais, 1982, № 12, p. 23-24. 291. Durrant M.J., Mash S.J. The use of a specific gravity table or an aspiration in sugar-beet seed processing. Seed Science and technology. 1990, vol. 18, № 1, p. 163-177. 292. Edison A.R., Brogan W.L. Size measurement statistics of kernels of six grain. Paper № 72-841, 1972, p. 20. 293. Enhrich R., Weinberg B. An exact method for characterisation of grain shape. Journal of Sedimentary Petrology, 1970, vol.40(1), p. 205212. 294. Euchen A. Mechanische Material-trennung, Zeipzig, 1933.

295. Farm feed processing. Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. Booklet 2125. England. 1983, p. 41. 296. Farran I.G., MacMillfn R.H. Grain - chaff separation in a vertical air stream. Journal of Agricultural Engineering Research. 1979, vol.24, № 2, p. 115-129. 297. Fraczek J., Slipek Z., Kaszorowski S. Analysis of invention development in the seed cleaning machines. Przeglad techniki rolniczej i lesnej. 1994, № 1, p. 14-18. 298. Fraser B.M., Verma S.S., Muir W.E. Some physical properties of fababeans. Journal of Agricultural Engineering Research. 1978, vol. 23, p. 53-57. 299. Garret R.E., Brooker D.B. Aerodinamic Drag of Farm Grains. Transactions of the ASAE. 1965, vol. 8, № 1, p. 49-52.

300. Gaul A.D., Visra M.R., Bern C.J., Hurburgh C.R. Varitation of Phisical Properties in Gravity Separated Soybeans. Transactions of the ASAE. 1986, vol. 29, № 4, p. 1146-1149. 301. Gorial B.Y., Ocallagham J.R. Aerodinamic Properties of Grain/Straw Materials. Journal of Agricultural Engineering Research. 1990, vol. 46, №1, p.275-290. 302. Grain storage methods. Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. Booklet 2415. England. 1983, p. 29. 303. Grover P.S., Kashnyap M.M. Terminal velosities and aerodinamic characteristics of Paddy and Groundnut. Journal of Agricultural Engineering Research. 1980, vol. 17, № 4, p. 393-404. 304. Harmond J.E., Bradenburg N.R., Jensen L.A. Phisical Propeties of seed. Transaction of the ASAE. 1965, vol. 8, № 1, p. 49-52. 305. Hawk A.L., Brooker D.B., Cassidy J.J. Aerodinamic characteristics of selected farm grains. Transaction of the ASAE. 1966, vol. 9, № 1, p. 48-51. 306. Hay drying. Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. Booklet 2123. England. 1981, p. 31. 307. High tempreture grain drying. Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. Booklet 2417. England. 1983, p. 30. 308. Joshi D.S., Das S.K., Mukherjee R. K. Phisiсal properties of Pumpkin Seeds. Journal of Agricultural Engineering Research. 1993, vol. 54, № 3, p. 219-229. 309. Kiesselbach T. Relation of Seed Size to the Jield of small grain crops. Journal of the American Society of Agronomy. 1924, № 10, p. 15-24. 310. Klein L.M., Henderson J., Stoesz A.D. Eguipment for cleaning seeds. In Seeds, the Yearbook of Agriculture. The U. S. Departvent of Agriculture. 1961, p. 307-321. 311. Lyles L., Krauss R. Threshold velocities and initial particle motion as influenced by air turbulence. Transaction of the ASAE. 1974, vol. 14, № 3, p. 239-248.

312. Menzies D., Bilansky W.K. Aerodinamic properties of alfalfa particles. Transactions of the ASAE. 1967, vol.11 , № 6, p. 829-831. 313. Oje K, Ugbar E.C. Some physical properties of oilbean seed. Journal of Agricultural Engineering Research. 1991, vol.50, p. 305-313. 314. Physical Properties of Agricultural Materials and their influence on Design and Performance of Agricultural Machines and Technologies. Collection of papers Facultu of Mechanization, College of Agricultural in Prague. Vysoka skela zemedelska v Praze. 1985, 202 p. 315. Pearson R. Grain and herbare seed cleaning in Denmark. Milling Feed and Fertilizer. 1977, vol. 6, № 2, p. 22...23. 316. Pellizzi G. Energy saving in agricultural machinery and mechanization. Elsevier applied science. London and NewYork. 1988, p.143. 317. Segerlind L.J., Weinberg B. Grain Kernel Identification by profile analysis.Transactions of the ASAE. 1973, vol. 16, № 2, p. 324-327. 318. Shellard J.E., Macmillan R.H. Aerodinamic properties of threshed wheat materials. Journal of agricultural Engineering Research. 1978, vol. 23, p.273-281. 319. Stanger E.A. Graing - cleaning machinery. Milling feed and fertiliser. 1977, vol. 160, № 8, p. 11-15. 320. Studies on the performance of Air Screen Seed Cleaner for Sunflower Seeds.The mysore journal of agricultural Sciences. 1994, vol. 28, № 2. 321. Uhl J.B., Lamp B.J. Pneumatic separation of grain and straw mixtures. Transaction of the ASAE. 1966, vol. 9, p. 244-246.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 МАТЕРИАЛЫ РЕАЛИЗАЦИИ И ВНЕДРЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Сэнгэ Самбуевич Ямпилов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕСУРСОЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ЗЕРНА И СЕМЯН

Редактор Т.А. Стороженко

Подписано в печать 1.07. 2003 г. Формат 60х 84 1/16. Объем в усл.п.л. , уч.-изд.л. . Тираж 100 экз. Печать опер., бум. Писч. Заказ № Издательство ВСГТУ. Г. Улан-Удэ, ул. Ключевская 40 В Отпечатано в типографии ВСГТУ. Г. Улан-Удэ, Ул. Ключевская, 42. Научное издание