ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СЕМЯОЧИСТИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАЛЫХ ПАРТИЙ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ

а

б

- исходный материал; - семена основной культуры; - низконатурные примеси; - воздух Рис. 2 - Лабораторная установка: а) устройство лабораторной установки: 1 – рама; 2 – кожух; 3 – заслонка; 4 – питатель; 5 – подвеска; 6 - воздухонепроницаемый фартук; 7 – дека; 8 – эксцентрик; 9 – шкив; 10 – ремень; 11 – вариатор; 12 – электродвигатель; 13 – механизм регулирования частоты колебаний деки; 14 – шатун; 15 – рамка; 16 – механизм регулирования продольного угла наклона деки; 17 – приемники фракций; б) технологическая схема деки, вид сверху: I – зона предварительного расслоения; II – зона транспортирования; III – стенка, установленная под углом к направлению колебаний деки; ЛК – легкие компоненты; ПК – промежуточные компоненты; ТК – тяжелые компоненты

В процессе лабораторных исследований реализованы две серии опытов с использованием методики активно-пассивного планирования эксперимента.

Качество работы разработанного вибропневмосепаратора оценивали по методике ВИМ, предложенной Н.Н. Ульрихом и Ю.А. Космовским.

Ведомственные испытания опытного образца вибропневмосепаратора (рис. 2,б) с рациональными параметрами проведены при подаче 0,8-1,2т/ч с учетом методики ОСТ 70.10.2-83. Оценочные показатели определены при выходе семян 90%.

Оценка надежности технологического процесса, осуществляемого семяочистительной линией, проведена в производственных условиях методами статистической динамики сельскохозяйственных агрегатов.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований» определены рациональные параметры и режимы работы вибропневмосепаратора, определены зависимости качества его функционирования от производительности и выхода семян, получены оценки работы семяочистительной линии в производственных условиях.

При реализации первой серии опытов по трехуровневому трехфакторному плану Бокса-Бенкина ставилась задача изучить влияние трех независимых факторов – угла установки стенки деки (х1), продольного угла наклона деки (х2), частоты колебаний n (х3) и определить их оптимальное сочетание. В качестве критерия оптимизации технологического процесса была принята полнота выделения низконатурных примесей при выходе семян 90%.

При проведении опытов установили следующие диапазоны варьирования факторов: =4,0-7,0; n=630-690мин-1; =20-30.

После обработки результатов и их статистической оценки получены адекватные математические модели:

(11)

где Y – полнота выделения низконатурных примесей при 10% потерях, %;

x1, x2, x3 – нормированные значения угла установки стенки, поперечного угла наклона деки и частоты колебаний деки, соответственно.

Степень приближения полученной модели к реальному процессу составила R2 = 93,995 %. Значимость коэффициентов моделей определена по t-критерию Стьюдента.

Рациональное сочетание значений факторов, определено с помощью программы MathCAD 2001. модель (11) исследована на условный экстремум при соблюдении ограничительных условий. Получены следующие нормированные значения факторов, при которых полнота выделения низконатурных примесей достигает максимального значения: х1=-0,5, х2=0,2, х3=0. Рациональные начальные нормированные значения факторов определены анализом двумерных сечений поверхности отклика исследуемой модели (11). На рисунке 3 приведено двумерное сечение откликов модели относительно кодированных значений угла установки стенки и угла продольного наклона деки.

x2
	x1

Рис. 3 - Двумерное сечение отклика модели (11) относительно x1 и x2, при фиксации на нулевом уровне фактора х3

На основе исследований для вибропневмосепаратора могут быть рекомендованы следующие рациональные параметры и режимы работы: угол установки стенки деки =20…26, продольный угол наклона деки =4…6, частота n=640…660мин-1 (при настроечных значениях амплитуды А=7,5мм, угла направленности колебаний =30 и подачи Q=550 кг/ч).

При проведении второй серии опытов ставили задачу изучения возможности повышения производительности в случае низкой засоренности исходного вороха низконатурными примесями при выделении наиболее биологически ценной части семян. В опытах для оценки качества разделения семян был принят показатель полноты выделения низконатурных примесей при потерях 10%. В процессе опытов регулировали: угол установки стенки деки , угол продольного наклона , частоту колебаний деки n. На основе предварительных опытов, установили следующие уровни варьирования факторов: =20-30, =4,0-7,0, n=450-540мин-1. При этом настроечные значения остальных факторов составляли: подача материала Q=1000 кг/ч, угол направленности колебаний =30, амплитуда колебаний деки А=15мм. Задачу решали при реализации трехуровневого плана Бокса-Бенкина.

(12)

где Е – полнота выделения низконатурных примесей при 10% потерях семян в фуражные отходы, %.

Для производительности 1000 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки =6…7; угол установки борта деки =22…26; частота колебаний n=450…460 мин-1; при амплитуде А=15 мм и угле направленности колебаний =30.

На основании проведенных исследований разработана семяочистительная линия производительностью 2,5 т/ч для обработки семян, засоренных низконатурными примесями (рис. 4).

Ведомственные испытания опытного образца вибропневмосепаратора и производственные исследования семяочистительной линии, осуществляющей предложенную технологическую схему очистки и сортирования семян, проведены на семенах пшеницы сорта Московская 39 в учхозе «Липовая гора» Пермской ГСХА.

При производственных исследованиях семяочистительной линии в течение одной смены работы через каждые 10 минут были отобраны пробы из исходного материала и полученных фракций. Для агротехнической оценки в каждой пробе семян определены: чистота, натурная масса, масса 1000 семян. для каждой фракции вычислены средние значения массовой доли и класс семян.

Производственными исследованиями установлено, что линия, реализующая фракционную технологию очистки (Патент РФ №2340410) с использованием разработанного вибропневмосепаратора, обеспечивает получение семян элиты и обладает достаточной технологической надежностью (чистота получаемых семян соответствует требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для семян элиты, с вероятностью сохранения поля допуска Р=0,887…0,937).

а

б

Рис. 4 – Схема семяочистительной линии (а), реализующей усовершенствованную технологию очистки и сортирования семян с использованием разработанного вибропневмосепаратора (б): А – комбинированная воздушно-решетно-триерная машина первичной очистки; В – комбинированная воздушно-решетно-триерная машина вторичной очистки с фракционированием; С – вибропневмосепаратор; 1, 16, 32 – бункеры; 2, 6, 17, 21 - аспирационные каналы; 3, 5, 18, 20 – осадочные камеры; 4, 19 – вентиляторы; 7, 15, 22, 31 – лотки вывода легких примесей; 8 – овсюжный триер; 9 – лоток вывода крупных примесей; 10, 25 - лотки вывода мелких примесей; 11, 13, 26, 27, 28 – подсевные решета; 12, 14 - разгрузочные решета; 23 – кукольный триер; 24 – лоток вывода фракции для очистки на ВПС; 29 – фракционное решето; 30 - расслаивающая поверхность; 33 – дека вибропневмосепаратора; I,II,III,IV,V,VI – конечные продукты

В пятом разделе «Рекомендации по использованию результатов исследований, энергетическая и технико-экономическая оценки» даны рекомендации по использованию вибропневмосепаратора в составе семяочистительной линии, реализующей усовершенствованную технологию очистки и сортирования семян. Приведены энергетическая и технико-экономическая оценки усовершенствованной линии в сравнении с базовым вариантом.

По результатам экспериментальных исследований разработана методика предварительной настройки режима работы вибропневмосепаратора при различном содержании в исходном материале низконатурных примесей.

Использование семяочистительной линии производительностью 2,5 т/ч для очистки элитных семян позволяет снизить прямые эксплуатационные затраты на 7%, прямые энергозатраты - более чем на 25%. Выход семян увеличивается на 7,64%. Годовой экономический эффект от внедрения технологии составляет около 900 тыс. руб. при сроке окупаемости – один сезон.

Общие выводы и рекомендации

1. С использованием математической модели (10) определены скорости воздушных потоков при соотношении плотностей низконатурных частиц к плотности семян основной культуры =0,6 - 0,63м/с, при =0,7 – 0,75 м/с, при =0,8 – 0,88м/с. Для интенсификации процесса в зоне расслоения следует обеспечивать скорость воздушного потока в пределах 1,0…1,4м/с.
2. Разработана конструктивно-технологическая схема вибропневмосепаратора с усовершенствованной декой с углом поперечного ее наклона, равным нулю (Патент на полезную модель №58288. Патент РФ № 2347352).

На основе математических моделей (11), (12) определены рациональные параметры и режимы разделения семян в вибропневмоожиженном слое на деке разработанного вибропневмосепаратора для двух настроечных значений производительности.

Для производительности 550 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки =4…6; угол установки борта деки =20…26; частота колебаний n=640…660 мин-1 при амплитуде А=7,5 мм и угле направленности колебаний =30.

Для производительности 1000 кг/ч рациональными являются следующие значения параметров: угол продольного наклона деки =6…7; угол установки борта деки =22…26; частота колебаний n=450…460 мин-1 при амплитуде А=15 мм и угле направленности колебаний =30;

3. Ведомственными испытаниями установлена рациональная производительность вибропневмосепаратора - 1000…1100 кг/ч. При этой производительности и выходе семян 90% среднее значение полноты выделения примесей составляет 96,3%, содержание семян сорных растений не превышает требований ГОСТ Р 52325-2005 по чистоте для элитных семян.
4. Разработанный вибропневмосепаратор рекомендуется использовать в семяочистительных линиях фракционной очистки производительностью 2…2,5 т/ч на базе воздушно-решетных машин первичной, вторичной очистки и триеров. Производственными исследованиями установлено, что линия, реализующая фракционную технологию очистки с использованием разработанного вибропневмосепаратора, обеспечивает получение семян элиты и обладает достаточной технологической надежностью. При этом чистота получаемых семян соответствует требованиям ГОСТ Р 52325-2005 для семян элиты, с вероятностью сохранения поля допуска Р=0,887…0,937. (Патент РФ №2340410).
5. На основании экспериментальных исследований разработана номограмма для настройки вибропневмосепаратора усовершенствованной конструкции. Согласно номограмме, при засоренности семян пшеницы члениками редьки дикой (подаваемых на вибропневмосепаратор) до 100шт/кг, рекомендуется установить следующие параметры: подачу 850…950кг/ч, продольный угол наклона деки 6…7 и частоту колебаний рабочего органа 450…465мин-1 при амплитуде колебаний А=15мм.
6. Применение семяочистительной линии, реализующей фракционную технологию очистки семян, в сравнении с базовой, позволяет снизить прямые эксплуатационные затраты на 7%, прямые энергозатраты - более чем на 25%. При этом выход семян увеличивается на 7,64%. Годовой экономический эффект от использования линии производительностью 2,5т/ч составляет около 900 тыс. рублей при сроке окупаемости – один сезон.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Галкин В.Д., Хандриков В.А. Совершенствование очистки семян на поточных линиях производительностью 2,5 т/ч // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – Выпуск №5(14) – г. Краснодар: ФГОУ ВПО Кубанский ГАУ. - 2008. С.194-197.
2. Галкин В.Д. Расширение технологических возможностей зерноочистительных машин с тремя ярусами решет.//В.Д.Галкин, А.Бачурин, В.А.Хандриков, А.А.Медведев // Пермский аграрный вестник.- Пермь, 2002.- Вып. VII. С. 110-111.
3. Хавыев А.А., Хандриков В.А. К теории движения слоя семян по деке // Пермский аграрный вестник. – Пермь, 2003. – Вып. IX. – С.93-95.
4. Галкин В.Д., Хавыев А.А., Хандриков В.А. Повышение эффективности технологического процесса вибропневмосепаратора семян // Пермский аграрный вестник. Материалы Всероссийской научно-практ. конференции ученых и специалистов, посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 г.г. 29-32 марта 2005 г. Сб науч. трудов. – Пермь: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2005. – Вып. 1(13). - С. 211-214.
5. Хандриков В.А., Грубов К.А., Галкин В.Д., Хавыев А.А. Основные направления совершенствования вибропневмосепаратора зерна // Пермский аграрный вестник. Сб. науч. тр. научно-практ. конференции аспирантов и студентов, посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 г.г. 20-22 апреля 2005 г. Сб науч. трудов. – Пермь: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2005. – Вып. 2(14). - Ч.1. - С. 76-77.
6. Галкин В.Д., Кошурников А.Ф., Хавыев А.А., Хандриков В.А. Оптимизация параметров и режимов работы вибропневмосепаратора производительностью 0,5 т/ч. / Материалы XLIV международной научно-технической конференции «Достижения науки агропромышленному производству. Ч. 2. Челябинский ГАУ. 2005. С. 169-172.
7. Галкин В.Д., Хавыев А.А., Хандриков В.А., Грубов К.А. Рациональные параметры и режимы работы вибропневмосепаратора зерна с усовершенствованной декой // Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Ижевск.: ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. 2007, т.3. С.3-7.
8. Галкин В.Д., Хавыев А.А., Хандриков В.А., Грубов К.А. Технология подготовки малых партий семян с усовершенствованным рабочим процессом окончательной очистки // Современные проблемы технологии производства, хранения, переработки и экспертизы качества сельскохозяйственной продукции. Т.2. Материалы Международной научно-практической конференции 26-28 февраля 2007. г. Мичуринск.: ФГОУ ВПО МичГАУ, 2007. С. 239-242.
9. Хавыев А.А., Хандриков В.А., Грубов К.А. Параметры и режимы работы усовершенствованного вибропневмосепаратора // Пермский аграрный вестник. Сб. науч. тр. LXVI Всероссийской научно-практ. конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в развитие АПК». 10-12 апреля 2007г. – Пермь: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2007. – Вып. XVII. Ч.2. – С.73-75.
10. Галкин В.Д., Хандриков В.А. Агротехническая оценка вибропневмосепаратора зерна с усовершенствованным рабочим процессом // Разработка и внедрение технологий и технических средств для АПК Северо-Восточного региона: Материалы Международ. науч.-практ. конф. 10-11 июля 2007г. – Киров.: НИИСХ Северо-Востока, 2007. – С.178-181.
11. Хандриков В.А., Грубов К.А. Разработка агрегата для окончательной очистки семян // Молодежная наука прикамья. Сб. науч. трудов. - Пермь: ФГОУ ВПО Пермский ГТУ. 2008. - Вып. 9. - С.205-208.
12. Галкин В.Д., Кошурников А.Ф., Хавыев А.А., Хандриков В.А. Пневмосортировальные столы производительностью 0,5 и 1,0 т/ч и их использование в поточных линиях фракционной очистки семян: Уч. пособ. – Пермь.: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2007. – 75с.
13. Патент на полезную модель №58288. А01F12/44, В07В1/12. Дека вибропневмосепаратора. / В.Д.Галкин, А.А.Хавыев, В.А.Хандриков – Перм. гос. с.х. акад. – Россия. - Опубл.27.11.2006. - Бюлл. №33.
14. Патент на полезную модель №58287. А01F12/44. Комбинированная машина для разделения сыпучих материалов. / В.Д.Галкин, А.А.Хавыев, С.Е.Басалгин, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, В.П.Костарев – Перм. гос. с.х. акад. – Россия – Опубл.27.11.2006. – Бюлл. №33.
15. Патент РФ №2340410. А01F12/44, В07В1/12. Способ разделения зерновых смесей / В.Д.Галкин, А.Д.Галкин, А.А.Хавыев, С.Е.Басалгин, В.П.Соловьев, В.А.Хандриков, К.А.Грубов, С.В.Галкин - Перм. гос. с.х. акад. – Россия. - Опубл. 10.12.2008. - Бюлл. №34.
16. Патент РФ №2347352. А01F12/44. Дека вибропневмосепаратора. / В.Д.Галкин, А.Д. Галкин, А.А.Хавыев, В.А.Хандриков, К.А. Грубов - Перм. гос. с.х. акад. – Россия. - Опубл. 27.02.2009. - Бюлл. № 6.

Подписано в печать 22.05.09 г.

Формат 60841/16. Бумага офсетная. Печ. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ 82

ИПЦ «Прокростъ»

Пермской государственной сельскохозяйственной академии

имени академика Д.Н.Прянишникова,

614000, Россия, г. Пермь, ул. Коммунистическая, 23

Тел. 210-35-34