На правах рукописи

ЧЕРНЫШОВ Алексей Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА

НА РЕШЕТНОМ СТАНЕ

ЗЕРНООЧИСТИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации

сельского хозяйства (технические наук

и)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Воронеж – 2011

Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных машин федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I».

заслуженный деятель науки и техники РФ,

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Тарасенко Александр Павлович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Свиридов Леонид Тимофеевич кандидат технических наук, доцент Шередекин Виктор Валентинович ОАО « Воронежсельмаш»

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ.

Автореферат размещен на сайтах и http://www.vsau.ru http://www.vak.ed.gov.ru Автореферат разослан « 13 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент И. В. Шатохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одной из важнейших задач агропромышленного комплекса России является увеличение производства зерна, что позволит решить проблему надежного обеспечения населения продовольствием. Основными путями решения данной проблемы являются повышение урожайности и снижение потерь зерна на всех стадиях производства. Причина низкой урожайности зерновых в нашей стране – плохое качество семян. Несвоевременно обработанное зерно является благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов, поражающих семена и ухудшающих их посевные и товарные качества. Поэтому свежеубранный зерновой ворох необходимо на ранней стадии его послеуборочной обработки очищать по мере его поступления на ток от засорителей, дробленого, травмированного, биологически неполноценного зерна. При этом наибольший эффект достигается при использовании технологии фракционирования с увеличением производительности зерноочистительных машин. Однако повышение производительности решетных машин в значительной степени лимитируется габаритами сепаратора, поэтому одним из способов решения данной проблемы является рациональная компоновка решет в решетном стане.

Предлагается усовершенствовать процесс фракционирования зернового вороха на решетном стане зерноочистительных машин за счет выбора рациональной компоновки решет. Это позволит получить зерно, отвечающее посевным и товарным качествам, при увеличении производительности зерновых очистительных машин.

Степень разработанности проблемы. Вопросам плоскорешетного сепарирования зернового вороха посвящены труды В.П. Горячкина, М.Н. Летошнева, И.Е. Кожуховского, В.А. Кубышева, Н.Н. Ульриха, Г.Д. Терскова, И.И. Блехмана, И.И. Быховского, И.Ф. Гончаревича, В.В. Гортинского, П.М. Заики, Л.Т. Свиридова, А.И. Петрусова, В.М. Цециновского, B.C. Быкова, А.П. Тарасенко, В.И. Оробинского, Ю.И. Ермольева, А.Н. Зюлина, С.С. Ямпилова, И.П. Лапшина и др.

Установлено, что на эффективность решетного сепарирования в целом влияет много факторов, характеризующих свойства, состав смеси, интенсивность ее поступление в единицу времени, а также технологические схемы разделения вороха. Действие этих факторов оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на качество очистки зернового материала и производительность зерноочистительных машин.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане путем выбора рациональной схемы компоновки решет для повышения производительности и качества очистки.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:

предложить техническое решение для повышения производительности шестирешетного двухъярусного стана и качества фракционирования зернового вороха;

разработать математическую модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, с обоснованием возможности повышения производительности и улучшения качества очистки;

обосновать рациональную схему компоновки решет для фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и режимы его работы;

определить экономическую эффективность использования предложенного технического решения.

Объектом исследования являются технологический процесс фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане и средства для его реализации.

Предметом исследований являются закономерности процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане.

Методологическая, теоретическая и экспериментальная база исследования. Теоретические исследования базировались на математическом моделировании процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане; экспериментальные исследования проводили в лабораторных условиях; результаты экспериментальных исследований обрабатывали с использованием пакета программ Microsoft Office, Microsoft Excel, Statistica 7 и др.

предложено техническое решение для повышения производительности и качества очистки при реализации процесса фракционирования зернового вороха;

разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, отличающаяся тем, что позволяет выявить распределение зернового материала с учетом предложенной схемы компоновки решет и постановкой скатной поверхности под верхним сортировальным решетом;

получены закономерности изменения качественных показателей фракционирования зернового вороха, отличающиеся учетом использования предложенной схемы компоновки решет в решетном стане.

Практическая значимость. Предложенная схема компоновки решет для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяет увеличить производительность решетного стана и получить зерно, отвечающее товарным и посевным качествам. Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании, настройке и эксплуатации решетных станов зерноочистительных машин, а также в учебном процессе.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.20.01 -«Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)» (критерий П.8 «Положение о порядке присуждения ученых степеней» Минобрнауки России).

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научнопрактических и учебно-методических конференциях Воронежского ГАУ (2006–2011гг.), научной конференции Воронежской ГТА (2009 г.). Данная тема отмечена научным грантом по программе «У.М.Н.И.К.» Российского фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 – в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, общим объемом 1,22 п. л (авторских 0,82 п. л.), получен 1 патент на полезную модель РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 129 наименований, и приложений. Основная часть диссертации изложена на 112 страницах компьютерного текста, включая 31 рисунок и 10 таблиц.

На защиту выносятся: математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с предложенной схемой компоновки решет позволяющая выявить распределение зернового материала с учетом постановки скатной поверхности под верхним сортировальным решетом; техническое решение для реализации процесса фракционирования зернового вороха позволяющее повысить производительность решетного стана и полноту выделения примесей; закономерности изменения качественных показателей фракционирования зернового вороха, учитывающие использование предложенной схемы компоновки решет в решетном стане.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель исследований, объект и предмет исследований, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены основные показатели качества семян пшеницы, а также различные схемы расположения решет в решетных станах, применяемых для фракционирования зернового вороха.

При рассмотрении конструкций решетных станов установлено, что получение качественного зернового материала возможно путем выделения в фуражную фракцию биологически неполноценных семян. Наиболее эффективно это достигается на шестирешетных двухъярусных станах. Однако существуют недостатки рассмотренных устройств, заключающиеся в том, что сепарирующие возможности каждого типа решет, особенно с учетом разделения на фракции, реализуются не в одинаковой мере, что снижает качество очистки и производительность решетных станов. Не стоит забывать о том, что сход с верхнего яруса решет количества зернового вороха не должен превышать допустимую по агротребованиям величину потерь зерна, а проход – обеспечивал равномерную загрузку решет нижнего яруса. Нерациональная компоновка решет в решетных станах, выбор их параметров и режимов работы существующих машин не позволяют полностью реализовать их технические и технологические возможности. Большинство технических решений, направленных на улучшение процесса фракционирования, содержат решетные станы с дополнительными устройствами, что приводит к снижению их эксплуатационной надежности и удорожанию конструкции.

Перечисленные недостатки можно устранить путем выбора рациональной схемы размещения решет в решетном стане. Предполагается, что разработка высокоэффективного решетного стана, выполняющего обработку зернового вороха на решетах с выделением основной, отходовой и фуражной фракций, позволит снизить металло- и энергоемкость технологического процесса, повысить производительность воздушно-решетных зерноочистительных машин.

Во второй главе «Теоретические исследования работы решетного стана зерноочистительной машины» разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с обоснованием длины скатной доски, обеспечивающей подачу фуражной фракции на начало подсевного решета, позволяющая повысить его производительность и полноту выделения примесей.

Для очистки зернового материала и разделения зерна на фракции по крупности (толщине или ширине) частиц предложен модернизированный решетный стан с двухъярусным расположением решет (рисунок 1).

Решетный стан зерноочистительной машины представляет двухъярусно расположенные сепарирующие поверхности и состоит из остова 1, сортировальных решет 2, 3 и 4, из которых решето 2 установлено в начале верхнего яруса, а 3 и 4 – в конце нижнего яруса, колосовых решет 5 и 6, лотка 7 для вывода крупных примесей, подсевного решета 8, скатных поверхностей 9 и лотка 10 для вывода мелких примесей, разгрузочного канала 11 с установленной над ним двухскатной поверхностью 12, скатных поверхностей 13 и лотка для вывода фуражной фракции 14, сетки 15.

1 – остов; 2, 3, 4 – сортировальные решета; 5, 6 – колосовые решета; 7 – лоток для вывода крупных примесей; 8 – подсевное решето; 9 – скатная поверхность мелких примесей; 10 – лоток для вывода мелких примесей; 11 – разгрузочный канал; 12 – двухскатная поверхность; 13 – скатная поверхность для фуражной фракции; 14 – лоток для вывода Рисунок 1 – Схема модернизированного шестирешетного Модернизированный решетный стан работает следующим образом:

зерновой ворох подается на сортировальное решето 2 верхнего яруса и при колебании решетного стана происходит его сепарация. Мелкие засорители и мелкая часть зерновок перераспределяются в нижний слой и, просыпаясь через сортировальное решето 2, поступают на подсевное решето 8, а оставшаяся часть зернового вороха идет сходом последовательно на колосовые решета 5 и 6, где зерно просыпается на сортировальные решета 3 и 4 нижнего яруса, а крупные примеси сходят в лоток 7 и выводятся из машины. Для предотвращения попадания проходовой части зерна через конечную часть сортировального решета 2 на конечную часть подсевного решета 8 и через начало колосового решета 5 в разгрузочный канал 11 над ним установлена двухскатная поверхность 12. Зерно, просыпавшееся через конечную часть сортировального решета 2, подается на часть двухскатной поверхности 12, наклоненной навстречу зерновому потоку, и перемещается к началу подсевного решета 8. Это повышает полноту выделения мелких примесей из поступившей на подсевное решето 8 части зернового вороха. Зерно, просыпавшееся через начальную часть колосового решета 5, подается на часть двухскатной поверхности 12, наклоненной по ходу движения зернового потока, перемещается по ней на сортировальное решето 3 и не попадает в разгрузочный канал 11, т. е.

предотвращается попадание крупного полноценного зерна в фуражную фракцию. Из вороха, поступившего на подсевное решето 8, проходом выделяются мелкие примеси и поступают на скатную поверхность 9, по которой они перемещаются в лоток 10 и выводятся за пределы машины. Оставшееся на подсевном решете 8 зерно представляет фуражную фракцию, которая сходит по нему в разгрузочный канал 11 и поступает на скатную поверхность и по ней в лоток 14. Из зернового вороха, поступившего на сортировальные решета 3 и 4, выделяется проходом более мелкая часть вороха и дробленое зерно, которые поступают на скатные поверхности 13, где объединяются с зерном, сошедшим с подсевного решета 8, и через лоток 14 выводятся из машины. Это зерно представляет фуражную фракцию. Сходом с сортировального решета 4 идет очищенное зерно, которое по сетке 15 или приемнику (не показан) вводится в канал второй аспирации.

Таким образом, модернизированный решетный стан позволяет разделить зерновой ворох на две фракции: фуражное и очищенное зерно, а также выделить из исходного зернового материала мелкую и крупную примеси.

Для рассмотрения работы решетного стана предложена математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане с установкой дополнительной скатной доски, позволяющая определить разделение материала на фракции в зависимости от подачи.

В общем виде на верхний ярус (рисунок 1) поступает Y10 количества зернового вороха, а на нижний – проход по всей его длине.

Используя коэффициенты сепарации зернового материала на отдельных решетных полотнах, построим аналитические модели процесса фракционирования зернового вороха на решетном стане с предложенной схемой.

Для вычислений примем средний приведенный коэффициент сепарации зерна, имеющий постоянное значение для решет с одинаковыми размерами отверстий.

Известна формула для нахождения схода зерна с решета в зависимости от его длины и сепарирующей способности, предложенная М. Н. Летошневым где y0 – подача вороха на начало решета; – коэффициент сепарации;

L – длина решета, м.

Для вычисления количества зернового вороха, поступившего в основную, фуражную, отходовую фракции, и потерь, идущих сходом с колосового решета, определим технологические показатели Ykm, Ykm, определяющие функционирование отдельных решет в рассматриваемом решетном стане, используя закон сепарации (формула 1).

Решетные поверхности, расположенные друг под другом, имеют равные длину Lkm и ширину bkm, где индексы km,стоящие при символах здесь и далее, определяют номер яруса (первая цифра) и номер решета (вторая цифра) решетного стана.

Тогда количество вороха Ykm, сошедшего с km-го решета, определяется выражением где Yk ( m1) – количество зернового вороха, сошедшего с k(m-1)-го решета;

km – коэффициент сепарации для km-го решета; Lkm – длина km-го решета.

С учетом уравнения 2 на участке x (рисунок 2) с верхнего на нижнее решето поступит Дифференцируя уравнение 3, получим формулу, характеризующую интенсивность сепарации на произвольном элементарном участке по длине решета верхнего яруса решет.

Тогда количество зерна, просыпающегося на участке dx с верхнего 1 – верхнее km-е решето верхнего яруса;

решета на нижнее, представляет 2 – нижнее (k+1)m-е решето нижнего яруса собой загрузку нижнего решета на этом участке В процессе дальнейшей сепарации на участке dx на нижнем решете из этого вороха останется Выражение представляет собой сход вороха с нижнего решета на этом участке. Проинтегрировав выражение 5, мы получим общее количество вороха Y( k 1) m, сошедшего с нижнего решета Коэффициенты сепарации зернового вороха для рабочих элементов решетного стана km, ( k 1) m можно рассчитать по формулам 2 и 6 на основе экспериментальных данных, полученных опытным путем.

В случае, когда, соответственно, в верхнем ярусе последовательно установлены колосовые решета с одинаковыми размерами отверстий, а в нижнем сортировальные, то они будут работать как одно. Тогда длина этих решет составит 2 L (при Lkm L( k 1) m L11 L12 L13 L21 L22 L23 L ), а коэффициенты сепарации примут вид где К, 12, 13 – коэффициенты сепарации зернового вороха на колосовом решете верхнего яруса; С, 22, 23 – коэффициенты сепарации зернового вороха на сортировальном решете нижнего яруса.

Используя вышеприведенную методику, можно вычислить количества зернового вороха, сошедшего с различных решет и поступившего в основную (YФО), фуражную (YФФ) и отходовую (YФОт) фракции, а также сход с колосового решета (YП) по выражениям Рисунок 3 – Влияние подачи материала L=0,99 м), результаты которых представW на выход зернового вороха YФО в ослены на рисунках 3 – 6.

Рисунок 4 – Влияние подачи материала W Рисунок 5 – Влияние подачи материала на выход зернового вороха YФФ в фуражную на выход зернового вороха YФОт в Расчеты показали, что с увеличением подачи материала на решетный стан до 72 т/ч выход зернового вороха в основную фракцию возрастает с 84,22 до 89,48 % (при L=0,79 м). В случае, когда L=0,99 м при подаче больше 54 т/ч, данный показатель снижается до 86,15 %. Выход фуражной и отходовой фракций в обоих случаях уменьшается.

Для предварительной очистки зернового вороха на верхнем ярусе следует устанавливать такие решета, чтобы количество зерна, сходимого с конечного решета верхнего яруса, не превышало агротехнически допустимой величины.

Рассмотрим два варианта компоновки решет в верхнем ярусе (рисунок 6). В первом варианте в верхнем ярусе последовательно установлены два сортировальных и колосовое, а во втором – сортировальное и два колосовых решета, т. е. площадь колосовых решет, увеличилась в два раза. С увеличением подачи материала с 21,6 1– решетный стан с одним колосовым решетом, 2 – решетный стан с двумя колосовыми ха, идущего сходом с верхнего яруса, Рисунок 6 – Влияние подачи материала W увеличивается в первом варианте до на потери зернового вороха YП, идущего 6,30 % и во втором – до 0,45 %. сходом с колосового решета для решет Теоретические исследования показали, что в решетном стане заложена потенциальная возможность дальнейшего повышения производительности. По рассчитанным данным оптимальная производительность одного решетного стана составляет не меньше 50 т/ч (предварительная очистка), при которой потери сходом с колосового решета не превышают 0,5 %, выход основной фракции – 89,0 %, фуражной фракции – 10,5 %.

Одним из путей снижения выхода засорителей в лоток вывода фуражной фракции и тем самым повышения эффективности работы подсевного решета является установка скатной доски под сортировальным решетом верхнего яруса, по которой зерновой ворох, просыпающийся через заданную часть сортировального решета, подается на подсевное решето на расстоянии Х от его начала. При изменяющейся длине Х (рисунок 7) сход с подсевного К этому количеству зерна добавляется сход со скатной доски. Сход зернового вороха с участка решета, равного (L21-x), можно определить, применив 1–сортировальное решето верхнего яруса начала можно представить как решет; 2–скатная поверхность;

3–подсевное решето нижнего яруса решет Рисунок 7 – Схема к определению установки скатной поверхности ной доски, который равен Согласно закону сепарации выход фракции отходов с учетом установки скатной поверхности длиной l=L21-x определяется выражением Проведем расчет зависимости количества зернового вороха YФОт, поступающего в лоток отходовой фракции, от подачи материала W на решетный стан при различных длинах скатной поверхности (рисунок 8), используя уравнение 17.

Рисунок 8 – Выход зернового вороха в отходовую фракцию YФОт в зависимости от подачи материала W на решетный стан при различных длинах l Анализ рисунка 8 показывает, что сепарирующая способность подсевного решета с увеличением длины скатной поверхности повышается, т. е. количество выделенного сыпучего материала без установки скатной поверхности в 2 раза меньше, чем с её наличием.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа экспериментальных исследований, методика их проведения и обработки полученных результатов, описаны приборы, которые были использованы при проведении экспериментальных исследований.

Программой экспериментальных исследований предусматривали: исследование количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы фракционирования его на решетах; исследование влияния производительности решетного стана на фракционирование зернового вороха озимой пшеницы; исследование влияния схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха; исследование эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане.

Экспериментальные исследования проводили в лаборатории кафедры сельскохозяйственных машин Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I.

Для исследований влияния производительности и схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование нами была использована экспериментальная установка (рисунок 9). Установка имеет возможность смены решет, а также регулирования конструктивных и режимных параметров. При проведении исследований использовали стандартные решета длиной 0,79 м.

Для исследования эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане нами была разработана и изготовлена экспериментальная установка, с реальными размерами решетного стана, устанавливаемого на зерноочистительной машине ОЗФ-80/40/20 с шириной, равной 0,3 м (рисунок 10). При проведении эксперимента использовали стандартные решета длиной 0,99 м. Величину подачи зернового материала пересчитывали на реальную ширину зерноочистительной машины 1,5 м.

обработку полученных результатов проводили по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТов с использованием лабораторного решетного классификатора УI–ЕРЛ–2–1, электронных весов JW–1 с точностью 0,01 г, диафаноскопа фотоэлектрического «Янтарь», ров и оборудования. При анализе зернового вороха определяли его 1 - воздушная часть машины; 2 – дозируюфракционный состав, массу 1000 зе- щее устройство; 3– рама; 4 – решетный стан рен, стекловидность и содержание Рисунок 10 – Общий вид экспериментальной клейковины, уровень травмирования, лабораторную всхожесть. Обработку результатов исследований проводили с использованием методов математической статистики и пакета статистических программ STATISTIKA 7.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»

приведены результаты исследований и дан их анализ.

В результате исследований количественных и качественных показателей зернового вороха к обоснованию схемы его фракционирования на решетах установлено, что на решете с шириной отверстий меньше 2,6 мм выделяется зерно с массой 1000 зерен меньше 27,7 г, его стекловидность не превышает 43 %, а содержание клейковины – 32 %. Такое зерно имеет пониженную лабораторную всхожесть семян. По совокупности всех показателей качества оно является биологически неполноценным зерном, которое больше травмируется при уборке и послеуборочной обработке. Сделанный по фракциям анализ качества зерна показал, что на самой ранней стадии послеуборочной обработки его необходимо разделять на семенную, фуражную и отходовую фракции. В семенную фракцию выделять зерновки размером больше 2,6 мм и в фуражную меньше 2,6 мм (для данного зернового вороха). Данные о качестве зерна основной и фуражной фракций после обработки зернового вороха приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Качество зерна по фракциям Показатели Исходный ворох Основная фракция Фуражная фракция Содержание зерна, %:

Из анализа данных, представленных в таблице 1, видно, что качество зерна, выделенного в основную фракцию, по всем показателям отвечает требованиям к посевному материалу. Зерно же, выделяемое в фуражную фракцию, имеет низкую массу 1000 зерен, т.е. несмотря на то, что оно имело высокую лабораторную всхожесть семян, его биологический потенциал был низким. Кроме того, в фуражную фракцию выделяется большая часть зерна дробленого, травмированного и биологически неполноценного, а также засорителей.

Исследования по влиянию производительности и схемы размещения решет в решетном стане на фракционирование зернового вороха проводили в лабораторных условиях при обработке зернового вороха озимой пшеницы влажностью 14 % с содержанием зерна целого 92,72 %, дробленого – 0,87, в пленке – 1,19 и засорителей – 5,22 %.

Исследованы три варианта компоновки решет в решетном стане. В первом варианте в верхнем ярусе установлены последовательно два сортировальных решета и колосовое с шириной отверстий 2,6 и 4,0 мм, а в нижнем – два подсевных и сортировальное с шириной отверстий 1,7 и 2,6 мм. Во втором варианте в верхнем ярусе установлены последовательно сортировальное решето и два колосовых с шириной отверстий 2,6; 3,4 и 4,0 мм, а в нижнем – подсевное и два сортировальных решета с шириной отверстий, 1,7 и 2,6 мм. В третьем варианте в верхнем ярусе установлены сортировальное и два колосовых решета с шириной отверстий 2,6 и 4,0 мм, а в нижнем – подсевное и два сортиро- 1, 2, 3 – варианты схем расстановки решет стий 1,7 и 2,6 мм. В нижнем ярусе проход через подсевное решето вызернового вороха озимой пшеницы водили в отходовую фракцию, а сход – через разгрузочный канал в фуражную фракцию.

Результаты исследований (рисунок 11) показывают, что в третьем варианте с увеличением подачи зернового вороха на решетный стан с 21,6 до 72,0 т/ч остается практически постоянным выход основной фракции, уменьшается выход фуражной фракции с 10,46 до 10,22 % и отходов – с 1,3 до 0,6 %, а сход с колосового решета возрастает с 0,05 до 0,39 %.

Во втором варианте уменьшается выход основной фракции с 89,62 до 86,09 %, фуражной – с 10,16 до 6,89 % и отходов – с 1,64 до 0,51 %, но возрастает сход с колосового решета с 0,08 до 6,5 %.

В первом варианте уменьшаются выход основной фракции с 89,06 до 67,45 %, фуражной – с 8,78 до 6,98 % и отходов – с 1,57 до 1,04 %, но возрастает сход с колосового решета – с 0,59 до 24,53 %. Следовательно, в первом варианте существенно возрастает сход полноценного зерна с колосового решета. Устранить это позволяет увеличение в два раза площади колосовых решет. Лучшие показатели получены в третьем варианте при установке в верхнем ярусе последовательно двух колосовых решет с шириной отверстий 4 мм.

При обработке товарного зерна для большей производительности возможна установка последовательно двух колосовых решет в верхнем ярусе, что позволяет получить более качественное зерно. Предложенная в третьем варианте схема расстановки решет в решетном стане позволила увеличить его производительность в 1,25…1,8 раза, в зависимости от вида обработки зернового вороха, при увеличении выделения в 1,34 раза фуражной фракции, потери сходом не превышают 0,5%. Величина максимального и среднего относительного отклонения экспериментальных значений количества выхода в основную фракцию соответственно составляет: max = 0,015 и ср = 0,011.

Исследования показали, что схема размещения решет в решетном стане влияет на фракционирование зернового вороха. В третьем варианте, по сравнению с первым в основной фракции уменьшилось содержание целого зерна с 97,55 до 97,30 %, дробленого – с 0,61 до 0,37 %, но при этом несколько увеличилось содержание зерна в пленке – с 0,80 до 1,22 % и засорителей – с 1, до 1,11 %. Это объясняется тем, что при увеличении ширины отверстий второго решета верхнего яруса с 2,6 до 4,0 мм на нижний ярус решет просыпается больше дробленого зерна и в пленке, а также засорителей, т.е. они подаются в основную фракцию.

Часть этих компонентов выделяется на сортировальных решетах нижнего яруса в фуражную фракцию, а остальные сходят с основной фракцией.

Это привело к увеличению некоторого количества зерна в пленке и засорителей в основной фракции. Уменьшение содержания дробленого зерна в основной фракции получено благодаря увеличению площади сортировальных решет в нижнем ярусе, где вместо второго подсевного решета с шириной отверстий 1,7 мм установлено сортировальное с шириной отверстий 2,6 мм.

Через два последовательно установленных в нижнем ярусе сортировальных решета выделяется больше зерновок в пленке и засорителей в фуражную фракцию. Их содержание в первом варианте составило 0,25 и 10,35 %, а в третьем – 0,52 и 22,08 %. Предложенная в третьем варианте схема расстановки решет в решетном стане позволила увеличить в 1,12 раза выделение мелких зерновок в фуражную фракцию, снизить в 1,65 раза содержание дробленого зерна, увеличить в 1,52 раза зерновок в пленке при примерно одинаковом содержании засорителей в основной фракции.

Исследование эффективности фракционирования зернового вороха при рациональной схеме компоновки решет в решетном стане проводили при обработке зернового вороха озимой пшеницы влажностью 14 % с содержанием зерна целого 92,49 %, дробленого – 1,09, в пленке – 1,19 и засорителей – 4,40 %. В соответствии с размерными характеристиками зернового вороха на стан установили сортировальные решета с шириной отверстия 2,6 мм, колосовые – 3,6 мм, подсевное – 1,7 мм.

Решетный стан выделяет основную фракцию (рисунок 12) в количестве до 90 % зернового вороха, причем с увеличением подачи до 54,36 т/ч выход фракции возрастает, затем незначительно падает. Это связано с тем, что при больших подачах у колосовых решет снижается сепарирующая способность и, как следствие, увеличиваются потери за решетным станом (рисунок 15).

Выход фуражной фракции (рисунок 13) уменьшается с 33,02 до 8,40 %. Количество вороха, выносимого в отходовую фракцию (рисунок 14), снижается.

Рисунок 12 – Влияние подачи материал W на Рисунок 13 – Влияние подачи материал Величина максимального и среднего относительного отклонений экспериментальных значений количества зернового вороха в основной фракции от расчетных (при L=0,99 м) составляют: max = 0,0239 и ср = 0,0176.

Полнота разделения зернового вороха решетным станом по агротребованиям должна составлять при очистке зерна на семенные цели b 0,80, при первичной очистке b 0,60 и при предварительной очистке b 0,50. Допустимые потери зерна в отходовую фракцию (не более 0,5%) b 0,995.

Рисунок 16 – Зависимость полноты выделения фф фуражной фракции Результаты исследований, представленные на рисунке 16, показывают, что с увеличением подачи на решетный стан полнота выделения фуражной фракции снижается, так как сортировальные решета работают при нагрузке, близкой к максимальной, при этом мелкие зерновки не успевают перераспределиться в нижние слои.

На рисунках 17 – 19 представлены зависимости полноты выделения (выражены в долях) дробленого зерна, засорителей и зерна в пленке в зависимости от подачи материала.

Рисунок 17 – Влияние подачи материала Рисунок 18 – Влияние подачи материала W на полноту выделения дробленого зер- W на полноту выделения засорителей З Рисунок 19 – Влияние подачи материала W на полноту выделения зерна в пленке П из исходного вороха Анализ результатов исследований (рисунки 16 – 19) показал, что с увеличением производительности с 11,91 до 60,00 т/ч полнота выделения дробленого зерна из исходного вороха снижается с 0,81 до 0,39, засорителей – с 0,79 до 0,44, зерна в пленке – с 0,83 до 0,17.

Масса 1000 зерен, с увеличением производительности в основной фракции, снижается с 42,43 до 39,67 г, фуражной фракции – с 29,01 до 28,23 г. Это связано с тем, что часть зерна идет сходом с колосового решета.

Видно, что качество зерна в основной фракции выше, чем в фуражной.

Исследования показали, что режимам вторичной (семенной режим), первичной и предварительной очисток с учетом полноты выделения фуражной фракции, засорителей, дробленого зерна, зерна в пленке соответствуют производительности одного решетного стана, равные 17,05 т/ч; 25,00 и 50,63 т/ч.

В пятой главе «Экономическая оценка эффективности решетного стана» приведены расчеты показателей экономической эффективности реконструированных решетных станов зерноочистительной машины ОЗФ-80/40/20.

Как показали расчеты, годовой экономический эффект от внедрения модернизированного решетного стана составляет 2 727,9 тыс. руб., размер экономического эффекта за срок службы – 36 098 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложено новое техническое решение (патент на полезную модель № 104490) для реализации процесса фракционирования зернового вороха, позволяющее повысить производительность решетного стана и полноту выделения примесей.

2. Разработана математическая модель процесса фракционирования зернового вороха на шестирешетном двухъярусном стане, позволяющая определить выходы по фракциям с учетом длины дополнительной скатной доски. Модель доказывает возможность и целесообразность реализации предложенного технического решения.

3. Теоретически обосновано и предложено, что для повышения эффективности работы подсевного решета необходимо под верхним сортировальным решетом установить скатную поверхность длиной не менее 0,7 м (при длине решета 0,99 м), при этом выделение отходовой фракции из фуражной увеличится с 0,33 до 0,64 %.

4. По результатам лабораторных исследований выявлено, что предложенная схема решетного стана, с размещением в верхнем ярусе сортировального и двух колосовых, а в нижнем – подсевного и двух сортировальных решет,, позволила увеличить его производительность по сравнению с серийным до 50 т/ч при одновременном увеличении полноты выделения фуражной фракции в 1,34 раза, при потерях, идущих сходом с колосового решета, не выше 0,5 %. Полученные результаты указывают на адекватность математической модели.

5. В результате проведенных лабораторных исследований установлено, что применение одного разработанного решетного стана обеспечивает получение зернового материала требуемых кондиций, может применяться для предварительной, первичной и вторичной обработки зернового вороха при производительности соответственно 50 т/ч, 25 и 17 т/ч.

6. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения модернизированного решетного стана составляет 2727,9 тыс. рублей, размер экономического эффекта за срок службы составляет 36098 тыс. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Тарасенко, А. П. Обоснование схемы расстановки решет в решетном стане / А. П. Тарасенко, В. И. Оробинский, А. В. Чернышов, А. А. Сундеев, А. М. Гиевский // Техника в сельском хозяйстве. – 2010. – №5 – С. 9-11.

2. Тарасенко, А. П. Повышение качества зерна /А. П. Тарасенко, В. И.

Оробинский, М. Э. Мерчалова, А. В. Чернышов, С. В. Чернышов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2010. – №10 – С. 7 – 10.

3. Пат. №104490 Российская федерация, МПК7 В 07 В 1/30, В 07 В 1/46.

Решетный стан / Тарасенко А. П., Оробинский В. И., Чернышов А. В.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГАУ им. К. Д. Глинки №2010150434/03; заявл. 08.12.2010; Опубл.20.05.2011. Бюл.№14.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций 4. Чернышов, А. В. Пути увеличения производительности решетного стана машины ОЗФ-80 / А. В. Чернышов // Ресурсосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве и технические средства их реализации:

материалы межрегиональной научно-практической конференции. – Воронеж:

ВГАУ, 2009. – С. 40.

5. Чернышов, А. В. Обоснование фракционной схемы очистки семян на решетных станах с двухъярусным размещением решет / А. В. Чернышов// Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2009. – С.290 - 294.

6. Чернышов, А. В. Анализ зернового вороха, полученного при уборке комбайнами New Holland, при фракционировании его на решетах / А. В. Чернышов // Актуальные проблемы животноводства, ветеринарной медицины, переработки сельскохозяйственной продукции и товароведения: материалы международной научно-практической конференции. – Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2010.-С. 206 - 208.

7. Чернышов, А. В. Исследование работы решетного стана при фракционировании зернового вороха / А. В. Чернышов // Инновационные технологии и технические средства для АПК: материалы Всероссийской научнопрактической конференции молодых ученых и специалистов, посвященные 100-летию Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I. – Ч. IV – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ. – 2011. – С. 137 - 141.

Подписано в печать 9.02.2012 г. Формат 60х801/16. Бумага кн.-журн.

П.л. 1,0. Гарнитура Таймс. Тираж 100 экз. Заказ № 5742.

Типография ФГОУ ВПО ВГАУ 394087, Воронеж, ул. Мичурина,