Совершенствование технологии послеуборочной обработки семян фрак

На правах рукописи

ОРОБИНСКИЙ Владимир Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН

ФРАКЦИОНИРОВАНИЕМ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ДЛЯ ЕЁ РЕАЛИЗАЦИИ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора сельскохозяйственных наук

Воронеж – 2007

Работа выполнена на кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д.Глинки»

Научный консультант – Заслуженный деятель науки и техники РФ,

академик ААО, доктор технических наук,

профессор ТАРАСЕНКО Александр Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КУЗНЕЦОВ Валерий Владимирович;

доктор сельскохозяйственных наук,

член-корреспондент РАСХН, профессор

ГОРБАЧЁВ Иван Васильевич;

доктор технических наук, профессор

КОСИЛОВ Николай Иванович.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт сельского

хозяйства Центрально-Чернозёмной полосы

им. В.В.Докучаева.

Защита состоится » » 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.010.04 при ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки» по адресу:

394087, г.Воронеж, ул. Мичурина 1, тел. (4732) 53-78-61.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки.

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ВАК http:vak.ed.gov. ru/announcements/selhos/

Автореферат разослан » « 2007 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент И.В. Шатохин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности России и в значительной мере определяется именно валовым сбором зерна, необходимого для формирования семенных фондов, обеспечения продуктами питания населения и животноводства зернофуражом. В соответствии с проектом стратегии машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года, разработанным Российской академией сельскохозяйственных наук и Министерством сельского хозяйства РФ, намечено довести производство зерна до 95…105 млн. т с долей фуражного зерна 35…55 млн. т и организацией хранения на месте его производства. Приоритетным направлением развития агропромышленного комплекса при этом является широкое использование прогрессивных технологий и технических средств. В последние годы урожайность зерновых культур не превышает 15…20 ц/га. Катастрофически осложнилось положение с послеуборочной обработкой зерна и подготовкой семян. Годовая потребность РФ в готовых семенах зерновых культур составляет не менее 13…15 млн. т. Из-за плохого качества семян страна ежегодно недобирает урожай 10…15 млн. т.

Главными причинами низкого качества семян являются высокий уровень их травмирования и несвоевременная обработка зернового вороха, что объясняется недостаточным технологическим и техническим уровнем механизации производства семян.

В хозяйствах Российской Федерации в основном применяют поточную технологию послеуборочной обработки зерна и семян с использованием зерноочистительных агрегатов и комплексов, построенных в 60-е годы, выработавших свой физический и моральный ресурс. Поэтому эффективная и своевременная обработка зернового вороха с целью получения высококачественных семян является актуальной проблемой.

Цель исследования – повышение эффективности послеуборочной обработки зернового вороха за счёт совершенствования фракционной технологии его очистки и разработки технических средств для её реализации.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

1.Обосновать теоретически и подтвердить экспериментально пути совершенствования фракционной технологии очистки семян с разделением на фракции крупного и мелкого зерна на решётах и выделением биологически неполноценных семян в пневмосепарирующем канале второй аспирации;

2.Обосновать режимы фракционирования зернового вороха пшеницы для выделения семенной фракции с высокими посевными качествами;

3.Предложить рациональные схемы высокопроизводительных зерноочистительных машин для фракционирования зернового вороха на самой ранней стадии его послеуборочной обработки;

4.Обосновать параметры усовершенствованной воздушной очистки зерноочистительных машин, схему размещения решёт в решётном стане, конструкцию устройства для очистки решёт;

5.Изучить влияние производительности фракционных очистителей зерна на показатели их работы;

6.Провести производственные испытания разработанных фракционных очистителей зерна в производственных условиях в составе технологических линий зерноочистительных агрегатов и определить эффективность реализации основных научных положений.

Научная гипотеза: технология послеуборочной обработки зернового вороха и технические средства для её реализации должны обеспечивать выделение из него на самой ранней стадии обработки засорителей, биологически неполноценного и большей части травмированного зерна, являющихся биологически активной и благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов, ухудшающих посевные качества семян.

Объектами исследования являлись фракционная технология обработки зернового вороха, технические средства для её реализации, рабочие органы и элементы.

Методика исследований. Решение проблемы осуществляется с использованием методов теоретических и экспериментальных исследований. При проведении экспериментальных исследований и производственных испытаний использованы стандартные и частные методики с применением математического моделирования и математической статистики, современных приборов и вычислительной техники.

Научную новизну работы составляют:

–фракционная технология обработки зернового вороха на самой ранней стадии его послеуборочной обработки с разделением на фракции крупного и мелкого зерна на решётах и выделением биологически неполноценного зерна в пневмосепарирующем канале второй аспирации;

–аналитические зависимости для определения режимов фракционирования зернового вороха по размерам и аэродинамическим свойствам при послеуборочной его обработке;

–конструктивно-технологические схемы фракционных очистителей зерна;

–новые технические решения решётного стана, аспирационной системы зерноочистительной машины, очистителя плоских решёт защищены патентами РФ на изобретения.

Практическая ценность и реализация результатов. Фракционная технология обработки зернового вороха сразу по мере его поступления на ток с разделением на фракции крупного и мелкого зерна на решётах и выделением биологически неполноценного зерна в пневмосепарирующем канале второй аспирации, а также технические средства для её реализации отличаются высокой производительностью и эффективностью очистки. Предложенные фракционные очистители зерна (ОЗФ) прошли приемочные государственные испытания Центрально-Чернозёмной МИС (протокол № 14-63-2005(4070152) от 9.12.2005 г. и № 14-14-2006(4070142) от 28.02.2006 г. и рекомендованы для поставки на производство.

Результаты исследований и разработанная техническая документация использованы при организации производства машин, а также применяются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов на агро-инженерном факультете.

Практическую значимость представляют предложенная технология послеуборочной обработки зернового вороха и высокопроизводительные очистители зерна фракционные семейства ОЗФ. Постановлением правительства Белгородской области № 13-пп от 28 января 2005 г. они включены в программу развития сельскохозяйственного машиностроения и перечень машин и оборудования для агропромышленного комплекса в 2005-2008 гг.

ООО «ОсколАгро» г. Новый Оскол Белгородской области освоено серийное производство зерноочистительных машин семейства ОЗФ: ОЗФ-50/25/10 и ОЗФ-80/40/20.

По состоянию на 1.01.2007г. выпущено 27 машин. В 2006 г. семь машин установили в технологические линии зерноочистительных агрегатов ЗАВ-20 и ЗАВ-40 и успешно использовали их в ряде областей Российской Федерации (Белгородская, Воронежская, Курская, Брянская, Липецкая).

Использование машин в технологических линиях зерноочистительных агрегатов позволяет снизить травмирование зерна основной фракции на

10,9.. .14,5%, повысить лабораторную всхожесть семян на 22,7% за счёт выделения биологически неполноценных, повреждённых зерновок в фуражную фракцию и компонентов вороха, благоприятных для обитания и размножения микроорганизмов, ухудшающих посевные качества семян.

Степень достоверности результатов подтверждена теоретическими, экспериментальными исследованиями и производственными испытаниями, положительными результатами приёмочных государственных испытаний и эксплуатации разработанных фракционных очистителей зерна в составе усовершенствованных технологических линий зерноочистительных агрегатов.

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены на научных конференциях Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки (1981-2007 гг.), Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства (1983 г.)

Защищаемые положения:

–фракционная технология, обеспечивающая выделение из зернового вороха засорителей, повреждённого и биологически неполноценного зерна на самой ранней стадии его послеуборочной обработки;

–аналитические зависимости для определения количественного состава выделенного биологически неполноценного зерна из зернового вороха при послеуборочной его обработке по размерам и аэродинамическим свойствам;

–способы и режимы фракционирования зернового вороха при послеуборочной его обработке;

–конструктивно-технологические схемы фракционных двухаспираци-онных очистителей зерна с разомкнутыми пневмосистемами;

–новые технические решения решётного стана, аспирационной системы, очистителя плоских решёт, способа послерешётной очистки зернового вороха и устройства для его осуществления.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 34 научных работах, в том числе 16 работ помещены в изданиях, рекомендованных для опубликования результатов докторских диссертаций, одно описание к свидетельству на полезную модель, четыре — к патентам РФ.

Структура и объём работы: диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 298 страницах компьютерного текста, включает 64 таблицы и 67 рисунков. Список литературы включает 290 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит актуальность проблемы и необходимость повышения эффективности послеуборочной обработки зернового вороха за счёт совершенствования фракционной технологии его очистки и разработки технических средств для её реализации, сформулированы цель и задачи исследований, приводятся объекты, методы исследования, показаны научная новизна положений, выносимых автором на защиту, и практическая ценность работы, отражены вопросы реализации и апробации полученных научных результатов, дана общая характеристика выполненных исследований. Решения отдельных частных задач по теме диссертационной работы выполнены автором при участии доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ А.П.Тарасенко, кандидатов технических наук А.А.Сундеева, В.В.Шередекина, А.М.Гиевского.

В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследований» представлен аналитический обзор влияния состава поступающего на послеуборочную обработку зернового вороха, его физико-механических свойств на посевные качества семян, этапов развития и перспектив совершенствования механизации послеуборочной обработки семян, применяемых технологий и технических средств. Проблеме снижения посевных качеств семян в процессе хранения посвящены труды Л. А. Тисвятского, И. Г. Строны, Н. Н. Кулешова, А. З. Бодртдинова, К. Е. Овчарова, Н. П. Козьминой, Л. Бартона, В. Л. Кретовича, Е. Д. Казакова, М. К. Фирсовой, А. П. Тарасенко, Б. А. Карпова и других ученых.

Научной основой разработки и совершенствования технологий и воздушно-решётных машин для послеуборочной обработки зерна и семян в Российской Федерации являются труды В. И. Анискина, В. Г. Антипина, В. Л. Андреева, А. И. Буркова, И. Ф. Бородина, В. С. Быкова, В. П. Горячкина, А. Д. Галкина, И. В. Горбачёва, М. Г. Голика, В. М. Дринча, П. М. Заики, А. Н. Зюлина, В. В. Кузнецова, Н. И. Косилова, М. В. Киреева, А. Н. Кремнёва, В. А. Кубышева, М. Н. Летошнева, В. Д. Олейникова, С. Д. Птицина, Г. Т. Павловского, Н. П. Сычугова, А. П. Тарасенко, Г. Д. Терскова, Н. И. Ульриха, В. М. Халанского и других учёных.

Качественные показатели зернового вороха, поступающего на послеуборочную обработку, зависят от особенностей сорта, условий его выращивания, т. е. от предшественников, доз внесения удобрений, природно-климатических условий. Важнейшими факторами, влияющими на его состав, являются совершенство конструкции уборочных машин, режимы работы их рабочих органов, срок и способ уборки, физико-механические свойства зерна в момент обмолота, срок хранения.

Зерновой ворох, поступающий от комбайнов, представляет собой смесь полноценного, щуплого и повреждённого зерна основной культуры, семян других культурных и сорных растений, а также примесей органического (частицы растений, соломы, колосьев, полова) и минерального (песок, комочки земли и др.) происхождения.

Сорная примесь, имеющая повышенную влажность, даже при непродолжительном хранении неочищенного зернового вороха увлажняет зерно. Засорители, а также травмированное и биологически неполноценное зерно являются благоприятной средой для обитания и размножения микроорга-низмов, ухудшающих посевные качества семян, количество которых увеличивается по мере хранения.

Важнейшей задачей послеуборочной обработки зерна является незамедлительное выделение мелких засорителей, дроблёного и биологически неполноценного зерна из зернового вороха, которые имеют большую биологическую активность. В сельскохозяйственных предприятиях в основном применяют поточную технологию послеуборочной обработки зерна и семян. Выпускаемые зерноочистительные линии не в состоянии производить качественную очистку зерна и сортировку семян за один технологический пропуск.

Обобщение известных разработок по использованию применяемых технологий для послеуборочной обработки семян показывает, что только фракционная технология позволяет проводить очистку фракций по наиболее короткому пути, уменьшить количество механических воздействий на семенную фракцию, разгрузить в целом технологическую линию. Совершенствование технологии и технических средств для послеуборочной обработки зернового вороха с целью получения высококачественных семян выдвигает соответствующие требования к системе послеуборочной обработки зерна. Пропускная способность и техническая оснащенность технологических линий для послеуборочной обработки зерна должны соответствовать объёмам производства и структуре посевных площадей.

На основании анализа теоретических и экспериментальных исследований сформулирована научная проблема, решению которой посвящена настоящая работа: обоснование фракционной технологии обработки зернового вороха по мере поступления его на ток, обеспечивающей выделение из него засорителей, повреждённого и биологически неполноценного зерна, и разработка высокопроизводительных технических средств для её реализации.

Во второй главе «Совершенствование технологии послеуборочной обработки семян» рассмотрены следующие вопросы: влияние травмирования зерна и его влажности в момент обмолота на посевные качества семян озимой пшеницы при различных способах уборки, распределение компонентов зернового вороха и качество зерна, степень повреждения различных фракций зерновок и их посевные качества, влияние режимов фракционирования зернового вороха на посевные качества семян, изменение качества семян в процессе хранения.

Травмирование семян при уборке урожая ухудшает их посевные качества и, как следствие, снижает урожайность. Наибольшую опасность представляют микротравмированные семена, так как их нельзя выделить на очистительных и сортировальных машинах. При определении степени повреждения семян озимой пшеницы по видам травм примененяли гистологический краситель индигокармин. Влажность зерна в момент отбора образцов определяли с помощью электровлагомера ВЗПК-1. Все виды микротравм приводили к одному – повреждению зародыша. Анализ полученных данных показал, что в среднем в ЦЧЗ зерновой ворох содержит 0,92% зерна с выбитым зародышем, 1,64% — с повреждённым зародышем, 8,44% — с повреждённой оболочкой зародыша, 14,3% — с повреждённой оболочкой зародыша и эндосперма, 1,1% — с повреждённым эндоспермом, 29,9% — с повреждённой оболочкой эндосперма, 10,1% — дроблёного зерна, которое не может быть использовано для семенных целей, и только 34,4% составляет неповреждённое зерно.

Наивысшую лабораторную всхожесть (99,0%) имеют неповреждённые семена. Низкая лабораторная всхожесть отмечена у зерновок с повреждёнными зародышами (50,8%) и эндоспермом (60,6%).

Существенное влияние на посевные качества семян оказывает влажность в момент обмолота (рисунок 1).

С изменением влажности зерна (рисунок 1) от 10,3 до 15,0% наблюдается увеличение лабораторной всхожести с 89,0 до 93,0%, а полевой – через 25 дней после посева с 87,0 до 89,0%.

При влажности 15,0…17,0% получено максимальное значение лабораторной всхожести се-мян — 93,8% и полевой – 89,8%. Дальнейшее увеличение влажности зерна с 17,0 до 29,6% приводит к снижению лабораторной всхожести семян с 93,8 до 85,0%, а полевой – с 89,5 до 83,5%. Такая же закономерность наблюдается на кривых 1 и 2 полевой всхожести через 13 и 19 дней. Для получения семян, соответствующих ГОСТу по посевным качествам, обмолот необходимо проводить при влажности 12,0…21,0%.

Уровень травмирования семян зависит не только от влажности в момент обмолота, но и от способов уборки.

Семенные посевы необходимо обмолачивать при такой влажности, когда зерноуборочные комбайны обеспечивают получение высоких посевных качеств семян (таблица 1).

Таблица 1.Влияние влажности зерна при обмолоте и способах уборки

на качество семян озимой пшеницы сорта Северодонская

Влажность зерна в момент обмолота, %

Раздельная уборка

Прямое комбайнирование

дробление, %

микротравмирование, %

лабораторная всхожесть, %

дробление, %

микротравмирование, %

лабораторная всхожесть, %

суммарноеприведённоесуммарноеприведённое10-1212,462,911,992,5—-12-1410,560,011,692,7—-14-169,359,411,593,87,960,915,392,116-188,553,99,994,07,562,716,291,018-208,042,210,393,76,967,217,490,320-227,442,010,892,56,870,717,987,722-246,158,511,385,25,966,918,384,524-26—-5,167,818,782,026-28—-4,768,319,081,128-305,461,812,878,32,969,119,176,0При раздельной уборке по мере подсыхания семян до определенного уровня влажности (от 30 до 20…18%) степень травмирования семян при обмолоте снижается, а лабораторная всхожесть соответственно возрастает. При дальнейшем уменьшении влажности зерна (до 18,0…16.0% и ниже) количество микротравм повышается, а лабораторная всхожесть снижается (в данном эксперименте — с 94,0 до 92,5%). При прямом комбайнировании с уменьшением влажности в момент обмолота уровень травмирования снижается, а лабораторная всхожесть соответственно возрастает, достигая максимального значения 92,1% при влажности 14,0…16,0%. Дробление зерна с уменьшением влажности увеличивается. Это объясняется тем, что с уменьшением влажности зерна изменяется его внутренняя структура и оно имеет большую трещеноватость от воздействия силовых нагрузок. При одинаковой влажности зерна в момент обмолота более высокие посевные качества семян получены при раздельной уборке, так как зерно более выравнено по влажности. Качественные показатели зернового вороха, поступающего на послеуборочную обработку, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Распределение компонентов зернового вороха

по размерам и качество зерна

Размер отверстий сортировальных решёт, мм

Выделено зерна, %

Масса 1000 зёрен, г

Травмирование Тс, %

Лабораторная всхожесть, %

Состав компонентов, %

целое зернодроблёное зернокрупные примесимелкие примеси3,219,452,552,885,086,60,912,503,036,244,844,387,595,80,93,302,819,241,046,791,597, 01,61,402,69,235,056,089,097,21,31,502,46,726,557,685,097,71,40,902,23,722,158,678,097,61,60,802,04,519,972,171,091,66,46-1,941,81,011,5—2,111,8-86,11,60,19,7—1,09,3-89,7Из приведенных данных видно, что большая часть зерна выделяется на решётах с размером отверстий больше 2,6 мм – 19,2…36,2%. Масса 1000 семян с увеличением отверстий решета с 2,6 до 3,2 мм увеличивается с 35,9 до 52,5 г.

Наименьший уровень травмирования имеют семена фракции 3,0…2,8 мм – соответственно 44,3 и 46,7%, наибольшую лабораторную всхожесть имеют семена фракции 2,8 мм – 91,5%. Практически все зерно выделяется на решётах размером 2,0…3,2 мм. Крупные засорители выделяются сходом в основном на решётах с большими размерами отверстий – 2,6…3,2 мм соответственно с 1,5 до 12,5 %, мелкие засорители и дроблёное зерно – проходом на решётах с размерами отверстий меньше 2,2 мм. Наибольшее коли-чество мелких примесей 89,7% и 86,1% и дроблёного зерна 9,3 и 11,8% находится в фракции соответственно 1,6 и 1,8 мм. Данные о влиянии степени зараженности патогенами различных фракций семян при хранении приведены на рисунке 2.

Анализ результатов исследова-ний показывает, что меньше всего повреждению микроорганизмами подвергаются семена крупной фрак-ции, а больше – мелкой. Так, напри-мер, через месяц хранения зерно фракции 3,2 мм было поражено на 34,6%, а 1,6 мм – на 67,7%, через 2 месяца соответственно 40,3 и 73,9%.

Известно, что травмированные семена плохо хранятся: интенсивно дышат, выделяют много тепла, плесневеют и самосогреваются, на них активно развиваются микроорганизмы. Все это приводит к снижению всхожести семян (рисунок 3).

Анализ данных показывает, что с увеличением срока хранения семян энергия прорастания и лабораторная всхожесть снижаются. Так, для семян ручного обмолота энергия прорастания уменьшилась с 94,0 до 88,0%, а лабораторная всхожесть – с 99,6 до 95,6%. У нетравмированных семян после комбайнового обмолота эти показатели снизились соответственно с 91,0 до 71,0% и с 99,3 до 86,0%. Большое снижение посевных качеств нетравмированных семян после комбайнового обмолота объясняется наличием травм, которые не удалось выявить применяемыми методами. У травмированных семян энергия прорастания снизилась с 86,0 до 65,5%, а лабораторная всхожесть – с 98,5 до 81,5%. Столь резкое снижение посевных качеств семян, обмолоченных комбайном, объясняется проникновением микроорганизмов в травмированные семена во время хранения. Травмирование зерновок при обмолоте зависит от их размеров (рисунок 4).

На основе анализ данных (рисунок 4) можно заключить, что в большей мере травмируются крупные и мелкие зерновки и в меньшей – размером от 3,0 до 2,6 мм.

Такая закономерность отмечена у зерна, обмолоченного при различной влажности. Лабораторная всхожесть семян средних размерных фракций наиболее высокая и повышается с уменьшением влажности зерна при обмолоте. Лабораторная всхожесть семян различных размерных фракций после ручного обмолота остаётся практически постоянной и достаточно высокой. Повышение урожайности достигается при выделении семенной фракции как по размерам зерновок, так и по аэродинамическим свойствам.

Результаты исследований влияния скорости воздушного потока и размеров зерновок на массу 1000 зёрен представлены на рисунке 5.

Из приведенных данных (рисунок 5) видно, что с увеличением размеров сортировального решета и скорости воздушного потока в канале второй аспирации масса 1000 зёрен увели-чивается.

Лабораторная всхожесть семян с увеличением скорости воздушного потока возрастает, а с увеличением размера выделенных зерновок снача-ла увеличивается, а затем снижается (рисунок 6). Это связано с тем, что мелкие зерновки менее прочные, а самые крупные склонны к повреж-дению. Лабораторная всхожесть се-мян зависит не только от массы 1000 зёрен, но и от уровня их травмирования (рисунок 7).

Из рисунка 7 видно, что с увеличением массы 1000 зёрен лабораторная всхожесть семян увеличивается, а с увеличением уровня их травмирования сначала увеличивается, а затем снижается.

Таким образом, для получения качественных семян при послеуборочной обработке из поступившего зернового вороха следует выделить фракцию с большей массой 1000 зёрен и меньшим уровнем их травмирования.

В третьей главе «Теоретическое обоснование режимов фракционирования зернового вороха при послеуборочной обработке семян» дано обоснование признаков разделения зернового вороха при фракционировании и режимов фракционирования при подготовке семян.

Фракционная технология очистки зерна заключается в разделении зернового вороха по одному или нескольким наиболее существенным признакам на фракции: основную, фуражную и отходовую. При этом разделение по одному и тому же признаку может проводиться поэтапно на различных режимах.

В качестве основного признака фракционирования выбирают тот, который позволяет на более ранней стадии обработки отделить большую часть зерна, непригодного для целевого назначения. При условии неполноты разделения по этому признаку в основной фракции остается часть зерна, непригодного для целевого назначения, которое в последующем, с учётом корреляционной связи выбранных признаков фракционирования, может быть выделено по другому признаку.

Зерно, непригодное для целевого назначения, в дальнейшем разделяется на фуражную (используемую для кормовых целей) и отходовую фракции.

Для подтверждения правильности выбранного признака фракционирования нами рассматривалось распределение зерновок вороха озимой пшеницы по толщине и скорости витания. Результаты расчётов графически представлены на рисунке 8.

Средняя скорость витания зерновок растёт с увеличением их толщины по квадратичной зависимости. Наибольшую среднюю скорость витания 8,0…9,3 м/с имеют зерновки с большей толщиной 2,7…3,3 мм. Меньшей скоростью витания — 4,8…7,4 м/с обладают зерновки с толщиной от 1,5 до 2,3 мм. Это даёт возможность пред-положить, что большая часть мелких легковесных зерновок может выделяться по двум признакам: толщине и аэродинамическим свойствам.

Наряду со средней скоростью витания важной характеристикой является среднеквадратическое отклонение. Данные об изменении среднеквадратического отклонения средней скорости витания зерновок исходного вороха в зависимости от их толщины графически представлены на рисунке 9.

Меньший разброс скоростей витания σv=0,6…0,9 м/с характерен для более мелких зерновок с толщиной bi =1,5…2,3 мм, что даёт основание ожидать их более полное выделение при выборе соответствующих размеров сортировальных решёт и скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале.

Больший разброс скоростей витания σv=0,9…2,2 м/с для зерно-вок, обладающих большей толщиной bi =2,7…3,3 мм указывает на наличие в ворохе крупных легковесных зерновок и незерновых легковесных фракций, которые могут быть выделены только воздушным потоком в пневмосепарирующем канале второй аспирации.

Фракционная технология очистки наиболее полно может быть реализована на двухаспирационных воздушно-решётных машинах.

На первом этапе в пневмосепарирующем канале первой аспирации по аэродинамическим свойствам выделяются легковесные незерновые компоненты, составляющие в дальнейшем основу отходовой фракции. Далее на сортировальных решётах по толщине зерно разделяют на основную и фуражную фракции. В дальнейшем из основной фракции по аэродинамическим свойствам во втором пневмосепарирующем канале выделяют часть биологически неполноценного легковесного зерна.

В качестве основного признака фракционирования в первом случае рассматривали толщину зерновок и были выбраны сортировальные решёта с шириной отверстий 2,4 и 2,6 мм. Во втором случае в качестве основного признака фракционирования рассматривали скорость витания и была выбрана скорость в пневмосепарирующем канале 7,6 м/с.

Использование в качестве основного признака фракционирования толщины зерновок и сортировальных решёт как рабочего органа для его осуществления является более предпочтительным по сравнению со скоростью витания. При этом уменьшается доля вороха, поступающего в пневмосепарирующий канал, до 0,8567 и 0,726 при выборе решёт соответственно с шириной отверстий 2,4 и 2,6 мм. Одновременно снижается доля зерна, подлежащего выделению в канале аспирации до 0,0824 и 0,0549. За счет уменьшения нагрузки на пневмосепарирующий канал появляется возможность более полного выделения биологически неполноценного легковесного зерна, не выделенного по размерным характеристикам.

Для количественной оценки корреляционной связи между выбранными признаками фракционирования был проведён расчёт коэффициентов корреляции между скоростью витания зерновок и их толщиной. Результаты расчётов графически представлены на рисунке 10.

Анализ результатов исследований показывает, что для каждой толщины зерновок наблюдается максимум корреляционной связи при определенной скорости витания, который растёт с увеличением толщины зерновок и смещается в сторону большей скорости витания.

Таким образом, каждому размеру сортировального решета соответствует своя скорость воздушного потока в канале аспирации.

При выборе этих параме-тров можно ожидать наиболее полное выделение мелких лег-ковесных зерновок и выход ос-новной фракции с лучшей вы-равненностью получаемых зер-новок по толщине и скорости витания.

Для оценки теоретическо-го распределения компонентов вороха на фракции рабочими органами машины определяли числовые характеристики законов нормального распреде-ления (Mb, Mov, Mmv) – матема-тические ожидания соответст-венно толщины зерновок исходного вороха, скорости витания зерновок основной и фуражной фракций; σb, σov, σmv – среднеквадратические отклонения толщины зерновок, скоростей витания зерновок соответственно основной и фуражной фракций и вероятности (Pbi, Povi, Pmvi) попадания зерновок в заданный интервал.

Расчёт числовых характеристик и теоретических вероятностей проводили по известным зависимостям математической статистики.

Для проверки гипотезы соответствия распределения толщины зерновок и их скоростей витания нормальному закону использовали критерий Пирсона (χ2).

Вероятность выделения исходного вороха в мелкую фракцию с учётом полноты разделения на решётах EMBED Equation.3 определяли по формуле

EMBED Equation.3 (1)

/

где EMBED Equation.3 — табличная вероятность выделения зерновок в мелкую фракцию.

Основная фракция вороха после разделения на сортировальных решётах поступает на колосовое решето. При выполнении требований к подбору колосового решета EMBED Equation.3 и с учётом полноты его разделения EMBED Equation.3 выход исходного вороха в основную фракцию определяли из выражения

EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 · εb) · EMBED Equation.3 . (2)

Потери полноценного зерна основной фракции с учётом полноты разделения колосовым решетом определяются по формуле

EMBED Equation.3 (3)

Вероятность выделения биологически неполноценного легковесного зерна основной фракции в пневмосепарирующем канале, с учётом полноты разделения, можно определить по формуле

EMBED Equation.3 (4)

где EMBED Equation.3 табличная вероятность выделения биологически неполноценного легковесного зерна основной фракции в канале.

Вероятность выделения биологически неполноценного легковесного зерна мелкой фуражной фракции, оставшейся в основной после решётной очистки, можно определить по формуле

EMBED Equation.3 (5)

где EMBED Equation.3 — вероятность выделения биологически неполноценного легковесного зерна из оставшейся мелкой фуражной фракции в пневмосепарирующем канале.

Вероятность выхода основной фракции после разделения на сортировальных решётах и выделения биологически неполноценного легковесного зерна в пневмосепарирующем канале определили из выражения

EMBED Equation.3 (6)

Основными показателями, характеризующими качество получаемой основной фракции, являются средняя толщина зерновок, среднеквадратическое отклонение толщины, средняя скорость витания зерновок и среднеквадратическое отклонение скорости витания.

Среднюю толщину зерновок с учётом полноты разделения решётами и воздушным потоком в пневмосепарирующем канале определяли по формуле

EMBED Equation.3 (7)

где EMBED Equation.3 — теоретическая вероятность содержания в исходном ворохе крупных зерновок EMBED Equation.3 класса по толщине ( EMBED Equation.3 ), EMBED Equation.3 класса по скорости витания ( EMBED Equation.3 ), толщина которых больше ширины отверстий сортировального решета ( EMBED Equation.3 > EMBED Equation.3 ) и скорость витания больше скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале ( EMBED Equation.3 > EMBED Equation.3 );

EMBED Equation.3 — теоретическая вероятность содержания в исходном ворохе мелких зерновок EMBED Equation.3 класса по толщине ( EMBED Equation.3 ), EMBED Equation.3 класса по скорости витания ( EMBED Equation.3 ), толщина которых меньше ширины отверстий сортировального решета ( EMBED Equation.3 < EMBED Equation.3 ) и скорость витания больше скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале ( EMBED Equation.3 > EMBED Equation.3 );

Poivj теоретическая вероятность содержания в исходном ворохе крупных зерновок EMBED Equation.3 класса по толщине ( EMBED Equation.3 ), EMBED Equation.3 класса по скорости витания ( EMBED Equation.3 ), толщина которых больше ширины отверстий сортировального решета ( EMBED Equation.3 ≥ EMBED Equation.3 ) и скорость витания меньше скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале ( EMBED Equation.3 ≤ EMBED Equation.3 );

Pmivjтеоретическая вероятность содержания в исходном ворохе мелких зерновок EMBED Equation.3 класса по толщине ( EMBED Equation.3 ), EMBED Equation.3 класса по скорости витания ( EMBED Equation.3 ) , толщина которых меньше ширины отверстий сортировального решета ( EMBED Equation.3 < EMBED Equation.3 ) и скорость витания меньше скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале ( EMBED Equation.3 ≤ EMBED Equation.3 );

Рoтеоретическая вероятность выхода основной фракции вороха с учётом полноты разделения.

Теоретическую вероятность выхода основной фракции вороха можно определить по следующей формуле

EMBED Equation.3 (8)

Среднеквадратическое отклонение толщины зерновок после разделения определяли из выражения

EMBED Equation.3 ,мм. (9)

Среднюю скорость витания зерновок после разделения определяли из выражения

EMBED Equation.3 (10)

Среднеквадратическое отклонение скорости витания зерновок после разделения определяли по формуле

EMBED Equation.3 ,м/с. (11)

Анализ результатов расчётов показал, что для получения посевного материала, более выравненного по толщине, лучше выбирать решёта с большей шириной отверстий и среднюю скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале, чем решёта с меньшей шириной отверстий и большую скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале. Так, например, при ширине отверстий сортировальных решёт bp=2,4 мм и скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале V=8,5 м/с доля выхода основной фракции составляет Рo= 0,595 при средней толщине зерновок Мb=2,892 мм и среднеквадратическом отклонении толщины σb=0,218 мм. При выборе ширины отверстий сортировальных решёт bp=2,6 мм и скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале V=7,5 м/с выход основной фракции увеличивается до Рo= 0,706 при большей средней толщине зерновок Мb=2,900 мм и меньшем среднеквадратическом отклонении толщины σb=0,210 мм.

Лучшая выравненность зерновок основной фракции по скорости витания достигается при ширине отверстий сортировальных решёт bp=2,6 мм и скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале V=7,5…8,0 м/с. Такой характер зависимости объясняется корреляционной связью толщины зерновок с их скоростью витания и неполнотой разделения как по толщине, так и по аэродинамическим свойствам.

Проведённые теоретические исследования показывают, что для получения качественного посевного материала озимой пшеницы предпочтительнее использовать сортировальные решёта с шириной отверстий 2,6 мм и устанавливать скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале в пределах 7,0 …8,0 м/с. Доля вороха, выделяемая в фуражную фракцию при полноте разделения, соответствующей вторичной очистке EMBED Equation.3 = 0,8, не превышает 30%.

Для подтверждения теоретических предпосылок фракционной технологии очистки зерна и оценки качественных показателей работы рабочих органов и машин в целом был проведён отбор проб зерна на машинах ОЗФ-80/40/20, работающих в хозяйствах в составе технологических линий при очистке вороха озимой пшеницы. При этом отбирали пробы исходного вороха, вороха после очистки на сортировальных решётах, очищенного зерна после пневмосепарирующего канала второй аспирации. В качестве сортировальных использовали решёта с продолговатыми отверстиями шириной 2,4 и 2,6 мм. Скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале второй аспирации — 7,5…7,6 м/с. Производительность машин при установке решёт с шириной отверстий 2,4 мм составляла 20 и 55 т/ч, при установке решёт с шириной отверстий 2,6 мм — 40 т/ч.

Фактическое и расчётное распределение вороха озимой пшеницы по фракциям и качество получаемого зерна после фракционной очистки машиной ОЗФ-80/40/20 показало хорошее их согласование.

В четвёртой главе «Обоснование принципиальной схемы машин для послеуборочной обработки зерна фракционированием» представлены технологические схемы высокопроизводительных зерноочистительных машин для получения высококачественных семян.

Машина (рисунок 11) включает усовершенствованную двухаспирационную систему с возможностью независимой регулировки скорости воздушного потока в аспирационных каналах, новую конструкцию решётного стана с двухъярусным расположением решёт и постановкой в каждом ярусе последовательно двух решёт на машине ОЗФ-50/25/10 и трёх — на машине ОЗФ-80/40/20 с иной схемой их расположения и устройством для снижения потерь зерна сходом с колосового решета, устройство для снижения забиваемости решёт. Эти технические решения защищены патентами РФ.

1 – рама; 2 – питающее устройство; 3 – канал первой аспирации; 4 – канал второй аспирации; 5, 6 – осадочные камеры; 7 – шнеки; 8 — диаметральный вентилятор; 9 – воздухоотводящий патрубок; 10 – делитель; 11 – регулировочное окно; 12 – клапан; 13 – решётные станы; 14 – лоток вывода колосового вороха; 15 – лоток вывода фуражной фракции; 16 – лоток вывода мелких примесей; — воздух; — ворох; — легкие примеси; — проход сортировального решета; — мелкие примеси; — колосовой ворох (крупные примеси); — проход колосового решета; — фуражная фракция; — очищенное зерно; — сход сортировального решета; — фуражная фракция, выносимая воздушным потоком

Рисунок 11 — Технологическая схема зерноочистительной машины ОЗФ-80/40/20

Технологический процесс очистки зерна машиной OЗФ-80/40/20 (рисунок 11) протекает следующим образом: при работе машины зерновой ворох по зернопроводу поступает в приёмную часть питающего устройства 2, откуда шнеком распределяется по ширине пневмосистемы и подаётся в делитель 10 и далее в сдвоенный пневмосепарирующий канал первой аспирации 3, где воздушным потоком выделяются легковесные примеси, а оставшаяся часть зернового вороха по распределителю подаётся на верхний и нижний решётные станы 13.

Скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале должна быть такой, чтобы зерно не выносилось. Вынесенные воздушным потоком примеси оседают в осадочной камере 5 и шнеком 7 выводятся из машины, а пыль удаляется из машины воздушным потоком.

На первом и втором сортировальных решётах Г верхнего яруса каждого решётного стана проходом выделяется мелкая часть зерна и мелкие засорители, а более крупное зерно и крупные примеси сходят на следующее колосовое решете Б, где зерно просыпается, а крупные примеси идут сходом в лоток 14 и выводятся из машины. Часть вороха, просыпавшегося через сортировальные решёта Г, поступает на подсевные решёта В, где проходом выделяются мелкие примеси, которые по скатной поверхности и лотку 16 выводятся из машины. Выделенные легковесные, крупные и мелкие примеси составляют отходовую фракцию, которая является благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов. Она поступает в отдельную секцию бункера зерноочистительного агрегата и по мере её заполнения выгружается в транспортное средство и вывозится за пределы санитарной зоны.

Мелкое, щуплое и дроблёное зерно сходит с подсевного решета В, через разгрузочный канал на поддон. Зерно, просыпавшееся через колосовое решето Б, поступает на расположенное под ним третье сортировальное решето Г, где выделяется мелкое, щуплое и дроблёное зерно и поступает на поддон. На поддоне оно объединяется с зерном, сошедшим с подсевных решёт В, образуя фуражную фракцию, которая через лоток 15 выводится из машины.

Зерно, сошедшее с сортировального решета Г нижнего яруса каждого решётного стана, подаётся во второй пневмосепарирующий канал 4, где из него воздушным потоком выделяются щуплые, биологически неполноценные зерновки, которые осаждаются в осадочной камере 6 и шнеком 7 выводятся из машины. Скорость воздушного потока во втором пневмосепарирующем канале должна быть такой, чтобы выносилось биологически неполноценное и дроблёное зерно, не отвечающее требованиям базисных и посевных кондиций.

Зерно, вынесенное воздушным потоком, объединяется с зерном, сошедшим с подсевных решёт, образуя фуражную фракцию, и поступает через лоток в отдельную секцию бункера. Очищенное зерно поступает в бункер чистого зерна.

Так работает машина в режиме фракционирования при первичной и вторичной очистке зерна.

При предварительной обработке зерна в верхнем ярусе каждого решётного стана устанавливают колосовые решёта с нарастающим размером отверстий, а в нижнем ярусе подсевные решёта одинакового размера и с одинаковыми отверстиями.

В пятой главе «Обоснование конструкции и параметров воздушной очистки зерноочистительной машины» представлены результаты исследований разделения зернового вороха воздушным потоком в пневмосепарирующих каналах зерноочистительных машин, обоснование способа регулирования воздушного потока в пневмосепарирующих каналах, обоснование длины отражательной перегородки осадочных камер, влияния расстояния от приёмника зерна до канала сепарации на качество работы воздушной системы.

Исследования проводили на лабораторной установке, схема которой представлена на рисунке 12.

Для изыскания путей повышения полноты выделения биологически неполноценных зерновок в пневмосепарирующем канале были изготовлены следующие варианты конструкции каналов (рисунок 13).

Исследуемые пневмосепарирующие каналы второй аспирации устанавливали на лабораторную установку с двухаспирационной воздушной системой. На установке был применён двухпоточный пневмосепарирующий канал первой аспирации с делителем зернового вороха. С увеличением производительности во всех исследуемых вариантах пневмосепарирующих каналов (рисунок 14) наблюдается уменьшение количества вороха, выделяемого в осадочную камеру, в том числе и зерна, что объясняется повышением концентрации материала в воздушном потоке.

Наибольший интерес представляет конструкция пневмосепарирующего канала (рисунок 13 г), позволяющая организовать двухстадийную очистку зернового вороха и выделить наибольшее количество вороха и биологически



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст