Интенсификация процесса сепарации зерна в отделении очистки зерноочистительного агрегата

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Анализ результатов исследований в области разработки зерноочистительных машин и агрегатов выявил перспективность направления, определяющего создание универсальных воздушно-решетных зерноочистительных машин с использованием многоярусных трех решетных модулей, производительность которых в 1,5−1,6 раза превышает производительность классических двухъярусных решетных модулей. Анализ тенденций развития воздушно-решетных машин и агрегатов для первичной очистки зерновых выявил эффективность использования рациональных совокупностей частных операций, определяющих простые последовательные или универсальные фракционные схемы, реализуемые в отделении очистки зерноочистительных агрегата.

2. Используя известные стахастические математические модели, описывающие процесс сепарации на обобщенном решетном модуле, разработан алгоритм и программа для многомерного параметрического синтеза одноярусного трехрешетного модуля в режиме первичной очистке зерна риса, доказана адекватность описания математической моделью рассмотренного процесса сепарации.

Проведена параметрическая и структурная оптимизация одноярусного трехрешетного модуля для рассмотренных условий сепарации. Установлено, что наиболее эффективной компоновкой трехрешетного модуля при изменении содержания (или высоком процентном содержании) в исходном зерновом материале курмака является вариант № 3 (О 3,2 мм, п1,7 мм, ? 3,6 мм).

Оценивая эффективность выделения всех отделяемых компонентов рисового зернового материала по критерию Еф можно сделать вывод, что наиболее эффективной компоновкой трехрешетного модуля при содержании зерновых примесей в исходном зерновом материале до 2% является вариант № 2 (0 2,8 мм, 0 3,2 мм,? 3,6мм). При этом трехрешетный модуль, оснащенный решетными полотнами по варианту № 3 уступает варианту № 2 по величине критерия Еф незначительно (в пределах 2−3%).

При дальнейшем увеличении содержания зерновых примесей решетный модуль, оснащенный по варианту № 3 существенно превосходит по своим функциональным показателям другие варианты компоновки.

Оценивая эффективность выделения всех отделяемых компонентов рисового зернового материала по критерию Еф можно сделать вывод, что наиболее эффективной компоновкой трехрешетного модуля при содержании зерновых примесей в исходном зерновом материале до 2% является вариант № 2 (0 2,8 мм, 0 3,2 мм,? 3,6мм). При этом трехрешетный модуль, оснащенный решетными полотнами по варианту № 3 уступает варианту № 2 по величине критерия Еф незначительно (в пределах 2−3%).

При дальнейшем увеличении содержания зерновых примесей решетный модуль, оснащенный по варианту № 3 существенно превосходит по своим функциональным показателям другие варианты компоновки.

Стендовые испытания одноярусных трехрешетных модулей в режиме первичной очистке зерна риса подтвердили результаты модельного прогнозирования по эффективности их функционирования за счет рациональной компоновки решет, обеспечивающей тонкослойную сепарацию зернового материала, и условия для активной сегрегации, обеспечивающей подготовку зернового материала для сепарации на каждом последующем решете в ярусе по сравнению с классическим решетным станом. 3. Изготовлен универсальный решетный модуль РС-50 (ОАО ГСКБ «Зерноочистка») и установлен на промышленной площадке зернотока ТОО «Цимлянское» в составе зерноочистительного агрегата ЗАВ-40И.

В результате доводочных испытаний агрегата в режиме очистки зерна риса, пшеницы, семян подсолнечника установлена высокая эффективность функционирования решетного модуля РС-50, состоящего из параллельно работающих четырех трехрешетных ярусов. Выявлено, что в интервале рассмотренных подач зернового материала в агрегат максимальная величина критерия Еф наблюдается при очистке зернового материала по фракционной схеме N2. С учетом минимизации потерь зерна оптимальная производительность для данной схемы 8 кг/с (28,8 т/ч). Для этой производительности полнота выделения зерновых примесей-70%, чистота зерна-97,3%, полнота выделения сорных примесей 98−100%, содержание зерновых примесей в очищенном зерне-4%.

4. Построена адекватная математическая модель процесса функционирования воздушно-решетной зерноочистительной машины, включающей многоярусные решетные модули с включенными в них неоднородными по высоте и длине в ярусах решетными сепараторами, как замкнутой квазистатичной системы с определенной функциональной схемой, учитывающей вероятностные закономерности поступления зернового материала по ширине сепараторов и по высоте на решетные ярусы.

5. Разработан алгоритм и программа многомерного параметрического анализа и синтеза системы частных операций и параметров рабочих элементов, определяющих структуру воздушно-решетной машины, при заданных уровнях варьирования аргументов векторов входных F и управляющих, А воздействий и аргументов вектора В, определяющих технологические ограничения процесса.

6. Выявлено существенное влияние изменения коэффициента вариации неравномерного поступления зернового материала Л (){Н) на решетные ярусы воздушно-решетной зерноочистительной машины при широком интервале подач на ее показатели функционирования. Установлено, что при изменении коэффициента вариации от 0 до 54,41% и подач зернового материала в воздушно-решетную машину от 2,775 до 8,58 кг/с полнота выделения мелких сорных снижается незначительно — 2,5% - 8%. Существенное влияние изменения коэффициента вариации и подач оказывает на выделение из зернового материала зерновых примесей (снижение на 5−7%) и потери зерна (от 0 до 18%). С увеличением подачи зернового материала влияние коэффициента вариации Х0 (И) на снижение качественных показателей очистки возрастает. Выявлена усредненная допустимая неравномерность поступления зернового материала на решетные ярусы в пределах Лв (Я) = 2830%.

7. Выявлено, что в интервале подач 2,775−7,425 кг/с изменение влажности зернового материала в пределах 10−30% не существенно влияет на выделение из него в воздушно-решетной зерноочистительной машине крупных сорных и соломистых примесей. Наиболее существенное влияние увеличение влажности зернового материала оказывается на процесс выделения из него мелких сорных и зерновых примесей, так, полнота выделения мелких сорных примесей снижается — 95−97% до 15% при соответствующем росте влажности с 10 до 30% на всем интервале вариации подач. Полнота выделения из зернового материала зерновых примесей при увеличении влажности с 10 до 30% снижается в среднем на 65−70%.

8. Построена адекватная математическая многомерная модель квазистатичных частных систем технологических операций, формирующих различные структуры отделений очистки зерноочистительного агрегата.

9. Используя методы структурно-параметрического синтеза и многомерного анализа, с использованием графовой модели, определяющей систему взаимосвязей частных технологических операций, выявлена рациональная совокупность операций и рабочих элементов, формирующих рациональные структуры отделений первичной очистки агрегата при широкой вариации аргументов вектора F — входных и, А — управляющих воздействий. Критерием оптимальности оптимизируемых систем был использован критерий Ефэффективность реализации технологического процесса (параметрическая оптимизация) и приведенные затраты Зпр на очистку единицы массы зерна, определяемым по показателям функционирования агрегата и нормативным экономическим показателям (структурная оптимизация).

10. Определенные и затабулированные параметры, технологические и экономические показатели позволили выбрать, с учетом широкой возможной адаптации отделений очистки агрегата к изменяющимся технологическим свойствам и подачи зернового материала, рациональные функциональные схемы отделений очистки зерноочистительного агрегата: № 1,№ 2,№ 4,№ 7, рациональная производительность которых соответственно 13,02 кг/с, 13,02 кг/с, 11,5 кг/с, 11,4 кг/сполнота выделения из исходного зернового материала сорных примесей 84−87%- зерновых примесей соответственно 61,8%, 57,2%, 77,3%, 63,0%- прибыль от функционирования агрегатов с этими отделениями очистки в течении агросрока (400 часов) 2,6−2,8 млн руб. 11. Обоснованная функциональная схема многоярусных трехрешетных модулей внедрена в универсальной воздушно-решетной машине 03C-50/25, разработанной и изготовленной в ОАО ГСКБ «Зерноочистка». Функциональные испытания, проведенные в уборочный сезон 2001 г. в Ростовской области, подтвердили эффективность новой зерноочистительной машины — при функционировании машины в режиме первичной очистки зерна пшеницы при производительности 5,75 кг/с (20,7т/ч) полнота выделения из зернового материала сорных примесей 80%, зерновых примесей — 60%, легких примесей 65−70%, при этом прибыль от очистки 1 т зерна составила 800 руб/т, а за период агросрока (400 ч) валовая прибыль — 4,75 млн руб. При первичной очистке зерна ячменя и производительности 4,946 кг/с (17,8т/ч) полнота выделения сорных, зерновых и легких примесей соответственно 5070%- 80%-60−65%- при этом прибыль от очистки 1 т зерна ячменя 475−580 руб/т, а за период агросрока валовая прибыль — 2,5 млн руб.

Сравнительные испытания машины 03C-50/25 с серийной ЗВС-20А подтвердили эффективность новой машины.

12. Разработана инженерная методика, программный комплекс для структурного и параметрического синтеза параметров воздушно-решетной машины с многоярусными трехрешетными модулями и различных структур отделения очистки агрегата при заданных аргументах вектора входных воздействий Fи управляющих воздействий А, а также технологических ограничений на функционирование агрегата.

5.4.

Заключение

.

1. Обоснованная функциональная схема многоярусных трехрешетных модулей внедрена в универсальной воздушно-решетной машине 03C-50/25, разработанной и изготовленной в ОАО ГСКБ «Зерноочистка». Функциональные испытания, проведенные в уборочный сезон 2001 г. в Ростовской области, подтвердили эффективность новой зерноочистительной машины — при функционировании машины в режиме первичной очистки зерна пшеницы при производительности 5,75 кг/с (20,7т/ч) полнота выделения из зернового материала сорных примесей 80%, зерновых примесей — 60%, легких примесей 65−70%, при этом прибыль от очистки 1 т зерна составила 800 руб/т, а за период агросрока (400 ч) валовая прибыль — 4,75 млн руб. При первичной очистке зерна ячменя и производительности 4,946 кг/с (17,8т/ч) полнота выделения сорных, зерновых и легких примесей соответственно 5070%- 80%-60−65%- при этом прибыль от очистки 1 т зерна ячменя 475−580 руб/т, а за период агросрока валовая прибыль — 2,5 млн руб.

Сравнительные испытания машины 03C-50/25 с серийной ЗВС-20А подтвердили эффективность новой машины.

2. Разработана инженерная методика, программный комплекс для структурного и параметрического синтеза параметров воздушно-решетной машины с многоярусными трехрешетными модулями и различных структур отделения очистки агрегата при заданных аргументах вектора входных воздействий F и управляющих воздействий А, а также технологических ограничений на функционировании агрегата.

1. А.С. 395 123 (СССР), Качающееся решето для очистки зерна./Ермольев Ю.И., Алферов С. А., Колышев П. П. Заявл. 28.06.71- Опубл. в Б.И., 1973, № 35.

2. А.С. 414 003 (СССР). Решето дая сортирования зерна/Ермольев Ю.И., Алферов С. А., Колышев П.П.- Заявл.21.09.71.-Опубл. в Б.И., 1974, № 5.

3. А.с. 512 804 (СССР). Решето для разделения зерновой смеси с круглыми отверстиями /Ермольев Ю.И., Алферов С. А., Колышев П. П. -3аявл.4.04.73. Опубш в Б.И., 1976. № 17.

4. Быков B.C. Влияние длины подвесок на работу плоского решета. Техника в с.-х. 1995, — № 1. — с.29−30.

5. Бурков А. И., Сычугов Н. П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследование, расчет и испытание. Киров: НИИСХМ Северо-Востока, 2000.-261с.

6. Быков B.C. Повышение производительности плоских решет. Механизация и электрификация с.-х. 1991. — № 1. — с.58−59.

7. Васильев С. А. Основные закономерности процесса сепарации семян по размерам// Тракторы и сельскохозяйственные машины № 4. 1958. — с.37−42.

8. Васильев С. А. Сепарация семян сельскохозяйственных культур на решетах: Автореф. дис. .докт. техн. наук: М., 1962. — с.38.

9. Василенко Л. И. Теория движения частицы по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин. Киев: УАСХН. 1960. — с.283.

10. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. — с.576.

11. Гладков Н. Г. Зерноочистительные машины. М.: Машгиз, 1961. — с.368.

12. Гладков Н. Г. Сепарирование семян по свойствам их поверхности, часть 1. Фракционные сепараторы. М.: Машиностроение, 1959. — с.267.

13. Гортинский В. В. Послойное движение продуктов измельчения зерна при сепарировании на плоских ситах. Труды ВНИИЗ. М.: 1963. Вып.42.

14. Горячкин В. П. Собрание сочинений. Т.1. М.: Колос. 1965. — с.244−253.

15. Горячкин В. П. Собрание сочинений. Т.2. М.: Колос, 1965 — с. 458.

16. ОСТ 70.10.2 74. Зерноочистительные машины, зерноочистительные сушильные комплексы, программа и методика испытаний.

17. Громов А. Г. Методы оценки работы сепараторов. В кн.: Механизация и автоматизация уборки и послеуборочной обработки зерновых культур. Челябинск: ЧИМЭСХ, 1970, Вып. 51. с.26−30.

18. Громов А. Г. Методы оценки работы сепарирующих органов. В кн.: Механизация и автоматизация уборки и послеуборочной обработки зерновых культур. Челябинск: ЧИМЭСХ, 1971, Вып. 52. с.12−19.

19. Дрогалин К. В., Жуганков Б. В., Карпов М. В. Очистка зерна от трудноотделимых примесей. М.: Колос, 1978. — с.221.

20. Ермольев Ю. И., Интенсификация технологических операций в воздушно-решетных зерноочистительных машинах. Ростов н/Д. ДГТУ.1998.

21. Ермольев Ю. И. Моделирование процесса сепарации сыпучих материалов на решетных станах// Межвузовский сборник «Проектирование рабочих органов почвообрабатывающей и зерноуборочной техники». Ростов-на-Дону, 1985. -с.106−118.

22. Ермольев Ю. И. Определение основных параметров перемещения компонентов исходного зернового материала на решете и решетных станах сельскохозяйственных машин// Известия СКНЦ ВШ, серия Технические науки № 4, 1981. с. 10−14.

23. Ермольев Ю. И. Оценка влияния эффективности работы основных рабочих органов машины предварительной очистки зерна на технологические показатели работы зерноочистительного агрегата // Механика деформируемых тел. Ростов-на-Дону. — 1983. — с. 112−123.

24. Ермольев Ю. И. Оценка влияния эффективности работы основных сепараторов воздушнорешетной зерноочистительной машины на ее технологические показатели//- Известия СКНЦ ВШ, серия Технические науки № 1. 1985. — с.55−58.

25. Ермольев Ю. И. Применение гофрированных подсевных решет для очистки зерновых культур// Тракторы и сельскохозяйственные машины. № 6. 1984. -С. 17−18.

26. Ермольев Ю. И. Применение гофрированных решет для первичной очистки зерновых культур// Тракторы и сельскохозяйственные машины -№ 10.-1981.-с.25−27.

27. Ермольев Ю. И. Синтез функциональных схем технологических отделений зерноочистительных агрегатов// Межвузовский сборник «Проектирование рабочих органов почвообрабатывающей и зерноуборочной техники»: Ростов-на-Дону, 1986. с. 87−100.

28. Ермольев Ю. И., Асадулла Э. Моделирование процесса сепарации рисового зернового материала на двухъярусном решетном стане// Сборник статей РИСХМ «Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства» Ростов-на-Дону, 1985. с. 21−31.

29. Ермольев Ю. И., Интенсификация технологических операций в воздушно-решетных зерноочистительных машинах. Ростов н/Д. ДГТУ.1998.

30. Ермольев Ю. И., Лукинов Г. И., Шелков М. В. Вероятностная модель процесса сепарации зернового вороха на транспортерном скельператоре)//Ростов-на-Дону, 1999. Деп. в ВИНИТИ, № 3311.

31. Ермольев Ю. И., Московский М. Н., Шелков М. В. Выделение выравненной по размерам семенной фракции зерна пшеницы на двуярусном трехрешетном модуле" ДГТУ (Статья)//Ростов-на-Дону, 1998. Деп. в ВИНИТИ, № 2653.

32. Ермольев Ю. И., Чамара М., Дау Чунг Киен. Моделирование технологического процесса работы яруса плоских пробивных, зерновых решет с продолговатыми отверстиями. Ростов-на-Дону, 12 с. Рукопись представлена РИСХМом. Деп. во ВНИИТЭИ агропроме. 1987, № 8538.

33. Ермольев Ю. И., Шелков М. В. Современные технологии и технические средства для комплексной очистки зерна. Доклады РАСХН 1998. — № 3.

34. Ермольев Ю. И., Шелков МБ., Ермольева И. Ю. Оценка эффективности функционирования различных решетных модулей, Ростов-на-Дону, 1995, Деп. В ЦНИИТЭИ Тракторосельмаш № 1622.

35. Ермольев Ю. И., Шелков МБ., Московский М. Н., Ковалев А. А. Повышение эффективности сепарации зерна риса в отделении очистки зерноочистительного агрегата/ ДГТУ, Ростов-на-Дону, 1997. Деп. в ВИНИТИ 29.07.97. № 2525.

36. Ермольев Ю. И., Шелков М. В., Рациональные технологии и технические средства поточной очистки зерна. Труды научно-технической конференции по итогам исследований 1999 года. ВНИПТИМЭСХ. 2000.

37. Ермольев Ю. И., Шелков МБ. Современные технологии и технические средства для комплексной очистки зерна / Доклады РАСХН 1998. — № 3.

38. Ермольев Ю. И., Московский М. Н., Шелков МБ. Выделение выравненной по размерам семенной фракции зерна пшеницы на двухъярусном трехрешетном модуле ., 1998. Деп. в ВИНИТИ, № 2653.

39. Ермольев Ю. И., Лукинов Г. И., Шелков МБ. Вероятностная модель процесса сепарации зернового вороха на транспортерном скельператоре. Ростов-на-Дону, 1999. Деп. в ВИНИТИ, № 3311.

40. Ермольев Ю. И., Лукинов Г. И., Шелков МБ., Ермольева И. Ю. Систематизация функциональных схем и параметрическая оптимизация агрегатов очистки зерновых отходов. 1999. в ВИНИТИ, № 3827-В99.

41. Заика П. М. Определение осредненной траектории движения зерна по62.