Results of the study of the separator chopped heap of crops

Abstract

Full Text

Введение Реализация программы научно-технического развития агропромышленного комплекса предполагает создание технических средств и технологий, работающих на инновационных принципах [1-7]. Ведущая отрасль сельского хозяйства России - растениеводство, а зерновое хозяйство является его ключевым звеном. Поэтому техническое обеспечение производства зерна - приоритетная задача. Особое место в этом ряду проблем, требующих принятия правильных решений, отводится уборке зерновых культур. Одним из наиболее перспективных способов уборки, особенно в сложных погодных условиях, является индустриально-поточная технология со сбором всего биологического урожая и обработкой его на стационаре. При этом используется полевая машина МУП-150, измельчающая хлебную массу с выделением из колосьев до 85-90 % зерна без травмирования зерна, что положительно влияет как на повышение энергии прорастания, так и на лабораторную и полевую всхожесть [10]. Цель исследований Разработка сепаратора измельченного вороха, способного эффективно выделять свободное зерно с минимальными сходами его в стационарную молотилку. Материалы и методы Вопросам различных способов уборки зерновых культур посвящено много публикаций, в том числе работы [8, 9, 10]. Уборка всего биологического урожая на стационаре предъявляет повышенные требования к качеству функционирования сепаратора измельченного вороха зерновых культур. Одним из наиболее удачных образцов является аппарат, установленный в зерноуборочном комбайне для выделения мелкого зернового вороха из соломы и очистки зерна [10, 11]. При работе данного технического устройства в жалюзи сепаратора грубого вороха поступает мелкий зерновой ворох с большим содержанием соломы, что является нежелательным. В этой конструкции воздушно-решетная очистка допускает потери свободного зерна в полову и не обеспечивает достаточно качественную очистку зерна. Более совершенным сепаратором является клавишный соломотряс и воздушно-решетная очистка ОАО «РОСТСЕЛЬМАШ» [12]. Исследованиями клавишных соломотрясов при обработке измельченного вороха зерновых колосовых культур выявилено, что они перегружают воздушно-решетную очистку соломой, что сопровождается повышенными сходами свободного зерна с верхнего решета на повторный обмолот и увеличением количества зерна, поступающего в колосовой шнек. Попытки обогатить зерновой ворох, поступающий на очистку, путем включения в конструкцию сепаратора дополнительных вентиляторов, снизить сходы свободного зерна с очистки и уменьшить содержание зерна в массе, поступающей в колосовой шнек, с помощью производительной воздушно-решетной очистки не привели к положительному результату [11]. Обзор научно-технической литературы, анализ работы современных аппаратов позволил предложить модернизированную конструкцию сепаратора измельченного вороха зерновых культур. Экспериментальные исследования с целью проверки качественных показателей его работы проводились при обработке хлебной массы с соотношением массы зерна к массе соломы 1:1,61. Средняя подача измельченного вороха в сепаратор составляла 8-10,5 кг/с. Главным показателем работы сепаратора измельченного вороха является полнота выделения свободного зерна, которая определяется отношением массы зерна, сошедшей в стационарную молотилку, к массе зерна, поступившей в сепаратор. Процесс сепарации зерна клавишным соломотрясом по И.Ф. Василенко определяется вероятностью просеивания зерна через пространственную решетку, образуемую соломой, и просеивания зерна через отверстия жалюзи соломотряса. Вероятность просеивания зерна через отверстия соломотряса Р1 = S1/S (S1 - площадь отверстий соломотряса; S - общая площадь соломотряса). Вероятность прохождения зерна через слой соломы обозначим буквой Р2. Тогда вероятность просеивания зерна на сепарирующей поверхности за одно встряхивание равна произведению Р1 ∙ Р2. Но это произойдет на расстоянии Vc ∙ t, где Vc - cкорость перемещения соломы по соломотрясу; t - время между двумя последовательными встряхиваниями. Относительная вероятность (1/м), отнесенная к единице пути за одно встряхивание слоя по соломотрясу, называется коэффициентом сепарации μ: . (1) По мере перемещения измельченного вороха по соломотрясу к его концу количество зерна будет уменьшаться. Этот процесс описывается экспоненциальной зависимостью и является основным уравнением сепарации: , (2) где qc - сходы свободного зерна с соломой в стационарную молотилку, г/с; q0 - количество свободного зерна, поступающего на соломотряс, г/с; L - длина соломотряса, м; μ - коэффициент сепарации, 1/м. Основное уравнение сепарации можно использовать для нахождения оптимальной длины соломотряса. Задавая или определив количество зерна в соломе на выходе его из соломотряса в стационарную молотилку qc и количество зерна, поступающего на соломотряс q0, из уравнения (2) найдем длину соломотряса L. Решаем уравнение (2) относительно длины соломотряса L: . (3) Это уравнение можно решить при одном условии: если будет известен коэффициент сепарации μ соломотряса при обработке измельченного вороха. Значение коэффициента μ определяется экспериментальным путем при найденных значениях и конструктивной длине соломотряса сепаратора L. Результаты и обсуждение Модернизированный сепаратор измельченного вороха с трехъярусным расположением рабочих органов показан на рис. 1 и 2. Рис. 1. Общий вид сепаратора измельченной хлебной массы Назначение соломоотделителя - вывести из состава зерносоломистого вороха длинные фракции соломы и колоса и направить их на домолот в стационарную молотилку, а обогащенный зерновой ворох (до 80-85 % зерна) подать на воздушно-решетную очистку сепаратора. В табл. 1 приведена техническая характеристика сепаратора измельченного вороха. Стационарная линия включает дозатор, сепаратор, стационарную молотилку и пневмоконвеер для транспортировки соломы и половы к местам складирования. Состав и величина потоков продуктов обработки измельченного вороха на рабочих органах сепаратора с отношением массы зерна к массе соломы 1:1,61 представлены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что мелкий зерновой ворох, поступающий на соломоотделитель, содержит 57 % свободного зерна и 43 % половы, соломы и колосков (в сумме). Решетно-грабельный соломоотделитель реализует тонкослойную обработку мелкого зернового вороха и доводит содержание зерна в ворохе до 86 %, что соответствует комбайновым кондициям. Воздушно-решетная очистка сепаратора обеспечивает чистоту зерна до 98,91 % и удовлетворяет агротехническим требованиям. Эффективность воздушно решетной очистки оценивается и по содержанию зерна в колосовом ворохе, которое в опытах составила 16,35 %. Допустимое содержание зерна в колосовом ворохе, по данным Х.И. Изаксона, может достигать 22 % [13]. Абсолютные и относительные сходы зерна с соломотряса, соломоотделителя, очистки, из колосового и зернового шнеков сепаратора представлены в табл. 3. В процессе измельчения хлебной массы полевой машиной МПУ-150 вымолачивается самое спелое и полноценное зерно [14, 15]. Поэтому важным оценочным показателем работы сепаратора является полнота выделения свободного (вымолоченного) зерна. Как видно из табл. 3 полнота выделения свободного зерна составила 86,8 %. Соломотряс допускает в стационарную молотилку до 12,6 % свободного зерна и 6,2 % зерна в колосе, которые многократно превышают сходы свободного зерна и зерна в колосе с решет соломоотделителя и воздушно-решетной очистки. В колосовой шнек попадает до 5,8 % зерна в колосе и до 1,8 % вымолоченного зерна. Заключение По результатам исследования работы сепаратора измельченного вороха можно сделать следующие выводы: 1. Перенос сложных процессов сепарации зерна из соломы и очистки зерна на стационар позволяет повысить эффективность рабочих органов и снизить потери зерна в поле. 2. В основу конструкции сепаратора положены рабочие органы, узлы и детали, применяемые в комбайностроении. 3. Увеличение площади сепарации соломотряса, воздушно-решетной очистки повышает производительность стационарной линии до 12-14 кг/с измельченной хлебной массы. 4. Включенный в конструкцию сепаратора решетно-грабельный соломоотделитель обеспечивает содержание свободного зерна в мелком зерновом ворохе, поступающего на воздушно-решетную очистку, до 87 %. 5. Воздушно-решетная очистка сепаратора удовлетворяет требованиям по чистоте зерна до комбайновых кондиций. 6. Полнота выделения свободного зерна из потока измельченного вороха составляет 86,8 %. 7. Наибольшие сходы свободного зерна в стационарную молотилку наблюдаются с клавишного соломотряса - до 12,6 %, а суммарные сходы зерна - до 18,8 %. 8. Впервые найдено значение коэффициента сепарации клавишного соломотряса при обработке измельченного вороха, который составил 0,2 м-1 Рис. 2. Схема работы сепаратора измельченного вороха: 1 - клавишный соломотряс; 2 - граблины транспортера соломоотделителя; 3 - днище верхней ветви транспортера; 4 - скатная доска; 5 - вентилятор соломоотделителя; 6 - жалюзийное решето соломоотделителя; 7 - зерновой шнек; 8 - воздушно-решетная очистка; 9 - колосовой шнек; 10 - шнек для удаления сходов с верхнего решета очистки; 11 - удлинитель соломоотделителя Таблица ١ Техническая характеристика сепаратора измельченного вороха Наименование показателя Значение показателя Габаритные размеры, м: длина 6,35 ширина 2,98 высота 3,47 Масса, кг 3800 Соломотряс: количество клавиш, шт. 8 длина, м 3,65 рабочая ширина, м 2,50 частота вращения, рад/с 21,0 Соломоотделитель: количество транспортеров, шт. 2 размеры транспортера, м: длина 3,3 ширина 1,2 высота пальцев граблин 0,1 шаг расстановки пальцев на планке 0,067 скорость транспортера, м/с 0,35; 0,56; 0,78 Размеры решета, м: длина 1,7 ширина 1,2 Ччастота вращения приводного вала решет, рад/с 21,0 Количество электродвигателей 2 Суммарная установленная мощность кВт 22 Таблица ٢ Состав и величина потоков продуктов обработки измельченного вороха на рабочих органах сепаратора Наименование потока Величина потока, кг/с Состав потока вороха, % Свободное зерно полова солома колоски Измельченный ворох 8,9 33,1 17,0 44,5 9,3 Ворох, поступающий на соломоотделитель, q1 5,39 57,0 19,5 18,1 5,0 Ворох, сходящий с соломотряса, q2 3,51 12,2 16,0 65,8 6,0 Ворох, поступающий на очистку, q3 2,85 86,0 4,2 2,4 7,4 Ворох, сходящий с соломоотделителя, q4 2,54 2,7 33,5 61,4 2,4 Выход очищенного зерна, q5 2,42 98,9 0,7 0,1 0,4 Ворох из колосового шнека, q6 0,38 16,3 13,1 18,4 51,6 Ворох, сходящий с очистки, q7 0,05 6,41 42,5 42,5 8,5 Таблица ٣ Абсолютные и относительные сходы зерна с рабочих органов сепаратора Наименование рабочего органа Абсолютные всходы, 10-3 кг/с Относительные всходы, % Суммарные сходы, % свободного зерна зерна в колосе свободного зерна зерна в колосе Соломотряс 428,0 211,0 12,6 6,2 18,8 Соломоотделитель 21,0 19,0 0,6 0,6 1,2 Очистка 3,0 4,0 0,09 0,1 0,19 Колосовой шнек 60,0 196,0 1,8 5,8 7,6 Зерновой шнек 2439,0 - 72,1 - 72,1 Всего 2951,0 449,0 86,8 13,2 100,0