CC BY
77
Пивень Валерий Васильевич, Тюменский государственный нефтегазовый университет, кафедра «Прикладная механика», доктор технических наук, профессор
Уманская Ольга Леонидовна, Тюменский государственный нефтегазовый университет, кафедра «Прикладная механика», кандидат технических наук, доцент
УДК 631.36
Основные тенденции совершенствования фракционных технологий
очистки зерна
Сепарирование зерновых смесей основано на различии физико-механических свойств компонентов основной культуры и примесей. Различие в свойствах компонентов не всегда можно использовать для их разделения. Например, по химическому составу или биологической природе компонентов смесь можно разделить при помощи механических воздействий только в том случае, когда этому сопутствуют различные физико-механические свойства.
Для правильного подбора рабочих органов при составлении технологических линий очистки зерна необходимы сведения о численных значениях величин, характеризующих свойства разделяемых компонентов, а также их концентрации. Пределы изменения этих свойств зависят от сорта, климатических условий, времени и способа уборки, положения зерна в колосе, влажности и т.д. Границы изменения физико-механических свойств семян основных культур и сорных растений для основных зернопроизводящих районов России приведены в работах [1, 2]. В большинстве случаев у семян зерновых возможные признаки разделения компонентов существенно перекрываются, что вызывает необходимость использования для разделения совокупности признаков.
Семена засорителей считаются трудноотделимыми, если их интегральные кривые распределения по одному из четырех признаков (длине, толщине, ширине, аэродинамическим свойствам) перекрывают интегральную кривую семян основной культуры более чем на 8% [3].
В связи с необходимостью использования для сепарирования исходного материала различных признаков разделения весь материал в традиционных технологиях послеуборочной обработки зерна пропускается через несколько последовательно установленных рабочих органов различного воздействия. Примеси поэтапно выделяются на каждом рабочем органе, а очищенное зерно основной культуры получают на выходе из технологической линии. Данная технология реализована в большинстве серийных технологических линий.
Фактическая производительность серийных зерноочистительных линий по организационным, техническим и технологическим причинам в 1,5-3 раза ниже паспортной. Основными технологическими причинами низкой производительности серийных зерноочистительных линий является недоиспользование производительности отдельных машин и оборудования в результате их последовательного соединения и незавершенность процесса очистки по качественным показателям, что вызывает необходимость многократного пропуска сепарируемого материла [4]. В зависимости от конкретных условий лимитировать производительность всей линии может любой рабочий орган.
Жесткая связь зерноочистительных машин и рабочих органов в технологической линии из-за недоиспользования их возможностей обуславливает низкую делительную способность в целом всей линии. Повышение делительной способности технологических линий для очистки зерна путем увеличения количества однотипных рабочих органов или установки параллельных рядов приводит к увеличению затрат на единицу продукции. Ниже
приведены наиболее характерные направления научно-исследовательских работ по совершенствованию технологического процесса очистки зерна.
А.Н. Зюлиным [5] разработан решетный сепаратор, разделяющий зерновую смесь по интенсивности просеивания блоком установленных друг под другом плоских решет с одинаковыми круглыми отверстиями.
А.А. Лопан [6] в своей работе сделал вывод о том, что увеличение содержания крупной легкой примеси в исходной смеси оказывает отрицательное влияние на качество работы воздушно-решетных сепараторов и положительное влияние - овсюжных триеров. Увеличение начальной нагрузки сопровождается повышением полноты выделения крупной легкой примеси на зерновых решетах и снижение полноты разделения мелкой тяжелой примеси на подсевных решетах, в воздушных каналах и кукольных триерах. Им было сделано заключение о целесообразности разделения исходного зернового вороха на фракции с мелкой тяжелой примесью и с крупной легкой примесью с целью их последующей раздельной обработки.
На основании проведенных исследований в Курганской государственной сельскохозяйственной академии Лопаном А.А., Фоминых А.В., Чумаковым В.Г. [7] разработана технологическая линия, реализующая фракционный принцип разделения. В этой линии зерновой ворох после машины предварительной очистки МПО-50 поступает на два решетных блока, изготовленных на базе машины ЗАВ-10.30.000. С делительных решет этих блоков сходовая фракция (30-40% от исходного материала) подается в блок овсюжных триеров, а затем на 4 пневмосортировальных стола. После этого сходовая фракция поступает в бункер крупной фракции зерна.
Сходовая фракция с сортировальных решет очищается в воздушных каналах и поступает в бункер средней фракции. Проходовая фракция сортировальных решет (20-30% от исходного материала) подается в воздушно-решетный сепаратор, все четыре яруса решет которого работают как подсевные. Затем эта фракция обрабатывается в блоке кукольных триеров, а после них на двух пневмосортировальных столах и поступает в бункер мелкой фракций семян. Расчетная производительность линии по начальной нагрузке составляет 25-30 т/ч.
Большой объем научных исследования и опытно-конструкторских работ проведен в СибИМЭ [8]. Операция фракционирования проводилась на решетных машинах по размерным признакам. Исходный материал делился на следующие фракции: семенную, продовольственную, фуражную и отходы. Первые три фракции проходят дальнейшую раздельную обработку. В этом случае фракционирование позволяет снизить приведенные затраты при послеуборочной обработке семян до 30%.
В СибИМЭ также реализована схема подготовки семян с фракционированием на заключительной стадии. Разделенная на решетном рабочем органе исходная смесь раздельно подавалась на кукольный и овсюжные триера, что позволило увеличить удельную производительность машин в 1,8 раза.
Научные исследования по фракционированию успешно осуществляются и в Воронежском аграрном университете под руководством Тарасенко А.П. [ 9].
В приведенных работах фракционирование исходного материала с помощью решет обеспечивает его подготовку к сепарированию на последующих рабочих органах путем создания для этого более благоприятных условий, что позволяет повысить делительную способность технологических линий. Известны также решения, в которых предполагается при очистке семенного материала предварительно выделять из исходного вороха биологически неполноценную фракцию.
Однако разделить исходный материал на фракции по виду примесей или выделить отдельные фракции в чистом виде не всегда удается вследствие его многокомпонентности, несовершенства сепарирующих органов и постоянно изменяющегося состава исходного материала. В большинстве случаев получаются фракции, содержащие те же компоненты, что и исходный ворох, но в других соотношениях. В связи с этим следует использовать для сепарирования все основные рабочие органы (воздушный канал, решето, триера), но для оптимальной загрузки каждого из них одновременно с фракционированием необходимо гибкое регулировании объема получаемых фракций и их качества в зависимости от состояния исходного зернового вороха. Необходимость такого регулирования диктуется непрерывно изменяющимся составом исходного материала.
Большое значение при фракционировании должно отводиться выбору признака разделения на фракции, очередности расположения и компоновке рабочих органов в технологических линиях.
Универсальность применения комбинированных зерноочистительных машин сокращает их номенклатуру, но ограничивает возможности отдельных сепарирующих рабочих органов из-за жесткой связи друг с другом.
Одной из тенденций развития зерноочистительной техники является создание семяочи-стительных агрегатов, объединяющих ряд сепарирующих органов и обеспечивающих их внутренними гибкими связями. Возможным дальнейшим развитием этого направления является гибкая технологическая связь отдельных сепарирующих рабочих органов с устройством для фракционирования исходного материала. Такая технологическая схема позволит регулировать качество фракций и их объем в зависимости от состава исходного материала. Это позволит наиболее эффективно использовать каждый рабочий орган.
Анализ делимости компонентов зерновой смеси показывает, что наибольшее отличие между компонентами наблюдается по длине. В то же время высокая засоренность исходного материала требует его предварительной подготовки перед подачей в триер. Если использовать для этой цели воздушный поток и решетные рабочие органы, то каждым из них в отдельности можно выделить из исходного вороха до 70-80% примесей.
Сравнительный анализ делительной способности сепарирующих рабочих органов при разделении по основным признакам (аэродинамическим свойствам, толщине, ширине, длине) показывает, что в реальных условиях хуже всего используются возможности воздушного потока. Технологическая эффективность работы воздушного потока может составлять всего 15-30%. Причинами этого являются конструктивные недостатки в результате использования воздушных каналов как дополнительного рабочего органа в решетных зерноочистительных машинах. Это приводит к неравномерности загрузки воздушного потока, неравномерности его поля скоростей, высокой концентрации компонентов в зоне разделения, сложности технологической настройки. Наибольшая делительная способность воздушного потока достигается при конструктивной разработке воздушных каналов как отдельных рабочих органов.
При выборе очередности расположения сепарирующих рабочих органов в технологических линиях на первой стадии - предварительной очистке - следует отдавать предпочтение воздушному потоку, т. к. в сравнении с решетом и триером эффективность работы воздушного потока в меньшей степени зависит от влажности и засоренности исходного вороха.
Исследования, проведенные в Челябинском государственном агроинженерном университете под руководством Косилова Н.И. [10], показали целесообразность фракционирования исходного вороха на первом этапе обработки воздушным потоком с помощью пнев-моинерционного сепаратора. Использования скоростного ввода компонентов вороха в воздушный поток позволяет усилить действие аэродинамических факторов разделения, а также более четко произвести фракционирование исходной смеси, особенно при зерновом ворохе повышенной влажности и засоренности.
При работе по фракционным схемам рекомендуется выделять от 5 до 30% зерна основной культуры во второстепенные фракции. Выделение второстепенных фракций на первой стадии обработки позволяет повысить делительную способность последующих рабочих органов и разгрузить технологическую линию.
Из приведенного анализа следует, что фракционировать исходный материал необходимо с помощью воздушного потока или решета с учетом физико-механических свойств его компонентов. Возможно также двухэтапное фракционирование: на первом этапе воздушным потоком, на втором - решетом. Фракционирование должно являться подготовительной операцией перед сепарированием материала на последующих рабочих органах с целью повышения их делительной способности, при этом необходимо осуществлять гибкое регулирование качества и объема получаемых фракций для снижения влияния изменяющегося состава исходного материала.
Основными направлениями совершенствования фракционных технологий очистки зерна на настоящем этапе можно считать:
1. Определение целесообразности фракционирования зернового материала с учетом его свойств.
2. Обоснование разветвленности технологических схем с учетом назначения обрабатываемого материала.
3. Определение критериев гибкого управления количеством, объемом получаемых фракций и их качеством, параметров для оперативной оценки качества технологического процесса.
4. Обоснование рабочих органов для фракционирования в зависимости от этапа обработки зерна и его качественного состава.
5. Разработка рекомендаций по построению гибких фракционных схем очистки зерна и семян, а также оценка экономической эффективности применяемых технологических и технических решений.
Литература
1. Машины для послеуборочной обработки зерна / Б. С. Окнин [и др.]. М.: Агропром-издат, 1987. 238 с.
2. Титов, М.С. Методика и результаты пофракционного анализа свежеубранной зерновой массы/ М. С. Титов М.С., В. Н. Тесленко // Организация высокоэффективного использования техники в уборочно-транспортных комплексах / ВАСХНИЛ, Сиб. отд-ние. Новосибирск, 1982. С. 16-24.
3. Матвеев А.С. К определению трудноотделимых семян культурных и сорных растений в семенах зерновых культур // Подготовка семян при интенсивном зернопроиз-водстве: Сб. науч. тр. / ВИМ. М., 1987, т. 112. С. 20, 43.
4. Кубышев, В.А. Пути интенсификации процессов послеуборочной обработки зерна /
B. А. Кубышев, М. А. Тулькибаев // Интенсификации процессов послеуборочной обработки зерна: Тр. / ЧИМЭСХ. Челябинск, 1974, вып. 87. С. 6-12.
5. Зюлин А.Н. Математическое описание обобщенного признака разделения зерновых материалов сепаратором // Совершенствование обработки и хранения зерна в колхозах и совхозах: Тр. / ВИМ. М., 1987, т. 115. С. 24-41.
6. Лопан А.А. Совершенствование технологии очистки и сортирования семян: Сб. науч. тр. / ВАСХНИЛ. Сиб. отд-ние. Новосибирск, 1986. С 19- 26.
7. Чумаков В. Г. Совершенствование технологии и технических средств для послеуборочной обработки зерна на основе дифференцирования потоков зернового вороха: Автореферат дис. ... докт. техн. наук. Челябинск, 2012. 42 с.
8. Титов М. С. Универсальный зернокомплекс для фракционной обработки зерна // Совершенствование технологии и технических средств послеуборочной обработки зерна: Сб. науч. тр. /ВАСХНИЛ, Сиб. отд-ние. СибИМЭ. Новосибирск, 1990.
C. 3-15.
9. Тарасенко, А. П. Зерноочистительные машины семейства ОЗФ / А. П. Тарасенко, В. И. Оробинский // Достижения науки и техники АПК. 2006, №8. С. 15-16.
10. Косилов, Н.И. Технологические возможности модернизации и создания перспективных поточных линий для послеуборочной обработки зерна / Н. И. Косилов, В. В. Пивень // Вестник Челябинского государственного агроинженерного университета. 2000, т. 31. С. 28-31.
