CC BY
0
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
Научная статья УДК 631.362
doi: 10.47737/2307-2873_2024_45_4
ОЦЕНКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ОТ ТРУДНОВЫДЕЛИМЫХ ПРИМЕСЕЙ В ВИБРОПНЕВМООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
©2024. Василий Дмитриевич Галкин1, Виктор Анатольевич Хандриков2, Андрей Федорович Федосеев3, Иван Александрович Труфанов4
1 2 3 4Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н.
Прянишникова, Пермь, Россия
Аннотация. Опыты по оценке усовершенствованного рабочего процесса окончательной очистки семян пшеницы сорта Екатерина с примесью овсюга и ячменя провели на комплексе обработки убранного урожая учебно-научного опытного поля ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ на опытном образце пневмосортировального стола, выпускаемого ООО «Техноград» Пермского края. Целью исследований является оценка работы машины, разделяющей зерновой материал в вибропневмоожиженном слое при засоренности семян пшеницы одновременно сорными (овсюг) и зерновыми (семена ячменя) примесями. Опыты проведены на семенах, пшеницы, прошедшей предварительную очистку, сушку в колонковой зерносушилке и очистку на воздушно-решетно-триерной машине. Установлено, что при окончательной очистке и сортированию на опытном образце пневмосортировального стола семян пшеницы с примесью овсюга и ячменя в условиях, близких к условиям проведенных опытов, при удельной производительности 4,81 т/(ч м2) степень отделения семян овсюга из основной фракции достигает 95 %, семян ячменя - свыше 70 % при выходе основной фракции до 40% и допустимых (до 10 %) потерях семян в отходы. Промежуточную фракцию с засоренностью ниже семян, поступающих в машину, следует обработать отдельно или в режиме рециркуляции на двухдековом пневмосортировальном столе. Ключевые слова: очистка, вибропневмоожиженный слой, пшеница, овсюг, ячмень
Введение. Для получения посевного материала, в том числе и репродукционных семян, категорий РС, РСт, их очистку при кондиционной влажности следует проводить на трёх последовательно установленных типах машин: воздушно-решетных, триерных и технических средствах окончательной очистки, в, частности, на пневмосортировальных столах.
Достоинством сепараторов окончательной очистки, разделяющих семена в вибропневмоожиженном слое (ВПОС), является то, что они одновременно, за один проход способны отделить трудноотделимые примеси по комплексу свойств и выделить фракцию семян с повышенной натурой, а, следовательно, и с повышенной массой 1000 зерен. Использование этих семян приводит к
повышению урожая до 20 % [1-5]. Однако, достоинства этих машин до настоящего времени используются не в полной мере. Так, по литературным источникам известно, что более 90 % высеваемых ежегодно семян не проходят обработку с целью выделения фракции с наиболее продуктивными зернами. Основными причинами этого является трудность настройки
пневмосортировальных столов при наличии шести основных регулировок, более высокие затраты энергии по сравнению с решетными и триерными машинами, а также более высокая металлоёмкость, а, следовательно и стоимость. Исследования по разделению семян по комплексу физико-механических свойств проводятся многими коллективами
ученых, как в нашей стране, так и за рубежом вибропневмоожиженном слое
[4-16]. производительностью 1,0-3,0 т/ч приведены
Основные характеристики известных в таблице 1. машин окончательной очистки семян в
Таблица 1
Характеристики машин окончательной очистки семян в вибропневмоожиженном слое
производительностью 1,0-3,0 т/ч
Показатели Отечественные машины Зарубежные машины
ПСС-1 ПСС-2,5 KD-120 (Германия) KA-1500 (Дания) DGS13 (Швеция)
1 Производительность, т/ч/(т/ч*м2) 1/2,17 2,5/2,31 3/1,08 2,1/2,63 2/1,54
2 Мощность двигателей, кВт 3,75 6,6 12,55 8,25 6,0
3 Масса, кг 700 650 1300 1000 1000
4 Площадь рабочей поверхности, м2 0,46 1,08 2,76 0,80 1,3
5 Энергоемкость (удельная) кВт*ч/т 3,75 2,64 4,18 3,92 3.0
6 Удельная металлоемкость, кг*ч/т 700 260 433 476 500
В этой связи, целью исследований является оценка работы машины, разделяющей зерновой материал в вибропневмоожиженном слое при засоренности семян пшеницы одновременно сорными (овсюг) и зерновыми (семена ячменя) примесями.
Методика. Опыты по оценке усовершенствованного рабочего процесса окончательной очистки семян пшеницы
сорта Екатерина с примесью овсюга и ячменя провели на комплексе обработки убранного урожая учебно-научного опытного поля ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ на опытном образце пневмосортировального стола (Рис.1).
Условия проведения опытов, параметры и режимы работы машины и её оценки представлены в таблице 2.
а б
Рис 1. Схема усовершенствованной машины (а), опытный образец - б 1 - дека; 2 - рама; 3 - канал для подачи воздушного потока под деку; 4 - регулируемое входное окно вентилятора 5; 6 - привод деки со шкивом 7 с ремнем 8; шкив 10 с двигателем 11; шатун 9 привода рамки 13 установленной на стойках 12; 15 - устройство для установки продольного наклона деки; 16 - приёмники очищенных семян Fig. 1. Schematic diagram of improved machine (a), pilot sample - b 1 - deck; 2 - frame; 3 - channel for supplying air flow under the deck; 4 - adjustable input window of a fan 5; 6 - deck drive with pulley 7 with belt 8; pulley 10 with motor 11; connecting rod 9 for driving frame 13 mounted on racks 12; 15 - device for setting the longitudinal tilt of the deck; 16-receivers of
cleaned seeds
Таблица 2
Характеристика семян, параметры, режимы и оценки
работы машины
Характеристики семян
Параметры и режимы процесса _разделения_
Оценки эффективности сепарации машиной
Средние значения:
- натуры семян пшеницы Екатерина урожая 2023 года, обрабатываемых в ВПОС - 749,0 г/дм3;
- влажности семян пшеницы - 13,8 %;
- засоренности овсюгом 42 шт./кг; ячменем - 53 шт./кг.
Среднее значение удельной
производительности машины по входу -4,81 т/(ч*м2);
- углы продольного наклона деки 3-7 градусов, при поперечном угле, равном 00;
- скорость воздушного потока в зоне расслоения над слоем семян 1,0-1,2 м/с;
- частоты колебаний деки 0,27 м2 - 425-485 мин-1;
- мощности двигателей вентилятора, привода деки и дозатора 4,05 кВт_
Средние значения степени отделения примесей из основной и
промежуточной фракций пшеницы,
%;
- средние значения выхода семян пшеницы, %;
- среднее значение потерь пшеницы в отходы, %;
- средние значения натуры фракций семян, г/дм3.
Приборы, используемые при проведении опытов, приведены в таблице 3.
Приборы, используемые в опытах
Таблица 3
Наименование Марка Назначение
Весы МК-6.2-А20 Взвешивание фракций семян
Секундомер СДС-пр1 Определение времени отбора фракций семян
Влагомер Фауна М Измерение влажности семян
Литровая пурка ПХ-I Определение натуры семян
Термоанемометр Testo 417 Измерение скорости воздуха над слоем семян
Программа исследований
предусматривала проведение 9 опытов, каждый из которых повторяли три раза при удельной подаче семян на деку 4,81 т/(чм2).
В опытах изменяли режим работы установки за счет угла продольного наклона деки Х1 при нулевом поперечном угле и частоты её колебаний Х2 (таблица 4).
Таблица 4
Параметры, изменяемые в процессе опытов
Параметры Обозначение Нижнее значение Среднее значение Верхнее значение
Продольный угол наклона поверхности деки, град. Xi 3 5 7
Частота колебаний деки, мин-1 Х2 425 455 485
Оценка работы машины проведена по следующим показателям: степень отделения семян овсюга и ячменя из основной фракции, %; расходные характеристики фракций в %; натуры семян основной и промежуточной фракций пшеницы; потери семян в отходы.
При проведении каждого опыта запускали в работу двигатели привода деки и вентилятора, затем включали двигатель дозатора семян. При установившемся режиме настраивали скорость воздушного потока, контролируемую анемометром в диапазоне 1,0...1,2 м/с и в течение 10 секунд отбирали фракции семян. После взвешивания 3-х фракций определяли их расходные характеристики, натуры, засоренность фракций примесями в шт./кг и рассчитывали степени отделения семян овсюга и ячменя.
Оценки рабочего процесса машины заносили в таблицу.
Результаты. Обработка полученных данных проведена с использованием программы Statgraphics Plus 3.0. В результате получены уравнения регрессии,
описывающие закономерности изменения оценок рабочего процесса от режимов работы машины: степени отделения примесей овсюга (1) и ячменя (2) из основной фракции и их графические представления (Рис. 2 и 3); степени отделения овсюга из промежуточной фракции (3), потерь семян в отходы (4) и их графические представления (Рис. 4 и 5); натуры основной (5) и промежуточной (6) фракций, их расходных характеристик (7), (8) и графические представления (Рис. 6, 7, 8, 9).
Y1 = 94,78 + 1,5X2 - 3,17X1 - 5,17X22 + 3,5X2X1 - Y2 = 79,11 + 5,67*X2 + 0,5X1 - 10,67X22 -3,17X12; R2=0,85 (1) 0,5X2X1 - 5,17X12; R2=0,84 (2)
X2 X2 XI
Рис 2. Графическое представление степени отделения овсюга из основной фракции, % в
зависимости от изменяемых параметров Fig. 2. Graphic representation of the degree of separation of wild oatss from the main fraction, % depending on the variable parameters
Рис 3. Графическое представление степени
отделения семян ячменя из основной фракции, % в зависимости от изменяемых
параметров Fig. 3. Graphic representation of the degree of separation of barley seeds from the main fraction, % depending on the variable parameters
Y3 = 70,56 - 5,67X2 + 18,8X1 - 6,33X22 + 4,75X2X1 - 11,83X12; R2=0,78 (3)
Y4 = 6,57 - 1,01X2 + 4,02X1 - 0,35X22 + 0,28X2X1 + 0,65X12; R2=0,98 (4)
Х2 Х1
Рис 4. Графическое представление степени отделения овсюга из промежуточной фракции, % в зависимости от изменяемых параметров Fig. 4. Graphic representation of the degree of separation of wild oatss from the intermediate fraction, % depending on the variable parameters
Рис 5. Графическое представление потерь семян в отходы, % в зависимости от изменяемых параметров Fig. 5. Graphic representation of the degree of separation of barley seeds from the intermediate fraction, % depending on the variable parameters
Y5 = 757,0 + 1,33X2 + 0,17X1 - 1,0X22 + 1,0X2X1 - Y6 = 752,0 + 0,17X2 + 1,5X1 - 1,83X22 + 2,5X12; R2=0,64 (5) 2,5X2X1 - 0,83X12; R2=0,80 (6)
X2 X1
Рис 6. Графическое представление изменения натуры семян в г/дм3 основной фракции в зависимости от изменяемых параметров Fig. 6. Graphic representation of changes in seed volume weight in g/cubic dm of the main fraction depending on the variable parameters
Рис 8. Графическое представление изменения расходной характеристики основной фракции семян, % в зависимости от изменяемых параметров Fig. 8. Graphic representation of changes in the consumption characteristics of the main seed fraction, % depending on the variable parameters
Из графических интерпретаций полученных уравнений следует, что максимальное среднее значение степени отделения овсюга из основной фракции достигает 95 %, а семян ячменя - 79 %. Максимальное среднее значение степени отделения овсюга из промежуточной фракции превышает 70 % при допустимых потерях семян в отходы. Натура семян пшеницы основной фракции увеличивается
Рис 7. Графическое представление изменения натуры в г/дм3 семян промежуточной фракции в зависимости от
изменяемых параметров Fig. 7. Graphic representation of changes in seed volume weight in g/cubic dm of the intermediate fraction depending on the variable parameters
Рис 9. Графическое представление изменения расходной характеристики промежуточной фракции семян, % в зависимости от изменяемых параметров Fig. 9. Graphic representation of changes in the consumption characteristics of the intermediate seed fraction, % depending on the variable parameters
до 757 г/дм3, а промежуточной - находится в пределах от 747 до 754 г/дм3 по сравнению со средним значением семян, поступающих в машину 749 г/дм3. Максимальное значение расходной характеристики основной фракции семян пшеницы достигает 40 %.
Вывод. При окончательной очистке и сортировании на опытном образце пневмосортировального стола семян пшеницы с примесью овсюга и ячменя в
Y7 = 30,07 + 1,9X2 - 4,73X1 - 0,10X22 - 1,10X2X1 + Y8= 62,06 - 0,75X2 + 0,42X1 - 0,08X22 + 2,40X12; R2=0,97 (7) 1 , 1 3X2X1 - 2,08X12; R2=0,96 (8)
условиях, близких к условиям проведенных опытов, при удельной производительности 4,81 т/(чм2) степень отделения семян овсюга из основной фракции достигает 95 %, семян ячменя - свыше 70 % при выходе основной фракции - до 40 % и допустимых (до 10 %)
потерях семян в отходы. Промежуточную фракцию с засоренностью ниже семян, поступающих в машину, следует обработать отдельно или в режиме рециркуляции на двухдековом пневмосортировальном столе.
Список источников
1. Галкин В.Д., Хандриков В.А., Хавыев А.А. Сепарация семян в вибропневмоожиженном слое: технология, техника, использование: монография / под общ. ред. В.Д. Галкина; М-во с.-х РФ; федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высш. образов. «Пермский гос. аграрно-технологический университет им. акад. Д.Н.Прянишникова». Пермь: ИПЦ «ПрокростЪ», 2017. 170 с.
2. Майсурян Н.А. Биологические основы сортирования семян по удельному весу // Тр. ТСХА. Вып.3. М.: Изд.ТСХА, 1947. С.12-20 с.
3. Гладков Н.Г. Зерноочистительные машины. Конструкция, расчет, проектирование и эксплуатация. Изд. 2-е перер. и доп. М.: Изд. Машгиз, 1961. 246с.
4. Дринча В.М., Борисенко И.Б. Применение и функциональные возможности пневмосортировальных столов //Научно-практический журнал НВ НИИСХ. №2 (83). 2008. С. 33-35.
5. Дринча В.М. Исследование сепарации семян и разработка машинных технологий их подготовки. Воронеж. Изд-во НПО «МОДЭК», 2006. 384 с.
6. Поздняков В.М., Зеленко С.А. Экспериментальные исследования влияния скорости воздушного потока на эффективность сортирования зернового материала в установках вибропневматического принципа действия // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: материалы Международной научно-практической конференции. Минск, 23-24 октября 2014 г. В 2 ч. Ч. 1 / редкол.: И. Н Шило [и др.]. - Минск: Изд-во БГАТУ, 2014. C. 208-210.
7. Vladimir Pozdnyakov, Sergei Zelenko (2013), The mathematical description of grain weight with gravity separator s constructive elements // Ukrainian Food Journal. 2(2). pp. 221-229.
8. Marian Panasiewicz, Pawel Sobczak, Jacek Mazur,Kazimitr Zawislak, DariuszAndrejko (2012), The technique and analy of the process of separation and cleaning grain materials // Journal of Food Engineering. 109 (3). pp. 603-608.
9. Тарасенко А. П., Оробинский В.И., Мироненко Д.Н. Качество очистки семян на пневмосортировальных столах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2009. №3. С. 10-11.
10. Бортников А.И., Шафоростов В.Д. Определение формы деки пневмосортировального стола // Бюллетень научно-технической информации по масличным культурам ВНИИМК. Вып.№30. Краснодар: Изд-во ВНИИМК,1980. С. 36-43.
11. Корн А.М. ВИМ: от ручной веялки до зернообрабатывающего завода--развитие и реализация технической мысли по зерноочистке. М.: Изд-во ВИМ. 2006. 72 с.
12. Космовский Ю.А. Сепарация зернового материала на пневматических сортировальных столах // Труды ВИМ. Т.74. Изд-во М.: Изд-во ВИМ, 1977. С. 122-129.
13. Orobinsky V.I., Baskakov I.V., Chernyshov A.V., Gulevsky V.A., Gievsky A.M. Two-aspiration air-sieve grain cleaning machines of new generation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Volume 954. 012056. D0I:10.1088/1755-1315/954/1/012056.
14. Вибропневмосепаратор семян: патент на полезную модель 212106 Рос. Федерация. №2022104803, заявл. 22.02.2022; Опубл. 06.07.2022. Бюл. №19. 4с.
15. Саитов А. В., Сысуев В.А., Саитов В.Е. Исследование погружения зерна потоком в жидкость различной плотности методами планирования эксперимента // Инженерные системы. 2021. Т. 31. С. 414-429.
16. Саитов В.Е., Курбанов Р.Ф., Саитов А.В. Исследование выделения склероций спорыньи из зернового материала в водном растворе соли // Вестник Казанского государственного аграрного университета. Т.17, №1 (65). Казань: Изд-во Казанский ГАУ, 2022. С. 83-88.
EVALUATION OF THE IMPROVED FINAL CLEANING WORKFLOW OF WHEAT SEEDS FROM DIFFICULT-TO-SEPARATE IMPURITIES IN THE VIBRO-
PNEUMO-FLUIDIZED BED
©2024.Vasily D. Galkin1, Viktor A. Khandrikov2' Andrey F. Fedoseyev3, Ivan A. Trufanov4
1,2,3,4Federal State Budgetary Educational Institution "Perm State Agrarian and Technological University
named after Academician D.N.Pryanishnikov" Perm, Russia, 614025
Abstract. Experiments to evaluate the improved workflow of the final cleanig of wheat seeds of the Ekaterina variety with an admixture of wild oats and barley were conducted at the complex of processing the harvested crops of the educational and scientific experimental field of the Perm State
Agro-Technological University on a prototype pneumatic sorting table manufactured by Technograd LLC of the Perm Region. The purpose of the research is to evaluate the operation of a machine that separates grain material in a vibro-pneumo-fluidized bed when wheat seeds are contaminated with both weed (wild oats) and grain (barley seeds) impurities. The experiments were carried out on wheat seeds, that have been pre-cleaned, dried in a column grain dryer and cleaned in an air-sieve-trier machine. It was found that during the final cleaning and sorting of wheat seeds with an admixture of wild oats and barley on a pilot sample of a pneumatic sorting table under conditions close to the conditions of the experiments, with a specific productivity of 4.81 t/(h m2) the degree of separation of wild oats seeds from the main fraction reaches 95 %, barley seeds - over 70 % with the output of the main fraction up to 40 % and permissible (up to 10 %) losses of seeds to waste. The intermediate fraction with the contamination below the seeds entering the machine should be treated separately or in recirculation mode on a two-decked pneumatic sorting table.
Key words: cleaning, vibro-pneumo-fluidized bed, wheat, wild oats, barley
References
1. Galkin V.D., Khandrikov V.A., Khavyev A.A. Seed separation in a vibro-pneumo-fluidized bed: technology, technique, use: monograph/ under the General editorship of V.D. Galkin; Ministry of Agriculture of the Russian Federation; federal state budgetary Institution. the institution is higher. images. "Perm State Agrarian and Technological University named after Academician D.N.Pryanishnikov". Perm: CPI "Prokrost", 2017. 170 p.
2. Maysuryan N.A. Biological basis of seed sorting according to specific gravity // Tr. TSKHA, issue 3 -M.: Publishing house of TSKhA, 1947. pp.12-20 s.
3. Gladkov N.G. Grain cleaning machines. Construction, calculation, design and operation. Ed. 2nd edition.and additional M.: Mashgiz Publishing House, 1961. 246 р.
4. Drincha V.M., Borisenko I.B. Application and functionality of pneumatic sorting tables //Scientific and practical journal of NV NIISKH, No.2 (83), 2008. pp. 33-35.
5. Drincha V.M. Research on seed separation and development of machine technologies for their preparation. Voronezh. Publishing house of NPO MODEK, 2006. 384 р.
6. Pozdnyakov V.M., Zelenko S.A. Experimental studies of the effect of air flow velocity on the efficiency of sorting grain material in machines with the vibropneumatic principle of action // Technical and personnel support of innovative technologies in agriculture: materials of the International Scientific and Practical Conference. Minsk, October 23-24, 2014 At 2 p.m. 1 / editorial board: I. N. Shilo [et al.]. - Minsk: Publishing House of BGATU, 2014. Рр.208-210.
7. Vladimir Pozdnyakov, Sergei Zelenko (2013), The mathematical description of grain weight with gravity separator s constructive elements, Ukrainian Food Journal, 2(2), pp. 221-229.
8. Marian Panasiewicz, Pawel Sobczak, Jacek Mazur,Kazimitr Zawislak, DariuszAndrejko (2012), The technique and analysis of the process of separation and cleaning grain materials, Journal of Food Engineering, 109 (3), pp. 603-608.
9. Tarasenko A. P., Orobinsky V.I., Mironenko D.N. Quality of seed cleaning on pneumatic sorting tables // Mechanization and electrification of agriculture. 2009. No.3. pp. 10-11.
10. Bortnikov A.I., Shaforostov V.D. Determination of the shape of the deck of the pneumatic sorting table // Bulletin of scientific and technical information on oilseeds of VNIIMK, issue No. 30- Krasnodar: Publishing House of VNIIMK, 1980. pp. 36-43.
11. Korn A.M. VIM: from manual winnowing machines to a grain processing plant - development and implementation of technical thought on grain cleaning. M.: Publishing house VIM. 2006. 72p.
12. Kosmovsky Yu.A. Separation of grain material on pneumatic sorting tables.// Proceedings of VIM.Vol. 74. Publishing house M.: Publishing house of VIM, 1977. pp.122-129.
13. Orobinsky V.I., Baskakov I.V., Chernyshov A.V., Gulevsky V.A., Gievsky A.M. Two-aspiration air-sieve grain cleaning machines of new generation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Volume 954, 012056. DOI:10.1088/1755-1315/954/1/012056.
14. Vibropneumoseparator of seeds: patent for utility model 212106 Ros. The Federation.No.2022104803, application02/22/2022; Publ. 07/06/2022.Byul. No.1 9. 4 р.
15. Saitov A.V., Sysuev V.A., Saitov V.E. Investigation of grain immersion by a stream into a liquid of various densities by experimental planning methods // Engineering systems. 2021. Vol. 31. pp. 414-429.
16. Saitov V.E., Kurbanov R.F., Saitov A.V. Investigation of the isolation of ergot sclerotia from grain material in the aqueous salt solution.//Bulletin of the Kazan State Agrarian University, vol. 17, No. 1(65). Kazan: Publishing House of Kazan State University, 2022.
Сведения об авторах
В.Д. Галкин1 - д-р техн. наук, профессор; В.А. Хандриков2 - канд. техн. наук, доцент; А.Ф. Федосеев3 - старший преподаватель; И.А. Труфанов4 - аспирант.
1,2,3,4Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение «Пермский государственный аграрно-
технологический университет имени академика Д.Н.Прянишникова», Пермь, Россия, 614025
Information about the author
V.D. Galkin1 - Dr. Tech. Sci., Professor; V.A. Handrikov2^Cand. Tech. Sci., Associate Professor^ A.F. Fedoseyev3 - Senior Lecturer; I.A. Trufanov 4-_Postgraduate Student.
i,2,3,4pederal State Budgetary Educational Institution "Perm State Agro-Technological University named after Academician
D.N.Pryanishnikov", Perm, Russia, 614025
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.
Статья поступила в редакцию 12.02.2024; одобрена после рецензирования 26.02.2024; принята к публикации 27.02.2024 The article was submitted 12.02.2024; approved after reviewing 26.02.2024; acceptedfor publication 27.02.2024
