ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Лукяненко Володимир Михайлович

УДК 631. 362

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОЦЕСУ СЕПАРАЦІЇ

НАСІННЯ РІПАКа І СУРІПИЦІ НА ВІБРАЦІЙНІЙ

МАШИНІ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2001

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства

Науковий керівник Заслужений діяч науки України, академік УААН, доктор технічних наук, професор

Заїка Петро Митрофанович,

Харківський державний технічний

університет сільського господарства,

проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор

Тарасенко Володимир Віталійович

Таврійська державна агротехнічна академія,

професор кафедри

“Сільськогосподарські машини”

кандидат технічних наук, доцент

Завгородній Олексій Іванович

Харківський державний технічний

університет сільського господарства,

доцент кафедри “Вища математика”

Провідна установа Кіровоградський державний технічний

університет Міністерства освіти і науки

України (м. Кіровоград)

Захист відбудеться “ 19 “ червня 2001 р. о “ 14.00 “ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.832.01 Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків - 2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомиться в бібліотеці університету.

Автореферат розісланий “ 14 “ травня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Скобло Т.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При постійному зниженні споживання жирів тваринного походження, виробництво рослинної олії у світі постійно зростає. її частка у загальному обсязі споживання населенням жирів по данним ФАО складає більше 77%.

Обгрунтовані розрахунки фахівців показують, що збільшення виробництва рослинної олії в Україні стримується граничним насиченням сівооборотної ріллі соняшником - основним джерелом одержання рослинної олії в нашій країні.

Нарощування виробництва рослинної олії і кормового білка планується за рахунок широкого вирощування ріпака і суріпиці - порівняно нових олійних і кормових культур для більшості регіонів нашої країни.

Необхідною умовою одержання високих і стабільних врожаїв ріпака і суріпиці є використання для посіву високоякісного насіння.

Очищають та сортують насіння ріпака і суріпиці в даний час на насіннєочисних машинах з повітряно-решітно-трієрними робочими органами, а також на спеціальних насіннєочисних машинах. Основна частина домішок і бур'янів виділяється при попередньому очищенні. Виділити ж з насіння ріпака та суріпиці такі бур'яни, як підмаренник чіпкий і круглець волотковий, які важко відділяються, без значних втрат насіння культури не представляється можливим. Особливі труднощі складає очищення насіння від склероціїв, які є джерелом поразки посівів ріпака білою гниллю, що викликає зниження врожайності 20-25% рослин. Тому, пошук нових робочих органів насіннєочисних машин для очищення та сортування насіння ріпака, суріпиці від бур'янів і домішок, які важко відділяються, а також дослідження технологічного процесу їхнього очищення має важливе значення для народного господарства.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до плану НДР ХДТУСГ “Розробити технологію та засоби сепарації важкороздільних насіннєвих сумішей, обгрунтувати параметри процесу і робочих органів посівних машин, що забезпечують підвищення їх продуктивності більш ніж у два рази, а також продуктивності праці на 20-30%” (шифр теми: ГР № 01.86.0032093), згідно Всесоюзної програми по ріпаку О.СХ.65, республіканської науково-технічної програми “Ріпак”.

Мета і задачі досліджень. метою даної роботи є підвищення ефективності очищення та сортування насіння ріпака і суріпиці шляхом обгрунтування параметрів технологічного процесу сепарації на вібраційній насіннєочисній машині.

Об’єкт дослідження – процес очищення та сортування насіння ріпака і суріпиці.

Предмет дослідження – обгрунтування геометричних параметрів і режимів роботи вібраційної насіннєочисної машини.

Методи досліджень. Теоретичне обгрунтування параметрів і режимів роботи вібраційної насіннєочисної машини проводилось з використанням математичного моделювання та базувалося на положеннях механіки твердого тіла, теорії удару в’язкого тертя, теорії ймовірності та математичної статистики.

Експериментальні дослідження проводились з використанням загально прийнятих і окремих, розроблених автором методик, та передбачали використання планування багатофакторного експерименту.

Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити такі задачі:

· визначити нові фізико-механічні властивості, що характеризують стан поверхні, пружність, а також форму насіння ріпака, суріпиці і їхніх бур'янів та домішок, які важко відділяються: підмаренника чіпкого, круглеця волоткового, склероціїв білої гнилі;

· обгрунтувати можливість поділу насіння ріпака, суріпиці і їхніх засмічувачів, які важко відділяються, з використанням вібраційної насіннєочисної машини, а також скласти технологічну схему їх розділення;

· розробити конструкцію вібраційної насіннєочисної машини, продуктивність якої дозволила б більш ефективно використовувати її у потокових лініях для очищення насіння ріпака і суріпиці, а також мала б більш зручні та менш трудомісткі регулювання технологічного процесу;

· виготовити експериментальний зразок вібраційної насіннєочисної машини і провести експериментальне визначення її характеристик;

· теоретично й експериментально оцінити процес поділу насіння ріпака і суріпиці, засміченого бур'янами та домішками, які важко відділяються, на фрикційній неперфорованій поверхні, ототожнюючи при цьому переміщення компонентів насіннєвої суміші з твердими тілами правильної геометричної форми;

· дослідити вплив конструктивних і кінематичних параметрів вібраційної машини на якість технологічного процесу очищення та сортування насіння ріпака, суріпиці, а також провести оптимізацію цих параметрів;

· здійснити виробничі випробування експериментального зразка вібраційної насіннєочисної машини на очищенні і сортуванні насіння ріпака, суріпиці від бур'янів та домішок, які важко відділяються;

· провести лабораторні і польові дослідження посівних якостей фракцій насіння ріпака та суріпиці, отриманих при сортуванні цих культур на вібраційній насіннєочисній машині.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

· отримані дані по нових фізико-механічних характеристиках насіння ріпака і суріпиці, що пройшло опрацювання на серійних зерноочисних машинах, а також насіння бур'янів та домішок, які важко відділяються;

· обгрунтована ознака розділення насіннєвих сумішей ріпака і суріпиці на неперфорованих вібраційних поверхнях - граничний кут підйому, а також вид їх покриття;

· розроблена математична модель плоскопаралельного вібраційного переміщення насіння, як твердих тіл, по площині у вигляді поля виступів, яка дозволяє розділити шароподібні насіннєві суміші;

· знайдено діапазон зміни коефіціента форми тіла насіння, в якому доцільно використовувати робочу поверхню у вигляді поля виступів;

· отримана залежність між розмірами насіння, відстанню між виступами поверхні, їх висотою і швидкістю коливань робочого органу;

· знайдено шлях підвищення продуктивності вібраційних насіннєочисних машин, при якому якість сепарації не знижується. Це дозволило запропонувати нову конструкцію машини, продуктивність якої більш ніж в два рази вища за попередні зразки (а.с. № 1577889).

· вивчений вплив сепарації посівного матеріалу з використанням робочої поверхні у вигляді поля виступів на врожайність.

Практичне значення отриманих результатів. розроблена нова конструкція вібраційної насіннєочисної машини для очищення і сортування насіння ріпака і суріпиці (новизна розробок захищена 8 авторськими свідоцтвами на винаходи);

Господарськими випробуваннями встановлено, що на розробленій вібраційній насіннєочисній машині за одне пропускання можна доводити насіння ріпака і суріпиці, що не піддається очищенню на існуючих засобах сепарації, до високих посівних кондицій. При цьому за рахунок відбору у відходи неповноцінного насіння (травмованого, щуплого, недорозвиненого) якісні показники посівних фракцій підвищуються.

визначені раціональні параметри технологічного процесу очищення та сортування насіннєвих сумішей ріпака і суріпиці на вібраційній насіннєочисній машині;

Вібраційна насіннєочисна машина пройшла випробування в господарствах науково-дослідного інституту олійних культур ім. В.С.Пустовойта, Івано-Франківської науково-дослідної станції хрестоцвітих культур на очищенні і сортуванні насіння ріпака та суріпиці. Фактичний економічний ефект від впровадження машини склав більше 63 тисяч карбованців (в цінах 1985 р.) і близько 62 тисяч гривень (в цінах 2000 р.).

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні таких результатів:

· вивчені фізико-механічні властивості насіння ріпака, суріпиці, різних засмічувачів, які важко відділяються, і визначена ознака їх розділення;

· одержана математична модель вібраційного переміщення насіння по неперфорованій поверхні у вигляді поля виступів;

· розроблено нову конструкцію вібраційної насіннєочисної машини, що відрізняється підвищеною продуктивністю і поліпшеною якістю розділення;

· визначені раціональні параметри технологічного процесу очищення та сортування насіння ріпака і суріпиці на новій вібраційній машині;

· вивчено вплив сортування насіння ріпака і суріпиці на їх посівні якості.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і матеріали дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися й одержали позитивну оцінку на: щорічних науково-методичних конференціях Харківського державного технічного університету сільського господарства (м. Харків, ХДТУСГ, 1984-2000 р.р.); на координаційній нараді по проблемі 0.СХ.65 (м. Краснодар, ВНДІОК, 1985 р.); Всесоюзних семінарах з питань вирощування та переробки ріпака і суріпиці (м. Івано-Франківськ, НДСХК, 1986, 1987 р.р.); на Всесоюзній науково-практичній конференції “Механізація та автоматизація технологічних процесів в агропромисловому комплексі” (м. Новосибірськ, 1989 р.); на Всесоюзній науково-технічній конференції “шляхи підвищення рівня експлуатації і експлуатаційної технологічності машин в нових умовах економічного розвитку агропромислового комплексу (м. Харків, 1990 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (м. Глеваха, 1998 р.) на міжнародній науково-практичній конференції “Технічний прогрес у рослинництві” (м. Харків, ХДТУСГ, 2000 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 8 наукових праць загальним обсягом біля двох умовних друкованих аркушів і отримано 8 авторських свідоцтв на винаходи.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури і додатків. Обсяг роботи становить 416 сторінок машинописного тексту, на 152 із них викладено текст роботи, на 93 сторінках розміщено 25 рисунків, 65 графіків і схем, фотографія і 33 таблиці. на 15 сторінках розміщено список використаних джерел (160 найменувань), 155 сторінок складають додатки. В додатках приведені розрахунок економічного ефекту, отриманого від використання вібраційної машини на доочищенні насіння ріпака і суріпиці, дані про фізико-механічні властивості насіння цих культур, їх бурянів та домішок, а також програма, результати обчислень і акти впровадження машини.

Основний ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подана загальна характеристика роботи, обгрунтована актуальність теми, сформульована мета досліджень та основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі приведений аналіз виконаних робіт з існуючих способів та засобів сепарації, а також присвячених вивченню фізико-механічних властивостей насіння ріпака, суріпиці і бурянів, що їх засмічують. Проведено аналіз теоретичних досліджень, пов'язаних з вібраційним переміщенням часток по неперфорованим фрикційним поверхням. зроблений огляд вібраційних насіннєочисних машин і вібраційних сепараторів, відзначені основні недоліки та запропоновані шляхи підвищення їхньої продуктивності та якості роботи при сепарації насіння ріпака, суріпиці.

Встановлено, що існуючі способи та засоби сепарації насіння ріпака і суріпиці, які використовуються в даний час, не завжди забезпечують отримання якісного посівного матеріалу. У звязку з цим виникає необхідність пошуку нових методів і робочих органів насіннєочисних машин для виділення насіння бур'янів та домішок, які важко відділяються.

В другому розділі приведені експериментальні дані по визначенню фізико-механічних властивостей насіння ріпака, суріпиці, і бурянів та домішок, що їх засмічують: підмаренника чіпкого, круглеця волоткового, склероціїв білої гнилі. За результатами досліджень складені варіаційні ряди і одержані варіаційні криві. Аналіз варіаційних кривих виявив, що неможливо повністю розділити насіння ріпака, суріпиці та їх домішок по розмірним характеристикам, аеродинамічним властивостям, густині, коефіцієнтам тертя і відновлення, а також миттєвого тертя при ударі, тому що варіаційні криві розподілу значень цих ознак розділення мають значні перекриття.

Варіаційні криві розподілу значень граничних кутів підйому насіння ріпака і суріпиці, а також бур'янів мають незначні перекриття, тому в якості ознаки розділення при доочищенні цих насіннєвих матеріалів варто застосовувати граничний кут підйому по коливальній неперфорованій фрикційній поверхні, що враховує комплекс фізико-механічних властивостей компонентів суміші (фрикційні властивості, пружність, форму).

Встановлено, що одночасно з очищенням можливе і сортування ріпака та суріпиці по граничному куту підйому, тому що їх неповноцінне насіння має більші значення цієї ознаки розділення, чим з високими посівними кондиціями.

Визначений найбільш прийнятний фрикційний матеріал робочої поверхні і режим її вібраційного руху.

У третьому розділі розглянуто задачу про переміщення насіння по вібруючій робочій поверхні у вигляді поля виступів. Насіння подане у виді тіла еліпса, що рухається в площині розташування збуджуючої сили. Така модель дозволяє досліджувати основні чинники процесу розділення насіннєвих сумішей на зазначеній поверхні. До них відносяться (рис. 1): l, h - відстань між виступами і їх висота; a, в - розміри більшої і меншої півосей еліпса, які визначають розміри насіння і коефіцієнт форми Кф (приймається у виді відношення більшої піввісі еліпса до меншої); е, - коефіцієнти ударної взаємодії тіла з виступами, які являють собою коефіцієнти зменшення нормальної і дотичної складових швидкості тіла в точці контакту при ударі; А, в - амплітуда і кругова частота коливань робочого органа; - кут між обрієм і площиною робочого органа (подовжній кут нахилу); - кут між напрямком лінії дії збуджуючої сили і площиною робочого органа (кут спрямованості вібрації).

Задачею досліджень є рішення принципових питань, що стосуються поділу сумішей на аналізованій робочій поверхні. Необхідно дослідити вплив зазначених вище чинників, їх взаємозв'язок і на цій основі встановити ту їхню область, в якій можливе ефективне розділення сумішей.

Рішенням задач переміщення тіла по неперфорованій поверхні вібраційної насіннєочисної машини в площині дії збуджуючої сили займалися різні вчені та наукові школи.

Рис. 1. Характеристики точки контакту еліпса з виступом і сили, що діють на тіло

Особливістю рішення задачі у нашому випадку є розгляд обертання тіла на виступі з урахуванням його переходу з одного виступу на інший; розгляд співудару з урахуванням того, що напрямки дотичної в точці контакту і площини робочого органу не збігаються.

При розв’язанні задачі використовувалися такі системи координат: ХНYН – нерухома, ху - пов'язана з площиною робочого органу. Система х1у1 - має початок у точці торкання еліпса з площиною, проведеною по вершинах виступів. вона має орієнтацію, що визначається напрямком зазначеної дотичної. У цій же точці, і аналогічно, розташована система хпуп , щодо якої відраховуються координати центру мас при польоті тіла. Система ху має початок у точці контакту і орієнтована по напрямку дотичної до еліпса в точці контакту його з виступом. Аналогічну орієнтацію має і система координат х’у’ з початком в центрі мас тіла. Система x'y' має орієнтацію, пов'язану з напрямком півосей перетину еліпса й обертається разом з тілом.

Рівняння руху тіла при його повороті на виступі є таким:

(1)

де - приріст кута повороту тіла і його прискорення;

- радіус інерції тіла щодо центру мас;

КС - відстань між точкою контакту і центром мас тіла;

1,0 - кут між напрямком радіус-вектора центру мас і площиною робочого органа на початку кроку обчислень при рішенні рівняння (1);

g - прискорення вільного падіння.

Рівняння руху центра мас тіла в польоті є таке:

(2)

де - прискорення центра мас тіла в польоті щодо робочого органа;

- сила ваги;

- прискорення переносного переміщення робочого органа.

Проекції останніх векторів на осі системи ху дорівнюють:

(3)

Приріст кута повороту тіла в польоті дорівнює:

(4)

- кутова швидкість обертання тіла в польоті (рахується незмінною і дорівнює тому значенню, яке мало місце після співудару тіла з виступом);

- час польоту.

Характеристики ударної взаємодії тіла з виступом є такими. Проекції швидкості центру мас після удару:

(5)

де - проекції швидкості центру мас тіла до і після удару;

m – маса тіла;

Тх, Ту - проекції ударного імпульсу.

Вони такі:

(6)

де c, d, k - коефіцієнти приведення маси тіла в точку контакту, які мають такий вигляд:

(7)

де хс, ус - координати центру мас тіла в осях ху .

Проекції швидкостей тіла в точці контакту і центрі мас пов'язані такими співвідношеннями:

(8)

Кутова швидкість тіла після удару визначалася за такою формулою:

(9)

Всі особливості рішення задачі, пов'язані з переходом тіла з одного виступу на інший, визначенням точок контакту тіла після польоту; особливості, пов'язані з наявністю альтернативних варіантів зміни режимів безвідривного руху, співударів та польотів, взяті до уваги в розробленому обчислювальному алгоритмі і відповідній програмі.

Істотною особливістю рішення даної задачі є випадковість процесу руху. тому для одержання характеристик процесу був застосований метод статистичного моделювання з генерацією випадкових значень початкового кута повороту тіла і фази коливань для достатньої кількості реалізацій процесу руху тіла.

Для досягнення адекватності розрахованих і експериментальних характеристик руху було виконане дослідження, при якому показники математичної моделі змінювалися таким чином, щоб при параметрах машини для експериментального визначення граничного кута підйому, обчислена середня швидкість руху була близькою до нуля.

Встановлено, що ідентичність результатів обчислень і експериментів по визначенню граничного кута підйому досягається при таких параметрах моделі: е = 0,5; = 0,3; а = 1,2 мм; в = 0,775мм; ??l = 0,387 мм.

Найбільш важливим технологічним параметром машини є подовжній кут нахилу площини робочого органу. З рис. 2 очевидно, що напрямок руху тіла змінюється при значенні граничного кута підйому. При відхиленні від цього значення абсолютна величина середньої швидкості руху Vтр збільшується.

Результати дослідження коефіцієнта форми (рис. 3) свідчать, що закономірна зміна середньої швидкості руху має місце в діапазоні коефіцієнтів форми Кф, що не перевищують 1,5, тобто для тіл з формою наближеною до сферичної. При збільшенні Кф виникає зона, в якій середня швидкість руху не реагує на зміну Кф, маючи значення близькі до нуля. При подальшому наближенні тіла до плоского (КФ > 5,0) рух тіла стає хаотичним, тому що спостерігається надмірний ріст середніх квадратичних відхилень швидкості руху.

Дослідження впливу розмірів тіла, відстані між виступами (рис. 4), взаємозв'язку цих параметрів з величиною швидкості коливань робочого органа свідчить про те, що доцільне співвідношення відстані між виступами до розміру меншої піввісі еліпса перетину насінини складає близько 0,5. Максимальний розмір меншої піввісі перетину при можливих значеннях швидкості коливань існуючих вібраційних машин (близько 250 мм/с), не повинен перевищувати 1,0 мм, тобто машину з робочою поверхнею у вигляді поля виступів доцільно використовувати для дрібнонасіннєвих культур. Для розділення більшого за розміром насіння необхідно збільшувати відстань між виступами і їх висоту, що спричиняє підвищення швидкості коливань робочого органу.

Рис. 4. Залежність швидкості руху насіння Vmp від відстані l між виступами при = -5,0 град; = 28,0 град; КФ = 1,5 мм: для в = 0,5 и 0,775 мм в = 175,0 рад/с; А = 1,0 мм; для в = 1,0 мм в = 200,0 рад/с; А = 1,2 мм

У четвертому розділі викладені програма і методика експериментів, дана характеристика об'єктів досліджень.

Програма експериментів включала такі положення: дослідження можливості підвищення посівних якостей насіння ріпака і суріпиці по аеродинамічним властивостям, розмірним характеристикам, коефіцієнтам тертя; встановлення можливості сепарації насіння ріпака та суріпиці на коливальній фрикційній неперфорованій поверхні робочого органу вібраційної машини; одержання якісних показників ефективності очищення, в тому числі з одночасним сортуванням сумішей насіння ріпака і суріпиці на вібраційній насіннєочисній машині; визначення раціональних конструктивно-кінематичних параметрів роботи вібраційної машини на очищенні і сортуванні насіння рапака та суріпиці.

При визначенні ефективності сепарації встановлені чинники, що впливають на технологічний процес: амплітуда коливань А, частота коливань , кут спрямованості коливань , подовжній кут нахилу робочого органу , поперечний кут нахилу робочого органу . У якості критерію оптимізації очищення прийнято процентний вихід якісної фракції. Для находження оптимального впливу всіх чинників був реалізований центральний композиційний метод розрахунків. В результаті опрацювання експериментальних даних на ЕОМ отримане рівняння регресії, що характеризує процес виділення з насіннєвого матеріалу ріпака насіння підмаренника чіпкого, круглеця волоткового і склероціїв білої гнилі у вигляді:

WP = 91,401 – 2,174·Х1 – 1,817·Х2 – 2,607·Х3 + 0,179·Х4 – 3,617·Х5 – 1,019·Х1·Х2 – 0,965·Х1·Х3 – 0,772·Х1·Х4 – 0,193·Х1·Х5 – 0,373·Х2·Х3 – 0,406·Х2·Х4 – 0,288·Х2·Х5 – 0,150·Х3·Х4 – 0,823·Х3·Х5 + 0,568·Х4·Х5 – 1,317·Х12 + 0,016·Х22 – 3,215·Х32 – 1,221·Х42 – 0,796·Х52,

де Х1, Х2, Х3, Х4, Х5 - кодові позначення, відповідно параметрів А, , , , (такі ж кодові позначення і параметри прийняті і для процесу очищення насіння суріпиці).

Після проведення оптимізації на ЕОМ отримані раціональні параметри режиму роботи вібраційної насіннєочисної машини, що рекомендуються для насіння ріпака: А = 0,95 мм, = 173 с–1, = 260, = 4,30, =1,20.

В якості критерія оптимізації при сортуванні насіння ріпака використовували середньоквадратичне відхилення маси 1000 насінин по фракціям. Отримано рівняння регресії в такому вигляді:

mp = 1,217 – 0,107·Х1 – 0,118·Х2 – 0,103·Х3 + 0,197·Х4 – 0,156·Х5 + 0,212·Х1·Х2 – 0,109·Х1·Х3 – 0,315·Х1·Х4 + 0,049·Х1·Х5 – 0,310·Х2·Х3 + 0,086·Х2·Х4 – 0,387·Х2·Х5 + 0,018·Х3·Х4 + 0,166·Х3·Х5 – 0,253·Х4·Х5 + 0,433·Х12 – 0,266·Х22 + 0,041·Х32 + 0,048·Х42 – 0,315·Х52.

Після проведення оптимізації рівняння регресії на ЕОМ отримано раціональний набір параметрів роботи вібраційної насіннєочисної машини для сортування насіння ріпака: А = 1,2 мм, = 159 с–1, = 290, = 3,80, =0,80.

В результаті опрацювання експериментальних даних на ЕОМ отримані дані рівняння регресії й раціональні параметри роботи вібраційної насіннєочисної машини для очищення і сортування насіння суріпиці.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що для одержання кондиційного насіння ріпака і суріпиці подача насіннєвої суміші на одну робочу поверхню машини повинна знаходитись в межах 4,0-4,4 кг/год.

У п'ятому розділі приведені результати лабораторних, лабораторно - польових досліджень, господарських випробувань вібраційної машини на очищенні і сортуванні насіннєвих сумішей ріпака та суріпиці, які були опрацьовані на повітряно-решітно-трієрних робочих органах зерноочисних машин, але не були доведені до необхідних посівних кондицій.

для очищення та сортування насіння ріпака і суріпиці була розроблена нова вібраційна машина, конструктивна схема якої захищена авторським свідоцтвом на винахід (рис. 5).

На відміну від попередніх конструкцій вона має два додаткових блоки робочих площин, які розміщені нижче віброзбуджувачів. Додаткові блоки розміщені так, щоб загальний центр ваги вібростолу розташовувався на перетині ділильних кіл шестерен віброзбуджувачів. Це дозволило підвищити продуктивність машини більше ніж в два рази. Так як, при одинаковому збільшенні кількості поверхонь в нижніх і верхніх блоках загальний центр маси не змінює свого положення, то і якість сепарації такої машини більш висока. Крім того, вісь шарнірної підвіски вібростолу теж проходить через центр його маси, що значно спрощує регулювання процесу сепарації.

Машина працює таким чином. Насіннєва суміш подається з бункера через гнучкі патрубки до живильників, які спрямовують її на робочі поверхні верхніх і нижніх блоків. Під дією спрямованих коливань, утворюваних віброзбуджувачами, компоненти суміші рухаються по різних траєкторіях в залежності від фізико-механічних властивостей насіння. Плоскі, шорсткуваті, менш пружні частки рухаються у верхні, а округлі, гладкі, пружні частки зкочуються в нижні приймачі продуктів поділу.

Лабораторними дослідженнями процесу сепарації насіннєвих сумішей ріпака і суріпиці на вібраційній насіннєочисній машині встановлено, що разом із насінням бур'янів, механічними домішками виділяється біологічно менш повноцінне, щупле, травмоване насіння основної культури.

Сортування посівного матеріалу на вібраційній машині з виділенням для посіву добре виконаного, вирівняного насіння ріпака і суріпиці забезпечує підвищення схожості, більш інтенсивний і рівномірний розвиток, високу виживаність рослин і прибавку врожаю. Це підтверджено результатами лабораторно-польових дослідів, проведених протягом ряду років із насінням ріпака і суріпиці на дослідних ділянках Івано-Франківської НДС хрестоцвітих культур.

Рис.5. Схема вібраційної насіннєочисної машини: 1 - верхні основні блоки; 2 - нижні додаткові блоки; 3 - вібростоли; 4 - віброзбуджувачі; 5 - шарнірна підвіска; 6 - станина; 7 - пружини; 8 - електродвигун; 9 - клиноремінна передача; 10 - проміжна передача; 11 - пружні муфти; 12, 13 - механізми регулювання подовжнього і поперечного кутів нахилу сепаруючих поверхонь; 14 - живильник; 15 - завантажувальний бункер; 16 - гнучкі патрубки; 17 - приймачі продуктів поділу

Господарські випробування експериментальних зразків вібраційної насіннєочисної машини показали, що за одне пропускання є можливість одержати більше 92% насіння ріпака і суріпиці високих посівних кондицій (з високою схожістю, енергією проростання, масою 1000 насінин). Це дозволяє зменшити норму висіву на 5-9%. Використання для посіву насіння, що пройшло опрацювання на вібраційній машині дозволяє підвищити врожайність на 9-11%.

Машина має стійкий технологічний процес, проста у виконанні і регулюваннях, а проведені господарські випробування підтвердили ефективність її використання при опрацюванні насіння ріпака та суріпиці.

Для очищення насіння ріпака від склероціїв білої гнилі була запропонована технологічна схема. обробка суміші по цій схемі дозволила отримати 92,3% повністю очищеного насіння ріпака від склероціїв.

Економічний ефект від впровадження машини склав більше 63 тисяч карбованців (в цінах 1985 р.) і близько 62 тисяч гривень.

ВИСНОВКИ

1.

2.

Аналіз варіаційних кривих розподілу значень граничних кутів підйому насіння ріпака, суріпиці і їх засмічувачів показав, що найкращим покриттям робочого органу вібраційної машини є абразивне полотно.

3.

4.

Ефективне використання робочої поверхні у вигляді поля виступів можливе в діапазоні коефіцієнтів форми насіння 1,0-1,5, тобто для тіл, форма яких близька до сферичної.

Доцільне співвідношення відстані між виступами до розміру меншої піввісі еліпса перетину тіла насінини складає близько 0,5. Максимальний розмір меншої піввісі еліпса перетину насінини, при граничних значеннях швидкості коливань робочого органу існуючих вібраційних насіннєочисних машин, що складає 250 мм/с, не повинен перевищувати 1,0 мм. тобто машину з робочою поверхнею у вигляді поля виступів доцільно використовувати для дрібнонасіннєвих культур. Для розділення більшого за розміром насіння необхідно збільшувати відстань між виступами і їх висоту, що спричиняє підвищення швидкості коливань робочого органу.

При збільшенні швидкості коливань робочого органу зростає абсолютне значення швидкості руху насіння, відстань між співударами і висота польотів.

Існує оптимальний діапазон кута спрямованості коливань (20-260), в якому для заданого нахилу робочої площини, збільшується абсолютна швидкість руху тіла. Таким же чином змінюється і відстань між співударами. Висота польотів при збільшенні кута спрямованості коливань зростає.

5.

Сортування посівного матеріалу на вібраційній машині забезпечує підвищення схожості насіння, більш інтенсивний розвиток, високу виживаність рослин і прибавку врожаю на 9-11%.

6.

7. запропонована технологічна схема очищення насіння ріпака від склероціїв білої гнилі. Обробка насіннєвої суміші по цій схемі дозволяє отримати 92,3% повністю очищеного насіння ріпака від склероціїв.

8. Господарські випробування дослідного зразка вібраційної машини підтвердили ефективність її використання при сепарації насіннєвих сумішей ріпака і суріпиці. За один пропуск на машині можливо отримати більше 92% кондиційного насіння, висів яким дозволяє зменшити норму висіву на 5-9%.

Дослідження показали стабільність технологічного процесу, надійність вузлів і агрегатів, динамічну врівноваженість при різних режимах роботи.

Економічний ефект від впровадження експериментального зразка вібраційної насіннєочисної машини на доочищенні і сортуванні насіннєвих сумішей ріпака та суріпиці склав більше 63 тисяч карбованців (в цінах 1985 р.) і близько 62 тисяч гривень.

Основні публікації по темі дисертації

1. Заика П.М., Лукьяненко В.М., Бортников А.И., Шафоростов В.Д. Очистка и сортирование семян рапса и сурепицы //Научно–технический бюллетень Всесоюз. научно-исслед. ин-та масл. культур.- Краснодар: Изд-во Вниимк.- 1986.- Вып. 4.– с. 43–46. (доля здобувача 60% - обгрунтована ознака розділення насіннєвих сумішей ріпака і суріпиці).

2. Заика П.М., Лукьяненко В.М., Богомолов А.В., Бортников А.И., Шафоростов В.Д. Исследование формы семян рапса и его трудноотделимых засорителей //Научно–технический бюллетень Всесоюз. научно-исслед. ин-та масл. культур.- Краснодар: Изд-во Вниимк.- 1988.- Вып. 3.– с. 34–37. (доля здобувача 50% - дослідження форми насіння і домішок).

3. Лукьяненко В.М. Исследование процесса очистки семян рапса от склероциев белой гнили //Совершенствование рабочих органов с.-х. машин: Сб. науч. тр. УСХА.– К.: Изд-во УСХА.- 1988.– с. 28–32.

4. Харук И.Д., Лукьяненко В.М. Очистка и сортировка семян рапса на виброфрикционном сепараторе //Обоснование параметров машин для подготовки семенного материала и посева: Сб. науч. тр. УСХА.– К.: Изд-во УСХА.- 1990.– с. 81–84. (доля здобувача 50% - отриманий зв’язок процесів сортування і очищення насіння ріпака і суріпиці).

5. Лукьяненко В.М., Харук И.Д., Ковальчук А.М., Хуробяк А.А. Возможность повышения посевных качеств и урожайности семян рапса озимого при сортировке семенного материала на виброфрикционном сепараторе //Обоснование параметров машин для подготовки семенного материала и посева: Сб. науч. тр. УСХА.– К.: Изд-во УСХА.- 1990.– с. 77–80. (доля здобувача 50% - вивчено вплив сортування на посівні якості насіння і врожайність).

6. Заїка П.М., Лук’яненко В.М. теоретичне дослідження руху насіння на робочій поверхні у вигляді поля виступів //Механізація сільськогосподарського виробництва: Зб. наук. праць НАУ.- К.: вид-во НАУ.-2000.- Том VII.- с. 133-138. (доля здобувача 60% - теоретично обґрунтувано процес сепарації).

7. Установка для определения предельного угла подъема сыпучего материала: А.с. 1283607 СССР, МКИ G 01 N 3/56 /П.М. Заика, В.М. Лукьяненко, В.В. Бакум, Н.В. Бакум (СССР).– № 3879246/25-28; Заявлено 15.04.85; Опубл. 15.01.87, Бюл. № 2.– 3 с. (доля здобувача 50% - запропоновано дозатори виконати у вигляді коміркових коробів).

8. Вибрационный сепаратор: А.с. 1417935 СССР, МКИ В 07 В 1/40, 13/00 /П.М. Заика, В.М. Лукьяненко, А.В. Богомолов, А.И. Бортников, В.Д. Шафоростов (СССР).– № 4062637/29-03; Заявлено 28.04.86; Опубл. 23.08.88, Бюл. № 31.- 3 с. (доля здобувача 50% - профільні канавки запропоновано виконати під кутом до верхнього подовжнього обрізу деки).

9. Вибрационний сепаратор для разделения смеси семян по упругим свойствам: А.с. 1459738 СССР, МКИ В 07 В 9/00 /П.м. Заика, В.М. Лукьяненко, А.В. Богомолов, А.И. Бортников, В.Д. Шафоростов (СССР).– № 4214968/29-03; Заявлено 23.03.87; Опубл. 23.02.89, Бюл. № 7.- 3 с. (доля здобувача 50% - запропоновано над декою встановити перфоровану стрічку, а повітряний колектор розмістити між верхньою і нижньою її гілками).

10. Фрикционный вибросепаратор: А.с. 1480896 СССР, МКИ В 07 В 13/00 /П.М. Заика, В.М. Лукьяненко, Н.В. Бакум, В.В. Бакум, А.И. Бортников, В.Д. Шафоростов (СССР).– № 4206864/29-03; Заявлено 06.03.87; Опубл. 23.05.89, Бюл. № 19.- 4 с. (доля здобувача 50% - відбивну поверхню запропоновано виконати криволінійною).

11. Виброфрикционный сепаратор: А.с. 1532093 ссср, МКИ В 07 В 13/00 /П.М. Заика, В.М. Лукьяненко, А.В. Богомолов, П.М. Юдицкий (СССР).-№ 4380102/30-03; Заявлено 22.12.87; Опубл. 30.12.89, Бюл. № 48.- 3 с. (доля здобувача 50% - запропоновано робочу поверхню виконати у вигляді фрикційних пластин різної шорсткості).

12. Вибрационный сепаратор: А.с. 1572717 СССР, МКИ В 07 В 13/00 /П.М. Заика, В.М. Лукьяненко, А.В. Богомолов, А.И. Бортников, В.Д. Шафоростов (СССР).– № 4319915/30-03; Заявлено 26.10.87; Опубл. 23.06.90, Бюл. № 23.- 4 с. (доля здобувача 50% - додаткові блоки робочих площин запропоновано встановити нижче вібраторів таким чином, щоб центр мас вібростола знаходився на перетині ділильних кіл шестерен).

13. Фрикционный вибросепаратор: А.с. 1577889 ссср, МКИ В 07 В 13/00 /П.М. Заика, В.М. Лукьяненко, А.В. Богомолов, П.М. Юдицкий (СССР).– № 4320238/30-03; Заявлено 27.10.87; Опубл. 15.07.90, Бюл. № 26.- 4 с. (доля здобувача 50% - запропоновано живильний пристрій виконати у вигляді хрестоподібних очисників).

14. Вибрационный сепаратор: А.с. 1627283 СССР, МКИ В 07 В 13/00 /П.М. Заика, И.Д. Харук, В.М. Лукьяненко, А.В. Богомолов (СССР).– № 4497021/03; Заявлено 21.10.88; Опубл. 15.02.91, Бюл. № 6.- 3 с. (доля здобувача 30% - відбивні поверхні запропоновано виконати у вигляді двох безкінечних стрічок).

15. Лукьяненко В.М., Харук И.Д. Вибросепарация семян рапса //Тез. докл. Всесоюз. науч.–практ. конф. “Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе”.- Часть 4.- Новосибирск:.- 1989.– с. 13–14. (доля здобувача 60% - проведення господарських випробувань машини).

16. Лукьяненко В.М. Вибрационный сепаратор повышенной производительности// Тез. докл. Всесоюз. науч.–техн. конф. “Пути повышения уровня эксплуатации и эксплуатационной технологичности машин в новых условиях экономического развития агропромышленного комплекса”.– Харьков: ХИМЭСХ.- 1990.– C. 50-51.

АНОТАЦІЯ

Лук’яненко В.М. Обгрунтування параметрів процесу сепарації насіння ріпака і суріпиці на вібраційній машині. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Харківський державний технічний університет сільського господарства, Харків, 2001.

Дисертація присвячена питанням технологічного процесу сепарації насіння ріпака і суріпиці. В дисертації проведений огляд існуючих засобів сепарації, розроблено математичну модель і обчислювальні алгоритми плоскопаралельного вібраційного руху насіння, як твердих тіл, по площині у вигляді поля виступів.

Обгрунтовано раціональні конструктивно-кінематичні параметри роботи вібраційної машини при очищенні та сортуванні насіння ріпака і суріпиці. Розроблено нову конструкцію вібраційної машини для очищення та сортування насіння ріпака і суріпиці. Використання для посіву насіння ріпака і суріпиці, яке пройшло сепарацію на вібраційній машині, дозволяє зменшити норму висіву на 5-9%, знизити витрати на їхнє виробництво й одержати прибавку врожаю на 9-11%.

Ключеві слова: вібраційна насіннєочисна машина, насіння ріпака і суріпиці, фізико-механічні властивості, технологічний процес, конструктивно-кінематичні параметри, очищення і сортування, дослідження, оптимізація, випробування.

АННОТАЦИЯ

Лукьяненко В.М. Обоснование параметров процесса сепарации семян рапса и сурепицы на вибрационной машине. –Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросам технологического процесса сепарации семян рапса и сурепицы.

В диссертации обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, дана общая характеристика работы.

приводится анализ средств сепарации, проведенных исследований физико-механических свойств семян и примесей, конструкций вибрационных семяочистительных машин и теоретических работ, посвященных процессу сепарации семян на вибрирующих неперфорированных поверхностях.

Сепарация семенных смесей рапса и сурепицы, засоренных трудноотделимыми сорняками и примесями на существующих средствах очистки малоэффективна.

приведены результаты исследований физико-механических свойств семян рапса, сурепицы и их трудноотделимых примесей. Определен признак делимости семян и примесей – предельный угол подъёма по вибрирующей рабочей поверхности и материал её покрытия.

представлены математическая модель и вычислительный алгоритм плоскопараллельного вибрационного перемещения семян как твердых тел по поверхности в виде поля выступов.

Определён диапазон изменения основных параметров рабочего органа и режимов работы вибрационной семяочистительной машины, в котором возможно эффективное разделение семян и примесей.

обоснованы рациональные конструктивно–кинематические параметры работы вибрационной семяочистительной машины при очистке и сортировании семян рапса и сурепицы.

приведена новая конструкция вибрационной семяочистительной машины и результаты её лабораторных и хозяйственных испытаний. Использование при посеве семян рапса и сурепицы, прошедших сепарацию на данной машине, позволяет уменьшить норму высева семян на 5-9%, снизить затраты на их производство и получить прибавку урожая