Обґрунтування способу сепарування насіння соняшника у повітряних потоках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Луганський національний аграрний університет

УДК 631.362

Обґрунтування способу сепарування насіння соняшника у повітряних потоках

Спеціальність 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Єрмак Василь Петрович

Луганськ 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Луганському національному аграрному університеті.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент кафедри сільськогосподарських машин Коваль Віктор Якович, "Луганський національний аграрний університет" Міністерства аграрної політики України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Котов Борис Іванович, ННЦ "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" УААН, завідувач лабораторією після збиральної обробки зерна

кандидат технічних наук, доцент кафедри експлуатації МТП Кириченко Володимир Єгорович, "Луганський національний аграрний університет" Міністерства аграрної політики України.

Провідна установа: Кримський державний агротехнологічний університет, Міністерства аграрної політики України, м. Сімферополь.

Захист відбудеться 12.12.2003 року о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К29.841.01 по присудженню наукового ступеню кандидата технічних наук в Луганському національному аграрному університеті за адресою 91008, м. Луганськ-8, Луганський національний аграрний університет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ЛНАУ за адресою 91008, м. Луганськ-8, Луганський національний аграрний університет.

Автореферат розісланий 11.11.2003 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент Чєкановкін О.О.

насіння соняшник сепарування повітряний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В ринкових умовах особливу актуальність набуває процес підготовки насінного матеріалу для використання інтенсивних технологій. Оскільки соняшник в Україні займає важливе місце серед сільськогосподарських культур, то необхідно забезпечити якісний відбір насінин соняшнику для сівби, з метою отримання насінин із вагою 1000 шт. - 80...100 гр.

Для забезпечення якісного сепарування насінин соняшнику за питомою вагою, постає нагальна потреба у розробці нових способів сепарування. Оскільки найбільш біонічно та просто використовувати для сепарування за питомою вагою повітряний потік, то вдосконалювати необхідно саме таку машину.

Так, як найменші енерговитрати має спосіб сепарування у горизонтальному повітряному потоці, то необхідно збільшити чіткість поділу насінин за питомою вагою такого сепаратора.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дослідження за темою дисертації виконані у відповідності з планами НДР Луганського національного аграрного університету.

Мета і задачі дослідження - обґрунтувати раціональні параметри та режими роботи запропонованого способу сепарування насінин у повітряних потоках з метою забезпечення максимальної якість поділу насінин, вирішивши такі задачі:

- розробити теоретичну модель процесу роботи сепаратора та виходячи з неї, скласти методику теоретичного розрахунку основних параметрів та режимів сепаратора;

- теоретично обґрунтувати раціональні параметри та режими роботи сепаратора, виходячи з умови забезпечення максимальної якості поділу насінин за питомою вагою;

- експериментально довести правильність теоретичних розрахунків раціональних параметрів та режимів сепаратора;

- порівняти якість роботи запропонованого способу сепарування зі звичайним;

- розробити методику інженерного розрахунку параметрів сепаратора;

- визначити економічну ефективність використання запропонованого способу сепарування.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проводились з використанням основних положень вищої математики, теорії імовірності та методів приближеного обчислення на ЄОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Технічна новизна нового способу сепарування у повітряних потоках підтверджується патентом України [1]. Наукова новизна полягає в розробці теоретичної моделі роботи запропонованого способу сепарування, яка дозволяє розрахувати основні геометричні параметри та режими роботи сепаратора. Вперше теоретично визначено та експериментально доведено величину раціональної швидкості зустрічного потоку у вертикальному каналі. Розроблено методику інженерного розрахунку геометричних параметрів сепаратора для практичної реалізації нового способу сепарування насінин у повітряних потоках.

Практична цінність отриманих результатів. Проведені теоретичні дослідження дозволяють розраховувати і виготовляти сепаратори за новим способом сепарування, а також обґрунтовують раціональні режими роботи сепаратора для отримання найвищої якості сепарування. Результати експериментальних досліджень дозволяють регулювати сепаратор для отримання у ході сепарування питомо-важких насінин з необхідною для сівби вагою 1000 шт.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертації виконані здобувачем особисто, зокрема, розроблена теоретична модель процесу роботи сепаратора за новим способом, виготовлені вимірювальні прилади: електричний секундомір та вимірювач швидкості повітряного потоку, виготовлена експериментальна установка, розроблена методика та виконано за нею експериментальні дослідження, виконані промислові іспити установки.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на щорічних науково-методичних конференціях та семінарах (1999-2003р.) ЛНАУ, на VI Міжнародній науково-технічній конференції "Механізація і енергетика сільського господарства" MOTROL'2003 у НАУ в Києві та на XI Міжнародній науково-технічній конференції "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" у ННЦ "ІМЕСГ" в смт. Глеваха ( 2003р. ).

Публікації результатів досліджень. Автором отримано один патент України та видано за результатами досліджень без співавторів - 2 (у тому числі один патент України) [1,2] та у співавторстві 3 статті [3-5]. В опублікованих у співавторстві працях особистий внесок автора складає 50...75%. Усі статті видані у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України.

Реалізація результатів досліджень. Експериментальна установка, виготовлена у ході досліджень, використовувалась для підготовки насінного матеріалу у 1999...2003р. для кафедри виробничого навчання ЛНАУ та фірми "Агротон". У середньому, кожен рік посівні площі ЛНАУ складали 50...95 га. При роботі установки, окрім якісного поділу на чотири фракції за питомою вагою, відбувалося практично повне очищення сепаруємого матеріалу від легкого сміття. Отриманий після сепарування питомо-важкий матеріал першої фракції був настільки чистий, що сівалка СУПН-6 не забилася жодного разу при сівбі на протязі трьох років.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 7 розділів, основних висновків, списку літератури із 103 найменувань та додатків. Містить 166 сторінок із 7 таблиць та 111 рисунків та фотографій.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, мета досліджень, викладається наукова новизна та практична цінність роботи, а також основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі “Аналіз стану питання та завдання досліджень” дано аналіз відомих способів сепарування та різних модифікацій пристроїв, які випускаються промисловістю. Обґрунтована мета роботи і необхідність проведення поглибленого пошуку для створення нових способів сепарування для збільшення якості роботи та зменшення енерговитрат при цьому.

Викладена концепція проблеми, обґрунтована необхідність у використанні сепарування насінин за питомою вагою для підготовки насінного матеріалу при використанні сучасних інтенсивних технологій. Зазначено, що при використанні для насінних цілей відсепарованого питомо-важкого насіння із вагою 1000 шт. - 80...100 гр. додатково отримуємо по 1,5...2,0 ц. соняшника з гектара.

Показано, що найбільш біонічно обґрунтованим та простим у експлуатації є сепарування у повітряному потоці, а оскільки найменшими енерговитрати має спосіб сепарування у горизонтальному повітряному потоці, то вдосконалення такого способу сепарування для збільшення якості його роботи є актуальною задачею. Тому, удосконалення технологічного процесу, розробка конструкції та обґрунтування раціональних параметрів машин для сепарування насінин за питомою вагою складають комплексну науково-технічну проблему, вирішення якої повинно базуватися на основі пошуку нових конструктивних рішень, на теоретичному і дослідному моделюванні технологічних і робочих процесів сепаратора.

Зазначено основні завдання досліджень та основні ознаки запропонованого способу сепарування.

У другому розділі “Аналітичне дослідження роботи запропонованого способу сепарування” поетапно розглянуто робочий процес запропонованого сепаратора.

При роботі насіння із бункеру 1 подається живильником 2 зверху у вертикальний канал-трубу 3, в якому назустріч падаючим зверху насінинам подається зустрічний потік, що утворюється шляхом відсікання частини основного горизонтального сепарувального потоку вентилятору 8 регулювальною заслінкою 9 (рис. 1.). Після проходження вертикального каналу-труби насінини мають вертикальну швидкість, пропорційну до їх питомої ваги, тобто питомо-важкі мають максимальну вертикальну швидкість, а питомо-легкі - найменшу. У результаті цього, питомо-легкі насінини обвіваються горизонтальним потоком довше, тому відносяться у горизонтальному напрямі подалі від питомо-важких. Аналітично, при русі насінини у зустрічному потоці, коли швидкість останнього менша за критичну, рівняння її руху буде:

ma = mg - kFV², (1)

де k - узагальнений коефіцієнт, k = C_x/2; V² - відносна швидкість потоку, м/c.

V = (V_п + V),

де V_п - швидкість зустрічного потоку, м/c; V - вертикальна швидкість насінини, відносно потоку, м/c.

У остаточному вигляді залежність швидкості від часу, при проходженні насіниною вертикального каналу із зустрічним потоком:

, (2)

Раціональна швидкість зустрічного потоку буде, коли на виході з вертикального каналу-труби матимемо найбільшу різницю у вертикальних швидкостях між питомо-важкою та питомо-легкою насіниною, тобто:

V= V_пв - V_пл = max, (3)

де V_пв - швидкість питомо-важкої з насінин, на виході з вертикального каналу; V_пл - швидкість питомо-легкої з насінин.

Задаючись довжиною вертикального каналу S=1,5 м (практично рекомендованою), та підставивши в (2) V=S/t, використавши власну програму для ЄОМ, отримали такий графік (рис. 2). Для розрахунку було узято дві насінини з однаковими усередненими розмірами та аеродинамічними коефіцієнтами, різної власної ваги m_пв=0.1 гр. m_пл=0.05 гр. (див. рис. 2).

Найбільш складним є поділ насінин із близькою питомою вагою. Отже збільшити загальну якість поділу означає збільшити чіткість поділу близьких за питомою вагою насінин. Доведемо покращення чіткості поділу насінин із близькою питомою вагою нашим сепаратором, шляхом порівняння процесу поділу із звичайним сепаратором у горизонтальному потоці. Порівняння зі звичайним способом проведемо у такій послідовності:

1. Задаємося швидкостями горизонтального поперечного та зустрічного повітряних потоків.

2. Задаємося параметрами двох близьких за питомою вагою насінин, які потрібно розділити повітряним потоком: k_пл=k_пв, F_пл=F_пв, але з різною власною вагою: m_пл=0.0875гр, m_пв=0.0876гр.

3. Знаходимо t_зmіn - час дії горизонтального потоку (при звичайному способі) необхідний для рознесення наших насінин у просторі на мінімальну відстань поділення:

,

де S_пл - відстань віднесення потоком питомо-легкої з насінин, м; S_пв - відстань віднесення потоком питомо-важкої з насінин, м; L_max - максимальна довжина насінини у сепаруємому матеріалі, м. використовуючи рівняння руху насінини у горизонтальному (поперечному) напрямку

, (4)

де k - аеродинамічний коефіцієнт опору, що враховує особливості геометричної форми

поверхні насінини; F - площина насінини, на яку діє горизонтальний повітряний потік, м²; V_пп - швидкість горизонтального потоку, м/с.

4. Знаходимо потрібну висоту дії горизонтального потоку (при звичайному способі) для забезпечення обвіювання наших насінин на протязі t_зmіn, при їх вільному падінні, використовуючи рівняння:

.

5. Задаючись максимальною конструкційною довжиною вертикального каналу-труби L_тр=1.5м, розраховуємо t_пл, t_пв - часи знаходження наших насінин у каналі-трубі при раціональній та нульовій швидкостях зустрічного потоку, використовуючи рівняння

, (5)

6. Маючи часи t_пл та t_пв, знаходимо швидкості насінин, при їх випаданні з нижнього кінця каналу-труби, використовуючи рівняння (2).

7. Знаходимо потрібну висоту дії горизонтального потоку такої ж швидкості для поділу тих же насінин згідно досліджуваного способу.

Розрахунок раціональної довжини вертикального каналу-труби проводять за умови досягнення (3) при раціональній швидкості зустрічного потоку 0,9…1,0Vкр, використовуючи ту ж програму для ЄОМ.

Розрахунок мінімальної товщини вертикального каналу-труби проведемо у такій послідовності.

1. Задаємося швидкостями горизонтального поперечного та зустрічного повітряних потоків.

2. Задаємося параметрами 2 найближчих за питомою вагою насінин, які потрібно розділити повітряними потоками: k_пл = k_пв, F_пл = F_пв, але з різною власною вагою: m_пл=0.0875гр, m_пв=0.0876гр.

3. Розрахувавши за методикою раціональну конструкційну довжину вертикального каналу-труби L_тр, розрахуємо t_пл, t_пв - часи знаходження розглядаємих насінин у каналі-трубі за рівнянням (5).

4. Маючи часи t_пл та t_пв, знайдемо швидкості насінин при випаданні з нижнього кінця каналу-труби, використовуючи рівняння (2).

5. Знайдемо часи дії основного горизонтального потоку прийнятої висоти на наші насінини, користуючись формулою:

,

де H_пп.поп - прийнята висота горизонтального потоку, м;

V_к.нас - швидкість відповідної з розглядаємих насінин, на виході з вертикального каналу-труби.

6. Тепер знаходимо відстані віднесення потоком наших насінин, підставляючи знайдені часи у (4).

7. Вирахуємо S_поп - різницю відстані рознесення наших насінин у горизонтальному напрямі, користуючись рівнянням:

S_поп = S_пл - S_пв.

8. Розраховуємо максимальну товщину вертикального каналу-труби, користуючись формулою:

.

Розрахунок мінімальної ширини вертикального каналу-труби проводять за такою послідовністю.

1. Визначаємо кількість насінин, котрі необхідно відсепарувати за 1 секунду, тобто, котрі повинні пролетіти вертикальним каналом за цей час. Для цього знайдемо загальну вагу насінин, що повинні пролетіти за 1 секунду:

Q_сек=Q_год/3600,

де Q_год - необхідна продуктивність сепаратора.

2. Знайдемо загальну кількість насінин, які повинні пролетіти каналом за 1 секунду, за відомою їх усередненої вагою:

,

де m_нас - середня вага однієї насінини у сепаруємому матеріалі.

3. Знайдемо t_ср.дос середній час польоту сепаруємих насінин по вертикальному каналу-трубі. Для цього, за даними експериментальних досліджень визначимо закон розподілення питомої ваги у фракції насінин, та прийнявши його за нормальний; збудуємо відповідну криву. Розбиваючи цю криву на малі ділянки за питомою вагою, та використовуючи відому експериментальну залежність t_{польоту} від питомої ваги, отримуємо графік залежності часу польоту сепаруємого матеріалу, з урахуванням розподілення питомої ваги у сепаруємому матеріалі. Проінтегрувавши цей графік, знайдемо площу інтегральної кривої. Тепер, поділивши площу на ширину, визначимо t_ср.дос - середній час польоту насінин нашого сепаруємого матеріалу у вертикальному каналі-трубі.

4. Маючи середній дослідний час польоту насінин, при V_пот=0,9V_кр, у вертикальному каналі-трубі довжиною 0.8м, відкоректуємо цей час по відношенню до прийнятої довжини каналу-труби, використавши формулу:

,

де L_пр - прийнята для у розрахунку довжина вертикального каналу-труби;

L_дос=0.8м - дослідна довжина вертикального каналу-труби.

5. Визначаємо кількість насінин, які одночасно знаходяться у вертикальному каналі-трубі.

N_{нас.дійсне} =N_нас1 t_ср,

6. Приймаючи розподілення насінин по довжині вертикального каналу-труби підлягаючим нормальному закону розподілення, знайдемо необхідний об'єм каналу-труби, котрий забезпечує простір для вільного обертання навколо своєї вісі, потрібної кількості сепаруємих насінин.

V_mіn=L_ср³N_{нас.дійсне},

де L_ср - узагальнена середня довжини насінини у сепаруємому матеріалі.

7. Знаючи мінімальний об'єм, тепер знайдемо необхідну мінімальну ширину вертикального каналу-труби:

,

де L_міn - прийнята довжина вертикального каналу-труби;

H_тр - прийнята товщина вертикального каналу-труби.

8. Остаточно приймаємо ширину вертикального каналу-труби, користуючись дослідно-отриманою рекомендацією.

b_тр._практ=1,05...1,2b_тр,

де 1,05...1,2 - коефіцієнт збільшення ширини вертикального каналу-труби, використовуваний для зменшення потрапляння сепаруємих насінин в кути по перерізу.

Імовірність зіткнення двох насінин при проходженні вертикального каналу-труби описано формулою.

.

Розрахувавши за рівнянням для нашого сепаратора маємо, при b_ср=5 мм, Н_тр=63 мм, b_тр=200 мм, L_тр=1500 мм: P_{зіткнення} = 0,00000132.

Загальні висновки, що до використання зустрічного потоку.

1. Використання вертикального каналу-труби довжиною 1,5м, навіть без зустрічного потоку, дозволяє зменшити висоту основного горизонтального потоку, потрібну для поділу двох насінин із близькою питомою вагою, на 2,75м (29,3%), у порівнянні зі звичайним способом.

2. Використання вертикального каналу-труби довжиною 1,5м з раціональною швидкістю вертикального зустрічного потоку V=11 м/с (близькій до критичної V_кр.пл=11.23 м/с) дозволяє зменшити необхідну для поділу тих же насінин із близькою питомою вагою висоту горизонтального потоку на 9,34 м (99,5%), у порівнянні із звичайним способом.

3. Використання зустрічного потоку з раціональною швидкістю дозволяє зменшити загальну відстань віднесення у горизонтальному (поперечному) напрямку розглядаємих нами насінин, що робить практично можливим поділ розглядаємих насінин із близькою питомою вагою при використанні запропонованого способу сепарування.

4. Найбільш ефективне гальмування питомо-легкої насінини відбувається при великих, близьких до критичної швидкостях зустрічного потоку у вертикальному каналі (див. рис. 2).

5. Практично рекомендовано брати L_тр=1,5...2,0L_mіn, тобто L_опт=1,5м, конструкційно обмежена максимальна раціональна довжина вертикального каналу-труби для сепаратору.

6. Запропонований спосіб, у порівнянні зі звичайним, дозволяє розділяти насінини з меншою різницею у питомій вазі.

2. Запропонований спосіб, у порівнянні зі звичайним, дозволяє зменшити висоту основного горизонтального потоку вентилятора при забезпеченні чіткого поділу насінин із близькою питомою вагою.

3. Запропонований спосіб при поділенні насінин менше відносить їх у поперечному напрямку, що дозволяє зменшити конструкційну довжину сепаратора.

У третьому розділі подана методика досліджень, головною ціллю якої є вирішення таких задач.

1. Експериментально довести можливість зміни величини вертикальної швидкості насінин шляхом їх гальмування зустрічним повітряним потоком у вертикальному каналі-трубі, а також довести залежність вертикальної швидкості насінин од їх питомої ваги.

2. Експериментально дослідити процес гальмування зустрічним повітряним потоком різних за питомою вагою насінин, визначивши при цьому раціональну швидкість зустрічного потоку у вертикальному каналі, а також визначити вплив попереднього положення насінини у просторі; розташування біля стінки, у кутах по перерізу вертикального каналу-труби на процес гальмування.

3. Виходячи із забезпечення найвищої якості сепарування, тобто за умови максимального гальмування питомо-легких насінин, визначити мінімальну конструкційну довжину вертикального каналу-труби.

4. Визначити та обґрунтувати положення (відстань) встановлення головної поділяючої заслінки, що поділяє насіння по бункерах питомо-важкого та питомо-легкого насіння.

5. Перевірити на достатність висоти дії та швидкості повітряного потоку, встановленого на сепараторі горизонтального (поперечного) вентилятора.

6. Визначити раціональну продуктивність дослідного сепаратора за умов досягнення найвищої якості сепарування.

7. Порівняти якість сепарування піддослідного сепаратора із звичайним.

Також у цьому розділі описано конструкцію експериментальної установки (див. рис. 1) та спеціально сконструйованих приладів для вимірювання малих швидкостей зустрічного потоку (рис. 3а) та електричного секундоміра (рис. 3б), що дозволяє вимірювати час польоту насінин вертикальним каналом-трубою із точністю в 0.01 сек.

У четвертому розділі згідно із методикою проведено експериментальні дослідження.

Для з'ясування раціональної швидкості зустрічного потоку у вертикальному каналі-трубі використовують графік, поданий на рис. 4. На рис. 4 позначено: 1 - найбільш питомо-важка, 8 - найбільш питомо-легка з сепаруємих насінин.

Також збудовано графік рис. 5, що вказує на вплив попереднього орієнтування насінин різної питомої ваги на час проходження вертикального каналу з зустрічним потоком раціональної швидкості 90%V_кр.

Для визначення впливу величини швидкості зустрічного потоку на загальну якість сепарування, було збудовано графік рис. 6.

Головним показником якості роботи сепаратору є середньоквадратичне відхилення загальної кількості (чи їх ваги) насінин, отриманих у ході сепарування одних і тих же насінин по 10 разів підряд. Таке сепарування було проведено при різних швидкостях зустрічного потоку у вертикальному каналі-трубі. Результати подані на графіку рис.7.

Загальні висновки, що до швидкості зустрічного потоку, та її впливу на загальну якість сепарування.

1. Раціональна швидкість зустрічного потоку 0,9...1,5V_kр (див. рис. 4), оскільки саме при такій швидкості потоку різниця у часі проходження вертикального каналу-труби між самою питомо-легкою та самою питомо-важкою максимальна (а значить і різниця у швидкостях).

2. Подання зустрічного повітряного потоку зі швидкістю 0,1...1,7V_kр послідовно дозволяє отримати більш пологу картину розподілення питомої ваги у сліді насінин після сепарування (див. рис. 6.) та більшу загальну довжину сліду.

3. Отримати більшу на 122 гр. максимальну питому вагу отриманих після сепарування 1000 штук питомо-важких насінин, у порівнянні зі звичайним способом.

4. Послідовно із збільшенням швидкості зустрічного потоку у вертикальному каналі-трубі зменшити середньоквадратичне відхилення загальної ваги (тобто кількості) питомо-важких насінин, отримуваних при сепаруванні тих же насінин, 10 разів підряд (див. рис. 7, зліва-направо).

5. Послідовно із збільшенням швидкості зустрічного потоку зменшити середньоквадратичне відхилення власної ваги окремих питомо-важких насінин, отримуваних після сепарування.

6. Послідовно із збільшенням швидкості зустрічного потоку, збільшити середню вагу питомо-важких насінин, отримуваних після сепарування та зменшити кількість маловагомих (з вагою меншою за середню серед питомо-важких) насінин, які потрапляють у бункер питомо-важких при сепаруванні.

7. Послідовно із збільшенням швидкості зустрічного потоку зменшити середньоквадратичне відхилення ширини, товщини та довжини питомо-важких насінин, отримуваних після сепарування та збільшити середні розміри питомо-важких насінин, отримуваних після сепарування.

9. Послідовно із збільшенням швидкості зустрічного потоку, зменшити кількість насінин, які мають аеродинамічно-неправильну геометричну форму поверхні, отримуваних після сепарування у питомо-важкі.

У розділі 5 викладена методика інженерного розрахунку основних конструкційних параметрів та режимів сепаратора. Ця методика дозволяє проводити розрахунки конструкцій для промислового виробництва сепаратора запропонованого типу.

У розділі 6 розрахована економічна ефективність використання запропонованого способу сепарування. Загальний економічний ефект при використанні сепаратора запропонованого типу у господарстві із середньорічною площею соняшника 100 га складає щорічно -71119,72 грн., за весь строк експлуатації 5 років - 355598,63 грн.. Термін окупності становить менше року.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. В результаті аналізу існуючих способів сепарування та сепарувальних систем встановлено, що найбільш перспективним для вдосконалення є спосіб сепарування у горизонтальному повітряному потоці.

2. Визначено, що низька якість роботи звичайного способу утворюються за рахунок того, що площина міделевого перерізу насінини, на яку діє горизонтальний повітряний потік залежить від її положення відносно потоку, а саме положення насінини носить випадковий характер; для збільшення якості поділу насінин запропоновано встановлювати величину вертикальної швидкості кожної окремо узятої насінини при входженні у горизонтальний потік у залежність від її питомої ваги.

3. В результаті теоретичного аналізу процесу руху вертикальним каналом питомо-важкої та питомо-легкої насінин, аналітично з'ясовано, що раціональна швидкість зустрічного потоку становить 0.8...1.0V_кр (4...5м/с), яка забезпечує при проходженні вертикального каналу довжиною L_тр=1.5м величину вертикальної швидкості питомо-важких насінин у 1.5...2.0 рази більшу, ніж у питомо-легких. Це дозволяє горизонтальному потоку діяти на питомо-легкі насінини більший час, зміщуючи їх у горизонтальному напрямку якнайдалі від питомо-важких.

4. У ході теоретичного порівняння якості роботи запропонованого способу сепарування із звичайним встановлено, що для поділу двох насінин однакової форми та розмірів, що різняться тільки власною вагою m₁=0.0000875кг та m₂= 0.0000876кг, при звичайному способі необхідна висота горизонтального потоку (V=12м/с) Н=10м, у той час як при запропонованому способі із вертикальним каналом довжиною L_тр=1.5м необхідна висота Н=0.163м потоку (V=12м/с). Отже запропонований спосіб дозволяє більш чітко поділяти насінини за питомою вагою.

5. Запропонована методика аналітичного розрахунку, дозволяє максимально зменшити собівартість виготовлення сепаратора необхідної продуктивності за рахунок обґрунтування основних параметрів та режимів роботи запропонованого сепаратора.

6. У ході експериментального порівняння запропонованого способу сепарування із звичайним встановлено, що за чіткістю відбору у ході сепарування питомо-важких насінин, до бункеру фракції І запропонований спосіб переважає відомий більш ніж у 1.5...3.0 рази (за величиною середньоквадратичного відхилення ваги насінин у бункері фракції І при 10-кратному сепаруванні із незмінним технологічним налагодженням сепаратору одних і тих же насінин). Доведено, що у відповідності із теоретично-отриманим значенням раціональна продуктивність сепаратору становить Q = 400 кг/год.

7. Розроблена узагальнена методика дозволяє швидко розраховувати основні геометричні та швидкісні параметри сепаратору потрібної продуктивності.

8. Економічна ефективність використання запропонованого способу сепарування у господарстві при щорічній підготовці насінин для сівби 100 га соняшнику становить 71119.72 грн., що при собівартості сепаратору 910грн. забезпечує термін окупності менше року.

ПЕРЕЛІК ПУБЛІКАЦІЙ АВТОРА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пат. України №34040А Єрмак В. П. “Спосіб сепарування сипучих матеріалів та пристрій для його реалізації (варіанти)”. 15.02.2001. БІ №1.

2. Ермак В.П. Обоснование рациональных параметров встречного воздушного потока при сепарации семян подсолнечника в вертикально-горизонтальном воздушном потоке // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. № 17 (29) - Луганськ, 2002. - с. 59-61.

3. Ермак В.П., Коваль В.Я., Василенко А.Д. Обоснование способа сепарирования семян подсолнечника в воздушном потоке // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ, 2000. - с. 94-97.

4. Коваль В.Я., Єрмак В.П. Новий спосіб сепарування насінин у повітряних потоках // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. №10 -Кіровоград, 2001. - с. 74-77.

5. Коваль В.Я., Ермак В.П. Теоретический анализ процесса сепарирования семян подсолнечника в вертикально-горизонтальном воздушном потоке // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. № 10(22) - Луганськ, 2001. - с. 78-81.

АНОТАЦІЇ

Єрмак В. П. Вдосконалення способу сепарування насіння соняшника у повітряних потоках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.05.11. - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Луганський національний аграрний університет, Луганськ, 2003.

У роботі на рівні винаходу поданий новий спосіб сепарування насінин за питомою вагою у повітряних потоках. Шляхом аналізу літературних джерел доведено, що найбільш біонічно обґрунтованим, та найменш енерговитратним є спосіб сепарування насінин у горизонтальному поперечному (до напрямку руху падаючих у нього зверху насінин) повітряному потоці. Запропоновано вдосконалити такий спосіб сепарування шляхом постачання частини цього потоку назустріч падаючим із бункеру зверху, насінинам. Теоретично обґрунтовано раціональну величину швидкості зустрічного потоку, у вертикальному каналі, що складає 90...100%V_кр самих питомо-легких із сепаруємих насінин. Шляхом аналітичних розрахунків доведено, що запропонований новий спосіб сепарування у порівнянні із звичайним сепаруванням у горизонтальному, чи вертикальному (аспіраційному) повітряному потоці, дозволяє поділяти насінини із меншою різницею у питомій вазі. Розроблено методику аналітичного розрахунку основних раціональних геометричних та швидкісних параметрів та режимів запропонованого способу сепарування, за умови забезпечення найвищої якості сепарування. Встановлено формулу, що описує імовірність зіткнення двох насінин у при проходженні вертикального каналу із зустрічним потоком. Розроблено програму для ЄОМ, що дозволяє швидко розрахувати усі основні раціональні параметри сепаратора, а також раціоналізує їх, для забезпечення використання для побудови сепаратора стандартного вентилятору серії “Ц” із прямокутним вихідним повітряним отвором. При розробці методики досліджень, були сконструйовані спеціальні електричні прилади для проведення точних вимірювань малих швидкостей повітряних потоків та часу польоту насінин вертикальним каналом. Було збудовано експериментальну установку, із максимальною продуктивністю 400 кг/год , що використовується на протязі 3-х років для підготування насінного матеріалу для кафедри виробничого навчання ЛНАУ. Дослідження запропонованого способу сепарування встановили, що у порівнянні із звичайним він дозволяє отримати більш пологе розподілення питомої ваги насінин у сліді після сепарування, дозволяє рознести питомо-легкі у просторі подалі від питомо-важких, що виявляється у збільшенні загальної довжини сліду насінин після сепарування. Він дозволяє зменшити середньоквадратичне відхилення загальної ваги (тобто кількості) питомо-важких насінин, отримуваних при сепаруванні тих же насінин, 10 разів підряд; а також частково відбирати у ході сепарування більш крупні, вирівняні за розмірами питомо-важкі насінини, що мають аеродинамічно-правильну (близьку до ідеальної, краплевидної) геометричну форму поверхні.

Розроблена методика інженерного розрахунку сепаратора запропонованого типу. Визначений економічний ефект від його використання на практиці.

Ключові слова: спосіб сепарування, сепаратор, критична швидкість, питома вага, вертикальний канал-труба, зустрічний потік, основний сепарувальний горизонтальний потік, імовірність зіткнення.

Ермак В. П. Усовершенствование способа сепарирования семян подсолнечника в воздушных потоках. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11. - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Луганский национальный аграрный университет, Луганск, 2003.

В работе на уровне изобретения рассматривается новый способ сепарирования семян по плотности в воздушных потоках. Путем анализа литературных источников доказано, что наиболее бионически - обоснованным является сепарирование с применением воздушного потока, а поскольку наименее энергозатратным является сепарация в горизонтальном воздушном потоке, то обоснована необходимость в усовершенствовании именно такого способа сепарирования. Путем аналитических расчетов доказано, что предлагаемый новый способ сепарирования по сравнению с обычным сепарированием в горизонтальном или вертикальном (аспирационном) потоке позволяет разделять семена с меньшей разницей в удельном весе. Разработана методика теоретического расчета основных параметров и режимов работы сепаратора, согласно предлагаемого способа сепарирования. Описано формулу, которая определяет вероятность столкновения двух семян при прохождении ими вертикального канала-трубы с встречным потоком. Разработана программа для ЭВМ, которая позволяет быстро определить основные геометрические параметры и режимы сепаратора, а так же путем рационализации параметров сепаратора подобрать и применить на установке стандартный вентилятор серии “Ц” с выходным отверстием прямоугольного сечения. Была построена и испытана экспериментальная установка, разработана методика инженерного расчета. Рассчитана экономическая эффективность использования.

Ключевые слова: способ сепарирования, сепаратор, критическая скорость, плотность, вертикальный канал-труба, встречный поток, основной сепарирующий горизонтальный поток, вероятность столкновения.

Ermak V. Improvement of a way separations seeds of sunflower in air flows. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.05.11. - mashines and way of mechanization of the agriculture farming.-Lugansk national agrarian university, Lugansk, 2003.

In work at a level of the invention the new way separations seeds on density in air flows is considered. By the analysis of the references is proved, that most bionic-proved is separations with application of an air flow, and as least cost of energy price is the separation in a horizontal air flow, the necessity for improvement of such way separations is proved. By analytical accounts is proved, that the offered new way separations seeds in comparison with usual separations in horizontal or vertical a flow allows to divide seeds with a smaller difference in densities. The technique of theoretical account of the basic parameters and modes of operations separator is developed, agrees of an offered way separations. Is described the formula, which defines probability of collision two seeds at passage by them of a vertical channel - pipe with a counter flow. The computer program is developed which allows quickly to define the basic geometrical parameters and modes separators, and as by rationalization of parameters separations to pick up and to apply on installation the standard fan of a series "C" with a target aperture of rectangular section. Was constructed and the experimental installation is tested, the technique of engineering account is developed. The economic efficiency of use is designed.

Key words: a way separations seeds, separator, critical speed, density, vertical channel - pipe, counter flow, basic separations a horizontal flow, probability of collision.

Размещено на Allbest.ru

...