Кукуруза вчера, сегодня, завтра. Часть 5

XII. Первый этап очистки зерна.

Индустриализация производства, как неминуемый этап развития человечества, пришелся на наше время, она агрессивно вторгается в использование агроресурса нашей планеты. Агрессивно, поскольку законы рынка, да и бизнес, как таковой, по сути своей агрессивны. Рынок требует равнокачественных партий зерна, а это, в свою очередь, требует посевов одной культуры на больших площадях и высокопроизводительной и качественной послеуборочной обработки зерна с минимальным его травмированием.

Значимость качества очистки зерна перед закладкой его на хранение или на подготовку семян исключительно высока. В году 365 дней, из них 6-7 дней на уборку зерна, а остальные на его сохранность, ибо хлеб потребляется все 365 дней не менее трех раз на день, да и семена сеются один раз в году.

Практика зерноочистки показывает, что выполнить очистку зерна за один прием невозможно. Задача очистки зерна непростая по той причине, что необходимо удалять из зерна сорразный по размерам (мельче и крупнее зерна), плотности (тяжелый и легкий), легковитаемый, щуплое изъеденное и пораженное зерно, зерна других культур и сорных растений и т.д. Как правило, за один прием этого сделать не возможно, поэтому традиционно очистку зерна выполняют в два-три, а иногда, и в 4-5 этапов.

При этом многократные пропуски зерна через агрессивные машины при сложившейся поэтапной технологии предварительной, первичной  и вторичной очистках, при многократных ссыпаниях зерна и подъемах его черпающе-бросающими нориями, перемещениях шнеками и скребками, перебрасываниях зернометателями, пневмотранспортом приводят к такому травмированию зерна, которое создает проблемы не только для семян, но и для товарного зерна подлежащего хранению.

 Исходя из этого, необходимо сократить число различного рода пересыпаний и транспортировок зерна при его очистке. Целесообразно, начинать очистку свежескошенного зерна при ссыпании его в приемный бункер завальной ямы. С этой целью на приемный бункер устанавливается решетка, ячейка которой имеет размер 35х35 мм с величиной перемычки 5 мм. Прочность такой решетки позволяет выполнять сквозной проезд по ней груженного зерновоза, что обеспечивает процесс разгрузки, но, главное, на такой решетке задержится весь сор крупнее ячейки. Далее, необходимо максимально эффективно выполнить очистку зерна на участке его перемещения после подъема первой норией к очищающей или очищающе-калибрующей машине второго уровня очистки.

Наиболее оптимальным вариантом для решения поставленной задачи является установка аспиратора на этом этапе очистки зерна. Именно с аспирациицелесообразно начинать очистку зерна, поскольку при этом из зерновой массы удаляются экологически небезопасные составляющие сора – легковитаемый сор и пыль. Кроме того, с позиций, опять же экологической безопасности, систему аспирациинеобходимо выполнять безциклонную, т.е. с замкнутой системой движения аспирирующего воздуха.

Принцип аспирации падающего зерна в восходящем потоке воздуха.

Рис.69. Принцип аспирации падающего зерна в восходящем потоке воздуха.

Вначале, несколько слов об аспирации как таковой.

Существующие сегодня основные приемы по удалению сора от зерна за счет взаимодействия с воздушным потоком (аспирации) реализуются в противотоке – падающее зерно обдувается встречным вертикальным потоком воздуха и частички, скорость витания которых ниже скорости потока, уносятся воздухом вверх из потока падающего вниз зерна. Рассмотрим движение двух зерен разной плотности в восходящем потоке воздуха при условии, что в силу разной плотности зерен скорость витания одного зерна выше скорости потока, а второго ниже. Тяжелое зерно будет падать, т.к. поток не в силах его поднять, а легкое будет, хоть и сопротивляться движению вверх (Земля-то его притягивает), но воздух это сопротивление переборет и поднимет легковесное зерно (рис.69).

Можно считать задачу выполнили – отделили от зерна легковитаемый сор. Если не задаться вопросом: зачем мы потратили деньги (читай электроэнергию на привод вентилятора) на преодоление сопротивления тяжелого падающего зерна. А энергии потратили немало. В этом легко убедиться, если сопоставить мощности приводов для колебания рассевов различных машин (БСХ, БИС, «Петкус» и т.д.) и мощности приводов вентиляторов для аспирации легковитаемого сора у этих машин – воздушный поток требует в 5-8 раз большей мощности. Такой способ аспирации энергозатратный, ибо воздух с большой скоростью обдувает все зерно ради удаления легковитаемой примеси, доля которой занимает 3-5%от массы зерна. Энергия движущегося воздуха при этом бесполезно тратится на формирование пограничных слоев на падающих зернах, и чем длиннее этот путь, тем больше потери. Именно пограничный слой на твердых поверхностях «съедает» энергию потока, которая расходуется на трение между струйками, движущимися с различными скоростями от «0» на поверхности зерна до скорости потока на границе пограничного слоя. Экономическая эффективность такого способа очень низкая. При этом быстро падающий сплошной поток зерна нарушает равномерность воздушного потока, который и без того в узком канале имеет высокую неравномерность скорости (скорость у стенки канала равно «0»), что и приводит к низко эффективной аспирации.Кроме того, падающее зерно, изменяя первоначальную распределенность взаимодействия с потоком, смыкается в сплошной поток, увлекая с собой сор.

В ходе специально поставленных исследований мы убедились, что эффективность аспирации зависит именно от организации процесса взаимодействия падающего зерна с пронизываемым его воздушным потоком. Оказалось, что при аспирации определяющую роль имеет плотность зернового потока, форма семян и насыпная плотность (натура). Для каждой культуры существует предельное значение плотности зернового потока, при котором аспирация прекращается как процесс.

Схема первого этапа аспирации (замкнутый цикл)

Рис.70. Схема первого этапа аспирации (замкнутый цикл).

Накопленный опыт в разработке зерноочищающих машин убедительно показал необходимость глубокой и многовариантной  регулируемости режимов работы таких машин, и аспираторыне являются исключением.

Исходя из этого, нами разработан и испытан аспиратор, который имеет следующие конкурентные преимущества.

1.      Оптимизирована траектория потока зерна с учетом влияния на нее сносящего потока воздуха.

2.      Воздух движется по замкнутому контуру, что исключает установку циклонов, и существенно снижает потребление электроэнергии, по той причине, что принудительная подача воздуха (наддув) на вход вентилятора снижает нагрузку на электропривод рабочего колеса, что позволяет выходить на повышенные обороты за счет увеличения частоты тока без его перегрузки.

3.      Бесступенчатое регулирование пропускной способности (производительности) и скорости воздушного потока позволяет оптимизировать известное для различных с/х культур противоречие параметров: качество очистки и производительность.

4.      Предусмотрено раздельное удаление пыли и сора.

На рисунке 70 показана схема работы аспиратора АФ-30.

На рисунках 71, 72, 73 приведены данные испытаний АФ-30 на различных культурах: кукурузе, пшенице и подсолнечнике.

Эффективность очистки кукурузы при изменении режимов работы аспиратора АФ-30

Эффективность очистки пшеницы при изменении режимов работы аспиратора АФ-30

Рис.71. Эффективность очистки кукурузы при изменении режимов работы аспиратора АФ-30.

Рис.72. Эффективность очистки пшеницы при изменении режимов работы аспиратора АФ-30.

 

Эффективность очистки подсолнечника при изменении режимов работы аспиратора АФ-30

Рис.73. Эффективность очистки подсолнечника при изменении режимов работы аспиратора АФ-30.

Результаты исследования аспиратора позволяют сделать следующие выводы.

1.       Доля выноса зерна при увеличении скорости потока в аспираторе АФ-30 подчиняется линейному закону.

Патенты на аспиратор Фадеева

Патенты на аспиратор Фадеева

Патент Украины

Патент России

Рис.74. Патенты на аспиратор Фадеева.

2.       Если принять за оптимальное значение долю выноса зерна равную 10%, то для ее получения необходимо работать при аспирациикукурузы на 60 Гц, пшеницы 55 Гц, а подсолнечника 50 Гц. Производительность при этом будет составлять 20 т/час для каждой культуры.

3.       Плотность зернового потока при аспирациине должна превышать критическую, при которой поток зерна становится непроницаемым для воздуха. При работе аспиратора АФ-30 такой режим наступает при аспирации кукурузы 20 т/час, пшеницы и подсолнечника 30 т/час.

 Устройство аспиратора защищено патентами Украины и России (рис.74).

В настоящее время по такой схеме успешно проходит испытание аспиратор производительностью 100 т/час.

На рисунке 75 показан внешний вид очищающего комплекса «Дуэт», 100 т/час.













внешний вид очищающего комплекса «Дуэт», 100 т/час.

Рис.75. внешний вид очищающего комплекса «Дуэт», 100 т/час.

 Результаты испытания комплекса аспиратор АФ-30 и очищающий калибратор

Рис.76. Результаты испытания комплекса аспиратор АФ-30 и очищающий калибратор

Результаты испытания комплекса АФ-30 приведены на рисунке 76.

Приведенные графики (рис.76) позволяют сделать следующие выводы:

1.     Глубокое регулирование режимов аспиратора позволяет эффективно чистить зерно в широком диапазоне по производительности (при 20 т/час и 40 т/час).

2.     Режим очистки при частоте вращения вентилятора 60 Гц показал хорошее качество удаления сора при производительности 40 т/час (практически, вынос составил такую же долю как и при 50Гц на производительности 20 т/час).

В случае необходимости сушить зерно, очистку целесообразно проводить как до сушки, так и после нее. До сушки – для того, чтобы не тратить деньги на сушку сора и не снижать лишней влагой температуру теплоносителя, а после сушки – по той причине, что подсохший и не удаленный до сушки сор легко удалится после сушки.

  

XIII. Машины для очистки зерна кукурузы (обзор и анализ).

Схема принципа работы зерноочищающих машин при плоскопараллельном движении зерна

Рис.77. Схема принципа работы зерноочищающих машин при плоскопараллельном движении зерна.

Начиная с 30-х годов прошлого века, в основу устройства  зерноочищающих машинзаложен двух ярусный ситовой кузов, состоящий из двух сит, расположенных один над другим: верхнее просевное сито, которое пропускает через крупные отверстия все зерно на нижнее сито (при этом сор намного крупнее зерна сходит с верхнего сита), через нижнее (подсевное) проходит мелкий сор, а зерно с какой-то долей оставшегося сора с него сходит. Со временем менялся принцип колебания ситовых кузовов (круговые колебания: БСХ, БИС, «Shmidt-zeeger»; плоскопараллельные «Petkus», «Cimbria» и др.), менялись устройства по очистке сит от застрявших в них зерен и сора (ударяющие молоточки, скребки и щетки, шарики и т.д.), но принцип разделения зерновой смеси на крупный сор, зерно и мелкий сор при проходе зерновой массы через верхнее сито на нижнее не менялся (рис.77). Это можно объяснить как простотой такого устройства для очистки зерна, так и инертностью, когда разработчики оказываются в плену принятой когда-то концепции. Эта инертность прослеживается не только в разработке машин для сельского хозяйства, но и в более интеллектуально емких направлениях, в частности в авиации.

Сравнивать эффективность зерноочищающих машин предлагаемых сегодня рынком можно только в самых общих чертах. Другое дело автомобиль. Конкуренция в автомобилестроении сформировало рынок, в котором при желании покупатель может четко получить ответ «кто есть кто». Характеристики многочисленных параметров автомобилей сведены в сравнительные таблицы и запрос покупателя, и ответ рынка пересекаются в точке, которая устраивает обе стороны.

В зерноочищающем оборудовании (как и в другой технике для сельского хозяйства) пока этого нет. Характеристики машин «рисуются» производителями, которые, чтобы не сказать грубо «дурят» народ, скажем мягче – желаемое выдают за действительность. Вот, например, рекламная информация о производительности одной из зерноочищающих машин: площадь сит 12 м2 – производительность 70 т/час. Следующая модификация той же машины – площадь сит 16 м2– производительность 150 т/час (?!).

Вся полемика производителей-конкурентов указанных машин о преимуществах одних перед другими сводится к принципу слова против слов. Необходимы строгие комплексные сравнительные исследования характеристик машин, проводимые независимой экспертной организацией.

Пока до этого в с/х машиностроении дело не дошло, но бизнес, рано или поздно, выйдет на такую технологию сравнения, поскольку без нее неверный выбор машины ведет к значительному недополучению прибыли.

На сегодняшний день самая большая в мире по площади рассева зерноочищающая машина, построенная на принципе круговых колебаний плоскопараллельных кузовов «Shmidt-zeeger», с площадью рассева 48 м2 и с шестью ситовыми кузовами, выстроенными один над другим с дисбалансирующим приводом круговых колебаний и очисткой шариками (рис.78).

Преимущества:

-       высокая надежность;

-       низкий уровень шума;

-       хорошая защита от пыли;

-       простая в эксплуатации.

Недостатки:

-       не удаляет зерновую примесь;

-       узкий диапазон регулирования;

-       требует существенного снижения производительности для обеспечения качества очистки.

Внешний вид и функциональная схема зерноочищающей машины серии Schmidt-Seeger TASTM

Внешний вид и функциональная схема зерноочищающей машины серии Schmidt-Seeger TASTM

Рис.78. Внешний вид и функциональная схема зерноочищающей машины серии Schmidt-Seeger TASTM

Внешний вид сепаратора вороха универсального СВУ-60

Рис.79. Внешний вид сепаратора вороха универсального СВУ-60

Суть основного недостатка в следующем. Во второй половине рассева мелкий сор в составе зерна ссыпающегося на подсевное сито с низкой проницаемостью не успевает пройти через слой зерна до сита и сходит с зерном (рис.77).












 Схема работы рассева сепаратора вороха универсального СВУ-60.

Рис.80. Схема работы рассева сепаратора вороха

универсального СВУ-60.

Повысить эффективность работы на кукурузе можно за счет установки сит Фадеева с гексагональными отверстиями как на подсевное, так и на сортировочное сито для отбора крупного сора.

Попытку создать зерноочищающую машину, удаляющую зерновую примесь, предприняли разработчики «Воронежсельмаша» и на рынок вышла машина СВУ-60 (сепаратор вороха универсальный) (рис.79). В такой машине, при одновременном плоско-параллельном колебании всех четырех этажей, зерно, разделенное на четыре равных потока, проходит последовательно по трем ситам с разными отверстиями. Функциональная схема очистки зерна при его движении через соответствующие сита

Снижение производительности СВУ-60 при повышении качества очистки зерна.

Рис.81. Снижение производительности СВУ-60 при
повышении качества очистки зерна.

приведена на рисунке 80.

Но при этом, разработчикам машины, чтобы не переразмеривать общую длину рассева, сита для прохода мелкого сора, зерновой примеси и зернапришлось делать относительно короткими. Для прохода мелкого сора, в этом случае, условия улучшились – не успев примериться к своему (первому по ходу зерна) ситу, он проходит вместе с зерновой примесью через второе сито, тем самым, отделяясь от чистого зерна и засоряя зерновую примесь. Для удаления зерновой примеси остались те же трудности – пройти через весь слой зерна к своему (короткому) ситу удается не всей примеси, тем более, что зерновая примесь, как более легкая фракция, при виброрассеве в результате самосепарирования оказывается вверху зернового слоя, а при плоско-параллельном колебании принудительного ворошения (массообмена) в слое зерна не происходит, так что большая часть зерновой примеси проходит вместе с «чистым» зерном. Для прохода «чистого» зерна через третье сито по ходу зерна оно должно иметь отверстия намного больше зерна, чтобы успеть без остатка пропустить все зерно на коротком участке рассева, а значит вместе с зерном проходит и часть крупного сорасоразмерного с отверстиями сита. Именно поэтому повышение качества очистки на такой машине требует снижения производительности в три и более раза, о чем и указывают производители машины в сопровождающих документах. На рисунке 81 показана взаимосвязь эффективности очистки и производительности СВУ-60.

Повысить эффективность работы СВУ-60 на кукурузе можно за счет замены сит с круглыми отверстиями на сита Фадеева, а для отбора зерновой примеси установить сито с гексагональным отверстием размера 6,0

 

Зерноочищающие машины барабанного типа.

Рассев барабанного типа (горизонтальная ось вращения) (КБС, Луч, ЗСО и др.)

Рис.82. Рассев барабанного типа (горизонтальная ось вращения) (КБС, Луч, ЗСО и др.).

Свою нишу на рынке среди зерноочищающих машин занимают машины барабанного типа с горизонтальной осью вращения барабана. Принцип работы такой машины простой – непрерывное пересыпание зерна на внутренней поверхности вращающегося цилиндрического барабана, состоящего из сит с отверстиями разной формы и размера, позволяет отобрать мелкий сор, пропустить зерно и обеспечить сход крупного сора. На рисунке 82 показана схема работы такого сепаратора.

Преимущества:

-       высокая надежность;

-       простота эксплуатации;

-       отсутствие вибрационных нагрузок;

-       возможность работы с зерном повышенной влажности.

Недостатки:

-       низкая эффективность из-за низкого коэффициента использования сита (30-35%), неравномерной толщины слоя на сите и отсутствия очистки сит от застрявших в отверстиях сита зерен и сорных частиц в нижней части, т.е. именно там, где идет просыпание;

-       время пребывания отдельных зерен при ворошении зерновой массы на внутренней поверхности барабана может отличаться на 30%;

-       травмирование зерен;

-       недостаточное регулирование режима работы.

Машины барабанного типа с горизонтальной осью вращения большой производительности начали делать во Франции. Самые большие по габаритам зерноочищающая машина в мире КБС и «Луч» (объем ~51 м3). На рисунке 83 показан внешний вид этих машин.

Сепаратор типа КБС

Зерновой сепаратор Луч

Сепаратор типа КБС

Зерновой сепаратор ЛУЧ ЗСО

Рис.83. Зерноочищающие машины с горизонтальной осью вращения барабана.

Изменение производительности очистки зерна при повышении качества очистки на сепараторе барабанного типа «Луч ЗСО»

Рис.84. Изменение производительности
очистки зерна при повышении качества
очистки на сепараторе барабанного типа
«Луч ЗСО».

В силу указанных недостатков машин барабанного типа с горизонтальной осью вращения, производительность их резко снижается при необходимости повысить качество очистки. На рисунке 84 показана эта зависимость, видно, что производительность снижается в разы.

Замена сит традиционной геометрии на сита и решета Фадеева могут существенно повысить производительность и качество очистки кукурузы на барабанных сепараторах.

Отдельное место на рынке зерноочищающих машин занимают центробежные машины типа БСЦ и «RIELA» с вертикальной осью вращения барабана. Отличительный признак таких машин – изменение силового взаимодействия зерна и сита за счет прижатия зерна центробежными силами к внутренней поверхности вращающегося с большой угловой скоростью (два оборота в секунду) барабана, состоящего из сит с отверстиями разного размера и разной формы. Линейная скорость в момент касания зерна и сита при этом составляет около 4 м/с. Вертикальное перемещение зерна по цилиндру происходит за счет колебаний всего барабана в осевом

Принцип работы центробежного сепаратора типа БЦС.

Рис.85. Принцип работы центробежного сепаратора типа БЦС.

направлении. Схема работы такого устройства приведена на рисунке 85.

Преимущества:

-       высокая производительность;

-       простота эксплуатации;

-       кроме того, у машин «RIELA» улучшенная система аспирации, устранена мертвая зона взаимодействия зерна с ситом за счет размещения очищающих барабанов на общей вращающейся платформе (зерноочищающая машина Prof-Seed).

Недостатки:

-       травмирование зерна;

-       недостаточное регулирование;

-       низкое качество очистки, обусловленное тем, что центробежная сила проталкивает через отверстия вращающегося сита не только зерно, но и сор.

Внешний вид центробежных сепараторов показан на рисунке 86.

 

Сепаратор виброцентробежный зерновой БЦСМ-50

Зерноочищающая машина Prof-Seed фирмы RIELA

Сепаратор виброцентробежный зерновой БЦСМ-50

Зерноочищающая машина Prof-Seed фирмы RIELA

Рис.86. Внешний вид центробежных сепараторов.

Приведенный краткий анализ показывает стремление разработчиков создать зерноочищающую машину большой пропускной способности.

Однако, необходимость высокого качества очистки вынуждает снижать производительность в несколько раз.


 

XIV. Зерноочищающие машины – новый подход.

Разрабатываязерноочищающиеи калибрующие машины разного принципа взаимодействия с зерном, анализируя разработки ведущих отечественных и зарубежных фирм, создающих такие машины, мы пришли к убеждению, что, машин, которые бы отвечали различным требованиям эксплуатации – не существует, и само направление по созданию универсальной зерноочищающей мономашины – тупиковое. По той причине, что задачи по качеству очистки, производительности, количеству необходимых фракций при очистке зерна и его калибровке с учетом разных по физическим и геометрическим показателям различных с/х культур, так отличаются, что решить их в рамках какой-то одной эффективной универсальной машины невозможно.

На наш взгляд выход в другом. Необходимо отработать один модуль, который бы имел автономный привод, эффективную очистку сит (решет), многовариантную регулировку режимов его работы и высокую проницаемость легкозаменяемых сит (решет). Т.е. создать модуль, из которых можно было бы «складывать» машины по очистке зерна и его калибровке согласно поставленной задаче по производительности, качеству, количеству фракций, компоновке и т.п. Таким образом, машины будут отличаться только количеством таких модулей (очищающих калибраторов). Именно эту задачу мы решили и разработали ситовой корпус (очищающий калибратор), который является основой линейки зерноочистительных машин, как для зерноочистки, так и для калибровки семян (рис.87).

Очищающий калибратор Фадеева

Рис.87. Очищающий калибратор Фадеева.

Преимущества нового подхода.

1.       Эффективность очищающих калибраторов обусловлена увеличением пропускной способности сит (решет) в среднем на 47%и, наличием на решетах ворошителей, обеспечивающих массообмен в слое движущегося зерна. Кроме того, траектория движения на таком очищающем калибраторе (в отличие от круговых или плоскопараллельных колебаний, реализуемых практически на всех зерноочищающих машинах отечественного и зарубежного производства) возвратно-подбрасывающая с регулируемым вектором импульса.

2.            В приводе очищающего калибратора для колебательного движения отсутствуют тяги, эксцентрики, шкивы, ремни и т.д., ибо привод обеспечивается поворотными вибраторами с высоким эксплуатационным ресурсом.

Патенты на вибратор Фадеева.

Патенты на вибратор Фадеева.

Патент Украины

Патент России

Рис.88. Патенты на вибратор Фадеева.

3.            Возможность регулирования режимов работы каждого очищающего калибратора (четыре регулируемых параметра – вектор импульса колебания, частота, амплитуда колебания, и угол наклона очищающего калибратора).

Для очищающего калибратора нами разработаны специальные вибраторы, устройство которых запатентовано в Украине и в России (рис.88). Выход из строя такого вибратора обусловлен только ресурсом электродвигателя. А поскольку вал ротора электродвигателя в нашем вибраторе не нагружается ни в осевом, ни в радиальном направлениях, то можно рассчитывать на приличный ресурс, превышающий указанный в паспорте завода-изготовителя электродвигателя.

Вибратор позволяет за счет изменения взаимного положения дебалансов регулировать величину импульса практически монотонно (12 положений). Корпус вибратора выполнен монолитным с ответным местом для консольного расположения фланцевого электродвигателя. Для компенсации возможной несоосности валов вибратораи электродвигателя (каждый на двух собственных опорах), передача крутящего момента осуществляется через эластичную муфту.

Поскольку очищающий калибратор безопорный (6 степеней свободы) и вся подводимая энергия расходуется только на его колебания, то мощность, потребляемая двумя вибраторами, не превышает 0,74 кВт. Отработавший свой ресурс электродвигатель легко меняется.

Очистка сит в процессе работы во многом определяет эффективность работы машины в целом. Особенно это важно при работе с семенами сложной формы. Замена щеток и скребков, используемых для очистки сит при их скольжении по нижней поверхности сит и, безусловно, наносящих травмирование застрявшим в отверстиях зернам, на шарики, как способ очистки сит, своевременен, как с точки зрения снижения травмирования семян, так и повышения эффективности очищающего калибратора. При этом надо понимать, что шарик должен быть активным на тех режимах колебания очищающего калибратора, на которых взаимодействие зерна с ситом самое благоприятное. Этому условию отвечает три момента: шарик полиуретановый (прыгучесть в 1,5 раза выше, чем у резинового); зазор между «постелью» шарика, то есть рельефной проницаемой поверхностью, толкающей шарик и ситом должен быть оптимальным; и наконец, сама «постель» должна быть максимально «агрессивной», то есть беспощадно отправлять шарик «на работу». К сожалению эти три условия не всегда отслеживаются. Так у многих машин «постель» делается проволочной из сварной сетки с ячейкой 20Х20. Такая сетка демпфирует при ударе шариком и нужны большие амплитуды колебания для его активного отскока. Максимальная скорость отскока шарика в момент выравнивания его деформации и хорошо, когда упругая энергия деформации при восстановлении формы шарика в большей мере тратится на его ускорение.

Схема определения наиболее подходящей геометрии поверхности вызывающей движение шарика при очистке сит рассева.

Рис.89. Схема определения наиболее подходящей геометрии поверхности вызывающей движение шарика при очистке
сит рассева.

Схема движения зерна на сите при наличии ворошителей

Рис.90. Схема движения зерна на сите при наличии ворошителей.












С целью повышения эффективности очистки сит в очищающих калибраторах, которые мы производим, в качестве элемента, толкающего шарик к сетке, используются стальные трубки, которые явно показали свои преимущества перед сеткой и другими вариантами (рис.89).

Одно из требований к зерноочищающим машинам – удобная и быстрая замена сит (решет). На наших машинах сито (решето) меняется за 2 – 3 минуты без какой-либо его доработки. То есть просто требуемое сито (решето) кладется на место предыдущего и прижимается специальным устройством. Решето устанавливается основами (перемычками) вверх. При этом основы выполняют роль ворошителей, которые позволяет воздействовать на зерно в процессе его движения так, что вся поверхность решета покрыта зерном, что повышает качество калибровки, но, главное, происходит массообмен в слое зерна, что позволяет проходовым частицам с большой вероятностью проходить до поверхности решета (рис.90).

Патенты Украины и России на очищающе-калибрующую машину Фадеева (ОКМФ).

Рис.91. Патенты Украины и России на очищающе-калибрующую машину Фадеева (ОКМФ).

Таким образом: автономный ситовой очищающий калибратор (рассев, модуль)содержат те технические решения, которые были отобраны в результате многочисленных, сравнительных испытаний и новизна которых защищена патентами Украины и России (рис.91).

Именно такой подход позволяет компоновать очищающе-калибрующие машины для разных задач по производительности, количеству фракций при калибровке, требуемой конфигурации машин в горизонтальном или вертикальном варианте.На рисунке 92 показан вариант горизонтального (надбункерного) размещения очищающий калибраторов, а на рисунке 93 показан вариант вертикальной компоновки.

Кроме всего, компоновка машины из отдельных модулей позволяет оптимизировать загрузку сит (решет) за счет увеличения площади сит (решет) того размера, который требуется для калибровки партии семян. Дело в том, что распределения семянок по размеру подчиняется закону Гауса (рис.94) и в каждой партии есть доминирующая по размеру доля семян, которая для оптимизации работы машины требует большей площади сит (решет) требуемого размера.

Очищающе-калибрующая машина большой производительности

Схема движения зерна и отделения сора и зерновой примеси на зерноочищающей машине ОМФ в режиме очистка (вертикальная компоновка).

Рис.92. Очищающе-калибрующая машина большой производительности

Рис.93. Схема движения зерна и отделения сора и зерновой примеси на зерноочищающей машине ОМФ в режиме очистка (вертикальная компоновка).

Возможное распределение семянок пшеницы по размеру толщины зерновки в партии посевного материала

Рис.94. Возможное распределение семянок пшеницы по размеру толщины зерновки в партии посевного материала.

Поскольку мы подошли к рассмотрению эффективности работы очищающе-калибрующей машины, то есть смысл вначале рассмотреть особенность устанавливаемых на них сит (решет) новой геометрии.

Поскольку основной элемент зерноочистительной и сортировальной техники – это сита и решета, то остается только удивляться, как можно было мирится с тем, что десятилетиями выпускались (и продолжают выпускаться) сита и решета, проницаемость и геометрическая форма которых не позволили повышать производительность машин и улучшать качество их работы.

Работая на машинах типа БСХ, СМ, «Петкус» и др., я все время раздражался тем, что в паспорте производителя стоят цифры, которые на практике никому не удается получить, а при очистке таких семян как подсолнечник, вообще, производительность меньше заявленной в паспорте в разы!

«Мертвые зоны» при очистке сита упругими шариками

Рис.95. «Мертвые зоны» при очистке сита упругими шариками.

Рассмотрим от чего, вообще, зависит производительность работы решетных зерноочищающих машин. Возьмем четыре основных условия.

1. Площадь рассева, точнее, площадь сита, за исключением мертвых зон, то есть зон, в которых очистка не происходит в силу способа очистки и конструктивных особенностей крепления сита (рис.95).



2.
Величина суммарной площади отверстий, отнесенной к общей площади сита (в %). Живое сечение.

F = Σf отв F сита (%)

К сожалению, этот показатель не учитывает площадь мертвых зон, которая может сильно отличаться у разных машин.

3. Эффективность очистки сит в процессе рассева на них зерна.

Для клинообразных семян (в том числе и кукуруза) этот показатель очень важный. Поскольку отверстие сита быстро закрывается застрявшей в нем зерновкой, и до ее удаления, отверстие не «работает».  Это особенно заметно на машинах типа  БИС, БСХ и подобных, где сито движется по круговой траектории, т.е. отсутствуют колебания в вертикальном направлении, что не позволяет ситу частично самоочищаться, да и шарик при круговых колебаниях вяло работает. Еще хуже обстоит дело в барабанных сепараторах, где сито не очищается в месте просыпания зерна.

4. Возможность регулировать режимы колебания сита с целью изменения частоты, амплитуды, вектора направления и угла наклона самого рассева. Такая регулировка позволяет подобрать оптимальный режим очистки для каждой культуры.

К сожалению, такого набора регулировок нет ни в одной машине, кроме тех, которые выпускаются нами. В машинах типа БИС, БСХ и других с круговым движением сит, вообще такие регулировки отсутствуют.

Исходя из вышеизложенного,  универсальным решением повысить производительность зерноочищающих машин различного варианта исполнения – это повысить прозрачность сит, т.е. увеличить F (%) за счет увеличения суммарной площади отверстий (Σ fотв). Основное узкое место, сдерживающее производительность очищающих машин – это удаление мелкого сора на подсевных ситах, по той причине, что сита с отверстиями малого размера имеют малую суммарную площадь Σ fотв, а значит и малое живое сечение. Дело в том, что сама форма круглого отверстия на ситах традиционного исполнения, даже при малой величине перемычки между отверстиями не позволяет обеспечить максимально возможное живое сечения из-за «звездочек» остающихся между отверстиями.

Геометрия сит.

Геометрия сит

Рис.96. Геометрия сит.

1 – Традиционного варианта;

2 – Сито Фадеева.

Сито Фадеева.

Патенты Украины и России на сита Фадеева

 Патенты Украины и России на решета Фадеева.

Рис.97. Патенты Украины и России на сита Фадеева.

Рис.98. Патенты Украины и России на решета Фадеева.

Совсем другое дело отверстие шестигранной формы (рис.96). Именно такие сита мною были запатентованы: украинский патент «Сито Фадєєва», российский патент «Сито Фадеева» (рис.97). Идею я подсмотрел у пчелы, которая задолго до изобретателей, таких как я, и любых других, вообще, задолго до появления человека на Земле гениально решила задачу – создав склад для меда с минимальным расходом строительного материала (воска), максимальной прочностью и максимальным объемом. Именно пчелиная сота отвечает такой триединой задаче.

Известные обычные решета, высеченные из листа, так называемые «щелевые», мы предлагаем заменить на решета Фадеева (патент Украины «Решето Фадєєва»; патент России «Решето Фадеева» (рис.98), что позволит заметно повысить производительность очистки и сортировки при улучшении качества.

Основные недостатки обычных щелевых решет.

1. Травмирование зерна. Технология производства такого решета простая – штамп определенной геометрии вырубает в плоском листе отверстия прямоугольной формы. При этом, вырубающий пуансон штампа, вытягивает металл при резке и образует на нижней части листа заусеницу по периметру отверстия. Отечественные производители  таких решет не удаляют эту заусеницу – сотрется, мол, зерном при работе. Да, сотрется, но сколько зерна эта заусеница успеет порезать (режется защитная оболочка зерна и зародыша, толщина 0,1-0,3 мм).






Травмирование зерна на решетах из стального тонкого листа при щеточной (а) и скребковой (б) очистке

Травмирование зерна на решетах из стального тонкого листа при щеточной (а) и скребковой (б) очистке

Рис.99. Травмирование зерна на решетах из стального тонкого
листа при щеточной (а) и скребковой (б) очистке.

Травмирование зерна при центробежном принципе очистки

Рис.100. Травмирование зерна при центробежном принципе очистки.

 Особенно травмируются семянки на машинах, где очистка решет производится щетками или, того хуже, скребками (такие машины десятилетиями поставлялись в страны бывшего СССР как зарубежными так и отечественными производителями) (рис.99). Процесс травмирования при этом усугубляется еще и тем, что решето совершает возвратно-поступательные колебания частотой более 10 гц, в то время, как движущаяся по нижней поверхности сита щетка или скребок фиксируют застрявшую семянку и сито ее режет. В машинах типа БЦС картина по травмированию еще хуже. «Встреча» зерна с решетом начинается с удара со скоростью около 4 м/с (частота вращения барабана 2 об/с), затем центробежная сила прижимает зерно к острой кромке отверстия с силой во много раз большей собственного веса семянки, причем, решето при этом совершает возвратно-поступательные колебания высокой частоты в вертикальном направлении (рис.100) и, в довершении, крупное зерно в таких машинах в начале «потрется» о кромки подсевных решет, а уже потом проскочит в отверстие своего последнего решета. Если при этом, на застрявшую зерновку, выступающую из отверстия, накатится очищающий ролик, то он, вообще, может зерновку разрезать.

2.           Низкая проницаемость (относительная доля площади отверстия к площади решета) ограничивает производительность машин.



Низкая эффективность калибровки зерна на плоском сите

Рис.101. Низкая эффективность калибровки зерна на плоском сите.

Положение зерновки на плоском решете– случайное событие, и если «случится», что она не повернется как надо для примерки к отверстию, то зерно сойдет со «своего» решета, на котором должно было пройти, на следующее – не «свое» с увеличенным для него размером отверстия (рис.101).










Характерные размеры зерновки

Рис.102. Характерные размеры зерновки.

Зерно имеет три размера (рис.102) длину, ширину и толщину. Ответ на вопрос: по какому из двух (ширине или толщине) происходит калибровка на плоских решетах отдан случайным событиям. В любом случае, для просева на таких решетах отверстия должны иметь размер не меньше ширины зерновки.

Исследования показывают, что отсутствие на плоских решетах разрыхлителей снижает возможность проникновения проходовых частиц сквозь слой зерна к решету. Особенно это негативно сказывается при маятниковом (круговом) колебании рассевов (машины типа БИС, БСХ, Schmidt-seeger и т.п.), где отсутствуют колебания решет в вертикальном направлении.

Все вышеперечисленные недостатки устраняются одним решением. Решета Фадеева (рис.103) выполнены из

Решета Фадеева

Рис.103. Решета Фадеева.

 круглых проволочек, образующих решетку из поперечин и

основ. Расстояние между поперечинами является определяющим размером для сортирования материала.

Преимущества решет новой геометрии:

-           не травмируют зерно;

-           проницаемость выше, по сравнению с плоскими решетами, что позволяет поднять производительность всех существующих ситовых сепараторов и тех, которые производятся и будут производиться;

-           изменяют малоэффективный вероятностный принцип взаимодействия зерна с плоским решетом на вынужденно-ориентируемый, т.е. рельеф решета принудительно ориентирует зерно для «примерки» к размеру отверстия; на таком решете, зерно и решето как бы договариваются друг с другом. Решето предлагает зерновке развернуться в своем движении и примериться по самому малому размеру – толщине, то есть то, что зерновке и нужно: пройти через отверстие как можно меньшего размера, чтобы через него не прошел сор.

Сравнение проницаемости сит

Рис.104. Сравнение проницаемости сит.

Сравнение проницаемости решет

Рис.105. Сравнение проницаемости решет.

На решетах предлагаемой геометрии, каждая точка касания с частицей (сор это или зерно) способствует движению частицы к отверстию и ориентируют ее при этом примериться наименьшим размером, ибо сама форма отверстия представляет из себя воронку прямоугольной формы. Таким образом, предлагаемые решета принципиально меняют процесс просеивания – в одном случае пропуская частички мелкого сора, разворачивая их малым размером к отверстию, а в другом случае задерживают крупный сор, пропуская зерно при совпадении его толщины с величиной отверстия.

Замена сит устаревшего стандарта на сита и решета новой геометрии позволит повысить эффективность всей зерноочищающей техники. Это хорошо видно из приведенных графиков (рис.104, 105), на которых приведены сравнения проницаемости сит (решет) традиционного исполнения и сит (решет) новой геометрии.

Очищающе-калибрующий комплекс по подготовке семян кукурузы будет показан в соответствующем разделе.

  

XV. Тяжелые семена – сильные семена.

Уважаемый читатель, когда я произношу как заклинание утверждение о том, что сеять нужно только тяжелые семена, то рискую услышать в ответ, что это агрономам давно известно, а вот где взять деньги на приобретение пневмовибростола ?

Это действительно так. Стоимость пневмовибростола с обвалом гривны резко возросла, ибо управление пневмовибростолом осуществляется через частотные преобразователи приводов, общее количество которых 5 штук, а они, как известно, поставляются из-за рубежа. Поэтому нами разработана и выпускается более простая машина для сепарации семян по плотности – струйный сепаратор Фадеева (ССФ-10). Для отдельных культур она может заменить пневмовибростол. Далее все по порядку.

Повторюсь, что без сепарации семян по плотности нельзя сеять в XXI веке – веке, в котором началась точная агротехнология, а точный сев, и выверенная посевная норма нетравмированных семян высокого потенциала, так же, как и точное земледелие, – составные части такой агротехнологии. С древних времен, занимаясь земледелием, человек отмечал повышенную урожайность тяжелых семян.

Дошедшие до нас рекомендации на этот счет относятся к началу нашей эры.

Так Катон и др. в книге «О сельском хозяйстве» (1957 г.) [20] приводит слова римского писателя – эрудита Плиния, который в I веке н.э. в трактате «Естественная история» писал: «…на семена следует сохранять зерно, которое на току оказывается в самом низу, оно самое лучшее. Потому что самое тяжелое и нет более целесообразного способа его отличить».

Варрон М.Т. в книге «Сельское хозяйство» (1963 г., перевод с латыни) приводит рекомендации современника Плиния, одного из древнеримских авторов Колумеллы, который  со ссылками на собственный практический опыт, опыт своего дяди Марка Колумеллы и на труды своих римских и греческих предшественников, в частности Цельса, писал: «…там, где урожай невелик, надо собрать самые лучшие колосья и семена из них, ссыпать отдельно, …если же случится жатва обильная, то обмолоченное зерно следует провеять и зерна, которые по причине своей величины и тяжести окажутся внизу, неизменно сохранять на семена» [21]. В той же мере это касается и семян кукурузы.

Исследования показали, что самые репродуктивные семена более выполнены и имеют большую удельную массу – плотность.

Наиболее системные исследования такого отличительного признака семян выполнил Н.А. Майсурян [22]. В последующих исследованиях эти результаты неоднократно подтверждались (Грищенко В.В., 1984г., Щетинина Ф.А., 1984г., Киндрук Н.А., 1990г., Макрушин М.М., 1994г., Ижик М.К., 2001г., Новицкая Н.В., 2008 г., Жатова Г.А., 2010г., Каленская С.М., 2011г., Ткалич И.Д., 2011г.). Если бы только размеры семян определяли их семенные и урожайные свойства, то это намного бы упрощало принцип отбора семян высокого потенциала. На самом деле это не так. Вернее не совсем так. Дело в том, что самые крупные семена бывают гипертрофированы, у них часто нарушено соотношения масс эндосперма, оболочки и зародыша, у них менее плотная «упаковка» молекул, много воздушных пор, они чаще травмируются. Такие семена при сепарации их по плотности отделяются от более плотных не травмированных семян и удаляются из посевного материала.

Распределение составляющих зерна кукурузы

Распределение составляющих зерна кукурузы.

Плотность различных составляющих зерна кукурузы

Плотность различных составляющих зерна кукурузы.

Рис.106. Распределение и плотность различных составляющих зерна кукурузы.

Плотность семян как отличительный признак посевных и урожайных свойств может быть объяснена тем, что в составе зерна кукурузы более 75% крахмала и протеина, наиболее тяжелых составляющих. Кроме того, известно, что чем выше содержание протеина, тем выше энергия прорастания, а расщепленный крахмал обеспечивает питание зародыша в процессе прорастания зерна. Именно эти составляющие определяют плотность зерна (рис.106).

В 1898году американцы, братья Стил, изобрели и создали машину для разделения семян по плотностипневмовибростол, и человечество получило инструмент, при помощи которого можно сухим способом с высокой точностью разделять семена по плотности. Человечество-то получило, но в его составе нет стран СНГ. Советско-колхозный строй приучил сеять зерно сразу после зерноочистки и неудивительно, что сегодня в России только 0,5% семян проходят сепарацию по плотности. В Украине чуть больше, ибо сеют кукурузу семенами, купленными за валюту у зарубежных фирм тех стран, которые уже давным-давно не сеют ни одну культуру без сепарации семян на пневмовибростолах.






















 Зерна с равным отношением омываемой поверхности к массе на пневмовибростоле не разделяются

Рис.107. Зерна с равным отношением омываемой поверхности к массе на пневмовибростоле не разделяются.

Распределение зерен при поперечном колебании деки (без вертикального потока воздуха)

Рис.108. Распределение зерен при поперечном колебании деки (без вертикального потока воздуха).
















Есть одна особенность работы пневмовибростола – для качественного разделения семян по плотноститакими машинами надо выполнить предварительную строгую калибровку семян по размерам и по форме, и на пневмовибростол подавать семена с одинаковой омываемой поверхностью, иначе тяжелые мелкие семена и легкие крупные окажутся в одной компании, по той простой причине, что отношение разных омываемых поверхностей к разным плотностям у них окажутся одинаковыми и пневмовибростол их не разделит (рис.107).

Суть работы пневмовибростола простая. Направленные поперечные колебания деки смещают зерно в направлении импульса колебания (рис.108), даже в том случае, когда стол имеет поперечный угол наклона. Тяжелые семена в процессе колебания занимают нижние слои и лежат на деке, а более легкие оказываются наверху. Если теперь через деку, (она проницаема для воздуха), направить выровненный поток воздуха снизу  вверх такой интенсивности, что - бы он приподнял легкие зерна, а тяжелые оставил на колеблющейся деке, то они (легкие зерна) начнут скользить вниз, т.е. в противоположную сторону от движения тяжелых (рис.109). Осталось только наклонить деку (не меняя

Распределение зерен на деке в псевдоожиженном слое

Рис.109. Распределение зерен на деке в псевдоожиженном слое

поперечного угла) в продольном направлении и ссыпать отдельно легковесные и тяжелые семена.

В производимых нами пневмовибростолах (пневмовибростол Фадеева – ПВСФ) имеются новые технические решения, на которые получены патенты России и Украины (рис.110).

1. Зерно перед попаданием на деку проходит через аспиратор с целью обеспыливания и отбора легковитаемого сора.






Патенты Украины и России

Рис.110. Патенты Украины и России.

2. Дека получает колебания от автономного электропривода, что позволяет монотонно регулировать частоту колебания через частотный преобразователь.

3. Кроме рифов, установленных по нормали к основному направлению движения зерна вдоль деки, мы устанавливаем продольные рифы для активизации движения тяжелого зерна вверх поперек деки (рис.111).

4. Регулирование расхода воздуха, образующего псевдоожиженный слой на деке выполняется позонно, за счет автономных, регулируемых частотниками, четырех вентиляторов.

5. Легковесные семена и равный им по плотности сор удаляется непосредственно с поверхности деки (рис.112).

6. Пыль, не отошедшая на входном аспираторе, удаляется общим зондом (рис.112).

 







Дека пневмовибростола (ПВСФ) высокой производительности

Схема работы пневмовибростола (ПВСФ) высокой производительности

Рис.111. Дека пневмовибростола (ПВСФ) высокой производительности;

1. - поперечный риф; 2. - продольный риф.

Рис.112. Схема работы пневмовибростола (ПВСФ) высокой производительности.

 

Аспиратор на входе, устройство для отбора наиболее легких семян и зонд для эвакуации пыли подсоединены к автономной аспирационной установке. Указанные преимущества позволили повысить качество работы пневмовибростола и существенно поднять его производительность.

Импульсные колебания деки сбалансированы, что позволяет устанавливать пневмовибростол без массивного основания.

Пневмовибростол надежно работает несколько лет, а окупается за один сезон дважды! Первый раз на озимых, а второй на яровых культурах при площадях посева 1000 га и более.

Таким образом – пневмовибростол:

-       выделяет трудноотделимые примеси от семян культурных растений;

-       сортирует семенной материал  по продуктивности семян;

-       выделяет из семенного материала травмированные, пораженные насекомыми и инфицированные семена;

-       отделяет зародыш кукурузы из состава дробленного зерна (при необходимости);

-       выделяет из состава семян как тяжелые (камешки, песок и т.д.), так и легкие компоненты (проросшие семена, экскременты грызунов, спорынью, дикой редьки…)

Для более строгого решения перечисленных выше задач другой машины, кроме пневмовибростола, пока в мире создать не удалось.

Пневмовибростол делит семена на три фракции.

Тяжелые – это семена, как правило, со 100% чистотой и высокими посевными и урожайными качествами. Средние  имеют значительную долю кондиционных семян и часть не кондиционных, но разделить их можно только в том случае, если направить на повторное разделение эту фракцию отдельно от остальных.

Легкая фракция, как правило, имеет низкие посевные качества и только в том случае, если лабораторный анализ покажет приемлемый уровень качества, эти семена можно повторно направить на пневмовибростол  и выделить из них кондиционные. С этой целью легкая фракция отводится в отдельный бункер (биг-бэг) для «приговора» после получения результатов анализа.

Все три фракции ссыпаются в соответствующие бункеры, контейнеры или биг-бэги.

Теперь о других машинах претендующих на функцию монопольно принадлежащую пневмовибростолу– разделение семян по плотности.

В последнее время на рынке зерноочистительных машин начали появляться машины использующие принцип взаимодействия сносящего потока воздуха с падающим зерном. На Украине это «САД», «АЛМАЗ», в России «ПСМ» и д.р.

Нами проведены сравнительные исследования по качеству разделения семян по плотности на пневмовибростоле – ПВС-3 и струйном сепараторе – ССФ-10. Для испытания были взяты строго откалиброванные партии семян пшеницы, кукурузы и подсолнечника.

Но, вначале несколько слов об отличии машин, использующих принцип взаимодействия сносящего потока воздуха с зерном, свободно падающим в гравитационном поле Земли.

Схема взаимодействия потока воздуха с разными по размеру частицами равной плотности

Рис.113. Схема взаимодействия потока воздуха с разными по размеру частицами равной плотности.

1. Если ставится задача разделить зерно по плотности (удельному весу, натуре) то абсолютно необходимо зерно перед этим выровнять по размерам, т.е. откалибровать. Иначе мы имеем две переменные: парусность и плотность. А для строгого разделения нам нужна только одна переменная. Не углубляясь в теорию пограничных слоев, поясню: целое зерно в сносящем потоке воздуха, скорость которого чуть меньше скорости витания зерна, будет падать по траектории обусловленной сносящим воздействием потока и притяжением Земли. А теперь размелем в ступке это зерно до муки (массу-то и плотность мы не изменим) подадим ее в тот же поток – где оно окажется!? (рис.113).








Схема взаимодействия воздушного потока с семенами сложной формы

Рис.114. Схема взаимодействия воздушного потока с семенами сложной формы.

Итак, при одинаковой плотности зерна мелкое летит дальше, а это значит, что строгое разделение по плотности возможно только с откалиброванным по размеру материалом.

2. Кроме того, такие машины, хорошо разделяют семена простой формы. Семена сложной формы - строго разделить в сносящем потоке не возможно.

Так, например, семена подсолнечника по закону случайных событий могут попасть в поток в трех разных положениях: «а», «б», «в» (рис.114).

В каждом из вариантов мы получим три разные траектории движения семян.









Схема смешения струй воздуха при равных начальных скоростях

Рис.115. Схема смешения струй воздуха при равных начальных скоростях.

Конечно, при длительном воздействии потока семечко займет положение «в», но где взять это время, машина - то для этого мала.

3. Сносящей поток воздуха, должен иметь равномерную структуру, как по параметрам турбулентности (масштаб и интенсивность) итак и по эпюре скорости. При смешении выдуваемых в затопленное пространство струй (что и происходит в машинах типа «АЛМАЗ» и «САД) такую равномерность получить просто невозможно по причинам хорошо известным в газовой динамике.

Даже если предположить равенство параметров в исходном сечении струй, то картина их смешения только по эпюре скорости выглядит так (рис.115).

А если еще наложить на эту неравномерность вихревую структуру, это понятно, что никакого равномерного воздействия на зерно в такой камере смешения струй воздуха получить невозможно.

4. В рекламе указанных выше машин утверждается, что зерно в них за один проход теряет влажность на 2%. Так просто зерно влагу не отдает.

Время падения зерна, в таких машинах от момента встречи его  со сносящим потоком воздуха до попадания в приемный бункер составляет около одной секунды (0,8 - 1,2 сек.).

Понятно, что за одну секунду никакой сушки зерна произойти не может по двум причинам:

Схема работы струйного сепаратора ССФ-1 в линии по производству семян

Рис.116. Схема работы струйного сепаратора ССФ-1 в линии по производству семян.

-       фазовый переход (нагрев и испарение воды) требует большой энергии, кстати, само испарение требует энергии в пятьдесят раз больше, чем нагрев;

-       - влаговыравнивание в зерне протекает очень медленно – для зерна злаковых более часа, а в зернах кукурузы и подсолнечника 3 – 4 часа.

Понимая все сложности стоящей задачи, мы разработали машину, максимально отвечающую указанным требованиям (кроме сушки).

Струйный сепаратор (ССФ-10) работает следующим образом:

Поток воздуха замкнутый (рис.116). Вентилятор (1) подает воздух в каналы подвода к ресиверу (2) перед входом в рабочую камеру (3). В ресивере скорость воздуха снижается для выравнивания его параметров перед рабочей камерой. Между ресивером и рабочей

Схема движения воздуха, имеющего вихревую структуру через хонейкомб

Рис.117. Схема движения воздуха, имеющего вихревую структуру через хонейкомб.

камерой установлен хонейкомб (4), в котором происходит переформирование масштабов турбулентности из случайных и разных в ресивере в строго упорядоченные на входе в рабочую камеру. Переформирование происходит в пяти тысячах одинаковых каналов прямоугольного сечения, длина которых равна 15 калибрам, как и требуется для полного выравнивания потока (рис.117).







Схема работы устройства по отбору частиц из потока воздуха

Рис.118. Схема работы устройства
по отбору частиц из потока воздуха.

Кроме того, в струйном сепараторе ССФ-10 вентилятор установлен так, что воздух в рабочей камере, после выравнивания его структуры, движется равномерно по той причине, что всасывается рабочим колесом вентилятора, а не выдувается в виде отдельных струй, как это сделано в других сепараторах.

Таким образом, выровненный потенциальный поток воздуха поступает в рабочую камеру. В него ссыпается ровным слоем зерно, равномерно распределенное по ширине рабочей камеры, благодаря приемному устройству (5), равного ширине камеры.

Сносящий поток воздуха, воздействуя на зерно, сносит его по ходу своего движения. Поскольку зерно откалибровано по размеру, то силовое взаимодействие зерен с потоком одинаковое.

Поэтому различие траекторий падения зерен обусловлены только разницей в плотности, за счет чего они и распределяются по пяти приемным бункерам соответствующим образом. Наиболее легковесные зерна отражаются специальным устройством (рис.118) в пятый по счету бункер (рис.11) и не попадают во входной канал вентилятора.

Регулирование режимов работы машины осуществляется за счет:

-       изменения скорости потока воздуха путем регулирования частоты оборотов вентилятора частотным преобразователем, что, кроме точности регулирования, снижает потребление энергии (опять замкнутость!);

Патенты Украины и России на струйный сепаратор (ССФ-10)

Патент Украины

Патент России

Рис.119. Патенты Украины и России на струйный сепаратор

(ССФ-10).

-       изменения положения поворотных заслонок (7) с целью требуемого распределения зерна по бункерам.

-       машина работает в режиме замкнутого цикла – без обмена воздухом с окружающей средой.

Технические решения при разработке струйного сепаратора защищены патентами Украины и России (рис.119).

Проведенные сравнительные испытания струйного сепаратора ССФ-10 и пневмовибростола ПВСФ-5, показанные в графиках на рисунках 120, 121, 122 позволяют сделать следующие выводы:

1.     Пневмовибростол, на сегодняшний день, единственная машина, позволяющая строго разделять семена по плотности, а значит по посевным и урожайным качествам любых с/х культур. При этом, семена перед разделением по плотности на пневмовибростоледолжны быть выравнены (откалиброваны) по размеру и по форме.

2. Семена простой формы (малая разница ширины и толщины зерновки), к которым из исследуемых партий относится пшеница, показали удовлетворительный результат по разделению на струйном сепараторе(рис.120).

3. Семена кукурузы в сносящем потоке воздуха разделяются по плотности несколько хуже по сравнению с разделением на пневмовибростоле (рис.121).

4. Увеличение скорости сносящего потока воздуха привело к существенному улучшению разделения семян кукурузы (разница в натуре «тяжелой» и «средней» фракции увеличилась с 0,01% до 0,02%), но при этом 10% «тяжелой» фракции перешло в «среднюю» фракцию. При этом, легковесные семена и по количеству и по натуре совпали по результатам разделения на пневмовибростоле. Можно допустить, что при отсутствии пневмовибростола, выравненный по масштабу турбулентности и по эпюре скорости, сносящий поток воздуха удовлетворительно разделяет семена кукурузы по плотности.

5. Как и следовало ожидать, качественного разделения по плотности в сносящем потоке воздуха семян сложной формы, у которых существенно различаются по величине ширина семянки и ее толщина, получить не удалось (рис.122).

Как уже было сказано, это легко объясняется тем, что траектория движения семянки, в этом случае, зависит от ее положения в сносящем потоке воздуха, а вариант этого положения относится к случайному событию. На этом примере отчетливо видно преимущество пневмовибростола, на котором строго разделяются по плотности семена подсолнечника, относящиеся к семенам сложной формы.

Сравнение сепарации семян пшеницы по плотности на струйном сепараторе ССФ-10 и на пневмовибростоле ПВСФ-5

Рис.120. Сравнение сепарации семян пшеницы по плотности на струйном сепараторе ССФ-10 и на пневмовибростоле ПВСФ-5.

Сравнение сепарации семян кукурузы по плотности на струйном сепараторе ССФ-10 и на пневмовибростоле ПВСФ-5

Рис.121. Сравнение сепарации семян кукурузы по плотности на струйном сепараторе ССФ-10 и на пневмовибростоле ПВСФ-5.

Сравнение сепарации семян подсолнечника по плотности на струйном сепараторе ССФ-10 и на пневмовибростоле ПВСФ-5

Рис.122. Сравнение сепарации семян подсолнечника по плотности на струйном сепараторе ССФ-10 и на пневмовибростоле ПВСФ-5

 


24.11.2017