Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Специфика физико-механических свойств клеверной пыжины 9
1.2 Физико-механические и агробиологические свойства семян бобовых трав 11
1.3 Классификация и анализ терочных устройств для выделения семян трав 12
1.4 Особенности устройства и процесса работы клеверотерок 17
1.5 Способы повышения посевных качеств семян трав 25
1.6 Классификация и анализ устройств для скарификации семян трав 28
1.7 Машины для скарификации семян трав 33
1.8 Постановка цели и задачи исследования 40
2 Обоснование конструктивно-технологической схемы и основных параметров вытирающе скарифицирующего устройства семян трав 41
2.1 Рабочий процесс вытирающе-скарифицирующего устройства тангенциального типа 41
2.2 Анализ процесса перемещения материала в зазоре между терочной поверхностью барабана и декой вытирающего устройства 43
2.3 Определение необходимой для перемещения материала частоты вращения барабана и производительности 51
2.4 Анализ степени вытирания вытирающего устройства 53
2.5 Обоснование конструктивных параметров выходного патрубка 58
2.6 Выводы 66
3 Программа и методика экспериментальных исследований 67
3.1 Программа экспериментальных исследований 67
3.2 Экспериментальная установка, приборы и оборудование 68
3.3 Методика проведения экспериментальных исследований
3.3.1 Методика определения модуля упругости вороха пыжины клевера 71
3.3.2 Методика определения влияния параметров вытирающе-скарифицирующего устройства на степень вытирания и дробление семян 73
3.3.3 Методика подготовки клеверной пыжины для определения влияния ее влажности на степень вытирания семян 75
3.3.4 Методика определения влияния параметров вытирающе скарифицирующего устройства на показатели качества скарифи кации 76
3.4 Методика обработки экспериментальных данных 80
4 Результаты экспериментальных исследований вы тирающе-скарифицирующего устройства 81
4.1 Исследование влияния влажности клеверной пыжины на степень вытирания семян 81
4.2 Исследование влияния конструктивно-технологических параметров и кинематического режима работы вытирающе скарифицирующего устройства на степень вытирания и дробление семян 82
4.3 Исследование влияния конструктивно-технологических парамет ров и кинематического режима работы вытирающе скарифицирующего устройства на показатели качества скарифика ции 93
5 Испытания опытного образца вытирающе-скарифицирующего устройства 103
5.1 Общее устройство и технологический процесс клеверотерки-скарификатора 103
5.2 Техническая характеристика клеверотерки-скарификатора КС-0,2 105
5.3 Результаты ведомственных испытаний лабораторного образца клеверотерки-скарификатора КС-0,2 при работе в режиме вытирания 106
5.4 Результаты ведомственных испытаний клеверотерки-скарификатора КС-0,2 при работе в режиме скарификации 110
5.5 Результаты приемочных испытаний клеверотерки-скарификатора 112
5.6 Энергетическая и технико-экономическая оценка клеверотерки-скарификатора КС-0,2 117
Заключение 123
Список основных обозначений и сокращений 126
Список использованной литературы 130
- Особенности устройства и процесса работы клеверотерок
- Определение необходимой для перемещения материала частоты вращения барабана и производительности
- Методика определения влияния параметров вытирающе-скарифицирующего устройства на степень вытирания и дробление семян
- Исследование влияния конструктивно-технологических параметров и кинематического режима работы вытирающе скарифицирующего устройства на степень вытирания и дробление семян
Введение к работе
Актуальность темы. Производство семян бобовых и злаковых трав является сегодня одной из важных проблем в кормопроизводстве. Многолетние травы – это не только высокоэкономичный резерв создания качественной, сбалансированной по элементам питания кормовой базы, но и элементы системы земледелия, улучшающие структуру почвы и обеспечивающие сохранение ее плодородия, что в условиях дефицита ресурсов становится условием высокоэффективного хозяйствования.
В технологии послеуборочной обработки семян трав, которая включает в себя уборку, сушку вороха, вытирание семян на специальных терочных устройствах и очистку, вытирание является одной из самых трудоемких операций, для выполнения которой используются специальные машины – клеверотерки. В настоящее время в основном применяются клеверотерки КС-1,0 (Россия), К-310А (Германия), К-0,5 (Польша), К-0,3 (Россия).
При выращивании многолетних трав важное значение имеет полноценность посевного материала. Однако в среднем 10-15% семян бобовых трав имеют труднопроницаемую для воды и воздуха оболочку, в почве они не набухают и не дают всходов. Поэтому перед посевом в некоторых случаях необходимо нарушить твердую оболочку семян, т.е провести скарификацию на специальных машинах - скарификаторах. В результате такой операции на оболочке твердых семян образуются царапины или трещины, через которые проходит влага и воздух, и семена быстро набухают и прорастают. Всхожесть семян при этом существенно увеличивается. Эта операция, как и вытирание, тоже имеет довольно сложный технологический процесс и нуждается в применении специальной машины. В настоящее время для ее выполнения применяются скарификаторы СВВ-0,2; СС-0,5; СКС-1; СТС-2; СКС-30; СК-300.
Применение машин специального назначения, как для вытирания, так и для скарификации, требуется лишь короткий период в году, остальное время они простаивают. Поэтому перспективным направлением усовершенствования вытирающих и скарифицирующих устройств является разработка устройства, позволяющего выполнять две технологические операции – вытирание семян и их скарификацию.
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого» в
соответствии с планом НИР по теме № 0767-2014-0037 (№ гос. регистрации АААА-А16-116021950082-7) «Совершенствование технологий и технических средств очистки семян зерновых культур и трав в условиях Евро-Северо-Восточного региона».
Цель и задачи исследования. Целью работы является снижение приведенных затрат на обработку семян трав путем разработки вытирающе-скарифицирующего устройства.
Для достижения поставленной цели определены задачи исследования:
провести анализ конструкций современных устройств и машин для вытирания и скарификации семян трав;
предложить техническое решение, обеспечивающее выполнение двух функций – вытирания и скарификации;
разработать конструктивно-технологическую схему вытираю-ще-скарифицирующего устройства семян трав;
вывести аналитические зависимости, позволяющие математически описать процесс перемещения частиц обрабатываемого материала в вытирающе-скарифицирующем устройстве, определить его основные параметры и показатели качества выполнения технологического процесса;
изготовить экспериментальную установку вытирающе-скарифицирующего устройства семян трав;
исследовать процессы вытирания и скарификации семян трав в вытирающе-скарифицирующем устройстве и определить его основные параметры;
- по результатам исследований разработать конструкторскую
документацию и изготовить опытный образец машины для вытира
ния и скарификации семян трав;
- провести испытания опытного образца машины для вытирания
и скарификации семян трав в производственных условиях;
- дать экономическую оценку применения новой машины для
вытирания и скарификации семян трав.
Научная новизна. Новизна заключается в том, что технологические процессы вытирания и скарификации семян трав исследуются как имеющие общие технологические признаки, что делает возможным их выполнение одним устройством (патент РФ 2549929), содержащим корпус, цилиндрический барабан с горизонтальной осью вращения и наружной сплошной терочной поверхностью, деку, загрузочную горловину, выходной патрубок.
Новизна теоретического исследования состоит в том, что движение частиц обрабатываемого материала в зазоре между терочной поверхностью барабана и декой рассматривается как происходящее вследствие разницы коэффициентов трения между частицами и декой и частицами и терочной поверхностью барабана вытирающе-скарифицирующего устройства.
Теоретическая и практическая значимость. Аналитические зависимости, описывающие движение частиц обрабатываемого материала в вытирающе-скарифицирующем устройстве, позволяют определить степень вытирания семян и рассчитать основные конструктивные параметры устройства на стадии проектирования.
Математические модели функционирования вытирающе-
скарифицирующем устройства и определенные с их помощью оптимальные конструктивно-технологические параметры могут быть использованы при разработке подобных устройств.
Практическое применение предложенного технического решения, защищенного патентом РФ, снижает приведенные затраты на обработку семян трав при высоких показателях качества их вытирания и скарификации.
На основании результатов исследований разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец клеверотерки-скарификатора КС-0,2 производительностью до 0,2…0,3 т/ч, который прошел ведомственные и приемочные испытания в ФГБУ «Кировская МИС». Годовой экономический эффект от применения новой машины составил 21,4 тыс. руб., снизились приведенные затраты на единицу продукции на 26%, коэффициент интенсификации 0,66.
Методология и методы исследований. Объектами исследований являлись процессы вытирания и скарификации семян трав, рабочие органы, экспериментальный и опытный образцы вытирающе-скарифицирующего устройства.
При теоретическом определении основных параметров выти-рающе-скарифицирующего устройства применены численные методы решения выведенных аналитических зависимостей.
При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и разработанные нами методики (патент РФ 2564874) с применением физического и математического моделирования.
При реализации, подготовке и обработке результатов экспериментов использовали методы математической статистики, теории
планирования эксперимента с применением пакета прикладных программ.
Положения, выносимые на защиту:
технологическая и конструктивная схемы вытирающе-скарифицирующего устройства;
аналитические зависимости, описывающие движение частиц обрабатываемого материала в зазоре между терочной поверхностью барабана и декой вытирающего устройства, и в выходном патрубке;
- математические модели функционирования и оптимальные
конструктивно-технологические параметры вытирающе-
скарифицирующего устройства;
результаты ведомственных и приемочных испытаний опытного образца машины для вытирания и скарификации семян трав;
результаты экономической оценки применения новой машины для вытирания и скарификации семян трав.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность основных выводов в заключении подтверждена результатами теоретических и экспериментальных исследований; положительными испытаниями опытного образца машины для вытирания и скарификации семян трав.
Основные положения диссертации доложены и одобрены на первой Молодежной конференции «Молодые ученые – аграрной науке Евро-Северо-Востока» в Северо-Восточном РНЦ Россельхозака-демии (2013 г.) и Международных научно-практических конференциях «Наука-Технология-Ресурсосбережение» в Вятской ГСХА (2012, 2013, 2015, 2016 гг.).
Публикации. Основные положения работы отражены в 12 публикациях, в том числе 6 – в изданиях, рекомендованных ВАК, и в двух патентах РФ на изобретение.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы, включающего 133 наименования, 9 приложений, 153 страниц компьютерного текста, в котором 47 рисунков, 17 таблиц.
Особенности устройства и процесса работы клеверотерок
Свойства семян делятся на две группы: 1) неиспользуемые при постановке технологических процессов очистки, дальнейшей обработке и посеве семян -химический состав, всхожесть, энергия прорастания и т.д.; 2) используемые при построении технологических процессов очистки, дальнейшей обработке и посеве семян - масса (абсолютная масса 1000 зерен, удельная и объемная масса), свойства поверхности, обволакиваемость, форма, парусность, а также их размеры и другие.
Для нас интересна такая важная биологическая особенность семян, как их твердосемянность - наличие в семенном материале твердых семян, которые не изменяют своего внешнего вида и остаются ненабухшими к концу срока лабораторного проращивания.
Твердосемянность определяет характерное биологическое свойство семян бобовых трав (козлятника, клевера и многих других) - растянутость сроков их прорастания на месяцы, а иногда и на годы.
С целью увеличения всхожести необходимо уменьшить твердосемян-ность материала, этого можно добиться с помощью различного рода приемов предпосевной обработки, которые проводятся непосредственно перед посевом, так как семена с нарушенной твердой оболочкой быстро теряют всхожесть [72, 86, 104]. С другой стороны, семена с твердой ненарушенной оболочкой наиболее пригодны для длительного хранения, т.е. твердосемянность надо рассматривать как ценное биологическое и хозяйственное свойство [104, 105, 123, 127]. 1.3 Классификация и анализ терочных устройств для выделения семян трав
Все основные устройства для выделения семян бобовых трав по способу воздействия рабочего органа на обрабатываемый материал можно разделить на четыре группы: только с ударным воздействием, только с перетирающим воздействием, а также с их сочетанием, но с преобладанием либо ударного, либо перетирающего воздействия [122, 123] (рис. 1.1).
С ударным воздействием устройства применять нецелесообразно для работы по выделению семян бобовых трав, так как они не могут обеспечить необходимых показателей качества.
Группу устройств для выделения семян трав, в которых ударное воздействие преобладает над перетирающим, можно подразделить по конструкции рабочих органов на подгруппы: шнековые, роторные, штифтовые и барабанные. При этом подача материала в устройства с роторными рабочими органами - аксиальная, а с штифтовыми и шнековыми - тангенциальная. В барабанных же устройствах подача может быть как аксиальная, так и тангенциальная [25, 39, 85, 96, 104].
Группа устройств для выделения семян трав, в которых наоборот перетирающее воздействие преобладает над ударным, делится на роторные, лопастные, шнеково- и штифтово-дисковые [122, 123]. Радиальная подача соответствует штифтово-дисковым устройствам, тангенциальная - лопастным, а аксиальная - роторным и шнеково-дисковым устройствам.
По конструкции рабочих органов устройства для выделения семян трав подразделяются на дисковые, ленточные и вальцовые. Тангенциальная подача осуществляется в ленточных и вальцовых устройствах, а радиальная - в дисковых. [49, 97, 122].
Для характеристики работы устройств для выделения семян трав существуют следующие основные показатели: степень вытирания и дробления семян, производительность, расход электрической энергии. На выбор типа устройств влияют его габаритные размеры, масса, а также условия, при которых оно функционирует. Терочные устройства для выделения семян трав Ударное Ударное + перетирающее Перетирающее + ударное Перетирающее Рис. 1.1 - Классификация терочных устройств Отношение массы тв вытертых семян к общей массе т всех обработанных семян устройством характеризует степень вытирания є [75]: = 100, %. т (1.1) Отношение массы тд дробленых семян к массе тв всех семян, вытертых устройством, характеризует дробление d семян [37, 75]: d = -100, %. (1.2) т в Масса исходного материала, обработанная на устройстве в течение 1 ч (1 с), характеризует производительность W (т/ч) устройства. Количество затраченной энергии на выделение семян из 1 т исходного вороха характеризует удельный расход электрической энергии Nуд : N, = кВт-ч/т, (1.3) оа w где N - мощность, потребляемая устройством из сети, кВт. Как показал анализ серийно выпускаемых устройств для выделения семян трав производительностью от 0,5 т/ч, удельный расход электрической энергии находится в пределах от 10 до 15 кВт-ч/т [47, 124].
Анализ работы устройств [9, 79, 81, 88] показал, что применение молоткового типа для выделения семян трав (рис. 1.2,а) нецелесообразно, так как оно обеспечивает низкую степень вытирания и высокую степень дробления семян.
Барабанные устройства с тангенциальной подачей (рис. 1.2,б), благодаря относительно равномерному распределению обрабатываемого материала по всей ширине барабана, обеспечивают степень вытирания семян до 98 %. При этом обладает высокой производительностью (от 7 до 8 т/ч) при невысокой степени дробления (1,7%) [54, 75, 107, 111, 119]. В барабанных же устройствах с аксиальной подачей (рис. 1.2,в) [3, 9, 24, 109, 110] часть материала не обрабатывается, так как во время обработки ворох попадает в полость барабана. И при этом, устройство отличается низкой производительностью (от 0,1 до 0,3 т/ч).
Отрицательным признаком штифтовых устройств (рис. 1.2,г) тоже является высокое дробление, так как процесс выделения семян трав схож с процессом обработки на молотильных аппаратах. Степень вытирания при этом семян составляет не более 60%.
Определение необходимой для перемещения материала частоты вращения барабана и производительности
Анализ их конструкций показал, что в основе работы пневматических скарификаторов (рис. 1.9, а, б) лежит движение семян, за счет движущей силы воздуха, создаваемой вентилятором, в сторону абразивной поверхности. В зависимости от характера этого движения эти устройства делятся на ударные, если обработка семян идет за счет удара об скарифицирующую поверхность, или на фрикционные – за счет прохождения потока обрабатываемых семян по рабочим каналам, покрытым скарифицирующим материалом. В результате чего семена получают риски и царапины, т.е. скарифицируются. Основными рабочими органами здесь являются вентилятор, который создает воздушный поток, и дугообразная полость, или камера: пневмовихревая (рис. 1.9,а) [94, 96, 97, 98, 99] или в форме 2-лопастного гиперболоида (рис. 1.9,б) [95], с нанесенной на ней абразивной поверхностью.
Главными недостатками ударных пневматических конструкций - большое дробление семян и неравномерность обработки семенной массы, а во фрикционных скарификаторах-сложность их конструкций в эксплуатации и в изготовлении, а в некоторых и низкое качество скарификации. Производительность их составляет до 300кг/ч.
В игольчатом скарификаторе (рис. 1.9, в) 9 конструкция главных рабочих органов состоит из скарифицирующего игольчатого и опорного обрезиненного барабана. Однако данный скарификатор позволяет обрабатывать только крупносеменные бобовых культуры, т.е. он не является универсальной машиной. Производительность данных устройств достигает 150 кг/ч, степень скарификации - до 43 %.
Во фрикционном барабанно-стержневом устройстве (рис. 1.9, г) [9] рабочим органом являются барабаны, которые вращаются внутри цилиндрических обечаек, имеющих насеченные поверхности. Существенным недостатком здесь остается нерегулируемость зазора между барабаном и скарифицирующей поверхностью. Это означает, что устройство можно применять только для обработки одного какого либо вида семян, т.е, как игольчатое, не является универ 32 сальным. Степень скарификации достигает 75 %, а количество дробленых семян составляет после обработки 41 %.
В ударных устройствах для скарификации, а именно в барабанно-бильных (рис. 1.9, д) [9], состоящих из бильного барабана и терочного кожуха -обечайки, обработка семян происходит за счет ударных воздействий, что негативно влияет на качество работы – возникает высокий процент дробления семян. Образуется большая доля дробленых семян – 5…6 %.
Кроме того, эксплуатация и обслуживание барабанно-бильного скарификатора затруднено из-за сложного устройства, больших габаритных размеров. Производительность данных устройств 100...200 кг/ч, степень скарификации очень низкая 10 %.
В ударных дисковых установках (рис. 1.9, е) [9, 100] рабочим органом является метательный диск, который за счет центробежной силы разгоняет и ударяет семена об абразивную поверхность, расположенную на периферии.
Он обладает следующими недостатками: 3-5 % семян дробятся при ударе об абразивную поверхность; при придании семенам центробежной скорости происходит затрата дополнительной энергии; сложно обеспечить равномерность подачи семян на метательный диск, от этого ухудшается качество обработки. При попадании в скарифицирующую машину вместе с семенами посторонних предметов возможна серьезная поломка. Кроме того, скарификатор данного типа сложен в изготовлении и дальнейшей эксплуатации. Степень скарификации составляет 87…97 %.
В настоящее время получили широкое распространение установки-скарификаторы, в которых главный рабочий орган заключен в корпус и представляет собой вращающийся элемент, покрытый абразивным слоем (рис. 1.9, ж, з). Отличаются эти установки между собой формой рабочего органа: он может быт в виде плоского диска (рис. 1.9, ж) [26, 101] или конуса (рис. 1.9, з) [40]. Подача семян в последнем осуществляется из загрузочного бункера через запорный конус или через прикрепленные к отверстиям в дне бункера трубам. Недостаток данного скарификатора является неравномерность подачи обрабатываемого материала. Так как заслонка и трубы не справляются с этой задачей. Так же необходимо отметить, что в конструкциях с плоским диском наблюдается высокий процент дробления семян. Производительность данных устройств достигает 400 кг/ч, при степени скарификации 93…98 %.
На основе проведенного анализа скарифицирующих устройств можно сделать вывод, что наиболее высокие показатели качества скарификации семян обеспечивают устройства, работающие по фрикционному принципу, в которых скарификация семян происходит при их движении по абразивной (скарифицирующей) поверхности.
Методика определения влияния параметров вытирающе-скарифицирующего устройства на степень вытирания и дробление семян
На основании проведенного анализа конструкций терочных и скарифицирующих устройств и машин по литературным источникам и с учетом результатов теоретических исследований намечена следующая программа экспериментальных исследований. 1. Определить значение модуля упругости клеверной пыжины. 2. Исследовать влияние влажности клеверной пыжины на степень вытирания семян. 3. Исследовать влияние конструктивно-технологических параметров и кинематического режима работы вытирающе-скарифицирующего устройства на показатели качества выполнения технологического процесса вытирания семян. 4. Исследовать влияние конструктивно-технологических параметров и кинематического режима работы вытирающе-скарифицирующего устройства на показатели качества скарификации семян. 5. Определить оптимальные конструктивно-технологические параметры вытирающе-скарифицирующего устройства и частоту вращения барабана по основным агротехническим показателям работы терочного устройства - степени вытирания є не менее 95% и дробления d семян не выше 2%. 6. Определить оптимальные конструктивно-технологические параметры вытирающе-скарифицирующего устройства и частоту вращения барабана по основным агротехническим показателям работы скарифицирующего устройства - степени скарификации С не менее 95% и дробления d семян не выше 2%.. 7. Провести испытания и оценить эффективность работы опытного образца вытирающего - скарифицирующего устройства семян трав. 3.2 Экспериментальная установка, приборы и оборудование
С целью изучения влияния конструктивных параметров вытирающе-скарифицирующего устройства, частоты пб вращения барабана и подачи q исходного материала на степень вытирания є и дробление d семян изготовлена экспериментальная установка, схема которой представлена на рисунке 3.1, а
Вытирающее устройство, представленное на рис. 3.1, содержит корпус 11, цилиндрический барабан 4 диаметром 0,2 м с горизонтально установленным валом 10 и с глухой терочной поверхностью, образованной шестигран 69 ным прокатом 5, неподвижную деку 7 с глухой терочной поверхностью, состоящую из круглого проката 6 диаметром 10мм, тангенциально установленную загрузочную горловину 3, над которой расположен загрузочный бункер 1 с питающим валиком 2, выходной патрубок 9 и надставку 8. Ширина рабочей части устройства составляет 0,1 м.
Конструкция устройства позволяет изменять зазор между декой и рифом терочной поверхности барабана на входе (Sex ) в вытирающее устройство, в средней части {драб ) и выходе (Звых, З вых) из него. Для регулирования частоты пб вращения барабана электродвигатель его привода подключен через частотный преобразователь. В качестве устройства ввода пыжины применяется дозатор, выполненный в виде лопаточного валика, помещенного в нижней части корпуса бункера. Подачу q исходного материала регулировали путем изменения частоты вращения валика. Процесс работы устройства описан в пункте 2.1.
В процессе экспериментальных исследований вытирающе скарифицирующего устройства использовались приборы и оборудование, представленные в таблице 3.1. Таблица 3.1 - Приборы и оборудование № п.п1 123 45678 9 Наименование Марка Класс точности Назначение 1 3 1 4 1 Весы лабораторные ВЛТК-500М Кл. 1,0 Определение массы полученных фракций и их компонентов Весы платформенные РП-150РЗ +0,05 кг Взвешивание навесок исходного материала и полученных фракций Секундомер "Агат" 4295В +0,4 с Определение времени опытов Тахометр ТЧ-10-Р Кл. 1,0 Измерение частоты вращения приводных валов экспериментальной установки Пневмоклас-сификатор К-293 - Определение аэродинамических свойств компонентов исходного материала Набор лабораторных решет - - Разбор проб полученных фракций Измерительный комплект К-540 Кл. 2,5 Измерение силы тока, напряжения, активной и реактивной мощностей двигателей экспериментальной установки Частотный преобразователь EI-8001-0054 Изменение частоты ращения питающего валика Персональный компьютер с пакетом прикладных программ - - Обработка и накопление научной информации
Для расчета скорости движения материала V в вытирающем устройстве, необходимо знать значение модуля c упругости обрабатываемого материала (клеверной пыжины).
Однако, в литературных источниках не обнаружено сведений о изменении толщины слоя обрабатываемой пыжины от прилагаемой нагрузки. Поэтому с целью определения модуля c упругости материала (клеверной пыжины) изготовлена экспериментальная установка, общий вид и схема которой представлена на рис. 3.3, и проведены экспериментальные исследования.
Экспериментальная установка состоит из стеклянной емкости 2, установленной на подставке 1, поршня 3, на конце штока которого ставится платформа 4 для грузов. Экспериментальные исследования для определения модуля упругости проводились в следующей последовательности: 1. Клеверную пыжину засыпали в стеклянную емкость; 2. В стеклянную емкость устанавливали поршень, на шток которого ставили платформу для грузов; 3. Измеряли первоначальную толщину слоя пыжины от дна емкости до поршня (величина a); 4. На платформу ставили груз определенной массой, который давит на слой пыжины с силой N;
Исследование влияния конструктивно-технологических параметров и кинематического режима работы вытирающе скарифицирующего устройства на степень вытирания и дробление семян
Увеличение частоты n вращения барабана клеверотерки-скарификатора влечет за собой повышение как степени вытирания є, так и дробления d семян. Например, при увеличении частоты вращения барабана от 1000 до 1400 мин-1 109 (при q=0,2 т/ч) степень вытирания є возрастает от 97,04 до 98,90 %, а дробление d - от значений, близких к нулю, до 13,0 %. Аналогичный характер имеют зависимости s=f(n) и d= f(ri) и при других значениях q. Такое изменение показателей качества выполнения технологического процесса объясняется возрастанием с увеличением п ударного воздействия, наносимого вытирающими элементами терочной поверхности барабана по обрабатываемому материалу и скорости его движения по деке клеверотерки-скарификатора. Вследствие этого увеличивается вероятность взаимодействия частиц обрабатываемого материала с рабочими органами машины и величина сил удара и сжатия.
С увеличением подачи q исходного материала в терочное устройство происходит снижение степени вытирания є и дробления d семян практически во всей области изменения частоты п вращения ротора. Например, при увеличении подачи q исходного материала в терочное устройство от 0,1 до 0,3 т/ч и «=1200 мин-1 степень вытирания снижается от 98,65 до 97,29 %, а дробление d семян - от 11,46% до значений, близких к нулю.
Полученные результаты можно объяснить тем, что с увеличением подачи q увеличивается объем материала, на который воздействуют вытирающие элементы терочной поверхности барабана за один удар, а это ведет к снижению степени вытирания є. Снижение дробления d семян связано с уменьшением вследствие снижения степени вытирания є вероятности удара бичами вытертых семян.
Из анализа зависимостей (рис. 5.3) следует, что максимальная степень вытирания є и минимальное дробление d семян обеспечиваются при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора. Поэтому при выборе нагрузочно-скоростного режима работы клеверотерки необходимо найти компромиссное решение исходя из агротехнических требований, предъявляемых к качественным показателям работы клеверотерки: степень вытирания не менее 95 % при допустимом дроблении d семян не более 1,5 %. Выполнению данных агротехнических показателей удовлетворяет заштрихованная область значений на рисунке 5.3. Оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах =0,2…0,3 т/ч и «б=1000…1200 мин-1, так как при фиксировании факторов в указанной области и любом их сочетании обеспечивается степенью вытирания семян не менее 95% при дроблении d семян не более 1,5%.
Целью испытания являлось определение оптимальных нагрузочно-скоростных режимов работы опытного образца клеверотерки-скарификатора КС-0,2 (подачи q исходного материала и частоты п вращения барабана) в режиме скарификации семян.
Исходным материалом являлись семена галеги восточной (козлятника восточного), соответствующие требованиям ГОСТ Р 52325-2005 33 для репродукционных семян на семенные цели.
Эксперименты проводили в пятикратной повторности. Для определения основных показателей качества скарификации (степени С скарификации семян, степени П изменения количества проросших семян и дробления d), выявления закономерностей их изменения в зависимости от на 111 грузочно-скоростного режима работы машины реализован план полного факторного эксперимента первого порядка для двух факторов (табл. 5.3). При этом следует отметить, что дробление d семян в процессе скарификации во всех опытах плана эксперимента практически отсутствовало.
Кодированноеобозначениефакторов Название факторов,их обозначение и единица измерения Уровни факторов Шаг варьирования -1 0 1 х1 Частота nб вращения барабана, мин-1 800 1000 1200 200 х2 Подача qc исходного материала, т/ч 0,05 0,20 0,35 0,15 После реализации опытов и обработки результатов эксперимента (приложение Е) получены адекватные (вероятность p = 0,95) математические модели, описывающие качество процесса скарификации семян (%): С = 99,88 + 1,33x1 - 0,28x2 - 0,97x12 - 0,52x22; (5.5) П = 42,31 - 3,18x1+ 0,95x2 - 2,52x12 -1,12x22. (5.6) На рисунке 5.4 изображены линии равных значений степени С скарификации семян и изменения количества проросших семян П при различных нагру-зочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2.
Максимальные значения степени C скарификации и степени П изменения количества проросших семян обеспечиваются при различных нагрузочно-скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора. Однако в центральной области эксперимента, с точки зрения оценки качества процесса скарификации, оба показателя (С и П) практически нивелируют друг друга. Так, например, при q = 0,2 т/ч и n = 900 мин-1 С = 99,0 % и П = 43,2 %, а при q = 0,2 т/ч и n = 1000 мин-1 С = 99,9 % и П = 42,3 %. То есть в первом случае (при q = 0,2 т/ч и n = 900 мин-1) по сравнению со вторым (при q = 0,2 т/ч и n = 1000 мин-1) значение степени C скарификации меньше на 0,9 %, однако значение степени П увеличения количества проросших семян больше на эти же 0,9 %. Подобная корреляция между значениями С и П наблюдается во всей заштрихованной об ласти на рисунке 5.4. 800 1000 п,мин 1200
Линии равных значений степени С скарификации семян () и из менения количества проросших семян П ( ) при различных нагрузочно скоростных режимах работы клеверотерки-скарификатора КС-0,2
Оптимальные значения исследуемых факторов находятся в пределах q = 0,2…0,3 т/ч и nб = 950…1000 мин-1, так как при фиксировании факторов в указанной области и любом их сочетании обеспечивается степень скарификации семян С не менее 99,0 % при степени П увеличения количества проросших семян близкой к максимальной (Пmax = 43,5 %) П = 42,9…43,2 %.