Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблем производства зерна и семенного материала в россии и его техническое обеспечение. цели и задачи исследований 15
1.1 Анализ производства зерна и семенного материала в хозяйствах 15
1.2. Современные технические средства для обеспечения технологий уборки зерна 27
1.3 Анализ применяемых технических средств послеуборочной обработки зерна 43
1.4 Обзор проводимых теоретических и экспериментальных работ повышения качества семян зерновых
1.5 Выводы к первой главе .68
1.6 Обоснование научной проблемы, цель и задачи исследований .69
2 Теоретические основы повышения эффективности системы производственных процессов и частных технологических операций для получениякачественного семенного материала .72
2.1 Разработка комплексной структуры и выбора методов моделирования процессов повышения качества семян в хозяйствах 72
2.2 Определение эффективности и выбора критериев оптимизации системы 79
2.3 Построение структурно-функциональной модели единого производственного процесса получения качественного семенного материала 85
2.4 Разработка алгоритма структурно-функциональной модели получения семян в хозяйстве 95
2.5 Выводы по второй главе .104
3 Методология и методика проведения экспериментальных исследований средств механизации процессов получения семенного материала в хозяйствах 106
3.1 Обоснование нового метода разделения семенного материала на фракции .106
3.2 Программа и методика проведения экспериментальных исследований 116
3.3 Выводы к третьей главе 135
4 Лабораторно экспериментальные исследования повышения качества семенного материала в отделениях машин для уборки и послеуборочной обработки зерна 136
4.1 Изменение качественных характеристик зернового материала при его контакте с рабочими поверхностями, выполненными из различных эксплуатационных материалов 136
4.2 Изменение показателей макро и микро травмируемости зерна при контакте с поверхностью рабочих органов из СВМПЭ .143
4.3 Влияние рабочих органов транспортирующих устройств на показатели качества семенного материала 151
4.4 Выявление основных показателей функционирования различных решетных сепараторов зерноочистительных машин, по различным схемам получения качественных семян зерновых
4.5 Выводы по четвертой главе .168
5 Структурно параметрический синтез оборудования послеуборочной обработки зерна для получения качественного семенного материала непосредственно в хозяйствах 171
5.1 Моделирование и формирование вариантов последовательности технологических операций зерноочистительных агрегатов для семенной очистки зерновых материалов .171
5.2 Параметрическая оптимизация и многомерный анализ функционирования оборудования очистки зерноочистительного агрегата 196
5.3 Выводы к пятой главе 205
6 Экспериментальная проверка и производственные испытания .206
6.1 Производственные испытания новых технических решений в отделениях машин для уборки и перегрузки зерна .206
6.2 Производственная проверка функционирования машин и зерноочистительных агрегатов послеуборочной обработки зерна .222
6.3 Выводы по шестой главе .231
7 Экономическое обоснование системных решений снижения травмированности и повышения качества зерновых материалов при уборке и послеуборочной обработке 233
7.1 Экономическая эффективность новой системы единого производственного процесса получения качественных семян напримере модельного хозяйства и региона в целом 233
7.2 Экономическая оценка эффективности подсистемы послеуборочная обработка зерна 243
7.3 Экономический эффект от применения качественного семенного материала в процессе репродукции семян в хозяйстве 250
7.4 Выводы к седьмой главе .253
Заключение 254
Список литературы .259
- Обзор проводимых теоретических и экспериментальных работ повышения качества семян зерновых
- Построение структурно-функциональной модели единого производственного процесса получения качественного семенного материала
- Программа и методика проведения экспериментальных исследований
- Влияние рабочих органов транспортирующих устройств на показатели качества семенного материала
Введение к работе
Актуальность работы. Производство зерна одна из значимых и приоритетных отраслей сельского хозяйства, которая определяет степень продовольственной безопасности страны. Этот вопрос наиболее остро стоит на сегодняшний день. Страна оказалась на пороге экономических санкций. Правительством поставлена задача увеличения производства зерна, которая неразрывно связана с обеспечением хозяйств качественным семенным фондом. Существующие типовые технологии получения семян различной репродукции в хозяйствах, имеют широкую вариацию исходных показателей убираемого урожая, средств механизации и технологических режимов работы, что влияет на конечные качественные показатели семенного материала и его себестоимости.
Вопросы повышения качества семенного материала получаемого в хозяйствах при существующих технологических процессах и на используемом материально – техническом оснащении является актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет (ФГБОУ ВО ДГТУ) по государственному заданию Министерства образования и науки России по теме № 2.2.13 (2012-2015 гг.) и Федерального государственного бюджетного научного учреждения «СевероКавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ СКНИИМЭСХ) № ГР 114100140061 (2013-2020 гг.).
Степень разработанности темы. Существующие технологии получения семян имеют широкий выбор средств механизации, которые формируют различные показатели качества зерна и его себестоимость на выходе. Идет разрывность процессов уборки, перегрузки и послеуборочной обработки зерна, которая не позволяет получить качественный семенной материал в хозяйствах при минимальной его стоимости. Исследуемые математические модели описывают отдельные технологические операции, их взаимосвязи и систему в целом в процессах получения продовольственного зерна.
Разработка темы отображена в работах Э.В. Жалнина, А.И. Бурьянова, Н.И Шабанова, А.Т. Лебедева, Н.И. Стружкина и др., в виде оптимизированных уборочных процессов с применением различных типов машин и повышения эффективности процессов получения производственного зерна при существующих технологиях.
Цель работы. Синтез системных решений технологических процессов получения качественного семенного материала на основе структурно-функционального моделирования.
Задачи исследований.
1. Разработать структурно-функциональную модель единого
процесса производства качественного семенного материала в
хозяйствах.
2. Провести моделирование производственных процессов
«уборка», «транспортно-перегрузочные работы», «послеуборочная
обработка зерна», формирующих единый процесс производства
качественных семян зерновых.
3. Разработать новый метод разделения семенного материала
на фракции с заданным математическим ожиданием величины
признака деления.
-
Определить аналитические зависимости изменений качества семенного материала в отделениях машин для уборки, транспортировки и послеуборочной обработки зерна при использование изделий из новых полимерных материалов на основе сверх высокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ).
-
Провести структурно-параметрический синтез технологических операций и рабочих элементов системы послеуборочной обработки зерна с целью получения качественного семенного материала.
6. Разработать и внедрить в производство новые технические
решения для уборочных, транспортно-перегрузочных машин и се-
мяочистительных агрегатов, обеспечивающих технологию получе
ния семян.
7. Провести технико-экономическую оценку основных ре
зультатов исследований.
Научная новизна. Обобщенная детерминированная структурно – функциональная модель единого производственного процесса получения качественного семенного материала в хозяйствах,
учитывающая параметры законов распределения частных технологических операций. Система дифференциальных уравнений Лотки-Вольтерры, описывающих модели отдельных технологических операций, формирующие единый процесс получения качественных семян. Структура и алгоритм детерминированной модели целевой функции по определению оптимального состава комплекса машин, и их технологических параметров. Новый метод разделения семенного материала на фракции с заданным математическим ожиданием величины признака деления семян, в отделениях зерноочистительных машин. Вероятностная модель процесса послеуборочной обработки зерна, формирующая рациональные функциональные схемы семенной очистки зерновых. Обоснование использования новых рабочих органов из сверх высокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в отделениях зерноуборочных комбайнов, машин для очистки и перегрузки зерна.
Теоретическая и практическая значимость работы. Алго
ритм модели единого процесса получения качественного семенно
го материала в хозяйствах, который может быть использован для
анализа технологических процессов уборки, транспортно-
перегрузочных работ и послеуборочной обработки зерна. Результаты структурно-функционального моделирования позволяют для конкретных предприятий выбрать рациональный состав механических средств обеспечения данных технологических процессов и их параметров работы, оценить конечные показатели получаемых семян и их себестоимость. Детерминированные математические модели описания отдельных технологических операций: уборка, послеуборочная обработка, транспортно-погрузочные работы с целью получения качественных семян. Вероятностная модель процесса послеуборочной обработки зерна в режиме семенной очистки зерновых. Метод разделения семян на фракции, позволяющий прогнозировать количественную оценку числовых характеристик случайных величин разделения сыпучих сред, при сепарации на решетных модулях. Фракционные технологии послеуборочной обработки зерна, позволяющие получать качественный семенной материал. Структурная и параметрическая оптимизация отделений очистки зерноочистительных агрегатов в режиме семенной очистки зерновых.
На базе агрегата ЗАВ-20 реализованы различные схемы очистки зерновых культур (Протокол приемочных испытаний № 27 (1372) 2008 РГМИС). На опытно-экспериментальном агрегате на сельскохозяйственном полигоне ДГТУ реализованы технологические схемы очистки и их технические решения для получения семенного материала зерновых культур с повышенными посевными качествами. Схема фракционной очистки семян с целью получения качественного семенного материала реализована в зерноочистительных агрегатах следующих хозяйств Ростовской области: СПК «Полевой», Верхнедонской р-он; ЗАО «Терновский» РО; ООО «Гигант» Сальский р-он; ООО «Прогресс», Волгодонский р-он; СПК «Мирный», Цимлянский р-он и ОПХ «Слава Кубани» Краснодарского края.
Применение оригинальных изделий из полимерных материалов в конструкциях машин, формирующих технологическую линию послеуборочной обработки зерна, послужило началом их серийного выпуска на ЗАО «Тиал» (г. Москва).
Разработаны и подготовлены к серийному производству выполненные из высокомолекулярного пластика корпуса подшипников шнека жатки, втулки пальцев и глазки-обоймы эксцентриковых пальчиковых механизмов шнека жатки и приемного битера наклонной камеры. С 2016 года ООО «Агротрейд» приступил к серийному производству изделий из высокомолекулярного пластика. Планируемый годовой выпуск 5000 единиц.
Рекомендации по повышению эффективности послеуборочной обработки зерна приняты к исполнению министерством сельского хозяйства Ростовской области. Результаты исследований по снижению травмируемости и повышению качества зерновых материалов в процессе уборки и послеуборочной обработки зерна приняты к использованию в хозяйствах Ставропольского края.
Данные полученные в диссертации, лабораторные установки и методики используются в учебном процессе ФГБОУ ВО ДГТУ, а также на экспериментальной базе ФГБНУ СКНИИМЭСХ.
Методология и методы исследований. При решении оптимизированных задач формирования эффективной технологии получения семян и средств её механизации использованы методы структурно-функционального моделирования. Для данного мето-
да разработан пакет программного обеспечения. Для структурно-параметрического синтеза процессов послеуборочной обработки зерна применялись методы статического моделирования. Использовались методики из теории планирования эксперимента, а также оригинальные методики анализа макро и микро травмирования семян зерновых колосовых культур.
Положения выносимые на защиту:
- обобщенная детерминированная структурно-
функциональная модель единого производственного процесса по
лучения качественного семенного материала в хозяйствах, учиты
вающая параметры законов распределения частных технологиче
ских операций;
система дифференциальных уравнений Лотки-Вольтерры, описывающих модели отдельных технологических операций (уборка, послеуборочная обработка, транспортно-перегрузочные работы), формирующие единый процесс получения качественных семян;
новый метод разделения семенного материала на фракции с заданным математическим ожиданием величины признака деления семян, в отделениях зерноочистительных машин;
вероятностная модель процесса послеуборочной обработки семенного материала;
алгоритм расчета модели функционирования единой системы получения качественного семенного материала;
новые фракционные схемы очистки зерновых формирующие на выходе качественный семенной материал;
- аналитические зависимости снижения травмированности
семян в отделениях машин для уборки, транспортировки и по
слеуборочной обработки зерна, при использовании в их кон
струкциях рабочих органов выполненных из СВМПЭ.
Достоверность исследований подтверждается производственными испытаниями, положительными результатами государственных испытаний на МИС, сходимостью теоретических и экспериментальных данных, широкой апробацией результатов исследований в хозяйствах Ростовской области и Ставропольского края.
Апробация. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической
конференции «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения» (Ростов-на-Дону, 2008 г.); Международной научно-практической конференции в рамках 13-й и 14-й международной агропромышленной выставки «Интерагромаш-2010» «Интерагромаш-2011» «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения» (Ростов-на-Дону, 2010,
-
гг.); V Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы» (Пенза, 2011 г.); VI Международной научно-практической конференции «Perspektywi czneopraco waniasa naukai technikami», Przemysl (Польша, 2011 г.); VI Международном симпозиуме «Фундаментальные и прикладные проблемы науки», (Непряхино, Челябинская область, 2011 г.); VI Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы», (Пенза, 2012 г.); International Conference of Agricultural Engineering. GIGR-AgEng-2012, (Валенсия, Испания,
-
г.); VIII Международной научно-практической конференции «DNYVEDY», (Прага, Чехия, 2012 г.); Международной агротехнической выставке «New Jersey State Fair», (Нью-Джерси, США, 2012 г.); Global Conference on environmental health problems and water pollution abstracts, (Лондон, Великобритания, 2012 г.); Международной конференции «Agricultural Equipment Technology Conference», (Канзас, США, 2013 г.); Международной выставке сельхозтехники «AGConnect 2013» (Канзас, США, 2013 г.); 8-ой международной научно-практической конференции «Инновационные разработки для АПК», ГНУ СКНИИМЭСХ, (г. Зерноград, 2013); V Всероссийской научно-практической конференции конференция «Актуальные проблемы машиностроения», (Самара, 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Машины для сельского хозяйства», (Варна, Болгария, 2013 г.); X Международной Китайско-Российско-Монгольской научно-технической конференции (Харбин, Китай, 2013 г.); VI Международной научно-практической конференции «Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков» (Новосибирск, 2014 г.).
Научная гипотеза. Путем разработки комплексного подхода к уборочной и послеуборочной обработки зерна и рассмотрение
его как единого технологического процесса с модернизацией действующего оборудования можно получить качественный семенной материал в хозяйствах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 74 научные работы, в том числе: 1 монография (одна в соавторстве), 23 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 патента РФ на полезные модели и один на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка использованных источников и приложений.
Обзор проводимых теоретических и экспериментальных работ повышения качества семян зерновых
Запатентованный способ, получивший название технологии уборки «Меклеод Харвест» («McLeod Harvest») проверялся в производственных условиях специалистами сельского хозяйства Канады. Производственная проверка покачала экономическую целесообразность данной технологии.
При этом было также отмечено, что в хозяйствах с многопольными севооборотами она должна применяться в сочетании с традиционной комбайновой. Одним из ограничений является нецелесообразность заделки соломы в почву при уборке озимых на нолях, подготавливаемых под озимые. Однако здесь по нашему мнению следовало бы рассмотреть вариант, предусматривающий нулевую обработку почвы определение измельченной соломы по полю без ее заделки в почву и посев стерневыми сеялками под покров измельченный соломы. По данным Е.И. Трубилина [22] негумифицированные очаги соломы, заделанные в почву, способствуют сохранению вредных микроорганизмов и насекомых, а солома, распределенная на поверхности почвы, зимой примерзает, вследствие чего стерилизуется. Технологии уборки зерновых колосовых с разделением вороха на стационаре при влажности зернополовистой смеси не более 15…16%. При более высокой влажности возникает проблема сушки половы. Поэтому их применение целесообразно при уборке зерновых и семенных кондиций с послеуборочной обработкой, исключающей подсушивание вороха. Такого режима уборочного процесса придерживаются в настоящее время в подавляющем числе основных зернопроизводящих регионов (Южного Урала, Поволжья, Северного Кавказа).
Информационные источники подтверждают эффективность таких технологий в названных выше регионах страны и за рубежом, однако для их широкого внедрения в АПК необходимы параметры и режимы функционирования технологий и технических средств с учетом зональных условий основных зернопроизводящих регионов России применительно к характеристикам хлебостоя выращиваемых культур, а также разработка и внедрение недостающих машин и оборудования.
На основании изложенного и анализа результатов обобщения опыта применения перспективных технологических схем уборки биологического урожая зерновых колосовых культур, изучения технологических схем и комплексов машин, используемых для уборки зерновых за рубежом, а также анализа технико – экономических исследований существующих технологий и комплексов машин разработаны типовые технологические схемы комбайновой уборки зерновых [196, 199]. Анализ существующих технологий получения зерна определил значимость технологических процессов уборки и послеуборочной обработки как определяющих конечные показатели качества получаемых семян. Отсюда возникают вопросы объединения процессов уборки и послеуборочной обработки зерна в единый технологический процесс получения семенного материала. Последующее его теоретическое обоснование и оптимизация имеет большое народнохозяйственное значение. Производство зерна при существующих технологиях уборочных процессов и послеуборочной обработки имеет широкий выбор средств механизации, которые формируют различные показатели качества зерна и его себестоимость на выходе. Что потребует синтеза технологических процессов и средств механизации при получении семенного материала непосредственно в хозяйствах.
Отсутствуют научные исследования по определению оптимального сочетания машин, их эксплуатационных и технологических параметров в системе «уборка – послеуборочная обработка зерновых на семена» при широкой вариации современной гаммы зерноуборочных комбайнов и зерноочистительной техники, необходимо рассмотрение функционирование всех машин в едином производственном процессе с целью получения в хозяйствах качественного семенного материала с минимальной себестоимостью. Данный вопрос до конца не изучен в научном плане и представлен в работах [10,13,30,51,53,60,83,94] в виде оптимизированных уборочных процессов с применением различных типов машин, при существующих технологиях производства и только в контексте уборки зерновых. А также в виде интенсификации единого процесса уборочной и послеуборочной обработки зерна [163,164,188,193,195,231,240,241,244,246] продовольственного назначения. Технологии получения семенного материала включает [40,41,42,43,44,46,66,76,121,233,234,267] производство семян элиты: 1) выращивание семян в первичных звеньях семеноводства; 2) дальнейшее их размножение с сохранением высокой сортовой чистоты, урожайных свойств и посевных качеств. Метод индивидуального отбора используют при производстве семян элиты. Он позволяет сохранять тип сорта путем индивидуального отбора лучших, т. е. наиболее продуктивных, здоровых и типичных растений (колосьев, метелок), каждое из которых затем отдельно оценивают по потомству в течение двух лет.
Схема производства семян элиты этим методом (Рисунок. 1.7) должна, как правило, состоять из следующих основных звеньев: питомника испытания потомств l-го года; питомника испытания потомств 2-го года; питомников размножения 1-2-го годов; суперэлиты; элиты. В зависимости от коэффициента размножения семян, объемов работ и возможностей учреждения, производящего семена элиты; схема семеноводческого процесса может быть сокращена [41,44,121,267].
Построение структурно-функциональной модели единого производственного процесса получения качественного семенного материала
При повреждении только плодовой оболочки над эндоспермом и зародышем посевные качества семян, как правило, не снижались. При повреждении же плодовой и семенной оболочек над зародышем у семян снижались энергия прорастания, всхожесть и сила роста. Последнее происходит в основном из-за поражения проростков грибной микрофлорой [99,121]. По данным Ф.М. Куперман [99] наиболее часто среди образцов твердых пшениц встречаются семена с микротрещинами (15,3%), с поврежденным зародышем (14,2%), деформированные (8,9%), с сильно поврежденным эндоспермом (3,9%). Среди образцов мягких пшениц чаще встречаются семена деформированные (0,4...21,6%), с повреждениями эндосперма (0,5...6,1%) и зародыша (0,5...6,0%), с микротрещинами(0,4...4,6%). При появлении даже небольших трещин у пшеницы полевая всхожесть снизилась на 16% по сравнению с лабораторной. Кроме того, на травмированных семенах в процессе их хранения до следующего посева создаются благоприятные условия для развития болезней, что в последствии приведёт к выбору более действенного, с химической точки зрения, протравителя семян и даже к применению максимальной нормы препарата.
По результатам исследований Е.В. Ионовой [76] проводимых в ФГБНУ «ВНИИЗК им. И.Г. Калиненко» были выделены наиболее оптимальные модели машин для уборки зерновых с наименьшим показателем травмируемости [76]. После обмолота комбайном Дон 1500 количество проросших ростков при одинаковом травмировании у сорта Ермак было выше на 17 %, чем у Аскета. По показателю полевая всхожесть проросших семян было больше у сорта Ермак на 10 %, чем у сорта Аскет (Приложение 1, Таблица П 1.6).
После обмолота комбайном Кейс при одинаковом травмировании у изучаемых сортов получены практически идентичные значения величины силы роста и полевой всхожести, незначительные различия наблюдались по массе 100 сухих ростков (на 0,05). После доработки семян на ЗАВ-20 при одинаковом травмировании у сорта Ермак количество ростков было выше на 10 %, а после Петкуса на 4 % выше, чем у Аскета. Минимальное снижение показателя полевой всхожести у этих сортов в сравнении с ручным обмолотом отмечена после обмолота комбайном Джон Дир и Кейс и составила 2 и 4 % соответственно. Величина полевой всхожесть снижалась в сравнении с ручным обмолотом от 87 % до 68 %. Параметры калибрования семян пшеницы приведены в приложение 1, таблица П 1.9.
При движении зернового материала в отделениях семяочистительных агрегатов происходит также взаимодействие с транспортирующими и направляющими механизмами машин которые также травмируют зерновой материал. Увеличение пути следования зернового материала по технологической линии очистки, увеличивает вероятность травмирования зерна механическим воздействием рабочих и промежуточных (транспортирующих) органов. Снижение протяженности технологических линий очистки и снижение воздействий основных и вспомогательных рабочих органов на очищаемый зерновой материал будет способствовать уменьшению его травмированности.
Анализ данных приведенных в приложении 1, Таблица 1.10 показывает, что высокий уровень травмирования получается после очистки зерна на ветрорешетных машинах, где травмированность зерна составляет 2,71...5,4% против 0,17...0,51 на пневмосортировальных машинах. При движении зернового материала в отделениях семяочистительных агрегатов происходит также взаимодействие с транспортирующими и направляющими механизмами машин которые также травмируют зерновой материал. Исследования показали, что большая часть семян травмируется транспортирующими органами. Общее травмирование семян при их послеуборочной обработки в ряде случаев достигает 40…50%. Травмирование семян рабочими и транспортирующими элементами поточных технологических линий при их послеуборочной обработки может достигать следующих величин [220,249,250,251]: на примере зерна (на выходе из завальной ямы) - от 5,0 до 13,7 %; в нориях - от 4,0 до 12,0%; в зерноочистительных и сортировальных машинах - от 2,0 до 8,4%; сушилками - от 4,3 до 15,5%; шнеками - от 2,6 до 4,2 %; в самотечных транспортирующих устройствах 0,06…0,09 на 1 м транспортирования и 0,08…0,13% на поворотах: в пневмотранспортерах -17% и более (Приложение 1, Таблица П 1.10). Учитывая, что в современных технологических линиях применяется по несколько приемных и транспортирующих элементов, нередко и одинаковых, то они травмируют значительно больше семян, чем рабочие машины. Увеличение пути следования зернового материала по технологической линии очистки, увеличивает вероятность травмирования зерна механическим воздействием рабочих и промежуточных (транспортирующих) органов. С увеличением числа пропусков через норию в три раза количество травмированных семян повышается в 1,75 раза, а при пятикратном пропуске - в 2,7 раза.
В подавляющем большинстве хозяйств вообще отсутствует специальная семяочистительная техника. Хозяйства вынуждены готовить семена, используя для этого малопроизводительные передвижные машины или зерноочистительные агрегаты ЗАВ и комплексы КЗС. Чтобы очистить семенной материал, зачастую его необходимо не менее двух-трех раз пропустить через очистительную линию агрегата (комплекса). При каждом пропуске происходит микроповреждение от 10 до 30% семян. Снижение протяженности технологических линий очистки и применение фракционной технологии один из путей повышения качества семян.
Программа и методика проведения экспериментальных исследований
В процессе получения качественного семенного материала одним из значимых факторов посевных свойств являются размерные характеристики семян зерновых. Стоит вопрос о прогнозировании выходных показателей качества при вариации качественных и количественных входных показателей состава зернового вороха. С обоснованием сепарации зернового вороха на фракции с заданным математическим ожиданием величины признака разделения. Основным инструментом сепарации зернового вороха являются решета. Прогнозирование числовых характеристик размерных величин сепарируемых j-х компонентов, например, плотность fн (b) распределения вероятностей, математическое ожидание Мн (b) величины признака разделения компонента (толщина, длина, ширина), его дисперсии 2н (b) , рассматриваемых как случайные величины в вероятностном статистическом смысле. Числовые характеристики j-х компонентов после сепарации зависят от исходных (до сепарации) числовых характеристик этих величин (М (b), 2(b), f (b)), технологических свойств этих компонентов (влажности W, коэффициент внутреннего трения fвт и трения о сепаратор fт, содержаниеj-го компонента в сыпучей среде aj), подачи Q и способа Сп подачи сыпучего материала на решётный модуль, функциональной схемы решётных модулей Кр(х), размеров bк , b(с) и формы отверстий на решетах(их длина L и ширина B, кинематических параметров (угол наклона решёт к горизонту , направленность колебаний , частота п, амплитуда R колебаний) и ряда других факторов.
В общем виде математическое ожидание Мн (Ь)и дисперсия а2н (Ь) величины b признака разделения j-го компонента сыпучего материала после сепарации на ярусе из 2-х и более решет, при возрастании рабочих размеров отверстий на последующих в ярусе решетах, с рабочими размерами отверстий на одном (или последнем в группе решет яруса) Ьк и последующим решете (или группе решет в ярусе) Ьс. мн = f(b),M(b), o\b), QS, [К5(х), ESj(x, bk, bc, L, B,R,n, W,/BT,/T, aJf cn)] MH = fCb), M(b), a2(b), Q6, [K6(X), E6j(x, bk, bc, L, B, R, n, W, fBT, fT, ajf cn)] u(b) = Ztlbj -МН(Ь)]2Р(Ь) (3.1) где Qs - функционал, определяющий полноту реализации технологического процесса в зависимости от К(х) функциональных схем решётных модулей с вариантами Х и функционалами Es., определяющими процесс функционирования отдельного решётного сепаратора и -го модуля; Р(b)i - вероятность распределения случайной величины bj в і-м классе значений признака b сепарации j-го компонента сыпучего материала, i=12,23,..., (к-1)к,..., с(с+1),..., (d-l)d..., (n-l)n.
Плотность распределения вероятностей случайной величины bj-го компонента исходного сыпучего материала f(b), j-го компонента прошедшего под решета с рабочим размером отверстий bk-fп(b) и bс- f b), сошедшего fс(b) с решет с рабочим размером отверстий bc; Fп, Рск-вероятность перехода j-го компонента под решето с размером отверстий Ьки схода j-го компонента с решета с размером отверстий Ьс.
Для этих условий функционал Q определяет закономерность величины РЕп(ЬІ, bk) (см. Рисунок 3.1) вероятность просеивания через решето с рабочим размером отверстий bкj-го компонента с bj-ми размерами и закономерности РЕсх(ЬІ, bс)i величин вероятности схода j-го компонента с bj -ми размерами с решета рабочим размером Ьс отверстий.
Функционал РЕп(ЬЬ bk) может быть определён для различных длин LР решётных сепараторов с рабочим размером отверстий bk при известных закономерностях Ej(bi,bk,Lp,Q,aj,...) просеивания j-го компонента с размерами bj на длине LР этого решета. Интегральные кривые Enj(bi,bk,Lp,Q,cij,...) можно строить используя, например, выражение, где bi -толщина зерна. Enj(bifbkfLpfQfaJf...) = l-a1(h)jexp(-plj2/4[H(l)j]2\ (3.2) Функционал РЕсх(ЬЬ bс) (см. Рисунок 3.2) определится также при известных закономерностях: Есх]{ЬьЬк,1р ,а ..) = (8/7г2)Єхр{-тг2/1б[Я(0;]2]; (3.3)
Варьируя параметрами рабочих размеров bk и Ьс, длиной LР решета и факторами, определяющими Еи и EсхJ [151,163], можно изменять закономерности РЕ и PEсхj.
Очевидно, что при реализации процесса сепарации j-го компонента сыпучей среды на решете с размером отверстий bk (см. Рисунок 3.1) вероятность просеивания компонентов с размерами bj « bk высока (Р « по 1), с увеличением размера bj- РЕЩ 1, И ДЛЯ bj bk- РЕПГО. При этом величины вероятности P(b)Hij нахождения j-ro компонента і-го класса на решете с размером Ьк отверстий определится для каждого і-го класса из условий несовместимости вероятности событий.
P(b)Hij = [1-P j(b b)i] J(b)db, (3.4) где d—границы i-x классов размера b; d=l,2,...,K. Величины Р(Ь)щ позволяют определить и построить кривую /н( )1 определяющую вероятность нахождения в проходной фракции под решето с размером Ьс отверстий j-ro компонента с размерами b1 bj bk. Очевидно, что при сепарации j-ro компонента, идущего сходом с решета с размером bk отверстия, на решете с размером Ьс отверстий, вероятность схода j-ro компонента с размерами bt bc с решета PECXJ= 1, а для размеров bj bc 0 РЕсх 1, (см. Рисунок 2.4). Тогда вероятность нахождения j-ro компонента с размером bj в і-ом классе определится по аналогии с вышеизложенным: P(b)Hii = [1- PErv(bb Ьс)1] (У f(b)db, (3.5) J CXJ JD(i-1 где(с - 2 d с)(см. Рисунок 3.1) найденные из выражения (3.5) величины P(b)Hij- позволяют определить и построить кривую fн(b)2, определяющую вероятность нахождения во фракции, прошедшей через решета с размером Ьс отверстий j-ro компонента с размером bc-2 bt bc. Для Ь{ Ьс величины P(b)mj (i=c(c+l),...,(n-l)n) определяется из выражения (3.5), при этом РЕсхі(Ьи Ьс)1 = PEcxj(b)2 = 1 P(b)Hij = 0. (3.6) Тогда величины площадей Fn и Fcx определяет соответственно вероятность прихода j-ro компонента под решето с размером bk отверстий и вероятность схода j-ro компонента с решета с размером Ьс отверстий.
Изменение количества i-x классов параметра b и величин вероятности P(b)Hij нахождение j-ro компонента с размером ЬІ в проходной фракции сыпучей среды под решёта с размерами bk и Ьс и вероятности нахождения в i-м классе j-ro компонента в сходе с решета с размером Ьс отверстий определят возможность оценки числовых характеристик случайных размерных величин компонента в этих 3-х фракциях.
Влияние рабочих органов транспортирующих устройств на показатели качества семенного материала
Модернизация техники АПК невозможна без использования новых инновационных материалов в конструкциях машин и агрегатов. Переход на новый уровень стыковых технологий в смежных отраслях позволит изготавливать новый тип изделий обладающих большой конкурентоспособностью. Одним из направлений исследований и последующего практического применения, является изготовление комбинированных рабочих органов на полимерной основе. В последнее время в комбайностроении и различных сферах АПК широкое применение находят новые виды полимеров [24,122,123,131,133,166,167,171,178,179,184]. На данный момент доля таких изделий составляет до 20% от общей конструкции машины, и будет увеличиваться, так как полимеры обладают значительными преимуществами по сравнению с другими материалами: большая стойкость к абразивным воздействиям, снижение трения, малый удельный вес, возможности широкой вариации выходных свойств материала за счет применения различных керамзитных добавок. Их применение в комбайностроении началось более 40 лет назад [17] но в основном их целевое назначение носило декоративный характер. За этот период времени на рынке появились абсолютно новые материалы на полимерной основе, не уступающим а во многом и превосходящие механические изделия по основным показателям качества [24,141,142,171,176,179,217]. Существует множество вопросов по обоснованию новых видов полимеров в отделениях машин это и технология изготовления деталей, стоимость сырья, но главное что применение данных полимеров особенно на основе сверх высокомолекулярного полимера (далее СВМПЭ) не изучено и не систематизированы до конца. Существуют отдельные, локальные попытки их разовых применения в различных отраслях АПК, без научных исследований и последующего обоснования их использования. Свойства полимеров на основе СВМПЭ представлены в (Приложение 4, таблицы П 4.1-П 4.2)
Предполагается использование вышеупомянутых свойств пластика СВМПЭ (меньший коэффициент трения и модуль упругости, при прочностных свойствах), в качестве покрытий емкостей, направляющих, транспортирующих рабочих органов, уборочных машин, улучшить условия протекания рабочих процессов, снизить травмируемость зерна. Предварительная экономическая оценка использования комбинированных рабочих органов изготовленных из СВМПЭ, полностью показывает снижение производственных затрат за счет увеличения срока службы и коэффициента технического обслуживания данных изделий, по сравнению со стандартными изделиями из металла, а также использование свойств СВМПЭ для влияния и воздействия на зерновой материал. В соответствии с поставленными задачами нами были проведены: - сравнительный анализ на абразивный износ деталей из полимеров на основе СВМПЭ и стандартными изделиями используемыми в производстве комбайнов; - сравнительные полевые испытания на износ направляющих цепей транспортера наклонной камеры комбайна, выполненных из материала СВМПЭ; - сравнительная оценка травмируемости зерновых культур в напряженных зонах комбайна при лабораторных и полевых условиях работы;
Определение различных коэффициентных характеристик определяющих взаимодействие зерновых материалов с изделиями из СВМПЭ. Нами были выявлены и определены значимые коэффициенты взаимодействия рабочих органов из материала СВМПЭ и зернового материала: 1. Коэффициент восстановления при контакте с элементами поверхности рабочих органов из СВМПЭ; 2. Коэффициент трения при контакте: -зерно-СВМПЭ; -колос СВМПЭ; стебли(солома)- СВМПЭ; соцветия- СВМПЭ. 3. Коэффициент абразивного износа рабочих органов из СВМПЭ; 4. Коэффициент макро и микро травмируемости зерна при контакте с элементами поверхности рабочих органов из СВМПЭ;
Определение коэффициента восстановления при контакте с элементами поверхности рабочих органов из СВМПЭ;
По методике представленной в п. 3 Для пластика типа: Высокомолекулярный полиэтилен (ВМПЭ)(8=6мм белый) К = 0.24…0,34. Сверх высокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) (б=8мм белый) К=0,31…0,43. Как отмечалось ранее, зерно обладает анизотропными свойствами и вследствие этого при контакте с испытуемой поверхностью бочком или спинкой величина отскока изменяется. Полученные результаты показывают, что на внутреннюю поверхность обтекателя предпочтительнее ставить пластик типа СВМПЭ с меньшим коэффициентом восстановления. В соответствии с формулой (3.57) чем меньше коэффициент восстановления, тем меньше отскок зерна от внутренней поверхности обтекателя, а с учетом того, что для ВМПЭ угол трения вороха также минимальный (17) вероятность потерь зерна снижается. Это предположение было подтверждено путем сравнения результатов опытов, проведенных на лабораторной установке. В среднем потери зерна при установке пластика на внутренней поверхности обтекателя снизились с 1.8% до 1,14%, что весьма существенно. Степень травмируемости зерна при использовании пластика на внутренней поверхности обтекателя практически осталась неизменной. Это объясняется более щадящим режимом контакта и движения зерна по внутренней поверхности обтекателя. Определение коэффициента трения при контакте: -зерно-СВМПЭ; колос- СВМПЭ; стебли(солома)- СВМПЭ; соцветия- СВМПЭ.
Проведение испытаний по определению угла и коэффициента трения полимерного материала на основе СВМПЭ под маркировкой ТИАЛ-К100, ТИАЛ-К200, характеристика приведена в (Приложение 4, таблица 4.4). Специально для направления АПК был разработан опытный образец СВМПЭ содержащий различный композит придающий изделию оригинальные свойства, адаптированные для рабочих сельскохозяйственных процессов. Для СВМПЭ с композитной составляющей ТИАЛ-К100, ТИАЛ-К200 на основе СВМПЭ проведены предварительные испытания по определению естественного угла откоса и коэффициента трения. (Приложение 4, таблицы 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7) Определены следующие показатели: