Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Voronezh, Voronezh, Russian Federation
Russian Federation
Annual harvesting of a large number of forest seeds allows for reforestation on the territory of the Russian Federation. Moreover, more than 70% falls on the seeds of coniferous trees. In order to increase their sowing quality and reduce losses, the seeds are dehumidified, cleaned, sorted by density and size, stratification, as well as other technological operations. The use of refined seeds during reforestation allows increasing the productivity of sowing units, improving the quality of seed placement, reducing the volume of seed bins, which leads to a decrease in the metal consumption of sewing machines as a whole. For experimental studies, special sieves were made: plastic with chamfered, plastic with standard holes and plastic with rounded edges. The dependences of the completeness of separation of the procode fraction ε were determined for various combinations of the angle of inclination α and the rotation frequency of the working body ω for various seed thicknesses. The angle of inclination of the working body α was changed from 4 ° to 12 °, in increments of 2 °, rotation frequency ω from 400 min--to 1200 min-¹, in increments of 200 min-¹. The size gap was set taking into account the dimensional characteristics of existing sieves with rectangular holes and was 0.2 mm. Studies were conducted on the seeds of common pine.
sorting sieve, common pine seeds, rotational speed of the working body
ВВЕДЕНИЕ
Россия является одной из крупнейших лесных держав нашей планеты. Около 80% площадей приходится на долю хвойных древостоев.
За последние десятилетия наблюдается значительное сокращение лесных площадей. Причиной тому служат слабое финансирование, необоснованные объемы рубок, сокращение лесовосстановительных работ, снижение объемов заготовки лесосеменного материала, слабая техническая оснащенность лесного хозяйства.
В лесохозяйственном производстве отделении крылаток от семян осуществляется на специальных семяочистительных машинах [1-5]. Для обеспечения этого процесса принимается два типа машин:
- машины, предназначенные только для обескрыливания крылаток лесных семян;
- машины комбинированные, с полным циклом обработки семян (обескрыливание, очистка, сортировка).
В последние годы основное внимание уделяется развитию конструкции машин второго типа.
Предусматривается создание комплекса машин для извлечения, очистки и сортировки семян [6-10]. Преимущество машин второго типа состоит в том, что здесь в одном агрегате сосредоточены рабочие органы, исполняющие все операции по обработке крылаток семян.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование частоты вращения и угла наклона рабочего органа на полноту выделения покодовой фракции.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Сортировальное решето является конечным элементом технологического процесса обработки семян и одновременно – одним из источников травмирования семян, при прохождении и застревании их в отверстиях. Теоретическими исследованиями установлено, что вероятность прохождения семян через отверстия различной формы неодинакова: у решет с продолговатыми отверстиями она выше, чем с квадратными, а у квадратных – выше, чем у круглых. С целью улучшения условий прохождения семян предложены решета со снятыми фасками и со скругленными краями. Для проведения экспериментальных исследований, подтверждающих теоретические положения, были изготовлены специальные решета: пластмассовое со снятыми фасками, пластмассовое со стандартными отверстиями и пластмассовое со скругленными краями. Кроме того, взято стандартное стальное решето с круглыми отверстиями. Исследования проводили на решетной установке, которая состоит из рамы, загрузочного бункера с питателем, решетного стана и элементов привода.
Зависимости полноты выделения прокодовой фракции ε были определены для различных сочетаний угла наклона α и частоты вращения рабочего органа ω при различной толщине семян. При этом, частота вращения ω менялась с шагом в 200 мин-¹ от 400 мин-¹ до 1200 мин-¹, угол наклона рабочего органа α менялся с шагом в 2° от 4° до 12°. Размерный промежуток был установлен с учетом размерных характеристик существующих решет с прямоугольными отверстиями и составлял
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ экспериментальных данных, представленных на рис. 1 позволяет сделать следующие заключения.
Для семян, имеющих толщину в пределах 1,0 –
Рисунок 1 - Влияние частоты вращения и угла наклона рабочего органа на полноту выделения проходовой фракции.
Угол наклона α = 6° с ростом частоты вращения ω дает некоторое увеличение показателя полноты выделения проходовой фракции ε, которая растет от 22,9% до 36,3%. Здесь, как и ранее, экстремум функции не наблюдается, что также говорит о ее дальнейшем увеличении.
При угле наклона α = 8° с ростом частоты вращения ω наблюдается увеличение значений функций от 25,9% до 31,1% при ω = 400–800 мин-¹. При дальнейшем росте частоты вращения, показатель полноты выделения проходовой фракции ε практически остается на одном уровне и колеблется в пределах 37%.
Рассматривая график функции при α = 10° можно сказать, что значения функции значительно выросли и имеют экстремум, приходящийся на значения частоты вращения ω = 800 – 1000 мин-¹. Наличие экстремума функции позволяет сделать вывод, что с дальнейшим ростом частоты вращения ω значения функции будут падать.
При α = 12° наблюдается снижение значения функции относительно предыдущего графика (α = 10°). Здесь также наблюдается экстремум функции, приходящийся на значение частоты вращения ω = 800 мин-¹.
При увеличении угла наклона α до 10° показатель полноты выделения проходовой фракции ε увеличивается. С дальнейшим ростом угла наклона α до 12°, значения показателя полноты проходовой фракции падают. Экстремум функции при α = 10°, приходящийся на ω = 800 – 1000 мин-¹ позволяет сделать вывод, что в данном случае мы имеем дело с оптимальными значениями угла наклона α и скорости вращения ω рабочего органа.
Рассматривая зависимости полноты выделения проходовой фракции ε от угла наклона α и частоты вращения ω рабочего органа для семян имеющих толщину в пределах 1,2 -
При α = 8° значения функции увеличиваются с ростом частоты вращения до 800 мин-¹. В дальнейшем, с увеличением частоты вращения ω, значения функции остаются на одном уровне и соответствуют 58 – 59%.
Рассматривая изменение показателя полноты проходовой фракции ε при α = 10° нетрудно заметить, что график имеет четко выраженный экстремум, приходящийся на значение частоты вращения ω = 800 мин¹.
При α = 12°, значения показателя полноты проходовой фракции немного снижаются относительно предыдущего графика (α = 10°). При этом, как и ранее, имеется четко выраженный экстремум, который также приходится на значение частоты вращения рабочего органа ω = 800 мин-¹.
Если мы рассмотрим зависимости полноты выделения проходовой фракции ε от частоты вращения ω и угла наклона α рабочего органа для семян с толщиной 1,4-
Функция имеет свой оптимум, при увеличении угла наклона рабочего органа до α = 6°, который приходится на ω=800 мин-1 и равный 80,4%.
При α = 8°, значения функции несколько уменьшаются. Но, как и в двух предыдущих случаях, наблюдается максимум значений функции, приходящийся на ω = 800 мин-¹ и равный 78,8%.
Рассматривая поведение функции при α = 10°, можно сказать, что значения функции значительно падают и ее экстремум, приходящийся на ω = 800 мин-¹, соответствует 73,5%.
Наименьшие значения функция имеет при α = 12°, но и здесь, как и во всех предыдущих случаях, наблюдается оптимум функции, приходящийся на ω = 800 мин-¹ и равный 67,3%.
Переходя к рассмотрению зависимости полноты выделения проходовой фракции ε от угла α и частоты вращения ω рабочего органа для семян с толщиной 1,6-
При изучении угла наклона α до 6° наивысшее значение функции вновь наблюдается сразу в 2 точках: ω=800мин-1 и ω=1000мин-1 и составляет 81,2%.
С увеличением угла наклона α до 8° оптимум функций вновь приходится на значение ω=800мин-1 и равняется 80,9%.
Рассматривая поведение функции при α = 10°, можно сказать, что значения функции резко уменьшаются по сравнению с двумя предыдущими графиками, при этом экстремум приходится на ω = 800 мин-¹ и соответствует 73,9%.
Переходя к рассмотрению графика α =12° видно, что в данном случае, как и во всех предыдущих, максимальное значение функции приходится на ω = 800 мин-¹ и равно 68,9%.
Вывод.
Детально проанализировав все рисунки, можно сказать, что при изменении угла наклона α от 4° до 8° для семян с толщиной 1,6-
С уменьшением толщины до 1,4-
Таким образом, из графиков видно, что при α = 8°, полнота выделения проходовой фракции оптимальна. Кроме того, в большинстве рассмотренных случаев графики имеют четко выраженный экстремум, при этом значения аргумента практически везде равны 800 мин-1, что представляет собой среднюю величину из всей области значений.
1. Malyukov, S.V. Obzor konstrukciy mashin dlya obeskrylivaniya, ochistki i sortirovki semyan / S.V. Malyukov, A.V. Knyazev, A.A. Aksenov, N.A. Borodin, A.V. Solncev // Voronezhskiy nauchno-tehnicheskiy Vestnik. - 2019. - T. 2. - № 2 (28). - S. 61-72..
2. Golev, A.D. Obosnovanie tehnologicheskih i konstruktivnyh parametrov bezreshetnogo separatora val'covogo tipa dlya ochistki i sortirovki semyan hvoynyh porod: dis… kand. tehn. nauk / A.D. Golev. - Voronezh, 1992. - 165 s.
3. Filin, M.I. Mashina dlya obeskrylivaniya semyan sosny i eli / M. I. Filin // Lesnoe hozyaystvo. - 1983. - № 10. - S. 66-67.
4. Sviridov, L.T. O klassifikacii sposobov i ustroystv dlya obeskrylivaniya lesnyh semyan hvoynyh porod [Tekst] / L. T. Sviridov // Lesnoy zhurnal. - 1997. - № 3. - S.15-19.
5. Aksenov, A.A. Modernizaciya mashiny dlya obeskrylivaniya i ochistki semyan MOS-1A / A.A. Aksenov, S.V. Malyukov // Aktual'nye napravleniya nauchnyh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika. - 2014. - T. 2. - № 3-4 (8-4). - S. 19-22.
6. Nartov, P.S. Proektirovanie i raschet lesohozyaystvennyh mashin: ucheb. / P.S.Nartov. - Voronezh: Izd-vo VTU, 1980. - 192 s.
7. Mashina dlya ochistki, sortirovki i obeskrylivaniya lesnyh semyan UMO-1. / Pasport. Pushkino: COKB leshozmash, 1991. - 25 s.
8. Wang, S.S. Detection Technology for Impurity Removal Rate and Performance Index of Chinese Cabbage Seed Cleaning Machine / S.S. Wang, JT Ji, LX Geng, XL Xie // Ekoloji. - 2019. - Vol. 28. - Issue 107. - pp. 1745-1759
9. Giyevskiy, A.M. Substantiation of basic scheme of grain cleaning machine for preparation of agricultural crops seeds / A.M. Giyevskiy, V.I. Orobinsky, A.P. Tarasenko, A.V. Chernyshov, D.O. Kurilov // International conference on mechanical engineering, automation and control systems. - 2018. - Vol. 327. - DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/4/042035
10. Tian, J.S. Leaf adhesiveness affects damage to fiber strength during seed cotton cleaning of machine-harvested cotton / J.S.Tian, X.Y. Zhang, W.F. Zhang, H.Y. Dong, X.L. Jiu, Y.C. Yu, Z .Zhao // Industrial crops and products. - Vol.107. - pp. 211-216. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.05.056
