Технология сепарации зерна на вибрационной машине

Введение. Перед организациями и предприятиями системы министерства заготовок стоит очень важная и ответственная задача – обеспечить полную сохранность закупленного государством зерна. Для успешного решения этой задачи хлебоприемные предприятия должны иметь техническую и энергетическую базу, способную обеспечить очистку и просушку поступающего зерна без потерь в течение одного месяца и разместить максимальное количе- ство зерна в зернохранилищах, оборудованных комплексной механизацией для обработки зерна в потоке. Технологический процесс обработки зерна на хлебоприемных предприятиях предусматривает доведение его до установленных стандартами кондиций в зависимости от назначения. Процесс должен быть организован на базе применения технологических линий, обеспечивающих поточное механизированное проведение всех операций с зерном [1, 2].

Цель исследования : совершенствование технологии сепарации зерна на зерноочистительных машинах с использованием вибрации в механических системах.

Методы и результаты исследования. Исследование осуществлялось методами организации патентных изысканий по российским и международным информационным базам, запатентованным конструктивным решениям вибрационной очистки зерна, результатами исследования явилась разработка новой конструкции виброцентробежной машины с высокой производительностью и качественной очисткой зерна.

Свежеубранное зерно (зерновой ворох) поступает на приемные и перерабатывающие предприятия с примесями – зерном неосновной культуры, частицами соломы и колосьев, половой, семенами сорняков, песком, комочками почвы и т. п. Примеси ухудшают качество продовольственного и семенного материала, затрудняют его хранение. Несвоевременная и некачественная очистка семенного материала приводит к повышению его влажности, самосогреванию, плесени, ухудшению посевных и товарных качеств. При переработке на готовую продукцию зерно дополнительно очищают от примесей и сортируют по размерам (крупности) на фракции [2, 3].

Предварительная очистка зерна в зерновых сепараторах является одной из важнейших технологических операций его послеуборочной обработки в системе подготовки зерна к хранению. После сбора и выделения из вороха зерновой материал представляет собой смесь зерна основной культуры и до 15 % зерновых примесей – поврежденного и незрелого зерна, более уязвимого к воздействию вредных организмов, посторонних культурных растений, сорняков, а также различных примесей минерального и органического происхождения. Отдельные примеси в партиях зерна имеют более высокую влажность (в 1,5 раза больше), чем само зерно. К тому же, их часто поражают микроорганизмы. Это приводит к более быстрому согреванию загрязненных партий зерна и, как следствие, росту его потерь. Кроме того, примеси приводят к образованию уплотненных слоев в штабеле зерна, которое при недостаточной вентиляции быстро портится. Предварительная очистка зерна зерноочистительными сепараторами позволяет выделить из полученного на сушку зернового вороха грубые, соломистые легкие примеси сорняков с высокой влажностью (до 40 % и более), что снизит влажность зерна до сушки на 1–2 %. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить расход топлива в процессе сушки [4, 5].

Засоренность зернового материала, поступающего на послеуборочную обработку, составляет 4– 8 %, но может достигать 10–15 % зерновой примеси, в частности сорной примеси – 3–5 %.

При хранении зерна в неочищенном виде при наличии в нем кусочков стеблей, листьев и семян сорняков повышенной влажности быстро повышается на 2–4 % влажность самого зерна. Наиболее интенсивно растет влажность в первые 6 ч. после сбора. Поэтому обязательной является очистка засоренного зерна сразу после его поступления на элеватор. Ее должны проводить с помощью машин, позволяющих выделять примеси высокой влажности.

Очистке на зерноочистительных машинах подлежит зерно: продовольственное и фуражное, определяемое по содержанию посторонних примесей как сорное; сортовое, предназначенное для семенных целей; засоренное соцветиями полыни или другими примесями, передающими зерну несвойственные ему запахи (очищают вне очереди); направляемое на сушку; зерно с признаками самосогревания (очищают вне очереди); зараженное вредителями хлебных запасов [1, 6].

Каждый вид примеси удаляется определенным видом машин. Основу зерноочистительных агрегатов составляют воздушно-решетные сепараторы, использующиеся для предварительной очистки и частичной сортировки зерна. Они имеют воздухоочистительные и решетные системы. Эти машины

Вестник КрасГАУ. 2018. № 5 работают при минимальных затратах энергии по сравнению с воздушными системами и триерными блоками [2, 8].

Воздушно-решетные зерновые сепараторы распределяют зерновую смесь по двум признакам – размерам (ширине и толщине) и скорости витания компонентов. Сочетание в одной машине решетного и пневмосепаратора улучшает эффективность очистки, дает возможность использовать один механизм распределения зернового потока по ширине сепарирующих органов машины – пневмоканалов и решет [1, 7].

Одним из способов интенсификации процесса сепарации зерна является использование дополнительного силового поля при вибрационном и вращательном движениях рабочих органов. Такой способ используется в зерновых сепараторах вибрационного типа А1-БЦСМ-100 и Р8-БЦСМ-50. Чтобы материал не «прилипал» к решету и происходило относительное перемещение зернового слоя его поверхностью, дополнительно применили механизм вибрации ситового цилиндра в вертикальной плоскости.

Недостатками этих установок является низкая эффективность процесса сепарации и сложность конструкции, которая ненадежна в эксплуатации. Выявленные технические недостатки и проведенные патентные исследования позволили на кафедре «Технология, оборудование бродильных и пищевых производств» Красноярского ГАУ разработать конструкцию вибрационной центробежной машины, техническая новизна которой защищена патентом РФ № 166452.

Схема предлагаемой виброцентробежной машины представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема виброцентробежной машины:

1 – перфорированный барабан; 2 – вал; 3 – рама; 4 – вибропривод; 5 – эластичные тороиды; 6 – штоки; 7 – входной штуцер; 8 – блок управления; 9 – конус; 10 – бункер; 11 – заслонка; 12 – приемник крупных частиц; 13 – приемник средних частиц; 14 – приемник мелких частиц; 15 – редуктор; 16 – привод

Виброцентробежная машина работает в следующей последовательности.

Исходный сыпучий материал из бункера 10 при открытой заслонке 11 поступает на внутреннюю поверхность конуса 9 , который размещен в перфорированном барабане 1 , и оба закреплены на валу 2 , приводимом во вращательное движение приводом 16 через редуктор 15 и осевые колебательные движения от двух виброприводов 4 , состоящих из цилиндров 4 , с подвижными штоками 6 , проходящими через их центральное отверстие и закрепленными в эластичных тороидах 5 , заполненных текучей средой с пневмоуправлением возвратно-поступательного движения в цилиндрах через входные штуцеры 7 от блока управления 8 .

На вал 2 воздействуют осевые колебательные движения с частотой 3 Гц через вертикальную стойку рамы 3 , при одновременном его вращении. Частицы, находящиеся в материале под действием сложных силовых полей, распределяются по поверхности конуса 9 . Крупные частицы сходом попадают в приемник 12 , а средние с мелкими просеиваются на перфорированный барабан 1 , где средние сыпучие вещества идут сходом в приемник 13 , а мелкие – проходом в приемник 14 . При сепарации легкоразделимых материалов круговые движения могут быть отключены. При этом работают только виброприводы 4 с пневмоподачей от блока управления 8 .

Установка двух цилиндров с эластичными тороидами в виброцентробежной машине позволяет передавать колебательные движения перфорированным барабану и конусному просеивателю. Передача вращательно-колебательного движения барабану и конусному просеивателю повышает эффективность просеивания и очистки отверстий просеивающих поверхностей. Выполнение вибропривода с возможностью колебаний в плоскости вала позволяет барабану и конусному просеивателю совершать осевые колебания. Такое выполнение вибропривода дает возможность выбирать независимо от частоты вращения барабана параметры колебаний (частоту и амплитуду).

Виброцентробежная машина позволяет работать при выключенном приводе круговых движений, что целесообразно при сепарации легкоразделимых зерновых смесей.

Применение заявляемой машины обеспечивает повышение качества процесса сепарации за счет улучшения расслоения сыпучего слоя и повышения просеиваемости проходовых частиц через поверхность перфорированного барабана и конусного сита. Улучшение эффективности просеивания достигается за счет наложения сложного силового поля, составляющими которого являются круговые и осевые колебательные движения на сыпучий слой, находящийся на цилиндрической и конусной перфорированных поверхностях [9].

Проводились лабораторные испытания на опытном образце виброцентробежной машины в первичном режиме очистки зерна ячменя, которые показали, что чистоту, т. е. содержание семян основной культуры, при исходном материале 86,7 % можно довести: товарного (фракция 2) – до 99,23 %; товарного (фракция 3) – до 98,41; фуражного (фракция 4) – до 94,65 %.

Выводы

• 1.    В результате лабораторных испытаний установлено, что после предварительной первичной очистки получен материал ячменя, который соответствует требованиям заготовительных, базисных и ограничительных кондиций.

• 2.    Виброцентробежная машина производит очистку вороха зерна с качеством, удовлетворяющим требованиям ГОСТов, и техническая ее новизна защена патентом Российской Федерации № 166452.