849

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н.Прянишникова»

В. Д. Галкин, В. А. Хандриков, А. А. Хавыев

СЕПАРАЦИЯ СЕМЯН В ВИБРОПНЕВМООЖИЖЕННОМ СЛОЕ:

ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНИКА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Монография

Под общей редакцией профессора В.Д. Галкина

Пермь

ИПЦ «ПрокростЪ»

2017

1

УДК 631.362.36

ББК 40.711 Г 161

Рецензенты:

В.А. Елтышев, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой деталей машин ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ;

С.Л. Елисеев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой растениеводства ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ;

С.Е. Басалгин, начальник отдела технического сервиса ООО «Навигатор-Новое Машиностроение», г. Пермь.

Г 161 Галкин, В.Д.

Сепарация семян в вибропневмоожиженном слое: технология, техника, использование : монография / В.Д. Галкин, В.А. Хандриков, А.А. Хавыев; под общ. ред. В.Д. Галкина; М-во с.-х. РФ; федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высш. образов. «Пермский гос. аграрно-технологич. ун-т им. акад. Д.Н. Прянишникова». – Пермь : ИПЦ «ПрокростЪ», 2017 – 170 с.

ISBN 978-5-94279-376-0

В монографии изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований сепарации семян в вибропневмоожиженном слое, направленные на выделение посевного материала с показателями качества ГОСТ Р 52325-2005 при снижении затрат энергии семяочистительных линий зернового вороха кондиционной влажности с использованием вибропневмосепараторов и сокращении потерь высококачественных семян в отходы при фракционной их обработке. Приведены конструктивнотехнологические схемы вибропневмосепараторов производительностью 0,5; 1,0; 2,5 т/ч, даны рекомендации по использованию и методике их настройки на заданные условия работы, в том числе по разработанной технологии очистки. Машины прошли ведомственные испытания в учхозе вуза и Пермском НИИСХ.

Книга предназначена для специалистов в области сельского хозяйства, занимающихся подготовкой семенного материала, а также инженерно-технических и научных работников, магистрантов, аспирантов, связанных с разработкой и использованием машин для очистки семян, вообще, и в вибропневмоожиженном слое, в частности.

УДК 631.362.36

ББК 40.711

Печатается по решению Ученого совета Пермского государственного аграрнотехнологического университета.

Научное издание

Галкин Василий Дмитриевич, Хандриков Виктор Анатольевич, Хавыев Алмаз Альбертович

СЕПАРАЦИЯ СЕМЯН В ВИБРОПНЕВМООЖИЖЕННОМ СЛОЕ: ТЕХНОЛОГИЯ, ТЕХНИКА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Монография

Под общей редакцией профессора В.Д, Галкина

Подписано в печать 22.12.17. Формат 60×84 1/8 Усл. печ. л. 21,25. Тираж 50 экз. Заказ № 180

ИПЦ «Прокростъ»

Пермского государственного аграрно-технологического университета имени академика Д.Н. Прянишникова,

614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23 тел. (342) 217-65-42

2

Светлой памяти учителя, профессора Кошурникова Анатолия Федоровича

с глубокой благодарностью посвящается

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Подготовка и издание монографии обусловлены тем, что публикации в области технологий и средств механизации сепарации семян в вибропневмоожиженном слое за последние 10 лет помещены в специальных журналах, сборниках трудов Международных, Всероссийских научных конференций и других изданиях. Это не дает возможности студентам, магистрантам, аспирантам в течение ограниченного времени познакомиться с достижениями науки последних лет, направленных на повышение эффективности подготовки высококачественных семян. Большая часть опубликованных материалов зачастую недоступна, особенно студентам и аспирантам региональных вузов, ввиду ограниченного тиража изданий.

Кроме этого, несмотря на то, что машинная подготовка семян существует более 100 лет, необходимость обеспечения регионов страны посевным материалом зерновых культур, трав, технических, масличных и овощных культур требуемого качества, по-прежнему, является одним из ключевых вопросов в сельском хозяйстве [22,13].

Задача подготовки семян сельскохозяйственных культур предполагает применение ресурсо-энергосберегающих технологий их очистки, основную операцию в которых выполняет машина, разделяющая семенной материал в вибропневмоожиженном слое [29]. Еще в 1947 году Н.А. Майсурян [75] в работе «Биологические основы сортирования семян по удельному весу» показал, что семена большей плотности обладают более высокими посевными качествами и дают прибавку урожая до 5 ц/га. Н.Г. Гладков [18] в книге «Зерноочистительные машины» отмечает, что очистка на пневмосортировальном столе может повысить всхожесть одной из фракций семян на 7-11%, а посев семенами, отсортированными по удельному весу, дает прибавку урожая до 15-20%. В.М. Дринча и И.Б. Борисенко [21] отмечают, что применение для посева биологически полноценных семян с высокой всхожестью привело бы и к снижению норм высева до 170-180 кг/га и увеличению валового сбора зерна в стране. Однако эти преимущества обработки семян в вибропневмоожиженном слое при подготовке их к посеву до настоящего времени не используются.

Отличительными особенностями монографии, от ранее изданных, является то, что в ней изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований сепарации семян в вибропневмоожиженном слое с использованием технических средств, разработанных на кафедре сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ. Приведены конструк- тивно-технологические схемы машин производительностью 0,5; 1,0; 2,5 т/ч, даны рекомендации по использованию и методике их настройки на заданные условия работы. Машины прошли ведомственные испытания в учхозе вуза и Пермском НИИСХ.

4

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников, занимающихся разработкой машин для сепарации семян в вибропневмоожиженном слое, аспирантов, обучающихся по направлению подготовки 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве (дисциплины: технологии и средства механизации сельского хозяйства, научные исследования в агроинженерии, технологии и технические средства для послеуборочной продукции растениеводства, технологии и средства механизации и обслуживания в сельском, рыбном и лесном хозяйстве,); обучающихся по программам высшего образования: программам магистратуры по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия (дисциплины: энергосбережение в сельском хозяйстве, современные технологии механизированных процессов в агроинженерии, испытания сельскохозяйственных машин, методологические основы научных исследований, моделирование и оптимизация технологических процессов в агроинженерии, проектирование производственных процессов в растениеводстве, современные проблемы науки и производства в агроинженерии, теория рабочих процессов сельскохозяйственных машин); программам специалитета по специальности 23.05.01 Наземные транспортно-технологические средства (дисциплины: машины и оборудование в растениеводстве, механизация хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, оборудование стационарных комплексов, сельскохозяйственные машины); программам бакалавриата: по направлениям подготовки 23.03.03 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, 35.03.06 Агроинженерия (дисциплины: машины и оборудование в растениеводстве, механизация хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, оборудование стационарных комплексов, сельскохозяйственные машины, основы научных исследований); по направлениям подготовки 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение, 35.03.04 Агрономия, 35.03.07 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции, 36.03.02 Зоотехния, 38.03.01 Экономика, 20.03.01 Техносферная безопасность (дисциплины: механизация сельскохозяйственного производства, механизация растениеводства, механизация и автоматизация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве, механизация сельскохозяйственного производства, процессы и оборудование в растениеводстве).

Авторы выражают глубокую признательность инженерам К.А.Грубову, И.Ю.Козловскому, В.У.Горбунову, И.П.Менгалиеву, С.В.Галкину, Р.Г.Сединину, П.С.Серебренникову, К.С.Килину и др. за участие в ряде исследований, направленных на повышение эффективности сепарации семян в вибропневмоожиженном слое.

5

Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов

И.Ньютон

ВВЕДЕНИЕ

Сепарация семенного материала в вибропневмоожиженном слое является одной из основных операций в технологии подготовки семян, а технологические линии основной очистки семян на предприятиях должны комплектоваться пневмосортировальными столами, устанавливаемыми по-

сле воздушно-решетных машин и триеров [76,77,78,83,86,87,88,89,90,101].

К сожалению эта операция практически не используется при подготовке семян, а с применением пневмосортировальных столов обрабатывается менее 1% семенного фонда страны [21].

Пневмосортивальные столы разделяют компоненты семенной смеси по комплексу физико-механических свойств, в том числе по плотности, их используют для сортирования семян, очищенных от примесей, для выделения посевного материала, имеющего более высокую всхожесть и энергию прорастания. Это приводит к снижению нормы высева семян и повышению урожайности. Следует отметить, что в развитых зернопроизводящих странах мира сортирование в вибропневмоожиженном слое является обязательной операцией при подготовке семян [22,23].

Первый пневмосортировальный стол был разработан в 1897 г. в штате Техас (США) братьями Walter Steele и Edward Steele и другом их семьи

Henry Sutton. Они создали фирму Sutton Steele & Steele (в настоящее время

- «Triple S Dynamics», выпускающую сепараторы для обогащения полезных ископаемых. Немного позже фирма начала выпуск столов для сепарации семян сельскохозяйственных культур. Первая конструкция стола имела деку трапециевидной формы. С этого момента в области сепарации сыпучих материалов, вообще, и семян сельскохозяйственных культур, в частности, начался новый этап – разделение компонентов по комплексу физикомеханических свойств, основным из которых является плотность.

Вначале XX столетия появляются фирмы, специализирующиеся на выпуске пневмосортировальных столов в США, – Oliver (учредитель Oliver W. Steele), Kip Kelli и др. Позднее созданы предприятия по проектированию и изготовлению этих машин в Европе – Heid, Kamas и др.

Внашей стране первые работы, посвященные исследованию процессов сепарации семян в вибропневмоожиженном слое, появились после Второй мировой войны, а выпуск столов ССП-1,5, а затем БПС-3У, которые применялись, в основном, в мукомольной и элеваторной промышленности, был налажен на Харьковском заводе «Серп и Молот».

6

Пневмосортивальные столы, предназначенные для использования в семеноводческих хозяйствах, были разработаны в конце 60-х годов прошлого столетия в ГСКБ «Зерноочистка» (С.В. Жихарев и др.) в сотрудничестве с ВИСХОМом (Л.М. Суконкин и др.) и ВИМом (В.Д. Бабченко и др.), и в 1970 году была выпущена первая партия столов ПСС-2,5 производительностью 2,5 т/ч.

Рост урожайности и валовых объемов зерна обусловили разработку более производительных машин. В 1978 г. был разработан и поставлен на испытания пневмосортировальный стол СПС-5 производительностью 5 т/ч, а в 1989 г. в ГСКБ «Зерноочистка» разработана и успешно прошла Государственные испытания машина окончательной очистки семян МОС-9 производительностью 9 т/ч [22].

Исследования процессов разделения семян в вибропневмоожиженном слое продолжаются и в настоящее время.

Вэтой связи целью монографии является изложение результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса сепарации семян в вибропневмоожиженном слое с использованием разработанных технических средств для окончательной очистки малых партий семян производительностью 0,5; 1,0; 2,5 т/ч.

Впервой главе приведены требования, предъявляемые к качеству семян, дается классификация примесей, способы выделения трудноотделимых сорняков, изложены результаты исследования их отделения в вибропневмоожиженном слое, дана классификация технических средств осуществления этой операции, приведены конструктивно-технологические схемы технических средств для очистки семян от трудноотделимых примесей.

Во второй главе изложены результаты теоретических исследований движения компонентов под действием вибрации и воздушного потока.

Втретьей, четвертой и пятой главах изложены результаты экспериментальных исследований по разработке оригинальных конструкций вибропневмосепараторов производительностью от 0,5 до 2,5 т/ч, разработанных в Пермском ГАТУ.

Вшестой главе даны рекомендации по использованию и настройке созданных вибропневмосепараторов.

Вседьмой главе приведена энергетическая и технико-экономическая оценка использования технических средств сепарации семян в вибропневмоожиженном слое.

Взаключении изложены общие выводы по результатам проведенных исследований, а в приложении приведены фотографии фрагментов линий с использованием разработанных технических средств.

7

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1.Требования к качеству семян и их очистке в вибропневмоожиженном слое

Согласно ГОСТ Р 52325-2005 [20] семена по сортовым и посевным качествам, определяемым, главным образом, чистотой и всхожестью, подразделяются на четыре категории (табл. 1.1). К первой категории относятся оригинальные семена (ОС) – семена первичных звеньев семеноводства, питомников размножения и суперэлиты, произведенные оригинатором сорта или уполномоченным им лицом и предназначенные для дальнейшего размножения. Вторая категория – элитные семена (ЭС) – семена, полученные от последующего размножения оригинальных семян. Семена, предназначенные для использования в качестве родительских форм, относят к категории «элитные семена». Третью категорию составляют репродукционные семена (РС) – семена, полученные от последовательного пересева элитных семян (первое и последующие поколения – РС1, РС2 и т.д.). К четвертой категории относятся репродукционные семена, предназначенные для производства товарной продукции (РСт). Гибридные семена товарного назначения (первое поколение) относят к категории репродукционных семян).

В зерне не должно быть ядовитых и карантинных сорняков, живых вредителей и их личинок. Только в семенах категории РСт допускается незначительное количество клещей (до 20 шт./кг). В семенах категорий ОС и ЭС не допускается содержание семян овсюга.

Качество семян зависит от комплекса технологических операций, начиная от подготовки почвы и заканчивая закладкой их на хранение. Однако, по мнению большинства исследователей, важнейшими операциями формирования качества семян, при прочих равных условиях, являются операции их послеуборочной обработки.

Послеуборочная обработка семенного зерна решает две взаимосвязанные основные задачи – обеспечение длительного срока хранения зерна и доведение его до установленных кондиций по чистоте.

Для решения первой задачи применяют различные способы, главными из которых являются предварительная очистка и сушка зерна и семян.

Вторая задача выполняется в процессе основной очистки зернового вороха от сорной и зерновой примесей и последующего сортирования. Одними из первых ученых, внесших значимый вклад в разработку теории и расчета процесса разделения семян, являются Н.Н. Ульрих [94, 95, 96, 97, 98, 99, 100] и М.Н. Летошнев [72].

Чистота семян отражается на урожайности сельскохозяйственных культур. Засоренность посевов сорными растениями вызывает большие потери влаги, ухудшение условий питания растений, размножение вредителей и болезней, увеличение затрат на борьбу с сорняками.

8

Из семенного материала также должны быть выделены дробленые, щуплые, раздавленные, проросшие, мелкие с несформированным зародышем семена основной культуры.

Не менее важной характеристикой семян, с точки зрения качества, является их всхожесть. Одним из главных факторов, влияющих на всхожесть, особенно на полевую, является степень травмирования семян.

В процессе работы поточных линиий, в зависимости от состава машин и оборудования, конструктивных особенностей зерноочистительной линии, ее производительности и состояния обрабатываемого материала, травмирование семян достигает 60…70%. Около 50…60% травмированных семян приходится на транспортирующие органы (нории, шнеки, зерносливы и т.д.), около 10…15% семян травмируется зерноочистительным и сушильным оборудованием. Травмированные семена в лабораторных условиях могут показать хорошую всхожесть, но в полевых условиях она резко снижается, образуются слабые ростки, которые в процессе вегетации либо выпадут, либо дадут ослабленные растения, в результате снижение урожайности достигает значительной величины.

Известно, что из-за высокой степени микротравмирования семян, урожайность основных зерновых культур в условиях Урала и Зауралья снижается в среднем на 2,0…3,6 ц/га. Поэтому при подготовке семян к посеву необходимо сокращать количество транспортирущих устройств (нории, транспортеры и др.) и доводить семена до требований стандарта за один пропуск [1,2].

Требования, предъявляемые Государственным стандартом к семенам трав, приведены в приложении А.

Среди множества операций по разделению зерновых смесей, в том числе по аэродинамическим свойствам [14], по аэродинамическим свой-

ствам и размерам [34, 45, 46, 47, 48, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 63, 64, 65, 66, 80, 104, 108, 111, 112], направленных на получение высококачественных семян, важнейшей из них является окончательная очистка [22, 37, 38, 39, 44, 49, 71, 74, 81], которая осуществляется, как правило, в вибропневмоожиженном слое.

К этой операции предъявляются следующие требования:

-в вибропневмоожиженном слое разделяют семена, прошедшие очистку по аэродинамическим свойствам и размерам;

-материал должен разделяться на фракции: легкие примеси, очищенный материал, тяжелые примеси;

-чистота семян различных категорий должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 52325-2005;

-потери семян основной культуры в фуражные отходы при очистке их от члеников редьки дикой не должны превышать 10% от массы семян в материале, поступающем в машину.

10