Анализ молотильно-сепарирующих устройств льняного вороха (часть дипломного проекта)

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЬНОВОРОХА
2.1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ УБОРКИ ЛЬНА

Нынешнее сложное положение льняной отрасли кроется в том, что лен – не только ценная, но и трудоемкая сельскохозяйственная культура, требующая строгого выполнения всех технологических операций. Одной из причин невысоких урожаев является недостаток семян высоких посевных кондиций.
Существует три основные технологии переработки влажного льняного вороха, получаемого от льнокомбайнов [10]:
– обмолот влажного льновороха в поле зерноуборочным комбайном, с последующей его транспортировкой и переработкой полученного мелкого льновороха на стационаре;
– предварительная сепарация (выделение путанины) на стационаре, обмолот влажного вороха и последующая доработка;
– досушивание влажного вороха в сушилках, обмолот с последующей доработкой на стационарном пункте.
Обмолот сырого вороха зерноуборочным комбайном наиболее широко применяется в настоящее время, хотя и сопровождается большими (до 30%) потерями семян от недомолота, дробления, микроповреждений и недостаточной герметизации.
Вторая технология применяется для сокращения сроков уборки и снижения расходов на сушку, путем выделения из сырого вороха путанины. Однако потери семян при этом достигают 10...15 %.
Третья технология, предусматривает операцию досушивания поступившего от льнокомбайнов льновороха методом активного вентилирования холодным и подогретым до температуры 40...45 °С воздухом. Этот процесс является наиболее энергоёмким в технологии переработки на стационаре. Ворох сушат до влажности 13...15 %, допускается неравномерность сушки вороха по влажности ± 2 %. Влажность семян перед обмолотом составляет 10...12 % [11]. Далее высушенный ворох поступает для обмолота и очистки в одну из применяемых для этого машин (МЛВ – 2,5; и др.).
Приведённая технология обладает одним существенным недостатком – примеси содержащиеся в льноворохе, как правило, не находят дальнейшего практического применения (стебли и обрывки стеблей льна, сорняки, минеральный сор). В полученном от льнокомбайнов ворохе содержится 40...84 % семенных коробочек, 2...25 % свободных семян, 2...51 % стеблей и обрывков стеблей, 1...33 % сорняков и до 1 % минерального сора [11]. Влажность вороха в период уборки в фазе ранней жёлтой спелости составляет 34...59 %. Основные компоненты вороха имеют следующую влажность :семенные коробочки – 17...58 %, свободные семена – 12...27 %, сорняки – 44...81 % и путанина – 59 – 66 % [11]. Таким образом рассматриваемая технология неприемлема в настоящее время из-за огромных, ничем не оправданных энергозатрат, и прежде всего на сушку путанины, не находящей дальнейшего применения.
Для снижения энергоемкости процесса сепарирования, исключения потерь семян с неочесанными коробочками, снижения их травмирования и микроповреждений нами предложен барабанный сепаратор льняного вороха (Патент «Барабанный сепаратор льняного вороха» от 5.07.2006 No 3107), разработанную в БГСХА, которая имеет форму барабана (Приложение 7).

2.1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ, КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
СХЕМ МОЛОТИЛЬНО-СЕПАРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Льняной ворох, получаемый от льнокомбайнов, является малосыпучей смесью неоднородных по размеру и спелости коробочек льна и семян. В нем содержатся длинностебельные примеси в виде путанины и стеблей сорняков. Такой ворох требует дополнительного досушивания, обмолота и очистки семян.
На основании анализа существующих технологий уборки и переработки семенных посевов льна, а также результатов исследований причин травмирования семян в процессе обмолота, можно сделать вывод, что вопрос изыскания и исследования технологических схем и рабочих органов для обмолота и сепарации семенного вороха льна является актуальным.
Основные типы молотильно-сепарирующих устройств были классифицированы по способу воздействия рабочих органов на обмолачиваемый материал. В соответствии с данным признаком они разделены на группы, отличающиеся между собой схемами технологического процесса и конструктивным исполнением (табл. 1).
К первой группе относятся молотильные устройства, оказывающие на обрабатываемый материал вытирающее воздействие. К ним относятся: дисковые, ленточные, вальцовые, роторные и шнековые.

Таблица 1. Классификация обмолачивающих устройств.

Способ обмолота Тип устройства
Перетирание дисковые ленточные вальцовые роторные шнековые
  а 

б 
в  г  д

Удар удар по массе центробежные вибрационные
  е  ж
з

Плющение Вальцовые клавишные
 гладкие рифленые  л

  и  к 
Изгиб-излом барабанные барабанно-дековые ленточные
  м  н


о
Комбинированные барабанно-дековые роторные ротационные
  п  р  с

Дисковые молотильные устройства представляют собой гофрированные диски, вращающиеся относительно друг друга (табл. 1а). Степень выделения семян у этих устройств до 96 %. Дисковые молотильные устройства имеют следующие недостатки: высокую энергоемкость процесса обмолота, т. к. перетирание связано со значительными деформациями обмолачиваемой массы; невысокую производительность (до 0,3 т/ч); снижение качества процесса обмолота при увеличении влажности обрабатываемого материала.
Молотильные устройства вальцового типа представляют собой два и более вальца, вращающихся навстречу друг другу (табл. 1в). Степень выделения семян у этих устройств составляет 94...98 %, при увеличении влажности вороха свыше 18 % она резко снижается. Это объясняется тем, что при неравномерной толщине слоя вороха, поступающего на обмолот, происходит увеличение зазора между вальцами по всей длине рабочей поверхности. Такие устройства также имеют низкое качество перетирания из-за малой площади контакта между поверхностями вальцов и обрабатываемым материалом.
Молотильные устройства центробежного типа осуществляют обмолот за счет центробежных сил. Такие устройства состоят из вращающегося диска с радиальными направляющими. Обрабатываемый материал подается на вращающийся диск, за счет возникающих центробежных сил ударяется о рабочую поверхность, благодаря чему и происходит обмолот (табл. 1ж).
Анализ молотильных устройств, оказывающих на обрабатываемый материал вытирающее воздействие, показывает, что их применение ограничивается физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, невысокой производительностью, большими энергозатратами.
Молотильные устройства, обмолачивающие материал за счет энергии удара, воздействия вибрации или центробежных сил, выполнены в основном барабанного типа (табл. 1е). Молотильный аппарат ударного, «цепового» типа, представляющий собой барабан с качающимися зубьями и активную роликовую деку, был разработан и исследован П.И. Бородиным. Однако, такие молотильные устройства не нашли применения из-за сильного измельчения соломистой массы. К молотильным устройствам, оказывающим на обрабатываемый материал вибрационное воздействие, относятся устройства, которые производят обмолот в результате колебаний, возникающих в слое обрабатываемого материала при вращении молотильного барабана (табл. 1з). Недостатком такого способа обмолота является большое количество оторванных необмолоченных колосьев из-за пропорциональности числа циклов, необходимых для разрушения материала величине изгиба.
К молотильным аппаратам, оказывающим на обрабатываемый материал плющильное воздействие, относятся вальцовые и клавишные. Вальцовые в свою очередь делятся на эластичные и жесткие, гладкие и рифленые. Такие молотильные аппараты рассчитаны для обмолота лент льна и применяются в льномолотильных машинах, распространенных в Европе. Вальцовые молотильные аппараты льномолотилок западных фирм «Зейдерслебен» и «Фрайтаг» имеют мелкорифленую рабочую поверхность. Применение таких молотильных устройств способствует более эффективному выделению семян из семенных коробочек [1]. Их недостатком являются жесткие требования к влажности и физико-механическим свойствам обрабатываемого материала.
Молотильные устройства, работающие по принципу обмолота материала посредством «изгиба-излома», делятся на барабанные, барабанно-дековые и ленточные (табл. 1м, н, о). Недостатком таких молотильных устройств является неполное выделение семян и высокая степень их травмирования.
К молотильным устройствам, оказывающим на обрабатываемый материал комбинированное воздействие, относятся: барабанно-дековые, роторные, ротационные и вальцовые. Вальцовые бывают эластичные и жесткие, гладкие и рифленые. Наиболее распространенными являются барабанно-дековые молотильные устройства, различающиеся по конструктивному исполнению (табл. 1н). Они могут иметь бильные, штифтовые, молотковые, планетарные, конические или уголковые барабаны. Деки таких молотильных аппаратов могут быть пассивными или активными. Активная дека отличается от пассивной тем, что она снабжена приводом, чаще всего вибрационного действия. Пассивные деки разделяются на решетчатые, зубчатые, роликовые и глухие. Молотильный аппарат планетарного типа представлен на (рис. 1). Такой молотильный аппарат имеет большую производительность при небольших размерах, но в то же время высокий процент повреждений семян при обмолоте ограничивает их широкое применение. Это связано с тем, что движущая сила должна быть значительной, чтобы обеспечить высокую пропускную способность при одновременно полном обмолоте.
В барабанно-дековых молотильных аппаратах на обрабатываемый материал оказывается ударное и вытирающее воздействие. Сильное вытирающее воздействие оказывают на материал барабаны роторного типа с винтовыми направляющими каналов и рифленой терочной поверхностью. Однако, в результате такого воздействия степень измельчения соломы у них в 2...3 раза выше, чем у молотильных аппаратов с бильным барабаном. Это приводит к значительному увеличению объема материала, поступающего на сепарацию, и, как следствие, увеличению нагрузки на решета. При обработке длинносоломистой массы могут образовываться жгуты, приводящие к забиванию ротора [2]. Штифтовые барабанные молотильные аппараты оказывают на обрабатываемый материал ударное, в сочетании с вытирающим, воздействие. Барабанные молотильные аппараты с аксиальной подачей имеют степень выделения семян до 95 %, которая достигается за счет большой длины пути, проходимой обрабатываемым материалом в молотильном устройстве. Недостатками таких устройств являются: повышенная энергоемкость, высокая степень дробления и травмирования семян [2]. У молотильных аппаратов с молотковыми барабанами обмолот производится в основном за счет ударного воздействия. Поэтому такие молотильные устройства имеют высокую степень травмирования и низкую степень выделения семян [2].

Рис. 1. Молотильный аппарат планетарного типа

Анализ существующих способов обмолота различных материалов позволяет сделать вывод, что наиболее эффективным, с учетом физико-механических свойств льновороха, является комбинированное воздействие рабочих органов на обрабатываемый материал. Наиболее полное и качественное выделение семян из коробочек может быть достигнуто путем сочетания вытирающего и разламывающего воздействия. Такое сочетание возможно при обмолоте вороха вальцовым молотильным аппаратом с эластичной рифленой рабочей поверхностью.
При сравнении проанализированных сепараторов сырого вороха можно выделить основные их недостатки:
– большие потери семян с ворохом и с необорванными коробочками;
– низкое качество разделения вороха;
– травмирование и микроповреждения семян;
– излишнее измельчение вороха, что приводит к низкой воздухопроницаемости при дальнейшей сушке;
– большие энергозатраты на привод сепаратора.
Наилучшие результаты работы вышеперечисленные молотильно-сепарирующие устройства показывают при обработке предварительно отсепарированного льновороха. Кроме того, в 3...4 раза снижаются энергозатраты на досушивание предварительно отсепарированного материала. Поэтому разработка и исследование таких сепараторов является актуальной. Эффективным способом является применение для сепарации питателя-дозатора, состоящего из платформы и гребенчатого транспортера. После гребенчатого транспортера устанавливают два параллельно работающих клавишных соломотряса зерноуборочного комбайна СК-5М «Нива» (рис. 2).
Угол наклона соломотрясов составляет 160, а их ширина составляет 2,5 метра. Недостатком такого устройства является повышенный расход электроэнергии на привод соломотряса, имеющего большую массу и габаритные размеры, а также потери семян с неочесанными головками, которые достигают 5...10%.


Рис. 2 .Схема восьмиклавишного соломотряса для отделения длинных примесей из льновороха: 1 – клавиши; 2 – электродвигатель; 3 – рама.
Следующее устройство для разделения льновороха (рис. 3) [4] на фракции обладает большой метало- и энергоемкостью. Также теряется большое количество семян в необорванных коробочках на стеблях.


Рис. 3. Устройство для разделения льняного вороха:
1 – загрузочный транспортер; 2 – соломотряс; 3 – грохот; 4 – впадины; 5 – выступы; 6 – прорези; 7 – транспортер; 8 – лопасти; 9 – транспортер зрелых коробочек;10 – транспортер длинных примесей;11 – транспортер; 12 – транспортер зеленых коробочек; 13 – транспортер свободных семян.
Широко для разделения влажного льновороха используют переоборудованную молотилку МВ–2,5А [5]. При этом отмечается высокая энергоемкость процесса, большие потери семян из-за травмирования и микроповреждений.
Известна также машина для отделения соломистой массы от вороха (рис. 4) состоит из загрузочного окна, бильного барабана с декой, соломотряса и устройства для вывода соломистой массы и семян [6].


Рис. 4. Машина для отделения соломистой массы от вороха
1 – загрузочный ковш; 2 – жалюзийные клавиши; 3 – транспортер; 4 – бильный барабан; 5 – отбойный битер; 6 – уплотнитель соломистой массы; 7 – барабан-измельчитель; 8 – вентилятор.

Недостатком данного устройства является то, что семена в значительной степени повреждаются барабаном, причем семенные коробочки льна без надобности измельчаются, воздухопроницаемость вороха понижается, условия сушки становятся хуже.
Данное устройство служит для отделения грубых примесей (рис. 5) [7]. Недостатком данного устройства является то, что качественное отделение коробочек от стеблей в результате защемления ее между стеблями маловероятно, что увеличит потери семян с неотделенными головками, воздухопроницаемость вороха понизится, следовательно, условия сушки станут хуже.


а)

б)

Рис. 5 . Устройство для отделения грубых примесей:
а) вид сбоку, б) вид сверху
1 – конвейер; 2 – подающий транспортер; 3 – планки; 4 – транспортер-выравниватель; 5 – подпружиненный каток; 6 – конусные зубья; 7 – пружина; 8 – загрузочный барабан; 9 – серповидные зубья; 10 – грохот.

Еще одна конструкция сепаратора сырого вороха (рис. 6) [8] эффективна лишь для сепарации мелкого вороха. При сепарации сырого вороха возникают намотки на барабан, жгутообразование и забивания между барабаном и декой.



Рис. 6 . Схема шнекового сепаратора сырого вороха:
1 – корпус; 2 – цилиндрический барабан; 3 – бичи; 4 – прутковая дека; 5 – загрузочный бункер; 6 – конический шнек; 7 – крыльчатка; 8 – ось; 9, 10 – половинки деки; 11, 12 – подпружиненные края половинок деки; 13, 14 – шарнирно закрепленные края половинок деки; 15 – часть деки, выполненная в виде усеченного конуса; 16 – просеивающая решетка; 17 – ленточный транспортер.

При сравнении проанализированных сепараторов сырого вороха можно выделить основные их недостатки:
– большие потери семян с ворохом и с необорванными коробочками;
– низкое качество разделения вороха;
– травмирование и микроповреждения семян;
– излишнее измельчение вороха, что приводит к низкой воздухопроницаемости при дальнейшей сушке;
– большие энергозатраты на привод сепаратора.
В результате исследований установлено, что разработка сепаратора для выделения грубых примесей из сырого льновороха перед его досушиванием является актуальной задачей. Сепаратор льновороха должен отвечать следующим основным требованиям:
– потери семян не должны превышать 2%;
– повреждение семян не более 0,5%;
– плотность льновороха должна составлять не более 200 кг/м3.
Сепаратор сырого льняного вороха обеспечивает качественную работу только в том случае, если его рабочие органы отрегулированы в соответствии со свойствами сепарируемого льновороха. На работу сепаратора оказывают влияние состояние обрабатываемого материала (процентное содержание путанины, влажность вороха, плотность вороха, длина обрывков стеблей, процентное содержание головок и свободных семян, фаза спелости, наличие остатков сорных растений) и настройки сепаратора (подача вороха, скорость вращения зубчатых барабанов, расстояние между верхними и нижними барабанами, расстояние между первой и второй парой зубчатых барабанов, скорость вращения домолачивающих вальцов, зазор между домолачивающими вальцами, скорость вращения планчатых вальцов [5].
Для снижения энергоемкости процесса сепарирования, исключения потерь семян с неочесанными коробочками и вследствие их травмирования и микроповреждений предложен ленточный сепаратор сырого льновороха (рис. 7) [9].
Сепаратор льняного вороха работает следующим образом. Устройство позволяет улучшить качество сепарации льняного вороха за счет выделения из него длинных компонентов перед сушкой и может входить в комплект оборудования КСПЛ–0,9 и устанавливается непосредственно после подающего гребенчатого транспортера, над загрузчиком сушильной камеры.




Рис.7 . Схема ленточного сепаратора сырого льновороха
1 – гофрированные перетирающие вальцы, 2 – ведущий барабан, 3 – ведомый барабан, 4 – наружная лента с гофрированной поверхностью и отверстиями для выхода шипов, 5 – шипы, 6 – внутренняя лента с шипами, 7 – разделительные вальцы, 8 – встряхиватели, 9 – транспортер путанины, 10 – транспортер-раскладчик, 11 – гребенчатый транспортер, 12 – цепочно-планчатый транспортер, 13 – скатная доска.