Повышение эффективности процесса калибрования клубней картофеля барабанной картофелесортировальной машиной путем использования новой рабочей поверхности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Повышение эффективности процесса калибрования клубней картофеля барабанной картофелесортировальной машиной путем использования новой рабочей поверхности

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Благодаря высокому содержанию в клубнях крахмала (14-25%), белка высокого качества (1,4-3,0%) и витаминов, картофель приобрел статус многоцелевой культуры, востребованной в пищевой промышленности, животноводстве, спиртовом, крахмалопаточном, глюкозном, каучуковом, декстриновом и др. производствах.

Перспектива развития картофелеводства РФ во многом зависит от эффективности производства культуры, где около 92% валового сбора урожая приходится на личные подсобные и крестьянско-фермерские хозяйства с большой долей ручного труда.

На основании сведений, предоставляемых Росстатом, общий объем валового сбора картофеля с площади 3 млн. га составляет 38,5 млн. т., где около 60% урожая приходится на Центральный и Приволжский федеральные округа. Средняя урожайность в Российской Федерации составляет 12,8 т/га, что в сравнении с урожайностью стран Евросоюза в 2,7 раза меньше.

В настоящее время известно множество агротехнических приемов, позволяющих значительно повысить урожайность культуры, одним из которых является качественно выполненная предпосадочная калибровка клубней, что обеспечивает проведение посадки с минимальным количеством пропусков в рядках, исключает высев двойными клубнями и увеличивает однородность всходов.

Выполненный анализ существующих отечественных и зарубежных конструкций машин для калибрования картофеля позволил установить, что в специализированных технических средствах, адаптированных к условиям мелкотоварного производства и в полном объеме отвечающих по технологии всем требованиям на данную операцию, картофелеводческая отрасль испытывает недостаток.

В данной ситуации наиболее актуальным техническим решением является модернизация существующих картофелесортировальных машин барабанного типа. Работа выполнена в соответствии с приоритетным научным направлением ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по теме №2 «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК», пп. «Разработка образцов сельскохозяйственных машин, орудий и мобильной техники» (гос. рег. №01201151795), а также целевой программе «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия Саратовской области на 2008-2012 годы» (закон Саратовской области №228 от 09.11.2007 г.).

Цель исследований. Повышение точности калибрования клубней картофеля по размерам барабанной картофелесортировальной машиной с новой рабочей поверхностью.

Объект исследований. Технологический процесс калибрования клубней картофеля барабанной картофелесортировальной машиной с новой рабочей поверхностью.

Методика исследований. Теоретические исследования работы предлагаемой картофелесортировальной машины проводились в соответствии с основными законами классической механики и прикладной математики. Часть необходимых расчетов была выполнена с применением ЭВМ. Для проведения экспериментальных исследований составлялись частные методики, которые оценивались в соответствии с общепринятыми методиками и рекомендациями по обработке и оценке экспериментальных данных, в основу которых положены теория вероятности и математическая статистика.

Научная новизна. Теоретически обоснованы конструктивно-кинематические параметры разработанной картофелесортировальной машины с жесткой многогранной сортирующей поверхностью с калибрующими отверстиями правильной шестиугольной формы (Свидетельство РФ на полезную модель №103268). Получены уравнения, описывающие процесс взаимодействия клубней картофеля с жесткими плоскими решетами с правильными шестиугольными отверстиями, учитывающие режим работы установки, ее конструктивные параметры и физико-механические свойства клубней.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Проведенные исследования позволили обосновать конструктивные параметры и технологические режимы работы экспериментальной картофелесортировальной машины с жесткой многогранной сортирующей поверхностью, которая имеет следующие эксплуатационно-технологические показатели: коэффициент точности сортирования по машине в целом м_? = 92,5%, производительность Q = 3,1 т/ч при удельном расходе электроэнергии N_уд = 0,29 кВт·ч/т.

В настоящее время картофелесортировальная машина внедрена и работает в ФСО «Родники» Калининского района Саратовской области.

Апробация. Основные результаты исследований диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции «Вавиловские чтения - 2006», на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК» в 2008-2011 гг., на Всероссийской научно-практической конференции: «Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России» (г. Саратов, 2008 г.), на международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова (г. Саратов, 2008 г.), на Международной научно-практической конференции, посвящённой 70-летию профессора В.Ф. Дубинина (г. Саратов, 2010 г.).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Результаты исследований физико-механических свойств клубней картофеля сортов, получивших наибольшее распространение в Приволжском федеральном округе.

2. Конструкция и принцип работы барабанной картофелесортировальной машины с новой рабочей поверхностью.

3. Теоретическая модель процесса взаимодействия клубней картофеля с плоскими решетами с правильными шестиугольными отверстиями при непрерывном изменении угла наклона решета.

4. Результаты экспериментальных исследований процесса калибрования клубней картофеля разработанной картофелесортировальной машиной.

5. Эксплуатационно-технологическая и экономическая оценка применения барабанной картофелесортировальной машины в условиях крестьянско-фермерского хозяйства.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи - в изданиях, включённых в «Перечень ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 4,34 печ. л. (из них лично соискателю принадлежит 2,68 печ. л.). Получен патент на полезную модель РФ №103268.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 236 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц, 59 иллюстраций и 5 приложений. Список использованных источников включает 121 наименование, из которых 2 на иностранном языке.

Содержание работы

калибрование клубень картофель барабанный

Во введении обоснована актуальность темы и необходимость совершенствования рабочих органов барабанного типа, а также изложены цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обзор конструкций, состояние исследований, классификация картофелесортировальных машин, цель и задачи исследований» рассмотрены основные требования к техническим средствам первичной доработки картофеля и выполнен анализ способов калибрования, который позволил установить, что наиболее эффективными и востребованными являются технические средства, осуществляющие сортирование на весовые фракции по линейным размерам, т.е. по толщине, ширине и длине клубня.

В связи с этим был проведен анализ картофелесортировальных машин,

калибрующих ворох картофеля по размерным признакам и опубликованных научно-исследовательских работ ведущих специалистов в этой области (В.П. Горячкин, Н.Н. Колчин, А.И. Каламин, Г.Д. Петров, К.А. Пшеченков, П.Л. Максимов, А.С. Добышев, Е.И. Кистанов и др.).

По результатам анализа был сделан вывод, что преобладающие мелкотоварные хозяйства испытывают острый недостаток в картофелесортировальных машинах малой и средней производительности, среди которых наиболее полно агротехническим требованиям отвечают установки с рабочим органом барабанного типа.

Проведенные исследования конструкций машин позволили сформулировать цель работы и следующие задачи:

· выполнить анализ существующих отечественных и зарубежных конструкций рабочих органов барабанных картофелесортировальных машин и разработать классификацию;

· исследовать физико-механические свойства клубней, наиболее распространенных сортов картофеля в ПФО и установить параметры калибрующих отверстий для их разделения на фракции;

· разработать схему конструкции барабанной картофелесортировальной машины с жесткой многогранной сортирующей поверхностью;

· теоретически исследовать процесс взаимодействия клубней картофеля с многогранной решетчатой поверхностью с правильными шестиугольными отверстиями и обосновать конструктивные параметры предлагаемого рабочего органа;

· в лабораторных условиях исследовать процесс калибрования и определить рациональные конструктивные и кинематические параметры предлагаемой картофелесортировальной машины;

· в производственных условиях дать эксплуатационно-технологическую и экономическую оценку использования предлагаемой барабанной картофелесортировальной машины.

Во второй главе «Физико-механические свойства клубней районированных сортов картофеля», представлены результаты исследований некоторых физико-механических свойств клубней картофеля сорта «Розара», которые необходимы при обосновании параметров калибрующих отверстий картофелесортировки. Для чего клубни картофеля предварительно подготовленного опытного вороха были измерены и взвешены.

Полученная информация позволила составить графики функции эмпирического распределения клубней в ворохе по массе m_кл (рис. 1) и по индексу формы k_ф (рис. 2).



Рисунок 1. График функции эмпирического распределения клубней картофеля сорта «Розара» в ворохе по массе

Рисунок 2. График функции эмпиричес-кого распределения клубней картофеля сорта «Розара» в ворохе по индексу формы

Величину индекса формы определяли у каждого клубня опытного вороха по следующему выражению:

, (1)

где b_кл - ширина клубня, мм;

c_кл - толщина клубня, мм.

Результаты исследований показывают, что экспериментальный ворох картофеля на 17,2% и 29,9% состоит из клубней мелкой и средней фракций, где на округло-овальные и удлиненно-овальные клубни, приходится 71,9% и 28,1% соответственно.

С учетом требований ГОСТ Р 53136-2008 семенной картофель следует разделять на фракции по ширине клубней. В связи с чем были проведены исследования опытного вороха клубней того же сорта на характер взаимосвязи массы клубней m_кл с их шириной b_кл.

В результате была получена размерно-массовая характеристика вороха (рис. 3) и математическое выражение, описывающее эмпирическое распределение массы клубней в ворохе от их ширины, следующего вида:

, (2)

где .

На основании полученной размерно-массовой характеристики, оптимальный размер диаметра окружности вписанной в правильное шестиугольное калибрующее отверстие для выделения мелкой фракции следует принять равным 41 мм, а для средней фракции 51 мм.

Учитывая, что все многообразие форм клубней, включенных в «Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию», в сравнении с объемными телами классической геометрии, представляют собой трехосные эллипсоиды, то с научной точки зрения наибольший практический интерес могут представить характерные сортам параметры форм клубней. В связи с этим были проведены исследования линий контуров поверхностей опытной группы клубней семенной фракции сорта «Розара» во взаимоперпендикулярных сечениях с их последующим математическим описанием, которые показали, что формы клубней данного сорта с учетом агроинженерных допусков соответствуют эллиптическим.

Рисунок 3. Зависимость массы клубней картофеля сорта «Розара» от их ширины

Учитывая, что клубни сорта «Розара» обладают индивидуальными механическими свойствами поверхности, потребовалось провести исследования на характер их взаимодействия с новой поверхностью, образованной правильными шестиугольными отверстиями.

В результате, для слоя клубней было определено значение угла трения скольжения и трения качения, .

В дополнении было установлено абсолютное значение угла трения скольжения поверхности клубней исследуемого сорта по резинобитумному покрытию решет, который составил .

В третьей главе «Теоретическое исследование процесса сортирования клубней многогранными рабочими органами барабанного типа» представлена разработанная схема картофелесортировальной машины с жесткой многогранной сортирующей поверхностью, в соответствии с которой рассмотрены вопросы динамики процесса перемещения клубней и обоснованы рациональные конструктивные параметры предлагаемой картофелесортировальной машины (рис. 4).

Теоретические исследования процесса перемещения клубней по новой калибрующей поверхности, в связи со сложностью математического описания их движения слоем, проанализируем на примере схемы траектории движения среднестатистического клубня вороха (рис. 5).

При поэтапном исследовании представленной траектории движе-ния клубня (рис. 5) было установлено, что она состоит из трех характерных участков (I, II и III), отличающихся друг от друга направлением и видом перемещения:

I - является участком затаскивания клубня до некоторой величины угла наклона решета к горизонту в'_Р, при котором наступает момент его выпадения, а движение характеризуется перемещением клубня по дуге окружности радиуса R с угловой скоростью щ_б;

II - является участком относительного движения клубня по наклонному решету с величиной осевого перемещения S₂, зависящей от угла наклона барабана к горизонту б_б;

III - является участком относительного движения клубня по следующему решету, зависящего от величины накопленной на участке II силы инерции с осевым перемещением на величину S₃.

Считаем, что представленную схему движения клубня можно принять за основу при определении математической модели его движения, которую целесообразно представить в виде уравнения скорости движения клубня вдоль оси вращения барабана, состоящего из величин осевого перемещения клубня на каждом из рассматриваемых участков (S₁, S₂ и S₃) и времени их преодоления (t₁, t₂ и t₃), следующего вида:

. (3)



Рисунок 4. Схема предлагаемой картофелесортировальной машины:

1 - загрузочный транспортер; 2, 3 - рабочие секции мелкой и семенной фракции; 4, 6, 8 - приемные лотки продовольственной, семенной и мелкой фракции; 5 - опорный ролик; 7 - привод барабана; 9 - рама.

Рисунок 5. Схема траектории движения среднестатистического клубня вороха

Выяснив, что траектория движения клубня состоит из трех характерных участков, потребовалось определить время, затрачиваемое клубнем на их преодоление и проекции участков на ось вращения барабана.

Проекция отрезка АВ равна нулю (S₁ = 0), т.к. клубень совместно с решетом совершает вращательное движение вокруг оси симметрии барабана, а время, которое необходимо для его перемещения из точки А в В (рис. 5), определяли по следующей зависимости:

(4)

Величина угла наклона решета к горизонту , при котором наступает момент выпадения среднестатистического клубня вороха, зависит от его формы и размеров, параметров отверстия и частоты вращения барабана.

Для клубней эллиптической формы, расположенных на калибрующем отверстии главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана (рис. 6), величина угла определяется из следующей системы уравнений сил, действующих на клубень во время вращения барабана:

, (5)

где F_A - сила трения клубня в опорной точке А, Н;

F_B - сила трения клубня в опорной точке В, Н;

G - сила тяжести клубня, Н;

N_А - нормальная реакция в опорной точке A отверстия решета, Н;

N_В - нормальная реакция в опорной точке В отверстия решета, Н;

J - центробежная сила инерции клубня, Н;

- угол наклона вращающегося решета к горизонту, при котором наступает момент выпадения клубня эллиптической формы, расположенного на калибрующем отверстии главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана, град;

б - углом наклона касательной к большой оси эллипса, полученного в продольном сечении клубня эллиптической формы и проходящей через точку опоры клубня на сторону отверстия, град;

- угол между высотой, проведенной из центра О₁ к грани барабана и радиус - вектором центробежной силы инерции клубня Rґ, распо-ложенного на произвольном расстоянии от центра решета D, град;

Дц - угол между радиус - вектором центробежной силы инерции и вектором силы инерции клубня, град.

Рисунок 6. Схема к определению угла наклона вращающегося решета к горизонту, при котором наступает момент выпадения клубня эллиптической формы, расположенного на калибрующем отверстии главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана

Решением системы уравнений (5) относительно величины , является следующее выражение:

, (6)

где а - большая полуось эллипса, полученного в продольном сечении клубня эллиптической формы, м;

в-большая полуось эллипса, полученного в поперечном сечении клубня эллиптической формы, м;

с - малая полуось эллипса, полученного в продольном сечении клубня эллиптической формы, м;

f - коэффициент трения скольжения поверхности клубня картофеля;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

АВ - радиус окружности, вписанной в калибрующее отверстие (r_вп), имеющее форму равностороннего шестиугольника, м;

R - радиус окружности, вписанной в барабан картофелесортировальной машины, имеющий форму равностороннего шестигранника, м;

R' - радиус - вектор центробежной силы инерции клубня, м;

- поправочный угол, возникающий от действия центробежной силы инерции вращающегося барабана, которая способствует увеличению угла выпадения клубней эллиптической формы, расположенных на решете главной осью симметрии перпендикулярно оси вращения барабана, град.

Методика определения угла наклона вращающегося решета к горизонту, при которых наступает момент выпадения клубня эллиптической формы, расположенного на калибрующем отверстии главной осью симметрии параллельно оси вращения барабана и клубня округлой формы , аналогична представленным расчетам величины угла .

В теоретических расчетах величину примем в среднем по вороху, состоящему из m_в клубней эллиптической и р_в клубней округлой форм, тогда:

. (7)

Выпав из отверстия, клубень переместится до точки С (рис. 5) с величиной осевого перемещения S₂, равной:

. (8)

Т. к при равноускоренном движении клубня, началом которого является точка В, происходит равномерное перемещение решета, то время t₂, которое будет затрачено клубнем на перемещение до точки С, определяли из следующего условия:

, (9)

где а₂ - ускорение клубня на участке II относительно инерциальной системы отсчета хОz, м/с²;

Величина осевого перемещения клубня S₃ на участке III определится по следующей зависимости:

. (10)

Время t₃, за которое клубень переместиться из точки С в D, определяли из условия его движения по следующему решету, имеющее вид:

, (11)

где а₃ - ускорение клубня на участке III, м/с²;

- начальная скорость клубня на участке III, м/с;

t₃ - время, за которое клубень пройдет участок III, с.

Для определения скорости осевого перемещения клубня потребуются значения конструктивных параметров рабочего органа.

В связи с этим было установлено рациональное количество граней барабана, которое, с учетом конструктивных особенностей компоновки

смежных решет, определили из условия наибольшей рабочей площади поверхности многогранника (рис. 7), следующего вида:

, (12)

где b_Д - ширина мертвой зоны рабочей поверхности в месте его стыковки с соседней гранью, м;

b_Р - ширина решета, м;

l_Р - длина решета, м;

n_Г - количество граней, шт.;

R_оп - радиус окружности описывающий многогранный барабан, м.

Зависимость (12) позволила установить наибольшую рабочую площадь поверхности многогранника, которая соответствует шестигранной компоновке барабана.

Для определения рационального размера ширины грани рабочего органа, были проведены исследования влияния конструктивно-кинематичес - ких параметров барабана на скорость движения клубней по поверхности решета, которая с учетом агроинженерных допусков и требований (ГОСТ Р 53136-2008) не должна превышать предельно допустимого значения 2,6 м/с (рис. 8) и определялась по следующему выражению:

Рисунок 7. Элемент рабочей поверхности барабана

Рисунок 8. Зависимость скорости движения клубня по калибрующей поверхности от ширины грани шестигранного рабочего органа:

1 - n_б = 10 мин^-1; 2 - n_б = 15 мин^-1; 3 - n_б = 20 мин^-1; 4 - n_б = 25 мин^-1.

, (13)

где - угол наклона решета к горизонту, при котором, у расположенного на его поверхности клубня, наступает момент выпадения, град;

t - время, затрачиваемое клубнем на перемещение по рабочей поверхности длиной, равной ширине грани, с.

Представленные теоретические исследования позволили обосновать основные конструктивные параметры рабочего органа и исследовать влияние кинематических параметров на технологический процесс, при которых травмирование клубней не происходит.

В четвертой главе «Лабораторные исследования барабанной картофелесортировальной машины с калибрующими отверстиями правильной шестиугольной формы» представлены результаты экспериментальных исследований влияния конструктивно-кинематических параметров на процесс сортирования, для чего потребовалось изготовить лабораторную установку (рис. 9).

Рисунок 9. Внешний вид лабораторной установки для калибрования клубней картофеля на три фракции

Лабораторная установка состоит из загрузочного устройства 1, шестигранного двухсекционного призматического барабана, состоящего из двух крайних 2 и среднего 3 жестких круглых бандажей, к внутренней поверхности которых прикреплены жесткие плоские решета с отверстиями правильной шестиугольной формы для отбора фракции мелких 4 и средних 5 клубней. В каждой группе решет 4 и 5 шестиугольные отверстия имеют диаметры вписанных окружностей 41 мм и 51 мм, обеспечивающие проход соответствующей фракции клубней. Барабан крайними бандажами 2 опирается на две пары роликов 6, снабженных ребордами для предотвращения осевых смещений барабана и цилиндрическими резиновыми прокладками, амортизирующие колебания рабочего органа. Оси опорных роликов 6 установлены в кронштейны 7, которые жестко закреплены на подвижной раме 8, соединенной с неподвижной рамой 9 шарнирами 10 и раздвижными опорами 11, позволяющими регулировать угол наклона барабана к горизонту.

Механизм привода установки состоит из электродвигателя 12, цепных передач 13 и 15, червячного редуктора 14, приводной звездочки 16, находящейся в постоянном зацеплении с цепным контуром барабана 17, жестко закрепленным на среднем бандаже 3.

Для отвода мелких клубней установлен лоток 18, средних - 19, крупных - 20, с которых отсортированный картофель поступает в ящики или мешки.

Установив поисковыми опытами диапазон исследования режимов работы установки, была составлена программа испытаний, согласно которой получали опытные данные точности калибрования вороха при следующих режимах:

- подача клубней в барабан Q = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 т/ч;

- частота вращения барабана n_б = 10; 15; 20; 25 мин^-1;

- угол наклона барабана к горизонту б_б = 2?; 4?; 6?; 8?.

Качество выполнения технологического процесса оценивалось коэффициентом точности сортирования по каждой фракции в соответствии со следующей формулой:

, (14)

где m_i - масса пробы клубней i-ой фракции, просеявшейся из секции в соответствующий лоток и отвечающая ее требованиям, кг;

- общая масса пробы i-ой фракции, просеявшейся из секции в соответствующий лоток, кг.

Также был установлен коэффициент точности сортирования по машине в целом, который определяли по следующему выражению:

, (15)

где m_У - общая масса откалиброванных клубней всех фракции, кг;

n_ф - число фракций, шт.

Анализируя полученные зависимости частоты вращения барабана при различных подачах с установкой угла наклона рабочего органа б_б = 6? (рис. 10), можно сделать вывод, что рациональной частоте вращения рабочей поверхности соответствует значение 15,0 мин^-1, при которой, наибольший коэффициент точности сортирования клубней семенной фракции, для подачи Q = 3,5 т/ч, составил 92,6%.

Результаты исследований влияния угла наклона барабана к горизонту на точность калибрования при различных подачах и эффективной частоте вращения рабочего органа n_б = 15 мин^-1 (рис. 11), свидетельствуют о максимальной эффективности использования рабочей поверхности при угле ее наклона к горизонту б_б =6?.



Рисунок 10. Зависимость точности калибрования клубней семенной фракции при различной подаче от частоты вращения барабана:

1 - Q = 2,5 т/ч; 2 - Q = 3,0 т/ч; 3 - Q = 3,5 т/ч; 4 - Q = 4,0 т/ч.

Угол наклона барабана к горизонту б_б=6є.

Оценка зависимости загрузки рабочего органа при его различной частоте вращения (рис. 12), показала, что при наиболее эффективном угле его наклона б_б = 6є функция м = f(Q_i) принимает максимальное значение точности калибрования при частоте



Рисунок 11. Зависимость точности калибрования клубней семенной фракции при различной подаче от угла наклона барабана к горизонту:

1 - Q = 3,0 т/ч; 2 - Q = 3,5 т/ч; 3 - Q = 4,0 т/ч. Частота вращения барабана n_б = 15 мин^-1.

Рисунок 12. Зависимость точности калибрования клубней семенной фракции при различной частоте вращения барабана от подачи:

1 - n_б = 10 мин^-1; 2 - n_б = 15 мин^-1; 3 - n_б = 20 мин^-1; 4 - n_б = 25 мин^-1.

Угол наклона барабана к горизонту б_б = 6є.

вращения рабочего органа n_б = 15 мин^-1 и загрузке 3,5 т/ч.

С целью практического применения полученной математической модели движения клубня по рабочей поверхности, были проведены дополнительные лабораторные исследования влияния кинематических параметров установки на скорость осевого перемещения вороха.

На основании экспериментальных данных определены следующие поправочные величины:

; (16)

; (17)

, (18)

где - поправочная величина угла затаскивания для слоя клубней;

- поправочная величина угла трения скольжения для слоя клубней;

- поправочная величина угла трения качения для слоя клубней.

Полученные выражения (16), (17) и (18) позволили установить взаимосвязь теоретической скорости осевого перемещения одного произвольного клубня со скоростью движения вороха клубней (рис. 13), которая имеет следующий вид:

(19)

Рисунок 13. Зависимость скорости осевого перемещения клубней от частоты вращения барабана при условии (угол наклона оси барабана б_б = 6є, подача Q = 3,5 т/ч):

1 - теоретическая скорость осевого перемещения одного клубня, м/с;

2 - теоретическая скорость осевого перемещения вороха, м/с;

3 - экспериментальная скорость осевого перемещения вороха, м/с.С использованием прибора КИП-50 была получена энергетическая оценка работы машины, которая позволила установить ее удельный расход электроэнергии, для эффективного режима работы N_уд ? 0,29 КВт•ч/т.

В пятой главе «Производственная проверка и экономическая эффективность использования барабанной картофелесортировальной машины» (рис. 14) представлены результаты производственных испытаний разработанной картофелесортировальной машины, которые сравнивали с эксплуатационно-технологическими показателями эквивалентной грохотной сортировки SKALS SC 603.

Было установлено, что предлагаемая машина обладает наилучшим показателем точности сортирования, который на 3% превышает заявленный показатель по импортной машине, а по расходу электроэнергии за час работы, предлагаемая картофелесортировка на 41% экономичнее.

Расчёт экономической эффективности применения разработанной машины показал, что хозяйство может рассчитывать на экономию совокупных затрат денежных средств в расчете на тонну откалиброванных клубней в размере 450 руб., при годовом экономическом эффекте 58500 руб. и сроке окупаемости 3 года.

Рисунок 14. Внешний вид установки для производственных испытаний

Общие выводы

1. Выполненный анализ существующих отечественных и зарубежных конструкций рабочих органов барабанных картофелесортировальных машин осуществляющих разделение клубней картофеля по размерам лег в основу разработанной классификации, позволяющей выявить их общий конструктивный недостаток, устранить который представляется возможным за счет барабанной картофелесортировальной машины с калибрующими отверстиями правильной шестиугольной формы.

2. На примере одного из наиболее распространенного в ПФО сорта картофеля новой селекции «Розара» были изучены размерно-массовые и механические характеристики его клубней, которые позволили установить:

- оптимальные размеры и форму калибрующих отверстий, которыми являются отверстия в форме правильных шестиугольников с размерами диаметров вписанных окружностей для выделения мелкой фракции клубней - 41 мм, семенной - 51 мм;

- индекс формы клубней вороха, который соответственно на 71,9% и 28,1% состоит из клубней округло-овальной и удлиненно-овальной формы;

- необходимые для определения теоретической скорости осевого перемещения слоя клубней углы его трения скольжения и трения качения .

3. Выполненный анализ наиболее распространенных конструкций технических средств калибрования клубней картофеля и способов его осуществления позволил разработать схему малогабаритной картофелесортировки с жесткой многогранной сортирующей поверхностью, новизна которого подтверждена патентом РФ на полезную модель №103268.

4. Теоретический анализ процесса взаимодействия клубней картофеля с плоскими решетами с правильными шестиугольными отверстиями при непрерывном изменении угла наклона решета позволил установить:

- схему траектории и математическую модель движения клубней по рабочей поверхности;

- уравнения, определяющие максимальное значение угла затаскивания решетом барабана клубней картофеля различных форм и размеров, при различной ориентации главной оси симметрии клубней на отверстии в форме правильного шестиугольника и его размерах;

- условие безотрывного перемещения клубней по внутренней поверхности вращающегося решета;

- рациональное количество граней барабана, n_Г = 6 шт. и их ширину b_Р = 0,5 м.

5. Лабораторными исследованиями установлены рациональные кинематические параметры рабочего органа, при которых достигается максимальная величина коэффициента точности сортирования по машине в целом равная м_? = 92,5%, при следующих значениях:

- частота вращения барабана n_б = 15 мин^-1;

- угол наклона к горизонту оси вращения барабана б_б = 6?;

- производительность рабочего органа Q = 3,5 т/ч.

6. За период производственных испытаний коэффициент точности сортирования м_? = 92,5% был подтвержден в условиях ФСО «Родники» Калининского района Саратовской области при удельном расходе электроэнергии 0,29 кВт•ч/т и затратах труда 1,29 чел.-ч/т.

Эффективность использования разработанной установки, при замене серийно выпускаемой импортной SKALS SC 603, позволит получить годовую экономию в размере 58,5 тыс. руб., при сроке окупаемости три года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Волосевич П.Н. Качественные показатели работы картофелесортировальных машин с новыми калибрующими поверхностями / П.Н. Волосевич, Д.А. Неверов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2008. - №9. - С. 38-40. (0,37 / 0,185 печ. л.).

2. Волосевич П.Н. Влияние на точность сортирования геометрических свойств отверстий решет и клубней картофеля / П.Н. Волосевич, Д.А. Неверов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2009. - №4. - С. 29-33. (0,62 / 0,31 печ. л.).

3. Волосевич П.Н. Влияние формы клубней картофеля и отверстий решет на пропускную способность картофелесортировальных машин / П.Н. Волосевич, Д.А. Неверов // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2009. - №9. - С. 48-51. (0,5 / 0,25 печ. л.).

4. Картофелесортировальная машина; пат. 103268 Российская Федерация: МПК⁷ А 01 D 33/08 / Волосевич П.Н., Комаров Ю.В., Неверов Д.А.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова». - №2010147347 / 21; заявл. 19.11.10; опубл. 10.04.11, Бюл. №10. - 2 с.: ил.

5. Волосевич П.Н. Анализ и оценка существующих технических средств сортирования клубней картофеля / П.Н. Волосевич, Д.А. Неверов // Материалы конференции, посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. «Вавиловские чтения - 2006» / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2006. - Ч. 1. - С. 29 - 33. (0,25 / 0,125 печ. л.).

6. Комаров Ю.В. Теоретическое определение угла затаскивания клубней в барабанной картофелесортировальной машине / Ю.В. Комаров, Д.А. Неверов // Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию профессора Дубинина В.Ф.: Материалы Международной научно-практической конференции. - Саратов: Изд. «КУБик», 2010. - 244 с. (0,44 / 0,22 печ. л.).

7. Комаров Ю.В. Использование ячеистых поверхностей для сепарации и сортирования корнеклубнеплодов / Ю.В. Комаров, Д.А. Неверов // Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию профессора Дубинина В.Ф.: Материалы Международной научно-практической конференции. - Саратов: Изд. «КУБик», 2010. - 244 с. (0,38 / 0,19 печ. л.).

8. Комаров Ю.В. Результаты лабораторных исследований барабанной картофелесортировальной машины / Ю.В. Комаров, Д.А. Неверов // Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию профессора Дубинина В.Ф.: Материалы Международной научно-практической конференции. - Саратов: Изд. «КУБик», 2010. - 244 с. (0,25 / 0,125 печ. л.).

9. Неверов Д.А. Пути совершенствования барабанных картофелесортировальных машин / Д.А. Неверов // Материалы конференции, посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. «Вавиловские чтения - 2006» /ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2006. - Ч. 2. - С. 20 - 23. (0,19 / 0,19 печ. л.).

10. Неверов Д.А. Сравнительная характеристика различных типов картофелесортировальных машин / Д.А. Неверов // Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России: Сборник материалов Всероссийских научно-практических конференций / Под ред. А.В. Голубева; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». - Саратов: ИЦ «Наука», 2008.-259 с. (0,19 / 0,19 печ. л.).

11. Неверов Д.А. Общая методика проведения лабораторных исследований экспериментальной барабанной картофелесортировальной машины / Д.А. Неверов // Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России: сборник материалов Всероссийских научно-практических конференций / Под ред. А.В. Голубева; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». - Саратов: ИЦ «Наука», 2008. - 259 с. (0,19 / 0,19 печ. л.).

12. Неверов Д.А. Новая барабанная картофелесортировальная машина / Д.А. Неверов // Проблемы и перспективы развития сельского хозяйства России: сборник материалов Всероссийских научно-практических конференций / Под ред. А.В. Голубева; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». - Саратов: ИЦ «Наука», 2008. - 259 с. (0,25 / 0,25 печ. л.).

13. Неверов Д.А. Влияние параметров и режимов на качественные показатели работы барабанной картофелесортировальной машины с калибрующими отверстиями правильной шестиугольной формы / Д.А. Неверов // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова: Сборник научных работ / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. - 220 с. (0,19 / 0,19 печ. л.).

14. Неверов Д.А. Теоретическая модель процесса взаимодействия клубней картофеля с ячеистой поверхностью жесткого призматического решета / Д.А. Неверов, В.Н. Соколов // Научное обозрение. - 2011. - №2. - С. 55-60. (0,52 / 0,26 печ. л.).

Размещено на Allbest.ru

...