автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка измельчителя кормовой тыквы с отделением семян

КАЗАХСКИИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ' СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

г4 •

На правах рукописи БАИМУХАНОВ Каскыр Акалыбекович

' ОБОСНОВАНИЕ ПАРАНЕТРОВ Я РАЗРАБОТКА ПЗИЕЛЬЧЯТЕЛЯ КОР1ЮВОП ТШСВН С ОТДЕЛЕНИЕ!! СЕИЯН

Специальность 05. 20. 01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алмата - 1994

Работа выполнена в "Казахском ордена Трудового ¡фасного Знамени сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

- кандидат технических наук, профессор Ш. Н. НУРТАЕВ

. - член. -корр. Казахской АСХН, доктор технических наук, профессор К А. ШПИКОВ

- кандидат технических наук, доцент Ж. Т. ШАУКЕНТАЕВ

Ведущее предприятие

- НЮ "Казсельхозмеханизацля" г. Алматы.

Защита диссертант состоится "25." марта 1994 г. в'14 часов на заседании Специализированного совета К 18. 02. 01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Казахском сельскохозяйственном институте по адресу:

460021, г. Алматы, пр. Абая, 8, ауд. 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. '

Автореферат разослан "24" февраля 1994 г.

' Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук,

доцент М. Ж. Хазимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. В условиях всесторонней интенсификации сельскохозяйственного производства решение продовольственной проблемы требует проведение принципиально новой политики ресурсополь-зования. Процессы переработки сельскохозяйственных'продуктов необходимо перевести на безотходный цикл производства, основанный на комплексном использовании природно-сырьевых ресурсов и технологических отходов. Особенно эта проблеял просматривается в животноводстве, в частности, п кормопроизводстве, где преобладает упрощенный подход, недостаточно уделяется вникания побочным продуктам, которые могли дать значительный эф|х>кт, чом перспектива безвозмездных потерь. В этом ряду следует отметить корковую тыкву.

При ее переработке в овощехозяйствах выделяются только семена, а мякоть идет в отходы, что нерационально с позиции энерго-л ресурсосбережения. Поэтому очевидна эффективность внедрения Зезотходной технологии переработки тыквы непосредственно на животноводческих предприятиях, скармливая мякотью ялвотных, одновременно извлекая семена. В связи с этим, создание машина для 5змельченяя кормовой тыквы с одновременным отделением семян пред-зтавляег научный и практический интерес.

Цель исследования - обоснование параметров и разработка папины для измельчения тыквы с отделением семян, обеспечивающей 5езотходную технологию ее переработки в кормовых целях.

Работа выполнена по плану НИР Казахского сельскохозяйствен-шго института, тема Й II "Усовершенствовать оуществупдив, разра-i о тать и внедрить новые технологические процессы и средства г/,е-санизации производственных процессов в овцеводстве Казахстана" i соответствии с планом НИОКР Казахской АСХН по заданию 20.08.1Ш.

Объект исследования - технологический процесс отделения се-шн от мякоти вальцово-штифтовым аппаратом. Основные исследования доводились на сорте тыквы Стофунтовая.

Методы исследований. Для обоснования параметров и режимов аботы вальцово-штифтового сепаратора рассматривалась динамика заимодействпя измельченных частиц кормовой шквы с рабочими лементами отделителя при движении их по сепарирующей поверхности, ного факторная модель технологического процесса получена путем еализации экспериментов по плану Бокса В4 . Анализ моделей осу-ествлен методом двумерных сечений с помощью SBM IBM РС/АТ-286.

Экспериментальные исследования проводилась на основе разработанных частных методик, существущих ГОСТов, ОСТов с использование!, электротензоаппаратуры и теория планирования эксперимента.

Научная новизна. Осуществлена классификация технологически охем измельчителей-выделителей семян и их отделяющих аппаратов. Усовершенствован технологический процесс и разработана новая koi структпвная охема выделителя семян вальцово-штифтовым отделяшщи аппаратом (патент РК Л 930334.1 и положительное решение ВНЖШЭ о выдаче патента РФ а 5056255 от 27.08.93 г.).Теоретически обоснованы основные технологические и рекимные параметры отделяющего аппарата. Получена многофакторная модель технологического процесса отделения семян от мякоти вальцово-штифтовым аппаратом, анализом ее на ЭВМ, выявлены оптимальные значения основных параметров и рекимов работы ыалшш.

Практическая значимость и реализация результатов работа. Результаты исследований положены в основу создания комбинированной машины, экспериментальный образец которой прошел хозяйственные испытания в Аланульском РСХО Талдакорганской области и функционирует в кормоцехе. Изданы рекомендации производству (I п.л., тирах 100 экз.), одобренные Ученым советом Учебно-научно-методи-чеокого центра иняенерного профиля (протокол lí I от 22.12.93 г.) и Главным управлением механизации и электрификации ШХ РК и составлено техническое задание на изготовление машины, утвержденное ШХ Республики Казахстан.

Апробация. Основные полоаения диссертации доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ленинградского СХИ (1991 г.), молодых ученых Ставропольского СХИ (1991 г.) и профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казахского СХИ (I99I...I993 гг.).

Публикации. По теме работы опубликовано 9 работ, в т.ч. патент РК и положительное решение ВКИИГПЭ на выдачу патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы 94 наименований, из которых 5 на иностранных языках и приложения. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содер-аит 32 рисунка и 19 таблиц.

Автор выражает благодарность канд.техн.наук, доценту Аты-ханолу А.К. за научно-методическую помощь при выполнении настоящей работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАКШ

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность и цель работ, изложены зсновпые научные положения, выносшше на защиту.

В главе "СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ" рассмотрены ) у шествующие технологические процессы и поточные линии для вида-. пеняя семян из тыквенных культур, дай анализ их недостатков. Обзор выполненных исследований показывает, что при выделении семяп ;'.з тыквенных культур мякоть уходит в отхода. В то время как последнее является ценным кормовым средством для животных.

. Разработкой рабочих органов для выделения семян занимались ¡Гльянов А.Ф., Варламов Г.П., Анисиыов И.Ф., Овчаров П.И., Барил-гсо Л.Д., Кода В.Д., Наумов В.В. и другае. Их исследования были направлены только для выделения семян л нз затрагивают других аспектов переработки плодов тыквенных культур.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следу кипе задачи исследования:

1. Анализ технологий, машин и поточных линий переработки ткан и обоснование рациональной конструктивно-технологической охвмы измельчителя с отделением семян.

2. Изучение ^¡изико-механлчеекдх, технологических и реологических свойств кормовой тыквы, влияющих на эффективность функционирования машины.

3. Теоретический анализ процесса выделения семян измельченной кормовой тыквы вальцово-штифтовым сепаратором.

4. Провести экспериментальные исследования опытного образца измельчителя-семявнделителл и оптимизация его параметров и режимов работы.

5. В производственных условиях определить показатели работы предлагаемой машины и оценить ее экономическую эффективность.

Анализ выполненных работ и патентно-предметные исследования позволили выявить перспективную конструктивно-технологическую схему устройства для измельчения кормовой тыквы с отделением семян (рис.1).

Работа машины осуществляется по следующей технологической схеме. Плоды (спелые) за^укаются в бункер I, выполненного смещенным назад в продольной плоскости. Передний его край проходят по осп симметрии штифтового барабана 2, предсталляшего собой

трехдисковый аппарат с восемью рядами планок, на которых установлены по 10 саблевидных заточенных штифтов. Контур барабана ограничен защитными щитками, ограждающими доступ продуктов во внутрь.

Рис.1, Технологическая схема измельчителя-отделителя семян тыквы

Штифтами плоды (куски) направляются на деку 3, изготовленной из листового металла с огибапдим к концу контуром и собранный в виде решетки. Зазор между ними 60 мм, что обеспечивает измельчение плодов до частиц размером 30...50 мм. Эта масса затем попадает на отделитель 4, который представляет собой набор синхронно врашащихся вальцов с четырьмя рядами штифтов 5. Параметры и режимы работы сепаратора следует обосновать теоретически и экспериментально.

Корка транспортируется по отделителю на выгрузной транспортер 13. Семена и мелкая фракция проходят через зазоры между вальцами (штифты отрывают от мякоти околоплодник с семенами) и направляются в сборник 7 (поддон). Способствует их подвижноети (текучести) вода, поступающая на отделитель через ороситель 6.

Двигаясь по наклонной поверхности поддона 7, семена и келиая

фракция поступают а горловину 8 че трехлопастного 10 протирочного барабана 9 я окончательно очищенные семена выходят через выгрузное окно II.

Вторая глава "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ" посвящена теоретическому исследованию процесса выделения семян, выявлению аналитических зависимостей мощности и производительности предлагаемой конструкция от параметров и реиимов работы.

Для обоснования параметров я реаямов работы устройства наш рассматривалась динамика взаимодействия частица кормовой тыквы с рабочими элементами отделителя при двяненяи ах по сепарирующей поверхности. На элементарную частацу действуют: сила тякестп

О = /7?гт , сила трения частицы о поверхности Г - /М а нормальная сила реакция /V поверхности. Дпикеняе измельчан-ной кассы в вальцов о-штифтов ом органе показано на рлс.2.

Рис.2. Движение частиц шквы на сепараторе

Здесь Si~%>£c , где Ss - средний зазор между вальцами, мм;

- максимальный размер семеня, мм. Выделение семян возможно при условия Gc + Fu, ^ »где G - вес семени, Н; Рц-центробежная сила, возникающая вследствии вращения вальцов и способствующая отрыву частиц, Н; &а - адгезионная сила, удерживающая семена на поверхности рабочего органа и коры.

Общая длина выделяющего аппарата (рис.3) определяется из ба-

ланоа материального потока J&CyM —/¿Kop+Jà-ceM,

'S1 ам *мвзг

Рдс.З.

t

in-^-

(I)

где у&сцм -суммарный потов масси после измельчения, кг;

У&кор- кассг коры с мякотью (непроход) ,кг;

УГ1с*уг~ (¿асса, проходящая через сепаратор (проход), кг.

(2)

Дддна выделяющего аппарата — ^ . _ где Т - технологический параметр.

/равнение процесса сепарации се (/.ян запишем в виде

¿0. — •п (3)

где сЩ - количество элемента (материала), кг; С(0 - количество поступающего материала, кг; О, - количество просеявшегося материала на участке длиной X , кг; - количество оставшегося материала, кг; £ - коэффициент сепарации.

У

£/х

-s- 1 1

!\ X t M / 1

\а

н

Ряс.4. К обоснованию длины и пропускной способности выделяющего аппарата.

Пропускная способность сепаратора (рис ,4) определяется по формула

' f

Q - 5,6joe, егаиъ (i-e-czL)f

(4)

где р - плотность измельченной йассис кг/м3; ^ и ^я - раэие-ри се меняя, мм; С2) - скорость вращения вальцов, гл/о; "С - ра-дпус вальцов, мм.

Определение расхода мощности

где Гс - уоиляе резания, Н; И - радаус барабана, м; £2. - угловая спорость барабана, и/с; , - коэффициенты трения;

Од- - вес барабана, II; - вес вальца, Н; - радиус

вальца, м.

В главе 3 "ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭЕСПБРШ,МЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ" изложена методика изучения физико-неханячаоких я реологических своЯстз кормовой тнкли, приведено описание установок а измерительной аппаратуры, изложена методика проведения опытов на экспериментальном измельчителе-выделителе в лабораторных к производственных условиях.

Для исследовалия процесса выделения семян я установления оптимальных параметров каилны попользовали теорию планирования эксперимента (план Бокса В^). За параметры оптимизации были приняты энергоемкость Э ( у1 ) и частота выделения семпп Ч ().

Для составления плана эксперимента были выбраны 4 фактора» Действующие на объект исследования(з неявной форме}: чаотота вращения вальцов X.; , диаметр вальцов Хч » зазор меаду валь-цамл Хя , длина сепаратора .

Лабораторные и производственные испытания позволили определить производительность машины за час основного времени» а такте чистоту выделения семян.

В главе 4 'ТЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ" даш графики (рис.5) зависимости коэффициента трения от скорости скольжения и удельного давления, а также показатели липкости для семян - 30 Н/мм2; мякоти - 3,6 Н/м.м2, стали - 0,26 Н/мы2.

После реализации 24 опытов в трехкратной повторности по плану эксперимента и обработки опытных данных на ЭВМ получены уравнения математических моделей:

- энергоемкости

Уг - 0,120707в + 0,002944X1 + 0/ 006111Хг + + 0,002055Хз + 0,00455X4 + 0,001688Х1Хг + + 0,000188 Х}Х3 -0,000312X1Х^ +0,001565Х2Хз ~

4-р^З, Ъ8-Ю3Н/ыг;

0,4

0.3

0,2

0,1

О

У# Ь й я

1 0,120 0,908 0,4-20

2 О, О74 О,,600 о,гп

3 0,323 0,276 0,555

4 0,156 0,635 0,388

5 0,012 0,190 0,034

А 1-У = 0,525, 2-1г= 0,876 3 — 1г~ 1,402. "А; м/с> М/С.

« X з \У NN а с

1 263,3 0,073

2 2 28,4 0,077

5 2 24, в 0,044

/ а Р-ЮОО

\5

■

юоо

2000 3000 б)

4000 5000 Р,Н/м5

р2с .5. Зависимости коэффициента трения ^ 'от скорости скольжения Ь' (а) и от удельного давления р (б)

~0р00Ш7Х3Х^ — Ц0001375ХгX* - О^ОПбООХ-? -- 0,00Н66Хг+0,001944*1 ~0,00138ВХ% . (6)

- чистоты выделения семян Уг =>57,453775-0,444X1 -0,111Х2 ~0,722Х3 + О, 777*+ + + 0)4375Х1Хг-015625Х1Х3~0,М75Х1Х4.-0,1875ХгХ3+ . + 0/875Х2Х4 -0,0625Х3Х^~ 353Х* -

- 1333x1 -цбт* - -г,зззх%.

Расчеты с применением Р - критерия Фишера показали, что математические модели адекватно описывают процесс с 95% вероятностью. Подробный анализ поверхности отклика проводили решением коыпромисной задачи о посороением двумерных сечений, которые показаны на рис.6.

В 5 главе работы проводится анализ результатов хозяйственных испытаний разработанной машины, а таняе его экономической эффективности.

По результатам исследований разработана комбинированная машина, которая прошла успешно хозяйственные испытания в Ала-кульском РСХО Талдыкорганской области. Производственное испытание машины с вальцовым отделяющим аппаратом показали, что его технологический процесс характеризуется высокой надежностью, эксплуатационные показатели оставались стабильными и находились в пределах: производительность - 5...5,2 т/ч; чистота выделения семян - 63...64^; энергоемкость процесса - О,120...О,125 кВтч/т. Такие приводятся методика инженерного расчета вальцового отделяющего аппарата и технико-экономическое обоснование разработанной машины.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДА И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При переработке тыквы в овоще хозяйствах выделяются только семена, а мякоть идет в отходы, что нерационально о позиции экергоресурсосберезения. Наиболее перспективна безотходная технология переработки тыквы непосредственно на зхлвотноЕОдческих предприятиях, скармливая мякоти животных и одновременно извлекая семена. Современное животноводство не располагает соответствующим оборудованием, адаптированным указанным выше уровня!.!.

2. Предлагаемая классификация измельчителей-семевыделлте-

10 20 30 40 50 60 70 Хг Диаметр вальцоб, (¿мм

5 10 15 20 25 Хз Зазор между вальцами, Эмм.

5 га 15 Хз Зазор между Вальцами, Змм

12 5 4 5 Длит сепаратора, С м.

Длина сепаратора, I м

Длина сепаратора, / м.

"Рис.6. Двумерные сечения для изучения влияния Лекторов на показателя энергоемкости и чистоты выделения семян

лей и их отделяющих аппаратов охватывает все многообразие существующих схе:.;, отракает их структурные особенности и позволила рекомендовать новую конструктивпо-технологичеокую схему переработки тиквн отделением семян вальцово-штифтовым сепарирующим устройством.

3. Аналитические зависимости, полученные из условия пакотильного отделяющего воздействия вальцово-штифтовых рабочих органов

на измельченную тыквенную массу, позволяют прогнозировать кинематические и геометрические параметры машины, а также осуществить энергетический расчет и найти ее массовую производительность.

4. Полученные дашше о коэффициентах трения (рис.5) и липкости мякоти используются при расчете параметров семкогдэ;1яг«'"9.тэ аппарата тыквеншх культур.

5. Оптимальными условиями протыкания технологачсгяого ироцео-са отделения семян тыквы вальцово-итафтовым сзяараторок яалямгоя: частота вращения вальцов 200...250 об/мян, диаметр вальца 50...-60 км, зазор между вальцами 10...14 мм при длине сепаратора Ï...

Z и.

6. Производственные испытания машины показали производитель^-ноо гь - 5,20 т/ч, мощность прпвода 6,38 кВт я частота выделения спчян и подтвердили результаты теоретического анализа, рас--'чгдерчя между расчетными и производственными данными не более

± -Тр'т этом энергоемкость процесса снизилась в 2,04 ре?а„ se-'ij.qTH труда - 3 раза я отключено загрязнение счр^яющей среда.

Годовой экономический эЭДект от внедрения одной машины со-сщ;ляет 34320 руб. (по цеяам 1991 г.). Планируется в 1&Г-'» гпду згшуок опытной партии разработанного нзкеяьчителя-земязнделптелг тняян.

Основное солепжавке зшсгертацк» ог?<5хлг.овавэ з следуя®* работах автора: .

1. CoEeptce"sïîоввйяс прскесса хрануларсвшшя кормов с использованием растительных отхсдог // Те^иок ^ог.'.ядсз I-ьспу <5*мквнскоа конкуренции молодых ¿-.¿ас. ? гпгциал/стов, лосеящо.чл'Н бО-лотию оСо.ззоганкя Казахского свльсхохо-гя&^еЕНЭП инс!иту1а, чы.ть 1-Алча-Ата: 1Э30.- С.'13...4'- (соавтора Ш.Н.Нуртаев.С.З.Конаибаеи).

2. Обоснование технологии измельчения кормовой тыквы //Тезисы Всесоюзной конвенция с^дз-тоя, и.слодах ученых и специа-

Ластов.- Гянджа: 1391.- С.24...25.(соавторы Ш.Н.Нуртаов, А.К. Атиханов).

3. Обоснование параметров и разработка установки для измельчения кормовой тыквы с отделением семян //Тезисы докладов Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов.- Семипалатинск, 1991,- С.99...100 (соавторы Ш.Н.Нуртаев, А.К.Атыханов).

4. Классификация измельчителей бахчевых плодов // Интенсификация производственных процессов и совершенствование средств механизации в овцеводстве Казахстана. Сборник научных трудов КазСХИ, еыд.1У.- Алкаш: 1992.- С.54...55.

5. Теоретическое обоснование процесса выделения семян тыквы //Сборник статей научной конференции профессорско-преподавательского состава и е"»шрангов Казахского с.-х.института.-Ашаты: 1993.-С.108...(соавтор А.К.Атыханов).

6. Измельчитель кормовой тыквы с отделением семян // Ин-формлисток й 241-93 ДазгосИШИ.- Алкаты: 1993.- 4 с. (соавторы Ш.Н.Нуртаев, А.К.Атыханов, А.МЛ1брайковдаев).

7. Механизация переработки кормовой тыквы с отделением семян //Рекомендации. ШХ Республики Казахстан.- Алматы,1993.-15 с. (соавторы Ш.Н.Нуртаев, А.К.Атыханов, А.И.Ибраймолдаев).

8. Патент й 930334.1 (Республика Казахстан). Машина для выделения семян из плодов бахчевых // авторы: А.К.Атыханов, Ш.Н.Нуртаев, К.А.Баймуханов.- Опубл. 21.09.1993 г.

9. Пололи тельное решение ВШИГПЭ о выдаче патента Российской Федерации по заявке й 5056255/13 (035795) от 27.08.1993г. "Машина для выделения семян из плодов бахчевых" //авторы: А.К.Атыханов, Ш.Н.Нуртаев, К.А.Баймуханов.

Уда 631.3:635.621

Еаймуханов К-А. Азыцтыц аскабан;ты турап, дэн!н бел!п алатын машина жасап, олземдер1н негхздеу. - Техника гылымдарыньщ кандидаты гылыш дэрежес1Н алу 7ш1н дайындалган диссертация. - Ялматы: 1994.

Енбекте аэыцты^ асч;абак;ты турап, дэндер}н бел{п алу технологиями жет{лд!ру багыттары царалады. Бащша дацылдары жем!стер1н турау ^урылгылары мен эд!стер1н талдау нег1э!нде жана турауыш -дэн бэлг1шт1И /Казахстан республикасынын ^ 930334.1 патент! мен ВНИИГПЭ-н1ч РесеМ Федерациясынын патентгн беру туралы № 5056255/13 /035795/ 1993 ж. тамыэдын 27-1 кунгг шеш!м{/ сулбалыи;-технология-лик; сарабн жасалган, процесст^ч математикалы^ модел! ек! влшемд! к;има ед!с1мен талданып, негхзг! влшемдер} мен жумыс ретг белг1ленген, ген.

Усынылып отырган жана ^ондыргыкы сынау ^ортындысы жумсалатын энергия шыгынын аэайтып, белшген дэн шыгышн 64.,.66 % жетк{эу-ге сонын нэтижес!нде б1р машина жылмна 34320 сом таза пайда /1991 жылгы багамен/ алуга болатынын керсеттг.

Библ. 95., 19 кесте, суреттер - 32.

Baimukhanov K.A. Substantiation of parameters and working out of fodder- gourd crumblera up with seeds separation. Theses ic presented for a technical sciences candi- . dates degree.

.Almaty; 1994.

Ways of perfection of technological process of fodder gourd processing with seeds separation are considered in the theses, On the basis of analysing of water_melons' crumling up means a constructive-technological scheme of a now crumbling and,seeds separation plant is worked out.

Ipatent UK N 930334. I and the positive resolution to deliver the patentHPIi 5056255 /13/ 035795/ 27.00.93.

By means of mathematical simulation the parameters and operating are substatiated, the analysis of models by means of dubble section ia given.

Tho results of the tests show the offered«combined plant permits to bring down the power inputs, provide good seeds separation and increase the output of production. Ali li.ib taken together permit to get the economical effect in the volume of 34320 roubles per plant a year.

Library- 95

tables (platee) -19

illustrations - 32