автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Совершенствование ленточного электростатического триера для сепарации семян огурца

На правах рукописи

УГЛОВСКИИ АРТЕМ СЕРГЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ТРИЕРА ДЛЯ СЕПАРАЦИИ СЕМЯН ОГУРЦА

05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 41В 2015

005558381

Москва-2015

005558381

Работа выполнена на кафедре «Электрификация» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Ярославская Г'СХА»)

Научный Шмигель Владимир Викторович,

руководитель: доктор технических наук, профессор

Официальные Воробьев Виктор Андреевич,

оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры «Электропривод и электротехнологии», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет МСХА им. К.А. Тимирязева»

Новожилов Федор Алексеевич,

кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и электротехнологии», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромская ГСХА»

Веду щая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная

академия»

Защита состоится «3» марта 2015 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01, созданного на базе Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства» по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства.

Автореферат разослан «20> О/ 2015 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость исследований. Получение качественных семян овощных культур помогает решить одну из проблем продовольственной безопасности России - обеспечение достаточного количества овощей для питания населения.

Отечественные производители пока не могут обеспечить продовольственной независимости страны по овощам. Доля отечественной продукции По овощам в общем объеме потребления составляет - 84,4%.

Одной из важнейших овощных культур является огурец. Среднедушевое потребление огурца по Российской Федерации в 2013 году возросло по сравнению с уровнем 2012 года па 8-15%, а в Ярославле в 2013 году возросло по сравнению с уровнем 2012 года на 13,9%.

Совершенствование семеноводства и отбора качественного посевного материала может повысить продуктивность производственных площадей до 20%. Одним из важнейших условий является качественный отбор семян для посева и их предпосевная подготовка. Это может быть обеспечено сепарацией и стимуляцией семян в электростатическом поле.

К числу экологически чистой технологии и малой энергоемкости относят электростатические сепараторы. Одним из высокоэффективных сепараторов является ленточный электростатический триер. Совершенствование его узлов с целью увеличения технологической эффективности является актуальной задачей.

Цель работы - совершенствование ленточного электростатического триера (ЛЭТ) с обоснованием его технологических параметров для увеличения технологической эффективности процесса сепарации семян огурца' в электростатическом поле.

Объект исследования - технологические параметры усовершенствованного ленточного электростатического триера.

Предмет исследования — влияние параметров: скорости лёнты триера, производительности валика-питателя и напряженности поля в межэлектродном промежутке на технологическую эффективность процесса сепарации семян огурца.

Основные задачи:

-провести анализ и классификацию существующих устройств для механической и электрической сортировки семян овощных культур;

-разработать математические модели, обосновывающие параметры ЛЭТ: скорость ленты, производительность валика-питателя, напряженность электростатического поля в межэлектродном промежутке;

-разработать методики: измерения напряженности поля в межэлектродном промежутке ленточного электростатического триера; определение толщины слоя семян фотоэлектрическим датчиком на полочках ленточного электростатического триера;

-изготовить и апробировать в производственных условиях опытный образец ленточного электростатического триера;

- определить технико-экономическую эффективность капитальных вложений на разработку ЛЭТ.

Методика исследований. В работе использованы методы математического ан&чиза, численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений,

.1

теории технологии сепарации семян, теории планирования эксперимента. Аналитические исследования проведены на ПК с использованием математических моделей в системе МАТЬАВ, а экспериментальные - на физической модели установки.

Научную новизну результатов исследования представляют: -новое техническое решение конструкции ленточного электростатического триера (патент РФ № 145701);

- математические модели определения скорости ленты усовершенствованного ЛЭТ, производительности валика-питателя, напряженности электростатического поля в межэлектродном промежутке;

-методики: измерения напряженности поля в межэлектродном промежутке и определения толщины слоя семян на полочке ленты ЛЭТ.

Теоретическая и практическая значимость работы. Применение усовершенствованного ленточного электростатического триера позволяет обеспечить высокую технологическую эффективность.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании и эксплуатации электростатических триеров, а также в учебном процессе, при выполнении дипломных и курсовых работ. На защиту выносится:

-новое техническое решение конструкции ленточного электростатического триера;

-математические модели определения скорости ленты усовершенствованного ЛЭТ, производительности валика-питателя, напряженности электростатического поля в межэлектродном промежутке;

-методики: измерения напряженности поля в межэлектродном промежутке и определения толщины слоя семян на полочке ленты ЛЭТ.

Реализация результатов исследований. Изготовлен ЛЭТ, с усовершенствованными узлами: ленты, валика-питателя, потенциального электрода и обратными связями (датчиками). Внедрены в учебный процесс кафедры «Электрификация» Ярославской ГСХА результаты исследований по сепарации семян огурца в электростатическом поле по дисциплинам «Электротехнология» и «Монтаж электрооборудования и средств автоматизации» для студентов бакалавров по направлению подготовки «Агроинженерия», профиль «Электрооборудование и электротехнологии». Внедрены результаты работы ЛЭТ по электросепарации семян огурца в ГНУ «Ярославский НИИЖК Россельхозакадемии» Ярославского района п. Михайловский.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на: XI Международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве», (ПТУ ВИМ Россельхозакадемии, сентябрь 2010); Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение производства зерна» (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, октябрь 2011); XIV Международной научно-практической конференции «Инновационные направления развития АПК и повышение конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых» (Ярославская ГСХА, январь 2011); Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» (МГАУ, октябрь 2011);

Международной научно-практической конференции «Инновационные энергоресурсосберегающие технологии в АПК» (МГАУ, март 2012); Международной научно-практической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, май 2012); Международной научно-практической конференции «Модернизация сельскохозяйственного производства на базе инновационных машинных технологий и автоматизированных систем» (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии, сентябрь 2012); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергосберегающие технологии» (Ярославская ГСХА, ноябрь 2013); Международная научно-практическая конференция аспирантов и молодых ученых «Инновационные направления развития АПК и повышение конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов — вклад молодых ученых» (Ярославская ГСХА, январь 2014). Получен грант по программе «УМНИК — 2011» по теме «Разработка управления процессом выделения семян с наибольшим количеством женских соцветий на ленточном электростатическом триере». Получены 3 диплома на межрегиональных выставках работ молодых исследователей «Шаг в будущее».

Основные теоретические положения диссертационной работы подтверждены экспериментальными исследованиями в лабораторных и производственных условиях.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 14. опубликованных работах, в том числе 4 - из перечня ведущих периодических изданий, определенных ВАК при Министерстве образования и науки РФ, патент на полезную модель «Триер» № 145701.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 112 страниц, включает 37 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 92 наименований, в том числе 14 на иностранных языках. Работа выполнена на кафедре «Электрификация» ФГЪОУ ВПО «Ярославская ГСХА».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, сформулированы цели исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту диссертации, а также данные о научной новизне и практической значимости работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» рассмотрены существующие механические и электрические устройства по сепарации семян огурца и приведены их классификации. Изучены научные труды в области сепарации семян в электростатическом поле таких авторов как: Олофинский Н. Ф., Будзко И. А., Бородин И.Ф., Тарушкин В.И., Шмигель В.Н., Шмигель В.В., Стерхова Т.Н.

Анализ существующих электростатических триеров Быкова В.Г. и Шмигеля В.Н, Шмигеля В.В и Стерховой Т.Н. по сепарации семян огурца в электростатическом поле, с учетом их недостатков показал, что применяемый технологический процесс сортирования семян в данных установках является одним из перспективных, но не отвечает поддержанию процесса сепарации на уровне высокой технологической эффективности. Отсутствие данных о влиянии параметров работы узлов триера на технологическую эффективность не позволяют обосновать и формировать качество процесса сепарации. На основе этого была

определена необходимость усовершенствования ленточного электростатического триера.

Во второй главе «Теоретическое обоснование технологических параметров ленточного электростатического триера» приведены: разработка математической модели, определяющей скорость ленты ЛЭТ; разработка математической модели, определяющей производительность валика-питателя ЛЭТ; разработка математической модели, определяющей напряженность поля в межэлектродном промежутке ЛЭТ.

Разработка математической модели, определяющей скорость ленты ЛЭТ Математическая модель привода узла ленты выражается из следующей системы уравнений:

г^ОО = кг - у(5)

=

<Рв

(Тт* + 1) <1в

(Та - Т,) Р

(1)

+ ъ— = ■

+ 2(7'а-ТА

где И1 - сигнал фотоэлектрического датчика определения семенного слоя, В; к,-срабатывание фотоэлектрического датчика обратной связи с передаточным коэффициентом, Вс,кт- коэффициент усиления, кт = —; тт- механическая лостоя1тая времени, тт = £ = 0,55 с; угловая скорость вращения вала

мотор-редуктора при нагрузке; гг - время регулирования, равное 5тт.

Оптимальное расчетное время пребывания семян в зоне их разделения (в камере сортирования) установлено и равно 22 с. Потенциальный электрод в нашем случае имеет длину 700 мм, для того, чтобы пройти зону разделения за 22 с необходимо установить скорость ленты - 31,8 мм/с. По спецификации фотоэлектрического датчика определяем, что его время срабатывания в технологическом процессе ЛЭТ, равно Т = 0,5 с. Установлена частота вращения вала приводного барабана, равная 4 мин"'.

Разработка математической модели, определяющей производительность валика-питателя ЛЭТ

Разработанная математическая модель привода узла валика-питателя имеет следующий вид:

<ИЯ

авт

зЕ II 1 +-» •а

Ть 1 ,

Ч-Т- Jm *>т-г=г( Jm Jm

<Иа _ Ка. „

- — га + Ра^

¿а

¡ч - Рыт • ~

' 1п

(2)

где 9т- угол поворота ротора двигателя, <ат - угловая скорость ротора двигателя, ёсо/ск - инерционная нагрузка, ¡ч и ¡а фактические токи во вращающейся системе

(с!,я); 0)1. - угловая скорость валика-питателя; Яа - сопротивление обмотки, Ьа -индуктивность обмотки, Кт - постоянная момента; Ке - постоянная ЭДС; Р - число пар полюсов ротора шагового двигателя, 1т- полная инерция ротора; И -объединенное вязкое трение ротора и нагрузки; Ть- вращающий момент нагрузки, Тс1- вращающий момент; В - коэффициент вязкого трения; у(э) — частота срабатывания фотоэлектрического датчика.

Управляющие воздействия щии,- выходные сигналы с драйвера шагового двигателя описываются следующими уравнениями:

Щ=Кеа)-у(1д- ¿дг) - у I [¿„(т) - ^г(т)] ■ йх.

ь И

= -РЬаа)Чч-у-(.1а ~ 1чг) ~ ^т-Ст)] • йт,

[\в(т) -

■'о

(3)

(4)

при ЭТОМ ¿(¡г = О

V = ^| Кр(в - 0г) + К11 [ею - вгШЛт + к0 (со — От)), (5)

где V, ¡¡¡г- продольные и поперечные составляющие токов ротора; Кр, Ки Ко — коэффициенты усиления для драйвера шагового двигателя, Т — постоянная времени замкнутой системы контура тока, равная 0,0005 с.

Данные для расчета математической модели, подбирались исходя из механических характеристик узла: Кт=0,4 Нм/А; Кс=0,0416 В/рад/с; 1т=0,08 кг м2 (момент инерции двигателя и механизма); 1^=3,1 Ом; Ьа =0,011 мГн; Р =2; В =0,1 Н-М'с/рад. Установлена частота вращения валика-питателя, равная 3 мин'1.

Разработка математической модели, определяющей напряженность поля в межэлектродном промежутке ЛЭТ

Математическая модель привода узла высоковольтного электрода имеет следующий вид:

_ V ^ 'а КР Кр ^ = КР1а

Е = Кр V (6)

й — и£,

где и — величина управляющего напряжения для актуатора (24 В); у=£&/<Л — скорость штока актуатора (27 мм/с максимальная); /„— ток якоря (3,9 А); т — масса электрода (8 кг); сила сопротивления; /<7- статическое трение (2 Н); /-у — вязкое затухание (1 Н/м/с); /?а - сопротивление якоря, Ом; Е- ЭДС линейного привода, В; (1 - позиция высоковольтного электрода, м; Ки — постоянная силы (3,83 Н/А); I -время перемещения высоковольтного электрода, с; Б — осевое усилие, Н.

В межэлектродном промежутке необходимо поддерживать постоянную напряженность поля. Для этого применяется актуатор, который перемещает высоковольтный электрод на заданное расстояние относительно ленты с

полочками. Электростатический датчик измеряет потенциал (р! с высоковольтного электрода, причем полочки ленты ЛЭТ имеют потенциал фг-

Напряженность электростатического поля в межэлектродном промежутке ЛЭТ будет определяться по уравнению:

Е =_(Р1~У2)У1

м / И Я I \ ' ^ '

где У1 —проводимость диэлектрика (стеклотекстолит П1-4), равная 10"9 Ом'1 -см"'; у2-проводимость воздуха, равная 0,4" 10"16 Ом"ьсм"'; Ь - толщина диэлектрика; п - передаточное отношение зубчатой передачи; I - время перемещения высоковольтного электрода, с.

20 ■ 10~6 £ В

/г —_— 1 Г)6_

м 0,4 • Ю-16 • 0,2 + Ю-9 ■ 0,02 м"

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» приведены методики: измерения напряженности поля в межэлектродном промежутке ленточного электростатического триера и определения толщины слоя семян фотоэлектрическим датчиком на полочках ленточного электростатического триера.

Измерение напряженности поля в межэлектродном промежутке ленточного электростатического триера осуществлялось с помощью двух датчиков: электростатического датчика определения потенциала на высоковольтном электроде и датчика Холла, встроенного в актуатор Ьтак ЬА12-РЬС, позволяющего отследить положение штока. Контроллер 0\/Р-ЯХ2, считывая количество импульсов с датчика Холла и соответствующий код аналого-цифрового преобразователя (АЦП) электростатического датчика, вычисляет напряженность электростатического поля, выводя результат на панель управления. Формула вычисления для инструкции (БСАЬ) контроллера ОУР-5Х2 приведена ниже:

Е= к- (код АЦП)/п, (8)

где Е - напряженность электростатического поля, кВ/м; к - коэффициент корректировки и определяется как произведение замеренного потенциала датчиком на количество импульсов с датчика Холла на отношение произведения установленного межэлектродного промежутка (см) на код (АЦП); п - количество импульсов с датчика Холла (в диапазон от 0 до 133 импульсов).

Определение толщины слоя семян на полочках ленточного электростатического триера осуществлялось фотоэлектрическим датчиком ВТБ1М-ТОТО АШошсб, позволяющим обнаруживать объект на пересечение луча с минимальным размером - 2 мм в диаметре. Требуемое время срабатывания датчика - Т может быть рассчитано при таких параметрах в частности, как: диаметр луча, толщина объекта, скорость и расстояние между объектами:

а-а

Т = — О)

где а - толщина объекта, определяемая датчиком, <1 - диаметр луча, V -скорость перемещения объекта.

Согласно, спецификации на датчик, его повторяемость умножается на скорость перемещения объекта для того, чтобы определить механическую повторяемость отклика датчика. Механическая повторяемость рассчитывается следующим образом:

МГ = У-ТГ. (10)

где Т< - период модулированного светового импульса из спецификации по датчику.

Технологическая схема усовершенствованного ЛЭТ приведена на рисунке I.

Рисунок I - Технологическая схема усовершенствованного ЛЭТ

1- мгруточный бункер: 2 -валик-питатель; 3 - узкое сопло; 4- полочка триера: 5 - бесконечная лента: 6 -щемленные барабаны: 7-днэлектрическая прослойка. 8 -электрод 9 -вертикальная июляционная пластина: 10-июгнутые экстракторы ит изоляционного материала: 11- бункер длинных семян: 12-оункер коротких семян: 13- фотоэлектрические датчики: 14—электростатический датчик напряженности поля: 15—актуатор; 16-рама: 17 -роликовая опора: 18- рама роликовых опор; 19 - емкостные датчики

Триер работает следующим образом: семенная смесь загружается в бункер 1 и валиком-питателем по узкому соплу 3 подается на полочку 4 по всей ее ширине движущей ленты 5 и выносится в межэлектродное пространство, где подвергается действию электростатического поля. Вращающий момент электростатического поля разворачивает длинные наибольшей толщины семена на полочке вдоль силовых линий поля, и они сваливаются в бункер 11 длинных семян. Короткие наименьшей толщины семена па полочках относятся лентой вверх и благодаря экстрактору 10 попадают в приемный бункер 12 коротких семян. В технологическом процессе контролируется напряженность поля в межэлектродном промежутке ЛЭТ за счет определения потенциала электростатическим датчиком 14 и количеством импульсов с датчика Холла актуатора 16. При изменении установленного параметра напряженности поля в контроллере, актуатор отодвигает электрод в начальное положение, возникшая проблема отображается на панели управления. Такт дозирования валика-питателя загрузочного бункера и скорость движения ленты настраиваются, чтобы семена порционно, в один слой попадали на полочку ЛЭТ. При этом семенной слой, толщина которого должна быть 2 мм постоянно контролируется фотоэлектрическими датчиками 13. За опустошением семян в загрузочном бункере и переполнением семенами верхнего и нижнего бункеров следят емкостные датчики 19.

Общий вид усовершенствованного ЛЭТ представлен на рисунке 2а. а шкаф управления показан на рисунке 26.

. -л л

а

а)

б)

Рисунок 2 - а) Общий вид усовершенствованного ЛЭТ, б) шкаф управления

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты: нахождение технологических параметров ЛЭТ; результаты сравнительных испытаний базового и нового вариантов ленточных электростатических триеров; планирование эксперимента на разработанном ленточном электростатическом триере при производственных испытаниях в ГНУ «Ярославский 11ИИЖК Росссльхозакадемии»; влияние электростатического поля на прорастание ростков и корешков семян огурца; измерение напряженности поля в межэлектродном промежутке ЛЭТ; определение толщины слоя семян фотоэлектрическим датчиком на полочках ЛЭТ.

Нахождение технологических параметров ЛЭТ. Экспериментальным путем определены: скорость ленты ЛЭТ, равная 0,032 м/с и производительность валика-питателя - 4 кг/ч.

В результате сортировки семян на базовом ЛЭТ на 17% повысилось число женских соцветий в сравнений с отобранными вручную семенами с такой же толщиной (больше 1,51 мм), а урожайность повысилась в сравнений с контролем на 13%. В результате сортировки семян на усовершенствованном ЛЭТ на 23% повысилось число женских соцветий в сравнений с отобранными вручную семенами с такой же толщиной (больше 1,51 мм), а урожайность повысилась в сравнений с контролем на 22%. Усовершенствованный ЛЭТ по сравнению с базовым имеет большую производительность в 2 раза (4 кг/ч).

11рн проведении производственных экспериментов проводились сравнительные исследования по проращиванию семян огурца под действием электростатического поля и без действия электростатического поля в ГНУ «Ярославская НИИЖК Россельхозакадемия». Результаты экспериментальных

исследований зависимостей влияния электростатического поля на проращивание корешков семян огурца от количества дней показаны на рисунке 3, а влияние на ростки семян огурца - на рисунке 4.

Среднее «качение. мм С использованием электростатического пол»

Стандартное отклонение, мм С использованием мектростатичесного пом

Среднее значение, им Без использован«* электростатического пот

Стандартное отклонен»«, мм Бе> ислолыования электростатического пол»

Рисунок 3 - Результаты экспериментальных исследований зависимостей влияния электростатического поля на проращивание корешков ссмян огурца от

количества дней

Обработанные семена после двухнедельной отлежки и 5 дней проращивания дали среднее значение длины корешков с использованием электростатического поля - 38 мм, без использования электростатического поля - 30 мм.

Среднее значение, им С использованием электростатического пол«

- Стандартное отклонение, мм С использованием электростатического пол«

Среднее значение, ми Без использовании электростатического пол*

- Стандартное отклонение мм Без использования электростатического пол*

Рисунок 4 - Результаты экспериментальных исследований зависимостей влияния электростатического поля на ростки ссмян огурца от количества дней

Среднее значение высоты ростков составило при этом с использованием электростатического поля - 78 мм и среднее значение высоты ростков без использования электростатического поля - 69 мм.

При проведении планирования эксперимента было получено уравнение регрессии, связывающее технологическую эффективность с подводимым напряжением (Х|), скоростью ленты триера (х2), подачей семенной смеси на полочки триера (xj) для семян огурца.

У = 0,86 + 0,00875*, + 0,00125дгг + 0,0025*3 + 0,0075*, *2 - 0,02*,*3

+ 0,84*,2 + 0,86*f + 0,88*| , (11)

где Y - технологическая эффективность; Х| - подводимое напряжение. кВ; х2 -скорость движения транспортерной ленты, м/с; Xj - подача семян на полочки триера, кг/ч. Адекватность полученной модели проверяли по критерию Фишера (F -критерию). Для определения значений факторов, обеспечивающих наиболее высокую технологическую эффективность ЛЭТ, была составлена система дифференциальных уравнений: dY

— = 0,00875 + 0,0075*2 - 0,02*3 + 1,68*„

ClXj

dY dY

— = 0,00125 + 0,0075*, + 1,72*2, — = 0,0025 - 0,02*, + 1,76*3.

dx2 dx3

После приравнивания к нулю частных производных и решения системы уравнений относительно неизвестных были определены значения факторов, обеспечивающие наибольшую технологическую эффективность: х, =-0.005; х2 =-0.0007; xj =-0.0015. Для удобства интерпретации полученных результатов значения раскодировались. Таким образом, факторы, обеспечивающие наибольшую технологическую эффективность ЛЭТ, имеют значения: U=I2 кВ, v ■ 0.029 м/с; w = 4,0 кг/ч. С помощью программы «STATGRAPHICS Plus» были получены поверхности отклика (рисунки 5-7), графически изображающие зависимость между технологической эффективностью и тремя независимыми переменными: скорость ленты триера, подводимое напряжение и подача семян на полочки триера. Масштабы осей условны.

»»••• 0MTVX.0 Q0129'V*4.M7VX*Y*4.M*X*X*6.M*Y*Y

Рисунок 5 - Расчетная поверхность, характеризующая технологическую эффективность в зависимости от подводимого напряжения (X) и скорости ленты триера (Y), Function - технологическая эффективность

O.tM ОМГЦ.ОИ»-И1М1'Г4 1<'ГМ11-1-1

X

Рисунок 6- Расчетная поверхность, характеризующая технологическую эффективность в зависимости от подводимого напряжения (X) и подачи семян на полочки триера (Y), Function - технологическая эффективность

Рисунок 7 - Расчетная поверхность, характеризующая технологическую эффективность в зависимости от скорости ленты триера (X) и подачи ссмян на полочки триера (Y), Function - технологическая эффективность

Анализ графических зависимостей (рисунки 5-7) показывает, что изменение подводимого напряжения в указанных пределах (13,8-13.9) кВ и одновременно изменение подачи семян на полочки триера (3.9 - 4,0) кг/ч, скорости транспортерной ленты - 0,032 м/с дает технологическую эффективность - 0,87.

Для определения напряженности поля в межэлектродном промежутке ЛЭТ с помощью электростатического датчика и встроенного в актуатор датчика Холла проводилась регулировка перемещения высоковольтного электрода. На рисунке 8 представлена зависимость между напряженностью поля Е в межэлектродном промежутке ЛЭТ (при подводимом напряжении на высоковольтный электрод U=I4kB) и количеством импульсов п, переданных с контроллера на актуатор для перемещения высоковольтного электрода.

оли« oetn-x-oam-it м-х-гчм-Y»?

у

х

п

60 40

20

I)

4 & б 7 «К. к|{ С VI

Рисунок 8 - Зависимость между напряженностью ноля Е (11=14 кВ) и количеством импульсов п, переданных с контроллера на актуатор

Приведены результаты определения толщины слоя семян фотоэлектрическим датчиком на полочках ЛЭТ. Схема фотоэлектрического датчика на пересечение луча показана на рисунке 9.

Ь (промежуток)

а (толщина объекта)

1 п -;-*-1 г 1

и ^ с! (диаметр луча)

а - толщина объекта, определяемая датчиком, м; Ь - промежуток от нижней полочки с семенным слоем и до верхней (соседней) полочки, м; <1 - диаметр луча; V - скорость перемещения объекта

Рисунок 9 - Схема фотоэлектрического датчика на пересечение луча

Для расчета времени срабатывания датчика известны следующие параметры:

1) семена на полочке ЛЭТ определяются датчиком со скоростью - 2 полочки в секунду;

2) стандартная толщина а семенного слоя вместе с полочкой - 3 мм;

3) промежуток Ь от нижней полочки с семенным слоем до верхней (смежной) полочки составляет - 12 мм.

4) диаметр луча I мм Скорость перемещения объекта:

скорость полочек - 15 мм/объект, определяемый датчиком х 2 объекта, определяемые датчиком/с = 30 мм/с

Время, за которое датчик определяет семенной слой - 67 мс.

В пятой главе «Технико-экономическая эффективность капитальных вложений на разработку ЛЭТ» определена оценка экономической эффективности, для чего проведено сравнение предложенного ЛЭТ и базового варианта - ЛЭТ Шмигеля В.В. Расчет экономической эффективности был произведен по методу приведенных затрат. Приведенные затраты по усовершенствованному варианту ЛЭТ показывают, что он является наиболее эффективным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате проведенного анализа существующих устройств для механической и электрической сортировки семян овощных культур установлена целесообразность использования ленточного электростатического триера в качестве базового варианта для его усовершенствования.

2. Разработанные математические модели позволили выявить следующие параметры ленточного электростатического триера:

1) скорость ленты - 0,032 м/с;

2) производительность валика-питателя - 4,0 кг/ч;

3) напряженность электростатического поля в межэлектродном промежутке -

106-. м

3. Разработаны следующие методики:

1) измерения напряженности поля в межэлектродном промежутке ленточного электростатического триера. По результатам определения напряженности поля в межэлектродном промежутке ленточного электростатического триера была выведена зависимость между напряженностью поля и подаваемым количеством импульсов на актуатор, позволяющая в контроллере проводить расчет напряженности в технологическом процессе;

2) определения толщины слоя семян фотоэлектрическим датчиком на полочках ленточного электростатического триера, позволяющая определять время срабатывания фотоэлектрического датчика в технологическом процессе ЛЭТ. Определено время срабатывания фотоэлектрического датчика, равное 67 мс и механическая повторяемость, равная 0,009 мм.

4. Изготовлен и апробирован в производственных условиях усовершенствованный ленточный электростатический триер, на который получен патент на полезную модель № 145701.

5. Приведенные затраты по новому варианту ЛЭТ показывают, что он является наиболее эффективным.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Журналы и патенты, указанные в перечне ВАК:

1. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Система управления позиционированием; потенциального электрода ленточного электростатического триера с помощью электрического актуатора/ A.C. Угловский, В.В. Шмигель // Международный научный журнал. - 2012. - № 5. - С. 83-87.

2. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Математическое обоснование управления

.: узлом рифленого валика ленточного электростатического триера / A.C.

Угловский, В.В. Шмигель // Международный научный журнал. - 2012. -№ 4. - С. 70-80.

3.. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Математическое обоснование датчика определения напряженности электростатического поля / A.C. Угловский, В.В. Шмигель // Технико-экономический журнал. - 2012. - № 2. - С. 54-58.

4. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Моделирование работы электроприводов ленточного электростатического триера в системе MATLAB/SIMULINK /

A.C. Угловский, В.В. Шмигель // Технико-экономический журнал. - 2013. -№5. -С. 60-66.

5. Патент на полезную модель № 145701, МПК7 AOlCl/ОО.Триер./

B.В. Шмигель, A.C. Угловский (Россия); заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА» -заяв. 15.10.2013; опубл.: 27.09.2014.

Публикации в сборниках научных трудов и конференции:

6. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Программное обеспечение работы ленточного электростатического триера (на примере семян огурца)/ Сборник трудов «Ресурсосберегающие технологии и техническое обеспечение производства зерна»:- М.:ВИМ, 2010. - С. 27-34.

7. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Разработка автоматизированной системы технологического процесса сепарации семян огурца на ленточном электростатическом триере/ Сборник трудов «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве». - М.:ВИМ, 2010. - С. 475-483.

8. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Автоматическая система управления технологическим процессом ленточного электростатического триера // Сборник трудов «Инновационные направления развития АПК и повышение конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых». - Ярославль, 2011. - С. 31-36.

9. Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Математическая модель ленточного электростатического триера/ A.C. Угловский, В.В. Шмигель //Вестник АПК Верхневолжья». - Ярославль, 2011. - № 3. - С. 50-53.

Ю.Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Автоматизация работы ленточного электростатического триера/ Сборник трудов «Инновационные направления

АПК и повышение конкурентноспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых». - Ярославль, 2011. - С. 59-64.

П.Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Математическое описание работы датчиков автоматизированного ленточного электростатического триера / A.C. Угловский, В.В. Шмигель // Сборник трудов «Модернизация сельскохозяйственного производства на базе инновационных машинных технологий и автоматизированных систем». -М.:ВИЭСХ, 2012. - С. 704-713.

12.Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Математическая модель автоматического управления потенциальным электродом ленточного электростатического триера/ A.C. Угловский, В.В. Шмигель // Сборник трудов «Энергосберегающие технологии в растениеводстве и мобильной энергетике». - М.гВИЭСХ, 2012. - С. 134-138

13.Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Обоснование автоматизации сепарации семян огурца на ленточном электростатическом триере/ A.C. Угловский,

B.В. Шмигель // Вестник АПК Верхневолжья. - Ярославль, — 2012. - № 3. -

C. 76-80.

14.Угловский, A.C. Программа для ЗО-анимации актуатора потенциального электрода ленточного электростатического триера / A.C. Угловский/ Сборник научных трудов по материалам XVI международной научно-практической конференции «Инновационные направления развития АПК и повышение конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов -вклад молодых ученых». - Ярославль, 2013. - С. 40-42.

15.Угловский, A.C., Шмигель, В.В. Проведение математического планирования эксперимента, нахождение оптимальных параметров процесса сепарации на автоматизированном ленточном электростатическом триере в прикладном пакете "STATGRAPHICS'7 A.C. Угловский, В.В. Шмигель // Вестник АПК Верхневолжья. — Ярославль, - 2013. - № 4. — С. 71-76.

Подписано в печать 25.12.2014. Формат 60 х 84 Vie. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №53.

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА». 150042, г. Ярославль, Тутаевское шоссе, 58.

\