автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Совершенствование отделителя почвенных и растительных примесей от корнеклубнеплодов и обоснование его параметров

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМУ МАШИНОСТРОЕНИЮ

На правах рукописи

ТЮТРИН Виктор Васильевич

УДК 631.362.3:635

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОТДЕШТЕЛЯ ПОЧВЕННЫХ И РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ ОТ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ И ОБОСНОВАНИЕ ЕГО ПАРАМЕТРОВ

05.20.04 - сельскохозяйственные и гидромелиоративные

машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в Научно-производственном объединении по сельскохозяйственному машиностроению (ШО ВИСХОМ).

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и тех-

Официальные оппоненты - доктор технических наук, про-

Ведущее предцриятие - ГСКБ по машинам для возделывания и уборки овощей (г.Москва).

Защита состоится " Л6 "сгмЬи&ои 1990 г. в ^ ч. на заседании специализированного совета К 132.02.01 Научно-производственного объединения по сельскохозяйственному машиностроению (НПО ВИСХОМ) по адресу: 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПО ВИСХОМ.

Автореферат разослан оА. 1990 г.

ники РСФСР, доктор технических наук, профессор КОЛЧИН Н.Н.

фессор СЕРЫЙ Г.Ф.;

кандидат технических наук,старший научный сотрудник ПШЕЧЕНКОВ К.А.

Ученый сещютарь специализированно]?'

совета К 132.02.ОГ доктор технических наук, профессор

'ованного

А.А.Сорокин

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Дальнейшее увеличение объемов производства картофеля и столовых корнеплодов при одновременном снижении затрат труда предусматривает все более широкое использование современных механизированных методов выполнения работ по всему технологическому циклу. Перенос ряда операций по отделению примесей с мобильных уборочных агрегатов на пункты послеуборочной обработки продукта позволяет расширить диапазон комбайновой уборки, улучшить условия работы обслуживающего персонала.

В связи с этим все большее значение и актуальность приобретают вопросы повышения эффективности отделения примесей от корнеклубнеплодов на стационаре, и в частности, задача полного отделения мелких почвенных частиц и растительных остатков. От качества этой операции, выполняемой в начале технологического процесса, существенным образом зависит эффективность всей линии послеуборочной обработки, а также последующих процессов хранения. Однако отделители, используемые на практике в настоящее время, не обеспечивают высокого качества разделения компонентов при изменении состава обрабатываемого вороха в широком диапазоне, имеют низкую технологическую надежность при обработке вороха повышенной влаетости.

Поэтому исследования, направленные на совершенствование технологического процесса разделения компонентов и обоснование оптимальных параметров отделителя мелких почвенных примесей и растительных остатков от корнеклубнеплодов, являются актуальными и имеют важное народнохозяйственное значение.

Цель работы - изыскание технологической схемы и конструктивных параметров отделителя, обеспечивающих повышение эффективности выделения примесей при минимальных потерях и повреждениях корнеклубнеплодов и высокую технологическую надежность процесса при обработке вороха повышенной влажности.

Научная новизна. Проведен системный анализ различных рабочих органов для отделения от корнеклубнеплодов мелких почвенных примесей и растительных остатков, в результате которого выявлен перспективный рабочий орган - пальчатая продольная горка. Проведено теоретическое исследование процесса выносной сепарации, осуществляемого на поверхности пальчатой горки,и

разработана вероятностная математическая модель, учитывающая влияние случайных факторов (произвольная форма и ориентация тела, стесненный характер движения в потоке компонентов). Получены аналитические зависимости эффективности сепарации от конструктивных параметров рабочего органа (тип и длина пальчатой поверхности, скорость полотна) и свойств обрабатываемого потока (скорость поступления компонентов, засоренность вороха). Разработана новая конструктивно-технологическая схема отделителя в виде двухконтурной пальчатой горки. Обоснованы основные параметры и режимы работы двухконтурной пальчатой горки.

Новизна технических решений; предложенных в процессе исследований,подтверждена тремя авторскими свидетельствами.

Практическая ценность. Отделитель мелких почленных-примесей и растительных остатков в виде двухконтурной горки,установленный в линию послеуборочной обработки корнеклубнеплодов, позволяет повысить эффективность разделения компонентов на 7...22 %, снизить затраты труда на 14...1% и обеспечивает годовой экономический эффект в суше 490...2093 руб. Возможность очистки рабочих поверхностей от налипающих почвенных примесей позволяет расширить диапазон влажности обрабатываемого вороха до 30...35$.

Реализация результатов работы. Техническая документация на макетные образцы отделителя мелких почвенных примесей и растительных остатков, в которых реализованы результаты исследований, переданы в ГСКТБ по машинам для возделывания и уборки картофеля (г.Рязань), ГСКБ по машинам для овощеводства (г.Москва), ЦКТБ тяжелого машиностроения для использования при разработке сортировальных пунктов и линий.

Отделитель примесей в виде двухконтурной пальчатой горки по результатам испытаний рекомендован Центральной машиноиспытательной станцией к приемочным испытаниям в составе линии для обработки корнеклубнеплодов УШ-Ю.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-практической конференции профессорско-преподавательского соотава Саратовского института механизации сельского хозяйства (г.Саратов, 1989 г.); на научной конференции профессорско-преподавательского состава Ря-

занского сельскохозяйственного института (г.Рязань, 19891990 гг.); на заседашш секции НТС НПО ВИСХОМ по машинам и рабочим органам для уборки и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и овощей (г.Москва, 1988-1990 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты исследований изложены в 9 печатных работах общим объемом 1,82 ггеч.л.. В том числе получено три авторских свидетельства.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 202 страницах; содержит 17 таблиц, 48 рисунков, 15 приложений, список использованной литературы, состоящий из 136 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована необходимость проведения настоящей работы, ее актуальность и новизна, сформулирована цель исследования, представлены основные положения, которые выносятся на защиту, показана связь проведенного исследования с тематическим планом НПО ВИСХОМ.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" приведена классификация и обзор существующих средств для отделения почвенных и растительных примесей от корнеклубнеплодов. Рассмотрено состояние экспериментальных и теоретических работ по исследованию процесса выносной сепарации, осуществляемого на рабочей поверхности горки. Проведено изыскание перспективной конструктивно-технологической схемы отделителя.

Результаты обработки данных экспертного опроса, проведенного в соответствии с методикой решения задач о расстановке приоритета, свидетельствуют, что в качестве отделителя примесей предпочтительно использовать продольную пальчатую горку. Отмечены недостатки этого рабочего органа (высокий уровень потерь корнеклубнеплодов, достигающий З...6$, зали-пание рабочей поверхности почвенными примесями повышенной влажности) и проанализированы причины, их вызывающие. Отмечается, что величина потерь корнеклубнеплодов на пальчатой горке зависит от угла наклона рабочей поверхности и засоренности продукта. Однако вследствие случайного характера изме-

3

нения содержания примесей в поступающем от комбайнов ворохе поддерживать оптимальным угол наклона в течение смены достаточно сложно. На практике угол наклона в начале смены устанавливается в среднее положение и в дальнейшем не регулируется, что вызывает снижение разделяющей способности рабочего органа.

Разработке научных основ анализа процесса выносной сепарации и обоснованию конструктивных параметров фрикционной горки посвящены труды П.М.Василенко, Н.Г.Гладкова, А.В.Голя-новского, Л.Даневски, Н.Ф.Диденко, И.М.Зорина, Н.И.Кленина, Н.Н.Колчина, А.П.Кроптова, В.Ю.Кривошеева, М.Н.Летошнева, Г.Д.Петрова, А.А.Попова, А.А.Сакалаускаса, А.А.Сорокина, Г.Д.Терскова, В.А.Хвостова и др. Результаты исследований широко используются при расчете параметров пальчатых горок.

Вместе с тем анализ теоретических исследований показал, что большей частью они сводятся к описанию движения единичного тела по однородной фрикционной поверхности и не учитывают влияние потока обрабатываемого материала и других случайных факторов, оказывающих влияние на тело, перемещающееся по пальчатой поверхности. Отмечено, что в реальном процессе разделение компонентов вороха происходит в условиях стесненного движения тел, геометрические и физико-механические свойства которых варьируют по случайным законам, а взаимодействуя в потоке носят вероятностный характер. Выявлено, что для создания математических моделей процесса сепарации наиболее целесообразно использовать представления и аппарат теории случайных функций.

Общие теоретические предпосылки и вероятностные методы расчета показателей эффективности просеивающих рабочих органов в зависимости от свойств разделяемой смеси и конструктивных параметров наиболее полно изложены в работах Е.А.Не-помнящего, Г.Д.Петрова, Г.Ф.Серого и других. Однако при исследовании процесса выносной сепарации они требуют дальнейшей аналитической проработки и уточнения.

На основе анализа известных цроектно-конструкторских изысканий, направленных на повышение эффективности пальчатых горок, разработана новая конструктивно-технологическая схема отделителя в виде двухконтурной пальчатой горки. Новизна тех-

нического решения подтверждена авторским свидетельством № 1583018.

Рабочий орган состоит из двух взаимодействующих пальчатых контуров, имеющих разный угол наклона (рисЛ). Причем угол наклона верхнего контура сС.^ выбирается таким образом, чтобы ни один корнеплод не мог быть вынесен на транспортер примесей, а угол наклона нижнего контура 01г - чтобы примеси извлекались полностью. После падения вороха с питающего транспортера примеси задерживаются на нижнем контуре, г корнеклубнеплоды большей частью скатываются с него на транспортер продукции. Задержавшиеся на рабочей поверхности нижнего контура корнеплоды и примеси поступают к верхнему кои-туру. В зоне взаимодействия контуров почва через зазор 5 падает на транспортер примесей. Растительные остатки захватываются пальчиками верхнего контура и через его верхний кал направляются на транспортер примесей. Корнеплоды отбрасываются пальчиками верхнего контура и, получив дополнительный импульс, скатываются по поверхности нижнего контура на транспортер продукции.

В зоне взаимодействия пальчики верхнего и нижнего контуров движутся навстречу друг другу и соприкасаются, что обеспечивает их взаимную очистку от налипающих примесей.

АСЬ

РисЛ. Технологическая схема двухконтурной пальчатой горки: I - питающий транспортер; 2 - верхний контур; 3 ~ нижний контур

На основе проведенного анализа и в соответствии с целью определены основные задачи исследования:

- провести анализ процесса перемещения тела по пальчатой поверхности в потоке материала и определить аналитические зависимости, описывающие эффективность процесса разделения компонентов методом выносной сепарации;

- на основе полученных закономерностей и экспериментальных исследований провести изыскание параметров пальчатой поверхности, обеспечивающих высокую эффективность разделения компонентов при изменении засоренности вороха;

- провести теоретические и экспериментальные исследования процесса разделения компонентов на двухконтурной пальчатой горке и обосновать оптимальные параметры рабочего органа;

- провести испытания макетных образцов отделителя в хозяйственных условиях;

- дать оценку экономической эффективности применения отделителя в технологической линии послеуборочной обработки корнеклубнеплодов.

Во второй главе "Теоретические и экспериментальные исследования процесса разделения компонентов вороха корнеклубнеплодов на пальчатой поверхности" установлены вероятностные закономерности извлечения в отходы компонентов вороха в зависимости от конструктивных параметров пальчатой поверхности и свойств обрабатываемого потока; представлены методика и результаты лабораторных исследований и определены количественные показатели эффективности рабочего органа.

Движение тела по пальчатой поверхности, в отличие от случая с гладкой фрикционной плоскостью, обусловлено не только силами скатывания и трения, но и дополнительными силами упругой деформации нагруженных резиновых пальчиков. Вследствие произвольной формы реального корнеклубнеплода и сложного характера движения (одновременно качение, скольжение, опрокидывание) в каждый момент времени меняется площадь соприкосновения и число пальчиков, вступивших в контакт. Необходимо учитывать, что при подаче слоя материала, движение компонентов сопровождается столкновениями и трением между собой. Такие взаимодействия носят случайный характер. В силу этих причин результирующую силу сопротивления перемещения едннич-

ного тела по пальчатой поверхности в потоке материала следует рассматривать как случайную величину. Характер ее изменения в процессе движения графически может быть представлен некоторой ломаной линией (рис.2).

т

Ъ Ьг Ьп Ь

Рйс.2. Изменение результирующей силы сопротивления перемещению тела по пальчатой поверхности в потоке материала

В таком случае дифференциальное уравнение движения тела может быть записано следующим образом:

та, = <1 Г, 7 * f[t),

где 777 - масса тела;

Os - ускорение центра масс тела;

У ~ сРеДнее значение силы сопротивления перемещению 1*1 тела по пальчатой поверхности, определяемое пос-

ле серии измерений; £ - время;

- случайные воздействия, вызванные изменением условий контакта тела с рабочей поверхностью и стесненным характером движения. Процесс выносной сепарации, осуществляемый на пальчатой горке, заключается в том, что изменение скорости компонентов, различающихся по крупности, форде, коэффициентам трения, при перемещении их по рабочей поверхности, происходит с различной интенсивностью. Факт выделения тела в отходы можно считать реализованным в тот момент, когда составляющая его скорости, направленная параллельно рабочей поверхности, становится равной нулю. Таким образом,в качестве основной пере-

7

менной, в полной мере описывающей состояние тела, можно принять скорость. Дифференциальное уравнение движения тела по пальчатой рабочей поверхности наклонной горки следует записать в виде:

где - составляющая скорости центра масс тела, направ-

ленная параллельно рабочей поверхности. Учитывая, что в процессе сложного движения положение тела изменяется достаточно быстро, а столкновения тел в потоке происходят в условиях большей концентрации компонентов, значения результирующей силы £ Рс в каждый момент времени можно рассматривать как дельта-коррелированные или независимые величины. Полагая, что случайные отклонения в диапазоне от минимума до максимума равновероятны, случайную функцию

можно рассматривать как "белый шум". Эти допущения позволяют рассматривать процесс изменения скорости тела как случайный марковский процесс или процесс без последействия. А для плотности вероятности изменения скорооти Р(г^) в этом ,. случае справедливо уравнение в частных производных

называемое уравнением Колмогорова-Фоккера-Планка. Ейесь ^ - показатель скатывания, м/с^;

угу - показатель воздействия потока, м^/с3. Коэффициенты и /V , входящие в уравнение (2), определяются из уравнения (I) и характеризуют особенности рассматриваемого марковского процесса. Причем показатель скатывания представляет собой среднее ускорение единичного тела. А показатель воздействия потока у«/ равен скорости изменения дисперсии ординаты функции и характеризует интенсивность случайных воздействий.

Плотность вероятности изменения скорости тела может быть отождествлена с относительной концентрацией компонентов, обладающих скоростью в момент времени .

Решая уравнение (2) при начальном и граничных условиях, удовлетворяющих реальному технологическому процессу, можно

определить концентрацию компонентов,обладающих нулевой скоростью в любой момент времени £ .

Тогда извлечение (полнота выделения) компонентов в отходы £ на всем интервале времени определяется выражением

ефр-^]/*.*-

При изыскании показателей эффективности извлечения принятое начальное условие

Р^Р^Г-гГо) (4)

свидетельствует, что все тела поступают на пальчатую поверхность с начальной скоростью 7%> .

Здесь ¿Я" - дельта-функция Дирака.

Граничное условие, принятое при анализе процесса извлечения почвенных прпмесей:

р~0 при /=¿7 , (5)

определяет, что процесс извлечения почвенной частицы может считаться реализованным при первом же достижении ею нулевой скорости относительно рабочей поверхности. В согласии о условиями (4), (5) уравнение (2) имеет решение:

д- -—4= (пуМ- й^ппУ у_ РУПГ/Р- д 7У

Р~ 2/'пп * У Р1 Л

Здесь мпп , дпп - показатели процесса изменения скорос-^ ти почвенной частицы.

В таком случав, согласно уравнению (3), извлечение почвенных частиц может быть определено как

Е ?* ^ехрГ-^'Н^М • (6)

Граничное условие (5) не в полной мере удовлетворяет реальному процессу выделения корнеплодов и растительных остатков, т.к. в отличие от мелких почвенных примесей, проваливающихся в зазоры пальчикового полотна и таким образом практически мгновенно удаляемых из потока при достижении ими нулевой скорости, корнеплоды и растительные примеси в силу значительных размеров остаются на поверхности. Поэтому в дальнейшем' уже остановившиеся и,казалось бы,выделенные

корнеплоды и растительные остатки вновь испытывают воздействия со стороны движущихся соседних тел и могут увлекаться в поток.

Граничное условие для этих компонентов принято на основании предпосылки, что поток извлекаемых компонентов (поток вероятности) пропорционален концентрации (плотности вероятности) тел, обладающих нулевой скоростью:

(7)

где /С - показатель удерживания компонентов, м/с2. Этот показатель определяется как коэффициент пропорциональности между количеством компонентов,обладающих нулевой скоростью,и количеством вынесенных из них в отходами характеризует способность рабочей поверхности удерживать остановившиеся компоненты.

Решение уравнений (2), (3) методом разделения переменных и суперпозиции частных решений при начальном (4) и граничном (7) условиях позволило выявить аналитические зависимости для оцределения эффективности извлечения корнеклубнеплодов и растительных остатков:

£-_ у АКСехрф-Ъ) рт [б1прт $>) х

(8)

Здесь р^ - положительные корни трансцендентного уравнения

гор 3Г 2КРт!и'_.

ркГ-Л

С,-——- - показатель, введенный для упрощения за-у шеи (8). В инерциальной системе координат, движущейся со скоростью $ , соответствующей скорости полотна горки, начальная скорость тела в точке падения может быть представлена как алгебраическая сумма

г^г^С, о)

где 7$пп - тангенциальная составляющая скорости падения тела с питающего транспортера.

С точки зрения конструирования рабочего органа представляет интерес получение зависимостей эффективности выделения компонентов £ как функции длины сепарирующей поверхности / , а не времени Ь . Исхода из широко известных выражений, описывающих зависимость показателя производительности машин с непрерывным потоком материала от конструктивных параметров, было определено среднее зремя пребывания тела на рабочей поверхности:

+ = сю)

, и и/

Здесь а - средняя толщина слоя вороха, м;

- плотность материала, кг/м3;

- коэфй^циент заполнения рабочей поверхности,учитывающий неплотное расположение продукта в слое;

IV - удельная производительность рабочего органа, кг/см.

Анализ уравнений (6), (8), (9), (10) показывает, что эффективность выделения компонентов существенно зависит от начальной скорости падения тел ( ). конструктивно-кинематических параметров рабочего органа (£ , А' ),нагрузки (1Л/), свойств обрабатываемого потока (^ ) и свойств самих компонентов ( ).

Расчет показателей эффективности извлечения компонентов по вышеприведенным формулам проводился численным методом с помощью персональной ЭВМ по стандартным и специально разработанным программам. Некоторые его результаты графически представлены на рис.3.

Для оптимизации параметров рабочего органа необходимо располагать информацией о значениях статистических показателей, соответствующих тем или иным условиям выполнения процесса. С целью их определения были проведены лабораторные исследования, в ходе которых рассматривался процесс движения компонентов по пальчатым поверхностям, применяемым на серийных сельскохозяйственных машинах.

Оценка достоверности теоретических предпосылок, а также используемой методики лабораторных исследований осуществлялась путем сопоставления теоретических данных и экспериментальных показателей эффективности, полученных при различной длине рабочей поверхности.

Удовлетворительное совпадение экспериментальных и теоретических результатов (расхождение не более 3...8%) дает основание считать вероятностную математическую модель процесса выносной сепарации адекватной реальному процессу.

Рис.3. Эффективность выделения растительных остатков (I), почвенных частиц (2) и корнеклубнеплодов (3) на различной длине пальчатой горки (теоретические зависимости)

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований проведен расчет показателей эффективности извлечения компонентов на пальчатой поверхности при изменении ее длины в диапазоне от 0,1 до I м и засоренности вороха в диапазоне от 20$ до 4.0%. При атом угол наклона рабочей поверхности был принят равным сС = 35°, а линейная скорость полотна горки соответствовала показателю серийного рабочего органа 1Гг = 0,75 м/с. Установлено, что из исследуемых пальчатых поверхностей, условию стабильности выполнения процесса при изменении засоренности вороха наиболее полно удовлетворяет рабочая поверхность со следующими характеристиками: высота пальчиков - 24 мм, диаметр пальчиков - 3 мм, шаг расположения - 15 мм.

В третьей главе "Обоснование параметров двухконтурной горки" аналитически определены условия устойчивого выполнения процесса разделения компонентов вороха без возникновения заторов продукта на поверхности рабочего органа, представлены результаты изыскания параметров нижнего контура, приведены методика и результаты экспериментального определения оп-12

мчу

0.1 0,г 0.3 М 0,5 0,6 07 0.1 0.9 I Л^ма рабочей поверх

тимального значения конструктивно-кинематических параметров двухконтурной горки.

"Технологическая схема разделения вороха корнеклубнеплодов на двухконтурной горке предусматривает, что поток продукта в процессе падения с питающего транспортера расслаивается в силу различной парусности комгонзнтоз. Однако на практике было отмечено, что с повышением содержания и влажности примесей наблюдается тенденция к сближению точек падения различных компонентов. При проведении исследований предполагался наиболее неблагоприятный случай - все компоненты поступают в зону верхнего вала нижнего контура, а потому основной процесс разделения компонентов выполняется на этой рабочей поверхности. Предполагалось также, что примеси, извлеченные из вороха на поверхности нижнего рабочего контура, беспрепятственно выносятся в отходы. Извлекаемые же ниж-кгш контуром корнеклубнеплоды после взаимодействия с пальчиками рабочей поверхности верхнего контура возвращаются в поток компонентов. Однако в том случае, когда количество извлекаемых нижним рабочим контуром корнеклубнеплодов ¿7' превышает количество корнеклубнеплодов С?" , тлеющих возможность вступить в это время во ззаимодействие с пальчиками верхнего контура, наблюдается скопление продукта у верхнего вала нижнего контура, а по истечении некоторого времени и на всей поверхности нижнего контура - происходит затор.

Из анализа процесса взаимодействия корнеклубнеплодов с пальчиками верхнего контура было определено условие отсутствия заторов продукта:

е < . СИ)

4 Щ^иГ

Здесь Екл - показатель эффективности извлечения корнеклубнеплодов;

ГПгА - средняя масса корнеклубнеплодов, кг;

С/кл - средний размер корнеклубнеплодов, м;

= 0,9...1,1 - среднее время взаимодействия корнеклубнеплодов с пальчиками верхнего контура, определяемое экспериментально, с.

Согласно условию (II) и в соответствии с результатами предыдущих теоретических и экспериментальных исследований длина рабочей поверхности нижнего контура принята равной 0,6м.

13

Учитывая сложность протекающих процессов, уточнение основных параметров двухконтурной горки осуществлялось при проведении многофактсрных экспериментов.

В качестве критерия оптимизации принят обобщенный показатель разделения трехкомпонентной смеси (почва, растительные остатки, корнеклубнеплоды) £ , который позволяет судить о том, снижается ли после прохода через рабочий орган общее количество компонентов, которые должны быть отделены.

Для проведения отсеивающих экспериментов число факторов аналитически было ограничено до пяти, цричем один из них качественный (табл.1).

Таблица I

Интервалы и уровни варьирования факторов отсеивающего эксперимента

Факторы

!Нижний!Нуле- !Верх- !Интер-

!уро- !вой !нии !вал

!вень !уро- !уро- !варьи-

! !вень !вень !рова-

! -I ! О ! +1 !ния

3

Х1 - линейная скорость рабочей поверхности верхнего контура г>а , м/с 0,5 0,75 1,0 0,25

ч - линейная скорость рабочей поверхности нижнего контура ин , м/с 0,5 0,75 1,0 0,25

ч - угол наклона рабочей поверхности нижнего контура <Лг , град 30 35 40 5

Х4 - угол взаимодействия Ц> . град 50 60 70 10

Х5 - тип пальчатой поверхности верхнего контура:

- высота пальчиков,мм 24 24-45 40 35

- диаметр пальчиков у основания, мм 4,5 5 10 18

- шаг расположения пальчиков, мм 15 15 20 27

Использование матрицы сложного плана, полученного совмещением полнофакторного эксперимента 24 с латинским квадратом 4x4, позволило увеличить число уровней качественного фактора до четырех. 14

Оценка результатов эксперимента с помощью множественного рангового критерия Дункана позволила установить для верхнего контура преимущество пальчатой поверхности со следующими параметрами: пальчики высотой 35 мм и диаметром у основания 18 км, шаг расположения пальчиков 27 мм.

После реализации матрицы основного эксперимента в виде ортогонального центрального композиционного плана (ОЦКП) и анализа полученного уравнения регрессии с помощью двумерных сечений были определены оптимальные значения некоторых конструктивных параметров рабочего органа. Установлено, что максимальная разделяющая способность двухконтурной пальчатой горки ($ = 0,945 достигается при значении угла наклона нижнего контура 37°32' и скорости полотна верхнего и нижнего контуров соответственно 0,98 м/с и 0,88 м/с.

Дополнительные однофакторные эксперименты позволили определить оптимальное значение длины рабочей поверхности верхнего контура ¿д = 0,33 м. Полученные результаты позволили разработать техническую документацию на макетные образцы отделителя примесей.

В четвертой главе"Пщктичэская реализация результатов про-вэденного исследования и экономическая эффективность от его внедрения" приведены сведения о испытаниях макетных образцов двухконтурной пальчатой горки, представлены результаты расчета ожидаемого экономического эффекта.

Результаты сравнительных испытаний с серийным рабочим органом (пальчатая горка линии ЛСК-20), в процессе которых изменялась засоренность вороха и влажность почвенных примесей, свидетельствуют о преимуществе двухконтурной горки (рис. 4).

С целью проверки технической и технологической надежности двухконтурной горки били проведены ее испытании в составе пунктов КСГТ-15В, КСП-25, УБН-10, ЛСК-20 в хозяйствах Московской области (в ОГК Центральной МИС и в ПБО "Истро-Сенежское" Солнечногорского района, в совхозе "Подмосковный" Раменского района). При этом обработано свыше 100 т столовой свеклы, 500 т моркови, 1200 т картофеля. Некоторые результаты испытаний двухконтурной пальчатой горки в хозяйственных условиях представлены в табл. 2.

<Вяшйстъ{7.)

15-20 20-25 25-30 3015

Рис„ 4. Эффективность разделения компонентов в зависимости от влажности почвенных примесей:

-- - двухконтурная горка;

-------- - серийная пальчатая горка.

Отмечается высокая надежность выполнения технологического процесса при обработке вороха повышенной влажности вследствие самоочистки взаимодействующих контуров. В процессе эксплуатации установлено, что пальчатая поверхность постоянно сохраняет работоспособное состояние и в течение всего уборочного сезона не требуется дополнительных затрат труда по очистке ее от налипающих примесей.

Таблица 2

Показатели качества работы

Наименование показателей Двухконтурная горка Серийная пальчатая горка

I 2 3

1. Вид продукта

2. Содержание в исходном ворохе, %:

- корнеклубнеплодов

- растительных остатков

- почвенных примесей

Морковь Картофель Мор- Карто-ковь фель

81,5 77,4 74,4 56,0 79,5 70,9

2,3 3,6 18,1 2,5 4,8 13,2 16,2 19,0 7,5 41,5 15,7 16,7

I

2

3

3. Влажность почвенных примесей, %

4. Содержание в готовом продукте, %:

- корнеклубнеплодов

- растительных остатков

- почвенных примесей,

в т.ч. комков ¡6 > 25 ым

5. Потери корнеклубнеплодов, %

6. Повреждения корнеклубнеплодов, %

7. Показатель эффективности разделения компонентов ( 6 ) 0,948 0,934 0,891 0,900 0319 0,725

8. Производительность,

кг/м-с 6,21 4,83 3,86 3,67 5,14 4,96

Последующие технико-экономические расчеты подтвердили целесообразность включения двухконтурной горкл в состав оборудования пунктов послеуборочной обработки картофеля и столовых корнеплодов (табл.3).

Таблица 3

Основные показатели экономической эффективности использования двухконтурной горки в линиях послеуборочной обработки корнеклубнеплодов

IS ! ! Показателя !ЕЙин. Обработка во- Обработка во-

пп !изме- роха моркови роха картофеля

! ! !рения Базо- ¡Новая 1 Базо- ¡Новая

| вая ¡техно- вая {техно-

? техно- логия техно- ¡логия

! логия j логия

I. Эксплуатационные из- руб/т 2,7 2,56 1,06 0,99

держки

2. Приведенные затраты руб/т 4,1 3,96 1,372 1,305

3. Ожидаемый годовой

экономический эг|фект руб. - 2093,7 490,4

в т.ч. дополнительный эафект от снижения

уровня потерь лродук- руб. - 1507,5 - 226,8 та

24,Г 29,3 28,9

99,0 99,1 96,3

0 0,1 0

0,5 0,6 3,7

0,5 0,4 3,4

0,2 0,2 0

0 0,82 0,2

21,3 23,7 26,1

92,7 96,9 92,2

0 0,4 0,6

7,3 2,7 7,2

4,4 1.3 4,2

0,1 0,6 0,4

— 0,53 0,5

При проведении экономического анализа в качестве эталонных приняты производственные технологии послеуборочной обработки продукта на пунктах КСД-15В и JICK-20.

Экономический эффект достигается за счет повышения качества и снижения потерь продукта. Применение двухконтурной пальчатой горки позволяет также на 14... 175? сократить затраты труда.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате математической обработки данных экспертного опроса установлено, что наиболее предпочтительно в качестве отделителя почвенных примесей и растительных остатков от корнеклубнеплодов использовать продольную пальчатую горку.

2. Установлено, что изменение содержания примесей в составе вороха, поступающего на пункты послеуборочной обработки, носит случайный характер к вызывает рост потерь корнеклубнеплодов на пальчатой горке. Низкая технологическая надежность при обработке вороха повышенной влажности вызвана залшанием рабочей поверхности.

3. Разработана новая конструктивно-технологическая схема отделителя в виде двухконтурной пальчатой горки, обеспечивающая снижение потерь корнеклубнеплодов и очистку рабочей поверхности от налипших примесей. Новизна технического решения подтверждается авторским свидетельством Ji I5830I8.

4. Разработана вероятностная математическая модель процесса выносной сепарации, учитывающая случайные воздействия на тело, движущееся по пальчатой поверхности в потоке материала.

5. Получены аналитические выражения, описывающие эффективность извлечения каждого из компонентов в зависимости от конструктивных параметров рабочего органа и загрузочных режимов процесса. Сравнительный анализ показывает, что теоретические зависимости достоверно описывают экспериментальные данные с .вероятностью р =0,8.

6. Разработаны программы для ПЭВМ и осуществлен расчет показателей эффективности выделения компонентов при изменении засоренности вороха от 20 до 40$. Установлено, что в исследуемом диапазоне свойств отрабатываемого потока цредпоч-тительно использовать пальчатую поверхность со следующими ха-18

рактеристиками: пальчики высотой 24 мм и диаметром 3 мм,шаг расположения пальчиков 18 мм.

7. Обоснованы и рекомендуется следующие конструктивные и кинематические параметры двухконтурного рабочего органа:

- длина рабочей поверхности нижнего контура ¿н -= 0,6 м;

- угол наклона нижнего контура:

<Хг = 37...38° (при обработке вороха моркови), ¿Хр = 33...34° (при обработке вороха картофеля);

- тип рабочей поверхности верхнего контура - пальчики высотой 35 мм и диаметром у основания 18 мм, шаг расположения пальчиков 27 мм;

- длина рабочей поверхности верхнего контура /,в = = 0,33 м;

- скорость движения рабочей поверхности верхнего контура (/а = 0,9...1,1 м/с;

- скорость движения рабочей поверхности нижнего контура 1/н = 0,8...1,0 м/с.

8. Использование двухконтурной пальчатой горки в линиях послеуборочной обработки картофеля и столовых корнеплодов позволяет повысить эффективность разделения компонентов на 7...22%. Вследствие самоочистки взаимодействующих рабочих поверхностей отмечается высокая технологическая надежность процесса при обработке вороха, содержащего почвенные примеси повышенной влажности. Ожидаемый годовой экономический эффект от применения отделителя составит 490...2093 рубля.

9. Результаты исследований и техническая документация, приняты ГСКБ по машинам для возделывания и уборки картофеля (г.Рязань), ГСКБ по машинам для овощеводства (г.Москва), ЦКБ тяжелого машиностроения (г.Москва) и используются при разработке сортировальных пунктов и линий для послеуборочной обработки картофеля и столовых корнеплодов. По результатам испытаний отделитель примесей в виде двухконтурной горки, в составе универсального блочно-модульного набора для обработки корнеплодов УШ-10, рекомендован Центральной машноиспы-тательной станцией к приемочным испытаниям.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Исследование и обоснование параметров высокопроизводительных агрегатов пунктов и линий для послеуборочной обработки и механизмов для перспективных хранилищ картофеля и овощей. Научн. отчет НПО ВИСХОМ. Гос.per. ii 01840004637. ВНТИЦ. - M., 1988. - 317 с. (соавторы Колчин H.H., Арсень-ев Д.А. и др.).

2. Оптимизация конструктивных параметров и кинематических режимов работы отделителя почвенных примесей и растительных остатков при послеуборочной обработке корнеклубнеплодов // Современные цроблемы земледельческой механики: Тез,докл. Воесоюзн.научн.-техн.конф. / МИМСХ. - Мелитополь, 1989. -

С.97-98 (соавтор Колчин H.H.).

3. Обоснование основных параметров и номенклатуры набора унифицированных агрегатов блочно-модульной компоновки пунктов, линий, агрегатов для послеуборочной обработки картофеля и овощей с учетом положительных решений картофелесор-тировального пункта. Научн.отчет НПО ВИСХОМ. Гос.per.

ii 0I86002I898, ВНТИЦ. - M., 1989. - 224 с. (соавторы Колчин H.H., Лямекков Ю.А. и др.).

4. Расчет показателей эффективности выделения мелких почвенных примесей из вороха корнеклубнеплодов пальчатой горкой // Рабочие органы и устройства для возделывания, уборки

и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и овощей: Сб. научн.тр. / НПО ВИСХОМ. - M., 1990. - С.128-135.

5. Анализ условий работы отделителя примесей в линии послеуборочной обработки картофеля // Рабочие органы и устройства для возделывания, уборки и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и овощей: Сб.научн.тр. / НПО ВИСХОМ. -M.: 1990. - C.II0-II7.(соавтор Рубцов C.B.).

6. Перспективный отделитель цримесей из вороха корнеклубнеплодов // Рабочие органы и устройства для возделывания, уборки ж послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и овощей: Сб.научн.'тр. / НПО ВИСХОМ. - M., 1990. - C.I05-II0 (соавтор Ляменков Ю.А.).

7. A.c. I5I78I9 МКИ3 А 01 Д 33/08. Устройство для разделения потока материалов на размерные фракции (соавторы Фурлетов В.М., Колчин H.H. и др.). - Опубл. в Б.И., 1989^10.

8. A.c. 1576005 МКИ3 А 01 Д 33/08. Устройство для отделения примесей от клубней картофеля (соавторы фурлетов В.М., Старовойтов В.И. и др.). Опубл. в Б.И., IS90 г., !& 25.

9. A.c. I583018 МКИ3 А 01 Д 33/08. Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей (соавторы Колчин H.H., Ляменков Ю.Л. и др.). Опубл. в Б.И., 1990, JS 29.

Заказ Л 728-90

Т - 100 экз.

Л-21291 от 31.07.90 г.

Группа оперативной полиграфии 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107, ВИСХОМ