автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологического процесса отделения почвенных примесей от корней сахарной свеклы крупноячеистым сепаратором

На правах рукописи

КОМАРОВ ЮРИИ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТДЕЛЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ПРИМЕСЕЙ

О Г КОРНЕЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ КРУПНОЯЧЕИСТЫМ СЕПАРАТОРОМ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 1997г.

Работа выполнена на кафедре " Эксплуатация машинно-тракторного парка" Саратовского государственного агрониженсрного университета (СГАУ).

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор Н.П. Волосевич, кандидат физико- математических наук,

доцент А.И. Есин.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Б.Н. Емелин, кандидат технических наук, профессор Ю.А. Иванов.

Ведущее предприятие - НИИСХ Юго - Востока

Защита диссертации состоится сентября 1997 г.

в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д120.04.01 Саратовского государственного агроинженерного университета по адресу: 410740, г. Саратов, ул. Советская , 60, СГАУ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ.

Автореферат разослан " 22 " августа 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ^ С.А. Ивженко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сахарная спекла имеет большое значение как источник сырья для получения сахара и ценного корма для сельскохозяйственных животных. Кроме того, побочные продукты переработки на сахарных заводах, патока и жом, необходимы для пищевой промышленности и также являются незаменимым и легкоусвояемым кормом для скша.

Механизированные процессы уборки сахарной свеклы представляют собой сложный комплекс технологических и производственных операций, включающих выкапывание, обрезку и очистку, сбор, укладку в бурты, погрузку и транспортировку корнеплодов и ботвы, которые выполняются машинами общего и специального назначения. Из всех этих операций наиболее трудоемкой и тяжелой является уборка урожая, на которую приходится более половины всех затрат.

На полях с влажностью почвы меньше 20% и высокой ее твердости корнеуборочные машины выкапывают корнеплоды с большим содержанием почвы в ворохе в виде комков, доходящем до 30%. Наличие комьев в ворохе зависит от состояния почвы в рядке и защитной зоне. Их захватывают выкапывающие органы уборочных машин в основном из промежутков между корнеплодами, и отделить из такого вороха комья не могут даже свеклопогрузчики СПС-4,2 , так как они не оборудованы устройствами дня выполнения такой операции. Поэтому, при таком содержании почвы сахарная свекла будет не стандартной и поступает для дополнительной обработки.

Кроме того, в связи с преобразованиями, произошедшими в пашей стране, возникает несколько острейших проблем.

Во-первых, основные районы свеклосеяния оказались за пределами России, что требует значительного расширения производства сахарной свеклы в Российской Федерации.

Во-вторых, основные предприятия по выпуску машин для возделывания и уборки сахарной свеклы оказались также за пределами России, что выдвигает проблему выпуска собственной техники.

В-третьих, в связи с изменением форм ведения сельского хозяйства и создания крестьянских и фермерских хозяйств требуется другой типаж сельскохозяйственных машин.

Решение поставленных проблем - многоплановый и сложный процесс. Поэтому, в первую очередь необходимо уделить внимание на совершенствование рабочих органов свеклоуборочных машин, которые имеются в хозяйствах, выявить причины повышенной засоренности корнеплодов почвенными примесями и внести изменения в их технологические схемы, кардинально улучшающие качество работы.

Цель работы. Снижение затрат труда и средств путем повышения качества работы почвосепарирующих устройств при уборке и послеуборочной доработке корнеплодов сахарной свеклы.

Объект исследования. Объектом исследования является технологический процесс отделения почвенных примесей от корнеплодов сахарной свеклы.

Методика исследования. Общая методика исследования предусматривает разработку теоретических предпосылок, их экспериментальную проверку в лабораторных и полевых условиях, а также экономическую оценку результатов исследований.

При проведении теоретических исследований параметров транспортерного двухконтурного сепаратора и режимов его работы были использованы метод аналитических решений дифференциальных уравнений и метод решения дифференциальных уравнений с применением ЭВМ.

Результаты экспериментальных исследований обрабатывались методами вариационной статистики с использованием ЭВМ.

Научная новизна:

- получена математическая модель технологического процесса отделения корнеплодов удлиненной формы от соизмеримых по толщине почвенных примесей, как тел определенных геометрических размеров и форм;

- установлена кинематическая связь между внешним и внутренним транспортерами, которые образуют объемные ячейки участвующие в технологическом процессе;

-найдены режимы работы крупноячеистого сепаратора в зависимости от условий работы;

-получены уравнения для определения углов выпадения компонентов почвенно-корнеплодного вороха и программа для их решения на ЭВМ.

Практическая ценность работы. На основе результатов выполненных исследований разработан и изготовлен экспериментальный образец транспортерного двухконтурного сепаратора. Анализ результатов испытаний машины показал, что применение нового почвоотделит еля на свеклоуборочных комбайнах снижает трудоемкость процесса уборки и послеуборочной обработки на 5% за счет повышения качества очистки корнеплодов сахарной свеклы до уровня, удовлетворяющего требованиям сахарных заводов.

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и одобрены на научно-технических конференциях профессорско - преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Саратовского государственного агроинженерного университета в 1993, 1994, 1995 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ общим объемом 1,83 п.л.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, списка используемой литературы и приложений.

Работа изложена на 199 страницах, п том числе на 89 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы, 10 приложении и 43 рисунка. Список используемой литературы включает 89 наименований, из них 15 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, необходимое! I. ее разработки.

Первый раздел. "Характеристика способов и средств сепарации корнеплодов сахарной свеклы и состояние исследования процесса разделения почвенно-корнеплодного вороха по различию длины компонентов."

Проведен анализ существующих устройств для очистки корней сахарной свеклы, представленных в работах Погорелого Л.В., Татьянко Н.В., Петрова Г.Д., Хвостова В.А., Шабелышка Б.П., Волосевича Н.П. и др.

Рассмотрен современный уроиень механизированной уборки корнеплодов сахарной свеклы, и в результате анализа изученных материалов установлено, что в применяемых на уборочных работах машинах не используется явно выраженный характерный признак корнеплодов сахарной свеклы- длина. А в результате применения существующих свеклоуборочных комбайнов с полей вывозится большое количество плодородной почвы, большую часть из которой составляют комки по толщине соизмеримые с диаметрами стандартных корнеплодов сахарной свеклы.

Это явление ведет к оскуднению плодородного слоя в результате вывоза почвы на сахарные заводы вместе с корнеплодами, увеличиваются расходы и затраты на послеуборочную доработку урожая.

Устанавливаемые на серийных машинах почвоотделители не удовлетворяют агротехническим требованиям. На комбайне типа РКС и свеклопогрузчиках прутковые элеваторы не могут отделить соизмеримые с корнеплодами почвенные комки, а устанавливаемые на машинах КС-6 комкодробители травмируют корнеплоды.

Наиболее перспективным и приемлемым для сепарирования корнеплодов сахарной свеклы , на наш взгляд, является внешне-ячеистый транспортерный двухконтурный сепаратор. К его достоинствам следует отнести то, что будучи выполненным в виде двух, расположенных один в другом транспортеров, внешний из которых

сетчатый, а внутренний обычный ленточный, он хорошо вписывается в технологические схемы корнеуборочных машин и свеклопогрузчиков и может быть использован как самостоятельное устройство для послеуборочной доработки урожая.

С другой стороны, это устройство не исследовано экспериментально, нет теоретическйх обоснований его параметров и режимов работы.

На основании изложенного, целыо диссертационной работы является снижение затрат труда и средств путем повышения качества работы почвосепарирующих устройств при уборке и послеуборочной дорабочке корнеплодов сахарной свеклы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить геометрические параметры корнеплодов сахарной свеклы и сопутствующих им комкообразных почвенных примесей, получаемых при работе корнеуборочных машин;

- разработать конструктивные решения для воплощения внешнеячеистого транспортерного двухконтурного сепаратора в экспериментально-производственный образец и провести его лабораторное исследование;

- теоретически обосновать конструктивные параметры и режимы рабо 1 ы сепаратора;

- провести производственную проверку сепаратора и определить его экономическую эффективность.

Второй раздел. " Геометрические параметры компонентов почвенно-корнеплодной смесн, получаемой при работе корнеуборочных машин. "

Поскольку в основу рассматриваемого нами технологического процесса положены различия геометрических параметров корней сахарной свеклы и комкообразных почвенных примесей, то для обоснования параметров и режимов работы внешнеячеистого двухконтурного транспортерного сепаратора понадобится подробная информация именно о геометрических параметрах компонентов • почвенно-корнеплодной смеси.

На сегодняшний день многие физико-механические свойства растений сахарной свеклы хороню изучены и их можно отыскать в справочной литературе и в опубликованных работах по результатам научных исследований.

Однако, имеющихся в справочниках свойств корнеплодов сахарной свеклы далеко не достаточно для обоснованного подхода к созданию почвосепарирующих устройств, в основу работы которых заложено различие геометрических параметров компонентов почвенно-корнеплодной смесн.

В первую очередь, нами ставилась задача дать комплексную оценку геометрических параметров смеси, выдаваемой

корнеуборочной машиной как генеральной совокупности и их соотношение по массе.

Для этого необходимо изучить такие параметры, как диаметр и длина корнеплодов и на их основе установить индекс формы корнеплодов, а по соотношению длины и толщины почвенных комков - их индекс формы. Это очень важный показатель, предусмотренный агрономическими апробационнымн свойствами сельскохозяйственных культур, который ранее для корнеплодов сахарной свеклы никем не изучался. Кроме того, без этого показателя невозможно подойти к обоснованию размеров рабочего органа сепаратора и его регулируемых параметров.

При определении углов выпадения компонентов почвенно-корнеплодной смеси из ячеек сепаратора, рассматривая компоненты как физические тела, а не материальные точки, и для анализа сил действующих на них на участке сепарации, необходимо знать координаты расположения центра масс, конусность корнеплодов и угол при вершине ( Рис.1). Кроме того, при определении направления реакций, возникающих на опорной поверхности внутреннего транспортера, на который, как правило, опирается головка корнеплода, необходимо знать ее форму. Все эти свойства корней сахарной свеклы до сих пор не изучены.

Для определения длины корнеплодов и расположения центра масс нами был изготовлен прибор, принцип действия которого заимствован из известного устройства для определения центра тяжести зерен овса.

Коэффициент смещения центра массы С определялся по формуле:

Кс = 1с / Ь , (1)

где 1с-расстояние от головки корнеплода, до точки опрокидывания, мм;

Ь - длина корнеплода, мм.

Расстояние от головки корнеплода до точки опрокидывания подсчитывался по формуле:

1е = 1г + (Ьк-(1г + 1п)/2 , (2)

где 1г - показания на линейке в момент опрокидывания корнеплода, когда он касается упора головкой, мм;

1п - показания на линейке в момент опрокидывания корнеплода, когда он касается упора носком, мм;

Ьк - расстояние от коронки корнеплода до центра масс, мм.

По замеренным данным Ь и Ок определялся индекс формы корнеплодов:

Кф = I / Ок, (3 )

где Ок - максимальный диаметр корнеплода, мм.

Конусность корнеплодои сахарной свеклы определялась по

формуле:

Ск = ( Ок-с1к)/1к , (4)

где с!к - минимальный диаметр корнеплода, мм;

1к- расстояние 01 минимального до максимального диаметра корнеплода, мм.

Угол при вершине корнеплода определяли расчетным путем:

а / 2 = ап^ ( Рк - с!к) / 21к . ( 5 )

Согласно предусмотренным стандартам для испытания корпеуборочных машин нами отбирались в разных местах по длине гона пробы массой около 50 кг. Проба вручную разбиралась на компоненты: корнеплоды, почвенные комки, растительные примеси и налипшая земля.

Анализ этих данных показывает, что суммарные почвенные примеси составили 23,24% от общей массы проб. По виду почвенные примеси замерялись отдельно: комкообразная фракция в среднем составляла 11,24%, а налипшая почва 12,00%. Таким образом, из всех почвенных примесей комкообразная фракция составляет 49%, налипшая на корнеплоды почва -51%. Растительные примеси в среднем за два года составляли 1,83% от общей массы проб, а чистые корнеплоды 74,92%. Как видно из этих данных даже очистка вороха от комкообразной почвы может повысить содержание корней в ворохе, получаемом с отгрузочного транспортера корнеуборочной машины до 86%. Если учесть, что при перевалочном способе уборки до 30 - 50% налипшей почвы при перегрузки свеклы в полевые кагаты и при погрузке свеклопогрузчиками из кагатов в транспортные средства отделяется от корней и отсеивается на транспортирующих устройствах, то чистоту корнеплодов можно довести до 92 - 95%, что отвечает требованиям стандарта.

После разборки проб на фракции и определения их массы эти же почвенные комки и корнеплоды подвергались замерам и определению центра масс и конусности по вышеописанной методике.

По результатам этих замеров построены вариационные кривые распределения корнеплодов и почвенных комков по длине ( Рис. 2 ).

Из вариационных кривых распределения видно, что по длине компонентов почвенно-корненлодного вороха имеет место перекрытие почвенных комков, имеющих максимальную длину и корнеплодов с минимальной длиной.

Форма почвенных комков определяется тремя размерами: наименьшим размером а - толщиной, средним размером Ь - шириной и наибольшим размером I - длиной. Поскольку рабочие органы и транспортирующие устройства свеклоуборочного комбайна имеют отверстия для отсева почвы щелевидной формы, то отделение комков происходит по одному размерному признаку - толщине.

Входные отверстия ячеек внешнего транспортера-сепаратора имеют форму правильного шестиугольника, которые по проходному сечению незначительно отличаются от окружности, т.к. диаметры

Пс

Г ~~~~~—--

Ж а __-« тэ

1ж т - 1Л

Рис. 1. Гсимсцшчсскиеннрпмефы корнеплода сахарной сипом,!.

%

О 25 50 75 100 125150 175200 225250 275Ь,мм Рис.2. Вариационные кривые распределения длины: 1- почвенных комков; 2-корнеплодов сахарной свеклы.

вписанной и описанной окружностей отличаются друг от друга по размеру лишь на 10%, и проход почвенных комков в эгн отверстия будет зависеть только от одного размера - ширины.

В связи с этим для характеристики индекса формы почвенных комков нами использовано отношение длины комка к его среднему размеру - ширине. 'Результаты измерений почвенных комков сопутствующих корнеплодам в полевых условиях возделывания сахарной свеклы показали, чго математическое ожидание их коэффициента формы составляет 1,5.

Индекс формы корнеплодов сахарной свеклы с увеличением их диаметра снижается ( Рис.3 ). Это свидетельствует о том, что с ростом корнеплода интенсивнее увеличивается его диаметр, а не длина.

Стандартные корнеплоды сахарной свеклы развиваются симмефично относительно вертикальной оси, поэтому координата центра масс определялась только по этой оси , что в совокупности с конусностью и углом при вершине необходимо и достаточно для проведения анализа сил действующих на корнеплод на функциональных участках сепаратора. Обобщенной характеристикой рассматриваемого показателя служил коэффициент смещения центра массы корнеплода по продольной его оси. Введение этого показателя необходимо по той причине, что корнеплод сахарной свеклы не представляет собой классической геометрической фигуры "конус", т.к. имеет скругленную коронку с остатками черешков листьев и вершина конуса не является точкой.

Величина конусности и угол при вершине корнеплода тесно связаны и взаимно обусловлены ( Рис.4). От этих параметров корнеплодов будет зависеть их положение в пространстве на функциональных участках сепаратора, а следовательно, и направление действующих сил.

На основе геометрических параметров корнеплодов сахарной свеклы и почвенных комков появляется возможность решения следующих задач:

- разработать теоретическую модель процесса взаимодействия. компонентов вороха с ячеистой поверхностью;

- определить параметры ячейки;

- дать теоретическое обоснование технологического процесса.

Третий раздел. "Лабораторные исследования ячеистого

почвоогделителя."

Лабораторные исследования дают возможность создать окончательный вариант почвенного сепаратора и определить его габаритные размеры, а также режимы его работы .

Наибольшее влияние на сепарацию оказывают скоростные режимы работы почвоотделпгеля, возможность максимальной загрузки, форма и размер ячеек, а также установка длины участков загрузки и сепарации.

Кф

Кг

40 35 30

15 10

Л 5

55,5

75,5

------- --- 2

- —

0.7

0. 6 Ц'.

(Ы

95.5 1)5.5 Пк.мм

!'нс.З. Зависнмосш: I- коэффициент формы корнеплодом от их

диаметра; 2- коэффициента смещения центра масс корнеплодом от их диаметра.

Гпс.'1. Зависимости: 1- конусности корнеплодов от их диаметра; 2- угла при першинс конуса от дийисгра корнеплодов.

Лабораторные исследования проводились в соответствии с разработанными методиками для испытания машин и орудий для уборки овощных культур, корнеплодов и картофеля.

Исследования выявили влияние отдельных факторов на процесс отделения почвенных примесей от корнеплодов удлиненной формы.

Для исследования почвоотделителя была изготовлена экспериментальная установка (Рис.5), состоящая из внешнего 1 и внутреннего 2 транспортеров, которые расположены один в другом, образуя бесконечные замкнутые контуры.

Внешний транспортер выполнен из фигурных прутков, шарнирно сочлененных друг с другом и образующих отверстия правильной шестиугольной формы.

Внутренний транспортер представляет собой прорезиненную ленту длиной 2,0 и шириной 0,8 м. С двух сторон к ленте прикреплены втулочно-роликовые цепи.

Внешний и внутренний транспортеры кинематически независимы. Эго дает возможность регулировать скорости движения транспортеров независимо друг от друга.

Для подачи вороха использовался ленточный транспортерЗ.

Транспортеры сепаратора смонтированы на двух рамах сварной конструкции .Внешний транспортер - на неподвижной, а внутренний -на подвижной раме.

Подвижная рама может перемещаться в вертикальном направлении, изменяя зазор Н между ветвями внешнего и внутреннего транспортеров, что дает возможность изменять глубину ячеек, а также в горизонтальном - изменяя зазор Н| для вывода почвенных комков между ветвями транспортеров.

Скорость транспортеров изменялась заменой звездочек на ведущих валах.

Почвенно-корнеплодный ворох с помощью транспортера 3 подавался на транспортерный двухконтурный сепаратор. Корнеплоды, как более длинные компоненты вороха, по сравнению с почвенными комками, зависали на решетке внешнего транспортера 1 или западали в ячейки, но, опираясь на внутренний транспортер 2, выступали из них значительной своей частью, а почвенные комки проходили через шестиугольные отверстия и ложились на внутренний транспортер.

При подходе к концу прямолинейного участка сепаратора корнеплоды и комки почвы переходили на дугообразный. Где корнеплоды, как более длинные предметы, выступающие из ячеек, сбрасывались на приемный лоток 4 и отводились, а почвенные комки сбрасывались в щель между ветвями внешнего и внутреннего транспортеров.

Эффективность работы ячеистого транспортера оценивалась полнотой очистки корнеплодного вороха от почвенных комков 11, кот орая определялась по формуле :

Рис. 5. Схема экспериментальном установки: I- внешний яченсп.ш транспортер; 2- внутренний ленточный транспортер: 3- загрузочное устройство; 4 - приемный лонж корнеплодов.

Г| =100 т.. У1113, (6)

где то - масса комков почвы, отобранных почвенным сепаратором, кг; тз - общая масса почвенных комков, загружаемых на сепаратор, кг.

Почвенный ворох составлялся из комков различных размерных фракций. При составлении вороха руководствовались данными исследований фракционного состава почвенных комков, прошедших первичную сепарацию корнеуборочных машин, которые мы получили при проведении полевых исследований.

Почвенный ворох помещался на подающий транспортер ровным слоем. Толщина слоя комков и корнеплодов определяла загрузку ячеистого транспортера.

По предварительным опытам были определены диапазоны основных и вспомогательных параметров:

1) Скорость движения ячеистой поверхности ин, м/с. (0,6; 0,8;1,0; 1,2; 1,4);

2) Длина участка загрузки Ьз, м (0,4; 0,6; 0,8; 1,0);

3) Подача вороха С>, кг/с (10; 15; 20; 25; 30);

4) Величина смещения кромки приемного лотка корнеплодов по вертикали относительно горизонтальной оси симметрии барабана Нг , м (0; 0,2; 0,4; 0,6);

5) Исходная засоренность V, % (10; 15; 20; 25; 30).

На основании опытных данных определены: зависимость полноты отделения почвенных примесей от исходной засоренности (Рис.6); влияние скорости ячеистой поверхности на полноту отделения почвенных примесей (Рис.7); влияние засоренности корнеплодов на полноту отделения почвенных примесей (Рис.8); зависимость полноты отделения почвенных примесей от координаты Ш кромки приемного ло гка корнеплодов (Рис.9).

Четвертый раздел. "Теоретический анализ технологического процесса транспортерного двухконтурного сепаратора."

В этом разделе составлены уравнения относительного равновесия компонентов вороха, решая которые определяли углы выпадения корнеплодов сахарной свеклы и почвенных примесей.

Для лучшего выпадения корнеплодов из ячеек мы задавались условием, что угловые скорости движения ведущих барабанов внутреннего и внешнего транспортеров должны быть равны, т.е.

Юн =С0в , (7)

где О)н - угловая скорость ведущего барабана внешнего транспортера, рад/с;

СОв - угловая скорость ведущего барабана внутреннего транспортера, рад/с.

1'ис.6 . кшисимосп, полноты отделения почвенных примесей от исходной засоренносш вор.оха при скорости транспортераии= 1.0 м/с;

РисЛ. Влияние скорости ¿чеистой пове1)хности на полноту отделения почвенных примесей при исходной засоренности корнешюдов: 1-у = 10 %5 2- V =15 % ; 3- V =20 % ; 4- V =25 % ; 5- V =30 %. Подлча вороха 0 =10кг/с.

11,% 95 90 85-80-75-70

15 . 20 25 У)оУо

Влияние засоренности корнеплодов почвой на полноту отделения при скоростях ячеистой поверхности: ,1-1)п=0.8м/с; 2-1)н=1.0м/с ; 3-\)п= 1.2м/с. Подача вороха на сепаратор О = 1 Окг/с;

О

0.2

0.4

112, м

Рис.9. Зависимость полноты отделения почвенных примесей от

координаты Ш кромки приемного лотка корнеплодов при различных скоростях движения транспортера 1-Он=0.8м/с ; 2-им=1.0м/с; 3-1)и= 1.2м/с.

В связи с тем, что ведущие барабаны обоих транспортеров имели разные диаметры, будут разные и линейные скорости движения этих транспортеров.

В этом случае у корнеплода, запавшего в ячейку и опирающегося на внутренний транспортер, нижняя часть будет отставать от верхней части, опирающейся на внешний транспортер.

Второе условие, которое соблюдалось, заключалось в том, что коэффициент трения корнеплода о внутренний транспортер должен быть больше, чем о прутки внешнего транспортера.

Выполняя оба условия, рассмотрим поведение корнеплодов, запавших в ячейки. Корнеплод, запавший в ячейку, опирается на поверхность внутреннего транспортера в точке В, а на внешний транспортер в точке О (Рис. 10).

Во время движения корнеплода по плоскому участку происходило его скольжение по пруткам внешнего транспортера.

Величина этого скольжения можно подсчивалась по формуле:

Бек = Ьз ( 1 - гв / ги ), ( 8 )

где - длина участка загрузки, м;

ги - радиус наружного ведущего барабана, м; гв - радиус внутреннего ведущего барабана, м.

Радиусы наружного и внутреннего барабанов выберали из оговоренного выше условия, что угловые скорости должны быть равны:

ив = Он гв /(гв + Н), (9)

где ив - линейная скорость внутреннего транспортера, м/с; ин - линейная скорость внешнего транспортера, м/с; Н - зазор между верхними ветвями наружного и внутреннего транспортеров - глубина ячеек, м.

При перемещении транспортеров угол наклона корнеплода менялся. Если корнеплод был наклонен вперед, то по мере его продвижения к разгрузочному концу транспортера угол его наклона уменьшался и определялся из выражения:

8=агс1и( Н Л/с2 ♦ Н2 + Зек ), (10)

где с- расстояние от стенки ячейки (рис. 10) до корнеплода, м.

с = 2( Ия- Гк ), (11)

где Кя - радиус ячейки внешнего транспортера, м;

Гк - радиус корнеплода, запавшего в ячейку на уровне внешнего транспортера, м.

Гк =(Ьк - Н )Щ<х12, (12)

где Ьк - длина корнеплода, м;

а - угол при вершине корнеплода.

При наклоне корнеплода назад - угол его наклона увеличивался по мере приближения к участку сепарации. Этот угол находился по формуле:

8"=ап^( Н /V с2 ♦ Н2 - Бек ). (13)

Для почвенных комков, выступающих из ячеек можно воспользоваться формулой (11), заменив радиус корнеплода Гк на толщину почвенных комков Ь.

Чтобы предотвратить затаскивание корнеплодов в зазор между ветвями транспортеров при минимальном угле наклона необходимо ограничить Sck условием :

Н/ sin 5"< Lk min . (14)

Это условие зависит от глубины ячейки Н, радиусов ведущих барабанов наружного Гн и внутреннего Гв транспортеров, а также длины участка загрузки, которые влияют на величину скольжения Sck корнеплода.

Исходя из указанных предпосылок положение устойчивого равновесия корнеплодов и почвенных комков на участке сепарации описывается системой уравнений (Рис. 11):

f PjOF + RbOM - mgOE = О

{ -¡-PjsinGp - Rb sinGn - Ro cos(cp2 + a/2) + mgsinGm =0 (15)

I PjcosGp + RbcosGr - Ro sin((p2 + a/2) - mgcosGm =0, где Pj- центробежная снла инерции;

Rb, Ro - реакции опоры внутреннего и внешнего

транспортеров; mg - сила тяжести;

Or - угол между направлением действия реакции Rb и

осью симметрии корнеплода; 0т - угол между направлением действия силы тяжести и

осью симметрии корнеплода; ф2 - угол трения корнеплода о стальную поверхность; a - угол при вешшше корнеплода (для комка а= 0).

Знак "+" соответствует случаям, когда корнеплод или комок почвы наклонены назад против движения транспортеров, а знак "-" , когда они наклонены вперед по ходу движения транспортеров.

Преобразуем полученную систему к безразмерному виду, поделив все силы на силу тяжести, а плечи - на плечо OF:

f Pj +Rb ц - ^=0

•) TPjsinGp - Rb sinBR - Ro cos(q>2 + a/2) + sinGm =0 (16 )

I PjcosGp + Rb cosGr - Ro sin(q>2 + a/2) - cosOm =0,

где |i=OM/OF; k=OE/OF; Gm = P± Gp ._ Решим систему ( 16 ) относительно реакций Rb, Ro. Rh = (A.cos((p2 +a/2 + Gp) - соз(ф2 + a/2 - Gm )) / (|icos^2+a/2+Gp) -cos^2+a/2-0R)). (17)

rTo = К / (соз(ф2 + a/2)(|i cos(92 + a/2) +0p) - соб(Ф2 + a/2 - Or)), (18)

I'iic. Ю.Схемм к (шрсдиюпш» смещения компонентом пороха па участке tai ручки : I- мри наклоне корнеплода пперед по ходу дппження транспортер»»; I- мри наклоне корнеплода питан прот ип хода движения транспорюрон.

Рис.11.Схемы к определению углов выпадения: 1- корнеплодов, наклоненных вперед по ходу движения транспортеров; 2- корнеплодов, наклоненных назад против хода движения

где К=соз(ф2 + а/2 + Ор )(р$шОт - ^¡пОк )+ соз(ф2 + а/2 - 9т ^тОя + рвтбр )+

со5(ф2 + а/2 - К±^тОр - Б1пОт ). _

В момент выпадения тела из ячейки реакция Ян обращается в ноль. Следовательно, в момент выпадения числитель формуле (17) равен нулю.

Хсо5(ф: + а/2 + Ор) - 1ч«(ф2 + а/2 - От) =0. оIсюда находим соответствующее значение X:

X = (С05(ф2+ай+ 0р - Р)) / соБ(ф2 + а/2 + Ор). (19)

С учетом (19) при Яв = 0 из (18) следует:

= втР / со8(ф2 т а/2 + Ор). (20)

Если реакция опоры внутренне! о транспортера Я» обращается в нол1. в момент выпадения гела, то из первого уравнения системы (15) следует

Щ=К. (21)

Центробежную силу инерции, отнесенную к силе тяжести, представим в виде:

Р) = 0)2с г^ • Ги / £ , (22)

где гос - угловая скорость центра масс, рад/с;

гё - радиус центра масс отнесенный к радиусу

внутреннего ведущею барабана г«; g - ускорение свободного падепия, м/с2. С учетом (22) из (21) получаем уравнение для определения угла выпадения:

(ш2сгс гв со5(ф2 + а/2 ± 9р))/ ё = со5(ф2 + а/2 ± Ор - Р) . (23)

Поскольку Гс является достаточно сложной функцией от р, то в общем случае уравнение (23) не разрешимо.

Определим угол выпадения Рвын приблизительно, преобразовав правую часть уравнения (23) с помощью известного соотношения:

созф= 1 /(±^Т+Тр~ф). (24)

Тогда угол выпадения Рвып : _

Рвып=ф2+а/2+0р+агс1§^-/((о,гтсг2всо52(ф2+а/2±Ор))-1 , (25) где 0р=ап^1/((г2с/со528)-1). На основе формулы (24.) угол выпадения Pbi.hi отыскивался методом последовательных приближений ( итераций ).

Для всех рассмотренных ранее случаев получены приближенные формулы для определения угла выпадения:

для корнеплода, наклоненного »перед по ходу движения транспортера:

рвып=91,328 - 1,8681)к ч ().(>2621)к-'; (26)

для корнеплода, наклоненного назад против хода движения транспортера:

|3вып=80,335 + 1,934Dk - 0,0236Dk; (27)

для комка почвы, наклоненного вперед по ходу движения транспортера:

Рвып=-26,960 + 2,441 b - 0,01345Ы ; (28)

для комка почвы наклоненного назад против хода движения транспортера:

(3вып=203,552 - 3,816Ь + 0,0252b*. (29)

Из теоретических расчетов значения углов выпадения корнеплодов видно, что корнеплоды, наклоненные вперед по ходу движения транспортера, выпадают раньше, чем те, которые наклонены назад против движения транспортера в среднем на 50 градусов (Рис.12). У комков почвы эта же тенденция сохраняется и разность углов выпадения составляет около 20 градусов. Также просматривается, что корнеплоды и комки почвы с меньшим диаметром и толщиной выпадают раньше, чем те у которых диаметр и толщина больше. Сравнивая углы выпадения корнеплодов и комков почвы, видно что комки почвы будут выпадать раньше корнеплодов. Есть небольшое перекрытие углов выпадения корнеплодов, наклоненных вперед по ходу движения транспортера и комков почвы, наклоненных назад против хода движения транспортера. Теоретические расчеты углов выпадения компонентов вороха подтверждаются лабораторными исследованиями, т.е. внешнеячеис-тый транспортерный двухконтурный сепаратор осуществляет разделение корнеплодов сахарной свеклы и почвенных комков по разности их максимального размера - по длине.

Пятый раздел. "Производственная проверка и экономическая эффективность использования сепаратора."

Производственные испытания проводились b ТОО "Осиновское" Романовского района Саратовской области. Результаты испытаний получены при обработке 168 тонн в 1993 и 96 тонн в 1994 годах.

При оценке качества работы сепаратора были получены следующие результаты: комковатые почвенные примеси в ворохе-14%,после обработки вороха ira крупноячеистом сепараторе содержание почвы снизилось до 2,8%, т.е. количество комковатых примесей снизилось на 80% (излом корней, в основном минимального стандартного размера не превышало 1,9%).

Применение внешнеячеистого транспортерного двухконтурного сепаратора дает снижение затрат на транспортировку урожая на сахарные заводы -9,1%,: повышение качества продукции, сдаваемой на сахарные заводы за счет меньшего содержания в ней почвенных примесей, ведет к уменьшению масштабов механической эрозии. Сохранение плодородного слоя оказывает влияние на повышение урожая последующих культур. Годовая экономия прямых эксплуатационных расходов составляет 7145,6тыс. рублей.

Рвмн

1'ис.12. Зависимость угла выпадения (5вып от диаметра корнеплодов и толщины почвенных комков: 1 - корнеплоды наклоненные вперед;

2- корнеплоды наклоненные назад;

3- почвенные комки наклоненные вперед;

4- почвенные комки наклоненные назад.

ВЫВОДЫ

1.Изучение физико-механических свойств почвенно-корненлодного вороха, прошедшего первичную сепарацию, дает возможность сделать вывод, что орган вторичной сепарации может работать на основе разделения корнеплодов сахарной свеклы и почвенных комков по разности их максимального размера - по длине.

Судя по анализу конструкций устройств, разделяющих почвенно корнеплодный ворох по длине компонентов, наиболее полно отвечающим этим требованиям является транспортерный двухконтурный сепаратор.

2. Из вариационных кривых распределения корнеплодов и почвенных комков по длине (Рис.2) видно, что корнеплоды и почвенные комки перекрываются незначительно, только в области малых значений длин корнеплодов, большинство из которых не являются стандартными, что свидетельствует о возможности отделения почвенных примесей по этому признаку.

3. В результате теоретического анализа установлены кинематические особенности транспортерного двухконтурного сепаратора: допустимая разность скоростей внешнего и внутреннего транспортеров, необходимая для предотвращения повреждений и потерь корнеплодов будет определяться по формуле (9).

Установлена функциональная связь между углами выпадения компонентов вороха и геометрическими параметрами корнеплодов сахарной свеклы и почвенных комков, которая определяется по формулам (26;27;28;29), а также их ориентация при западании в ячейки (10; 13).

Полный расчет углов выпадения компонентов вороха в параметрическом виде выполнен с помощью программы на алгоритмическом языке.

4. Конструктивно-кинематические параметры почвоотделителя, соответствующие лучшему качеству его работы, выявлены лабораторно-полевыми исследованиями:

- длина участка загрузки и ориентации корнеплодов Ьз =1,0 м;

- радиус вписанной окружности в шестиугольную ячейку равен 70 мм;

- зазор между ветвями внешнего и внутреннего транспортеров

Н=70 мм;

- скорость движения ячеистой поверхности 1)и=0.8-1.2 м/с;

- расположение кромки приемного лотка корнеплодов № =0.4 м.

5. Максимальная полнота очистки Г)=95% будет достигнута при:

- минимальной исходной засоренности V =10%;

- подаче вороха (2=10 кг/с;

- скорости ячеистой поверхности ин= 1.0 м/с;

- расположении кромки приемного лотка корнеплодов

Нг=0.4м.

2-1

6. Качество очистки сахарной свеклы удовлетворяющее требованиям ГОСТа для промышленной переработки будет получено при условии:

- скорость движения ячеистой поверхности он=0.8-1.2 м/с;

- исходная засоренность вороха V =10-15%;

- подача вороха 0= 10 кг/с;

- расположение кромки приемного лотка корнеплодов Н2 =0.4 м.

7. Расчетами экономической эффективности установили, что применение внешнеячеистого транспортерного двухконтурного сепаратора на очистке корнеплодов сахарной свеклы при уборке дает снижение прямых эксплуатационных затрат на 5%.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Обобщенный показатель формы корнеплодов сахарной свеклы // Совершенствование способов и средств уборки в растениеводстве: Сб. науч. работ / Сарат. с.-х. ин-т им. Н.И. Вавилова. Саратов, 1992. С. 45-50. (соавтор Волосевич Н.П.).

2. Пути совершенствования лочвосепарирующих рабочих органов машин для уборки сахарной свеклы // Совершенствование способов и средств уборки в растениеводстве: Сб. науч. работ / Сарат. с.-х. ин-т им. Н.И. Вавилова. Саратов, 1992. С. 50-53.

3. Способ отделения почвенных примесей от корнеплодов сахарной свеклы // Информационный листок № 70-95. Саратовский ЦНТИ, 1995. -4 с. (соавтор Волосевич Н.П.).

4. Результаты лабораторных исследований транспортерного двухконтурного сепаратора при очистке корней сахарной свеклы // Улучшение эксплуатации машинно-тракторного парка: Сб. науч. работ /Сарат. с.-х. ин-т им. Н.И. Вавилова. Саратов, 1996. С. 42-48. (соавтор Волосевич Н.П.).

5. Влияние исходного состояния почвенно-корнеплодного вороха на технологический процесс работы крупноячеистого сепаратора // Сб. науч. работ / Сарат. с.-х. ин-г им. Н.И. Вавилова. Саратов, 1996. С. 49-55.