автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Усовершенствованная технология и средства разделения клубней картофеля на фракции

Введение.

1. Классификация, обзор конструкций, характеристика и состояние исследований картофелесортировальных машин с замкнутым контуром калибрующих отверстий.

1.1 Классификация картофелесортировальных машин по форме калибрующих отверстий с замкнутым контуром.

1.2 Обзор конструкций и характеристика калибровщиков клубней картофеля.

1.2.1 Калибровщики транспортерного типа.

1.2.2 Роликовые калибрующие поверхности.

1.2.3 Калибрующие рабочие органы машин барабанного типа.

1.2.4 Грохотные картофелесортировки.

1.3 Состояние исследований технологического процесса калибрования клубней картофеля.

1.4 Цель и задачи исследования.

2. Физико-механические свойства клубней картофеля.

2.1 Состояние вопроса и задачи исследования.

2.2 Методика исследования и обработки экспериментальных данных.

2.3 Результаты исследований.

2.3.1 Зависимость массы клубней от их объема.

2.3.2 Взаимосвязь линейных размеров.

2.3.3 Соотношение размеров клубней.

2.3.4 Обоснование технологии калибрования клубней картофеля, и форм и размеров калибрующих отверстий.

2.3.5 Особенности перемещения вороха клубней по различным поверхностям.

2.4 Выводы по разделу.

3. Теоретические основы работы картофелесортировальной машины грохотного типа.

3.1 Состояние исследований.

3.2 Условия равновесия клубней шаровидной формы.

3.3 Исследование процесса взаимодействия клубней округло-овальной формы с калибрующей поверхностью.

3.4 Условия равновесия клубней шаровидной формы при расположении калибрующих отверстий углом по ходу технологического процесса.

3.5 Исследование процесса взаимодействия клубней округло-овальной формы с отверстиями, расположенными углом по ходу технологического процесса.

3.6 Выводы по разделу.

4. Лабораторные исследования экспериментальной картофел есортировки.

4.1 Лабораторно-экспериментальная установка.

4.2 Общая методика исследования и обработки экспериментальных данных.

4.3 Результаты лабораторных исследований.

4.3.1 Влияние режимов работы картфелесортировки на точность калибрования.

4.3.2 Влияние конструктивных параметров машины на точность калибрования.

4.3.3 Влияние различных режимов работы верхнего и нижнего решетного стана на точность калибрования.

4.3.4 Влияние подачи клубней картофеля в зону калибрующего рабочего органа на точность калибрования и энергозатраты.

4.4 Выводы по разделу.

5. Производственная проверка экспериментального калибровщика клубней картофеля.

5.1 Условия проведения испытаний.

5.2 Результаты испытаний.

6. Экономическая эффективность использования машины.

6.1 Расчет стоимости машины.

6.2 Прямые эксплуатационные затраты.

6.3 Годовая экономия прямых эксплуатационных затрат.

6.4 Прибавка валового сбора продукции.

6.5 Выводы по разделу.

Выводы.

В настоящее время перед сельским хозяйством встала важнейшая задача в обеспечении продуктами питания российского потребителя. Решение этой проблемы является одним из основополагающих факторов экономической безопасности страны.

К числу культур разностороннего применения относится картофель. Картофель обладает диетическими и лечебными свойствами, а также высокими вкусовыми качествами. Из картофеля изготавливают около 200 разнообразных блюд. Не случайно картофель на Руси называют «вторым хлебом». Его используют как продукт питания, сырье для крахмально-спиртового производства и ряда отраслей промышленности. При современной технологии производства из 1 т картофеля можно получить 160-190 кг крахмала, и столько же патоки, до 80 кг глюкозы. В последнее время картофель все чаще используют на корм скоту. Усвояемость его животными достигает 90-95%. При средних урожаях, картофель дает с единицы площади больше кормовых единиц, чем травы и зерновые, уступая лишь кукурузе [52].

По площади посева картофеля в Поволжье в настоящее время занимают достаточно большой удельный вес среди других сельскохозяйственных культур. По объему производства Поволжье занимает теперь свыше 10% валового производства этой культуры в России.

Почвенно-климатические условия Среднего Поволжья и Саратовской области - благоприятны и, в значительной мере, отвечают биологическим требованиям культуры. В перспективе регион остается одним из основных районов по производству этой культуры [57]. 7

Однако картофельное производство в России в последние годы практически не расширяется. Сокращение площадей, под эту культуру, не сопровождается повышением его урожайности. Зачастую потери выращенного урожая составляют более 25% [53]. Главной причиной больших потерь и повреждения клубней картофеля является несовершенство уборочной и сортировочной техники.

Решение проблемы увеличения урожайности и повышения, качества картофеля, возможно только при соблюдении всех агротехнических требований при возделывании и улучшении посадочного материала.

Как известно клубни картофеля не способны к длительному хранению в отличие от семян зерновых культур, в следствии чего требуется ежегодное воспроизводство семенного фонда. Как считают ученые картофелеводы, наиболее пригодным семенным материалом считаются клубни массой от 50 до 80 г. В тоже время практика возделывания картофеля подсказывает, что для семенных целей пригодны, как мелкая фракция массой от 25 до 50 г. [54], так и крупные клубни массой от 80 до 120 г. [55]. При этом следует соблюдать частоту посадки клубней. Для чего мелких клубней необходимо высаживать до 140 тыс. на га, средних 70-72 тыс. на га и крупных 47-48 тыс. на га [56].

В связи с этим общий ворох клубней картофеля необходимо разделять на несколько фракций с различными назначениями. Из которых, крупная фракция пойдет на продовольственные нужды, мелкая на корм скоту и будет произведен отбор семенного материала. В настоящее время калибровка клубней картофеля на фракции используется не только в сельскохозяйственном производстве, но и в перерабатывающей и пищевой промышленности.

Конструкции калибрующих рабочих органов картофелесортировальных машин зарубежного и Российского 8 производства обладают рядом существенных недостатков, и в полной мере агротехническим требованиям на калибровку клубней картофеля не удовлетворяет ни одна из машин.

В связи с этим, необходимо создать новую картофелесортировальную машину с высокой точностью калибрования и производительностью, которая могла бы использоваться в различных отраслях. Создание такой картофелесортировальной машины имеет важное народнохозяйственное значение. 9

Выводы

1. В настоящее время калибровка картофеля в основном осуществляется не по массе, а по линейным размерам и наиболее перспективными, с точки зрения совершенствования, являются картофелесортировальные машины грохотного типа с плоскими решетами.

2. Исследования физико-механических свойств клубней картофеля позволили определить наиболее рациональные признаки калибрования -ширину и толщину клубня. На основе проведенных исследований были определены форма и размеры калибрующих отверстий. Для верхнего и нижнего решета - отверстия квадратной формы, для средних решет -отверстия в виде правильных шестиугольников.

3. Теоретический анализ работы экспериментальной картофелесортировальной машины грохотного типа с калибрующими отверстиями различной формы позволил определить:

- условия равновесия клубней шаровидной формы находящихся на решетной поверхности, образованной квадратными отверстиями расположенными, как стороной, так и углом по ходу технологического процесса, при возможном перемещении вниз и вверх по решету.

- условия безотрывного движения клубней по решетной поверхности;

- условия равновесия клубней округло-овальной формы при возможном перемещении вниз и расположении калибрующих отверстий углом и стороной по ходу технологического процесса; ориентировочные режимы работы экспериментальной картофелесортировальной машины при которых обеспечивается перемещение клубней вниз, вверх и с отрывом от решетной поверхности.

110

4. Лабораторными исследованиями подтверждены теоретические предпосылки и определены рациональные режимы работы экспериментальной машины:

- точность калибрования 94% достигается при подаче Q=25 т/ч, угловой частоте колебаний грохотов ю = 29,2 с"1, амплитуде колебания А = 26 мм , угле наклона решет |3 = 8° и длине сортирующей поверхности L = 2 м .

- максимальная точность калибрования ji = 96% достигается в жестком режиме работы машины при различных амплитудах колебаний верхнего и нижнего решетного стана. Амплитуда верхнего стана 26 мм, нижнего - 37,5 мм, подача сортируемого вороха Q =25 т/ч, угловая частота колебаний со = 27,5 с"1, длина сортирующей поверхности L = 2 м.

5. Производственные испытания показали работоспособность предлагаемой картофелесортировальной машины. Точность калибрования составила от 93 до 95% при высокой производительности до 25 т/ч.

6. Применение экспериментальной машины в составе картофелесортировального пункта КСП-15 Б позволяет получить годовую экономию в размере 18315 руб., и дает прибавку урожайности 3,2 ц/га при использовании машины на подготовке посадочного материала. Срок окупаемости экспериментальной машины составляет 4.3 года.

Ill

1. В.П. Горячкин. Москва, изд. Колос, 1965, том № 3.

2. Гидравлическое сортирование картофеля при его последовательной обработке. Ium hydfraulischen sortieren bei der kartoffelelaufbere itung. Kuhn G., Scheibe K., Kern A. - "Agrrtechuik", 1984. 34. № 10, - c. 435-437.

3. Машины для послеуборочной обработки картофеля. AREVIEW of Developments in Potato Hondling and Grading. Mc Rac D.C/ "T.Agr. End.Res.". - 1985. 31. № 5. - c. 115-138.

4. Батаев Ф.И. Теоретическое обоснование и расчет некоторых параметров фотоэлектрического отделителя. // В кн.: Исследование и расчет технологических процессов // Тр. ВИСХОМ. Вып. 58. М.: 1969.

5. Колчин Н.Н., Слепухов Е.А. Перспективы принципов сортирования картофеля и овощей. Тракторы и с.-х. машины. 1975. № 10, с. 19-20.

6. ГОСТ 6014-86. Разделение клубней картофеля на фракции при производстве плодоовощных консервов. М.: Издательство стандартов, 1986.

7. А.С. 1409344 (СССР) Рабочий орган машины для сортирования плодов. / Авторское изобретение. А.А. Ариничев, П.Н. Колгин, В.М. Фурлетов, В.М. Мосин и Э.С. Рейнгарт Заявил. 20.01.86, № 4015473/30-13. Опубликовано в Б.И. 1988, № 26.

8. Печерцев Н.А. Создание сортировального стола с ассиметрично-вибрирующей поверхностью струнного типа для семенного картофеля. Информационная карта по НИР. Гос. регистрация № 01840063809. Инв. № 02850038310. Челябинск, 1986.

9. Дуйсеканов К.М., Щурахин В.К. Новая картофелессортировка. -«Картофель и овощи», 1990. № 10. с. 14-15.112

10. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Под ред. М.Н. Клецкина, 2-е изд. доп. и переработано. В 4-х томах. М.: Машиностроение, 1969. Т. 3. - 143 с.

11. Н.Н. Колчин, В.П. Трусов. Машины для сортирования и послеуборочной обработки картофеля. М.: изд. «Машиностроение», 1966, с. 68.

12. Г.Е. Листопад. «Сельскохозяйственные и мелиоративные машины», Москва. «Колос», 1976.

13. Н.И. Верещагин, К. А. Пшеченков «Рабочие органы машин для возделывания, уборки и сортирования картофеля». М.: «Машиностроение». 1965.

14. Угланов М.Б. Справочник механизатора-картофелевода. М.: Агропромиздат, 1986 207 с.

15. Немченко И.И. Увеличить производство картофеля. Картофель и овощи, 1987, №6-с. 8-10.

16. Pippel Y., Walther О. Описание и результаты испытаний высокопроизводительных ячеистых триеров К 236А и К 236А01. -Agrartechnik, 1980, Jg 30, H.II. S 503, 504.

17. Космовский Ю.А., Некипелов Ю.Ф. Сепарация семян на малогабаритном порционном триере. Науч.-техн. бюл. ВИМ, 1981 (1982), вып. 42, с. 3538.

18. Maciejewski W. Описание и технические данные очистителя зерна К 547А с триером К 236 фирмы «Петкус». Mechan. Roln., 1982, р 31, № 5/6, s. 17-21.

19. Wierzbicki Kozimierz, Semezyszyn M. Kolaji, Zipinsk Adam. Определение параметров цилиндра триера. Zesz. nauk ART Olsztyme: Mech. i bud, 1984, № 13, c. 27-40.113

20. Wierzbicki Kozimirz, Semeryszyn Mikolaji, Zipinsk Adam. Многокритериальная оптимизация при определении размеров цилиндра триера. Zesz. nauk. ART Olsztunie: Mech. i bud, 1984, № 13, с. 11-25.

21. A.C. 1197750, СССР, МКИ B070B13/02 Цилиндрический триер./ Туаев М.В., Сосновский ЕЛ., Сидоренко В.П.; ВСХИЗО, заявл. 30.11.83, № 3693449/30-15, опубл. в Б.И., 1985, № 46.

22. Солдатенко Л.С., Котляр Л.И. Ячеистые сепараторы (триеры). Обзор. М., 1972. 75 с.

23. А.С. 190133, СССР, МКИ В07В13/02 Триер / Солдатенко Л.С. и др., заявл. 16.02.66, № 1057269/30-13, в Б.И., 1966, № 1.

24. Колчин Н.Н. «Комплекс машин и оборудования дл*я послеуборочной обработки картофеля и овощей» Москва, Машиностроение, 1982.

25. А.С. 1498419 (СССР). Способ сортировки корнеклубнеплодов. /Авт. Изобрет. Р.А. Суровцев, А.Д. Лоркин, В.Л. Старовойтов. Заявл. 18.09.87, № 4306663/30-15. Опубл. в Б.И. 1989, № 29.

26. Сорокин А.А. Обоснование и расчет величин зазоров сепарирующих и сортирующих рабочих органов машин для уборки и сортирования картофеля. /В кн. «Некоторые вопросы проектирования и расчета сельскохозяйственных машин»./ВИСХОН. Вып. 6. М.: Машгиз, 1956.

27. Шабуров Н.В. Калибрование клубней картофеля. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, № 11. С. 33-35.

28. Юн Б.М. Обоснование и выбор величины отверстий рабочих органов картофелесортировальных машин. Труды НИИКХ, вып. III, 1994. - с. 6072.

29. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. 1955. Москва -Ленинград.

30. Методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений. М.: ВИСХОМ, ОНТИ, 1960, с. 292.114

31. Гришин В.К. Статистические методы анализа и планирования экспериментов. -М.: изд. МГУ, 1975. С. 128.

32. Гнеденко Б.В., Хинчин А.Я. Элементарное введение в теорию вероятностей. М. П.: ГИТТА, 1950. С. 144.

33. Румшинский JI.3. Элементы теории вероятностей. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1965.

34. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1980, с. 168.

35. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М.: Колос, 1972. с. 421.

36. Леонтьев М.П. статистическая обработка результатов наблюдений. М.: Гослесбумиздат, 1952. - 35 с.

37. Руководство по апробации овощных культур и кормовых корнеплодов. /Под ред. Д.Д. Брежнева/- М.: Колос.

38. Ивашев-Мусатов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука.

39. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Физматгиз, 1962. С. 326.

40. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. //Учебное пособие для вузов./ М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989.-с. 423.

41. Волосевич П.Н. Совершенствование технологического процесса калибрования клубней картофеля. Диссертация. Саратов, 1998.

42. Кармонов С.Н., Кирюхин В.П., Коршунов А.В. Урожай и качество картофеля. Россельхозиздат, 1983.

43. Горячкин В.П. Движение тела по фракционной плоскости/Собр. Сочинений в семи томах. Т. 2. М.: Сельхозгиз. 1987, с. 194-201.115

44. Летошнев М.Н. Экспериментальная проверка теории вероятности 9в приложении к исследованию плоских сортировальных решет) /Теория, конструкция и производство с.-х. машин// Под ред. Акад. В.П. горячкина. Т. 3. М.: Сельхозгиз, 1936. С. 433-480.

45. Тереков Т.Д. Расчет зерноуборочных машин. М.: Машиностроение, 1962. С.215.

46. Тереков Г.Д. Движение тела по наклонной плоскости с продольными колебаниями. /Под ред. Акад. В.П. Горячкина. Т. 3. М.: Сельхозгиз, 1936. С. 490-521.

47. Сорокин А.А. Исследование движения частицы, свободно лежащей, колеблющейся плоскости применительно к обоснованию типа грохота картофелеуборочной машины и его кинематическим параметрам // Тр. ВИСХОМ. Вып. 46. 1965. С. 18-36.

48. Петров Г.Д. Диденко Н.Ф. Исследование рабочего процесса качающегося грохота. //Тр. ВИСХОМ. Вып. 58. 1969. С. 154-224.

49. Лукомский Я.И. Теория корреляции и ее применение к анализу производства. М.: Госстаниздат, 1961.

50. Босого Е.С. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение. 1978. С. 403-419.

51. А.Г. Рыбалко, Н.П. Волосевич, В.А. Федоров, В.А. Чарушников. Основы теории и расчета рабочих процессов сельскохозяйственных машин. /Учебное пособие. Саратов, 1987.

52. С.Н. Карманов, В.П. Кирюхин, А.В. Корнуков. Урожай и качество картофеля, М.:Россельхозиздат, 1988.

53. А.И. Канаев, Б.В. Анисимов, A.M. Колчина, И.В. Крюков. Опыт внедрения высокоэффективной технологии возделывания картофеля в Самарской области. Москва, Информагротех, 1999.116

54. Гисарев Б. А., Трофимец JI.H. Семеноводство картофеля. М.: Россельхозиздат, 1982. С. 238.

55. В.И. Оверчук. Картофель в Среднем Поволжье. Саратов. 1982.

56. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технологических наук Волосевича.5 9. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технологических наук Миркина.

57. Top agrar, Mitiglied von Eurofarm Arbtitsgemeinshaft fuhrender europaischer Agrarzeitschriften . Картофель и его интенсивное возделывание. № 7 / 2000. С.74-85.

58. Волосевич П.Н. Совершенствование технологии раздела клубней картофеля на фракции. Вопросы научно-технического прогресса на ж.д. транспорте и в агропромышленном комплексе. //Межвуз. сб. науч. тр./ Самара, 2000.

59. Чаус В.М. Свойство картофеля. /Под ред. Акад. В.П. Горячкина. Т. 2. 1936. С. 298-301.

60. Арсеньев Д.А., Колгин Н.П. Сортировка с инерционным грохотом. -Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1970, № 10. С. 26-27.

61. ГОСТ 240226-80. Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения. М.: Издательство стандартов. 1980. С. 19.

62. Кардашевский С.В., Погорелый Л.В., Фудиман Г.М. и др. Испытания сельскохозяйственной техники. -М.: Машиностроение, 1979. С. 288.

63. Мельников С.В., Алешкин В.Г., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследовании сельскохозяйственных процессов. /2-е изд. доп. и исправ./ -Л.: Колос, 1980.-с. 168.

64. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир. 1986. - с. 610.

65. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. С. 610.

66. Вознесенский В.П. Первичная обработка экспериментальных данных. Л.: Наука, 1969. С. 63.72.3айдель А.П. Элементарные оценки ошибок измерений. //3-е издание, испр. дол. Л.: Наука. 1968. С. 96.

67. Методические указания о порядке разработки, согласования и утверждения исходных требований на сельскохозяйственную технику. -М.: Госагропром СССР, ВАСХНИЛ, 1988, с. 159.

68. Методическое указание. Организация и планирование производства в сельскохозяйственных предприятиях. /Саратовский, с.-х. институт им. Н.И. Вавилова/ Саратов, 1988.

69. Драгайцев В.И. Эффективность технического обслуживания и ремонта машин в сельском хозяйстве. М.: Россельхозиздат, 1983. С. 152.

70. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. ГОСТ 23728-88, ГОСТ 23729-88. -М.: Госагропром СССР, 1988. С. 10.118

71. Булохов В.А., Пеннер П.И. Экономический справочник сельскохозяйственного специалиста. М.: Россельхозиздат, 1983. С. 192.

72. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Россельхозиздат, 1984. С. 104.

73. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Киев: Урожай, 1986. С. 118.

74. Антошкович B.C. экономическое обоснование эффективности новых сельхозмашин. Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1991, № 5, с. 13-16.

75. Норма амортизационных отчислений и сроки службы основных фондов в народном хозяйстве. М.: Экономика, 1987.

76. Minajev Valentin. Theoretische und experimentelle Untersuchungen eines Trieurs mit senkrech stehen der Achse. Teil I Arch Landtechn, 1968, 7, № 3, c. 191-218.

77. A.C. 206230, СССР, МКИВ07В13/03 Цилиндрический триер. / Каплун Я.Г. Заявл. 10.07.65, опубл. в Б.И., 1968, № 24.

78. Триерный барабан. Патент ГДР, МКИВ07 В 13/02, № 127100, заявл. 07.09.77.

79. Урханов Н.А. Исследование работы ячеистых поверхностей цилиндрических триеров. Труды ВНИИ зерна и продуктов его переработки., 1974, вып. 78, с. 194-197.119