close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обоснование параметров и разработка конструкции дисковой установки для шлифования семян сахарной свеклы

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Гургенидзе Зураб Джемалович
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ
ДИСКОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ СЕМЯН
САХАРНОЙ СВЕКЛЫ
05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Чебоксары 2018
1
Работа выполнена на кафедре общеинженерных дисциплин
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего образования «Казанский государственный аграрный университет»
(ФГБОУ ВО Казанский ГАУ)
Научный руководитель:
доктор технических наук, доцент
Яхин Сергей Мирбатович
Официальные оппоненты: Горбунов Борис Иванович, доктор технических
наук, профессор, заведующий кафедрой
механизации
животноводства
и
электрификации сельского хозяйства ФГБОУ
ВО
«Нижегородская
государственная
сельскохозяйственная академия»
Сѐмов Иван Николаевич, кандидат технических
наук,
доцент
кафедры
механизации
технологических процессов в АПК ФГБОУ ВО
«Пензенский
государственный
аграрный
университет»
Ведущая организация:
Федеральное
государственное
бюджетное
образовательное
учреждение
высшего
образования
«Пермский
государственный
аграрно-технологический университет имени
академика Д.Н. Прянишникова»
Защита состоится «___» ________ 2018 г. в
часов на заседании
диссертационного совета Д 220.070.01 при Федеральном государственном
бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Чувашская
государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 428003, г.
Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ауд. 222. Телефон (факс): 8(8352) 62 23 34; Email: info@academy21.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального
государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» и
на сайте: www. academy21.ru в разделе «Диссертационные советы».
Автореферат разослан «___» ________ 2018 г. и размещен на
официальном сайте: www. academy21.ru в разделе «Диссертационные
советы».
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук
2
С.С. Алатырев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В разработанной концепции развития
свеклосахарного комплекса России на 2008 – 2020 годы и принятой
отраслевой целевой программе «Развитие свеклосахарного подкомплекса
России на 2013 – 2015 годы» подчѐркивается необходимость создания
высокоэффективных технических средств для предпосевной подготовки
семян сахарной свѐклы.
На сегодняшний день в Российской Федерации и во многих зарубежных
странах технология предпосевной подготовки семян сахарной свѐклы
поставлена, как известно, на промышленную основу и предусматривает
обязательное выполнение комплекса технологических операций, в том числе
операции шлифования рыхлого паренхимного слоя околоплодника при
помощи различных по принципу действия шлифовальных машин и
установок.
Однако, как показывает анализ, существующие и применяемые в
производстве шлифовальные машины и установки дискового типа не в
полной мере удовлетворяют предъявляемым требованиям, сложны по
конструкции, имеют низкую производительность, энергоѐмки и травмируют
семенной материал.
В связи с этим, основной составляющей, при разработке шлифовальных
машин, является высокая производительность при меньших затратах с
сохранением или улучшением показателей шлифования семян.
Поэтому повышение качества выполнения операции шлифования семян
путем
разработки
конструкции
и
обоснования
конструктивнотехнологических параметров дисковой шлифовальной установки, является
актуальной задачей, составляющей основу данного исследования и
выполнена в соответствии с концепцией «Развитие аграрной науки и
научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской
Федерации на период до 2025 года»
Степень разработанности. Анализ известных теоретических
исследований в области шлифовальных машин показал, что они не в полной
мере позволяют определить рациональные конструктивно-технологические
параметры установок с дисковыми рабочими органами, в то же время очень
дороги, энерго и металлоѐмки и, что самое главное, семена из-за нагрева
проходят обработку в многостадийном режиме вследствие чего,
травмируются до 20 %.
Цель работы. Повышение качества шлифования семян сахарной
свеклы путем обоснования параметров и разработки дисковой установки.
Задачи исследований:
1. На основе анализа современных достижений науки и техники
разработать конструктивно-технологическую схему дисковой установки для
шлифования семян сахарной свеклы.
2. Провести теоретическое обоснование и определить рациональные
значения основных конструктивно-технологических параметров дисковой
шлифовальной установки.
3
3. Исследовать процесс взаимодействия семян сахарной свеклы с
дисковым рабочим органом и оценить качество шлифования.
4. Провести лабораторные и производственные испытания дисковой
шлифовальной установки, провести оптимизацию конструктивно –
технологических параметров, определить экономическую и энергетическую
эффективность ее использования.
5. На основании результатов проведенных исследований разработать
конструктивно-технологические схемы модернизированных шлифовальных
машин с различным исполнением приводов шлифовальных дисков.
Объект исследований. Технологический процесс и техническое
средство шлифования семян сахарной свеклы.
Предмет исследований. Закономерности влияния конструктивнотехнологических параметров дисковой установки на качество шлифования
семян сахарной свеклы.
Методология и методика исследований. При выполнении
диссертационной работы использовались стандартные методики с
применение
классических
положений
теоретической
механики,
сопротивления материалов, теории механизмов и машин, математического
моделирования. Разработка математических моделей взаимодействия семян с
дисковым рабочим органом и последующие экспериментальные
исследования были выполнены на основе планирования многофакторных
экспериментов и регрессивного анализа опытных данных с использованием
программ Statistica и Matlab.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту.
1. Аналитические зависимости, описывающие взаимодействие семян
сахарной свеклы с дисковым рабочим органом.
2. Теоретические зависимости, определяющие конструктивные
параметры
противовесов
для
уравновешивания
рабочего
диска
шлифовальной установки.
3. Экспериментальные зависимости и модели регрессии, позволяющие
определять рациональные значения технологических параметров дисковой
шлифовальной установку.
4. Конструкции шлифовальных установок с дисковыми рабочими
органами.
Новизна технических решений подтверждена 4 патентами РФ на
полезные модели (№155837; №162270; №162272; №164779).
Теоретическая и практическая значимость работы.
1. Предложенные технические решения позволили существенно
повысить качество шлифования семян сахарной свеклы и снизить
энергетические затраты на технологический процесс.
2. Полученные теоретические и экспериментальные закономерности
имеют практическую значимость для конструкторских, технологических и
проектных отделов машиностроительных предприятий при создании новых
шлифовальных машин и установок.
3. Получены математические модели, позволяющие обосновать
рациональные параметры дисковой шлифовальной установки.
4
Публикации. По материалам исследования опубликовано 11 научных
работ, в том числе 4 в рецензируемых научных изданиях, 4 патента РФ на
полезные модели.
Апробация работы. Основные результаты и материалы диссертации
докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях
Казанского ГАУ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.
Материал изложен на 139 страницах машинописного текста, содержит 21
таблицу, 15 рисунков, список литературы состоит из 115 наименований, из
них 2 на иностранном языке.
Степень достоверности результатов. Обоснованность полученных
результатов обусловлена применением строгого математического аппарата и
адекватностью разработанных моделей. Достоверность научных результатов
и положений подтверждена экспериментальными исследованиями в
лабораторных условиях. Сходимость результатов теоретических и
экспериментальных исследований составила 90% при погрешности не более
5%.
Вклад автора в проведенное исследование.
Разработана конструктивно-технологическая схема дисковой установки
для шлифования семян сахарной свеклы. Получены аналитические
зависимости расчета противовесов для уравновешивания рабочего диска.
Разработаны
математические
модели,
позволяющие
обосновать
рациональные параметры установки для шлифования семян сахарной свеклы.
Изготовлена лабораторная установка и опытный образец дисковой
шлифовальной установки.
На защиту выносятся следующие основные положения.
1. Конструктивно-технологическая схема дисковой шлифовальной установки.
2. Результаты теоретических исследований по обоснованию технологических
и конструктивных параметров установки для шлифования семян сахарной
свеклы.
3. Результаты экспериментальных исследований дисковой установки для
шлифования семян сахарной свеклы.
4. Технико-экономические и энергетические показатели работы дисковой
шлифовальной установки.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность темы, ее научная новизна и
практическая значимость, приведена цель исследований, сформулированы
основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований», в
результате проведенных патентных исследований и анализа отечественных и
зарубежных литературных источников установлено, что на сегодняшний
день
наиболее
перспективным
направлением
в
создании
сельскохозяйственных машин для шлифования семян сахарной свеклы,
является разработка устройств, обеспечивающих качественное шлифование
5
семян на основе дисковых рабочих органов, которые позволяют снизить
энергоемкость и повысить качество технологического процесса.
Научной основой работ по созданию и совершенствованию дисковых
машин для шлифования семян являются труды Цецновского В.М., Птушкина
Г.Е., Галиуллина Ш.Р., Нуруллина Э.Г., Болоташвили З.У., Мокиева В.Ю.,
Кухарева О.Н., Сѐмова И.Н. и др.
Известно, что в дисковых шлифовальных установках, в отличие от
других установок механического типа, кроме удаления паренхимы,
обламываются выступающие кромки, соплодиям придаются более округлые
формы.
Помимо
этого
дисковые
установки
эффективны
при
сегментировании, т.е., при обработки многоростковых семян сахарной
свеклы для снижения их ростковости.
Приводится
конструктивно-кинематическая
схема
дисковой
шлифовальной установки (рисунок 1)
Установка состоит из загрузочной воронки-дозатора 1, которая закреплена на
крышке 2 и корпуса 3. Корпус 3 снизу
соединѐн с бункером 4 сбора
обработанных семян и устанавливается
на опорную раму 5. Внутри бункера 4
размещѐн
изолированный
от
абразивной среды монтажный корпус 6
привода. Установка содержит верхний
диск 7 с отверстием в центре,
электродвигатель привода 8 и корпус 9
для размещения ремѐнной передачи.
Шарнирные опоры закреплены к
корпусу 9 по окружности через каждые
120°. Установка также содержит
1-загрузочная
воронка-дозатор;
2- нижний диск 10 и ремѐнную передачу
крышка; 3-корпус; 4-бункер; 5-опорная привода, ведущий 11 шкив которой
рама; 6-монтажный корпус; 7-верхний
жѐстко
закреплѐн
на
валу
неподвижный диск; 8-электродвигатель;
9-корпус
привода;
10-нижний электродвигателя 8, ведомый 12 – на
подвижный диск; 11,12-ведущий и валу шарнирной опоры. Шкивы 11 и
ведомый шкивы; 13-клиновый ремень; 12 охватываются клиновыми ремнями
14-кривошип;
15-противовес 13. Нижний диск 10 приводится в
кривошипа; 16-упругая шайба.
круговое поступательное движение
Рисунок 1 - Конструктивно- при помощи одного из кривошипов 14
кинематическая схема дисковой (рисунок 2), который жѐстко закреплѐн
шлифовальной установки
на валу шарнирной опоры.
6
Рисунок 2 – Фрагмент расположения
кривошипов установки (разрез А-А на
рисунке 1)
Для
уравновешивания
инерционных
сил
кривошипы
14
выполнены с противовесами 15.
Далее приводятся выводы по
разделу.
Во второй главе «Теоретические
исследования
по
обоснованию
конструктивных,
кинематических
и
технологических параметров» рассматривается движение частицы семени M
массой m, находящейся в канавке диска (рисунок 3) , на которую действуют:
GT = mg - сила тяжести; Fпер = m ω2 R1 - центробежная сила (сила инерции от
переносного ускорения нижнего диска), где R1 - радиус нахождения
рассматриваемой частицы; F кор= 2 m ω Vе - сила Кориолиса, здесь
Vе - относительная скорость семян; N = m (2 ω Vе - ω2 R1 sin ψ) - нормальная
реакция вертикальной поверхности канавки, N1 = mg - нормальная реакция
горизонтальной поверхности канавки, F1 = f N1 = f mg - сила трения частицы о
горизонтальную поверхность канавки и F2 = f N = f m (2 ω Vе - ω2 R1 sin ψ) сила трения частицы о вертикальную поверхность канавки (здесь
f - коэффициент трения скольжения (динамического трения);
1-верхний диск; 2-нижний диск; 3-кривошип; α угол наклона канавки нижнего диска; R1 - радиус
нахождения рассматриваемой частицы семени М;
ω и ɷ1 - угловые скорости нижнего диска и
в
кривошипов; GT - сила тяжести семени; Fпер, Fпер
центробежные силы, действующие на частицу
семени
со стороны нижнего дифференциальное
и верхнего дисков; N,
Получено
N
,
N
нормальные
реакции
1
2
уравнение движения частицы
М : рабочих
2
поверхностей; F1 , F2 ,F3 - силы трения; Fкор - сила
2
= угол,
= 
1  − 
+
Кориолиса;  ψобразованный
между
 2

радиусом R1 и канавкой.
2
 1  − 2 .
(1)

Рисунок 3 – Схема
к исследованию
динамики
движения
семян
через
междисковое пространство

 = 6 1 св
−
2 6
Выражение для определения перемещения
частицы зерна получено в виде:
1 
+ 3 − 4 + 5 +
 2−

1 1
 
−
св + 3 − 4 + 5 +

1

 −  1 − 3 − 4 + 5
(1)
Скорость перемещения в междисковом пространстве описывается
формулой:
7
 =


=

2 6 1 (св
+ 3 − 4 + 5 ) +
1

1
  2 +
.
(2)


+ 2 6 1 (св
+ 3 − 4 + 5 ) +
− 1  − 1


На основании проведенных
расчетов
построены
графики
перемещения (рисунок 4а) и
скорости (рисунок 4б) движения
семени
в
междисковом
пространстве
шлифовальной
установки.
Анализ результатов расчѐтов
и
построенных
графиков
показывает, что семена при
свободном
движении,
после
поворота нижнего диска на угол
φ = 81,9°, проходят расстояние по
канавке,
которое
равно

св
=70,8 мм и поступают в
междисковое пространство со
скоростью V1 = 3,93 м/с. Из
графиков видно также, что когда
перемещение
частицы
равно
длине канавки, т. е. при
  = 228 мм семена вылетают из
рабочей зоны, общий угол
поворота диска при этом с учѐтом
свободного перемещения семян по канавке φ = 81,9° + 58,4° = 140,3°.
Скорость  движения семян в конце канавки равна 14,2 м/с, что
обеспечивает заданную производительность установки, поскольку,
стабильная работа шлифовальной установки обеспечивается когда указанная
скорость больше 1,56 м/с.
Производительность шлифовальной установки зависит от параметров
загрузочной воронки (бункера) и способности дисков пропускать семена
через рабочий зазор между дисками, т. е. междисковое пространство.
Дисковые шлифовальные установки, как известно, относятся к
быстроходным устройствам. Поэтому производительность установки (кг/час)
рассчитывают в зависимости от конкретных параметров загрузочной воронки
по формуле:
Q = q · γ · 3600 kп,
(3)
где q – секундная подача семян из загрузочной воронки в междисковое
пространство, м3 /с;
γ – объѐмная масса семян (для сахарной свѐклы γ = 270…300 кг/м3);
kп – коэффициент производительности, kп = 0,7.
Рисунок 4 – Графики перемещения (а)
и скорости движения (б) семян через
междисковое пространство
шлифовальной установки
8
Расчѐтная производительность, определѐнная по формуле (3), должна
быть согласована со способностью установки пропускать семян через
рабочий зазор между дисками, которая определяется по формуле:
Q = 3600 Fp · n · γ · V е · k3 · kп,
(4)
2
где Fp – площадь поперечного сечения одной канавки, м ; n - количество
канавок; γ – объѐмная масса семян, кг/м3; Vе - относительная скорость
движения семян в конце канавок, м/с; k3 – коэффициент заполнения канавок;
kп – коэффициент производительности.
К конструктивным параметрам, обеспечивающих работоспособность и
эффективность шлифовальной установки относятся диаметр нижнего диска
D, длина радиуса кривой l. На основе анализа конструкции шлифовальных
установок величина этого параметра лежит в пределах D =400…500 мм.
Рабочий диаметр верхнего диска зависит от диаметра нижнего диска и
определяется по выражению:
D1=D+2l+S,
(5)
где S=5…10 мм – величина перекрытия дисков принимается из условия
обеспечения работоспособности установки и максимальной эффективности
технологического процесса.
Общеизвестно, что неуравновешенные силы инерции оказывают
отрицательное воздействие на работу машин и установок.
На практике для смягчения отрицательного влияния инерционных сил
на
механизмы
привода
дисков,
динамически
уравновешивают,
предварительно рассчитав конструктивные и кинематические параметры
подвижных
звеньев.
От
качества
уравновешивания механизмов зависит в
конечном итоге качество выполнения самих
технологических операций.
На
рисунке
5а
представлена
кинематическая схема механизма привода
верхнего диска – шарнирного пятизвенника.
На
рисунке
5б
показаны
силы,
приложенные к звеньям механизма, их
равнодействующие,
а
также
внешний
приводной момент М1 и результирующая сил
сопротивления
трению
(сил
полезного
сопротивления) Рспр , которая действует на
звено 2, т. е. диск.
На основании свойства главного вектора
запишем:
Рисунок 5 – Схема к
определению динамических
давлений
подвижных
звеньев механизма привода
кривошипов верхнего диска
на корпус установки
1 = 1 + 1 ; 2 = 2 +
+2 + 2 + спр ;
3 = 3 + 3 ; 4 = 4 + 4 ;
5 = 5 + 5 + 5
(6)
9
Здесь (по терминологии Шитикова Б.В.) 1 – динамическое давление
станины 5 на кривошип 1; 2 - динамическое давление диска 2 на кривошип
1; 1 - динамическое давление кривошипа 1 на диск 2; 3 - динамическое
давление кривошипа 3 на диск 2 и т.д. Как видим из рисунка 5 б,
1 + 5 = 0; 1 + 2 = 0; 2 + 3 = 0;
3 + 5 = 0; 2 + 4 = 0; 4 + 5 = 0.
(7)
После геометрического сложения уравнений (6) с учѐтом зависимостей
(7), получаем:
1 + 2 + 3 + 4 + 5 − спр = 0 .
(8)
Отсюда уравнение для вычисления результирующего динамического
давления подвижных звеньев на корпус механизма привода имеет вид:
5 = спр − 1 + 2 + 3 + 4
(9)
На основании свойства главного момента системы сил запишем:
1 = 1 + 1 ; 2 = 2 + 2 + 2 +  ;
(10)
3 = 3 + 3 ; 4 = 4 + 4 ; 5 = 5 + 5 ,
где 1 , 2 , 2 , 2 ,  … - моменты сил 1 , 2 ,
2 , 2 , спр …относительно точки А, которая является точкой приведения
всех сил, приложенных к корпусу; 1 , 2 , 3 , 4 - моменты сил 1 , 2 ,
3 , 4 ; 5 - момент силы 5 относительно точки приведения.
Поскольку
1 + 2 = 0 ; 2 + 3 = 0 ; 2 + 4 = 0 ;
3 + 5 = 0 ; 4 + 5 = 0 ,
(11)
после геометрического сложения уравнений моментов (10), получим
выражение для вычисления результирующего момента:
5 = 1 +  − 1 + 2 + 3 + 4 .
(12)
Анализ полученных выражений (9) и (12)
показывает, если численные значения 5 и 5 не
меняются, то корпус механизма привода не будет
колебаться и механизм в этом случае считается
уравновешенным.
В третьей главе «Методика и оборудование
экспериментального исследования» изложена общая
программа
и
методика
экспериментальных
исследований,
представлены
приборы
и
приспособления для проведения исследования,
методика обработки полученных результатов и
организации
проведения
отдельных
этапов
исследований,
также
дается
описание
экспериментальной установки (рисунок 6).
Работает шлифовальная установка следующим
Предварительно
откалиброванный
Рисунок
6
– образом.
семенной материал из приѐмной загрузочной
Экспериментальный
5
через
магнитный
уловитель
образец
дисковой воронки
металлических примесей 7 самотѐком поступает на
шлифовальной
установки
10
вращающийся нижний диск. Под действием центробежных сил семена
попадают в рабочее пространство между нижним и верхним дисками и
постепенно перемещаясь к периферии нижнего диска интенсивно шлифуются.
Кроме удаления паренхимы здесь дополнительно обламываются
выступающие кромки околоплодника и семена становятся более округлыми.
Отшлифованные семена собираются в бункере 2 и через разгрузочный
патрубок 4 порционно выводятся из устройства.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их
анализ»
представлены
основные
результаты
экспериментальных
исследований.
При определении угла естественного откоса семян сахарной свѐклы
сорта Лговская односеменная 52 различных фракций со стандартной
влажностью были получены следующие значения: для семян размером
3,5…4,5 мм – угол естейственного откоса составил 33,9° , а для семян
размером 4,5…5,5 мм – 34,2°. Значения угла естественного откоса
отшлифованных семян указанных выше фракций соответственно составили
31,8° и 31,6°. В результате экспериментов также установлено, что среднее
значение коэффициента динамического трения семян сахарной свѐклы
фракции 3,5…4,5 мм со стандартной влажностью о двойные пары трения
составило: сталь, сталь – 0,247 ± 0,039; сталь, бронза – 0,354 ± 0,027; сталь,
древесина – 0,302 ± 0,020; сталь, оргстекло – 0,233 ± 0,027. Для семян
фракции 4,5…5,5 мм: сталь, сталь – 0,262 ± 0,030; сталь, бронза – 0,379 ±
0,013; сталь, древесина – 0,325 ± 0,029; сталь, оргстекло – 0,254 ± 0,031.
Эксперименты по определению качества шлифования семян сахарной
свѐклы в дисковой шлифовальной установке проводились с применением
методики планирования трѐхфакторного эксперимента , поскольку
планирование эксперимента позволяет сократить число опытов, найти
оптимум и получить количественные оценки влияния различных факторов на
процесс шлифования околоплодника семян сахарной свѐклы. Качество
шлифования, т. е. уменьшение массы семян m за один проход в каждом
опыте заносилось в таблицу. Как показали экспериментальные исследования,
на эффективность процесса шлифования влияют частота вращения нижнего
диска n, рабочий зазор между дисками h и расход подачи семян q.
Для изучения характера влияния этих независимых параметров на
качество шлифования и установления закономерностей влияния, был
проведен регрессионный анализ.
С учетом нелинейности искомой функциональной зависимости был
выбран следующий вид уравнения регрессии:
m = b0+b1 n + b2 h + b3 q +b4 nh + b5 nq + b6 hq +b7 nhq.
(13)
В результате расчетов было получено следующее уравнение
множественной регрессии:
Y= 3,41 – 0,001 1 − 0,606 2 − 0,005 3 + 0,0003 4 +0,0000006 5 +
+0,001 6 − 0,000001 7 .
(14)
Построенное уравнение регрессии (14) является математической
моделью процесса шлифования, которая позволяет вычислить значение
11
уменьшения массы обрабатываемых семян m за один проход при заданных n,
h, q.
Для исследования влияния значений частоты вращения нижнего диска,
рабочего зазора между дисками и подачи семян на интенсивность процесса
шлифования были построены их трехмерные графические образы.
На рисунке 7 представлена зависимость качества шлифования от
величины рабочего зазора между
дисками и подачи семян при
частоте вращения нижнего диска
500 мин-1.
На качество шлифования
сильное
влияние
оказывает
величина зазора между дисками.
Чем меньше величина зазора, тем
Рисунок 7 - Зависимость качества лучше качество шлифования.
шлифования от величины рабочего Причем данная закономерность
зазора между дисками и подачи семян усиливается при уменьшении
при частоте вращения нижнего диска объема подачи.
500 мин-1
При больших значениях
зазора, влияние объема подачи
на
качество
шлифования
незначительно.
Однако
при
уменьшении
зазора
между
дисками влияние объема подачи
усиливается. При уменьшении
подачи семян растет качество
шлифования.
Рисунок 8 - Зависимость качества
Влияние частоты вращения
шлифования от частоты вращения нижнего диска и подачи семян на
нижнего диска и подачи семян при качество шлифования семян
величине рабочего зазора между дисками показано
на
рисунке
8.
2,4 мм
Увеличение частоты вращения
нижнего диска на процесс шлифования влияет положительно – чем выше
частота вращения, тем больше уменьшение массы. Также изменение качества
шлифования более сильно проявляется при больших объемах подачи.
Влияние подачи семян на качество шлифования более выражено на малой
частоте вращения, при уменьшении подачи семян растет качество
шлифования. При большой частоте вращения диска явное влияние подачи на
качество не проявляется.
Зависимость качества шлифования от частоты вращения нижнего диска
и рабочего зазора между дисками показана на рисунке 9.
Как видно из рисунка уменьшение массы семян растет при увеличении
частоты вращения. При увеличении зазора между дисками качество
шлифования сильно снижается. Характер влияния одного из этих факторов
на качество шлифования, в случае изменения другого фактора, особо не
меняется.
12
Из проведенного анализа
построенных
графических
образов
можно
сделать
заключение,
что
влияние
независимых факторов n,h и q
на качество шлифования m
имеет
достаточно
сложный
характер.
Поэтому
для
рационального
использования
предложенной
установки
решить
задачу
Рисунок 9 - Зависимость качества необходимо
шлифования от частоты вращения оптимизации.
Задача оптимизации может
нижнего диска и рабочего зазора между
быть поставлена на обеспечение
дисками при подаче семян 270 кг/ч
максимального
уровня
шлифования семян в виде:
 = 3,41 – 0,001 1 - 0,606 2 - 0,005 3 +
0,0003 4 +0,0000006 5 +0,001 6 - 0,000001 7 ;
при следующих условиях:
300 ≤ n ≤ 700; 2,4 ≤ h ≤ 3,2; 270 ≤ q ≤ 370.
Данная нелинейная задача оптимизации была решена с помощью надстройки
«Поиск решений» в электронной таблице Excel. В результате получены
следующие
значения
искомых
переменных,
которые
являются
оптимальными:
n = 700 мин-1; h = 2,4 мм; q = 270 кг/ч.
Тогда качество шлифования, т.е. уменьшение массы при обработке 15 кг
порций семян составляет 1,74 кг.
Предлагаемая
дисковая
шлифовальная
установка проходила
агротехническую,
эксплуатационно-технологическую,
энергетическую,
экономическую оценку, а также оценку на надѐжность и эргономичность, где
проявила свои положительные характеристики. Было установлено, что она
имеет благоприятную динамику, частота вращения нижнего диска – 475 мин1
, производительность равна 0,33 т/ч, уменьшение массы семян за один
проход составляет 7,04 %, дробление и травмирование семян даже при
обработке такой смешанной фракции не превышает 9,34 %.
В заключение отметим, что сравниваемая машина МШС 1300 более
энергоѐмкая. В результате шлифования семена получаются здесь
преимущественно бочкообразными. В предлагаемой же дисковой
шлифовальной установке срезаются выступающие углы и кромки семян,
поэтому они получаются более округлыми, а это даѐт возможность в
дальнейшем сэкономить расходный материал при дражировании.
В пятой главе «Технико – экономическая и энергетическая
эффективность
шлифовальной
установки»
приведены
результаты
производственных испытаний и их анализ, а также расчет экономических
показателей. Как показали расчѐты, экономический эффект от внедрения
13
предлагаемой шлифовальной установки составит 66,2 тыс. рублей в год.
Энергоѐмкость технологического процесса шлифования снижается до 7%.
Срок окупаемости капитальных вложений составит 1,42 года. Уровень
интенсификации предлагаемой шлифовальной установки составит: по
прямым затратам энергии – 7,1 %, по энергоѐмкости – 5,6 %, а по затратам
живого труда – 8,4 %.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Обоснована технологическая схема шлифования семян сахарной свѐклы
и разработана конструкция двухдисковой установки для шлифования семян
сахарной свѐклы, которая может быть использована также для шелушения и
измельчения других сельскохозяйственных культур. Разработаны также
конструкции четырех типов шлифовальных установок, которые направлены
на усовершенствование конструкции и защищены патентами РФ на полезную
модель № 155837, 162270, 162272, 164779.
2. Выполнены теоретические исследования по определению перемещения
и скорости движения семян через междисковое пространство шлифовальной
установки. Расчѐты показывают, что семена при свободном движении при
φ = 81,9° проходят расстояние по канавке, равное X = 70, 8 мм и поступают в
междисковое пространство со скоростью V1 = 3,93 м/с. Когда перемещение
частицы равно длине канавки, т. е. при X = 228 мм семена вылетают из
рабочей зоны, общий угол поворота диска при этом с учѐтом свободного
перемещения семян по канавке φ = 140,3°. Скорость движения семян в конце
канавки равна 14,2 м/с, что обеспечивает заданную производительность
установки. Расчѐт показал также, что стабильная работа шлифовальной
установки обеспечивается при угловой скорости нижнего диска ω > 7, 16 с-1,
что соответствует частоте его вращения n > 68, 4 мин-1.
3. Теоретические исследования позволили обосновать рациональные
конструктивные,
кинематические
и
технологические
параметры
предлагаемых шлифовальных установок: диаметр основного (нижнего) диска
– 400…550 мм; длина кривошипов для конструкции – 20…40 мм, для других
предложенных установок – 50…80 мм; эксцентриситет основного диска –
40…50 мм; угол конусности основного диска – 1,5…3°. Обоснованы также
кинематические параметры шлифовальных установок, диски которых
совершают сложное движение. Для обеспечения интенсивного шлифования
семенного материала показатель кинематического режима λ = 2.
4. Разработана проектно-конструкторская документация и изготовлен в
заводских условиях опытно-промышленный образец дисковой установки для
шлифования семян сахарной свѐклы. Эксперименты, проведѐнные в
соответствии с программой показали, что средняя производительность
истечения семян сахарной свѐклы фракции 3,5…4,5 мм из загрузочной
воронки – 0,377 ± 0,010 кг/с, а средняя скорость их истечения – 0,399 м/с. Для
семян фракции 4,5…5,5 мм эти показатели соответственно равны
0,387 ± 0,015 кг/с и 0,410 м/с. Среднее значение угла естественного откоса
семян фракции 3,5…4,5 мм – 33,9° , а фракции 4,5…5,5 мм – 34,2°. Значения
угла естественного откоса отшлифованных семян указанных выше фракций
14
ниже и соответственно составили 31,8° и 31,6°. В результате экспериментов
также установлено, что среднее значение коэффициента динамического
трения семян сахарной свѐклы фракции 3,5…4,5 мм со стандартной
влажностью о двойные пары трения составило: сталь, сталь – 0,247 ± 0,039;
сталь, бронза – 0,354 ± 0,027; сталь, древесина – 0,302 ± 0,020; сталь,
оргстекло – 0,233 ± 0,027. Для семян фракции 4,5…5,5 мм: сталь, сталь –
0,262 ± 0,030; сталь, бронза – 0,379 ± 0,013; сталь, древесина – 0,325 ± 0,029;
сталь, оргстекло – 0,254 ± 0,031. Эксперименты также показали, что
оптимальные значения параметров шлифовальной установки следующие:
частота вращения нижнего диска – 700 мин-1, рабочий зазор между дисками
– 2,4 мм, подача семян в междисковое пространство – 270 кг/ч. Качество
шлифования семян за один проход составляет при этом 11,6 %. Установлено
также, что травмирование семян в шлифовальной установке не превышает
8,6 %.
5. Как показали расчѐты, годовой экономический эффект от внедрения
предлагаемой шлифовальной установки составит 66,2 тыс. рублей в год.
Энергоѐмкость технологического процесса шлифования снижается на 7%.
Срок окупаемости капитальных вложений составит 1,42 года. Уровень
интенсификации предлагаемой шлифовальной установки составит: по
прямым затратам энергии – 7,1 %, по энергоѐмкости – 5,6 %, а по затратам
живого труда – 8,4 %.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
Публикации ВАК РФ
1. Гургенидзе, З.Д. Исследование динамики движения семян в дисковой
шлифовальной установке / З.Д. Гургенидзе, Ш.Р. Галиуллин // Сахарная
свекла. – 2003, №1. – с. 22.
2. Гургенидзе, З.Д. Исследование динамики движения семян в дисковой
шлифовальной
установке.
Реализация
семян
сахарной
свеклы
районированных к конкретным почвенным климатическим зонам с высокой
урожайностью корнеплодов / З.Д. Гургенидзе, Ш.Р. Галиуллин // Научнопроизводственный журнал «сахарная свекла» - 2004 г. №8; с 23-26.
3. Гургенидзе, З.Д. Совершенствование конструкции дисковой
установки для шлифования семян сахарной свѐклы / З.Д. Гургенидзе, С.М.
Яхин, И.И. Алиакберов, А.А. Мустафин // Вестник Казанского ГАУ. – 2015. –
№2 (36). – с.87– 92.
4. Гургенидзе, З.Д. Обоснование конструктивно-технологических
параметров дисковой шлифовальной установки / З.Д. Гургенидзе, Р.И.
Ибятов, Ф.Ф. Яруллин, С.М. Яхин // Вестник НГИЭИ. 2018. № 4 (83). С. 2838.
Публикации в других изданиях
1. Гургенидзе, З.Д. Шлифовальная машина семян сахарной свеклы / З.Д.
Гургенидзе // Актуальные проблемы и пути решения инновационного
развития АПК. Выпуск 6 . с 348-351. Казань 2011 г.
15
2. Гургенидзе, З.Д. Шлифовальные машины механического типа / З.Д.
Гургенидзе // Инженерная наука аграрного производства. Материалы
международной научно-практической конференции. Казань 2014 г. С 44-47 .
3. Гургенидзе, З.Д. Результаты экспериментов по определению
производительности истечения семян сахарной свеклы из загрузочной
воронки / З.Д. Гургенидзе // Устойчивое развитие сельского хозяйства в
условиях глобальных рисков. Материалы научно-практической конференции.
С192-195. Казанская ГАУ. Казань 2016 г.
4. Гургенидзе, З.Д. К выбору конструкции шлифовального устройства /
З.Д. Гургенидзе // Актуальные вопросы механизации и технического сервиса
в сельского хозяйства. (Материалы научной конференции профессорскопреподавательского состава и аспирантов факультетов механизации
сельского хозяйства и технического сервиса). ТОМ 72 , с 139-141. Казанская
ГСХА 2005 год.
5. Киямов, И.М. Машины для шлифования семян сахарной свеклы /
И.М. Киямов, З.Д. Гургенидзе // Фонд научно-исследовательских и опытноконструкторских работ РТ. Фундаментальные науки. Казань. УНИПРЕСС.
1998 г.
6. Мудров, П.Г. Теоретические основы разработки машины для
шлифования семян свеклы / П.Г. Мудров, З.Д. Гургенидзе // Фонд научноисследовательских и опытно-конструкторских работ Республики Татарстан
(Конкурс проектов 96) Казань 1998 г., с 281-291.
7. Мудров, П.Г. О силовом анализе устройства для обработки семян /
П.Г. Мудров, З.Д. Гургенидзе // Актуальные вопросы механизации и
технического сервиса в сельского хозяйства. (Материалы научной
конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов
факультетов механизации сельского хозяйства и технического сервиса). ТОМ
72 , с 135-138. Казанская ГСХА 2005 год.
ПАТЕНТЫ
8. Патент на полезную модель № 155837 РФ. Устройство для
шлифования семян. / Алиакберов И.И., Гургенидзе З.Д., Яхин С.М. заявл.
23.04.2015; опубл. 20.10.2015 Бюл. №29.
9. Патент на полезную модель № 162270 РФ. Дисковое устройство для
шлифования семян сахарной свѐклы / Гургенидзе З.Д., Алиакберов И.И.,
Яхин С.М.; Опубл. 10.06.2016, Бюл. №16.
10. Патент на полезную модель № 162272 РФ. Устройство для
шлифования семян с планетарным движением рабочего диска / Алиакберов
И.И., Гургенидзе З.Д., Яхин С.М.; Опубл. 10.06.2016, Бюл. №16.
11. Патент на полезную модель № 164779 РФ. Устройство для
шлифования, шелушения семян и измельчения зерна / Яхин С.М.,
Алиакберов И.И., Гургенидзе З.Д.; Опубл. 20.09.2016, Бюл. №26.
Подписано в печать 01. 10. 2018 г. Формат бумаги 60×84 1 16. Усл. печ. л. 1,00
Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать трафаретная. Заказ 84. Тираж 120 экз.
РИО ФГБОУ ВО Казанский ГАУ, 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 65
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
14
Размер файла
983 Кб
Теги
разработка, шлифование, обоснование, конструкции, сахарной, семя, свеклы, дисковой, установке, параметры
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа