close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка компактного сортирующего устройства клубней картофеля с обоснованием конструктивных и режимных параметров

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Крылов Николай Витальевич
РАЗРАБОТКА КОМПАКТНОГО СОРТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ С ОБОСНОВАНИЕМ КОНСТРУКТИВНЫХ И
РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ
05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ижевск 2018
Работа выполнена на кафедре «Тракторы, автомобили и сельскохозяйственные машины» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА)
Научный руководитель:
Официальные оппоненты:
Ведущая организация:
Максимов Павел Леонидович
доктор технических наук, профессор
Калимуллин Марат Назипович, доктор
технических наук, доцент, заместитель
директора Института механизации и технического сервиса ФГБОУ ВО «Казанский государственный аграрный университет»
Камалетдинов Рим Рашитович, доктор
технических наук, доцент кафедры строительно-дорожных, коммунальных и
сельскохозяйственных машин ФГБОУ
ВО «Башкирский государственный аграрный университет»
ФГБОУ ВО «Пермский государственный
аграрно-технологический
университет
имени академика Д.Н. Прянишникова»
Защита состоится «15» июня 2018 г. в 1300 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. Факс: (8352)62-23-34; e-mail: info@academy21.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО
«Чувашская ГСХА», в сети Интернет по адресу: www.academy21.ru в разделе
«Диссертационные советы» от «28» февраля 2018 г.
Автореферат размещен на сайте и разослан «
»_________ 2018 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим выслать по адресу: 428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ауд. 222.
Ученый секретарь диссертационного совета
2
С.С. Алатырев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Актуальность темы. Приоритетным направлением работы АПК России
является обеспечение качественными продуктами питания.
Комплексная механизация в производстве картофеля, существенно снижает затраты труда. В целях исключения негативных факторов, вызываемых
наличием в ворохе примесей, необходимо провести послеуборочную доработку
картофеля. Одной из важных операций при этом является сортирование клубней по фракциям. Сортирование клубней на фракции позволяет получать, не
только высокие урожаи при меньших затратах семенного материала, но и качественный продовольственный картофель с хорошими перспективами для эффективной его реализации. В связи с этим требуется обеспечить сортирование
фракций на высоком технологическом уровне.
Степень разработанности темы. В настоящее время, кроме широко распространенных роликовых сортировок, существует много различных конструкций. Обоснованием конструктивных и режимных параметров существующих
конструкций занимались многие ученые, в том числе и ученые профессорскопреподавательского состава Ижевской ГСХА. Тем не менее, исследованные в
известных работах машины не удовлетворяют потребности современного рынка. В этой связи есть необходимость разработки новой конструкции картофельной сортировки с обоснованием ее основных конструктивных и технологических параметров.
Этим требованиям удовлетворяют машины, имеющие рабочие органы
транспортерного типа с щелевыми отверстиями. Отверстия щелевидной формы
обеспечивают наиболее высокую пропускную способность фракций мелких
клубней сквозь них.
Цель исследования. Разработка компактного сортирующего устройства
клубней картофеля с рабочим органом транспортерного типа, с последующим
обоснованием конструктивных и режимных параметров.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:
- разработать и изготовить опытный образец картофелесортирующего
устройства;
- изучить параметры и режимы работы, влияющие на точность калибрования;
- на основе полученной математической модели выявить наиболее рациональные режимы работы калибрующего устройства и оптимальные параметры,
3
оказывающие наибольшее влияние на точность калибрования;
изучить ударное взаимодействие модели клубня с рабочими органами сортирующего устройства для оценки повреждаемости картофеля;
на основе производственных испытаний оценить экономическую
эффективность и эксплуатационные показатели предлагаемого калибрующего
устройства.
Объект исследований. Компактное сортирующее устройство клубней
картофеля транспортерного типа и технологический процесс его работы.
Предмет исследований. Параметры и режимы работы компактного сортирующего устройства клубней картофеля с рабочим органом транспортерного
типа, влияющие на качество рабочего процесса.
Научная новизна. В результате работы:
- разработано транспортерное сортирующее устройство клубней картофеля,
состоящее из ленточного транспортера и передвижного решета обеспечивающее выделение трех фракции на одном рабочем органе (патент на полезную
модель № 171797);
- получены аналитические зависимости по определению оптимальных параметров и режимов транспортерного сортирующего устройства клубней картофеля;
- разработана методика исследования ударного взаимодействия рабочих органов с моделью клубня, оснащенной датчиком удара.
Практическая ценность. Благодаря гранту, полученному от Фонда Содействия Развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по
программе «УМНИК», разработан опытный образец картофелесортировки. Содержащиеся в диссертации научные положения и выводы, позволили обосновать основные конструктивные параметры рабочего органа транспортерной
картофельной сортировки, которые могут быть использованы проектноконструкторскими организациями.
Результаты исследования внедрены в технологический процесс возделывания картофеля ООО «Инвис» Алнашского района Удмуртской Республики
(УР).
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на
методах механико-математического моделирования взаимодействия клубней
картофеля с транспортерным калибрующим устройством в процессе их движения. Экспериментальные исследования выполнены методом планирования многофакторных экспериментов.
4
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов подтверждаются корректным использованием математических методов, проверкой
теоретических выводов математического моделирования экспериментами,
оценкой погрешностей исследований.
Положения, выносимые на защиту:
1.
Усовершенствованная конструктивно-технологическая схема транспортерной картофельной сортировки.
2.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации параметров и режимов работы сортировки картофеля.
3.
Подтверждение эффективности работы картофельной сортировки в производственных условиях.
4.
Технико-экономические показатели использования сортировки.
Апробация работы. Основные аспекты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях профессорскопреподавательского состава и аспирантов ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА в 20112014 г.г.;
Публикации. Основные положения работы и результаты исследований
опубликованы в 7 печатных изданиях, причем 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, получен патент на полезную модель №1717797 «Сортирующее
устройство».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 119 наименований и приложений. Работа содержит 138 страниц машинописного текста, включая 46 рисунков, 16 таблиц и 11 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введение обоснована актуальность проблемы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе на основе имеющихся литературных и патентных источников проведен анализ значения операции сортирования и влияние физикомеханических свойств клубней картофеля, поступающих на пункт сортирования, на качество сортирования. Проанализированы принципы работ картофелесортирующих устройств, признаки разделения и классификация рабочих органов. На основе анализа существующих картофелесортировальных машин и работ ученых, таких как Н.И Верещагин, В.П. Горячкин, Н.Н. Колчин, Ю.И. Ки5
риенко, Г.Д. Петров, Н.В. Шабуров, Б.М. Юн, Л.М. Максимов, П.Л. Максимов,
Р.И. Останин, А.Г. Иванов и других ученых, установлено, что сортирующие
устройства с щелевыми отверстиями имеют наибольшую пропускную способность при разделении клубней картофеля на фракции. При этом важную роль
играет толщина клубня с точки зрения вероятности прохода через калибрующее отверстие.
По результатам проведенного анализа сортирующих устройств клубней
картофеля нужно сделать вывод, что вопрос калибрования клубней картофеля
комбинированным рабочим органом в настоящее время изучен недостаточно, в
связи с чем приобретает актуальность для дальнейшего изучения и разработки
новых энергоэффективных машин при одновременном упрощении конструкции
с учетом повышения производительности и качества сортируемой продукции.
Во второй главе теоретически обоснованы параметры комбинированного
рабочего органа картофелесортировки. На основании проведенного в первой
главе анализа существующих конструкций, а также с учетом патентных источников и потребностей сельхозтоваропроизводителей была предложена схема
картофельной сортировки транспортерного типа с щелевыми отверстиями, показанная на рисунке 1.
Предлагаемая сортировка работает следующим образом. Ворох картофеля
подающим транспортером 9 направляется на рабочую поверхность сортирующего полотна 4, причем в начале отделяются мелкая фракция картофеля, попадающая на лоток 8. Размер отделяемой мелкой фракции, можно изменять смещением решета 7, тем самым изменяя живое сечение щелевого отверстия
транспортерной ленты 4. Далее ворох картофеля попадает на участок отделения
средней фракции, которая проходя через отверстия транспортерной ленты, попадает на лоток 6. Оставшиеся клубни крупной фракции попадают на лоток 5.
Производительность наклонного ленточного конвейера с планками определяется выражением:
q  hBн ,
где q – производительность транспортера (кг/с);
ψ – коэффициент заполнения объема между планками;
γ – насыпная плотность вороха картофеля (кг/м3);
h – высота планки (м);
Вн – ширина ленты (м);
υ – скорость ленты (м/с).
6
(1)
Рисунок 1 – Схема сортировки:
1 – приводной мотор-редуктор; 2 – ведущий барабан; 3 – поддерживающий барабан; 4 –
транспортерная лента; 5 – лоток приема крупной фракции; 6 – лоток приема средней фракции; 7 - калибрующее решето; 8 – лоток приема мелкой фракции; 9- подающий транспортер
с приемным лотком;
Для вороха картофеля насыпная плотность принимает значение
γ=650…750 кг/м3. Примем γ = 700 кг/м3. При угле наклона ленточного транспортера α = 60 ̊ коэффициент φ равен ψ = 0,28. Скорость ленты из условия снижения повреждаемости клубней не должна превышать 1 м/с.
Рассмотрим клубень картофеля, который сходит с подающего транспортера со скоростью υ. Когда клубень переваливает через верхнюю точку поверхности подающего транспортера, то он начинает скатываться вниз под действием силы тяжести до тех пор, пока он не оторвется от поверхности ленты
(рис. 2).Так как клубень катится вокруг поверхности цилиндрического барабана
с радиусом R = 0,08 м, то удобно использовать естественный способ задания
движения. Записываем уравнение движения клубня по вращающемуся барабану в естественной форме:


 F  ma ; mR  r   mg sin   Fтр ,

n
2

 Fn  ma ; mR  r   mg cos  N ,
где R – радиус барабана (м);
r – радиус шарообразного клубня (м);
 – угол поворота радиус-вектора (рад);
m – масса клубня (кг).
7
(2)
Запишем
дифференциальное
уравнение динамики вращательного
движения:
Ι    F  r  M ,
(3)
тр
тр
где I – момент инерции шарообразного клубня (кг·м2);
 - угловое ускорение собственного
вращения клубня, (рад/с2).
Кинематическая связь при скатывании клубня без проскальзывания
относительно транспортера имеет
вид:
Rr
  

.
 r 
Рисунок 2– Расчетная схема зоны
загрузки рабочего органа
(4)
После преобразования получаем линейное дифференциальное уравнение
второго порядка:

 1
  f  2 
I

1
mr 2




  g sin   f cos   0.
I 


R  r 
1 

2 

 mr 
(5)
Интегрируя выражение (5), находим скорость центра масс клубня:
 2 A

Vc   R  r ,   P0 e
 
2 B2 A  f 
4 A 2  4 Af   1
sin   B
cos ,
4 A2  1
4 A2  1
 4 A  4 Af   1 
,
  B
4 A2  1
Rr


где P0  
2
2

 1
A  f 
I

1
mr 2



, B 



g
I 

R  r 
1 
2 
 mr 
(6)
.
Расчет по формуле (6) ведем до тех пор, пока не произойдет, отрыв клубня от барабана транспортера, т.е. нормальная реакция N не станет равной нулю.
Затем клубень свободно падает с высоты загрузки Нз = 0,28м, и пролетает
расстояние l.
Время падения до плоскости рабочего органа
t
 2н sin 2   2 gH з   н sin 
.
g
8
(7)
Ограничим длину l по технологическим соображениям с целью уменьшить зону загрузки рабочего органа до l= 0,1м, тогда скорость подающего
транспортера
н 
l

t cos
lg
  sin   2gH
2
н
2
з

 н sin  cos
.
(8)
Расчет производят методом последовательного приближения, так как
скорость υн зависит от скорости подающего транспортера, которая в свою очередь определяет и длину l зоны загрузки. При различных размерах клубней получаем скорость транспортера υ = 0,4 м/с, скорость клубня в момент схода с
транспортера υн = 0,42…0,48 м/с.
Для самостоятельной ориентации клубней в отверстиях, необходимо использовать плужковые рассеиватели. Рассмотрим взаимодействие клубня с
плужковым рассеивателем (рис. 3).
а
б
Рисунок 3 – Взаимодействия клубня с плужковым рассеивателем:
а – визуализация взаимодействия; б – схема взаимодействия
Из известного уравнения упругой линии балки для консоли, находим угол
поворота max и прогиб Xmax:
1 N 1cos   r 
N1 cos  max   r 2
,

, X max 
3
EI z
2 EI z
3
 max
(9)
где E – модуль Юнга(Па);
Iz – момент инерции поперечного сечения (м4).
Реакцию N1 со стороны резиновой ленты на клубень находим из условия
предельного равновесия
9
N1 
mg sin 
.
1  sin  sin max
(10)
Необходимая толщина резиновой ленты tк
G
tк 
3
mg sin 
cos max (  r ) 2
1  sin  sin max
.
E  max  bк
(11)
Таблица 1 – Результаты расчета плужкового рассеивателя
Радиус клубней r, м
0,015
0,025
0,03
Масса клубней m, кг
0,016
0,072
0,124
Толщина ленты tк, м
0,005
0,007
0,008
Таким образом, выбираем толщину резиновой ленты, равную tк = 7…8
мм, что обеспечивает рассеивание клубней по поверхности транспортерного
рабочего органа, но предотвращает сгруживания вороха картофеля.
Одной из проблем, связанной с работой калибрующих поверхностей является застревание клубней в отверстиях рабочих органов. При размере шарообразного клубня 2r, близкого с шириной d калибрующего отверстия 2r  d 
существенно увеличиваются нормальные реакции боковых ребер калибрующих
отверстий, соответственно увеличиваются и силы трения, которые также препятствуют проскальзыванию клубня в калибрующие отверстия.
Предлагается использовать самые простые по принципу действия и по
конструкции пассивные подъемные планки (рис. 4).
Рисунок 4 – Схема взаимодействия клубня с подъемной планкой в момент
выхода запавшего клубня
10
Запавший в отверстие клубень, двигаясь вместе с лентой, набегает на

подъемную планку. На клубень действует, кроме силы тяжести mg, нормаль

ных реакций N1 и N 2 от боковых граней отверстия, нормальная реакция N 3 от
подъемной планки, установленной под углом μ к горизонту.
Так как клубень выталкивается силой N 3 вверх из отверстия в ленте, то
силы трения Fтр1 и Fтр2 будут направлены вниз, против возможного движения.
Кроме этого, шарообразный клубень, испытывает действие сил тяги Fт1 и Fт2 в
точках А и В, взаимодействуя с боковыми гранями отверстия в ленте, которые
определяются полными составляющими нормальных реакций N1 и N 2 .
F т1 fN1 ,
Fт2  fN 2 .
(12)
А со стороны подъемной планки на клубень действует сила трения Fтр3,
направленная вдоль плоскости планки:
Fтр3  f 3 N 3 .
(13)
где f3 – коэффициент трения покоя между клубнем и материалом планки.
Под действием силы трения Fтр3 произойдет поворот клубня вокруг оси
АВ, то есть он стронется относительно ленты транспортера. Произойдет замена
трения покоя на трение скольжения. Коэффициент трения скольжения меньше
коэффициента трения покоя, следовательно, зависший клубень легко выскочит
или вывернется из калибрующего отверстия.
Рассмотрим предельные условия равновесия до начала движения клубня
относительно ленты:
  Fx  0; Fтр1  Fтр2  Fтр3 cos   0,


 Fy  0;  N1  N 2 cos   Fтр1  Fтр2  mg  N3 cos   0,


  Fz  0; N1 sin   N 2 sin   0.
(14)
Эти уравнения дополним уравнением моментов:
M
z
 0; Fтр3r  M тр  0,
(15)
где Мтр – момент трения клубня о материал ленты, (Н·м);
М тр  N1  N 2 sin ,
(16)
где δ – коэффициент трения качения, (м);
Для определения начала движения клубня по планке должно соблюдаться
условие Fтрr  M тр .
11
Таким образом, запавший в отверстие клубень, в результате взаимодействия с подъемной планкой, начинает вращаться. Вследствие этого он освобождается из отверстия и начинает свободно, по инерции катится вдоль подъемной планки вверх.
Вместо планки возможна установка гладкого ролика, запавший в отверстие клубень взаимодействует с поверхностью ролика и более легко освобождается из отверстия.
В третьей главе разработана программа экспериментальных исследований, целью которых является определение рациональных параметров и режимов работы сортирующего устройства, в результате анализа математической
модели процесса калибрования. Объектом исследования является процесс работы транспортерного сортирующего устройства с питающим транспортером
(рис.5).
Рисунок 5 - Общий вид установки
С целью уточнения основных параметров транспортерного сортирующего
устройства картофеля лабораторные исследования проведены в ФГОУ ВО
«Ижевская государственная сельскохозяйственная академия». Опыты проведены на лабораторной установке вначале на моделях клубней, а затем – на картофеле сорта «Джелли».
Действительная точность сортирования (критерий оптимизации) является
функцией от выбранных факторов
12

Т  f Vр.о , q, Nпл.р
.
(17)
При установлении предельных границ и интервалов варьирования скорости транспортерного рабочего органа Vр.о, подачи материала q, количество
плужковых рассеивателей Nпл.р опирались на конструктивные особенности машины, а также руководствовались мнением ученых Агроинженерного факультета Ижевской ГСХА, таблица 2.
Таблица 2–Интервалы и уровни варьирования
Уровни
Факторы
Х1 = Vр.о - скорость транспортерного рабочего органа, м/с
Х2 = q подача материала, т/ч
Х3 = Nпл.р количество плужковых рассеивателей
Интервалы
нижний
нулевой
верхний
(-1)
(0)
(+1)
0,39
0,44
0,49
0,05
22
25
28
3
0
2
4
2
варьирования
Для оценки степени повреждаемости клубней картофеля при взаимодействии с рабочими органами сконструирован лабораторный стенд для определения силы удара клубня по предложенной нами схеме (рис. 6) и обоснована методика исследования ударного взаимодействия.
Датчик удара представляет собой мембрану, вибрирующую от ударного
воздействия. Колебания мембраны преобразуются в радиосигнал, который воспринимается антенной блока приема радиосигнала. В этом же блоке происходит усиление и преобразование радиосигнала в цифровой. Для вывода и анализа сигнала используется логический анализатор Saleae Logic 8.
Рисунок 6 – Схема лабораторного стенда для определения силы удара:
1 – персональный компьютер; 2 – логический анализатор SaleaeLogic 8; 3 – блок приема и
преобразования радиосигнала в электронный; 4 – блок питания; 5 – модель клубня
с радиочастотным датчиком удара
13
Внешний вид лабораторного стенда показан на рисунке 7.
Рисунок 7 – Внешний вид лабораторного
стенда для определения силы удара
Рисунок 8 – Внешний вид диалогового
окна программы-анализатора сигнала:
а –цикл, характеризующий продолжительность
ударного взаимодействия;
б – полный цикл колебаний
На рисунке 8 представлен фрагмент экрана с диалоговым окном программы обработки сигнала логическим анализатором. Было выявлено, что на
картине сигнала присутствуют 2 вида сигнала. Первый цикл колебаний, длящийся около 0,0090 с, показывает собственно продолжительность удара модели
клубня о поверхность, рисунок 8, а, второй цикл показывает затухающие колебания мембраны датчика удара, рисунок 8, б. Как показали дальнейшие испытания, продолжительность первого цикла не зависит от силы удара, но время
процесса затухающих колебаний зависит от силы удара.
Необходимо произвести тарировку датчика удара по определению зависимости силы удара от продолжительности цикла затухающих колебаний. После сброса модель клубня на твердую ровную поверхность с заданной высоты
H0 фиксируется высота подъема модели клубня после отскока H1, рисунок 9.
Рисунок 9 – Схема к определению силы удара
По этим данным, а также по времени удара t (цикл а, рисунок 8) определяется величина силы ударного взаимодействия
14
F
m  ( 2  g  H1  2  g  H 0 )
.
t
(18)
После тарировки датчика удара проводят исследование ударного взаимодействия модели клубня с наиболее «сложными» элементами сортировки, где
возможно получения наибольшего количества повреждений.
В четвёртой главе приведена математическая обработка экспериментальных данных. Выявлены зависимости точности калибрования клубней картофеля от воздействующих на данный процесс факторов, определяющих оптимальные параметры и режимы работы сортирующего устройства.
Эксперимент составлен по трем факторам, с тремя уровнями изменения
этих факторов, согласно плану Бокса-Бенкина. Интервалы и уровни варьирования факторов представлены в таблице 2.
Расчет коэффициентов регрессии выполнен при помощи программы
”STATGRAPHIC Plus”. В результате расчета коэффициентов получена математическая модель в закодированном виде, связывающая влияние трех факторов
на точность калибрования транспортерного сортирующего устройства. Уравнение математической модели имеет следующий вид:
Y  92,6933  0,27 X 1  4,115 X 2  1,635 X 3  0,5442 X 12  1,375 X 1 X 2 
 0,75 X 1 X 3  4,1892 X 22  1,02 X 2 X 3  1,2742 X 32 ,
(19)
где X1, X2, X3 – соответственно скорость υр.о, подача q и количество плужковых
рассеивателей N, закодированные в безразмерных величинах.
Рисунок 10 – График функциональной зависимости коэффициента точности
калибрования от факторов
15
Поиск экстремума функции нескольких переменных позволил выявить
значения факторов, обеспечивающих максимум точности сортирования: скорость рабочего органаυр.о=0,43 м/с; подача q=23,12 т/ч; количество плужковых
рассеивателей N = 4шт, рисунок 10.
Если, при значениях первых двух факторов υр.о=0,43 м/с; q=23,12 т/ч, зна-
Сила удара модели F, с
чение третьего фактора N уменьшить с 4 до 2, то точность калибрования составит 93,5%, что удовлетворяет требования. Производственные испытания экспериментальной ленточной калибрующей установки проведенные в ООО «Инвис» Алнашского района Удмуртской Республики показали точность
90,6…96,2% при повреждаемости 3,86% и производительности 20…24 т/ч.
Определение возможности получения повреждений картофеля рабочими
органами произвели при помощи сконструированной лабораторной установки.
Проведенная тарировка датчика удара определила зависимость значения силы
удара от времени цикла срабатывания датчика (рисунок 11).
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10 0
-20
-30
Средняя сила удара от времени
F = 376,34·t - 6,7454
R² = 0,9764
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
Время цикла t, с
Рисунок 11 – Тарировочная зависимость силы удара от продолжительности цикла F = f(t)
Проведенный экспериментальный анализ ударного взаимодействия модели клубня картофеля с рабочими органами сортирующего устройства установил, что силы удара не превышают F = 68 ±26,2 Н, что существенно ниже критического значения 200 Н.
В пятой главе проведен расчет экономической эффективности использования транспортерного сортирующего устройства по результатам лабораторных и производственных испытаниях макетного образца. Сравнение проведено
с наиболее распространенной роликовой сортировкой в составе картофелесортировального пункта КСП–15Б. Транспортерное сортирующее устройство по16
казало существенно меньшую повреждаемость клубней картофеля, что благоприятно сказывается на сохранности семенного и продовольственного материала картофеля при хранении.
Количество обслуживающего персонала и производительность сравниваемых машин, приняты по хронометражным наблюдениям. Расчет стоимости
сортировки выполнен, исходя из условий ее изготовления собственными силами и средствами. Использование экспериментальной установки вместо роликовой сортировки РКС-10, обеспечивает годовой экономический эффект
503684,83 руб. за счет высокой удельной производительности и низкой металои энергоемкости. При получении 1704 кг продовольственного картофеля и
средней стоимости картофеля 8…9 тыс. руб/т. (в ценах 2017 г.) срок окупаемости составит 0,42 г.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1.
В результате анализа научных работ и конструкций картофелесортировок, было выявлено, что наиболее простыми для сортировки картофеля являются калибрующие устройства транспортерного типа с бесконечной лентой и щелевыми отверстиями. Щелевая форма отверстий наиболее полно отвечает условиям разделения вороха картофеля на фракции по наименьшему поперечному
диаметру клубня. На основании выводов, полученных в результате анализа
конструкций, разработана конструктивно-технологическая схема калибрующего устройства картофеля транспортерного типа с бесконечной лентой и щелевыми отверстиями.
2.
В результате теоретических исследований определены оптимальные параметры для подобных сортировок: при скорости подающего транспортера 0,4
м/с производительность составит 22,5 т/ч; скорость падения клубней на мягкую
резиновую ленту не превысит 2,4 м/с; длина транспортера конструктивно принята равной 1,9 м, длина участка выделения мелкой фракции L1 = 1,12 м, длина
участка выделения средней фракции L2 = 0,78 м; размеры калибрующих просветов КП1 = 40 мм и КП2 = 34…40 мм; шаги размещения отверстий a = 240
мм и b = 82,5 мм скорость ленты сортирующего устройства – 0,44 м/с.
3.
Разработана математическая модель технологического процесса калибрующего устройства транспортерного типа, позволяющая определить оптимальные значения управляемых факторов: скорость рабочего органа υр.о= 0,43
17
м/с; подача материала q = 23,12 т/ч, количество плужковых рассеивателей Nпл.р
= 2 шт.
4.
Проведенный экспериментальный анализ ударного взаимодействия модели клубня картофеля с рабочими органами сортирующего устройства установил, что силы удара не превышают F = 68 ±26,2 Н, что существенно ниже критического значения 200 Н.
5.
Производственные испытания экспериментальной сортировки транспортерного типа показали надежность работы устройства, высокую точность сортирования – 90,6…96,2% при производительности 20…24 т/ч, нанося незначительные повреждения клубням – не более 3,86%.
6.
Расчетный годовой экономический эффект от использования проектируемой машины составит в размере 503684,83 рублей (в ценах 2017 г.). Срок окупаемости сортировки составит 0,42 года. При одинаковых калибрующих площадях, производительность предлагаемой конструкции более чем в два раза
больше, чем у сравниваемой машины РКС-10.
Рекомендации
Уменьшить износ решета и транспортера, получаемое вследствие трения
этих элементов.
Исключить проскальзывание ленты относительного приводного барабана
транспортерного калибрующего устройства, возникающее в связи с возможным
попаданием между элементами влажной почвы и растительных остатков.
Увеличить площадь живого сечения калибрующего полотна.
Перспективы дальнейшей разработки
С целью уменьшения трения ленты о калибрующее решето и износа этих
элементов следует применить покрытие стального решета пластиковым антифрикционным материалом.
Для устранения проскальзывания ленты транспортерного калибрующего
устройства на барабанах при работе с влажным ворохом картофеля следует использовать цепной привод сепарирующего полотна.
Уменьшить расстояние между калибрующими отверстиями в продольном
направлении, тем самым увеличится площадь живого сечения полотна.
Предлагаемые дальнейшие доработки позволят повысить ресурс машины,
увеличить производительность и повысить качество отсортированного картофельного вороха.
18
СНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В
СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:
1.
2.
3.
4.
Издания, указанные в перечне ВАК Минобрнауки РФ:
Сортирующее устройство транспортерного типа для клубней картофеля
/Максимов П.Л. Поздеев А.В. Крылов Н.В.//Тракторы и сельхозмашины. 2014.
№1. С. 48-49.
Сортировка картофеля новым комбинированным рабочим органом/Максимов
П.Л. Иванов А.Г. Крылов Н.В.// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2016. №2. С. 6-8.
Обоснование параметров очищающего устройства картофельной сортировки /
Максимов П.Л. Иванов А.Г. Крылов Н.В.// Сельский механизатор. 2016. №3. С.
10-11.
Обоснование параметров и режимов работы картофелесортирующего устройства транспортерного типа/ Иванов А.Г. Крылов Н.В. Максимов П.Л. Федоров
О.С. Арсланов Ф.Р. Шакиров Р.Р. Ильин А.П.// Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2016. №4 (49). С. 51-58.
Другие издания:
5. Компактная машина для послеуборочной доработки клубней картофеля/ Максимов П.Л. Крылов Н.В. Поздеев А.В. // Инновационные технологии в сельскохозяйственном производстве, пищевой и перерабатывающей промышленности/ Материалы Международной научно-практической конференции, проходившей в рамках IV этапа Евразийского экономического форума молодежи
"ДИАЛОГ ЦИВИЛИЗАЦИЙ - YOUTH GLOBAL MIND", направление Евразия
как территория здоровья. 2013. С. 103-105.
6. Новое сортирующее устройство для клубней картофеля транспортерного типа /
Крылов Н.В. // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. №1. С. 48-49.
7. Новый рабочий орган для сортирования картофеля / Крылов Н.В. Максимов
П.Л. //Инновации в науке, технике и технологиях/ Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. Министерство образования и науки
Удмуртской Республики, Фонд содействия развитию малых форм предприятий
в научно-технической сфере, Удмуртский государственный технический университет, Удмуртская республиканская общественная организация, Ижевский
государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, Ижев19
ская государственная сельскохозяйственная академия, Ижевская медицинская
академия, Камский институт гуманитарных и инженерных технологий, Союз
ученых России. 2014. С. 127-129.
Патенты на изобретения и полезные модели:
8. Пат. № 171797, МПК А01D 33/08, В07В 1/10. Сортирующее устройство / П.Л.
Максимов, Н.В. Крылов, А.Г. Иванов, Р.Р. Шакиров, Ф.Р. Арсланов, А.П. Ильин, И.Г. Поспелова; №2017103435; заявл. 01.02.2017; опубл. 16.06.2017.
Подписано в печать ______ 2018г. Формат 60х84/16.
Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №1.
Отпечатано с оригинала – макета.
Полиграфический отдел ФГБОУ ВО «Чувашская ГСХА».
428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29.
Лицензия ПЛД №27-36.
20
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа