 Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
На правах рукописи Орешин Евгений Егорович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРТИРОВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2009 Работа выполнена в Государственном научном учреждении Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и Научный руководитель - кандидат технических наук Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Валге Александр Мартынович - кандидат технических наук Батманов Владимир Николаевич Ведущая организация - Северо-Западная МИС Защита состоится л 3 декабря 2009 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 006.054.01 при Государственном научном учреждении Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, факс (812) 466-56-66, е-mail: nii@sp.ru С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Автореферат разослан л______ ________________2009 г. Учёный секретарь диссертационного совета Черей Н.Н. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследований. Картофель относится к числу важнейших, широко распространенных и является одной из самых прибыльных сельскохозяйственных культур. Эффективность картофелеводства обуславливается количеством и качеством товарной продукции, затратами трудовых и материальных ресурсов на её производство. Послеуборочная обработка является одним из звеньев технологи производства этой культуры и определяет её товарное качество, себестоимость и конкурентоспособность в условиях рынка. Поэтому сельхозпроизводители заинтересованы в повышении классности своей продукции при послеуборочной и предреализационной обработке. При сортировании картофеля повышение качества товарной продукции возможно снижением повреждаемости и повышением точности калибрования клубней картофеля на фракции. Однако имеющееся в большинстве хозяйств оборудование не обеспечивает решение данной задачи. Поэтому вопрос о создании надежных рабочих органов, обеспечивающих повышенную точность калибрования и снижение повреждаемости картофеля, имеет актуальное значение. Проведенные исследования являются составной частью работ, выполняемых СЗНИИМЭСХ по теме НИОКР на 2006 - 2010 годы: Разработать машинные наукоемкие технологии производства, послеуборочной обработки и первичной переработки приоритетных групп сельскохозяйственной продукции и инвестиционные проекты технологического и технического переоснащения сельскохозяйственных предприятий (№ гос. рег. 15070.7721022959.06.8.001.2) Цель исследований. Повышение эффективности сортирования картофеля путем оптимизации параметров и режимов работы роликово-дисковой сортирующей поверхности. Объект исследования. Технологический процесс сортирования картофеля роликово-дисковыми сортирующими рабочими органами. Научная новизна. Определены параметры и режимы работы роликово-дисковой сортирующей поверхности, обеспечивающие повышение точности калибрования клубней картофеля. Разработаны математические зависимости уровня точности калибрования клубней картофеля крупной и семенной фракций от частоты вращения роликово-дисковых сортирующих рабочих органов, зазора между ними и подачи исходного материала. Реализация результатов. Результаты исследований использованы при создании передвижного картофелесортировального пункта ПКСП производительностью 6-10 т/ч с роликово-дисковыми сортирующими рабочими органами. Передвижной картофелесортировальный пункт с роликово-дисковыми сортирующими рабочими органами прошел производственные испытания в период предреализационной подготовки картофеля в ЛПООС ГНУ Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: - на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ, г. Санкт - Петербург - Пушкин в 2008, 2009 годах; - на 6-й международной научно-практической конференции Экология и сельскохозяйственная техника в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, г. Санкт - Петербург - Павловск в 2009 году. Публикации. По материалам исследований опубликовано 5 печатных работ, подана заявка на выдачу патента Российской Федерации на изобретение. Основные положения, выносимые на защиту: - конструктивно-технологическая схема картофелесортировки с роликово-дисковыми сортирующими рабочими органами; - аналитические зависимости для определения конструктивных параметров рабочих органов; - результаты исследований по оптимизации параметров и режимов работы картофелесортировки с роликово-дисковыми рабочими органами; - технико-экономические показатели работы линии картофелесортировки с роликово-дисковыми сортирующими рабочими органами. Структура и объём диссертационной работы. Диссертация изложена на 153 страницах основного текста, содержит 49 рисунков, 10 таблиц и 7 приложений. Список использованной литературы включает 92 наименования, в том числе 3 на иностранном языке и 6 электронных сайтов. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные положения работы, выносимые на защиту. В первой главе Состояние вопроса и задачи исследований проведён аналитический обзор сортирующих поверхностей картофелесортировок, представлена классификация типов рабочих органов для калибрования клубней картофеля по размерным признакам. На основании литературных и патентных источников проанализированы условия для создания картофелесортировки с роликово-дисковыми рабочими органами. В разработку и исследование машин и оборудования для послеуборочной и предреализационной подготовки картофеля значительный вклад внесли В.П. Горячкин, Н.Н. Колчин, Ю.И. Кириенко, А.А. Сорокин, К.А. Пшеченков, Р.И. Останин, Н.В. Шабуров, Н.И. Верщагин, А.Г. Шкляев, В.М. Алакин, Е.А. Смехунов, Б.М. Юн и др. Анализ множества работ показал, что ни один из размеров клубня при калибровании не является доминирующим. Однако Б.М. Юн, анализируя вариационные кривые размерно-массовых характеристик клубней картофеля, приходит к выводу, что наибольшее засорение получается при калибровании по толщине, а длина и ширина, как признаки калибрования, не имеют явных преимуществ. В конструкциях новых приемных бункеров предусматривается установка блока калибрующих рабочих органов, позволяющего закладывать картофель по целевому назначению или реализовать его непосредственно. В связи с этим перспективными являются калибрующие рабочие органы, состоящие из вращающихся в одном направлении параллельных валов и активно ориентирующие клубни картофеля на проходовые отверстия. К преимуществам данных рабочих органов относятся эффективность воздействия на обрабатываемый материал, высокая производительность, простота конструкции, надежность в работе. В ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии разработана перспективная сортирующая поверхность, состоящая из поочередно установленных роликов и ориентирующих дисков (рис. 3, 5). В соответствии с поставленной целью определены задачи исследований: 1. Определить конструктивные параметры и режимы работы роликово-дисковой сортирующей поверхности, обеспечивающие сортирование клубней картофеля и перемещение по ней. 2. Разработать и изготовить лабораторную установку для сортирования картофеля с роликово-дисковыми рабочими органами. 3. Исследовать взаимодействие роликово-дисковых сортирующих рабочих органов с клубнями при перемещении вороха картофеля без отрыва от рабочей поверхности в процессе калибрования. 4. Экспериментально проверить теоретические предпосылки и исследовать влияние параметров и режимов работы роликово-дисковых рабочих органов на процесс сортирования картофеля, повреждаемость клубней и определить их значения. 5. Провести в производственных условиях исследования на качество работы роликово-дисковой сортирующей поверхности, определить экономическую эффективность ее использования. Во второй главе Теоретические исследования роликово-дисковой картофелесортировки обоснованы рациональные параметры и режимы работы картофелесортировки с роликово-дисковыми сортирующими рабочими органами. Для определения диаметра роликов рассмотрим их взаимодействие с клубнями картофеля, находящимися на сортирующей поверхности (рис. 1). При этом принимаем, что точки касания клубней и роликов находятся в одной плоскости, перпендикулярной осям вращения роликов, боковые силы отсутствуют, форма клубней считаем шарообразной. Рис. 1. Схема размещения клубня картофеля на роликово-дисковой сортирующей поверхности: и - нормальные силы реакции опоры, Н; и - силы трения, действующие на клубень, Н; - сила тяжести, действующая на клубень картофеля, Н; - диаметр ролика, мм; - диаметр ориентирующих дисков, мм; - величина просвета между роликами, мм; - угловая скорость вращения роликово-дисковых рабочих органов, рад/с. Для определения условия выхода клубня картофеля из просвета между роликово-дисковыми рабочими органами заменяем действие ролика 2 (рис. 1) действием движущейся наклонной плоскости. Для этого проводим плоскость l-l, касательную к ролику 2 в точке касания клубня с роликом в точке М, которая является движущей наклонной плоскостью. Скорость движения плоскости равна окружной скорости ролика: , (1) где: - радиус ролика, мм; - частота вращения ролика, мин-1. Для составления уравнения движения клубня картофеля относительно движущейся наклонной плоскости применяем метод инверсии, т.е. сообщаем системе Уплоскость - клубеньФ скорость. Тогда плоскость окажется неподвижной, а клубень картофеля будет двигаться по наклонной плоскости вниз со скоростью. Движению клубня картофеля будут препятствовать сила инерции и сила трения, направленные вверх по наклонной плоскости l-l. Составляющая силы тяжести, где: - угол наклона плоскости к горизонту, будет направлена вниз по наклонной плоскости l-l. Отсюда следует уравнение движения клубня картофеля: Необходимо иметь виду, что, где: - коэффициент трения между клубнем картофеля и роликом, а - угол трения. Тогда: (2) Анализ уравнения (2) показывает, что если, т.е., то скорость движения клубня картофеля будет больше скорости движения плоскости. Перемещение клубня картофеля направлено вниз по наклонной плоскости и, следовательно, он не будет перебрасываться через ролик 2. При ускорение клубня картофеля будет, и клубень на роликовых рабочих органах будет занимать неустойчивое положение. Переход через ролик 2 будет определяться случайными условиями взаимодействия, например увеличением значения коэффициента трения из-за налипания почвы на ролик или клубень картофеля. Если, то абсолютного перемещения клубня картофеля по наклонной плоскости вниз не будет. Плоскость вынесет клубень картофеля наверх. Следовательно, условием перебрасывания клубня картофеля через ролик 2 будет. Из последнего условия определяется максимально возможный диаметр роликов, установленных с зазором, с помощью которых возможно транспортирование клубней картофеля по роликово-дисковой поверхности. Из схемы на рис. 1 следует: Если, то (3) Из зависимости (3) можно определить минимальный диаметр клубня картофеля, который может транспортироваться по роликово-дисковой поверхности: (4) Из выражения (4) следует: если, клубни картофеля будут перебрасываться через ролики; если, то клубни картофеля будут устойчиво находиться между роликами. Частота вращения вала может быть определена из условия движения одиночного клубня картофеля по рабочей поверхности без отрыва. В общем виде условия взаимодействия можно определить, используя теорему о движении центра масс клубня и составляя дифференциальные уравнения движения в проекциях на касательную и главную нормаль к траектории движения центра масс (рис. 2): , (5) где: - ускорение центра масс, м/с2; Решая дифференциальные уравнения (5), определяем угловую скорость вращения роликово-дисковых валов: (6) Зная, что: (7) определим рабочую частоту вращения роликов. Она составила 143,5-147,4 мин-1. При определении угла наклона ориентирующих дисков для отображения перемещения клубня картофеля используем две системы координат. Одну из координатных осей считаем неподвижной, а вторую жестко связанной с клубнем картофеля. Неподвижную систему координат выберем так, чтобы ось OX была направлена вдоль оси вращения роликово-дискового вала, ось OZ - параллельна роликово-дисковой сортирующей поверхности и проходила через оси вращения валов, ось OY - перпендикулярна сортирующей поверхности. Начало координат О1 подвижной системы координат примем находящимся в центре клубня картофеля, ось O1X направим параллельно OX, O1Y - вдоль нормальной составляющей движения клубня картофеля, а ось O1Z - вдоль касательной составляющей. Рассматривая движение клубня по рабочему элементу (рис. 3), составим дифференциальные уравнения через модули действующих сил на неподвижные оси OX, ОY и ОZ: , (8) Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
|
