Введение к работе
Актуальность темы. Принятая стратегия «Развития лесного хозяйства России до 2020 года» предусматривает активное обеспечение производства репродукционных материалов (семена, сеянцы, саженцы) для лесовосстановления кедровых лесов. Для реализации программы в Красноярском крае было заготовлено семян кедра сибирского: 2007 г. - 16000 кг, 2008 г. - 20 000 кг, 2009 г. - 13 630 кг, и в перспективе до 2020 года объем заготавливаемого семенного ореха требуется довести до 23 000 кг.
Сосна сибирская кедровая (Pinus sibirica Du Tour.) является одной из самых ценных лесообразующих пород России. По состоянию на 2012 год кедровые леса в нашей стране произрастают на площади 36 млн. га.
За последние 150 лет южная граница сибирских кедровых лесов отступила на 30 - 50 км к северу, а естественные насаждения сохранились только в горных и труднодоступных местах. Основными регионами для заготовки кедрового ореха являются Республики Алтай (29,7 %), Тыва (44,8 %), Бурятия (9,3 %), Хакасия (29,3 %), Красноярский край (16,4 %), Иркутская (11,9 %), Томская (20,7 %), частично Кемеровская (6,5 %) и Омская (5,2 %) области.
Наибольшее количество кедровых насаждений в данных регионах произрастает на высоте от 1250 до 2170 м над уровнем моря, что затрудняет заготовку кедрового ореха.
Существующее современное технологическое оборудование не приспособлено для работы в горных и труднодоступных районах Сибири, в местах естественного произрастания кедра, не позволяет достичь заготовки высокого качества кедрового ореха с учетом их фракционного состава.
В этой связи возникла необходимость разработки переносного модульного оборудования для переработки кедровых шишек и выделения кедрового ореха при заготовке в горных и труднодоступных районах.
Работа выполнена по госбюджетной научно - исследовательской тематике Сибирского государственного технологического университета, проводимой по заданию Министерства образования РФ «Биотехнические основы безопасности технологического оборудования для лесовосстановления» № НИР 1.6.01., код ГРНТИ 68.47.43,66.19.17, а так - же госбюджетной НИР, проводимой по заданию Федерального агентства по образованию «Изучение биотехнологических и динамических процессов в системе лесных машин при формировании основ рационального природопользования» № НИР 1.9.05. Код ГРНТИ 68.47.43, 66.19.17.
Цель работы - исследовать рабочие процессы и разработать малогабаритное модульное оборудование для многоступенчатой очистки и сортировки кедрового ореха.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
-
провести функциональное исследование рабочего оборудования необходимого для выполнения полного цикла переработки кедровых шишек;
-
исследовать размерные показатели кедровых шишек и ореха для многоступенчатой очистки с получением размерных зависимостей;
-
разработать математическую модель процесса разделения кедрового вороха на горизонтальном просеивающем решете;
-
определить влияние кинематических параметров и режимов работы на процесс разделения кедрового вороха посредством разработанного механизма привода решет;
-
выполнить технико-экономическое обоснование применения модульного малогабаритного оборудования по разработанной технологии многоступенчатой очистки и сортировки кедрового ореха.
Объектом исследования является технологический процесс переработки кедровых шишек на месте заготовки путем применения малогабаритной модульной установки.
Предмет исследования - выявление закономерностей процессов разделения вороха на горизонтальных просеивающих решетах и сортирования кедрового ореха на цилиндрических вращающихся решетах.
Методы исследования. Исследования выполнялись на основе комплексных лесоводческих требований к заготовке семенного, пищевого и технического ореха с соблюдением норм экологической защиты кедра и окружающей среды.
В качестве основных методов теоретических исследований в диссертационной работе принято математическое моделирование сложных систем с применением современных математических алгоритмов для численных и аналитических расчетов теории планирования активного эксперимента с использованием пакета прикладных программ (ППП) Statgrapchics, APM CAM. Обработка результатов проводилась с использованием аппарата математической статистики программами Statgrapchics, Matlab и Excel.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые дана комплексная оценка переработки кедровых шишек малогабаритной модульной установкой (патенты РФ №2310352, №2462104) в труднодоступных местах произрастания кедра.
Разработана математическая модель идентификации шишек и орехов в зависимости от их параметров.
Получены аналитические зависимости механического разделения фракций вороха по массе на горизонтальном решете методом планирования и реализации полнофакторного эксперимента.
Определены энергетические показатели установки при движении вороха с различной массой, амплитудой и частотой колебаний на горизонтальном решете.
Практическая значимость
-
-
Разработано новое переносное модульное оборудование для переработки кедровых шишек в горных труднодоступных районах Сибири с обеспечением фракционного разделения кедрового ореха.
-
Выявлены и приведены аналитические зависимости, позволяющие оценить влияние кинематических и конструктивных параметров движения горизонтального решета на разделение кедрового вороха.
-
Полученные аналитические зависимости и конструктивные параметры могут быть использованы для проектирования и изготовления малогабаритного оборудования по переработке кедровых шишек.
На защиту выносятся:
-
-
-
Технические и конструктивные решения на основе малогабаритного модульного оборудования, защищенные патентами РФ № 2310352, № 2462104 на изобретение.
-
Математическая модель, описывающая процесс разделения кедрового вороха на горизонтальных просеивающих решетах.
-
Конструкция и рабочие параметры механизма привода решет для многоступенчатой очистки и сортировки кедрового ореха.
-
Результаты экспериментальных исследований и экономическое обоснование эффективности малогабаритного оборудования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах и заседаниях кафедры «Автомобили, тракторы и лесные машины» Сибирского государственного технологического университета (Красноярск, 2004 - 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения» (Красноярск, 2004, 2006); Международной научно- практической конференции «Лесные биологически активные ресурсы» (Хабаровск, 2007); представлены в материалах Всероссийской очно- заочной научно-практической и научно-методической конференции с международным участием «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» Красноярского государственного аграрного университета (Красноярск, 2011) и опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК «Вестник КрасГАУ» (Красноярск, 2010, 2012).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 2 статьи в журналах перечня ВАК, получено 4 патента РФ на изобретение (№ 2310352, № 2372816, №2440782, № 2462104).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Общий объем работы составляет 143 страницы машинописного текста, включая 62 иллюстрации, 6 таблиц, библиографического списка, включающего 153 наименования.
Похожие диссертации на Параметры и конструкция технологического оборудования для переработки кедровых шишек в труднодоступных районах Сибири
-
-
-
