Введение к работе
Актуальность темы. В процессе производства и приготовления кормов важное место занимает использование различных кормовых смесей с применением корнеклубнеплодов. Корнеклубнеплоды повышают продуктивность животных, так как содержат много витаминов, сахара и микроэлементов. Одной из основных операций при подготовке корнеклубнеплодов к скармливанию является их очистка от почвы. Начальная загрязненность корнеклубнеплодов после уборочных машин составляет 7–22 %. Исследования показали, что использование неочищенных от почвы корнеклубнеплодов ведет к порче продуктов, желудочным заболеваниям и резкому снижению продуктивности животных.
В настоящее время в сельском хозяйстве для очистки корнеклубнеплодов используются машины, работающие по принципу гидромеханической очистки: ИКМ-5, ИКМ-Ф-10 и др.. В данных машинах при мойке корнеклубнеплодов, имеющих повышенную загрязненность, расход воды составляет до 400 литров на тонну обрабатываемых корнеклубнеплодов. Эксплуатация моющих машин требует наличия системы канализации, отстоя, очистки загрязненной воды, удаления остатков очистки, в зимнее время – подогрева воды и наличия теплого помещения. К тому же в процессе длительной водной очистки при сильном травмировании загрязненных корнеклубнеплодов происходит вымывание ценных питательных веществ (крахмала, сахара), а предварительная сушка корнеклубнеплодов при закладке на хранение влечет за собой дополнительные энергозатраты.
При сухой очистке корнеклубнеплодов сокращаются расходы воды в кормоцехе, снимаются проблемы с утилизацией загрязненных стоков, уменьшается загрязнение окружающей среды. Отделенная от корнеклубнеплодов почва в сухом виде возвращается снова на поля.
Разработанные ранее устройства, для сухой очистки вальцово-щеточного типа, хорошо копируя неровности на поверхности корнеклубнеплода, осуществляют очистку с остаточной загрязненностью 3 %. Недостатком является наматывание растительных остатков на щетках и защемление комков почвы между ворсинами, что в дальнейшем снижает очищающую способность данной щетки.
В связи с этим возникает необходимость разработки нового эффективного устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков и имеющего более широкие технологические возможности, что подтверждает актуальность темы данной диссертационной работы.
Работа выполнена в соответствии приоритетным научным направлениям ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» по теме №2 «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК», пп. «Разработка образцов сельскохозяйственных машин, орудий и мобильной техники» (гос. рег. № 01201151795), а также целевой программе «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия Саратовской области на 2008–2012 годы (закон Саратовской области № 228 от 09.11.2007 г.
Цель исследования – повышение качества сухой очистки корнеклубнеплодов от загрязнений путем разработки роторно-щеточного устройства.
Объект исследования – технологический процесс очистки корнеклубнеплодов от загрязнений роторно-щеточным устройством.
Предмет исследования – зависимости, характеризующие рабочий процесс очистки корнеклубнеплодов и закономерности изменения качественных, и энергетических показателей процесса очистки в зависимости от режимов работы очистителя.
Методика исследований предусматривает анализ рабочего процесса очистки и экспериментальное подтверждение теоретических зависимостей в лабораторных и производственных условиях. Теоретические исследования выполнялись с использованием законов математики и теоретической механики. Экспериментальные исследования проводились на основе использования метода ортогонального планирования многофакторного эксперимента. При этом были выбраны наиболее значимые факторы, влияющие на принятые критерии оптимизации процесса – остаточная загрязненность корнеклубнеплодов и удельная энергоемкость процесса очистки. В результате получены математические модели рабочего процесса устройства для очистки корнеклубнеплодов в виде уравнения регрессии второго порядка и оптимизированы наиболее значимые конструктивно-режимные параметры устройства. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием математической статистики, программы «MathCad» и другими программами ЭВМ.
Экономическая эффективность определялась по стандартной методике для научно-исследовательских работ и новой техники.
Научная новизна:
- разработана классификация очистительных устройств для сухой очистки корнеклубнеплодов от загрязнений;
- получены теоретические зависимости для описания рабочего процесса роторно-щеточного устройства и расчета его основных технологических и конструктивно-режимных параметров;
- получена экспериментально-математическая модель, адекватно описывающая влияние различных факторов на качество очистки корнеклубнеплодов и удельную энергоемкость рабочего процесса.
Новизна конструкторской разработки подтверждена патентом на полезную модель № 104815 (RU) и изобретение № 18356 (KZ).
На защиту выносятся следующие научные положения:
- классификация устройств для очистки корнеклубнеплодов от загрязнений;
- конструктивно-технологическая схема устройства для очистки корнеклубнеплодов от загрязнений (патент на полезную модель № 104815 (RU) от 15.12.2010 г. и изобретение № 18356 (KZ) от 01.11.2004 г.);
- аналитические выражения для определения конструктивно-режимных параметров устройства для очистки корнеклубнеплодов от загрязнений;
- результаты экспериментальных исследований по определению параметров, вошедших в теоретические зависимости, описывающие рабочий процесс очистки.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Результаты исследования могут быть использованы при создании и совершенствовании машин для очистки корнеклубнеплодов от загрязнений. Применение предлагаемого устройства позволит повысить эффективность сухой очистки корнеклубнеплодов от загрязнений и снизит заболеваемость животных.
Разработанный экспериментальный образец роторно-щеточного устройства испытан и внедрен в хозяйствах Западно-Казахстанской области: ТОО «Ізденіс», КХ «Десумбаев Б.К.».
Методика проведения экспериментально-теоретических исследований процесса сухой очистки корнеклубнеплодов используется в учебном процессе ЗКАТУ им. Жангир хана.
По результатам исследования разработана и заложена в фонд Западно-Казахстанского ЦНТИ техническая документация на устройство для сухой очистки корнеклубнеплодов от загрязнений.
Апробация работы.
Основные научные положения, выводы и практические рекомендации диссертации доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» (Саратов, 2006–2011 гг.), РГКП «Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана» (Уральск, 2005 г.), устройство для очистки корнеклубнеплодов экспонировалось на Шестом Салоне изобретений, иноваций и инвестиций (Саратов, 2011 г.).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертационных исследований опубликовано 17 работ, из них 5 в изданиях, указанных в Перечне ведущих журналов и изданий... ВАК РФ, получено 2 патента на полезную модель (Россия) и на изобретение (Республика Казахстан). Общий объем публикаций составляет 4,19 п.л., из которых 2,67 п.л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 157 наименований и 6 приложений. Диссертация изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 53 рисунка, из них приложения составляют 22 страницы.
