Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Агротехнические требования к машинам сухой очистки картофеля 10
1.2 Классификация способов и средств очистки клубней картофеля от примесей 13
1.3 Обзор и анализ конструкций машин для сухой очистки картофеля 22
1.4 Цель и задачи исследований 37
2. Теоретические основы повышения эффективности сухой очистки продовольственного картофеля путем оптимизации конструктивно-технологических параметров и режимов работы оборудования со щеточными рабочими органами 39
2.1 Требования, предъявляемые к рабочим органам для сухой очистки 39
2.2 Очистка клубней картофеля щеточной рабочей поверхностью 40
2.3 Определение деформации ворса под давлением насыпи клубней 42
2.4 Определение нормального давления упруго - деформированного единичного ворса на поверхность очистки 47
2.5 Выбор длины ворса 54
2.6 Определение пути скольжения ворса щетки по поверхности клубня 55
2.7 Определение полной работы упруго-деформированного единичного ворса 56
2.8 Математическая модель движения клубня картофеля по щеточной рабочей поверхности под действием статической нагрузки 57
2.9 Определение угла наклона рабочей поверхности 64
2.10 Определение основных параметров щеточных валов 66
2.10.1 Диаметр щеточных валов 66
2.10.2 Частота вращения щеточных валов 72
2.11 Условие самоочистки щеточных валов 74
3. Программа и методика экспериментальных исследований 76
3.1 Программа экспериментальных исследований 76
3.2 Объект исследования, измерительные устройства, приборы и оборудования 77
3.3 Методика экспериментальных исследований по изучению движения клубней картофеля по щеточной поверхности 82
3.3.1 Подготовка лабораторной установки к проведению опытов
3.3.2 Характеристика условий испытаний 82
3.3.3 Агротехническая оценка 84
3.3.4 Обоснование оценочного критерия 84
3.3.5 Факторы, подлежащие исследованию 85
3.3.6 Методика определения показателей 86
3.3.7 Управляемые факторы .87
3.3.8 Параметр оптимизации 88
3.3.9 Матрица трехфакторного эксперимента
3.4 Определение повреждений клубней при предреализационной обработке 93
3.5 Обработка экспериментальных данных 94
4. Результаты экспериментальных исследований 98
4.1 Зависимость полноты выделения примесей от частоты вращения щеточных валов, угла наклона рабочей поверхности и подачи исходного материала на блок сухой очистки 99
4.2 Оптимальные значения конструктивно-технологических параметров блока для сухой очистки картофеля 106
4.3 Обоснование потребляемой мощности блока сухой очистки 107
4.4 Влияние кинематических параметров на движения клубней по щеточной поверхности 108
4.5 Влияние усилия прижимного полотна на движение клубней по щеточной поверхности 112
4.6 Результаты производственных исследований в период послеуборочной обработки перед реализацией в торговой сети 121
5. Технико-экономическое обоснование 129
Эффективности блока для сухой очистки картофеля 129
Общие выводы и рекомендации 135
Литература
- Классификация способов и средств очистки клубней картофеля от примесей
- Определение деформации ворса под давлением насыпи клубней
- Методика экспериментальных исследований по изучению движения клубней картофеля по щеточной поверхности
- Оптимальные значения конструктивно-технологических параметров блока для сухой очистки картофеля
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время во многих сельскохозяйственных предприятиях уделяется особое внимание вопросам повышения конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, в том числе свежей плодоовощной продукции и картофеля. Учитываются при этом различные факторы - от качества самой продукции до разнообразных способов доработки (сортировка, мойка, упаковка) в зависимости от условий реализации. Так, согласно ГОСТ Р 51808-2001, картофель класса экстра должен быть мытым, первого класса - мытым или очищенным от почвы сухим способом. Однако, применяемая в настоящее время мойка клубней картофеля требует большого расхода пресной воды и затрат электроэнергии на сушку. Кроме этого, эксплуатация моющих машин требует наличия системы канализации, отстоя, очистки загрязнённой воды, удаления остатков очистки, что является объектом загрязнения окружающей среды. В связи с этим большое внимание уделяется снижению использования воды в процессе очистки клубней картофеля и применению механических воздействий на обрабатываемый материал (сухая очистка).
Машины для сухой очистки корнеклубнеплодов ЛФКС-3000, выпускавшиеся в советское время физически и морально устарели, и к тому же их выпуск прекращен. В связи с этим возникает необходимость разработки нового эффективного устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков и имеющего более широкие технологические возможности.
Проведенные исследования явились составной частью работ, выполняемых в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии в соответствии с планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации на 2011 - 2015 годы по теме 09.01.02: «Разработать наукоемкие ресурсосберегающие машинные технологии и технические средства возделывания и уборки зерновых, масличных, кормовых и других культур».
Цель исследования. Повышение эффективности сухой очистки продовольственного картофеля путем оптимизации конструктивно- технологических параметров и режимов работы оборудования со щеточными рабочими органами.
Объект исследования. Технологический процесс очистки клубней картофеля щеточными рабочими органами.
Научная новизна. Определены параметры и режимы работы щеточных рабочих органов, обеспечивающие подготовку клубней картофеля до 1-го класса качества, соответствующего ГОСТ.
Разработана математическая зависимость эффективности очистки клубней картофеля от частоты вращения щеточных валов, угла наклона рабочей поверхности и подачи рабочего материала.
Реализация результатов. Результаты исследований
использованы в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии при создании блока сухой очистки производительностью 3 т/ч с щеточными рабочими органами.
Блок сухой очистки с щеточными валами прошел производственные испытания в период предреализационной подготовки картофеля в ГНУ ЛПООС СЗНИИМЭСХ Ленинградской области и в КФХ «Юлия» Ломоносовского района Ленинградской области.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены:
на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ, г. Санкт-Петербург-Пушкин в 2011, 2012 годах;
на 7-й международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственные технологии: агроинженерные решения», СПб-Пушкин в 2011 году.
на научной конференции аспирантов и молодых ученых «Развитие АПК в свете инновационных идей молодых ученых» СПбГАУ г. Санкт-Петербург-Пушкин в 2012 году.
на 6-й смотр - сессии аспирантов и молодых ученых по отраслям наук в ФГбОу ВПО ВГМХА им. Н.В. Верещагина в 2012 году.
на международной научно - практической конференции «Аграрная наука 21 века. Актуальные исследования и перспективы» СПбГАУ г. Санкт-Петербург-Пушкин в 2013 году. Доклад был отмечен дипломом за 3-е место.
Публикации. По основным положениям диссертации опубликованы шесть печатных работ, подана заявка на выдачу патента РФ на изобретение.
Основные положения, выносимые на защиту:
конструктивно-технологическая схема блока сухой очистки с щеточными валами;
аналитические зависимости определения оптимальных параметров и режимов работы щеточных валов, взаимодействия щеточной поверхности с клубнями при перемещении клубней картофеля без отрыва от поверхности очистителя в процессе очистки от связных примесей;
результаты исследований по оптимизации параметров и режимов работы блока сухой очистки;
технико-экономические показатели работы блока сухой очистки с щеточными валами.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 154 страницах основного текста, содержит 53 рисунка, 22 таблицы и 5 приложений. Список использованной литературы включает 119 наименований, из них 3 на иностранном языке и 8 электронных сайтов. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.
Классификация способов и средств очистки клубней картофеля от примесей
Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 51808-2001 «Свежий продовольственный картофель, реализуемый в торговой сети» [22], в основном соответствующий требованиям Евростандарта, предъявляет повышенные требования к продовольственному картофелю. В соответствии с требованиями стандарта картофель в зависимости от сроков созревания подразделяют на ранний и поздний.
Ранний картофель в зависимости от качества подразделяют на два класса: первый и второй. Поздний картофель в зависимости от качества подразделяют на три класса: «экстра», первый и второй.
Характеристика и норма для картофеля по ГОСТу: клубни целые чистые, здоровые, без излишней внешней влажности, не проросшие, не увядшие, без повреждений сельскохозяйственными вредителями, типичной для ботанического сорта формы и окраски. Клубни зрелые с плотной кожурой. Допускаются клубни с пятнами бледно-зеленого цвета общей площадью не более 2-х см , которые удаляются при обычной очистке.
Допускаются клубни, пораженные паршой, оспорозом на площади менее 1/4 поверхности клубня. Допускаются клубни, пораженные проволочником (при наличии не более одного хода).
Запах и вкус - свойственные ботаническому сорту без посторонних вкуса и запаха. Остальные требования приведены в таблице 1.1 [22]. Таблица 1.1 Требования к качеству столового картофеля
В настоящее время особое внимание уделяется вопросам повышения конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, а именно свежей плодоовощной продукции. Учитываются при этом разнообразнейшие факторы - от качества самой продукции до разнообразных способов доработки (сортировка, мойка, упаковка) в зависимости от каналов реализации. Так, согласно ГОСТ Р 51808-2001 [22, с. 5], картофель класса экстра должен быть мытым, первого и второго классов - мытым или очищенным сухим способом. Соотношение цен на картофель различного класса качества на европейском рынке ориентировочно такое: картофель 2-го класса - 1,0; картофель 1-го класса - 1,4; класса «экстра» - 1,8. Это увеличивает заинтересованность сельхозпроизводителей в повышении классности своей продукции. Однако применяемая в настоящее время мойка клубней картофеля требует большого расхода пресной воды, в зависимости от загрязнённости и влажности. Кроме этого эксплуатация моющих машин требует наличие системы канализации, отстоя, очистки загрязненной воды, удаления остатков очистки, что является объектом загрязнения окружающей среды. В связи с этим большее внимание уделяется снижению использования воды в процессе очистки клубней картофеля и применению механических воздействий на обрабатываемый материал (сухая очистка).
Удовлетворение требований ГОСТа при современном уровне технического оснащения хранилищ обуславливает многооперационность предреализационной подготовки картофеля. Структурная схема технологического процесса представлена на рисунке 1.
Очистка связанной с поверхностью клубней почвы осуществляется механическими устройствами (щетками, эластичными дисками и т.д.), что позволяет исключить использование дефицитной пресной воды и снизить затраты на сооружение и эксплуатацию канализационных сетей и переработки загрязнённых стоков. Это также обеспечивает надёжную работу линии предреализационной подготовки картофеля в холодное время года.
Существующие способы очистки клубней картофеля от примесей в сельскохозяйственном производстве могут быть классифицированы по следующим признакам: -по характеру воздействия на материал (ударным воздействием, трением, комбинированное); -по конструкции; -по среде, в которой производится очистка (водная, безводная) В соответствии с этим классификация способов и средств очистки клубней картофеля будет иметь вид: рисунок 1.2[68, с. 13]. Способы очистки Гидравлический Гидромеханический Сухочй ч ч - Способ воздействия, М4\#ІІренйемШш Ударом Комбинированный Роторные Вибрационные Барабанные Шнековые Кулачковые Каскадные Транспортерные Барабанно-шнековые шнвн Струйные Центробежные Рисунок. 1.2. Классификация способов и средств очистки клубней картофеля
В связи с тем, что на очистку гидравлическим и гидромеханическим способом требуется огромное количество воды, а так же целый комплекс машин для очистки и утилизации использованной воды, предпочтение при очистке отдается сухому способу.
Предварительная очистка клубней от примесей (при уборке и перевалке) осуществляется сухим способом, устройствами, различным образом воздействующими на клубни картофеля. В направлении разработки технических средств, для сухой очистки кормовых клубнеплодов работают ряд ведущих институтов страны: ЦНИПТИМЭЖ, ВИМ, БСХА, ВИЭСХ, ЧИМЭСХ, УНИИМЭСХ.
Коротко отметим основные особенности устройств, для очистки клубней картофеля от примесей в соответствии с классификацией.
Шнековые (вальцевые) очистители - нашли широкое применение на уборочных и погрузочно-разгрузочных машинах. Расположение шнеков бывает продольное и поперечное. Продольное расположение шнеков, например, было применено и применяется на отечественных комбайнах для уборки, подбора и погрузки СПТ-3, КС-3, ОД-2 и др., а также зарубежных "Фармхенд-1502. (США), Е-760 (ГДР), на отечественных погрузчиках-очистителях ГРС-50, ПСР-50. Число рабочих ручьев бывает 2 и более. Оптимальный диаметр шнека 115-150 мм. Зазоры между шнеками 25 мм и менее. Скорость вращения шнеков 100-200 об/мин у стационарных очистителей.
Очистители с продольными шнеками неплохо очищают ворох картофеля от свободной почвы и ботвы, но дают относительно большое повреждение клубней. Кроме того, шнеки делаются, как правило, стальными, что способствует повышенному травмированию клубней [61].
Транспортерные очистители - используются в основном для сепарации свободных примесей. Применяются в качестве транспортеров-питателей основных очистителей. Как очистители транспортеры применяются редко. Для улучшения сепарации применяются встряхиватели. Травмируют клубни сравнительно слабо, но отделения связанных примесей практически не осуществляют Рисунок. 1.3[97, с. 16].
Центробежные очистители - представляют собой прутковый ротор-барабан, вращающийся вокруг вертикальной оси. Сепарация осуществляется за счет воздействия центробежных сил на примеси и взаимного перемещения клубней внутри ротора. Очищение клубней удовлетворительное, однако, известно, что отделение связанных примесей недостаточное - общая остаточная загрязненность вороха составляет 13-16%.
Определение деформации ворса под давлением насыпи клубней
Отделение связанных примесей, как установлено выше, происходит за счет действия касательных усилий, развиваемых единичным ворсом на поверхности очистки. Величина этих усилий зависит от деформаций, которые получает ворс и которые, в свою очередь, влияют также на мощность, необходимую для привода щетки. Поэтому, определение величины деформаций занимает важное место при определении параметров щеточных рабочих органов, этот вопрос был рассмотрен Найдановым С.А. [68, с. 52]
Каждый единичный ворс щетки можно рассматривать как тонкий гибкий стержень, нагруженный силой Р, возникающей в результате давления клубней. Рассмотрим отдельно стоящий, жестко заделанный одним концом единичный ворс. Взяв оси координат так, как показано на рисунке. 2.2 [68, с. 49]. У На рисунке. 2.3 приведены графики расчетных значений перемещения свободного конца и углов поворота концевого сечения капронового единичного ворса, нагруженного сжимающей силой р для различных значений его длины (капрон марки А, диаметр единичного ворса 0,8 мм, модуль упругости =150 кг/мм ). Определение нормального давления упруго - деформированного единичного ворса на поверхность очистки
Определение параметров ворса щетки, мощности, требуемой на ее привод легко произвести, если известно нормальное давление (опорная реакция) упругого деформированного единичного ворса на поверхность очистки.
Попытка точного аналитического определения этой величины была предпринята Гусевым Л.М. [27, с. 69], но вследствие того, что в рассмотрение были включены все силы, действующие на единичный ворс, в процессе очистки, система уравнений движения получилась очень сложной и определение нормального давления производилось громоздким методом последовательных приближений. Более простое решение было предложено Г.Л. Карабаном [44, с. 32]. В его работе нормальное давление определяется путем численного интегрирования из уравнения изгибающего момента для тонкого гибкого стержня. Рассматривался случай изгиба единичного ворса под действием двух сил: трения и нормального давления, также этот случай рассматривался Найдановым С.А. [68, с. 57]. а гпао
Зависимость перемещения (X,Y) свободного конца упруго-деформированного единичного ворса и углов поворота его концевого сечения (а) от значения сжимающей силы Р для ворса различной длины
Рассмотрим силы, действующие на единичный ворс вращающейся цилиндрической щетки, очищающей клубень картофеля и установленной так, как показано на рисунок. 2.4. клуВень картофеля
Кинематика и динамика единичного ворса щетки В процессе работы на каждый единичный ворс щетки, находящейся в контакте с клубнем, действуют следующие силы и моменты: давление массы клубней, находящейся над щеткой (р)\ сила сопротивлению скольжения ворса по поверхности клубня - Р/, сила сопротивления срезаемой почвы, находящейся на поверхности клубня - Рс; силы инерции, действующие на единичный ворс - Pj\ силы собственного веса ворса - Pmg; момент Мщ привода щетки для обеспечения равномерного ее вращения.
Силы и момент, приложенные к единичному ворсу, действуют на различных его участках, их направление и величина меняются также в процессе работы щетки, кроме того, они изменяются по нелинейному закону. Вследствие этого, движение ворса щетки в процессе очистки - сложное явление и точное определение его законов с учетом всех действующих на единичный ворс сил, наталкивается на значительные математические трудности и поэтому необходимо сделать целый ряд допущений: ворс щетки имеет постоянную жесткость; испытываемые единичным ворсом деформации - чисто упругие; поперечное сечение ворса постоянно; изменением длины ворса вследствие износа и растяжения под влиянием центробежных сил можно пренебречь; можно также пренебречь деформациями ворса, вызванными его собственным весом и сопротивлением воздуха.
Вследствие невысоких скоростей вращения щетки, и допуская, что к моменту встречи ворса с клубнем собственные его колебания прекратились и его кривизна равна нулю, полагаем, что геометрическая ось ворса движется в плоскости, перпендикулярной оси вращения щетки.
Методика экспериментальных исследований по изучению движения клубней картофеля по щеточной поверхности
Для теоретического описания процесса сухой очистки клубней картофеля используется математическая модель, в которой клубни картофеля принимаются шарообразной формы и при этом, для улучшения качества сухой очистки клубней картофеля на всей рабочей поверхности машины на клубни картофеля действует равномерно распределенная нагрузка в виде полотна.
Для очистки клубней картофеля щеточными рабочими органами необходимо, чтобы выполнялся ряд условий, наиболее полно рассмотренных С.А. Найдановым [67, 69, 70, 71], В.Г. Винтерле [14, 16, 17], А.В. Дервишем [30]: линейные скорости клубня и щетки в точке контакта должны быть различны; ворс щетки должен быть упругодеформированными и прочищать в процессе очистки почву, расположенную в углублениях клубней.
При больших значениях нормальной силы N, действующей на щеточное покрытие, возникают явления, осложняющие процесс очистки клубней картофеля.
Во-первых, становится вероятным появление остаточных деформаций ворса щетки. Как уже упоминалось, что необходимым условием процесса очистки является их упругая деформация, то есть при снятии нагрузки ворс полностью восстанавливает прямолинейную форму. На рисунке 2.6 показана зависимость деформации є от напряжения т для материала, из которого сделан ворс щетки (капрона). При упругих деформациях ворса линии нагружения и разгрузки совпадают рисунок.2.6 а. Но при возникновении в капроне напряжений свыше предела пропорциональности ор деформации становятся пластическими и после нагрузки ворс остается деформированными на величину еост рисунок 2.6 б [39, с. 239]. Причем остаточные деформации могут возрастать с каждым новым нагружением. Во-вторых, ворс щетки подвергается действию некоторого цикла загружения, состоящего из этапов нагружения и разгрузки. Такое нагружение называется повторно-переменным. Если параметр нагрузок остается меньше некоторой предельной величины (предельной нарастающей нагрузки), то происходит приспособление ворса щетки, и они начинают работать как упругие. В случае же когда параметр нагрузок превышает эту предельную величину, приспособления конструкции не происходит, и она приходит в состояние, сопровождающееся недопустимо большими пластическими деформациями. То есть ворс щеток не восстанавливает свою форму в промежутке между его загрузками. Значение напряжения, соответствующего предельной нарастающей нагрузке, меньше предела пропорциональности ?р
В исследуемой машине для сухой очистки клубни лежат на ворсе щеток, поступая на рабочую поверхность с переборочного стола через подъемный транспортер, подача материала однослойна. Воздействие щетки на клубень имеет характер динамического удара.
Рассмотрим процесс очистки единичного клубня щетками для избранной схемы рабочих органов машины. Возьмем для рассмотрения поперечное сечение щеток и клубня картофеля. Для единичного клубня имеем распределение сил, показанное на рисунке 2.7. Рассматривая движение клубня по щеточной поверхности, составим дифференциальное уравнение действия сил на неподвижные оси ох и оу
Из построенного графика видно, что скорость клубня по щеточной поверхности возрастает от времени нахождения клубня на рабочей поверхности и усилия прижима. Оба этих фактора прямо пропорциональны эффективности очистки. Но, скорость перемещения клубня картофеля по рабочей поверхности не должна превышать 3 м/с [48, с. 206], что и будет являться ограничивающим фактором при определении усилия прижима. Для наглядности, максимальную скорость ограничим отсекающей плоскостью (серая поверхность). Диапазон скоростей ниже этой плоскости является рабочим. Время нахождения клубней на очищающей поверхности примем равной t = 5,0 с, максимально допустимую, для повышения эффективности очистки и не допущения обдира кожицы. Тогда усилие прижимом должно находиться в пределах 7V3 = 0,5 +1,1. Примем среднее значение:
Для того чтобы определить угол наклона рабочей очищающей поверхности воспользуемся системой дифференциальных уравнений (2.29),(2.30),(2.31), приведенной в разделе 2.8. Из условия безотрывного движения клубней картофеля по щеточной рабочей поверхности, примем допущение, что клубни по оси OY не имеют перемещения, следовательно, его можно прировнять к нулю. Используя выражение (2.30), подставив в него (2.37) вместо N] и приравняв его к нулю, получим выражение:
Здесь тсд и тотр соответственно удельные усилия сдвига и отрыва примесей с поверхности клубня. В тоже время, предел прочности клубней картофеля при скоростях приложения нагрузки 1-5,0 м/с составляет 6-10 кг/см [107, с. 161]. Таким образом, для удаления связных примесей с поверхности клубней к последним можно прикладывать удельные нагрузки, значительно превышающие предел прочности связи примесей с клубнями.
Как показывают теоретические исследования, проведенные Колчиным Н.Н., для определения общей картины взаимодействия рабочих органов машины с продуктом (клубнями картофеля, корнеплодами и др.) необходимо знать спектры частоты и интенсивности нагрузок на изучаемый продукт за одно прохождение его через машину [29, с. 9]. Рассмотрим характер взаимодействия клубня картофеля или тела круглой формы с рабочим органом в виде ролика, впервые изученного акад. ВАСХНИЛ, проф., д.т.н. Мацепуро М.Е.
Оптимальные значения конструктивно-технологических параметров блока для сухой очистки картофеля
По данным, полученными в ходе экспериментальных исследований, построены графики зависимости эффективности отделения прилипшей почвы блоком сухой очистки от частоты вращения щеточных валов, подачи рабочего материала на щеточную поверхность и угла наклона рабочей поверхности к горизонту рисунки 4.4-4.6.
На рисунке 4.4 представлен график зависимости эффективности очистки от угла наклона рабочей щеточной поверхности к горизонту, из которого видно, что с увеличением угла наклона рабочей щеточной поверхности эффективность очистки клубней увеличивается. Это связано с тем, что время нахождения клубней на щеточной поверхности увеличивается, следовательно, увеличивается эффективность. Характер интенсивности роста эффективности очистки клубней указывает, что наиболее приемлемым углом наклона рабочей поверхности является 7,5 , при котором эффективность очистки при частоте щеточных валов 100 мин"1 составляет 82%. Дальнейшее увеличение угла приводит к повышению эффективности очистки на 1% и обдиру кожуры[92 с. 106, 100, с. 145].
С увеличением подачи рабочего материала на щеточную поверхность блока сухой очистки рисунок 4.5 наблюдается снижение эффективности отделения примесей. Это связано с тем, что при высокой подаче материала щеточные валы не успевают полностью обработать рабочий материал, что приводит к уменьшению эффективности очистки от примесей.
График, представленный на рисунке 4.6, имеет возрастающую функцию при подаче материала от 1 до 2 т/ч, понижающую функцию - при подаче от 2-3 т/ч. Это объясняется тем, что при малой подаче клубни картофеля по щеточной поверхности проходят быстро, не успевая контактировать со всеми щеточными валами. При подаче около 2 т/ч клубни соударяются друг с другом, что не приводит к увеличению их линейной скорости и разница скоростей конца ворса и клубня отличается на порядок, удовлетворяя тем самым условию очистки трением. Дальнейший рост подачи вызывает поток клубней по рабочей поверхности более одного слоя, снижая при этом эффективность очистки.
Анализ поверхностей откликов по эффективности очистки клубней картофеля и графиков полученных в ходе экспериментальных исследований показал, что наибольшее значение эффективности очистки клубней картофеля достигается при частоте вращения щеточных валов от 80 до 100 мин-1, угле наклоне щеточной очищающей поверхности от 12 до 15 град, и подаче исходного материала от 1,0 до 1,5 т/ч.
Оптимальные значения конструктивно-технологических параметров блока для сухой очистки картофеля Для анализа полученного уравнения регрессии использовалось нелинейное программирование, которое позволяет в зависимости от поставленной задачи определять оптимальные факторы.
Для решения задачи оптимизации, поиска максимума эффективности очистки клубней методом нелинейного программирования, целевая функция записывается в следующем виде:
Решение задачи оптимизации блока для сухой очистки выполнялось на ЭВМ в программе Microsoft Excel[8, с. 63]. Задача решается следующим образом: определяем максимальное значение целевой функции, изменяя значения значимых параметров и их совокупность. Параметры, при которых значение целевой функции будет
В результате проведенных исследований было установлено, что энергоемкость процесса очистки является сравнительно невысокой; Энергетические характеристики процесса очистки (рисунок 4.8) определяли в процессе испытаний очистителя клубней картофеля. Мощность холостого хода изменялась в пределах 0,5...0,55 кВт. Удельная энергоемкость, затрачиваемая на очистку одной тонны клубней, вычислялась по потребляемой из сети мощности, изменялась в зависимости от производительности очистителя, при 2...3 т/ч удельная энергоемкость составила 0,29...0,28 кВт-ч/т. Полезная удельная энергоемкость (без учета потерь холостого хода) составила соответственно 0,072.. .0,116 кВт-ч/т. 1 - 0.9 - ОО 0.4 - 0.3 -( ) і L 2 3
Так, при повышении производительности с 2 до 3 т/час, потребляемая мощность значительно растет, удельная энергоемкость по потребляемой мощности значительно падает с 0,7...1,0 кВт-ч/т до 0,55...0,75 кВт-ч/т.
Влияние рабочих параметров блока сухой очистки на движение клубней изучалось непосредственным наблюдением за работой экспериментального образца и по материалам видеосъемки [94, с. 118]. Полученные кинограммы приведены на рисунках 4.9 и 4.10. Видеосъемка процесса очистки картофеля проходила при частоте вращения щеточных валов - 100 об/мин, подаче исходного материала на рабочую поверхность -1,5 т/ч, угле наклона щеточной очищающей поверхности 7,5 град. Для наглядности на рисунках 4.9 и 4.10 наблюдаемый клубень выделен черным кружком. С помощью полученных материалов можно сделать следующие заключения.
В установленных режимах, как видно на рисунках 4.9 и 4.10, клубни картофеля перемещаются перекатываясь самостоятельно по щеточной поверхности, а так же из-за напора поступающих клубней.
Видеосъемка показала, как основная масса клубней картофеля поступает с загрузочного транспортера на начальный участок блока сухой очистки, т.е. первые два вала. Далее поступившая масса клубней равномерно распределяется по рабочей поверхности, под воздействием щеточных валов клубни очищаются от почвенных частиц, перемещаются по рабочей поверхности к сходу. Перемещение по щеточной поверхности носит хаотичный порядок, в основном, за счет активного взаимодействия, соударения, клубней друг с другом и со щитками ограждения, благодаря этому клубни взаимодействуют со щеточной поверхностью всеми своими поверхностями (торцевой, боковой).
Таким образом, имеющиеся видеоматериалы и полученные на их основе кинограммы позволили проанализировать процесс взаимодействия картофельных клубней с щеточными валами и движения по рабочей поверхности клубней. С помощью визуального наблюдения удалось заметить характер взаимодействия и перемещения картофельных клубней по рабочей поверхностью блока сухой очистки.
Результаты видеосъемки потвердили теоретические предположения о характере движения исходного материала по щеточной поверхности, и влияния основных факторов на процесс очистки клубней картофеля.
