Совершенствование процесса выделения семян из плодов тыквы за счет применения семявыделительной установки гидравлического типа Седов Алексей Васильевич

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования 11

1.1. Значение бахчевых культур 11

1.2. Технологии и линии для переработки плодов бахчевых культур 14

1.3. Обзор существующих выделителей семян из плодов бахчевых культур 19

1.4. Краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса выделения семян 35

1.5. Цель и задачи исследования 38

2. Теоретическое исследование процесса выделения семян 39

2.1. Выбор технологической схемы семя выделительной установки гидравлического типа 39

2.2. Теоретические основы гидравлических струй 42

2.2.1. Кинематическая структура гидравлических струй 43

2.2.2. Высота и дальность полета струи 42

2.2.3. Структура затопленной свободной струи 43

2.2.4. Динамические свойства струи 48

2.2.5. Взаимодействие струи с различными материалами 50

2.3. Процесс выделения семян из половинок плодов 53

2.4. Обоснование основных параметров выделителя семян 60

2.4.1. Конструктивные параметры транспортера плодов 61

2.4.2. Определение скорости транспортера плодов 62

2.4.3. Расчет оптимального давления вымывающей струи 63

2.4.4. Определение площади поперечного сечения насадки 64

Выводы к главе 2 70

3. Методика экспериментальных исследоваііий 72

3.1. Программа исследований. Условия проведения опытов 72

3.2. Общая методика экспериментальных исследований 74

3.3. Методика определения строения внутренней полости плода 76

3.4. Методика определения прочностных показателей семенного мешка..77

3.4.1. Определение усилия разрыва семенного канатика 78

3.4.2. Определение усилия отрыва семенного мешка от мякоти 80

3.5. Методика определения размерно-массовой характеристики плодов...81

3.6. Методика определения коэффициентов трения 82

3.6.1. Определение коэффициентов трения покоя 82

3.6.2. Определение коэффициентов трения движения 84

3.7. Методика оптимального планирования эксперимента 86

4. Результаты экспериментальных исследований 95

4.1. Строение внутренней полости плода 95

4.2. Усилие разрыва семенного канатика 96

4.3. Усилие отрыва семенного мешка от мякоти 98

4.4. Размерно-массовая характеристика плодов и семян тыквы 98

4.5. Коэффициенты трения покоя и движения 103

4.6. Оптимизация конструктивных и кинематических параметров выделителя семян из плодов бахчевых культур 105

Выводы к главе 4 120

5. Технико-экономические показатели применения выделителя семян из плодов тыквы гидравлического типа 122

Общие выводы 130

Список использованной литературы 132

Приложения 144

• Технологии и линии для переработки плодов бахчевых культур
• Процесс выделения семян из половинок плодов
• Методика оптимального планирования эксперимента
• Оптимизация конструктивных и кинематических параметров выделителя семян из плодов бахчевых культур

Введение к работе

В Поволжском экономическом регионе Волгоградская область занимает одно из первых мест, как по земельной площади, так и по масштабу сельскохозяйственного производства. Почвенно-климатические условия области позволяют возделывать многие виды сельскохозяйственных культур, но особенно эти условия благоприятны для возделывания бахчевых культур.

Бахчевые культуры, в основном, находят широкое применение в натуральном виде, но также возможна их переработка на различные биодобавки, лекарственные препараты и диетические продукты питания.

Однако, одним из главных факторов, сдерживающих производство бахчевых культур, является высокий процент использования ручного труда в отрасли бахчеводства. И если операции посева и ухода за растениями в период вегетации почти полностью механизированы [52, 56],. то уборка урожая и его послеуборочная переработка базируются, в основном, на ручном труде. Это связанно не только со специфическими свойствами растений и плодов, но и из-за отсутствия комплекса специальных машин для переработки плодов бахчевых культур. Кроме того, применение нерациональных перерабатывающих технологий приводит к большим потерям мякоти и сока, так как они утилизируются как отходы производства.

Переработка плодов подразделяется на ряд операций (мойка, очистка, выделение семян, сушка), но наиболее сложной и трудоемкой операцией из этого ряда является выделение семян.

Хозяйства, специализирующиеся на бахчеводстве, используют для выполнения этой операции семявыдел и тельные линии и отдельные выделители, выпускаемые промышленностью. Однако, при современном уровне развития с.-х. техники, существующие конструктивно-технологические решения выделителей семян не обеспечивают эффективной и качественной работы. Высокие потери семян, их травмирование, нерациональное использование сырья не удовлетворяют требованиям возрастающего масштаба производства.

8 Для решения указанной проблемы необходимо на основе анализа существующих приемов и теоретических предпосылок разработать технические средства для механизации процесса выделения семян и усовершенствовать технологию переработки плодов бахчевых культур.

Цель исследования. Повышение эффективности технологического процесса выделения семян из плодов тыквы за счет применения семя выделительной установки гидравлического типа, позволяющей снизить потери и травмирование семян и сохранить мякоть плодов для ее дальнейшего использования в перерабатывающей промышленности.

В теоретических и экспериментальных исследованиях, направленных на достижение поставленной цели, реализованы следующие задачи: - усовершенствован технологический процесс выделения семян из плодов тыквы за счет применения семявы делительной установки гидравлического типа; _t изучены особенности физико-механических свойств плодов тыквы; создана семя выделительная установка гидравлического типа; - исследовано влияние конструктивных и кинематических параметров на качественные показатели выделения семян и проведена их оптимизация; определена технико-экономическая эффективность применения семявыделительной установки гидравлического типа.

Объект исследования. Технологический процесс выделения семян из плодов тыквы с использованием семявыделительной установки гидравлического типа.

Методика исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методы теоретической механики, прикладной математики, математической статистики, а также методика и теория планирования эксперимента.

Обработка полученных результатов проводилась с использованием ПЭВМ. Испытания новой конструкции выделителя семян в лабораторных и полевых условиях проводились на основе ОСТ 70.10.8-84 «Испытания

9 сельскохозяйственной техники. Программа и методы испытаний» и ГОСТ

24055-88 «Методы эксплуатационно-технологической оценки» [65,35].

Научную новизну представляют: усовершенствованный процесс выделения семян из плодов тыквы за счет применения семявыделительной установки гидравлического типа; математическая модель, определяющая-связь качественных показателей процесса выделения семян с конструктивными и кинематическими параметрами выделителя семян и их оптимальные значения.

На защиту выносятся следующие научные результаты: - усовершенствованный технологический процесс выделения семян из плодов бахчевых культур; - конструкция предлагаемой семявыделительной установки; - теоретический расчет конструктивных и кинематических параметров семявыделительной установки; - математическая модель, описывающая процесс выделения семян из плодов тыквы; - результаты лабораторных и полевых исследований разработанной- конструкции семявыделительной установки; технико-экономические показатели эффективности применения семявыделительной установки гидравлического типа.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований разработана конструкция семявыделительной установки (патент РФ №2220629), позволяющая снизить травмирование семян и уменьшить их потери, а также сохранить мякоть для дальнейшей переработки. Обоснованы оптимальные конструктивные и кинематические параметры выделителя семян, позволяющие получать высокие показатели качества работы.

Реализация результатов эксперимента. Результаты исследований внедрены в межфермерском научно-производственном кооперативе «Фармаол» Быковского района и СПК «Ленинский путь» Новониколаевского района Волгоградской области.

При этом экономический эффект составил 133727 рублей за сезон.

Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на:

Первой Российской научно-практической конференции «Физико- технические проблемы создания новых технологий в АПК», Ставропольская ГСХА (2001г.); научно-практической конференции «Проблемы сельского хозяйства и пути их решения», Пензенская ГСХА (2001г.); региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, Волгоградская ГСХА (2001-2003гг.); научной конференции профессорско- преподавательского состава Волгоградской ГСХА (2002г.); научной ^- конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов,

Санкт-Петербург (2002г.); международной научно-практической конференции «Основы достижения устойчивого развития сельского хозяйства» посвященной 60-й годовщине образования Волгоградская ГСХА (2003г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК», посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне, Волгоградская ГСХА (2005г.).

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 11 работ, включая патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из # введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Материал изложен на 169 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу и 55 иллюстраций. Список использованной литературы состоит из 115 наименований, из них 4 - на иностранных языках.

1.СОСТОЯНІІЕ ВОПРОСА II ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Значение бахчевых культур

Бахчевые культуры в сельском хозяйстве находят самое широкое и разностороннее применение. Продукция этих культур (арбуз, дыня, тыква) может употребляться как в натуральном виде, так и в виде продуктов переработки (сок, повидло, джемы, семена, порошки, масло, медицинские и ветеринарные препараты) [24, 55].

И если арбуз и дыня, как правило, используются только в натуральном виде, то тыква позволяет расширить сферу использования, за счет более длительного срока хранения и широкой области применения.

В частности плоды тыквы как продукт питания являются перспективным источником растительного сырья для приготовления большого ассортимента блюд профилактического и диетического питания.

Пищевая ценность плодов тыквы обусловлена содержанием в ее мякоти белков, углеводов, органических кислот, полифенолов, минеральных веществ, витаминов и других соединений.

Белковые вещества представлены прежде всего аминокислотами, которые присутствуют в небольших количествах, но в широком ассортименте. Углеводы находятся в виде моно- и дисахаридов, а также некоторых полисахаридов (пектина, крахмала, декстрина). Из органических кислот в тыкве преобладает яблочная. Азотистые вещества в плодах тыквы не превышают 1 ...3% на сухую массу. Массовая доля клетчатки колеблется в пределах 4...12%. Минеральные вещества представлены в основном кальцием, калием, натрием, магнием, в меньшем количестве содержатся фосфор, железо и другие элементы [85].

Мякоть тыквы является непревзойденным источником каротина — провитамина А, а также аскорбиновой кислоты. Особенный химический состав мякоти тыквы (табл. 1.1.) обеспечивает организм человека набором всех биологически активных веществ.

Таблица 1.1. Результаты химического анализа плодов тыквы

Семена тыквы используются для получения тыквенного масла, употребляемого как в пищу, так и в качестве лекарственного сырья для получения различных медицинских и ветеринарных препаратов. Широкое распространение лекарственных препаратов на основе тыквенного масла объясняется тем, что они стоят дешевле, действуют мягче, чем синтетические, обладают малой токсичностью и не оказывают побочных действий.

Семена у плодов тыквы составляют 2% от общей массы плода. На сухую массу семян в среднем приходится 30% сырого белка, 28...35% сырого жира, 9% растворимых углеводов, 18% целлюлозы и 3,4% золы [86].

В ядре семян 32...40% масла, в составе которого линолевая 43..,57%, олеиновая 24...41%. пальмитиновая и стеариновая кислоты 15.,.30% [33].

Наряду с пищевой ценностью плоды тыквы обладают и лечебными свойствами: регулируют функции кишечника, усиливают выведение из организма хлористых солей, повышают диурез, связывают избыток холестерина и нормализуют обмен веществ. Мякоть и сок тыквы оказывают положительный эффект при сердечно-сосудистых заболеваниях, заболеваниях печени и почек, при отеках и других болезнях [63].

Не менее важным является использование плодов тыквы и для кормовых целей. Обладая высокой сочностью и сахаристостью, тыква охотно

Ветеринарные препараты "ФУЗВЕТ" - лечение маститов у КРС "ТЫКВЕТ" - бел ко во-витами иная добавка "Олеум - АСД" - лечение гинекологических заболеваний

Медицинские препараты "ТЫКВЕОЛ" "РАВЕОЛ"

Антигельминтное средство

Лечебные пели желчекаменная болезнь заболевания печени заболевания почек заболевания желудка заболевания кишечника простатиты артриты _ТЫКВА

Продукты питания кулинарные изделия повидло, джемы диетическое питание детское питание вкусовые добавки в колбасу и сыр

Животноводство сочный корм силос

Растениеводство предшественник для яровой пшеницы

Рис. 1.1. Область применения плодов тыквы.

14 поедается многими сельскохозяйственными животными и вполне может соперничать с другими видами сочных кормов. В силосе из тыквы содержится в 2 раза больше белка, чем в силосе из кукурузы, и в 1,5 раза больше, чем в силосе из свекловичной ботвы, а по содержанию жира он втрое превосходит два последних вида силоса [90].

При правильном кормлении дойных коров силосом из плодов тыквы повышаются удои и содержание жира в молоке.

Кроме того, тыква имеет и большое агротехническое значение. Многолетние исследования Быковской бахчевой селекционной опытной станции [26] показывают, что бахчевые - прекрасный предшественник для яровой и озимой пшеницы, особенно в засушливые годы.

Благодаря своей засухоустойчивости, бахчевые культуры с успехом возделываются в засушливых районах, давая устойчивые урожаи даже в неблагоприятные годы.

Из вышесказанного следует, что бахчевые культуры имеют важное значение в сельском хозяйстве, а их продукция используется в самых различных отраслях производства (рис. 1.1.).

1.2. Технологии и линии для переработки плодов бахчевых культур

В связи с широкой областью применения продуктов переработки плодов бахчевых культур различают три основных направления переработки плодов: на технические цели, на семенной материал и комплексная переработка.

Каждое из этих направлений подразделяется на ряд операций (мойка плодов, очистка от коры, выделение семян, разделение на фракции), но наиболее сложной и трудоемкой операцией из этого ряда является выделение семян.

Хозяйства, специализирующиеся на бахчеводстве, используют для выполнения этой операции семявыделительные линии, при больших объемах

15 перерабатываемой продукции, или отдельные выделители, выпускаемые промышленностью.

Выделители позволяют механизировать только процесс отделения семян, поэтому они применяются, в основном, при переработке плодов на технические цели.

Семявыделительные линии предполагают комплексную переработку плодов, так как позволяют практически полностью механизировать все операции от загрузки плодов до утилизации сока и корки.

Но для их эффективной работы, необходимо перерабатывать большое количество плодов (около 70„Л00т в смену), что возможно только в специализированных семеноводческих хозяйствах.

Наибольшее распространение нашли линии ЛСБ-20 и ЛСВ-30 [58].

Линия ЛСБ-20 (рис. 1.2.) предназначена для выделения, отмывки, сушки и шлифовки семян тыквенных культур. Технологический процесс её работы заключается в следующем. Плоды бахчевых культур доставляются с поля и загружаются с эстакады в ванну приемного бункера 2, предварительно заполненную водой. С помощью потока воды, создаваемого насосом 19 и выгрузного транспортера плоды подаются в выделитель семян 3, где они дробятся. Дробленая масса поступает на решета грохотов. Семена, мелкая корка и мезга проходят через отверстия решет на поддоны и вместе с водой поступают в сборник 4. Крупная корка .по решетам сходит в желоб со шнеками 5. Шнеки направляют корку на скребковый транспортер 6, который перемещает их в бункер 7 отходов.

Из сборника 4 семена с мезгой и водой фекальным насосом 8 перекачиваются в протирочную машину 9. Здесь они сначала поступают в верхний протирочный барабан, а затем в нижний. Мелкая корка и мезга проходят сквозь сита барабанов и удаляются вместе с водой в канализацию.

Семена с оставшимися примесями из второго протирочного барабана подаются на скребковый транспортер 10, который направляет их в машину для отмывки семян 12. В нижний отсек её ванны подается воздух от компрессора 11, способствующий удалению мезги, прилипшей к семенам кожуры и мелких корок. Далее семена увлекаются водой по лотку в циклоны машины для отмывки семян 12. Здесь вода подается по касательной к цилиндрической поверхности циклона, закручивая столб воды в нем. Семена, у которых плотность больше 1 г/см , оседают на дно циклона и шнеком выносятся в однобарабанную протирочную машину 14. Примеси вместе с водой по трубопроводу отводятся в канализацию. Если семена имеют плотность меньше 1 г/см (тыква, кабачок), то в циклоне на дно оседает мелкая корка, которая шнеком удаляется в канализацию, а семена попадают в протирочную машину.

В случае, когда часть семян плавает, а часть тонет, оба потока из циклона повторно направляются в протирочную машину. Из нее отжатые семена подаются на реверсный транспортер сушилки 18, который направляет их в один из бункеров-накопителей сушилки 17. После его заполнения направление движения ленты транспортера изменяется, и семена подаются в другой бункер. Из бункеров семена высыпаются на сетчатое дно сушильных лотков и разравниваются.

После сушки семена путем подъема лотка высыпаются в бункер сухих семян, далее скребковым транспортерам подаются на шлифовку в машину 15. После чего семена очищаются от осадков примесей на семяочистительной машине 16 и затаривают в мешки.

Производительность линии ЛСБ-20 (по плодам) при выделении семян: арбуза -21,..25 т/ч, огурца - до 10 т/ч, тыквы - до 15 т/ч.

Недостатком данной линии можно считать то, что для её размещения нужно отвести довольно большую площадь на местности. Она имеет большой расход электричества и воды на переработку 1 т плодов. Возникает необходимость утилизации очень большого количества сока, что требует постройки специальных прудов-отстойников. Велики невозвратимые потери семян при отделении. Все это резко увеличивает себестоимость продукции, получаемой на линии ЛСБ-20.

Рис. 1.2. Семявыделительная линия ЛСБ - 20: 1 - эстакада; 2 - приемный бункер; 3 - выделитель семян; 4 - сборник; 5-шнек; 6,10,18 - транспортеры корки, сырых и отмытых семян; 7 - бункер для корки; 8,18-насосы; 9,14 - протирочные машины; 11 - компрессор; 12-машина для отмывки семян; 13 - ванна; 15 - шлифовальная машина; 16 - семяочистительная машина; 17-сушильное оборудование; 20 - навес; 21 - пульт управления; 22 — трубопровод.

Рис. 1.3. Семявыделительная линия ЛВС - 30: 1,10 - мотовила; 2 - ванна; 3 - насос; 4,11 - выгрузные транспортеры; 5 -измельчитель плодов; 6 - душевое устройство; 7 - решетный грохот; 8 - поддон; 9 - семяуловитель; 12 - транспортер для корок; 13 - бункер; 14,16 -скребковый и шнековый транспортеры; 15,17- протирочные машины; 18 - машина для отмывки семян.

18 Линия ЛВС-30 также предназначена для выделения семян из плодов бахчевых культур (рис.1.3.). Она работает следующим образом.

Плоды самосвальными транспортерными средствами подаются в ванну 2. Мотовило 1, вращаясь, продвигает плоды к транспортеру 4, который подает их в дробилку 5. Измельченная масса проходит по решетам грохота 7, промываясь водой из душевого устройства 6. Семена выделяются из массы и, пройдя через отверстия решет, собираются в поддоне 8, откуда фекальным насосом подаются в протирку 17.

В протирках 17 и 15, а также в гидроциклоне машины для отмывки семян 18 технологический процесс протекает так же, как и в аналогичных машинах линии ЛСБ-20.

Промытые и отжатые в протирках семена подаются в транспортное средства, которое перевозит их к напольной сушилке.

Корка сходом с решет грохота подается в ванну 9 улавливателя семян. Здесь прилипшие к коркам семена отделяются, проходят сквозь сетку и собираются в нижней части, а корка транспортерами 11 и 12 удаляется в бункер 13 отходов. Из ванны 9 семена периодически откачиваются в протирочно-отмывочную машину, где они отмываются и поступают в общую массу семян. Такой улавливатель эффективно работает при плотности семян больше 1 г/см (огурец, дыня, арбуз).

Производительность линии (по плодам) за один час основной работы на выделении семян огурца и дыни - 20...25 т, арбуза - 30...35 т, тыквы -18...20 т.

Недостатком данной линии также как и линии ЛСБ-20 являются: большие габариты, привязанность места отводимого под линию к наличию водоемов, полученная масса корки не может использоваться плодоперерабатывающей промышленностью, а также высока энергоемкость процесса выделения. Повреждение семян на выходе, после завершения всего процесса составляет 10... 18 %, потери семян в выходе "корка" 8...10 %.

19 1.3. Обзор существующих выделителей семян из плодов бахчевых культур

В процессе получения семян бахчевых культур наиболее сложной и трудоемкой операцией является их выделение из плодов. Её результаты не только влияют на ход технологического процесса, но нередко обуславливают ту или иную технологию дальнейшей обработки полученных семян. Например, загрязненность семян частицами мелкой корки и мякоти приводит к необходимости дополнительной протирки сырых семян, а затем очистки и сортировки сухих. Известно, что в плодах тыквенных культур содержится всего 0,8-2% семян от общей массы, поэтому в процессе их получения необходимо перерабатывать большой объем плодов семенников характеризующихся, как правило, высокой механической прочностью (тыква, кабачки и т.п.) [9,14,96].

Вследствие этого на процесс выделения семян из плодов также приходится и основная доля энергетических затрат при получении семенной продукции.

В настоящее время используется широкий ряд машин и рабочих органов для выделения семян из плодов тыквенных культур.

Самую крупную и распространенную группу составляют выделители с отделяющими аппаратами ударного воздействия, с разделением вороха на виброрешетном грохоте.

Эти машины для выделения семян_г основаны на принципе полного измельчения плодов, в результате которого происходит отделение семян от плаценты, а затем отделение от крупной корки на грохоте. Но если этот принцип разделения приемлем при переработке сочных плодов, таких, как томаты, то при переработке плодов тыквы, дыни, кабачков, потери семян достигают 18.,.23%. Измельченная корка в лучшем случае может быть использована на корм скоту, а ведь у бахчевых культур она является ценным сырьем для кондитерской и консервной промышленности.

Кроме того, отмечается высокая степень травмирования семян, как при измельчении, так и при сепарации семенного вороха. Это неблагоприятно сказывается на качестве получаемых семян.

Наиболее часто встречающимся в бахчеводческих хозяйствах является серийно выпускаемый измельчитель бахчевых, огурцов, кабачков и тыквы ИБК-5А [80] (рис. 1.4.).

Универсальность применения данной машины объясняется простой технологической схемой ее работы.

Машина передвижная и может работать как от вала отбора мощности трактора класса 1,4 кН, так и от электродвигателя мощностью 4,5 кВт.

В загрузочный лоток 1 плоды подаются вручную, а затем ковшами транспортера 2 подаются в приемный бункер 3, где они захватываются штифтами барабана 4 и измельчаются. Полученная масса поступает на грохот 5. Семена, мелкая крошка, сок проходят через решето грохота на дно, по которому стекают в протирочное устройство 7, Крупная корка перемещается по решету грохота, и выгрузному транспортеру 6, который подает их в тару.

Четырехлопастной барабан протирочного аппарата, перетирая массу, перемещает семена к выгрузному лотку, а сок и мелкие примеси через отверстия кожуха барабана попадают на поддон и насосом 8 удаляются из машины. Однако контрольные испытания машинно-испытательными станциями показывают, что потери семян при выделении достигают 25%, а полученные семена нуждаются в дополнительной очистке, т.к. содержат в своей массе до 30% мезги и 20% измельченной коры.

Кроме того, низка производительность машины, не превышающая при переработке плодов арбузов - 8 т/ч, кабачков и тыквы - 4 т/ч, огурцов - 5 т/ч. Необходимо также указать на незаконченность технологического процесса, невозможность использования измельченной коры и мякоти на корм животным, сока в консервной промышленности.

Рис. 1.4. Измельчитель бахчевых культур ИБК - 5А: 1 - лоток; 2 ~ загрузочный транспортер; 3 - бункер; 4 - барабан;5 - грохот; 6 - выгрузной транспортер; 7 - протирочное устройство; 8 — насос.

Рис. 1.5. Выделитель семян ВБЛ - 20: 1 - рама; 2 - привод барабанов; 3 - подбарабанье; 4,6 - штифтовый и бильный барабаны; 5 - приемный лоток; 7 - привод грохотов; 8 - душевое устройство; 9 - решетные грохоты.

Другой выделитель семян бахчевых культур ВБЛ-20 [58] (рис. 1.5.), устанавливаемый в линии ЛСБ-20, работает аналогичным образом, но его технологическая схема имеет ряд отличий. У него установлен приемный лоток 5 в верхней части рамы 1 и плоды из него попадают к двум измельчающим барабанам, штифтовому 4 и бильному 6 с подбарабаньем 3. Семена выделяются на двух грохотах 9 с душевым устройством 8. Такая конструкция позволяет значительно повысить производительность машины. В связи с большой нагрузкой на узлы в машине имеется отдельно привод 2 на измельчающие барабаны 4, 6 и привод 7 на грохоты 9.

Выделитель имеет следующие качественные показатели рабочего процесса при переработке плодов тыквы: невозвратимые потери семян в выходе "корка" - 8.,.10%, чистота выхода ''семена" - 9„.10%, т.е. в выходе -90...91% корки. Таким образом, основными недостатками работы этого типа выделителей являются: наличие большого количества корки в выходе "семена", что затрудняет дальнейшую их переработку и снижает в конечном итоге качество семенного материала. Недостатком является и то, что полученная масса корки не может использоваться плодоперерабатывающей промышленностью. Кроме того, высока энергоемкость процесса, основанного на раздавливании плодов.

У всех выше приведенных машин сепаратор грохотного типа. Однако, по мере развития семя выделительной техники, все большее предпочтение отдается выделителям с сепаратором роторного типа. Технологический процесс данных машин заключается в отделении семян от измельченной массы в результате просеивания её через решетчатую поверхность вращающегося сепаратора. Такие выделители обладают более высокими технико-экономическими показателями, по сравнению с рассмотренными машинами, так как отличаются простотой изготовления, не подвержены залипанню и имеют высокую сепарирующую способность.

Технологическая схема с роторным сепаратором применяется для выделения семян из плодов бахчевых культур в австрийском комбайне КЕ 2000 MOTY (рис. 1.6.).

Данный комбайн выделяет семена из плодов бахчевых культур непосредственно в поле. При этом переработка осуществляется в два этапа: предварительное вал кование и последующая подборка плодов.

Для подачи плодов в комбайн используется барабанный подборщик 6, на иглы которого накалываются плоды при движении комбайна вдоль валка. В верхней части подборщика установлены пластины 7, служащие съемником плодов с игл подборщика. Плоды, подлежащие переработке, скатываются с пластин-съемников на подающий транспортер 8. По транспортеру плоды подаются к давильному барабану 5, который измельчает их на куски путем раздавливания.

Измельченная масса после давильного барабана направляется в роторный сепаратор 3, где и происходит непосредственное выделение семян. Проходя через его решетчатую поверхность, семена попадают в поддон 4, откуда шнеком 2 направляются в бункер-накопитель 1. При заполнении бункера семена перегружаются в автотранспорт и доставляются на стационарные пункты для дальнейшей доработки (протирки, мойки, сушки).

Одним из главных недостатков данного комбайна является невозможность использования мякоти плодов, так как после обработки в роторном сепараторе она разбрасывается по полю. Кроме того, отмечается высокая степень загрязнения семян частицами мякоти и мезги. Из-за чего возникает необходимость в дополнительных операциях по протирке и отмывке семян. Это приводит к повышению травмирования семян, что неблагоприятно отражается на их качестве.

Выделитель семян (рис. 1,7.) по ах. СССР №1768126 [2] также относится к выделителям роторного типа и работает следующим образом.

Плоды, предназначенные для переработки, транспортером 1 подаются в измельчающее устройство 2, состоящее из противорежущей гребенки 3 и

Рис. 1.6. Схема комбайна КЕ 2000 MOTY для выделения семян из бахчевых культур (производство Австрия):

1 - бункер накопитель; 2 — шнек подачи семян; 3 - роторный сепаратор; 4 - поддон; 5 - давильный барабан; 6 - игольчатый подборщик;7 - пластины-съемники; 8 - подающий транспортер.

_{///////// /// у// ;/; ;//}

Рис. 1.7. Схема выделителя семян с роторным шестигранным сепаратором по а.с. СССР № 1768126:

1-подающий транспортер; 2-измельчающее устройство; 3-противорежущая гребенка; 4 - штифтовыЙ барабан; 5-транспортирующий шнек; 6-вал ротора; 7 —шестигранный пирамидальный ротор; 8 —лоток схода корок; 9 - лоток сбора семян; 10 - рама; 11 - прутковые решета.

25 штифтового барабана 4. При протаскивании плодов через проти ворежущую гребенку происходит их измельчение на куски. Под измельчающим устройством установлен транспортирующий шнек 5 для подачи измельченных плодов в сепаратор - шестигранный пирамидальный ротор 7, имеющий совместный со шнеком вал 6. На валу ротора выполнены распылители душевого устройства.

Из-за особой геометрии сепаратора отделение семян от плаценты происходит в результате активного встряхивания и интенсивного соприкосновения между собой соседних частей плодов. Отделенные семена просеиваются через прутковые решета 11 и по лотку сбора семян 9 поступают к шнеку, служащему для подачи их на дальнейшую доработку.

Крупные куски и ворох выводятся из сепаратора по лотку схода корок 8 и используются в качестве корма сельскохозяйственным животным или утилизируются как отходы производства.

Это и является главным недостатком данной машины. Кроме того, отмечается высокая загрязненность семян мелкими частицами вороха, что приводит к необходимости использования специальных очистительных устройств, что усложняет технологический процесс выделения семян и приводит к дополнительному травмированию семян.

В США и Канаде для выделения семян огурца используется прицепная машина НН 5500 фирмы INDUSTRIES INCORPORATED (рис. 1.8.) [18].

При движении машины семенные плоды с валка шириной 700 мм захватываются прутково-планчатыми транспортерами: подбирающим 18 и верхним прижимным 2. Плоды вместе с ботвой поступают дальше на очистительные вальцы 3. Всего вальцов - три пары. Вращение соседних вальцов противоположное. Причем направление вращения реверсивное. Здесь плоды освобождаются от ботвы, которая падает на землю. Травмирование семенников вальцами не наблюдается. Затем плоды через транспортер плодов 4 поступают в давильный барабан 5, который путем

26 раздавливания измельчает плоды. Зазор между барабаном и декой равен

15 мм, частота вращения 90 об/мин.

Измельченная масса с помощью шнека 7 подается в роторный цилиндрический сепаратор 8, частота вращения которого 30 об/мин. За счет трения о стенки цилиндра происходит разделение массы: семена вместе с мезгой проходят через прямоугольные отверстия решета размером 12x12 мм, а более крупная фракция самотеком выводится за пределы цилиндра и разбрасывается сзади машины по полю.

На всю длину цилиндра в нижней его части установлен шнек 19, который транспортирует семенной ворох в отжимной шнек 10. Здесь через круглые отверстия решета 9 диаметром 3 мм сок и мезга отжимаются наружу, а семена шнековым транспортером 11 подаются в бункер-накопитель семян 13. По мере накопления его семена выгружаются в автотранспортное средство и направляются на отмывку и сушку. Потери семян в измельченной массе за машиной составляют 5,2%.

К недостаткам машины можно отнести невозможность использования мякоти плодов, так как в этой машине она не только измельчается, но и разбрасывается по полю. Также наблюдается низкая чистота семян, высокие потери невыделенными семенами и повышенное их травмирование.

Более эффективны выделители семян транспортерного типа с истирающими рабочими органами.

Данная технологическая схема позволяет выделять семена из более крупных кусков плодов. За счет этого улучшается процесс отделения семян, так как сепарирующие органы не перегружаются мелкой фракцией. При этом снижаются потери семян в выходе "корка" и уменьшаются энергозатраты на измельчение плодов. Истирающие рабочие органы создают при переработке плодов условия, практически исключающие ударные воздействия на семена.

Конструктивное исполнение данных выделителей позволяет вести процесс выделения семян непрерывно, что оказывает положительное влияние на производительность.

Рис, 1.8. Прицепная машина НН 5500 для выделения семян огурцов фирмы INDUSTRIES INCORPORATED (производство США и Канады):

1 - прицепная серьга; 2 - прижимной транспортер; 3 - очистительные вальцы; 4 — транспортер плодов; 5 — давильный барабан; 6 — двигатель привода органов; 7-шнек подачи измельченной массы; 8 - цилиндрический сепаратор; 9-сетка шнека; 10-шнек отжима семян; 11-шнековый транспортер; 12, 16-ходовая часть; 13 - бункер-накопитель семян; 14-транспортное средство; 15-рама машины; 17 — гидроцилиндр подъема подбирающего транспортера; 18 — подбирающий транспортер.

Рис. 1.9. Схема выделителя семян из плодов бахчевых культур по патенту РФ № 2055494:

I - емкость для загрузки плодов; 2 - наклонный транспортеру - успокоитель; 4 — ножевой барабан; 5 - отсекатель воздушного потока; 6 - подбарабанье; 7-верхний транспортер с упругими скрепками; 8 - нижний сетчатый транспортер; 9 —регулируемое решето; 10-транспортер для вывода корок;

II - шнек для семян с эластичным ободом; 12 - выход для сока и мезги.

Схема выделителя семян из плодов бахчевых культур по патенту РФ №2055494 [66] представлена на (рис. 1.9.). Он также относится к выделителям истирающего типа и работает следующим образом: плоды с полей доставляются на полевой стан и выгружаются в ёмкость с водой 1. Далее плоды питающим наклонным транспортером 2 направляются на измельчение ножевым барабаном 4, который оснащен продольными и поперечными ножами с целью получения кусков прямоугольной формы. Затем куски плодов по деке 6 подаются на выделитель транспортерного типа, состоящий из верхнего транспортера с упругими планками 7 и нижнего сетчатого транспортера 8. Рабочие ветви обоих транспортеров движутся в одну сторону с различными скоростями, при этом планки верхнего транспортера 7 захватывают куски и, прижимая их к нижнему сетчатому транспортеру 8, протягивают их по его поверхности. В результате этого семена проходят сквозь ячейки нижнего сетчатого транспортера, а корка сбрасывается на отводной транспортер 10. Вместе с семенами сквозь ячейки могут пройти мезга и сок, отделение которых осуществляется на регулируемых решетах 9, смонтированных под сетчатым транспортером. Выделенные семена шнеком 11 подаются в бункер-накопитель. Из него они выгрузным шнеком направляются в машину для отмывки семян, из которой после сушки затариваются в семяхранилище хозяйства. Сок и мезга, попавшие вместе с семенами в шнек 11, выводятся из машины через специальный выход 12. Корка, оставшаяся на нижнем сетчатом транспортере после отделения семян, поступает на отводной планчатый транспортер 10 и выгружается в сменный автотранспорт.

Данный выделитель семян имеет следующие недостатки, а именно: затруднения при измельчении плодов на куски прямоугольной формы и неполнота отделения семян от кусков. Большое содержание измельченной корки и мезги в выходе "семена" вынуждает применять дополнительные операции по доработке семян, что приводит к повышению микротравмирования семян.

29 Рассмотрим машину (рис. 1.10.) для отделения семян из плодов бахчевых культур по а.с. СССР № 1785645 р].

Работает она следующим образом.

Плоды из приемного бункера 2 попадают к шнекам 3 и перемещаются по кожухам 4 к бильному барабану 7, к которому на подбичниках 8 крепятся бичи 9 в виде упругих элементов. При этом сначала ножами 5 шнеков, а затем ножами 6 кожухов кора плодов нарезается в разных направлениях, это снижает её прочность. Так как высота ножей 5 и 6 меньше толщины коры, то повреждение семян не происходит.

Затем эти надрезанные плоды попадают на скатную доску 10, за которой расположена плоская перфорированная дека 11 с отверстиями, достаточными для прохода семян. Находящийся над ней бильный барабан 7, вращаясь, своими бичами прижимает плод к скатной доске и раздавливает его на куски. Эти куски со скатной доски попадают на деку. Для отделения семян, кроме перемещения куска по перфорированной деке, необходимо обеспечить защемление куска между скребковым транспортером 12 и декой. Скребки транспортера выполнены в виде упругих элементов 13, на рабочих поверхностях которых в шахматном порядке расположены эластичные пальцы 14.

Зазор между декой и рабочей ветвью транспортера устанавливается меньше, чем высота скребков. Следовательно, скребок, входя в этот зазор, изгибается и воздействует на кусок плода.

Куски плода на деке могут быть расположены как мякотью вниз, так и вверх. Если кусок расположен мякотью вниз, то при его перемещении по деке мякоть с семенами взаимодействует с ее выступами, за счет чего и происходит отделение семян от коры. Если же кусок плода расположен мякотью вверх, то при его перемещении по деке, её выступы замедляют движение куска, в результате чего движущиеся сверху упругие скребки эластичными пальцами отделяют семена от" мякоти.

Ь ? 9 6 & to ft fi

Рис. 1,10. Устройство для выделения семян из плодов бахчевых культур по а.с. СССР № 1785645:

I - рама; 2 - загрузочный бункер; 3 - шнек; 4 - кожух; 5 - нож шнека; 6 - нож кожуха; 7 - барабан; 8 - подбичник; 9 - бич барабана; 10 - скатная доска;

II - дека; 12 - истирающий транспортер; 13 - эластичная планка; 14 - зацепы планки; 15 - выгрузной транспортер; 16-кожух; 17-шнек семян; 18 - перфорированный кожух.

2 і І 6

Рис, 1.11. Машина для выделения семян из плодов бахчевых культур по а.с. СССР № 1400600: 1 - каркас; 2 - загрузочный бункер; 3 - ножевая решетка; 4,5 - верхний и нижний транспортеры; 6 - пальцы; 7 - зона отделения семян; 8 - фартук; 9 - лоток; 10 — грохот; 11 - поддон; 12 - душевое устройство.

31 Корки с деки сбрасываются в приемную часть транспортера отгрузки корок 15, с помощью которого они загружаются в транспортное средство.

Отделенные от коры семена вместе с мезгой (сок с частичками мякоти) проходят через отверстия деки и попадают в протирочный шнек 17, установленный в перфорированном кожухе 16, отверстия которого меньше размеров семян. Кусочки мякоти эластичными лопастями протирочного шнека протираются через кожух, в результате чего от них отделяются оставшиеся семена. Сок из перфорированного кожуха поступает в поддон 18 и отводится в емкость.

Недостатком данной машины является то, что при забивании отверстий деки резко снижается производительность и качество отделения семян. Кроме того, технологический процесс, основанный на раздавливании плодов, требует больших затрат энергии.

Более совершенна машина (рис. 1.11.) по а.с. СССР № 1400600 [I].

Машина работает следующим образом. Плоды, подаваемые в загрузочный бункер 2, разрезаются ножевой решеткой 3, колеблющейся вокруг оси, на куски. Затем эти куски направляются в устройство для выделения семян, выполненное в виде двух установленных один над другим транспортеров: верхнего 4 и нижнего 5. Рабочими элементами являются гибкие пальцы 6, расположенные на лентах транспортеров поперечными рядами и образующие зону 7 отделения семян.

Шаг расстановки гибких элементов 6 на нижнем и верхнем транспортере равен диаметру гибкого элемента и двойной толщине семян. Причем гибкие элементы верхнего транспортера смещены на половину шага элементов нижнего. В этом случае в" месте взаимодействия упругих элементов верхнего и нижнего транспортеров не происходит защемления и повреждения семян. Упругость гибких элементов должна быть такой, чтобы обеспечивалось отделение семян и мякоти без повреждения коры.

Зазор на входе должен быть не менее чем высота куска плода. Этим обеспечивается гарантированный захват каждого куска плода тыквы

32 -рабочими элементами транспортеров и подача их в зону отделения семян. Зазор на выходе должен быть не больше, чем толщина коры куска плода. За счет этого достигается полное отделение семян от коры.

Рабочие ветви верхнего и нижнего транспортеров движутся в одну сторону, причем скорость движения рабочей ветви верхнего транспортера больше, чем скорость движения рабочей ветви нижнего. За счет разности скоростей возникает истирающее воздействие гибких элементов транспортеров на куски плодов, в результате которого отделяются семена от коры независимо от положения куска (мякотью с семенами вверх или вниз).

Нижний транспортер выполнен в виде сетки, через которую основная масса отделенных семян и мелкая часть вороха поступает на лоток 9, а затем - на переднюю часть грохота 10.

Эластичным фартуком 8 часть вороха с остатками отделенных от мякоти семян направляется на заднюю часть грохота. Такое распределение вороха по грохоту позволяет улучшить чистоту получаемых семян, которые идут проходом в поддон 11 грохота и отводятся по трубопроводу. Остальная часть вороха идет с грохота сходом. Для лучшего разделения измельченного вороха на решета грохота подается вода душевым устройством 12.

К недостаткам данной машины относится: необходимость измельчать плоды на куски близкие по форме к плоской, высокие потери семян и повышенное их травмирование.

Сохранить мякоть плодов для дальнейшей переработки позволяет выделитель семян из плодов (рис. 1.12.) по а.с. СССР № 827015 [4].

Он работает следующим образом, Плоды поступают в приемный бункер 2, накалываются иглами 4 барабанных захватов 3, установленных на подвижной рамке 5, протаскиваются ими через ножевую пластину 8, которая разрезает их на две половинки. Затем половинки разводятся по прутковым направляющим 9 и подаются под воздействием упругих элементов 10 фигурных щеток 12, которые отделяют содержимое семенной полости от мякоти плода. Обработанные половинки снимаются с игл-захватов

33 съемниками 11, Для возможного_t выделения семян из плодов разного диаметра рамки 5 барабанных захватов 3 подпружинены.

Недостатком этой машины является то, что круглый щеточный рабочий орган не полностью выделяет семена из половинок плодов не сферической формы и разных размеров. Кроме того, щетки оказывают ударное воздействие на семена, что приводит к их микроповреждениям и снижению полевой всхожести.

Рис. 1Л2. Выделитель семян из плодов по ах. СССР № 827015: 1 - рама; 2 - приемный бункер; 3 - барабанные захваты; 4 - иглы; 5 - подвижная рамка; 6 — цапфа; 7 - пружина; 8 - ножевая пластина; 9 - направляющие; 10 - упругие элементы; 11 - съёмник; 12 - щетка.

Рассмотренные конструкции и технологические схемы выделителей семян из плодов, как выпускаемые промышленностью, так и изготовленные по авторским свидетельствам, обладают рядом недостатков (табл. 1.2.), которые ограничивают применение данных выделителей для технологии комплексной переработки плодов. Цель данной технологии - не только получение семян высокого качества, но и сохранение мякоти для дальнейшей переработки, поэтому необходимо разрабатывать высокоэффективные, неэнергоемкие, малогабаритные выделители семян, не повреждающие семенной материал и позволяющие сохранить мякоть плодов для ее дальнейшей переработки в продовольственных целях.

Таблица 1.2.

Характеристика выделителей семян.

Измельчающий барабан виброрешетный грохот

Необходимость измельчать плоды до размеров семян, высокие потери семян, низкая чистота выхода «семена», невозможность дальнейшего использования измельченной коры и мякоти, высокая энергоемкость процесса и низкая производительность.

Давильный барабан + роторный сепаратор

Высокая загрязненность семян мелкими частицами вороха, повышенное травмирование семян, высокие потери невыделенными семенами, разбрасывание мякоти по полю.

Продольные и поперечные истирающие транспортеры

Необходимость измельчения плодов на куски прямоугольной формы, неполнота отделения семян из кусков, большое содержание измельченной ' коры и мякоти в выходе «семена», измельченная кора и мякоть направляется в «отходы», повышенное микротравмирование семян, снижение качества отделения семян при забивании отверстий деки.

35 1.4. Краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса выделения семян

Аналитическими и экспериментальными исследованиями процессов выделения семян бахчевых культур с помощью отделяющих аппаратов различных типов посвящены работы многих ученых не только нашей станы, но и иностранных исследователей. Этим вопросом занимались А.Ф. Ульянов; Г.П. Варламов; В.Г. Коба; Б.Н. Емелин; В.Я. Наумов; Л.Д. Барилко; И.Ф. Анисимов; Л.Н. Чабан и др. [47, 41, 22, 18 и др.], а также А. Зайков и А. Ангелов в НРБ, Их исследования направлены на изучение отделения семян, при котором необходимо полное измельчение плода.

Наряду с изучением отделяющих аппаратов исследовались и свойства плодов бахчевых культур. В трудах А.Н. Гудкова; И.С. Егорова; А.Н. Цепляева; М.Н. Шапрова; В.И. Малюкова и В.А. Федорова [36, 40, 92, 88] достаточно полно изучены физико-механические свойства арбузов. У плодов тыквы определены только размерно-массовые характеристики и некоторые прочностные показатели.

Одним из важнейших свойств плодов тыквы является сопротивление резанию в процессе измельчения рабочими органами выделителей семян. Рабочий процесс выделителя семян с ножевым и штифтовым измельчающими аппаратами при переработке плодов кормового арбуза исследовал В.Г. Коба [47]. Его исследования были направлены на выявление зависимостей качественных и энергетических показателей процесса от режимных и геометрических параметров рабочих органов. Автор установил, что работа ножевого барабана есть процесс выбивания ножами семян из мякоти плода.

На основе проведенных исследований В.Г. Коба делает вывод, что более перспективным для выделения семян из плодов тыквы является штифтовый барабан, хотя он и имеет большой процент повреждения семян.

В результате экспериментального исследования процесса выделения семян арбузов бильным и штифтовым барабанами Б.Н. Емелин [41]

36 установил, что части плодов после измельчения бильным барабаном значительно крупнее, чем после штифтового. Также автор построил вариационные кривые распределения крупности частиц вороха измельчённых плодов. Согласно этим данным, с повышением крупности частиц увеличивается скважность вороха, улучшается его сепарируемость, снижаются потери семян в сходе очистки выделителя.

А.И. Пьянков [58] исследовал способность плодов овощных и бахчевых культур к выделению семян в процессе их ударного разрушения и установил, что для полного выделения семян необходима степень измельчения, определяющаяся по формуле: где Q - масса плода, кг;

5 - плотность частиц, кг/м³; L - средняя длина частиц, м.

Для полного выделения семян из арбузов и огурцов достаточна сравнительно небольшая степень измельчения п = 400...420. У кабачка и тыквы при такой степени измельчения извлекается только 70...75% семян. Однако более интенсивное измельчение-затрудняет выделение семян из вороха на виброрешетном грохоте, так как большая доля частиц вороха будет иметь размеры близкие к размерам семян.

На основании этого автор пришел к выводу, что для выделения семян из тыквенных культур необходимо применение отделяющих аппаратов истирающего воздействия.

Разработкой эффективного технологического процесса выделения тыквенных культур, обеспечивающего при переработке тыквы снижение потерь семян и повышение производительности занимался П.М.Овчаров [64]. Автор аналитически обосновал основные геометрические и кинематические параметры отделяющего аппарата щеточного типа и разработал многофакторную модель процесса отделения семян от мякоти, позволяющую

37 определить оптимальные значения основных параметров- Он также получил математическую модель стесненного резания плодов.

Автор исследовал не только процесс резания, но и улучшил технологию отделения семян, путём их извлечения из половинок плодов.

Отделяющие аппараты транспортерного типа с истирающими рабочими органами исследовал А.Ю. Китов [46]. Автор обосновал возможность использования указанных рабочих органов для отделения семян от мякоти не только арбузов, но и плодов тыквы. Им были получены аналитические зависимости для определения основных конструктивных и кинематических параметров отделяющего аппарата транспортерного типа из условия снижения потерь семян, что было подтверждено лабораторно-полевыми испытаниями.

И.Ф. Анисимов [18] обобщил * результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также опытно-конструкторских разработок по обоснованию кинематических и технологических параметров основных рабочих органов машин и поточных линий для выделения и доработки семян томатов, тыквенных культур, баклажан и перца сладкого.

Им выполнено теоретическое исследование трех типов сепараторов ^; выделителя семян как основной машины поточной . линии и изучены теоретические основы процесса сепарации измельченной массы плодов.

Впервые в отечественной практике автор обосновал конструкции принципиально новых типов сепараторов (роторных и роликовых), которые по производительности, энергоемкости и качественным показателям работы значительно превосходят традиционный горизонтально-качающийся сепаратор.

И.С. Егоров [40] изучая и анализируя различные технологии переработки овощных и бахчевых культур на семена, доказал экономическую целесообразность внедрения крупных стационарных комплексов по выделению и доработке семян. Автор подробно рассматривает основные организационно-технологические принципы

38 функционирования таких комплексов и на основе накопившегося опыта дает практические рекомендации по их использованию. 1.5. Цель и задачи исследовании

Целью настоящего исследования является повышение эффективности технологического процесса выделения семян из плодов тыквы за счет применения с емявы делительной установки гидравлического типа, позволяющей снизить потери и травмирование семян и сохранить мякоть плодов для дальнейшего ее использования в перерабатывающей промышленности.

В связи с этим предстоит решить следующие задачи: усовершенствовать технологический процесс выделения семян из плодов тыквы за счет применения семявыделительной установки гидравлического типа; изучить особенности физико-механических свойств плодов тыквы; создать семявыделительную установку гидравлического типа; исследовать влияние конструктивных и кинематических параметров на качественные показатели выделения семян и провести их оптимизацию; определить технико-экономическую эффективность применения семявыделительной установки гидравлического типа.

39 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ВЫДЕЛЕНИЯ СЕМЯН

2.1. Выбор технологической схемы семявыделителыюи установки гидравлического типа

На основании анализа существующих конструктивно-технологических решений выделителей семян видно, что они не удовлетворяют агротехническим требованиям, предъявляемым к данным машинам, а значит не обеспечивают качественной и эффективной работы.

Для устранения данного недостатка при выборе технологической схемы выделителя семян необходимо учитывать следующие технологические требования: - выделение семян должно быть наиболее полным, при этом суммарные потери семян не должны превышать 5%; - повреждение семян рабочими органами не должно быть более 1%; - воздействие на мякоть плодов должно быть минимальным с целью ее сохранения для дальнейшей переработки.

С нашей точки зрения наиболее полно этим требованиям соответствует выделитель семян, принцип действия которого заключается в вымывании семян из плодов бахчевых культур струей воды, подаваемой под давлением. При этом плоды, предназначенные для переработки, предварительно разрезаются на половинки.

Данный принцип действия позволяет нам обеспечить выполнение всех технологических требований, учитываемых при разработке выделителей семян из плодов бахчевых культур, а также сохранить мякоть для дальнейшего использования в перерабатывающей промышленности.

После проведения предварительных лабораторных исследований, в результате которых изучалась возможность выделения семян из плодов бахчевых культур с помощью струи воды, нами была предложена следующая технологическая схема установки для выделения семян (рис. 2.1.).

A-A т / г

Рис. 2.1. Установка для выделения семян, преимущественно из плодов тыквы: 1 — рама; 2-редуктор; 3-загрузочный бункер; 4-дисковый нож; 5 — направляющее приспособление; 6 - прутковый транспортер; 7 — прижимной транспортер; 8 —копирующий ролик; 9-щелевая насадка; 10-трубопровод; 11-лоток; 12 —поддон для сбора семян; 13-клапан управления расходом воды; 14-рычаг управления.

РОССИЙСКАЯ, , ГОСУДАРСТВЕННАЯ

41 J БИБЛИОТЕКА

Машина состоит из фиксирующего механизма, установленного на раме 1 и выполненного в виде двух установленных один над другим транспортеров: нижнего пруткового транспортера 6 и верхнего прижимного транспортера 7. Лента транспортера 7 подпружинена за счет копирующих роликов 8. Под рабочей ветвью транспортера 6 установлен узел подачи воды, содержащий две щелевые насадки 9. Для удобства регулирования расхода воды каждая насадка обрабатывает половину транспортера 6. В каждом трубопроводе 10 подачи воды установлен клапан 13 управления расходом воды, который соединен системой рычагов 14 с копирующим роликом 8 транспортера 7. Для отвода и сбора семян установлен лоток 11 и поддон 12. Плоды на половинки разрезаются дисковым ножом 4 с направляющим приспособлением 5. Привод узлов выделителя осуществляется через редуктор 2 электродвигателем или от ВОМ трактора.

Выделитель семян работает следующим образом.

Плоды, предназначенные для переработки, подаются в загрузочный бункер 3 либо вручную, либо транспортером. Далее они разрезаются ножом 4 на две половинки. Направляющее приспособление 5 ориентирует половинки плодов плоскостью разреза вниз и укладывает их на нижний транспортер 6. Как частный случай половинки плодов могут получаться асимметричными. Это приводит к тому, что на нижнем транспортере 6 будут перемещаться разновеликие половинки плодов.

Бесконечная лента верхнего транспортера 7 под воздействием роликов поджимает половинки плодов, копируя их поверхность. Такая конструкция позволяет фиксировать на нижнем транспортере 6 сразу несколько половинок независимо от их формы и размеров. Рабочие ветви верхнего и нижнего транспортеров 7 и 6 движутся в одном направлении. Этим обеспечивается надежная фиксация половинок и предотвращается их скопление перед транспортерами.

Под рабочей ветвью транспортера 6 установлены две щелевые насадки 9, к которым насосной установкой по трубопроводам 10 подается

42 под давлением вода. Если на транспортере 6 нет половинок плодов, то клапаны 13 управления расходом воды перекрывают подачу воды к щелевым насадкам 9. При движении каждой половинки по транспортеру 6 копирующий ролик 8, поднимаясь или опускаясь, через систему рычагов 14 открывает или прикрывает клапан управления 13 на соответствующую величину, чем обеспечивается требуемая подача воды. Количество воды, поступающей в половинку, должно быть таким, чтобы не происходило снижения скорости вымывающей струи при выделении семян.

При одновременной обработке половинок разного размера большая половинка поднимает копирующий ролик 8 выше и через систему рычагов управления 14, воздействуя на шток клапана 13 управления расходом воды, увеличивает его проходное сечение. За счет этого увеличивается расход воды только в той насадке, которая выделяет семена из половинки плода, имеющей более крупный размер.

Каждая из насадок 9 формирует плоскую струю, равную половине ширины нижнего транспортера 6. Вода, проходя через рабочую ветвь, взаимодействует с плацентой плода и вымывает семена из нее только в той половине плода, под которой она расположена.

Отделённые семена вместе с водой стекают по лотку 11 в поддон 12 и отводятся для окончательной доработки и сушки. Половинки плодов без семян транспортером 6 подаются в бункер-накопитель для дальнейшего использования.

Применение данной машины позволяет выделить семена из плодов тыквы любой формы и размеров без ударных воздействий и повреждений семян. Ценная мякоть плода сохраняется для дальнейшей переработки на продовольственные цели или корм сельскохозяйственным животным. 2.2. Теоретические основы гидравлических струй

Выделение семян из плодов бахчевых культур, по разработанной нами технологической схеме, происходит в результате воздействия на них струи воды, выходящей под давлением из насадки. Однако чтобы определить

43 основные параметры выделителя, обуславливающие возможность отрыва семян от мякоти семенного мешка, необходимо подробно изучить теоретические основы гидравлических струи и их взаимодействие с материалами.

2.2.1. Кинематическая структура гидравлических струй

Конструкция выделителя семян из плодов бахчевых культур предполагает использование свободных турбулентных струй, то есть не ограниченных твердыми стенками, как наиболее часто встречающиеся.

Различают затопленные и незатопленные свободные струи.

К затопленным относятся струи, движущиеся в жидкости, свойства которой однородны со струей, или в пространстве, занятом другой жидкостью. Незатопленная жидкая струя движется в газовом пространстве, например в воздухе.

Поскольку ламинарные струи характеризуются малыми скоростями, то их применение для выделения семян не представляет интереса.

Соответствующие исследования [100] показывают, что в общем случае незатопленная свободная турбулентная струя может быть разбита на три характерные части: компактную, частично раздробленную и распыленную

Рис. 2.2, Схема незатопленной свободной струи.

Компактная часть струи сохраняет её форму, причем сплошность движения жидкости оказывается ненарушенной. В пределах частично раздробленной части струи сплошность потока нарушается, причем струя постепенно расширяется. В пределах распыленной части струи происходит окончательный распад потока на отдельные капли.

Это происходит потому, что при полете струи на нее действуют сила тяжести, сопротивления воздуха и силы внутри струи, связанные с турбулентностью и колебательно-волновым движением в струе [16]. Результатом совместного действия этих сил является подтормаживание поверхности струи, которое приводит к её расширению. Далее подтормаживающий эффект распространяется внутрь струи и разбивает её на отдельные капли. В пределах компактной части скорости по сечению струи почти одинаковые, но на некотором расстоянии L область одинаковых скоростей («ядро» струи) вырождается, и струя становится занятой пограничным слоем с типичным для однородного потока распределением скоростей. Участок длинной L называется начальным. Длина этого участка определена Миловичем А.Я. [106] и равна: L = bd₀, (2.1.) где: d₀- диаметр выходного отверстия, м;

Ъ - постоянная величина.

В практике предъявляют различные требования к струям, в зависимости от их назначения. Например, струя, применяемая для размыва грунта (гидромониторная струя), которая по назначению наиболее подходящая для процесса выделения семян, должна иметь: сильно развитую компактную часть, обладать необходимой мощностью и не распадаться на возможно большем расстоянии от насадки.

По экспериментальным данным Гавырина М.П. [91] участок компактной струи гидромонитора с мощностью, необходимой для разработки грунтов, заканчивается от выходного сечения гидромонитора на расстоянии L: L = 0,415^a//V₀, (2.2.) где: а —угол наклона оси ствола гидромонитора к горизонту, град; //— напор на выходе из насадки, м; d₀ - диаметр выходного отверстия насадки, мм.

45 Формула (2.2.) справедлива для условий: dg=5..,50 мм; //=10...80 м; о=5...32.

С целью получения наиболее развитой компактной части применяют конические сходящиеся насадки с углом конусности 0 - 13... 14. При таком значении угла конусности 0 сжатие струи є = 0,98 близко к единице, а значит площадь струи т_с будет примерно равна площади поперечного сечения насадки (о_н. Следовательно для практических расчетов сжатием струи, а также потерями на расширение можно пренебречь.

2.2.2. Высота и дальность полета струи

Высота струи Н_с, выходящая из насадки вертикально вверх (рис. 2.3.), в идеальных условиях, то есть при отсутствии потерь напора в насадке и отсутствии сопротивления воздуха была бы равна: (2.3.) где: о -скорость струи в выходном сечении насадки, м/с. В этом случае высота струи численно равна напору на выходе из насадки //: (2.4.)

Рис. 2.3. Схема определения высоты струи.

46 В действительности высота полета струи будет меньше, чем напор // на выходе из насадки:

Коэффициент *//, входящий в формулу (2.5.), определяется по эмпирической формуле [91]:

0,00025 ф ₌ г (2.6.) d₀ + 1000^³ где: d₀ - диаметр выходного отверстия насадки, м. Высота компактной части будет ещё меньше:

Я_=/?Я_я, (2.7.) где: р - коэффициент, равный 0,3.. ,0,35.

2.2.3. Структура затопленной свободной струи

Структура затопленной струи представлена на рис. 2.4. Начало струи совпадает с выходным сечением насадки. Это выходное сечение называют начальным сечением струи. На протяжении от начального сечения до переходного имеется ядро струи или ядро постоянных скоростей, где скорости по длине потока считаются постоянными. Во всех точках этой * области скорости можно считать одинаковыми и равными и_в. Ядро ограничено с боков практически прямыми линиями. Эти прямые линии отделяют ядро от окружающего турбулентного струйного пограничного слоя. В переходном сечении, где заканчивается «размыв» ядра постоянных скоростей, обе части струйного пограничного слоя сливаются, а скорость вдоль оси потока падает.

Участок струи между выходным и переходным сечениями называется начальным участком струи. Остальная часть струи, расположенная за переходным сечением, называется основным участком.

Внешние границы струйного потока очерчены прямыми линиями, проходящими через кромки насадки. Точка «О» пересечения этих линий называется полюсом струи. Давление по длине струи сохраняется

47 постоянным и равным давлению в окружающем пространстве. Количество движения струи по длине также не изменяется. . Начйпьте Переходное ОстВиоН* ущшк сечете сеченце

Рис. 2.4. Структура затопленной струи. Практический интерес представляют следующие величины, определяющие изучаемую струю.

Расстояние от начального сечения до полюса струи: (2.8.) где: Ьо — половина толщины начального (выходного) сечения струи, м; а - экспериментальный коэффициент структуры, характеризующий влияние турбулентности струй на ее расширение и для плоской струи равный 0,09...0,12.

Длина начального участка;

1..= к (2.9.)

Тангенс угла, равного половине угла расширения струи: (&/?„= 2,4а (2.10.)

Половина толщины струи на расстоянии д: от начального сечения: ( ax ^ 2,4-+1 \ К } b₀, (2.11.) где: x— координата вдоль оси X, м. Скорость на оси основного участка струи:

1,2 „_ где: и₀~ скорость на начальном участке струи, м/с. 2.2.4. Динамические свойства струи

Струя оказывает динамическое воздействие на преграду, находящуюся на ее пути [98]. Особенно это воздействие велико, если преграда расположена на участке компактной струи.

Рассмотрим воздействие компактной части струи на неподвижную твердую преграду (рис. 2.5.).

Рис. 2.5. Схема взаимодействия струи с твердой преградой.

Вытекающая из насадки плоская струя со скоростью Vo и шириной bo, встречая на своем пути твердую преграду А В, растекается по ее поверхности в двух направлениях под углами щ и а^ к оси струи. При этом преграда испытывает воздействие силы активного давления струи Р, которое вызывает появление силы реакции R, равной по величине силе активного давления и действующей в противоположном направлении. Сила реакции преграды R направлена под углом/Ї к оси S-S. Обозначим массу жидкости, протекающей

49 через сечение основной струи за 1 сек, и среднюю скорость струи соответственно через т и v, а аналогичные массы и скорости в растекающихся струях через /и/, т₂ и v_h «j.

Применяя теорему о количестве движения к объему жидкости, получим силу реакции при косом ударе струи жидкости о плоскую неподвижную преграду: р = ^тУ~^тР\Cosа_} -m₂u₂Cosа₂

При гладкой симметричной сферической (шаровой) поверхности преграды и радиальном направлении струи (рис. 2.6.) гидравлические сопротивления в области удара струи практически пренебрежимы, поэтому можно принять скорости основной струи о и растекающихся струй vj и v₂ равными, т. е. У/ = 02 = t>. Также будут равны углы наклона a_t и а_2> а угол (І будет равен нулю. Количество движения растекающейся жидкости в обоих направлениях движения струй будет также одинаковым, т. е. т_} v_t = п%2 у> Следовательно, W/ = Ш2 и т = 2т_{.

тг

Рис. 2.6. Схема удара струи о гладкую сферическую стенку. Подставляя эти значения в равенство (2.13.) и заменяя т через ptov, получим: R=P=pcov²(J - Cos а), (2Л4.) где: р - плотность воды, кг/м ; О) — площадь поперечного сечения струи, м²;

50 V — скорость струи, м/с.

Из данного выражения видно, что сила реакции R представляет собой функцию угла растекания а. В частном случае, например, при ударе о плоскую, перпендикулярную струе симметричную преграду (рис. 2.7.) угол а = 90, а сила реакции будет равна: R=P=pwD² (2.15.)

Рис. 2.7. Схема прямого удара струи.

Из полученной расчетной формулы (2.14.) видно, что величина силы реакции R в первую очередь зависит от скорости вытекающей струи о и в меньшей степени от площади поперечного сечения струи со и угла а. 2.2.5. Взаимодействие струи с различными материалами

Процесс выделения семян из плодов бахчевых культур по многим своим параметрам подобен процессу размыва грунтов гидромониторными струями.

При взаимодействии струи с грунтом происходит местный размыв и образуется воронка местного размыва, которая развивается в течение некоторого времени, а затем наступает стабилизация процесса размыва.

Но даже в стабилизовавшейся области размыва отдельные частицы находятся в движении. Эти частицы могут иногда попадать в поступательно перемещающийся транзитный поток и уноситься вниз по течению.

Многочисленными экспериментами [105,111] установлено, что после попадания в воду струя растекается в толще водного потока. Движение этой

51 струи происходит не в безграничной жидкости, а в относительно небольшой зоне размыва, границы которой представляют собой шероховатые поверхности.

При полете струи средняя часть "обгоняет" крайние части. Первоначальная прямоугольная форма струи шириной Ь# изменяется. Но если рассматривать только среднюю часть струи, то форму поперечного сечения этой части можно принять за прямоугольную.

Вымывающая струя в толще воды разбивается на два участка (рис. 2.8.): первый -растекание струи до сечения 1-І, где начинается поворот струи, и второй - движение струи вдоль откоса до выхода.

На первом участке поперечный размер струи (толщина струи), измеряемый по нормали к оси струи, линейно увеличивается согласно эмпирической зависимости, предложенной Михалевым М.А. [106] для размыва грунтов;

Л*= h„+0,43x, (2.16.) где: кдх ~ толщина струи на входе, м; X - координата вдоль оси струи на первом участке, м.

Максимальная скорость на оси первого участка изменяется следующим образом [106]: и ----- ^шах X X ' (2 17 Ї

0,9 + 0,09^- + 0,12^- ^U *' ^{К к} где: JC/ - координата вдоль оси струи от свободной поверхности до линии неразмытого дна, м;

Х2 - координата вдоль оси струи от линии неразмытого дна до места максимального размыва, м.

Согласно (2.17.) гашение скоростей в яме размыва происходит более интенсивно, чем в пределах глубины русла.

52 Второй участок — полуограниченное течение вдоль шероховатой поверхности. В начале второго участка перестраиваются поля скоростей - от эпюры, описываемой универсальной формулой Г. Шлихтинга, к эпюре, свойственной полуограниченному течению вдоль плоской шероховатой поверхности.

Рис. 2.8. Схема местного размыва. Максимальная скорость на оси второго участка изменяется по формуле [106]: (2.18.)

0,9 + 0,4 f K^hrJ где: у — координата вдоль оси восходящей струи от точки поворота, м.

Возможность совместного использования приведенных выше независимых решений для первого и второго участков растекания струи выполняется в сечении 1-І с помощью фиктивного потока. Для удобства расчетов рассмотрим фиктивное сопло с прямоугольным профилем скорости на срезе. Величину скорости на срезе примем равной максимальной (осевой) скорости и_тах , полученной для первого участка. Высоту фиктивного сопла найдем из условия равенства действительного расхода прямого тока в сечении 1-І расходу фиктивного течения. При этом воспользуемся соотношением, связывающим среднюю по расходу скорость с максимальной. Для плоской струи на основном участке эта связь имеет вид [20]: и JM")^ 0316 ^- = \ = ^^ = 0,7 (2.19.) ^{"« fcl-f'Jdi '45}

Действительный расход прямого тока жидкости в сечении 1-1 состоит из расхода нижней половины струи, равного половине транзитного расхода, и расхода верхней половины струи. Толщину верхней части области прямых токов в сечении 1-1 найдем из выражения: (2.20.) \-т_а где: т_в - коэффициент, определяемый экспериментальным путем.

Расстояние х₀, на которое удален срез сопла, равно длине начального участка полуограниченного течения.

Рассмотренные выше зависимости (2.16. - 2.20.) дают возможность описать движение струи на всем протяжении от входа в воронку местного размыва до выхода из неё.

2.3. Процесс выделения семян из половинок плодов

Рассматривая рабочий процесс выделения семян из плодов бахчевых культур в первую очередь необходимо учитывать, что в отличие от арбузов плоды тыквы имеют сплюснутую форму. Следовательно, при свободной подаче их из бункера, они всегда ориентируются на поверхности лотка своим плоским основанием.

В этом случае продольная ось плода, проходящая через плодоножку и цветоложе, совпадает с плоскостью вращения дискового ножа, расположенного перпендикулярно лотку. Ось семенного мешка также проходит от плодоножки к цветоложу [23], поэтому нож при разрезании плода может пройти между семенными мешками, оставив их неповрежденными.

Рассмотрим этот случай более подробно.

54 Согласно технологическому процессу половинки плодов при выделении семян должны быть расположены плоскостью разреза 0-0 вниз, а вымывающая струя воздействовать непосредственно на семена. Однако, из-за того что семенной мешок при разрезании остался неповрежденным, вымывающая струя будет воздействовать только на его боковую стенку АВ. Под воздействием вымывающей струи в стенке семенного мешка возникает напряжение G_ctm равное: - = ^> (2-21.) где; Р_ст - сила активного действия струи, Н; (о_с - площадь поперечного сечения струи, м².

В результате того, что мякоть семенного мешка представляет собой эластичный твердообразный материал, а усилие деформации семенного мешка Рд_Єф меньше чем усилие активного действия струи Р_ст, семенной мешок подвергается пластической деформации в направлении воздействия струи. При этом форма семенного мешка изменяется (рис. 2.9.а) и вторая его сторона ВС, которая не взаимодействует с вымывающей струей, прижимается к мякоти плода.

После деформации семенного мешка усилие Р^_еф возрастает и в этом случае семенной мешок представляет собой упругое тело, в которое должна внедриться вымывающая струя для выделения из него семян.

Для этого необходимо, чтобы усилие активного действия струи Р_ст было больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Р_ен.

При выполнении этого условия, вода, поступающая под давлением из насадки, прорывает боковую стенку АВ семенного мешка (рис. 2.9,6) и поступает внутрь него.

Далее происходит процесс заполнения семенного мешка, который заключается в том, что вода, поступающая в семенной мешок, проходит между перегородкой ВД и задней частью семян, так как именно в этом месте связь семян с мякотью семенного мешка наиболее слабая. Это объясняется

_Q)

Рис. 2.9. Процесс выделения семян при разрезании плодов вдоль оси плода: а) деформация семенного мешка; б) внедрение струи в семенной мешок; в) отрыв боковой стенки семенного мешка.

56 тем, что носики семян прикреплены семенными канатиками к. стенке АВ семенного мешка и при его деформации между задней частью семян и перегородкой ВД образуется канал, в который устремляется вода.

Заполнив весь объем семенного мешка V_Mt вода отрывает боковую стенку АВ вместе с семенами, сохраняя связь только в точке В, так как в этой точке проходят более прочные питающие сосуды (рис. 2.9.в).

В результате разрыва семенного мешка вымывающая струя воздействует непосредственно на семена и семенные канатики, которые их удерживают. В том случае, если усилие активного действия струи Р_ст превышает усилие разрыва семенного канатика Р_рк> то семена отрываются и уносятся потоком воды в поддон.

Процесс выделения семян происходит только в одной половине семенного мешка, так как он разделен плотной перегородкой ВД на две половины, которая ограничивает дальнейшее внедрение вымывающей струи во вторую половину семенного мешка. При условии, что усилие разрыва перегородки Р_рп больше чем усилие струи Рспг* выделение семян из второй половины семенного мешка не происходит.

Для выделения семян из второй половины семенного мешка необходимо большее усилие струи Р_ст>> которое прорвет плотную перегородку ВД. Однако, из-за того, что усилие разрыва перегородки Р_р„ самое максимальное из прочностных характеристик семенного мешка, вымывающая струя полностью отрывает вторую половину семенного мешка от мякоти плода, практически не выделяя из неё семена.

Рассмотрим второй случай разрезания плодов на половинки, при котором продольная ось плода располагается перпендикулярно дисковому ножу. В этом случае дисковый нож разрезает пополам все семенные мешки, находящиеся в полости плода (рис. 2.10.). Повреждение семян при этом минимальное, так как нож проходит между слоями семян. Попавшие в плоскость разреза семена вдавливаются ножом в мякоть семенного мешка.

-..

Рис. 2.10. Поперечный разрез плода тыквы.

,'^:>

Рис. 2.11. Продольный разрез плода тыквы.

Вымывающая струя уже на начальном этапе воздействует на семена, находящиеся в обеих семенных камерах в плоскости разреза 0-0.

Далее необходимо чтобы вымывающая струя внедрилась в мякоть семенного мешка (рис. 2.12.а). Процесс внедрения выполняется при соблюдении следующего условия: усилие вымывающей струи Р_ст должно быть больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Р_вн. Усилие разрыва перегородки Р_рп при этом не учитывается, так как струя действует вдоль обеих сторон перегородки БД, что положительно влияет на полноту отделения семян.

По мере внедрения струи в мякоть семенного мешка он заполняется водой. В тот момент, когда объем подаваемой воды V_e превысит объем семенного мешка Ум, вода, за счет статического давления, разрывает семенной мешок и выталкивает семена через его разрывы (рис. 2.12.6.). В этом случае семена удерживаются только семенными канатиками и могут свободно ориентироваться в потоке воды, также выходящей через разрывы семенного мешка. В результате этого они занимают положение наименьшего сопротивления, что учитывается при рассмотрении отрыва семян.

Отрыв семян от семенных канатиков происходит в случае превышения усилия вымывающей струи Р_ст над усилием разрыва семенного канатика Р_рк. При этом напряжение разрыва канатика определяется из следующей формулы; ^а" ⁼ *^s^' ⁽²'²² где: S_M - миделево сечение семян, м ; S_K— поперечное сечение канатика, м²; fl - коэффициент. В результате такого воздействия семенные канатики разрываются, а выделенные семена транспортируются потоком воды в поддон выделителя семян (рис. 2.12.6.).

Рис. 2.12. Процесс выделения семян при разрезании плодов поперек продольной оси: а) внедрение вымывающей струи в мякоть семенного мешка; б) разрыв семенного мешка; в) отрыв семян от семенных канатиков.

60 2.4. Обоснование основных параметров выделителя семян

Для исследования работы, разработанного нами выделителя семян из плодов бахчевых культур, необходимо определить его основные параметры, наиболее существенно влияющие на процесс выделения семян из плодов.

В общем случае все рассматриваемые факторы подразделяются на следующие три группы: а) контролируемые и регулируемые в ходе эксперимента; б) контролируемые, но нерегулируемые в ходе эксперимента; в) возмущающие воздействия.

Исходя из конкретных задач исследования, поставленных в главе 1, нами было определено, что наибольшее влияние на процесс выделения семян оказывают конструктивные параметры выделителя, а также условия и режим его работы. Эти параметры и были включены нами в первую группу факторов (контролируемых и регулируемых).

Ко второй группе факторов (контролируемых, но нерегулируемых) мы отнесли влажность перерабатываемых плодов или время, прошедшее с момента уборки, так как при послеуборочном хранении (дозаривании) плодов происходит накопление сухих веществ и уменьшение влажности, что приводит к изменению физико-механических свойств мякоти плодов.

В третью группу факторов (возмущающие воздействия) вошли отклонения значений факторов в процессе проведения эксперимента, которые формируют систематические ошибки измерения. Для их нейтрализации нами применялся метод рандомизации порядка проведения опыта.

В качестве параметра оптимизации (оценочного фактора) обычно принимают динамические, энергетические, технологические и технико-экономические показатели. Для оценки эффективности работы выделителя нами была принята полнота отделения семян, выраженная в процентах.

Кроме перечисленных параметров, на качество выделения семян могут оказывать влияние и другие параметры, но они в данном исследовании не изучались и их значения принимались конструктивно.

2.4.1. Конструктивные параметры транспортера плодов

Из условия выполнения заданной технологической функции с требуемой производительностью и соблюдением агротехнических требований нами рассматривались конструктивные (геометрические) параметры пруткового транспортера, а также параметры, непосредственно влияющие на процесс выделения семян из плодов.

Рассмотрим конструктивные параметры выделителя семян из плодов бахчевых культур, который представлен на рис. 2.1.

При расчете конструктивных параметров необходимо принимать во внимание самые неблагоприятные условия. Из этого следует, что при определении геометрических размеров пруткового транспортера нужно учитывать максимальный диаметр плода Д*.

Технологическая схема работы выделителя предполагает, что половинки плодов, после разрезания дисковым ножом, будут обрабатываться одновременно, а значит, ширина пруткового транспортера в_тр определится из выражения: тр *LJ_max yZ.Zj.)

Исходя из той же технологической схемы, вдоль направления движения транспортера первый плод подготавливается к обработке, второй находится на обработке, а третий, уже без семян, направляется в бункер-накопитель, следовательно, длина пруткового транспортера 1_тр определится из выражения: L_P>3D_max (2.24.)

Для надежной фиксации плодов на прутковом транспортере необходимо, чтобы половинка плода, при выделении семян, опиралась на транспортер в двух точках, а значит расстояние между прутками транспортера 1_пр равно:

1пр < D_max (2.25.)

Диаметр прутков d„_p принимаем в соответствии с прочностными расчетами равным 12...14 мм.

62 2.4.2. Определение скорости транспортера плодов

Скорость транспортера плодов должна быть такой, чтобы струя за время движения половинки плода над насадкой успевала выделить семена из всего семенного мешка, следовательно, скорость воды в выходном сечении насадки должна быть: іТчг>> ⁽²-²⁶-^} где: (1- — потери напора струи при внедрении в мякоть

Расход воды должен быть таким, чтобы обеспечить заполнение максимального сечения половинки плода струей воды толщиной Ь_сті то есть мы можем записать: Q^VmpFw (2.27.) где: F_max — максимальная площадь поперечного сечения половинки плода, равная F_max =я„/8;

Ьщ,- скорость транспортера плодов, равная и_тр = b_cmjt_M , где: t_m — время внедрения струи в мякоть. Тогда выражение (2.27.) примет вид: Q = ^Ьст *^т (2.28)

Учитывая, что скорость струи можно определить О = Q/CO, а также подставляя формулы (2.26.) и (2.28.), получим выражение для определения времени внедрения струи в мякоть t_m\ L^J^l f\ (2.29.)

Отсюда скорость транспортера, необходимая для выделения семян, должна быть равна:

63 2.4.3. Расчет оптимального давления вымывающей струи

Для определения давления вымывающей струи, при котором происходит выделение семян, необходимо рассмотреть динамические свойства струи. Выделение семян возможно, если сила активного давления струи Р_ст будет больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Рем, так как это самое максимальное усилие из прочностных характеристик плода:

Рст>Р«„ (2-31.)

Технологии и линии для переработки плодов бахчевых культур

В связи с широкой областью применения продуктов переработки плодов бахчевых культур различают три основных направления переработки плодов: на технические цели, на семенной материал и комплексная переработка. Каждое из этих направлений подразделяется на ряд операций (мойка плодов, очистка от коры, выделение семян, разделение на фракции), но наиболее сложной и трудоемкой операцией из этого ряда является выделение семян. Хозяйства, специализирующиеся на бахчеводстве, используют для выполнения этой операции семявыделительные линии, при больших объемах перерабатываемой продукции, или отдельные выделители, выпускаемые промышленностью. Выделители позволяют механизировать только процесс отделения семян, поэтому они применяются, в основном, при переработке плодов на технические цели. Семявыделительные линии предполагают комплексную переработку плодов, так как позволяют практически полностью механизировать все операции от загрузки плодов до утилизации сока и корки.

Но для их эффективной работы, необходимо перерабатывать большое количество плодов (около 70„Л00т в смену), что возможно только в специализированных семеноводческих хозяйствах. Линия ЛСБ-20 (рис. 1.2.) предназначена для выделения, отмывки, сушки и шлифовки семян тыквенных культур. Технологический процесс её работы заключается в следующем. Плоды бахчевых культур доставляются с поля и загружаются с эстакады в ванну приемного бункера 2, предварительно заполненную водой. С помощью потока воды, создаваемого насосом 19 и выгрузного транспортера плоды подаются в выделитель семян 3, где они дробятся. Дробленая масса поступает на решета грохотов. Семена, мелкая корка и мезга проходят через отверстия решет на поддоны и вместе с водой поступают в сборник 4. Крупная корка .по решетам сходит в желоб со шнеками 5. Шнеки направляют корку на скребковый транспортер 6, который перемещает их в бункер 7 отходов. Из сборника 4 семена с мезгой и водой фекальным насосом 8 перекачиваются в протирочную машину 9. Здесь они сначала поступают в верхний протирочный барабан, а затем в нижний. Мелкая корка и мезга проходят сквозь сита барабанов и удаляются вместе с водой в канализацию.

Семена с оставшимися примесями из второго протирочного барабана подаются на скребковый транспортер 10, который направляет их в машину для отмывки семян 12. В нижний отсек её ванны подается воздух от компрессора 11, способствующий удалению мезги, прилипшей к семенам кожуры и мелких корок. Далее семена увлекаются водой по лотку в циклоны машины для отмывки семян 12. Здесь вода подается по касательной к цилиндрической поверхности циклона, закручивая столб воды в нем. Семена, у которых плотность больше 1 г/см , оседают на дно циклона и шнеком выносятся в однобарабанную протирочную машину 14. Примеси вместе с водой по трубопроводу отводятся в канализацию. Если семена имеют плотность меньше 1 г/см (тыква, кабачок), то в циклоне на дно оседает мелкая корка, которая шнеком удаляется в канализацию, а семена попадают в протирочную машину.

В случае, когда часть семян плавает, а часть тонет, оба потока из циклона повторно направляются в протирочную машину. Из нее отжатые семена подаются на реверсный транспортер сушилки 18, который направляет их в один из бункеров-накопителей сушилки 17. После его заполнения направление движения ленты транспортера изменяется, и семена подаются в другой бункер. Из бункеров семена высыпаются на сетчатое дно сушильных лотков и разравниваются. После сушки семена путем подъема лотка высыпаются в бункер сухих семян, далее скребковым транспортерам подаются на шлифовку в машину 15. После чего семена очищаются от осадков примесей на семяочистительной машине 16 и затаривают в мешки. Производительность линии ЛСБ-20 (по плодам) при выделении семян: арбуза -21,..25 т/ч, огурца - до 10 т/ч, тыквы - до 15 т/ч.

Недостатком данной линии можно считать то, что для её размещения нужно отвести довольно большую площадь на местности. Она имеет большой расход электричества и воды на переработку 1 т плодов. Возникает необходимость утилизации очень большого количества сока, что требует постройки специальных прудов-отстойников. Велики невозвратимые потери семян при отделении. Все это резко увеличивает себестоимость продукции, получаемой на линии ЛСБ-20.

Линия ЛВС-30 также предназначена для выделения семян из плодов бахчевых культур (рис.1.3.). Она работает следующим образом. Плоды самосвальными транспортерными средствами подаются в ванну 2. Мотовило 1, вращаясь, продвигает плоды к транспортеру 4, который подает их в дробилку 5. Измельченная масса проходит по решетам грохота 7, промываясь водой из душевого устройства 6. Семена выделяются из массы и, пройдя через отверстия решет, собираются в поддоне 8, откуда фекальным насосом подаются в протирку 17. В протирках 17 и 15, а также в гидроциклоне машины для отмывки семян 18 технологический процесс протекает так же, как и в аналогичных машинах линии ЛСБ-20. Промытые и отжатые в протирках семена подаются в транспортное средства, которое перевозит их к напольной сушилке.

Процесс выделения семян из половинок плодов

Рассматривая рабочий процесс выделения семян из плодов бахчевых культур в первую очередь необходимо учитывать, что в отличие от арбузов плоды тыквы имеют сплюснутую форму. Следовательно, при свободной подаче их из бункера, они всегда ориентируются на поверхности лотка своим плоским основанием.

В этом случае продольная ось плода, проходящая через плодоножку и цветоложе, совпадает с плоскостью вращения дискового ножа, расположенного перпендикулярно лотку. Ось семенного мешка также проходит от плодоножки к цветоложу [23], поэтому нож при разрезании плода может пройти между семенными мешками, оставив их неповрежденными.

Рассмотрим этот случай более подробно. Согласно технологическому процессу половинки плодов при выделении семян должны быть расположены плоскостью разреза 0-0 вниз, а вымывающая струя воздействовать непосредственно на семена. Однако, из-за того что семенной мешок при разрезании остался неповрежденным, вымывающая струя будет воздействовать только на его боковую стенку АВ. Под воздействием вымывающей струи в стенке семенного мешка возникает напряжение Gctm равное:

В результате того, что мякоть семенного мешка представляет собой эластичный твердообразный материал, а усилие деформации семенного мешка РдЄф меньше чем усилие активного действия струи Рст, семенной мешок подвергается пластической деформации в направлении воздействия струи. При этом форма семенного мешка изменяется (рис. 2.9.а) и вторая его сторона ВС, которая не взаимодействует с вымывающей струей, прижимается к мякоти плода. После деформации семенного мешка усилие Р еф возрастает и в этом случае семенной мешок представляет собой упругое тело, в которое должна внедриться вымывающая струя для выделения из него семян. Для этого необходимо, чтобы усилие активного действия струи Рст было больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Рен. При выполнении этого условия, вода, поступающая под давлением из насадки, прорывает боковую стенку АВ семенного мешка (рис. 2.9,6) и поступает внутрь него. Далее происходит процесс заполнения семенного мешка, который заключается в том, что вода, поступающая в семенной мешок, проходит между перегородкой ВД и задней частью семян, так как именно в этом месте связь семян с мякотью семенного мешка наиболее слабая. Это объясняется тем, что носики семян прикреплены семенными канатиками к. стенке АВ семенного мешка и при его деформации между задней частью семян и перегородкой ВД образуется канал, в который устремляется вода.

Заполнив весь объем семенного мешка VMt вода отрывает боковую стенку АВ вместе с семенами, сохраняя связь только в точке В, так как в этой точке проходят более прочные питающие сосуды (рис. 2.9.в).

В результате разрыва семенного мешка вымывающая струя воздействует непосредственно на семена и семенные канатики, которые их удерживают. В том случае, если усилие активного действия струи Рст превышает усилие разрыва семенного канатика Ррк то семена отрываются и уносятся потоком воды в поддон.

Процесс выделения семян происходит только в одной половине семенного мешка, так как он разделен плотной перегородкой ВД на две половины, которая ограничивает дальнейшее внедрение вымывающей струи во вторую половину семенного мешка. При условии, что усилие разрыва перегородки Ррп больше чем усилие струи Рспг выделение семян из второй половины семенного мешка не происходит.

Для выделения семян из второй половины семенного мешка необходимо большее усилие струи Рст которое прорвет плотную перегородку ВД. Однако, из-за того, что усилие разрыва перегородки Рр„ самое максимальное из прочностных характеристик семенного мешка, вымывающая струя полностью отрывает вторую половину семенного мешка от мякоти плода, практически не выделяя из неё семена.

Рассмотрим второй случай разрезания плодов на половинки, при котором продольная ось плода располагается перпендикулярно дисковому ножу. В этом случае дисковый нож разрезает пополам все семенные мешки, находящиеся в полости плода (рис. 2.10.). Повреждение семян при этом минимальное, так как нож проходит между слоями семян. Попавшие в плоскость разреза семена вдавливаются ножом в мякоть семенного мешка. Вымывающая струя уже на начальном этапе воздействует на семена, находящиеся в обеих семенных камерах в плоскости разреза 0-0.

Далее необходимо чтобы вымывающая струя внедрилась в мякоть семенного мешка (рис. 2.12.а). Процесс внедрения выполняется при соблюдении следующего условия: усилие вымывающей струи Рст должно быть больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Рвн. Усилие разрыва перегородки Ррп при этом не учитывается, так как струя действует вдоль обеих сторон перегородки БД, что положительно влияет на полноту отделения семян.

По мере внедрения струи в мякоть семенного мешка он заполняется водой. В тот момент, когда объем подаваемой воды Ve превысит объем семенного мешка Ум, вода, за счет статического давления, разрывает семенной мешок и выталкивает семена через его разрывы (рис. 2.12.6.). В этом случае семена удерживаются только семенными канатиками и могут свободно ориентироваться в потоке воды, также выходящей через разрывы семенного мешка. В результате этого они занимают положение наименьшего сопротивления, что учитывается при рассмотрении отрыва семян.

Отрыв семян от семенных канатиков происходит в случае превышения усилия вымывающей струи Рст над усилием разрыва семенного канатика Ррк. При этом напряжение разрыва канатика определяется из следующей формулы; где: SM - миделево сечение семян, м ; SK— поперечное сечение канатика, м2; fl - коэффициент. В результате такого воздействия семенные канатики разрываются, а выделенные семена транспортируются потоком воды в поддон выделителя семян (рис. 2.12.6.).

Методика оптимального планирования эксперимента

Для управления процессом выделения семян из плодов тыквы и его корректировки необходимо знание оптимальных значений параметров, влияющих на качество работы выделителя. Это качество оценивается процентом выделенных семян, при наиболее оптимальных параметрах работы выделителя. Получение оптимальных значений возможно с помощью регрессионной математической модели второго порядка, которая является уравнением, связывающим параметр оптимизации с изучаемыми факторами. Для упрощения задачи вычислительных процедур используется так называемый активный эксперимент.

В активном плане каждый фактор имеет несколько возможных величин или уровней, что существенно упрощает построение эксперимента. Каждому сочетанию уровней исследуемых факторовсоответствует одно из возможных состояний исследуемого объекта. Совокупность всех возможных сочетаний факторов определяет число опытов.

Особое внимание следует обращать на правильность подбора факторов. Фактор - это независимая переменная, влияющая на параметр оптимизации. Каждый фактор характеризуется: областью определения, управляемостью и однозначностью. Область определения - это совокупность всех значений, которые может принимать фактор. Управляемость - это установление нужного значения фактора и поддержание его постоянным в течение всего опыта. Однозначность заключается в том; что бы фактор непосредственно воздействовал на объект, а не был функцией двух переменных [59].

Планирование эксперимента заключается в выборе такой стратегии проведения опыта, которая позволяет принимать обоснованные решения после каждой серии опытов. Оно позволяет определить заранее схему пошагового процесса проведения эксперимента, включить в него минимальное число опытов при одновременном варьировании всеми факторами без снижения количества и качества полученной информации. Наибольший интерес представляют методы планирования экстремального эксперимента. Решение экстремальной задачи предусматривает получение функции отклика и нахождение оптимальных условий протекания технологического процесса. В общем виде функция отклика, являющаяся параметром оптимизации ц, может быть представлена выражением:

Таким образом, целью эксперимента является определение численных значений коэффициентов уравнения регрессии (3.8.), а для определения оптимальных условий протекания процесса находят значения факторов Х\, Х2,..., Хк соответствующих экстремуму функции (3.8.).

Для проведения активного эксперимента с целью оптимизации важное значение имеет выбор области выполнения эксперимента. Точка оптимума должна находиться в области эксперимента. Поисковые эксперименты позволили выделить области изменения факторных признаков, в диапазоне которых находятся оптимумы. Для определения необходимых областей выполнялся дисперсионный анализ, подтвердивший по критерию Фишера существенность влияния выбранных факторов на результативные признаки. Сущность дисперсионного анализа, предложенного Р.Э. Фишером, состоит в разложении общей дисперсии статистического комплекса на составляющие элементы. Последующая их оценка на основе критерия Фишера позволяет определить долю изменения результативного признака от действия исследуемых факторов.

Многофакторные схемы анализа обладают тем преимуществом, что позволяет выяснить не только степень влияния каждого из факторов, но и их взаимодействия. С целью сокращения числа опытов нами проводились отсеивающие эксперименты методом случайного баланса [27,29], позволяющим исключить из дальнейших исследований незначимые факторы. На основании теоретических исследований, проведенных в главе 2, и результатов предварительных опытов было выявлено, что на работу выделителя семян влияют следующие факторы: скорость транспортера плодов Xi, давление вымывающей струи Хг, площадь поперечного сечения насадки Х3 и количество рядов насадок Х4 (табл. 3.2.). При проведении опыта в качестве контролируемого фактора Х5 учитывалось время, прошедшее с момента уборки плодов: непосредственно с поля и через каждую неделю в течение одного месяца хранения плодов. Критерием оптимизации для оценки качества процесса выделения семян из плодов тыквы является полнота отделения семян К Она оценивается в процентах из выражения: Интервалы варьирования факторов определялись по литературным источникам, результатам предварительных опытов, теоретических и экспериментальных исследований.

Для реализации исследований в области оптимума выбран предельно насыщенный план второго порядка (план Рехтшафнера). Он близок к D — оптимальному плану и удобен тем, что является предельно насыщенным, то есть число опытов в серии равно числу коэффициентов уравнения регрессии строящегося на основе данных этого эксперимента. Но этот план не является полным факторным. Тем не менее, он дает возможность осуществить построение на основе предварительных опытов, проведенных по схеме для дисперсионного анализа. Предварительный дисперсионный анализ дает достаточно информации для решения последующей оптимизационной задачи, выбора центра и шага варьирования.

Для решения задачи регрессионного анализа использована матрица плана Рехтшафнера для четырехфакторного эксперимента, которая имеет вид, приведенный в таблице 33.

В исходное уравнение регрессии подставляли значения координат центра за исключением двух переменных. На графике в координатах независимых переменных наносили центр и проводили оси главных направлений. Используя уравнение в каноническом виде, задавали значение функции отклика и строили кривые одного уровня. По ним судили об изменении критерия оптимизации. Рассмотрение и анализ всех возможных сечений давало представление об изменении критерия оптимизации при варьировании разных пар факторов. В случае отсутствия оптимума находили наиболее предпочтительное сочетание факторов.

Многофакторные исследования проводили в лаборатории ВГСХА, для чего была изготовлена установка для выделения семян из плодов тыквы, соответствующая условиям проведения исследований (рис. ЗЛО.).

Установка состоит из двух транспортеров: верхнего прижимного 5, служащего для подпора плодов, и нижнего пруткового 4, по которому перемещаются половинки плодов при переработке. Под рабочей ветвью пруткового транспортера расположен комплект насадок 6, соединенный трубопроводом с редукционным клапаном II. Давление создается насосом 10, получающим привод от электродвигателя 9. Приводная часть пруткового транспортера включает в себя электродвигатель 1 и коробку перемены передач 2.

Чтобы провести указанные опыты, плоды разрезали пополам через максимальный диаметр в поперечнике и укладывали плоскостью разреза на подающий лоток 3. Скатываясь по наклонной плоскости лотка, половинки плодов попадают на прутковый транспортер. При дальнейшем движении транспортера половинки плодов подпираются прижимным транспортером. Вымывание семян происходит при прохождении половинки плода над насадками. Выделенные семена собираются в решетчатом поддоне 13, а вода стекает в резервуар 12, откуда через фильтр повторно закачивается насосом 10. Половинки плодов, после выделения семян, по скатному лотку 7 попадают в бункер-накопитель 8.

Оптимизация конструктивных и кинематических параметров выделителя семян из плодов бахчевых культур

В результате проведенных экспериментов [93] нами было установлено, что на процесс выделения семян оказывают влияние следующие конструктивные и кинематические параметры: скорость транспортера плодов, давление вымывающей струи, площадь поперечного сечения насадки и количество рядов насадок. Дальнейшие исследования были направлены на определение оптимальных значений конструктивных и кинематических параметров выделителя семян. При этом они оценивались полнотой выделения семян из плодов при соответствующей настройке указанных параметров. Конструкция исследуемого выделителя была изготовлена в соответствии с данными, проанализированными в главе 2. Настройка выделителя на необходимый режим работы осуществлялась в соответствии с принятой методикой проведения эксперимента [39].

Для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 4-х факторного эксперимента. Полученные результаты экспериментов представлены в табл. П.4. и П.5.

На основании экспериментальных данных по предложенной программе на ПЭВМ были рассчитаны коэффициенты уравнения регрессии (3.7.). Значимость этих коэффициентов оценивалась по критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты удалялись, и выполнялся повторный расчет коэффициентов регрессионной модели [109]. В результате расчетов были получены уравнения регрессии в кодированном виде:

Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера [62].Результаты расчетов S1 и S1 представлены в табл. П.4. и П.5. Получено, что во всех случаях исследования выделения семян Fo,o5 F (здесь 05=2,1646 - табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5% [59]). Таким образом, математическая модель адекватна результатам эксперимента. С помощью специальной программы [109] были определены оптимальные значения факторов, представленные в табл. 4.10. Для анализа полученных результатов и изучения поверхности отклика провели каноническое преобразование математических моделей второго порядка. Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют отрицательные знаки, то поверхности откликов, описанные уравнениями (4.12.) и (4.13.), представляют не что иное, как четырехмерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.

В качестве основного критерия оптимизации была принята полнота выделения семян из плодов. Ограничение критерия оптимизации - полнота выделения семян не менее 95% - позволяет определить пределы интервалов варьирования факторов для их различных пар.

При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (4.10.) относительно факторов скорости транспортера плодов (xi) и давления вымывающей струи (х2) остальные факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации: х3 = -0,14; х4 = 1. Результаты расчетов приведены в табл. П.6.1. и графически представлены на рис. 4.4. Координаты центра поверхности равны: x]S = -0,75 и X2s = 0,86. Значение полноты выделения семян из плодов тыквы сорта Волжская серая 92 в центре поверхности Y = 97%.

Анализ приведенного двумерного" сечения показывает, что при принятой полноте выделения семян 95% скорость транспортера плодов, в целях повышения производительности выделителя, может быть увеличена до 0,9 м/с, давление вымывающей струи в этом случае должно быть увеличено до 0,97 МПа.

При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (4.10.) относительно факторов скорости транспортера плодов (xj) и площади вымывающей насадки (хз) остальные факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации: х2 = 0,86; X4 = 1. Результаты расчетов приведены в табл. П.6.2. и графически представлены на рис. 4.5. Координаты центра поверхности равны: xls = -0,75 и x3s = -0,14. Значение полноты выделения семян из плодов тыквы сорта Волжская серая 92 в центре поверхности Y = 97%. Анализ приведенного двумерного сечения показывает, что при принятой полноте выделения семян 95% минимальная скорость транспортера плодов равна 0,67 м/с, при этом площадь вымывающей насадки должна быть равна 242 мм . Однако, для повышения производительности выделителя, скорость транспортера плодов можно увеличить до 0,9 м/с, но площадь вымывающей насадки в этом случае необходимо уменьшить до 188 мм .

При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению рефессии (4.10.) относительно факторов скорости транспортера плодов (xi) и количества рядов насадок (Х4) остальные факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации: х2 = 0,86; х3 = - 0,14.

Результаты расчетов приведены в табл. П.6.3. и графически представлены на рис. 4.6. Координаты центра поверхности равны: xis — -0,75 и x4s = 0,61. Значение полноты выделения семян из плодов тыквы сорта Волжская серая 92 в центре поверхности Y = 97%.

Анализ приведенного двумерного сечения показывает, что для полноты выделения семян равной 95% количество рядов насадок равно Зшт., так как оно может принимать значения только целых чисел, в этом случае скорость транспортера плодов можно увеличить до 0,76 м/с

При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (4.10.) относительно факторов площади вымывающей насадки (x3) и давления вымывающей струи (х2) остальные факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации: Х] = - 0,75; Х4 = 1. Результаты расчетов приведены в табл. П.6,4. и графически представлены на рис. 4.7. Координаты центра поверхности равны: X2s = 0,86 и x3s = -0,14. Значение полноты выделения семян из плодов тыквы сорта Волжская серая 92 в центре поверхности Y = 97%. Анализ приведенного двумерного сечения показывает, что при принятой полноте выделения семян 95% минимальное давление вымывающей струи равно 0,81 МПа, в этом случае площадь вымывающей насадки должна быть равна 180 мм , в случае увеличения давления до 1 МПа площадь вымывающей насадки необходимо также увеличить до 247,6 мм2. При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (4.10.) относительно факторов площади вымывающей насадки (х3) и количества рядов насадок (Х4) остальные факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации: Х = - 0,75; х2 = 0,86. Результаты расчетов приведены в табл. П. 6.5. и графически представлены на рис. 4.8. Координаты центра поверхности равны: xts = -0,75 и X2S = 0,86. Значение полноты выделения семян из плодов тыквы сорта Волжская серая 92 в центре поверхности Y = 97%. Анализ приведенного двумерного сечения показывает, что для полноты выделения семян равной 95% и количестве рядов насадок равным 3 шт., так как количество рядов может быть равно только целому числу, площадь вымывающей насадки может изменяться в пределах от 116 до 236 мм . При рассмотрении двумерного сечения поверхности отклика по уравнению регрессии (4.10.) относительно факторов количества рядов насадок (х4) и давления вымывающей струи (хг) остальные факторы фиксировались на уровнях, оптимальных по основному критерию оптимизации: Х = - 0,75; х3 = -0,14.

Похожие диссертации на Совершенствование процесса выделения семян из плодов тыквы за счет применения семявыделительной установки гидравлического типа

Совершенствование рабочего процесса молотковой дробилки закрытого типаПевцев, Виктор Григорьевич

Совершенствование процесса измельчения и обоснование параметров кормодробилки молоткового типаМухтасипов Нурулла Мубаракшович

Совершенствование процесса работы дозирующе-выгрузных устройств шнекового типа бункерного раздатчика-смесителяКрючкова Людмила Геннадьевна

Совершенствование процесса посева семян сои высевающим аппаратом плунжерного типаБородин, Игорь Александрович

Совершенствование процесса протравливания посевного зерна в устройствах камерного типаОпиев, Олег Иванович

Совершенствование процесса распределения твердого навоза многолопастными рабочими органами роторного типаБровченко, Алексей Дмитриевич

Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров цилиндрического бункерного устройства с побудителем типа лопастного колеса для выпуска компонентов комбикормаТретьяков, Геннадий Михайлович

Совершенствование процесса выделения трудновыделимых примесей и биологически неполноценных зерновок при обработке зернового вороха пшеницыМироненко Денис Николаевич

Повышение эффективности технологического процесса выделения семян тыквы с обоснованием параметров сепарирующего рабочего органа Трушин Юрий Евгеньевич

Повышение эффективности биогазовых установок за счет применения мембранно-абсорбционных газоразделительных системШамшуров Дмитрий Николаевич