CC BY
25
9. Бабченко Л.А. Формирование технического сервиса сельскохозяйственной техники : дис. ... д-ра техн. наук / Л.А. Бабченко. - Алматы, 2010. -567 с.
10. Modeling the Technological Process for Harvesting of Agricultural Produce / S.D. Shepelev [i dr.]// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science115(1), (2018) 012053.
11. Basic robotecnical platform for implementation of accurate farming technologies / N.I. Tcherny-shev [i dr.] // Bulletin of Electrical Engineering and Informatics 7(4), (2018). - С. 522-528.
Прокопов Сергей Петрович, канд. техн. наук, Омский ГАУ, [email protected]; Мяло Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ, [email protected].
9. Babchenko L.A. Formirovanie tehnicheskogo servisa sel'skohozjajstvennoj tehniki : dis. ... d-ra tehn. nauk / L.A. Babchenko. - Almaty, 2010. - 567 s.
10. Modeling the Technological Process for Harvesting of Agricultural Produce / S.D. Shepelev [i dr.]// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science115(1), (2018) 012053.
11. Basic robotecnical platform for implementation of accurate farming technologies / N.I. Tcherny-shev [i dr.] // Bulletin of Electrical Engineering and Informatics 7(4), (2018). - C. 522-528.
Prokopov Sergey Petrovich, Cand. Techn. Sci., Omsk SAU, [email protected]; Myalo Olga Vladimirovna, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, [email protected].
УДК 631.363.2.636
УК. САБИЕВ, И.Р. ХУЗИН
Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск
АНАЛИЗ МАШИН ДЛЯ ОЧИСТКИ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
Животноводство является одной из главных отраслей сельского хозяйства. Для достижения высоких показателей в животноводстве необходимо создание рациональной, сбалансированной и прочной кормовой базы. Большое значение имеет внедрение и совершенствование механизации и автоматизации производственных процессов, в том числе переработки кормов. В настоящее время при их приготовлении используются различные кормовые смеси с таким компонентом, как кормовые корнеплоды. Однако перед скармливанием их необходимо предварительно очистить от загрязнений. Применение машин для сухой очистки корнеплодов снижает энерго- и трудозатраты, а также экономически выгодно по сравнению с очистителями с гидромеханическим принципом очистки корнеклубнеплодов. Рассмотрены недостатки наиболее распространенного гидромеханического способа. Выявлены достоинства и недостатки конструкций очистителей, принцип действия которых основан на механическом воздействии. Обосновано малое распространение шнековых очистителей в машинах для послеуборочной обработки, несмотря на их широкое применение в предварительных очистительных устройствах корнеуборочных машин. Приведена оценка эффективности применения щеточных рабочих органов на основе упругих элементов, в частности, щеточных. Обоснована эффективность очистки при совместном вибрационном воздействии щеточных рабочих органов на поверхность корнеклубнеплода. Существующие устройства для безводной очистки не могут обеспечить необходимое качество, допуская повреждения корнеклубнеплодов выше допустимой нормы, либо они конструктивно сложны и ненадежны. Поэтому разработка устройств без указанных недостатков - актуальная задача агропромышленного производства.
Ключевые слова: корнеклубнеплод, очистка, очиститель, щеточный барабан, примеси.
Введение
Очистка от почвы является одной из основных послеуборочных операций при сборе корнеклубнеплодов. Практически загрязненность корнеклубнеплодов после уборки комбайнами - 5-28%. В настоящее время загрязненность корнеклубнеплодов в
© Сабиев У.К., Хузин И.Р., 2020
среднем по России - 14-16%. В поступающих клубнях содержится земля, травянистые примеси, ботва и корнеклубнеплодный бой, ухудшающие аэрацию. Помимо этого мелочь и бой легко поражаются микроорганизмами, приводя к массовому гниению сырья. Очистка корнеклубнеплодов от загрязнений и хранение в очищенном виде - самое эффективное средство снижения порчи продукции.
До недавнего времени одним из основных способов очистки корнеклубнеплодов был гидромеханический, выполняемый на промышленно выпускаемых установках типа ИКМ-5, ИКС-5, ИКУ-Ф-10 и подобных: очистка осуществлялась в моечной ванной, а окончательная доочистка - в шнековом транспортере. Процесс позволял удалить связанную на корнеклубнеплодах почву и посторонние примеси и получить на выходе обрабатываемый материал с весьма высокой чистотой. Однако у этого способа очистки от примесей и связанной почвы множество недостатков: расходуется дефицитная пресная вода; эксплуатация подобных установок предполагает наличие в помещении, где корнеклубнеплоды планируется закладывать на длительное хранение, водопровода, кроме того, требуется дорогостоящая очистка сточных вод; водой уносится значительное количество ценных питательных веществ, вымываемых из корней; высокие энергозатраты на рабочий процесс; в зимнее время требуется наличие отапливаемого помещения. Устранить эти недостатки возможно при исключении из технологического процесса очистки использования воды [1; 9].
Наибольшее распространение в сельском хозяйстве нашли очистители, основанные на механическом принципе воздействия на обрабатываемый продукт, в том числе и устройства, в технологическом процессе которых не используется вода. В направлении разработки подобных машин для сухой очистки корнеклубнеплодов работали и продолжают работать ряд ведущих институтов России, а также многие зарубежные фирмы. Ниже представлен обзор и анализ некоторых машин и устройств для очистки корнеклубнеплодов от загрязнений.
В ФГБНУ ИАЭП разработано оборудование для предреализационной подготовки картофеля и столовых корнеплодов [2].
Технологическая линия состоит из приемного бункера 1, транспортера загрузочного 2, машины моечной щеточной 3 и стола переборочного роликового 4 с устройством для затаривания готовой продукции в сетку (рис. 1).
Несмотря на то, что рассматриваемый агрегат обеспечивает весьма высокую степень очистки, ему присущи все недостатки, свойственные машинам, работающим по принципу гидромеханичекой очистки. Как следствие имеет место высокая себестоимость конечного продукта.
Рис. 1. Технологическая линия предреализационной подготовки картофеля и столовых корнеплодов
В Федеральном научном агроинженерном центре Всероссийского научно-исследовательского института механизации (ФНАЦ ВИМ) предложено барабанно-роликовое устройство для сухой очистки корнеклубнеплодов [3]: на раме установлен барабанно-роликовый очиститель 1 с вращающимися цилиндрическими и эллиптическими роликами 2, привод для вращения барабана 4, привод роликов 3 с набором сменных шкивов, очиститель роликов 7, закрепленный на внутренней поверхности кожуха 6, выгрузной лоток 8, питатель корнеклубнеплодов 9 (рис. 2).
7 6 8 2
Рис. 2. Установка предварительной очистки корнеклубнеплодов
Корнеклубнеплоды подаются на очистку питателем. Поступив на внутреннюю поверхность барабана, ворох под действием сил трения поднимается на угол, зависящий от кинематического режима барабана, и, достигнув некоторой высоты, падает вниз, интенсивно перетираясь. Вращающиеся эллиптические ролики создают дополнительное воздействие на корнеклубнеплоды, перемещая их в рациональном направлении. Связанная с обрабатываемым материалом земля переходит в разряд свободной и просеивается через зазоры между роликами. Вращающиеся цилиндрические и эллиптические ролики защемляют растительные примеси и удаляют их из барабана. Очищенные корнеплоды скатываются по выгрузному лотку.
Шнековые очистители корнеклубнеплодов не так широко распространены в машинах для послеуборочной обработки корнеклубнеплодов, это вызвано их низкой эффективностью очистки из-за невозможности удаления связанной почвы, локализованной в неровностях корнеклубнеплода, и высокими энергозатратами на рабочий процесс, однако они нашли применение в предварительных очистительных устройствах корнеуборочных машин.
Из зарубежных конструкций очистителей корнеклубнеплодов можно отметить машину «Б-160» (рис. 3) [4].
Рис. 3. Машина для очистки корнеклубнеплодов (Б-160): 1 - рама; 2 - кожух; 3 - транспортирующий орган; 4 - очистительная решетка; 5 - загрузочный бункер; 6 - привод; 7 - выгрузная горловина
Рабочий процесс машины «Б-160»: корнеклубнеплоды из бункера 6 транспортирующим органом 3 продвигаются вверх и, проходя по планкам 4, очищаются ими. Обладая высокой производительностью, машина неработоспособна при высокой влажности слипшейся почвы и большом загрязнении корнеклубнеплодов.
Также интерес представляет машина по сухой очистке немецкой фирмы 1ппоКАТ, модель SPE 1000 (рис. 4) [5].
Рис. 4. Машина по сухой очистке немецкой фирмы 1ппоКАТ, модель 8РЕ 1000
Рабочий орган модели SPE 1000 представляет пластиковые вальцы спиралевидной формы, покрытые резиной. Достоинства модели: большой ресурс эксплуатации; большая производительность; высокое качество очистки.
Недостатки модели SPE 1000: в процессе очистки картофель дополнительно встряхивается, приводя к высокому травматизму.
При выборе рабочих органов для сухой очистки и разработке конструктивной схемы машины необходимо учитывать требования:
- рабочие органы должны быть пригодными для очистки корнеклубнеплодов с различными физико-механическими свойствами и типоразмерами;
- должны копировать поверхность корня, вычищая почву из канавок и минимально травмируя корнеклубнеплод;
- при обработке корнеклубнеплодов остаточная загрязненность не должна превышать 3%;
- безвозвратные потери корма не должны превышать 0,1%.
В полной мере этим требованиям отвечают рабочие органы на основе упругих элементов, в частности, щеточные.
В ВИЭСХ разработан барабанно-щеточный очиститель корнеклубнеплодов (рис. 5) [6].
1 2
Рис. 5. Схема очистителя корнеклубнеплодов разработки ВИЭСХ
Установка состоит из рамы 4 с загрузочной 3 и выгрузной 5 горловинами. На опорных роликах установлен с возможностью вращения цилиндрический грохот 1 с внутренней спиральной навивкой, внутри которого эксцентрично размещен щеточный барабан 2, вращающийся навстречу грохоту. Частота вращения щеточного барабана -150 мин-1, грохота - 30 мин-1, эксцентриситет щеточного барабана - 11 мм. Производительность установки менялась путем изменения угла наклона продольной оси грохота в диапазоне 0-120 дискретно через 3°. Однако в связи с необоснованным выбором конструктивных параметров щеточного рабочего органа машина не обеспечила удаление связанной почвы из канавок и впадин корнеклубнеплодов и эффективность очистки оказалась невысокой - 50%.
В Луганском национальном аграрном университете разработан гофрированноще-точный очиститель корнеклубнеплодов (рис. 6) [7].
Рис. 6. Конструктивно-технологическая схема гофрощеточного очистителя корнеплодов: 1 - неподвижная рама; 2 - подвижная рама; 3 - загрузочный бункер; 4, 5 - гофрощеточные барабаны;
6 - регулировочные заслонки; 7, 8 - механизмы подъема-опускания барабанов; 9 - отражатели;
10 - выгрузной лоток; 11 - механизм привода барабанов; 12 - валы барабанов;
13, 14 - диски с эллиптическими утолщениями; 15, 16 - подвесная система и наборы криволинейных гофрированных ворсин
Конструкция очистителя представляет неподвижную раму, на которой расположены привода, загрузочный бункер, гофрощеточные барабаны и механизм подъема-опускания барабанов. Рабочим органом данного очистителя является гофрированный ворс.
Недостатки данной машины: сложная конструкция и низкая производительность.
При анализе устройств для сухой очистки корнеклубнеплодов: наилучшие результаты обеспечивают очистители, выполненные с использованием щеточных рабочих органов, особенно при сочетании с воздействием вибрации. Таким образом, из многообразия существующих способов и средств очистки корнеклубнеплодов перспективнее устройства, рабочие органы которых содержат упругие элементы и оказывают на корнеклубнеплоды вибрационное воздействие при очистке.
Наиболее полно данным критериям отвечает устройство для сухой очистки корнеклубнеплодов вибрационного действия, разработанное в Омском ГАУ (рис. 7) [8-10].
Устройство для сухой очистки корнеклубнеплодов вибрационного действия работает следующим образом. Корнеклубнеплоды, подлежащие очистке от почвы, поступают из загрузочного лотка 1 в наружный сетчатый полубарабан 2 с днищем 3, расположенным под углом к направлению его продольной оси. Приводное устройство, состоящее из электродвигателя 10, через редуктор 11 передает возвратно-поступательные колебания в поперечной плоскости наружному сетчатому полубарабану 2, а через цепную передачу 7 и механизм колебания 8 вращение внутреннему барабану-щетке 5 и
возвратно-поступательные колебания наружному полубарабану 2. Возвратно-поступательные колебания наружного сетчатого полубарабана и барабана-щетки поперечной плоскости в противоположных направлениях обеспечивают корнеклубнеплодам более тщательное и частое соприкосновение с внутренним вращающимся барабаном-щеткой, способствуют более качественному отделению почвы. Почва, счищенная с корнеклубнеплодов, пройдя сквозь днище, например, сетчатое, удаляется. Очищенные корнеклубнеплоды перемещаются на выгрузку по днищу, расположенному под углом 0 < а < 30° к продольной оси полубарабана, под действием собственного веса.
Рис. 7. Устройство для сухой очистки корнеклубнеплодов вибрационного действия
Несмотря на высокие показатели качества очистки, простоту и надежность конструкции, устройство имеет конструктивные недостатки и нуждается в доработке.
На кафедре агроинженерии ФГБОУ ВО Омский ГАУ ведутся научные исследования по разработке конструкции устройства для безводной очистки корнеклубнеплодов.
Выводы
Устройства, основанные на принципе механического воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал, не могут обеспечить должное качество очистки, так как клубни не выдерживают необходимой динамической нагрузки, сохранив при этом целостность.
Щеточные рабочие органы обеспечивают высокое качество очистки, т.к. пригодны для очистки корнеклубнеплодов с различными физико-механическими свойствами и типоразмерами, копируют поверхность корня, вычищая почву из канавок и минимально травмируя корнеклубнеплод. Однако устройства с большим количеством щеточных рабочих органов конструктивно сложны и ненадежны.
Совмещение активного воздействия на поверхность корнеклубнеплодов щеточных рабочих органов и вибрации - наиболее перспективное направление, так как обеспечивает высокое качество очистки, а также устройство с подобным принципом действия обладают высокой надежностью и конструктивно просты.
U.K. Sabiev, I.R. Khuzin
Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk
Analysis of root lifters
Livestock breeding is one of the main branches of agriculture. To achieve high levels in livestock breeding, it is necessary to create a rational, balanced and strong forage base. A crucial role is played by the implementation and improvement of mechanization and automation of production processes, including feed processing. Currently, in the preparation of feed, various feed mixtures are used with feeding root crops as a component. However, before using them as fodder, it is necessary to first remove contaminants. The use of ma-
chines for the dry cleaning of root crops can reduce energy and labor costs, and is also cost-effective if compared to conventional hydromechanical cleaning methods. The article considers the disadvantages of the most common method for cleaning root crops. The advantages and disadvantages of the structure of cleaning machines based on mechanical action as the principle of operation are identified. The small spread of auger conveyor cleaners in machines for post-harvest processing, despite their widespread use in preliminary cleaning devices of root harvesting machines, is grounded. The effectiveness of using brush working bodies based on elastic elements, in particular brush ones, is evaluated. The cleaning efficiency with the combined vibration effect of the brush working bodies on the surface of the root crop is substantiated. Existing devices that provide anhydrous cleaning cannot provide the required quality as they the permissible standards of root damage or are structurally complex and unreliable. Therefore, the development of devices without any drawbacks is a crucial task for agro-industrial production.
Keywords: root crops, cleaning, cleaner, brush drums, impurities.
Список литературы
1. Федоров А.А. Разработка и обоснование барабанно-щеточного очистителя кормовых корнеплодов : дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01 / Федоров Андрей Аполлинарьевич. - Чебоксары, 2005. -145 с.
2. Шамонин В.И. Обоснование режимов работы машины для мойки картофеля и корнеплодов / В.И. Шамонин, А.В. Сергеев, Г.А. Логинов // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2018. - №. 3.
3. Захаров А.М. Разработка барабанно-роли-кового очистителя корнеклубнеплодов / А.М. Захаров // Международный научно-исследовательский журнал. - 2019. - № 6(84). - Часть 1. -С. 44-47.
4. Eben Е. Verfahren zur Abtrennung von Ru-benerde / Е. Eben // Zuckerindustrie. - 2000. - T. 125. -№ l. - S. 13-17.
5. Воробей А.С. Предреализационная подготовка картофеля машиной сухой очистки с профилированными вальцами : дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01 / Воробей Александр Сергеевич. - Минск, 2013 - 158 с.
6. Методы механики в сельскохозяйственной технике / В.А. Сысуев [и др.]. - Киров, 1997. -217 с.
7. Карпов В.В. Обоснование конструктивно-технологической схемы гофрощеточного очистителя кормовых корнеплодов / В.В. Карпов // Научный вестник Луганского национального аграрного университета. Сер. Технические науки. - Луганск : ЛНАУ, 2013. - № 47. - С. 117-123.
8. Патент на полезную модель № 154988, Российская Федерация, МПК A01D 33/00. Устройство для безводной очистки корнеклубнеплодов / У.К. Сабиев, П.А. Гайдай, И.У. Сабиев. - Опубл. в Б.И. № 26, 2015.
9. Гайдай П.А. Сравнительный анализ устройств для безводной очистки корнеклубнеплодов / П.А. Гайдай // Вестник ОмГАУ. - 2015. - № 3(19).
10. Корнеев Е.А. К вопросу безводной очистки корнеклубнеплодов / Е.А. Корнеев, А.А. Кем,
Referens
1. Fedorov A.A. Razrabotka i obosnovanie ba-rabanno-shchetochnogo ochistitelya kormovyh kornep-lodov : dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.01 / Fedorov Andrej Apollinar'evich. - Cheboksary, 2005. - 145 s.
2. Shamonin V.I. Obosnovanie rezhimov raboty mashiny dlya mojki kartofelya i korneplodov / V.I. Shamonin, A.V. Sergeev, G.A. Loginov // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universi-teta. - 2018. - №. 3.
3. Zaharov A.M. Razrabotka barabanno-roliko-vogo ochistitelya korneklubneplodov / A.M. Zaharov // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. -2019. - № 6(84). - Chast' 1. - S. 44-47.
4. Eben E. Verfahren zur Abtrennung von Ru-benerde / E. Eben // Zuckerindustrie. - 2000. - T. 125. -№ l. - S. 13-17.
5. Vorobej A.S. Predrealizacionnaya podgotov-ka kartofelya mashinoj suhoj ochistki s profilirovan-nymi val'cami : dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.01 / Vorobej Aleksandr Sergeevich. - Minsk, 2013 - 158 s.
6. Metody mekhaniki v sel'skohozyajstvennoj tekhnike / V.A. Sysuev [i dr.]. - Kirov, 1997. - 217 s.
7. Karpov V.V. Obosnovanie konstruktivno-tekhnologicheskoj skhemy gofroshchetochnogo ochis-titelya kormovyh korneplodov / V.V. Karpov // Nauch-nyj vestnik Luganskogo nacional'nogo agrarnogo un-iversiteta. Ser. Tekhnicheskie nauki. - Lugansk : LNAU, 2013. - № 47. - S. 117-123.
8. Patent na poleznuyu model' № 154988, Ros-sijskaya Federaciya, MPK A01D 33/00. Ustrojstvo dlya bezvodnoj ochistki korneklubneplodov / U.K. Sa-biev, P.A. Gaj-daj, I.U. Sabiev. - Opubl. v B.I. № 26, 2015.
9. Gajdaj P.A. Sravnitel'nyj analiz ustrojstv dlya bezvodnoj ochistki korneklubneplodov / P.A. Gajdaj // Vestnik OmGAU. - 2015. - № 3(19).
10. Korneev E.A. K voprosu bezvodnoj ochistki korneklubneplodov / E.A. Korneev, A.A. Kem, U.K. Sabiev // Novaya nauka: Problemy i perspektivy : Mezhdunarodnoe nauchnoe periodicheskoe izdanie po itogam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konfe-
У.К. Сабиев // Новая наука: Проблемы и перспек- rencii (Perm', 26 yanvarya 2017). - V. 2 ch. - Ch. 2. -тивы : Международное научное периодическое Sterlitamak : AMI, 2017. - S. 143-145. издание по итогам Международной научно-практической конференции (Пермь, 26 января 2017). -В 2 ч. - Ч. 2. - Стерлитамак : АМИ, 2017. -С. 143-145.
Сабиев Уахит Калижанович, д-р техн. наук, проф., Омский ГАУ, [email protected]; Ху-зин Илья Радикович, аспирант, Омский ГАУ, [email protected].
Sabiev Uakhit Kalizhanovich, Dr. Techn. Sci., Prof., Omsk SAU, [email protected]; Khuzin Ilya Radikovich, graduate student, Omsk SAU, [email protected].
