CC BY
106
УДК 631.362.3
Эффективность использования блока сухой очистки при подготовке к реализации продовольственного картофеля
Орешин Евгений Егорович, ст. науч. сотрудник, кандидат технических наук e-mail: oreshin06@mail.ru
Государственное научное учреждение «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства россельхо-закадемии» (ГнУ СЗнииМЭСХ россельхозакадемии), г. Санкт-Петербург
ЗАХАров Антон Михайлович, мл. науч. сотрудник e-mail: bauermw@mail.ru
Государственное научное учреждение «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства россельхозакадемии» (ГнУ СЗнииМЭСХ россельхозакадемии)
Аннотация: приведены результаты исследований и оптимальные режимы работы блока сухой очистки. По уравнению регрессии построены три поверхности отклика и графики зависимости эффективности очистки.
Ключевые слова: картофель; предреализационная подготовка; очистка клубней от почвы; блок сухой очистки.
В настоящее время вопросам экологии уделяется все большее внимание, как во всем мире, так и в нашей стране. На сегодняшний день она находится не на высшем уровне в том числе и в сельском хозяйстве нашего региона. Далеко не каждый сельхозпроизводитель может себе позволить покупку, установку и обслуживание дорогостоящих фильтрующих и очистительных сооружений. Так же минусом является большая продолжительность зимнего периода. Сухой способ очистки картофеля позволяет избежать выше приведенных затрат и показал себя достаточно эффективным. Для механизации процесса сухой очистки картофеля наиболее приемлемым является щеточный очиститель, так как на подобных устройствах наблюдается наименьший процент повреждаемости при достаточно высокой степени отделения загрязнений [4]. Однако данные машины в отечественных линиях для предпродажной подготовки картофеля в хозяйствах не используются. Для проведения сухой очистки клубней картофеля был спроектирован и изготовлен экспериментальный образец блока сухой очистки, предназначенный для использования в хозяйствах сельхозпроизводителей. Исследования по сухой очистке на экспериментальном образце проводили на продовольственном картофеле. Загрязненность клубней картофеля колебалась от 2 до 11 %, влажность связанных примесей составляла 4...12 %.
В ходе предварительных экспериментов было установлено, что на эффект очистки влияет большое число параметров процесса: кинематические параметры (частота вращения щеток, величина производительности); качественные показатели (загрязненность клубней, влажность примесей и др.); конструктивные параметры (диаметр щеток, длина рабочей части, параметры ворса и др.). Поэтому при определении оптимальных кинематических параметров процесса очистки для сокращения числа экспериментов было применено планирование опытов. При помощи ранжирования из числа всех факторов были отобраны наиболее существенные: время нахождения клубней в очистителе, величина их подачи, угол наклона рабочей поверхности, частота вращения щеток, жесткость щетины на рабочих органах, типоразмеры клубней, их масса, влажность, твердость почвы, связанной с клубнем. Из всей совокупности факторов затем было выбрано только три, ввиду их операциональной управляемости:
Для установления влияния различных факторов на качество очистки, а так же для определения оптимальных параметров блока для сухой очистки были проведены предварительные исследования ее рабочего процесса. Клубнеплоды поступали после переборочного стола передвижной картофелесортировальной линии ПКСП 6-10. Загрязненность клубней связной почвой составила 3...6 %, влажность связной почвы находилась в пределах 4...7 %.
В процессе проведения предварительных исследований были определены основные факторы, влияющие на качество очистки клубней картофеля. К таким факторам относятся: частота вращения п щеточных валов, угол а наклона рабочей поверхности и подача исходного материала р.
Остальные факторы были приняты за постоянные. Практически это осуществлялось посредством того, что все эксперименты по планированию проводили в течение одного дня, на одной партии клубней, поэтому влажность примесей и общая загрязненность клубней менялась незначительно.
Эффективность очистки клубнеплодов во многом зависит от физико-механического состава связанной почвы и исходной загрязненности продукта. В трудах ЦНИИМЭСХ [3] приведены результаты многолетних исследований физических,
механических и ряда других свойств многих корнеклубнеплодов, в том числе и клубней картофеля. При этом качество очистки, допустимое по ГОСТ Р51808-2001 «Картофель свежий продовольственный, реализуемый в розничной торговой сети» [1], можно получить лишь при активном воздействии на клубни очистительных рабочих органов машины.
Основными рабочими органами блока для сухой очистки (конструкция ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии) являются щеточные валы (рис. 1).
Экспериментальные исследования по определению оптимальных параметров и режимов работ блока для сухой очистки проводились на опытной базе лаборатории технологий и технических средств производства картофеля ГНУ СЗНИИМЭСХ Россел ьхоза кадем и и.
Исследования машины для сухой очистки проводились при подаче исходного материала: 1, 2 и 3 т/ч. Скорость подающего транспортера переборочного стола на загрузочный транспортер блока сухой очистки составляла 0,3 м/с. Частоту вращения щеточных валов меняли от 60 до 140 мин 1 с интервалом варьирования 40 мин1. Общее количество щеточных валов при проведении лабораторных экспериментов равнялось девяти.
Экспериментальные исследования проводились согласно методике экспериментов, данные обрабатывали на ЭВМ с использованием статистического пакета STATGRAPHICS Plus.
Рисунок 1. Щеточный вал
В результате множественного регрессионного анализа после удаления незначимых коэффициентов регрессии и проверки модели на адекватность получили зависимость эффективности очистки клубней картофеля от частоты вращения ще-
точных валов (Х^, угла наклона очищающей щеточной поверхности (Х2) и подачи исходного материала (Х3) в кодированном виде:
Э = 80,566-0,2А'] + + 3,2Х3 - 6,332А'1
+ 5,218^-\,\Х,,Хг -1,834^.
По уравнению регрессии построены три поверхности отклика в 3-х мерном изображении и контуры сечений поверхностей данных откликов:
7?
ГР
и
4І ІІ
£
гас НЛ
з: *, .м: 1^5* л
ш
*'м
■ И 1.1 и >•
■ В Я I 1.1
-К-
а б в
Рисунок 2. Поверхности отклика и контуры сечения
а. поверхность отклика и контур сечения зависимости эффективности очистки клубней картофеля 5 от частоты вращения Х1 и от угла наклона рабочей поверхности Х2;
б. поверхность отклика и контур сечения зависимости эффективности очистки клубней картофеля 5 от частоты вращения Х1 и от подачи рабочего материала Х3;
в. поверхность отклика и контур сечения зависимости эффективности очистки клубней картофеля 5 от угла наклона рабочей поверхности Х2 и от подачи рабочего материала Х3.
По данным, полученными в ходе экспериментальных исследований, построены графики зависимости эффективности отделения прилипшей почвы блоком сухой очистки от частоты вращения щеточных валов, угла наклона рабочей поверхности к горизонту и подачи рабочего материала на щеточную поверхность (рис 3).
Зависимость эффекта очистки клубней от угла наклона рабочей щеточной поверхности и частоты вращения щеточных валов 1. п = 60 мин-1, 2. п = 100 мин-1,
3. п = 140 мин _1.
Зависимость эффективности очистки клубней от подачи рабочего материала на щеточную поверхность и частоты вращения щеточных валов 1. п = 60 мин-1, 2. п = 100 мин-1, 3. п = 140 мин-1.
Зависимость эффективности очистки от подачи рабочего материала и угла наклона рабочей щеточной поверхности к горизонту 1. а = 0° ; 2. а = 7,5° ; 3. а = 15°.
На рисунке За представлен график зависимости эффективности очистки от угла наклона рабочей щеточной поверхности к горизонту, из которого видно, что с
Рисунок 3. Графики зависимости эффективности очистки от регулируемых параметров
увеличением угла наклона рабочей щеточной поверхности эффективность очистки клубней увеличивается. Это говорит о том, что время нахождения клубней на щеточной поверхности увеличивается, следовательно, это ведет за собой увеличение эффекта очистки. Но еще из графика видно, что при любом показателе частоты вращения эффективность очистки растет значительно, когда угол увеличивается от 0° до 7,5°, а увеличение угла наклона от 7,5° до 15° ведет за собой незначительный рост эффективности очистки.
С увеличением подачи рабочего материала на щеточную поверхность блока сухой очистки (рис. 36) наблюдается снижение эффективности отделения примесей. При высокой подаче щеточные валы не успевают полностью обработать рабо-
чий материал, что приводит к уменьшению эффективности очистки от примесей. Однако, при большой частоте вращения щеточных валов (140 мин-1) эффективность очистки изменяется незначительно, это является следствием того, что в процессе очистки большое количество клубней имеет большое количество контактов (соударений) между собой и с бортами установки. Этот процесс невозможно контролировать, изменять его интенсивность, также он имеет и отрицательный эффект. При большом количестве и высокой по своей силе соударений клубни могут травмироваться.
Так же по графику, представленному на рисунке Зв, можно сделать вывод, что при увеличении подачи рабочего материала и при одновременном увеличении угла наклона щеточной поверхности эффективность очистки на всем протяжении в диапазоне изменений остается практически на том же уровне. Следовательно, при увеличении подачи рабочего материала, необходимо увеличивать угол наклона щеточной поверхности, чтобы не снижалась эффективность очистки.
Анализируя поверхности откликов по эффективности очистки клубней картофеля и графики полученные в ходе экспериментальных исследований выяснили, что наибольшее значение эффективности очистки клубней картофеля достигается при частоте вращения щеточных валов от 80 до 100 мин-1, угле наклоне щеточной очищающей поверхности от 12 до 15 град., подаче исходного материала от 1,0 до 1,5 т/ч.
В результате проведенных исследований было установлено, что энергоемкость процесса очистки является сравнительно невысокой. Энергетические характеристики процесса очистки определяли в процессе испытаний очистителя клубней картофеля. Мощность холостого хода изменялась в пределах 2,0...2,1 кВт.ч. Удельная энергоемкость, затрачиваемая на очистку одной тонны клубней, вычислялась по потребляемой из сети мощности, изменялась в зависимости от производительности очистителя, при 2...3 т/ч удельная энергоемкость составила 0,29...0,28 кВт ч/т. Полезная удельная энергоемкость (без учета потерь холостого хода) составила соответственно 0,072...0,116 кВт ч/т.
Так, при повышении производительности с 2 до 3 т/час, потребляемая мощность значительно растет, удельная энергоемкость по потребляемой мощности значительно падает с 0,7...1,0 кВт ч/т до 0,55...0,75 кВт ч/т.
Список литературы:
1. ГОСТ Р 51808-2001. Картофель свежий продовольственный, реализуемый в розничной торговой сети. - М.: Изд-во стандартов, 2001.
2. Михайлов, В. А. К выбору рабочих органов для очистки и дозирования корнеклубнеплодов / В. А. Михайлов, С. Л. Таршилов, А. В. Смоленский // Сб. науч. трудов ВНИПТИМЭСХ, 1983. - С. 199-206.
3. Нагорский, И. С. Физико-механические свойства кормовых материалов / И. С. Нагорский [и др.] // Вопросы сельскохозяйственной механики: сб. ЦНИЙМЭСХ. - Минск : Урожай, т. 12. - 1964, С. 8-81.
4. Суханов, О. В. Технологические параметры и режимы работы машин для сухой очистки кормовых корнеплодов: дис. ... канд. техн. наук / О. В. Сухонов. - СПб; Пушкин, 1992. - 149 с.
Efficient use of the dry cleaning unit in potatoes preselling preparation
Oreshin E. E., Senior Researcher, Candidate of Engineering Sciences
Zakharov A. M.
North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification (SZNIIMESH), St-Petersburg, Russia
Abstract: The results of researches and optimum modes of the dry clearing block. The results of research are shown. The optimal operating modes of the dry cleaning unit are discribed as well. According to the regression equation which is built three response surface and figures of cleaning efficiency are considered.
Keywords: a potato; preselling preparation; clearing of tubers of soil; the dry clearing unit.
