CC BY
10
УДК 631.362 3
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ОБРАБОТКИ КОРНЕПЛОДОВ
EFFICIENCY OF OPERATION OF TECHNOLOGICAL LINE FOR PROCESSING ROOT CROPS
Н. П. Зайцева, П. В. Зайцев
N. P. Zaytseva, P. V. Zaytsev
ФГБОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. Приведены результаты экспериментального исследования и оптимизация параметров барабанного очистителя корнеплодов.
Abstract. The results of the experimental study and optimization of parameters of drum peeler for root crops are given.
Ключевые слова: корнеплод, очистка, параметры, оптимизация.
Keywords: root crop, peeling, parameters, optimization.
Актуальность исследуемой проблемы. Одним из основных технологических процессов при подготовке корнеплодов к скармливанию является их очистка от почвы. Загрязненность корнеплодов после уборки составляет 12...20 % по массе, по зоотехническим нормам не должна превышать 2.3 %. В связи с этим возникает необходимость в очистке корнеплодов от почвы, так как использование неочищенных от почвы корнеплодов ведет к желудочным заболеваниям животных, резкому снижению продуктивности скота.
Материал и методика исследований. На основании теоретических исследований и анализа научно-технической [1] и патентной [2] литературы по сухой очистке корнеплодов была разработана и изготовлена установка для сухой очистки корнеплодов (рис. 1) в целях проведения исследований.
Устройство состоит из корпуса 1, цилиндрического барабана 2, ротора 3, загрузочного 4 и выгрузного 5 лотков, выгрузного окна 6 очищенных отходов. На внутренней поверхности барабана 2 установлены щетки 7 с капроновым ворсом по спирали. Витки спиралей направлены в сторону выхода очищенных от примесей корнеплодов. На внешнюю поверхность ротора вмонтированы щетки 8.
Устройство работает следующим образом: включают электропривод барабана 2 и ротора 3, которые начинают вращаться в противоположных направлениях. С загрузочного лотка 4 корнеплоды попадают в пространство между ворсом барабанного и роторного щеток, где происходит интенсивная очистка корнеплодов от почвенных загрязнений [2].
Перфорированный барабан 2 со спиральной щеткой, вращаясь, выносит очищенные корнеплоды к выходу, то есть к выгрузному лотку 5, а отходы проваливаются через перфорированную поверхность барабана 2 к выгрузному окну 6. Для очистки корнеплодов от почвенных загрязнений щетки на роторе 3 установлены по спирали.
7 12 3 4
Рис. 1. Барабанно-щеточная установка для сухой очистки корнеплодов:
1 - корпус; 2 - барабан; 3 - ротор; 4 - загрузочный лоток; 5 - выгрузной лоток;
6 - выгрузное окно очищенных отходов; 7 - щетки на барабане; 8 - щетки по поверхности ротора
Перфорированный барабан 2 и ротор 3 установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях. Эффективность очистки корнеплодов во многом зависит от физико-механического состава связанной почвы и исходной загрязненности обрабатываемого продукта.
При этом качество очистки, допустимое в соответствии с зоотехническими требованиями, можно получить только при активном воздействии на корни очистительных рабочих органов - роторной щетки 8 и транспортирующего барабана 7 (рис. 1).
Основные параметры и уровни варьирования этих параметров указаны в табл. 1, а выходные показатели - в табл. 2.
Таблица 1
Основные парамтеры и уровни их варьирования
№ п/п Факторы Размер Уровень значений
1. Частота вращения барабана, мин-1 Пб 10, 15, 20
2. Частота вращения ротора, мин-1 Пщ 60, 120, 180
3. Угол установки щеток на барабане, град. аб 0, 10, 20
4. Угол установки щеток на роторе, град. ащ 0, 10, 20
5. Длина щеток, м Lщ 1,5, 2,0, 2,5
Таблица 2
Выходные показатели, А, Э
№ п/п Критерии оптимизации Размерность
1. Эффективность очистки корнеплодов %
2. Удельные энергозатраты на единицу степени очистки корнеплодов кВт ■ ч т.ед.ст.оч.
Для установления влияния факторов на качество очистки, а также для определения оптимальных параметров установки для очистки корнеплодов проведены лабораторные исследования рабочего процесса. Корнеплоды (кормовая свекла) поступают с поля после уборки при начальной загрязненности 16.19 % и влажности в пределах 18.22 %.
Результаты исследований и их обсуждение. По результатам обработки экспериментальных данных получены математические модели:
Э = 0,27-0,065пб - 0,03пщ - 0,051аб + 0,08ащ - 0,053Lщ + 0,013 пб* аб +
+0,01 пб - 0,017 пщ*ащ - 0,04 пщ* Lщ + 0,012 аб ащ + 0,03 аб* Lщ - 0,03 п2б +
+ 0,02 п2щ - 0,01 а2б + 0,01 а2щ + 0^2щ ; (1)
А = 73,554 - 1,722 пб + 6,6 пщ - 4,25 аб + 1,86 ащ + 13,217 Lщ + 4,106 пб пщ +
+3,031 пб аб - 4,081 пб ащ + 3,881 пщ ащ + 3,156 пщ* Lщ + 2,506 аб ащ +
+1,844 аб Lщ - 2,769 ащ Lщ - 8,748 п2б - 4,648 п2щ + 3,602 а 2б - 1,998 а2щ -
- 3,598L2щ. (2)
В результате анализа полученных моделей и двухмерных сечений установлена следующая закономерность процесса очистки корнеплодов:
1. Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие удельные энергозатраты (Э) и эффективность (А) очистки корнеплодов в зависимости от частоты вращения барабана и длины щеток. При анализе двумерных сечений делаем вывод о том, что наибольший эффект очистки при наименьших энергозатратах можно получить при частоте вращения барабана 15 мин-1 и длине щеток 2 м.
2. Двумерные сечения поверхности отклика, характеризующие удельные энергозатраты и эффективность очистки корнеплодов в зависимости от частоты вращения барабана и роторной щетки. Анализируя данные сечения, можно сделать вывод о том, что максимальный эффект очистки при наименьших энергозатратах получается при частоте вращения щеток п, равной 100 мин-1, а барабана - 15 мин-1.
Анализ двумерных сечений позволяет сделать вывод о влиянии угла наклона. Максимальный эффект очистки корнеплодов при наименьших энергозатратах получается при угле наклона щеток на барабане 15° и частоте вращения щеток пщ=100 мин-1.
Рассмотрим двумерные сечения для изучения угла поворота щеток вокруг оси ротора. Анализируя полученное двумерное сечение, видим, что для достижения требуемого качества очистки корнеплодов и минимальных энергозатрат необходимо повернуть щетки вокруг ротора на угол 12° при пщ = 100 мин-1.
Таким образом, проведенный анализ математических моделей при помощи двумерных сечений показал, что эффективность очистки корнеплодов составила 85.90 % и удельные энергозатраты на единицу степени очистки - 0,2.0,3 кВт/ч при следующих
значениях факторов: частота вращения барабана - 15 мин-1; частота вращения роторной щетки - 100 мин-1; угол наклона щеток ротора - 12°; угол поворота щеток вокруг оси барабана - 15°; длина щеток - 2 м.
Предлагаемое устройство найдет применение при подготовке корнеплодов к скармливанию как в технологической линии кормоцеха, так при закладке корнеплодов в хранилище.
Математические модели (1 и 2) могут быть использованы для практических расчетов при разработке очистителей данного типа.
Резюме. Из вышеизложенного видно, что технологическая линия обработки корнеплодов позволяет уменьшить их загрязненность до зоотехнических требований 2.3 %; снизить энергоемкость процесса обработки при эффективности очистки корнеплодов 85.90 %, а удельные энергозатраты - на единицу степени очистки 0,2.. .0,3 кВт ч/т.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зайцев, С. П. Экономическая и энергетическая эффективность технологии приготовления кормов / С. П. Зайцев, Н. П. Зайцева // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2007. - № 11. -С. 16-18.
2. Патент 2071643 Российская Федерация. Устройство для очистки от примесей и тепловой обработки корнеклубнеплодов / П. В. Зайцев, Г. В. Новикова ; заявитель и патентообладатель - Чувашский сельскохозяйственный институт. - № 93038615/15 ; заявл. 27.07.1993 ; опубл. 10.01.1997, бюл. № 1. -4 с. : 4 ил.
