К ВОПРОСУ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПЕРГОВЫХ ГРАНУЛ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 631.363.258/638.178

К ВОПРОСУ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПЕРГОВЫХ ГРАНУЛ

БЫШОВ Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка»

КАШИРИН Дмитрий Евгеньевич, д-р техн. наук, доцент кафедры «Электроснабжение», [email protected]

ПАВЛОВ Виктор Вячеславович, аспирант кафедры «Электроснабжение», [email protected]

КОЧЕНОВ Виталий Васильевич, ст. преп. кафедры «Технические системы в АПК»

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

Неотъемлемым элементом современного сельского хозяйства является пчеловодство. Развитие этой важнейшей отрасли необходимо для увеличения урожайности основных сельскохозяйственных культур, что приобретает особую актуальность в современных экономических условиях. По мнению некоторых специалистов, развивать пчеловодство в различных районах нашей страны возможно только путем перераспределения естественного белкового пчелиного корма - перги - из районов, богатых растениями-пыльценосами, в обедненные районы. В связи с вышесказанным, совершенствование механизированных технологий извлечения и очистки перги приобретает высокую актуальность. Производимая в настоящее время на пасеках с применением механизированных технологий перга часто не соответствует требованием государственного стандарта, поскольку загрязнена органическими оболочками, остающимися в старых выбракованных сотах от пчелиного выводка.В статье описана методика исследования процесса механической очистки гранул перги от органических оболочек с использованием специально изготовленной лабораторной установки. Установлена эмпирическая зависимость процентного выхода целых очищенных перговых гранул в их общей массе от продолжительности механической очистки. Анализ полученной зависимости свидетельствует о том, что процент очищенных от органической оболочки целых перговых гранул возрастает от 45-50% до 83-86% при изменении продолжительности технологического процесса от 60 до 270-300 с. Увеличение времени очистки свыше обозначенного диапазона не является целесообразным, поскольку ведет к снижению оптимизируемого параметра вследствие чрезмерного истирания и переизмельчения гранул с одновременным снижением производительности технологического процесса. Таким образом, наиболее рациональным временным режимом механической очистки перги от органических оболочек в производственных условиях является продолжительность механического воздействия на уровне 4-4,5 минут, в течение которых критерий оптимизации достигает максимума.

Ключевые слова: перга, органическая оболочка, очистка перги.

Введение

Перга (англ. bee-bread - «пчелиный хлеб») занимает важнейшее место в рационе пчел, составляя основной питательный компонент в период зимовки. Она представляет собой утрамбованную в ячейки сотов и ферментированную пчелами пыльцевую обножку, обладающую уникальным биохимическим составом, благодаря которому продукт получил широкое применение в апитерапевтической практике, а также в качестве ценной биологически активной добавки к питанию [1, 2, 3].

До недавнего времени извлечение перги из сотов осуществлялось преимущественно вручную, либо с использованием примитивных технологий [1, 2, 4]. Продукт, полученный таким способом, часто не отвечал требованиям ГОСТа, а его производство в необходимых для удовлетворения потребительского спроса объемах было невозможным. Перга стала массовым, качественным и доступным продуктом пчеловодства благодаря появлению механизированных технологий ее извлечения из сотов [5, 6, 7]. Однако, несмотря на

то, что в применении данных технологий и средств механизации накоплен значительный опыт, перга, которая извлекается с их помощью из старых выбракованных сотов, сильно загрязнена и не соответствует требованиям государственного стандарта [8]. Основным загрязняющим компонентом, трудноотделимым от перговых гранул, являются остающиеся после выводка и накапливающиеся год от года в старых сотах коконы (органические оболочки), плотно облегающие гранулу перги после ее извлечения [9-12].

Предлагаемый нами способ очистки перги от органических оболочек заключается в механическом перемешивании извлеченных из сотов гранул перги на поверхности перфорированного решета до тех пор, пока коконы, охватывающие гранулы перги, не разрушатся [13,14]. Для реализации этого способа изготовлена специальная установка [15].

Цель и задачи исследования

Целью настоящего исследования является установление зависимости доли очищенных от ор-

© Бышов Д. Н., Каширин Д. Е., Павлов В .В., Коченов В. В., 2017г.

&-

ганических оболочек гранул перги в общей массе от продолжительности процесса очистки.

Материалы и методы исследования Представленная на рисунке 1 лабораторная установка состоит из рабочей камеры 1, закрываемой сверху крышкой (на рисунке не показана). В нижней части рабочей камеры установлен выдвижной поддон 3, предназначенный для сбора смеси отслоившихся коконов, попадающей в него через продолговатые отверстия решета 2, установленного над поддоном 3. Расположенный вну-

три камеры 1 рабочий вал 7 снабжен штифтами 4, зафиксированными на нем посредством втулок 6, а также распорными втулками 5, обеспечивающими необходимую дистанцию между плоскостями вращения штифтов. Нижняя втулка со штифтом устанавливается на расстоянии 10 мм от поверхности решета 2 до нижней плоскости втулки. Таким образом, гранулы перги свободно проходят между вращающейся втулкой и поверхностью решета, что исключает их крошение и разрушение.

1 - рабочая камера; 2 - решето; 3 - поддон; 4 - штифт; 5 - распорная втулка; 6 ■

7 - рабочий вал Рис. 1 - Лабораторная установка

■ втулка фиксации штифта;

Рабочий процесс очистки гранул перги от оболочек осуществляется следующим образом. В рабочую камеру 1 загружают навеску неочищенных перговых гранул массой 200±10 г, влажностью 1315% (ГОСТ 31776-2012), охлажденных до температуры -5...-15 °С, при которой менее выражены липкостные свойства перги, что исключает или минимизирует деформацию гранул и их залипа-ние на поверхности рабочих органов установки, стенке камеры и в отверстиях решета. При загрузке навески перги в работающую установку на поверхности решета образуется слой высотой около 25 мм, при этом нижний штифт должен быть полностью погружен в слой. Этим достигается максимальное вовлечение в движение всей обрабатываемой массы. В качестве привода рабочего вала 7 используется патрон сверлильного станка. Частота вращения вала устанавливается на уровне 140 мин-1. При движении слоя под действием вращающегося штифта происходит трение гранул о перфорированную поверхность решета, а также

о соседние гранулы, что приводит к разрушению органических оболочек, которые просеиваются через продолговатые отверстия и собираются в выдвижном лотке (рис. 2).

Опыты проводили в пяти контрольных точках, которым соответствовали следующие значения времени рабочего процесса (исследуемого фактора): 60, 120, 180, 240, 300 секунд. Повторность опыта в каждой точке равнялась 5.

Критерий оптимизации - процентное содержание целых перговых гранул, очищенных от органических оболочек, в общей массе навески:

(1)

т

Ж = —-100,

т..

где W - процент очищенных гранул (критерий оптимизации), %.

то - масса гранул, освобожденных от оболочек

г; о

тн - общая масса навески, г.

а - гранулы перги до очистки; б - очищенные гранулы перги; в - скопившиеся в лотке загрязнения Рис. 2 - Результат механической очистки перговых гранул от органических оболочек

Результаты и обсуждение

Статистическую обработку полученных в результате проведенного исследования экспериментальных данных проводили в табличном процессоре Excel пакета MS Office 2016 (дисперсионный анализ) и в математическом процессоре Mathcad 14.0 (регрессионный анализ).

Однородность построчных дисперсий оценивалась по G-критерию Кохрена. Неравенство (2) свидетельствует о соблюдении условия воспроизводимости опытов.

(G^ = 0,3445) < (Go95(4, 5) = 0,5441)

(2)

Регрессионная модель, описывающая массовый выход очищенных от коконов перговых гранул в зависимости от продолжительности механического воздействия, представлена выражением (3) и графиком на рисунке 3. Коэффициент детерминации R2 = 0,988 свидетельствует о значительной доле объясненной дисперсии в общей вариации параметра, что говорит о высоком качестве аппроксимации экспериментальных данных полученной регрессионной моделью.

(3)

W( t) = 22,56 + 0,46 • / - 0,00085 • Г, где t - продолжительность очистки, с.

100

3 5

о

х о

я

о Л

с

80

60

40

20

с 5 _ - < <

<

( < 1 § э I

) „^ ) Г

)

60

90

120

150

180

210

240

270

зос

Продолжительность очистки, с

ООО данные эксперимента • • • средние значения

Рис. 3 - Графическая зависимость выхода целых очищенных перговых гранул от продолжительности процесса очистки

Заключение

Анализ графической зависимости (рис. 2) позволяет сделать следующие выводы:

1) при фиксированной частоте вращения рабочего вала и фиксированном расстоянии от решета до нижней плоскости втулки фиксации штифта процент выхода целых перговых гранул, очищенных от органической оболочки, увеличивается пропорционально времени процесса очистки;

2) по истечении 4-4,5 минут рабочего процесса достигается предел оптимизируемого параметра, который составляет 83-86 % целых очищенных гранул в общей массе;

3) дальнейшее увеличение времени механического воздействия не приводит к увеличению критерия оптимизации, а, напротив, ведет к некоторому его снижению вследствие чрезмерного истирания гранул и их залипания в отверстиях решета.

Список литературы

1. Бышов, Н.В. Вопросы теории механизированной технологии извлечения перги из перговых сотов. / Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин // Монография.

- Рязань: Изд-во РГАТУ - 2012. - 113 с.

2. Каширин, Д. Е. Энергосберегающие технологии извлечения перги из сотов специализированными средствами механизации: дис. ... доктора техн. наук: / Д.Е. Каширин. - Саранск, 2013.

- 497с.

3. Каширин, Д.Е. Энергосберегающие техно-

логии извлечения перги из сотов специализированными средствами механизации: автореферат дис. ... доктора техн. наук: / Д.Е. Каширин. - Саранск, 2013.

4. Каширин, Д. Е. Технология и устройство для измельчения перговых сотов: / Д.Е. Каширин.

- Рязань, 2001. - 182 с.

5. Каширин, Д.Е. Усовершенствование технологического процесса отделения перги от восковых частиц / Д.Е. Каширин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина. - 2009. - №4 (35).

- С.24-26.

6. Каширин, Д.Е. Исследование рабочего процесса измельчителя перговых сотов / Д.Е. Каширин // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина. - 2010. - №1 (40). - С.24-27.

7. Каширин, Д.Е. Способ и устройство для извлечения перги / Д.Е. Каширин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова.

- 2010. - №5. - С.34-36.

8. Бышов, Н.В. Исследование процесса получения воска из воскового сырья различного качества / Н. В. Бышов, Д.Н. Бышов, Д. Е. Каширин, И.А. Успенский, В.В. Павлов // Вестник КрасГАУ. -2015. - № 6. - С. 145-149.

9. Каширин, Д.Е. Исследование массы и геометрических параметров перговых сотов / Д.Е. Каширин // Вестник КрасГАУ - 2010. - №5. - С.152-154.

10. Бышов, Н.В. Исследование отделения

перги от восковых частиц /Н.В. Бышов, Д.Е. Каши-рин// Техника в сельском хозяйстве - 2013. - №1. - С.26-27.

11. Каширин, Д.Е. Обоснование параметров установки для извлечения перги из сотов / Д.Е. Каширин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 11. - С. 26-27.

12. Каширин, Д.Е. К вопросу отделения перги из измельченной воскоперговой массы / Д.Е. Ка-ширин // Вестник КрасГАУ. - 2010. - №1. - С.138-139.

13. Пат. № 2297763 РФ. МПК А01К 59/00. Спо-

THE QUESTION OF MECHANICAL CLEANING BEE-BREAD GRANULES

Byshov Dmitrij N., candidate of technical sciences, Associate Professor, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev,

Kashirin Dmitrij E., doctor of technical sciences, Associate Professor, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, [email protected]

Pavlov Viktor V., graduate student, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, [email protected]

Kochenov Vitalij V., Senior Lecturer, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev

Indivisible element of modern agricultural industry is the beekeeping. Development of this major industry is necessary for increase in productivity of the main crops that acquires special relevance in modern economic conditions. According to some specialists, it is possible to develop beekeeping in various regions of our country only by redistribution of a natural protein bee feed - a bee-bread - from the areas rich with plants with pollen, to the grown poor areas. Due to the aforesaid, enhancement of the mechanized technologies of extraction and cleaning of a bee-bread acquires high relevance. Made now on apiaries using the mechanized technologies of a bee-bread often doesn't conform the requirement state standard as it is polluted by the organic covers remaining in the old rejected honeycombs from a bee brood.

In article the technique of a research of process of mechanical cleaning of granules of a bee-bread of organic covers with use of specially made laboratory installation is described. Empirical dependence of a percentage exit of the whole and cleared bee-bread granules in their lump from duration of mechanical cleaning is established. The analysis of the received dependence demonstrates that the percent cleared of an organic cover whole the bee-bread granules increases from 45-50% up to 83-86% in case of change of duration of engineering procedure from 60 to 270-300 seconds. Increase in time of cleaning over the designated range isn't reasonable as leads to decrease in the optimized parameter owing to excessive crushing of granules with simultaneous decline in production of engineering procedure. Thus, the most rational temporary mode of mechanical cleaning of a bee-bread of organic covers under production conditions is duration of mechanical impact at the level of 4-4,5 minutes during which the criterion of optimization reaches a maximum.

Key words: bee-bread, organic cover, bee-bread purification.

Literatura

1. Byshov N.V. Voprosy teorii mehanizirovannoj tehnologii izvlechenija pergi iz pergovyh sotov. / N.V. Byshov, D.E. Kashirin //Monografija. - Rjazan': Izd-vo RGATU - 2012. - 113 s.

2. Kashirin D. E. Jenergosberegajushhie tehnologii izvlechenija pergi iz sotov specializirovannymi sredstvamimehanizacii: dis. ... doktora tehn. nauk:/D.E. Kashirin. - Saransk, 2013. - 497s.

3. Kashirin D.E. Jenergosberegajushhie tehnologii izvlechenija pergi iz sotov specializirovannymi sredstvami mehanizacii: avtoreferat dis. ... doktora tehn. nauk: /D.E. Kashirin. - Saransk, 2013.

4. Kashirin D. E. Tehnologija i ustrojstvo dlja izmel'chenija pergovyh sotov: /D.E. Kashirin. - Rjazan', 2001. - 182 s.

5. Kashirin D.E. Usovershenstvovanie tehnologicheskogo processa otdelenija pergi ot voskovyh chastic/D.E. Kashirin //Vestnik FGOU VPO MGAU imeni V.P. Gorjachkina. - 2009. - №4 (35). - S.24-26.

6. Kashirin D.E. Issledovanie rabochego processa izmel'chitelja pergovyh sotov/D.E. Kashirin // Vestnik FGOU VPO MGAU imeni V.P. Gorjachkina. - 2010. - №1 (40). - S.24-27.

7. Kashirin D.E. Sposob i ustrojstvo dlja izvlechenija pergi/D.E. Kashirin // Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova. - 2010. - №5. - S.34-36.

8. Byshov N.V. Issledovanie processa poluchenija voska iz voskovogo syrja razlichnogo kachestva / N. V. Byshov, D.N. Byshov, D. E. Kashirin, I.A. Uspenskij, V.V. Pavlov// Vestnik KrasGAU. - 2015. - № 6. - S. 145-149.

9. Kashirin D.E. Issledovanie massy i geometricheskih parametrov pergovyh sotov/D.E. Kashirin // Vestnik KrasGAU. - 2010. - №5. - S.152-154.

10. Byshov N.V. Issledovanie otdelenija pergi ot voskovyh chastic /N.V. Byshov, D.E. Kashirin// Tehnika v sel'skom hozjajstve - 2013. - №1. - S.26-27.

11. Kashirin D.E. Obosnovanie parametrov ustanovki dlja izvlechenija pergi iz sotov/D.E. Kashirin //

соб извлечения перги из сотов / Д.Е. Каширин. -Заявл. 05.12.2005; опубл. 27.04.2007, бюл. № 12. - 4 с.

14. Пат. № 2326531 РФ. МПК А01К 59/00. Способ извлечения перги из сотов / Д.Е. Каширин, А.В. Ларин, М.Е. Троицкая. - Заявл. 19.12.2006; опубл. 20.06.2008, бюл. № 17. - 4 с.

15. Пат. № 2412590 РФ. МПК А01К 59/00. Установка для извлечения и очистки перги из сотов / Д.Е. Каширин. - Заявл. 07.12.2009; опубл. 27.02.2011, бюл. № 6. - 9 с.

Mehanizacija ijelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. - 2009. - № 11. - S. 26-27.

12. Kashirin D.E. K voprosu otdelenija pergi iz izmel'chennoj voskopergovoj massy /D.E. Kashirin // Vestnik KrasGAU. - 2010. - №1. - S.138-139.

13. Pat. № 2297763 RF. MPK A01K 59/00. Sposob izvlechenija pergi iz sotov/D.E. Kashirin. - Zajavl. 05.12.2005; opubl. 27.04.2007, bjul. № 12. - 4 s.

14. Pat. № 2326531 RF. MPK A01K 59/00. Sposob izvlechenija pergi iz sotov / D.E. Kashirin, A.V. Larin, M.E. Troickaja. - Zajavl. 19.12.2006; opubl. 20.06.2008, bjul. № 17. - 4 s.

15. Pat. № 2412590 RF. MPK A01K 59/00. Ustanovka dlja izvlechenija i ochistki pergi iz sotov/D.E. Kashirin. - Zajavl. 07.12.2009; opubl. 27.02.2011, bjul. № 6. - 9 s.

ВАСИЛЕНКО Владимир Васильевич, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей, [email protected]

ВАСИЛЕНКО Сергей Владимирович, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры прикладной механики, [email protected]

ХАХУЛИН Александр Николаевич, аспирант кафедры сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей, [email protected]

Воронежский ГАУ им. императора Петра I

Отвальная вспашка выполняет практически все требования агротехники по основной обработке почвы. Её отличает от других способов обработки переворот почвенных пластов, который может быть реализован только плугом. Но эта работа требует больших затрат энергии и вызывает эрозию почвы. Тем не менее, плуги продолжают совершенствоваться по различным направлениям. Одним из таких направлений является увеличение угла оборота почвенных пластов. В Воронежском ГАУ разработана конструкция плуга, способного оборачивать почвенные пласты на увеличенный угол. На плуг устанавливается дополнительное приспособление в виде вертикальных щитов, которые расширяют борозду после прохода каждого рабочего корпуса. В результате пластам ничего не мешает полностью перевернуться и тем самым улучшить все агротехнические показатели отвальной вспашки. Но возникает вопрос, насколько увеличится тяговое сопротивление плуга. В статье предлагается метод расчёта силы нормального давления почвы на щиток и зависящей от неё силы сопротивления плуга. Результаты представлены в виде теоретической зависимости и трёхмерного графика с факторами скорости движения и глубины обработки. В нормальных почвенных условиях работы с пластами, крошащимися на отвале, сила нормального давления почвы на щиток у плуга с шириной захвата рабочего корпуса 0,35 м варьирует от 35 до 86 Н при установившемся режиме работы. Эти показатели получены при регулировании глубины вспашки от 0,18 до 0,27 м и скорости движения от 1,48 до 2,25 м/с. Приращение тягового сопротивления четырёхкорпусного плуга с шириной захвата рабочего корпуса 0,35 м при постановке щитков для расширения борозды составляет 130-330 Н с теми же вариациями глубины вспашки и скорости движения, а приращение затрат мощности составляет 190-750 Вт.

Ключевые слова: оборот почвенного пласта, ширина борозды, вертикальные щитки, сила нормального давления, тяговое сопротивление.

Введение

Задачи основной обработки почвы в наиболее полной мере выполняются при отвальной вспашке [7, 10]. Несмотря на сравнительно высокие затраты энергии на вспашку и на опасность экологического воздействия на почву, плуги занимают достойное место в системе почвообрабатывающих орудий [4, 5] и ещё долго будут применяться в обозримом будущем [6]. Появились новые направления в развитии рабочих органов для плугов и в способах их технологического воздействия [8, 9]. В Воронежском ГАУ разработана конструкция плуга, способного оборачивать почвенные пласты на увеличенный угол, практически на требу© Василенко В. В., Василенко С. В., Хахулин А. Н., 2017 г

емые полоборота. Эта разработка направлена на практическую реализацию теории академика В.П. Горячкина о том, что почвенные пласты при вспашке должны быть полностью перевёрнуты методом перекатывания в соседнюю борозду [3]. Нами предложено дополнять конструкцию плуга вертикальными щитками для расширения борозды перед укладкой очередного пласта [1]. Агротехнические показатели вспашки улучшились [2], но дополнительные рабочие органы увеличивают тяговое сопротивление орудия, и требуется определить, какова будет сила этого дополнительного воздействия.