Обоснование и оптимизация основных параметров гидравлического выделителя семян из плодов тыквы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.361

ОБОСНОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВЫДЕЛИТЕЛЯ СЕМЯН ИЗ ПЛОДОВ ТЫКВЫ

MOTIVATION AND OPTIMIZATION MAIN PARAMETER HYDRAULIC SEPARATION SEEDS FROM FRUIT OF THE PUMPKIN

М.Н. Шапров, кандидат технических наук, профессор, декан факультета механизации сельского хозяйства

А.В. Седов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины»

ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

M.N. Shaprov, A.V. Sedov

Volgograd state agricultural academy

В процессе исследования разработанного гидравлического выделителя семян из плодов тыквы обоснованы его параметры, непосредственно влияющие на выделение семян из плодов, и получены оптимальные значения, обеспечивающие максимальную полноту выделения семян.

In process of the study designed hydraulic separation seeds from fruit of the pumpkin are motivated his parameters, directly influencing upon separation seeds from fruit, and are received best values, providing maximum fullness of the separation seeds.

Ключевые слова: плоды бахчевых, семена, способы выделения семян, давление, струя воды, насадка.

При переработке плодов тыквы наиболее сложной и трудоемкой операцией является выделение семян. Для выполнения этой операции используются семявыделительные линии или отдельные выделители, выпускаемые промышленностью. Однако рабочий процесс данных машин заключается в полном измельчении плодов, что приводит к снижению качества получаемых семян и делает невозможным дальнейшее использование мякоти в продовольственных целях.

Для решения указанной проблемы в лаборатории механизации бахчеводства разработан выделитель семян (рис. 1), принцип действия которого заключается в вымывании семян из плодов тыквы струей воды, подаваемой под давлением [1].

Рис. 1. Гидравлический выделитель семян из плодов тыквы:

I - рама; 2 - редуктор привода; 3 - загрузочный бункер; 4 - дисковый нож; 5 - направляющее приспособление; 6 -прутковый транспортер; 7 - прижимной транспортер; 8 - копирующий ролик; 9 - щелевая насадка; 10 - трубопровод;

II - лоток; 12 - поддон для сбора семян; 13 - клапан управления расходом воды; 14 - рычаг управления

Процесс выделения семян протекает следующим образом.

Плоды из загрузочного бункера 3 поступают на разрезающее приспособление, которое дисковым ножом 4 разрезает их на две половинки, а направляющим устройством

5 ориентирует половинки плодов плоскостью разреза вниз и укладывает их на прутковый транспортер 6. Для надежной фиксации половинок используется прижимной транспортер 7, бесконечная лента которого копирует их поверхность.

Под рабочей ветвью транспортера 6 установлены щелевые насадки 9, к которым насосной установкой по трубопроводам 10 подается под давлением вода. Каждая из насадок 9 формирует плоскую струю, которая взаимодействует с плацентой плода и вымывает семена из нее без ударных воздействий и травмирования. При этом с помощью клапана управления 13 регулируется количество воды, поступающей в половинку, чтобы не происходило снижения скорости вымывающей струи при выделении семян.

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

Для исследования разработанного выделителя семян из плодов тыквы были рассмотрены его параметры, непосредственно влияющие на процесс выделения семян из плодов: скорость подающего транспортера, давление вымывающей струи, площадь поперечного сечения насадки и количество рядов насадок.

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 [2]:

[з^^МТ

v=

(1 -#) ’

где: [асм] - предельное напряжение внедрения, кН/м2; (1-с;) - потери напора струи при внедрении в мякоть.

(1)

Расход воды Q должен обеспечить заполнение максимального сечения половинки плода струей воды толщиной bcm, то есть мы можем записать:

Q = Vmp Fmax, (2)

где: Fmax - максимальная площадь поперечного сечения половинки плода, равная

F =pD2 /8;

max max

vmp - скорость транспортера плодов, равная Vmp = Ъcm jtен , где 4н - время внедрения струи в мякоть.

Тогда выражение (2) примет вид:

Q __ Ъcm pDmax (З)

81 '

ен

Учитывая, что скорость струи для насадки сечением а можно определить

v = Ql w, а также подставляя формулы (4) и (б), получим выражение для определения времени внедрения струи в мякоть 4н:

t < /ЮГ. (4)

ен V і

Отсюда скорость транспортера, при которой обеспечивается выделение семян, должна быть равна:

bcm (5)

v <

mp

pD410Sg[i, ]

При воздействии струи на плацентарную мякоть плода происходит выделение семян, поэтому сила активного давления струи Рст должна превышать усилие внедрения в мякоть семенного мешка Рем.

Рст > Рем . (6)

Разделив обе части этого неравенства на Ш получим:

&ст =ри2(1 - сот) >Н. (7)

Отсюда можно получить значение минимальной скорости струи ишп, обеспечивающее ее внедрение в мякоть семенного мешка:

v. = |______И—. (8)

ш" ЛІР(1 - Cosa)

Скорость вымывающей струи также можно определить из следующего выражения:

У = ру12^И, (9)

где ф - коэффициент скорости, равный 0,97-0,98; Н - напор у выходного отверстия насадки, м.

Приравняв правые части выражений (8) и (9) и выразив оттуда Н, получим:

м

н =

2р (р2 £(1 - Соа)

(10)

Данное выражение определяет напор, необходимый для внедрения струи в мякоть семенного мешка.

На основании проведенных теоретических исследований и результатов

предварительных опытов построены графические зависимости V = f(0') и ш = f (и), представленные на рисунке 2.

0=1 л/с 0=1,5 л/с 0=2 л/с 0=2,5 л/с

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Ж

3

к

§

к

те

§

о

і—

о

с

о

к

5

о

|=;

С

Скорость струи, м/с Рис. 2. Графические зависимости V = ^ (у ) и 0 = /(и)

По этим графикам, в зависимости от прочностных свойств плода, выбирается скорость вымывающей струи, необходимая для выделения семян.

Далее рассчитывается требуемый расход воды, и, учитывая скорость вымывающей струи, по графикам можно определить необходимую площадь поперечного сечения вымывающей насадки.

Таким образом, данные графики показывают связь прочностных и размерных характеристик плода с параметрами семявыделительной установки.

Для оптимизации рассмотренных параметров выделителя семян получены уравнения регрессии полноты выделения семян: для Волжской серой - 92:

Ув = 92,1 - 1,25 х1 + 5,53 х2 - 0,32 х3 + 6,35 х4 + 0,27 х1х2 + 0,03 х1 х3 - 0,6 х1х4 -

- 0,5 х2 х3- 0,05 х2 х4+0,55 х3 х4- 0,

2 2 2 2 Х2 - 3,16 Х22 - 1,91 Х32 - 5,48 Х42

(11)

для Крупноплодной-1:

Ук = 92 - 1,16 х1 + 5,64 х2 - 0,26 х3 + 6,09 х4 + 0,51 х1х2 + 0,06 х1 х3 - 0,74 х1х4 -

2 2 2 2 - 0,49 х2 х3- 0,14 х2 х4+1,11 х3 х4 - 0,73 Х1 - 2,6 Х2 - 2,8 Х3 - 3,6 Х4 (12)

В результате обработки уравнений регрессии (11) и (12) получены оптимальные значения параметров (табл. 1), обеспечивающие допустимую по агротехническим

требованиям полноту выделения семян не ниже 95 %.

Таблица 1

Оптимальные значения параметров

Параметр Сорт

Волжская серая-92 Крупноплодная-1

Х[ - скорость транспортера плодов, м/с. -0,75 0,48 -0,75 0,48

Х2 - давление вымывающей струи, МПа 0,86 0,97 0,98 0,99

Х3 - площадь вымывающей насадки, мм2 -0,14 168,8 0,01 180,8

Х4 - количество рядов насадок, шт. 0,61 3 0,88 3

Примечание: в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном.

Библиографический список

1. Патент № 2220629, Российская Федерация. Выделитель семян преимущественно из плодов тыквы / Шапров М.Н., Цепляев А.Н., Абезин В.Г., Седов А.В., Салдаев А.М. - Бюл. № 1, 2004.

2. Штеренлихт, Д.В. Гидравлические расчеты / Д.В. Штеренлихт, В.М. Алышев, Л.В. Яковлев. - М.: Колос, 1992.