CC BY
33
УДК 631.3:633.71 UDC 631.3:633.71
ТЕОРЕТИКО - ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ THEORETICAL - EXPERIMENTAL OPTIMI-
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ZATION OF THE PARAMETERS OF WORK-
ОРГАНОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЛИСТЬЕВ ING PART FOR THE PREPARATION TO-
ТАБАКА К СУШКЕ BACCO OF LEAVES TO DRYING
Огняник Александр Васильевич Ognyanik Alexandr Vasilyevich
ассистент assistant
Кубанский государственный аграрный универси- Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
тет, Краснодар, Россия
В статье представлены результаты теоретических и In the article, the results of the theoretical and experi-экспериментальных исследований по разработке mental researches of working part for sheet division
рабочего органа для полистной расщипки и ориен- and orientation of tobacco leaves by preparation to
тации листьев табака при подготовке их сушке. their drying are presented. There is an efficiency of its
Показана эффективность его использования, полу- use, received by results of departmental tests
ченная по результатам ведомственных испытаний
Ключевые слова: ЛИСТЬЯ ТАБАКА, БАРАБАН, Keywords: LEAVES OF TOBACCO, DRUM,
МЕХАНИЗАЦИЯ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, MECHANIZATION, PRODUCTIVITY, SPLIT,
РАСЩИПКА, ОРИЕНТАЦИЯ ORIENTATION
Технология производства табачного сырья сопряжена с большими затратами трудовых, материальных и энергетических ресурсов. На производство 1 тонны ферментированного табачного сырья необходимо затратить свыше 1200 чел-ч, израсходовать около 1,5 тонны условного топлива. Для устранения этих недостатков требуется разработка рабочих органов для полистного разделения пачек табачных листьев и ориентированной равномерной подачи.
Целью исследований являлось повышение производительности процесса подготовки листьев табака к сушке путем разработки рабочего органа для полистного разделения пачек табачных листьев и их ориентации.
Разработана принципиальная схема рабочего органа для полистного разделения пачек табачных листьев и их ориентации (рисунок 1). Устройство содержит барабан 1 , расположенный под углом к горизонту для перемещения табачных листьев, лопасти 2, расположенные параллельно образующей барабана, приводные катки 3, подающий транспортер 4 и выносной транспортер 5. На входе и выходе барабана 1 имеются торцевые стенки 6, 7 с приемным 8 и выходным 9 окнами соответственно.
Устройство работает следующим образом. Листья подаются на подающий транспортер 4, который перемещает их к приемному окну 8. С подающего транспортера 4 пачки листьев через приемное окно 8 попадают в барабан 1 и падают в сектора между лопастями 2.
Рисунок 1 -Схема устройства для полистного разделения пачек табачных листьев
Барабан 1 вращается и лопасти 2 подхватывают пачки листьев, поднимают их до положения, когда сила тяжести превысит силу трения и пачки соскальзывают с лопасти вниз, при ударе о стенку барабана 1 или ребро лопасти 2, пачки испытывают сдвиговые нагрузки и разбиваются полист-но. Перемещение листьев в барабане 1 осуществляется за счет угла наклона оси барабана 1 к горизонту. Более узкие вначале лопасти 2 способствуют частому падению пачек табака, широкая часть лопастей 2 на выходе из барабана 1 способствует тому, что листья плавно и равномерно сбрасываются на выносной транспортер 5.
Теоретически обоснованы параметров рабочего органа для полистного разделения пачек табачных листьев и их ориентации.
Технологический процесс перемещения пачек листьев в барабане можно разделить на фазы: I фаза - движение пачки листьев по внутренней поверхности барабана; II фаза - перемещение пачки листьев по поверхности внутренней лопасти; III фаза - падение пачки листьев на внутреннюю поверхность барабана; IV фаза - расслоение пачки листьев под действием удара о внутреннюю поверхность барабана (рисунок 2).
Рисунок 2 - Схема рабочих органов для полистного разделения пачек табачных листьев, их ориентации и очистки от примесей
Разработана методика расчета параметров технологического процесса и рабочих органов для полистного разделения пачек табачных листьев (таблица 1).
Таблица 1 - Методика расчета рабочих органов для полистного разделения пачек табачных листьев, их ориентации и очистки от примесей
п/п Параметр Формула
1 Критическая угловая скорость барабана, мин-1 - кпГ ЭШ ф (кпГ ЭШ ф)2 - 4 ЭШ Ф
к 2 • Г ЭШф
2 Скорость пачки в момент удара о внутреннюю поверхность барабана, м/с и g (‘ - ^)
3 Количество работы, совершаемой за один удар пачки из п листьев, Дж А (т + т2 + ...+ т )• УП =ш =у 2 п/ п п 2
4 Работа на разделение п листьев, Дж Ап = 42 Л ' ( П — 1)
5 Количество ударов, необходимое = 4,
расщипки пачки листьев, удар АР
6 Длина барабана, м ^бар ^уд 1'пач
7 Величина перемещения пачки по барабану в течение одного удара, м 1пач = кп *
8 Высота подъема пачки в барабане, м кп = Хбар (1 + ^Ф )
9 Время поворота листа, с (90+Ь)
^3(к — х) • соЬ 3- рв ■ 5пл ■ эта • соЬ • х )
12 + 12 g • ‘л тп • 1л
10 Дальность полета части листа, м X = ит соэа (! „-кп*) кП
Принятые обозначения: сокр - критическая угловая скорость барабана,
мин-1; кП - коэффициент парусности; Г -радиус цилиндра, м; mg -вес пачки листьев; Н - высота падения пачки, м; п -количество листьев, шт; УП -
скорость центра тяжести пачки листьев в начале удара, м/с; 1пач -величина перемещения пачки по барабану в течение одного удара, м; кП -высота подъема пачки в барабане, м; Ь -угол между направлением действия силы тяжести и нормалью к средней жилке, град; к -расстояние между г.ц. и ц.т.; у -угол наклона барабана, град; Ябар -радиус барабана, м; а -угол бросания части листа, град.
Оптимизированы параметры рабочего органа для полистного разделения пачек табачных листьев с использованием математического метода планирования многофакторного эксперимента в виде центрального композиционного ортогонального плана второго порядка.
Установлено влияние угла наклона барабана, частоты вращения барабана и количества внутренних лопастей барабана на производительность и степень расщипки пачек табачных листьев. Уравнение поверхности отклика для производительности от взаимодействия угла наклона, частоты вращения, количества внутренних лопастей имеет следующий вид:
У = -33,05X2 - 0,96Х22 - 9,17Х32 + 3,44Х1Х2 + 6,18Х1Х3 - ( )
-0,85X2X3 + 422,35X1 +17,26Х2 + 32,66Х3 -1587,72, ( )
где У - производительность, кг/ч; Х1- угол наклона барабана, град; Х2-
частота вращения барабана, мин-1; Х3- количество лопастей.
Для нахождения экстремума уравнения (1) приравняем нулю его частные производные и решив полученную систему уравнений получим:
Х1 = 7,82; Х2 = 21,34; Х3 = 3,42 .
Подставив полученные данные в уравнение (1) получим максимальное значение производительности У = 403,91 кг/ч.
Таким образом, оптимальными значениями режимных параметров являются: угол наклона барабана - 7,82°; частота вращения барабана - 20,34 мин-1; количество лопастей - 3,42.
Найденные оптимальные значения точно реализовать на практике не удается. Поэтому принимаются значения угла наклона барабана, частоты вращения барабана и количества лопастей наиболее близкие к оптимальным, а именно: угол наклона барабана - 8°; частота вращения барабана -20 мин -1 ; количество лопастей - 4.
Ограничивающим фактором для определения оптимального значения производительности является степень расщипки пачек табачных листьев. Проведен многофакторный эксперимент определения влияния угла наклона барабана, частоты вращения барабана и количества внутренних лопастей барабана на степень расщипки пачек табачных листьев. Уравнение поверхности отклика для степени расщипки пачек листьев табака имеет следующий вид:
У = -270,23 + 98,77Х1 -1,82Х2 + 17,41Х3 - 7,62Х12 -1,47Х32 - 0,61Х1Х3, (2)
где У - степень расщипки, %.
Для нахождения оптимального значения производительности проведем графическое исследование графиков влияния производительности и степени расщипки от частоты вращения барабана при различных углах наклона и количестве лопастей барабана (рисунки 3, 4, 5). В результате проведенного трехфакторного эксперимента были определены оптимальные параметры и режимы работы рабочего органа для полистного разделения пачек и ориентации табачных листьев: частота вращения - 20 мин-1, количество лопастей - 6 штук, угол наклона барабана - 7 град.
Рисунок 3 - Влияние частоты вращения барабана и степени расщипки при угле наклона барабана 6 град.
400
4* 350
й 300
г-"1
250
X 200
ч
ы 150
м 100
2 50
С
0
Угол наклона 7 град. (Х1=0)
——
' --
' --
--
--
100
90
80
70
60
50
10
о
6 8 10 12 14 16 18
Частота вращения (Х2), мпн-1
-Х3=1,6
-Х3г=1,б
-Х3=2
-Х3і=2
-Х3=4
-Х3і=4
-Х3=6
-Х3г=б
-Х3=б„4
-Х3і=6,4
Рисунок 4 - Влияние частоты вращения барабана и степени расщипки при
угле наклона барабана 7 град.
Рисунок 5 - Влияние частоты вращения барабана и степени расщипки при угле наклона барабана 8 град.
Ведомственными испытаниями экспериментального образца рабочего органа для разделения пачек табачных листьев в составе технологической линии для подготовки листьев табака к сушке установлено, что предложенные параметры и режимы работы экспериментальных рабочих органов позволили достичь ориентированной полистной подачи табака, механизировать ручной труд и снизить затраты труда до 2,06 - 3,82 раз.
Список литературы
1 Огняник А.В. Новая техника для табаководства / Е.И. Виневский, Н.Н. Винев-ская, А.В. Огняник // Достижения науки и техники АПК. - 2007. - № 7. - С.43-45.
2. Огняник А.В. Технологическая линия для подготовки листьев табака к сушке / А.В. Огняник, Е.И. Виневский // Механизация и электрификация с.-х. - 2009. - №7. -С.9-10.
3. Патент на полезную модель № 40846 РФ А0Ш45/16. Устройство для полистного разделения массы табачных листьев / Е.И. Виневский, А.В. Огняник, А.И. Петрий [и др.]. - Опубл. 10.10.2004, Бюл. № 28.
4. Патент на полезную модель №71513 РФ А0Ш45/16. Технологическая линия подготовки табака к сушке / А.В. Огняник, Е.И. Виневский, И.Б. Поярков [и др.]. -Опубл. 20.03.2008, Бюл. № 8.
5. Огняник А.В. Некоторые физико-механические свойства растений отечественных сортов табака / А.В. Огняник, Виневский Е.И., Громов К.Г. и др. // Сб. науч. трудов ВНИИТТИ. - Краснодар, 2008. - Вып. 177. - С. 203-208.
6. Огняник А.В. Применение многофакторного эксперимента при оптимизации параметров рабочих / А.В. Огняник // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: матер. II Всерос. науч.-практ. конф. молодых учёных (19-21 нояб. 2008 г.). -Краснодар, 2008. - С.339-340
7. Огняник, А.В. Параметры рабочих органов линии для технологических приёмов ускорения влагоотдачи при сушке / А.В. Огняник // Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов: сб. матер. Всероссийской науч.-практ. конф. - Углич, 2009. -С.145-148.
8. Огняник А.В. Оптимизация технологической линии ЛПТС-720 для подготовки листьев табака к сушке / А.В. Огняник // Сб. докладов конференции-конкурса научно-инновационных работ молодых учёных и специалистов за 2009 год (7 дек. 2009 г.). -М., 2009.
