CC BY
22
ния подсосных ягнят // Сб. науч. тр. / РАСШ. Сиб. отд-ние. СибНЯПТИЖ. Новосибирск. 2002. С. 121-127.
10. Разработка технологии и технических средств для приготовления кормовых смесей свиньям с использованием пророщенного зерна : автореф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 / Саенко Юрий Васильевич ; [Место защиты: Мичурин. гос. аграр. ун-т]. Мичуринск, 2016. 39 с.
11. Бахарев Г.Ф., Дролова Л.И., Емельянова Л.Н. Обоснование проектов машинных технологий биоактивации зерна для ферм с различным уровнем интенсивности // Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. : в 3 т. Т. 1., Барнаул, 2009. С. 281-284.
12. Алгазин Д.Н., Воробьев Д.А., Забудский А.И., Забудская Е.А. Повышение энергоэффективности при проращивании семян в тепличных условиях // Омс. научн. вест. 2015. № 2 (144). С. 154-156.
13. Алгазин Д.Н., Воробьев Д.А., Забудский А.И., Забудская Е.А. Повышение автоматизации проращивания семян // Достижения науки - агропромышленному производству : материалы LV междун. науч.-техн. конф. / ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет». Челябинск, 2016. С. 245-251.
14. Алгазин Д.Н., Воробьев Д.А., Забудский А.И. Повышение эффективности предпосевной обработки семян в условиях защищенного грунта // Вестн. Омс. гос. аграр. ун-та. 2015. № 1 (17). С. 65-68.
Воробьёв Дмитрий Анатольевич, старший преподаватель, Омский ГАУ, [email protected]; Забудский Андрей Иванович, ассистент кафедры технического сервиса, механики и электротехники, Омский ГАУ, [email protected]; Алгазин Дмитрий Николаевич, доц. кафедры технического сервиса, механики и электротехники, Омский ГАУ, dn. algazin@omgau. org.
lenija podsosnyh jagnjat // Sb. nauch. tr. / RASSh. Sib. otd-nie. SibNJaPTIZh. Novosibirsk. 2002. S. 121-127.
10. Razrabotka tehnologii i tehnicheskih sredstv dlja prigotovlenija kormovyh smesej svin'jam s ispol-zovaniem proroshhennogo zerna : avtoref. dis. ... d-ra tehn. nauk : 05.20.01 / Saenko Jurij Vasil'evich ; [Mesto zash-hity: Michurin. gos. agrar. un-t]. Michurinsk, 2016. 39 s.
11. Baharev G.F., Drolova L.I., Emel'janova L.N. Obosnovanie proektov mashinnyh tehnologij bioakti-vacii zerna dlja ferm s razlichnym urovnem intensivnosti // Materialy IV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. : v 3 t. T. 1., Barnaul 2009. S. 281-284.
12. Algazin D.N., Vorob'ev D.A., Zabudskij A.I., Zabudskaja E.A. Povyshenie jenergojeffektivnosti pri prorashhivanii semjan v teplichnyh uslovijah // Oms. nauchn. vestn. 2015. № 2 (144). S. 154-156.
13. Algazin D.N., Vorob'ev D.A., Zabudskij A.I., Zabudskaja E.A. Povyshenie avtomatizacii prorashhivanija semjan // Dostizhenija nauki - agropromyshlennomu pro-izvodstvu : materialy LV mezhdunar. nauch.-tehn. konf. / FGBOU VO "Juzhno-Ural'skij gosudarstvennyj agrarnyj universitet". 2016. S. 245-251.
14. Algazin D.N., Vorob'ev D.A., Zabudskij A.I. Povyshenie jeffektivnosti predposevnoj obrabotki semjan v uslovijah zashhishhennogo grunta // Vestn. Oms. gos. agrar. un-ta. 2015. № 1 (17). S. 65-68.
Vorob'ev Dmitry Anatolyevich, Senior Lecturer, Omsk SAU, [email protected]; Zabudskiy Andrey Ivanovich, Ass. of the Department of Technical Service, Mechanics and Electrical Engineering, Omsk SAU, [email protected]; Algazin Dmitry Nikolaevich, Associate Prof. of the Department of Technical Service, Mechanics and Electrical Engineering, Omsk SAU, [email protected].
УДК 631.36(043.3)
А.Ю. Головин, У.К. Сабиев, А.С. Союнов
Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск
ТРАЕКТОРИЯ ДВИЖЕНИЯ ЗЕРНОВКИ ПО РЕШЕТУ, СОВЕРШАЮЩЕМУ КРУГОВЫЕ ДВИЖЕНИЯ
Современное производство нуждается в новых, более эффективных машинах для выполнения очистки зернового вороха. Из представленных промышленностью зерноочистительных машин наибольшая часть основана на возвратно-поступательном движении решетных станов. При работе таких машин производительность значительно меньше, чем при работе машин, в которых решетный стан совершает круговые движения. Однако нет четкой картины траектории движения зернового вороха по решету. Для оценки качества работы решетного стана, выполняющего круговые движения, была разработана математическая модель движения зерновки по решету. Траектория движения представляет собой циклоиду. В зависимости от частоты вращения решета циклоида может быть укороченной или удлиненной, при заданных параметрах частоты вращения n = 80-140 мин-1 в момент начала движения зерновки по решету, первая совершает круговое перемещение, переходящее в удлиненную циклоиду с последующим увеличением расстояния между витками. На основании выполненных расчетов можно сделать вывод, что при низкой частоте вращения время нахождения зернового вороха на решете снижается, а при максимальной
© Головин А.Ю., Сабиев У.К., Союнов А.С., 2017
частоте увеличивается за счет малого расстояния между витками циклоиды, что увеличивает вероятность попадания зерновки в ячейки решета. При этом во время кругового движения ориентация зерновки по отношению к отверстиям решета меняется в несколько раз быстрее, чем при возвратно-поступательном движении. А изменение угла наклона отверстий относительно продольной оси решета позволяет увеличить пропускную способность и повысить качество разделения зернового материала.
Ключевые слова: решето, частица, зерновка, траектория, послеуборочная обработка, вероятность попадания.
Введение
На послеуборочную обработку и хранение зерна приходятся значительные затраты, связанные с его производством. Наиболее проблемная ситуация наблюдается в семеноводческой отрасли, обеспеченность хозяйств машинами вторичной очистки составляет около 12 % от требуемой [1]. Для решения данной проблемы необходимо совершенствовать технологии и технические средства, повышать их производительность. Широкое использование перспективных современных зерноочистительных машин позволит снизить издержки на обработку зерна [2; 3].
Одним из наиболее распространенных сепарирующих элементов для вторичной очистки зерна являются пробивные решета. Из них наиболее применимыми считаются полотна с прямоугольными отверстиями, осуществляющими разделение семян по толщине. Эти решета обладают гораздо большими величинами удельной производительности, чем решета с круглыми отверстиями. Однако они имеют существенные недостатки. Существующие решета и кинематика их движения не способствуют ориентации частиц зерновой смеси относительно отверстий. Решето в машине работает как вибротранспортер, а колебания решетных станов сопровождаются значительными динамическими нагрузками, вызывающими увеличение вибрации рамы и, как следствие, снижение надежности машин, что приводит к увеличению продолжительности послеуборочной обработки зерна [4] .
Машины с круговыми колебаниями решетных станов позволяют достичь уравновешивания динамических нагрузок и снизить вибрацию машин [5]. Поэтому объединение в сепарирующей системе плоских решет с прямоугольными отверстиями, расположенными под углом, и рационального режима круговых колебаний позволит в совокупности повысить производительность зерноочистительных машин и увеличить ресурс их работоспособности [6].
Результаты исследования
Для определения траектории движения зерновки воспользуемся вторым законом Ньютона в дифференциальной форме (1), принимая, что зерновка движется по решету без отрыва [7].
Рис 1. Система координат Охуг (г - радиус кривошипа)
С X
С2 С2 у
а2;
С2 г
С2
т=Ё Р
¿=1
п
т = Х Руг
¿=1 п
=У Р = 0
^^ гг
(1)
-т
1. Силы, действующие на зерновку в системе координат 0ху2, проходящей осью 02 через ось электродвигателя: движущая сила - Бдв.; сила тяжести зерновки - О; сила Ко-риолиса - Бкор.; сила трения - Б^. (рис. 1). Рассмотрим каждую силу в отдельности.
(2)
Движущая сила. Так как вал электродвигателя имеет постоянную угловую скорость ю, то угол поворота кривошипа можно представить как ( = mt, следовательно, перемещение по осям координат можно записать:
х = r • cos (() = r • cos (ct);
y = r ■ sin(() = r ■ sin(ct).
Продифференцировав перемещение (2) по времени, найдем проекции переносной скорости:
dx
= —т . г . ein I mt 1 •
(3)
Vx = — = -c- r ■ sin(ct); x dt v .
dy / \
Vy =— = a ■ r ■ cos (at). y dt v ' Продифференцировав (3) еще раз, получим переносные ускорения
dvx 2 / Ч
ax =—- = -a ■ r ■ cos (at);
(4)
dVy 2 ■( ^
a =—- = -c ■ r ■ sin(ct).
dt y '
y
На основании этого можно записать уравнение движущей силы в матричной форме:
-а2 • r • cos (at)Л -а2 • r • sin (at) 0
Г Л
« х
Fm = m a = m
дв y
V az J
(5)
Сила тяжести действует в противоположенную сторону направления оси 02, в матричной форме
G =
' 0 ^ 0
V mg J
(6)
Сила Кориолиса. Так как зерновка находится на вращающемся решете, то на нее будет действовать сила Кориолиса, которая определяется уравнением Ркор = т. ак, где т -
масса зерновки; ак - ускорение Кориолиса в векторной форме ак = 2ае х Уг. В нашем случае матричная форма записи силы Кориолиса будет
(2а ■ т -¥г ■ cos(«)^ 0 0
F =
кор
(7)
где а - угол наклона решета.
Уравнение в скалярной форме ускорение Кориолиса запишем следующим образом:
1=1 п
ак = 2а e ■ Vr ■ sinае,Vr = 2а е ■ Vr ■ sin(a + —).
Сила трения в матричной форме
' g ■ m ■ ц ■ sin(at) ^ FТр = -g ■ m ■ ц ■ cos(at) l 0
где у - коэффициент трения зерновки о решето.
Дважды проинтегрировав выражение (1) по времени с подстановкой формул (2)-(8), получим координаты траектории зерновки в системе координат Ох2у установки:
ffF + F x(t) = jj-^-корх-
rrF + F y(t) = jj-^-
G + F
x-dtdt;
m
(9)
G + F -^tdt.
m
Для определения траектории зерновки относительно решета необходимо перейти к системе координат Ох'уУ. Новая система координат ориентирована следующим образом: Ох' - расположена поперек решета; Оу' - вдоль решета; 02' - перпендикулярно решету. Для перехода к новой системе координат Ох'уУ воспользуемся матрицей поворота
а о о ^
0 С08(а) 8т(а)
0 - 8т(а) С08(а)
В новой системе координат силы запишутся следующим образом: движущая сила:
р ' = ^ • м;
м =
(10)
сила тяжести:
сила Кориолиса:
сила трения:
G = G • M;
^ = FKор • M;
^ Gz' -у • sin(^t) ^
F* =
Gz - у- cos(^t) 0
(11) (12)
(13)
(14)
Дважды проинтегрировав выражение (1) по времени с подстановкой формул (11)—(14), получим координаты траектории зерновки в системе координат Ох'уУ решета:
Х (t) = jj ^ У (t) = jj ^
+ F ' + G ' + F '
-корх-x-^tdt;
m
+ F ' + G'+ F ' -кору-У-тру-dtdt.
(15)
m
При выполнении расчетов в системе компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования Mathcad по уравнениям (9) и (15) были получены графики (рис. 2), иллюстрирующие траекторию движения зерновки.
Траектория движения, определяемая уравнением (9) представляет собой циклоиду. В зависимости от частоты вращения решета циклоида может быть укороченной или удлиненной. При заданных параметрах частоты вращения n = 80-140 мин-1 в момент начала движения зерновки по решету, первая совершает круговое перемещение, переходящее в удлиненную циклоиду с последующим увеличением расстояния между витками (рис. 3).
На основании выполненных расчетов можно сделать вывод, что при низкой частоте вращения время нахождения зернового вороха на решете снижается, а при максимальной частоте увеличивается за счет малого расстояния между витками циклоиды, что увеличивает вероятность попадания зерновки в ячейки решета. На время нахождения зерновки на
поверхности решета оказывает влияние скорость скольжения частицы по решету, которая зависит от круговой частоты п и угла наклона решета к горизонту а.
Рис. 2. Перемещение зерновки по решету в системе координат, расположенной в плоскости решета: а - при частоте вращения решета 80 мин4; б - при частоте вращения решета 110 мин4; в - при частоте вращения решета 140 мин4
1
^ 4 1
\ 1 1 „ д ■V 9 -*- Пцмнвшйиис (МШГГ*
0 ч I ■ • У*
V Л&11 У
ж
—в- я--- ■- *
а
■ 1* 0 9 —*— ПдодоиДми* Долго
1 \ \\о,о? ь У^ -о 1 .1
б
Рис. 3. Траектории перемещения зерновки и решета: а - при частоте вращения решета 80 мин4; б - при частоте вращения решета 110 мин4; в - при частоте вращения решета 140 мин4
При этом во время кругового движения ориентация зерновки по отношению к отверстиям решета меняется в несколько раз быстрее, чем при возвратно-поступательном движении. Тем существеннее возрастает вероятность ее попадания в ячейки решета. А изменение
угла наклона отверстий относительно продольной оси решета позволяет увеличить пропускную способность и повысить качество разделения зернового материала.
Выводы
Полученная математическая модель (9) относительного движения частицы по решету при взаимодействии с кромкой продолговатого отверстия, расположенного под углом, совершающего круговые движения, позволяет определить траекторию движения частицы. Установлено, что траектория движения частицы представляет собой циклоиду, переходящую в удлиненную форму, с последующим увеличением расстояния между витками. Такая траектория увеличивает вероятность попадания зерновки в ячейки решета, при этом ориентация зерновки по отношению к отверстиям решета меняется в несколько раз быстрее, чем при возвратно-поступательном движении.
A.Yu. Golovin, U.K. Sabiev, A.S. Soyunov
Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin, Omsk
The trajectory of the grains on the circular sieve
Modern production requires new and more efficient machines for cleaning grain heap. Of the industry of grain-cleaning machines the greatest component is based on reciprocating motion of the sieve mill. When working with such machines the performance is much less in comparison with machines in which the sieve mill performs a circular motion. However, no clear picture of the trajectory of grain heap on the sieve. To assess the quality of the sieve mill performs a circular movement developed a mathematical model for the motion of grains on the sieve. The trajectory is a cycloid. Depending on the frequency of rotation of the sieve of the cycloid can be shortened or extended, in our case, when the given parameters of the rotation frequency of ю = 80-140 min-1 at the beginning of the motion of grains on the sieve, first performs a circular movement, turning into an elongated cycloid with a consequent increase in the distance between the loops. On the basis of the calculations it can be concluded that at low speeds the residence time of grain heap on the sieve is reduced, and when the maximum frequency increases due to the small distance between the loops of the cycloid, which increases the probability of a weevil in a cell sieve. During circular motion, the orientation of the grains relative to the holes of the sieve changes several times faster than the reciprocating motion. And the change of the angle of inclination of the holes relative to the longitudinal axis of the sieve allows to increase the capacity and improve the quality of separation of the grain material.
Keywords: sieve, particle, weevil, trajectory, post-harvest treatment, the probability of hitting.
Список литературы
1. Головин А.Ю., Прокопов С.П. Интенсификация процесса сепарации зерна. // Вестн. Ом. гос. аграр. ун-та. 2015. № 2 (18). С. 75-79.
2. Решетный стан: RU 117838 U, B07B (2006.01) / У.К. Сабиев. 2012104971/03 ; заявл. 13.02.2012 ; опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19.
3. Сабиев У.К., Скусанов И.В., Головин А.Ю. Результаты экспериментальных исследований факторов, влияющих на работу плоского решета, совершающего поперечные колебания // Научное и техническое обеспечение АПК, состояние и перспективы развития : сб. материалов науч.-практ. конф. Омск, 2017. С. 112-117.
4. Лапшин Н.П. Обоснование режимов сепарации зерна на пакете решет с круговыми колебаниями в горизонтальной плоскости : автореф. дис. ... канд. техн. наук. 05.20.01 / Лапшин Николай Петрович. Челябинск, 2000. 17 с.
5. Сабиев У.К., Головин А.Ю. Решетный стан зерноочистительной машины // Тракторы и с.-х. машины. 2013. № 4. С. 13.
6. Зильбернагель А.В., Сабиев У.К. Теоретическое исследование влияния траектории движения частицы на вероятность взаимодействия ее с кромками
References
1. Golovin A.Yu., Prokopov S.P. Intensification of separation process of grain // Vestn. Om. gos. agrar. university. 2015. № 2 (18). S. 75-79.
2. Cleaning shoe: 117838 EN U, B07B (2006.01) / U.K. Sabiev - 2012104971/03 ; Appl. 13.02.2012 ; publ. 10.07.2012, Bulletin. № 19.
3. Sabiev U.K., Kusanov I.V., Golovin A.Yu. The Results of experimental studies of factors affectingon flat sieve operation, makes lateral vibrations // Scientific and technical support of agriculture, the state and prospects of development : materials of the sci.-practice. conf. Omsk, 2017. S. 112-117.
4. Lapshin N.P. The rationale for the separation of grain on the sieves with circular vibration in horizontal plane : author. dis. kand. tech. Sciences. 05.20.01 / Lapshin Nikolay Petrovich. Chelyabinsk, 2000. S 17.
5. Sabiev U.K., Golovin A.Yu. The cleaning shoe grain cleaning machine // Tractors and agricultural machines. 2013. №. 4. S. 13.
6. Silbernagel A.V., Sabiev U.K. Theoretical study of the trajectory influence of a particle on the probability of its interaction with the edges of the oblong hole //Vestn. Altai Gos. Agrar. University. 2011. № 9 (83). S. 78-81.
продолговатого отверстия // Вестн. Алтай. гос. аграр. ун-та. 2011. № 9 (83). С. 78—81.
7. Евтягин В.Ф. Исследование параметров движения решетных станов с целью повышения эффективности работы : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.01 / Евтягин Василий Федорович. Омск, 1982. 175 с.
Головин Александр Юрьевич, ст. преподаватель, Омский ГАУ, [email protected]; Сабиев Уахит Калижанович, д-р техн. наук, проф. Омский ГАУ, [email protected]; Союнов Алексей Сергеевич, канд. техн. наук, доц., Омский ГАУ им. П.А. Столыпина, [email protected].
7. Evtyagin V.F. Research of movement parameters of the sieve mills with the aim of increasing the effectiveness of dis. ... kand. tech. Sciences : 05.20.01 / Evtyagin Vasily Fedorovich. Omsk, 1982. S.175.
Golovin Alexander Yurevich, Senior Lecturer, OmSAU, [email protected]; Sabiev Uahit Ka-lyzhanovich, Dr. of Techn. Sci., Prof., OmSAU, [email protected]; Soyunov Alexey Sergeevich, Cand. of Techn. Sci., Associate Prof., OmSAU, [email protected].
УДК 637.352.04:634.31:613.2 В.А. ДЕМИДОВА
ОАО Чебаркульский молочный завод, Чебаркуль Челябинской области
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН «ЦИТРИ-ФАЙ» В ТЕХНОЛОГИИ МЯГКОГО ТВОРОГА ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ПИТАНИЯ
Научно обоснована актуальность исследований по разработке технологии мягкого творога, обогащенного функциональными ингредиентами, для специализированного питания. Цель работы - экспериментально обосновать эффективность использования пищевых волокон «Цитри-Фай» (Citri-Fi) в качестве функционального ингредиента в технологии нового вида мягкого творога. Основными объектами исследований являлись закваска BY-700 (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus и Bifidobacterium BB-12, Streptococcus thermophilus), пищевые волокна «Citri-Fi 200 FG». Изучены количества от 0,1 до 2,5 % от массы ферментируемых сливок. Пищевые волокна представляют порошок светло-кремового цвета с нейтральным вкусом и запахом, обладающий высокой влагоудерживающей способностью. Их вносили в сливки одновременно с закваской и перемешивали 5-10 мин. Приведены результаты экспериментально-аналитических исследований по изучению влияния пищевых волокон, добавляемых в разных количествах, на химические, микробиологические, органолептические показатели ферментируемых сливок с м.д.ж. 20 %. Определена эффективность использования пищевых волокон «Citri-Fi» в технологии нового вида мягкого творога. Установлены параметры процесса обогащения молочных сливок с м.д.ж. 20 % пробиотической микрофлорой в составе закваски BY-700 в процессе ферментации в течение 3,5-4,0 ч при температуре (36 ± 1) °С. Экспериментально доказано, что пищевые волокна «Citri-Fi» в количестве 1,5-2,0 % от массы сливок с м.д.ж. 20 % позволяют сократить процесс ферментации на 2,0-2,5 ч. В ферментированных сливках обеспечивается количество пробиотической микрофлоры не < 1,8 х 108 КОЕ/г, что позволяет считать мягкий творог с их использованием функциональным продуктом.
Ключевые слова: мягкий творог, пищевые волокна, ферментация, сливки, пробиотические культуры.
Введение
Питание - важнейший фактор, интегрирующий здоровье человека с момента зачатия и в течение всей жизни. Важную роль в обеспечении здоровья человека играет качество и безопасность пищевых продуктов [1]. Для отдельных видов специализированных пищевых продуктов качество и безопасность регламентируются документом ТР ТС 027/2012 [2]. Подчеркнем, что в настоящее время получило развитие производство обогащенных и функциональных продуктов на молочной основе.
В обогащенную пищевую продукцию добавлены одно или несколько пищевых и (или) биологически активных веществ и (или) пробиотических микроорганизмов, не
© Демидова В.А., 2017
