Размещено на http://www.allbest.ru/

Кримський Державний аграрний університет

РОЗРОБКА І ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ СЕПАРАТОРА НАСІННЯ БАШТАННИХ КУЛЬТУР

Спеціальність 05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Гольдшмідт Олена Андріївна

Сімферополь - 2000

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Миколаївській Державній аграрній академії (МДАА) в 1994-1999 роках

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент

Пастушенко Сергій Іванович,

Миколаївська Державна аграрна академія (МДАА), декан факультету механізації

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Шабанов Петро Антонович,

Кримський Державний аграрний університет,

професор кафедри "Сільськогосподарські машини”

кандидат технічних наук, доцент,

Міняйло Анатолій Васильович

Харківський Державний технічний університет

сільського господарства, доцент кафедри деталей машин та стандартизації

Провідна установа - Національний аграрний університет (НАУ) Кабінету Міністрів України

Захист відбудеться 21 липня 2000 року о "10” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К-52.805.03 по присудженню наукового ступеню кандидата технічних наук в Кримському Державному аграрному універси-теті за адресою 95492, Автономна Республіка Крим смт. Аграрне, Кримський Дер-жавний аграрний університет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці КДАУ за адресою 95492, смт. Аграрне, Кримський Державний аграрний університет.

Автореферат розісланий "20” червня 2000 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Бабицький Л.Ф.

Загальна характеристика роботи

Тому рівняння відносного руху частки по площині решета в проекціях на рухомі осі запишуться у вигляді:

(3)

Після заміни вираження проекцій сили інерції - m '' і - m '' в рівняннях (2) отримаємо:

(4)

Нормальну реакцію N=N (t) знайдемо з другого рівняння системи (4):

(5)

Очевидно, що частка залишається на вібруючій площині лише при умові позитивності реакції N (t). Тоді умова N (t) > 0 може бути представлена у вигляді:

(6)

Введемо поняття інтервалу руху: інтервал 0 відповідає відносному спокою частки на поверхні решета, інтервал 1 відповідає ковзанню частки по його поверхні, а інтервал 2 - відриву і польоту частки (частка знаходиться поза поверхнею решета). При цьому інтервал 1 містить в собі два підінтервали: підінтервал 1+ відповідає ковзанню частки "уперед” по ходу руху решета, а підінтервали 1 - ковзанню "назад”, проти ходу його руху.

При відносному спокої частки подрібненої маси на коливаючомуся решеті (при x' = 0 и y' = 0) сила тертя знаходиться з першого рівняння системи (4), що є, в нашому випадку, рівнянням відносної рівноваги:

(7)

Частка може залишатися в стані відносного спокою на плоскості тільки при умові, що сила тертя F (t), визначена рівністю (7), не перевищує по абсолютній величині граничного значення сили статичного тертя ( - коефіцієнт тертя спокою). Ця умова може бути представлена в вигляді нерівності

(8)

Перетворивши перше рівняння системи (4), отримаємо рівняння руху частки без відриву від поверхні решета:

(9)

У виразі (9) через = arctg f позначений кут тертя ковзання; верхні знаки відповідають ковзанню частки уперед по площині решета (x' > 0), нижні - ковзанню назад (x' < 0). Диференціальне рівняння (9) перетворюємо в більш зручний для подаль-ших обчислень вигляд:

(10)

Ввівши позначення

; ; (11)

запишемо рівняння (10) у вигляді:

. (12)

Позначимо фазові кути , при яких починається відносне ковзання частки в позитивному чи негативному напрямках, співвідносно и , а фазові кути кінця цього руху, співвідносно и .

Гранично можливі умови початку ковзання в обох напрямах визначаються рівністю:

(13)

(14)

Інтегруючи диференційне рівняння (12) в межах від до поточного значення при позитивному напрямку переміщення, отримаємо:

(15)

Для негативного напрямку переміщення частки рівняння (12) необхідно проінтегрувати від до :

(16)

Для визначення величини переміщень частки в позитивному и негативному напрямках вздовж осі ОХ за один період коливань необхідно проінтегрувати рівняння (15) в межах від до і рівняння (16) в межах

до

; (17)

(18)

Після проведення замін , де визначається виразом:

(19)

останні вирази для переміщень можна записати в наступному вигляді:

(20)

(21)

Середня швидкість руху частки на решеті сепаратора, при її русі без відриву від поверхні, буде рівна частці від розподілу сумарного переміщення за один період до періоду коливань грохоту:

(22)

де .

Підставляючи значення з виразів (20; 21) в формулу (22), після нескладних перетворень отримаємо залежність для визначення середньої швидкості частки в робочій зоні інерційного сепаратора:

(23)

Виходячи з розрахункової схеми руху частки в робочій зоні сепаратора (рис.1) отримаємо диференціальне рівняння польоту частки над плоскостю в рухомій системі координат ХОY при .

; (24)

(25)

Після інтегрування знайдемо проекції швидкості і переміщення частки при її польоті на осі рухомої системи координат XOY:

(26)

(27)

(28)

(29)

Момент падіння частки на плоскість знаходиться як найбільш близький до корінь рівняння

(30)

перетворивши яке, можна записати:

(31)

У рівнянні (31) прийняті наступні позначення:

Рівняння (30) є трансцендентним. Для його рішення нами використовувався графічний метод. При цьому необхідно побудувати в координатах синусоїду y=Sin і параболу, що описується виразом:

.

Абсциса точки перетину цих кривих I і буде шуканим коренем рівняння (31).

Проводячи перетворення рівнянь (26; 28), аналогічні перетворенням що проводяться при виведенні (20; 21), отримаємо вираження для визначення середньої швидкості частки на решеті вібросепаратора:

(32)

Формули (10; 12; 15-18; 23; 26-29) лягли в основу методики розрахунку основних конструктивних і кінематичних параметрів грохотного сепаратора насіння баштанних культур.

Після проведеного теоретичного аналізу роботи сепаратора в різних режимах, з використанням вищенаведеного математичного апарату, побудована графічна залежність, що дозволяє визначити діапазон зміни основних кінематичних параметрів інерційного і вібраційного грохоту.

Для визначення експлуатаційних параметрів сепаратора використовувалися емпіричні формули, рекомендовані до застосування в теорії транспортуючих машин.

Продуктивність сепаратора визначиться по формулі:

(33)

де

- площа поперечного перерізу грохота (жолоба) сепаратора;

- об'ємна (насипна) маса продукції, що сепарується;

- коефіцієнт заповнення робочої поверхні грохоту.

Потужність приводу для інерційного сепаратора розраховується по вираженню:

, (34)

а потужність приводу вібросепаратора по формулі:

, (35)

де L - довжина робочої частини решета сепаратора;

- коефіцієнт корисної дії приводу;

С - коефіцієнт транспортабельності, що залежить від механіко -

технологічних властивостей маси, що сепарується;

- коефіцієнт питомих витрат потужності.

У третьому розділі "Експериментальні дослідження механіко-технологічних властивостей насінників баштанних культур" обґрунтована необхідність визначення динамічних і фізико-механічних властивостей насінників овочебаштанних культур.

У процесі експериментальних досліджень механіко-технологічних властивостей, були вивчені три види об'єктів: маса після подрібнюючого пристрою, насіннєві плоди, свіжовиділене насіння. При цьому визначався процентний вміст різних компонентів в подрібнених насінниках огірка сорту "Конкурент”, кавуна сорту "Вогник”, дині сорту "Колгоспниця”. Був зроблений висновок про те, що якісний склад подрібненої маси насінників, різко відрізняється від маси інших сільськогосподарських культур, що сепаруються. Висока вологість, низький вміст насіння, наявність кірки дозволяє зробити висновок про неможливість використання теоретичних основ очищення зернової маси від полови при розробці сепараторів насіння баштанних культур.

Внаслідок математичної і статистичної обробки, а також аналізу експериментальних даних по визначенню механіко-технологічних властивостей об'єктів, що вивчаються, зроблені висновки про те, що процентний вміст подрібненої маси насінників, яка поступає на сепарацію, коливається в широких межах і залежить від сорту, культури, кліматичних умов вегетації. Вміст насіння змінюється від 2,3% до 3,8%, соку з мезгою від 42,9% до 55%. Частки подрібненої кірки неоднорідні по своєму складу. Вміст часток розмірами до 10мм складає - 10-12%, 10 - 70мм - 37-57%, частки розмірами більше чим 70мм - 21-36%. Вперше визначені величини коефіцієнтів відновлення насіння при ударі мають величину: 0,502.0,639 - при взаємодії з гумовою пластиною і 0,300.0,472 - з оцинкованим залізом. Величини коефіцієнтів можна використати при подальших уточнених розрахунках конструктивних і кінематичних режимів технологічного обладнання. Свіжовиділене насіння має високу стійкість до статичних і динамічних (ударних) навантажень. Величина проколюючого статичного зусилля у культур, що досліджуються, коливається в межах 22,0.60,0 Н. Визначити критичну швидкість удару насіння об металеву поверхню в процесі досліджень не вдалося. Це дозволяє зробити висновок про некритичність травмування насіння до кінематичних режимів сепаратора.

У четвертому розділі "Експериментальні дослідження сепаратора насіння з метою оптимізації конструктивних і кінематичних параметрів” приведені результати лабораторних експериментів і польових випробувань виділителя насіння з двогрохотним різнорежимним сепаратором.

Для проведення лабораторних експериментів була розроблена і виготовлена спеціальна установка. Схема установки приведена на рис.3. Лабораторні експерименти проводилися з використанням трьохрівневого плану Боксу другого порядку. Як критерії оптимізації були вибрані: травмування насіння (ТН), чистота насіння (ЧН) і втрати насіння (ВН). Як незалежні чинники були вибрані: кут нахилу решета до горизонту (Х1); частота коливань решета (Х2); амплітуда коливань решета А (Х3); кут прикладання обурюючої сили (Х5) і довжина решета L (Х6)

Для дослідження впливу основних кінематичних параметрів на травмування насіння, їх втрати і чистоту в установці передбачене наступне регулювання. Довжина решета l змінювалася шляхом переміщення перегородки 16 по ходу руху технологічного продукту. Частота коливань змінювалася за рахунок регулювання частоти обертання двигуна 11, шляхом зміни величини живильного напруження. Зміна амплітуди коливань здійснювалася установкою пальця 15 в різні отвори в диску 5. Для зміни кута нахилу решета збільшувалася або зменшувалася довжина а однієї з підвісок 2.

Після математичної обробки результатів експерименту отримана система з трьох рівнянь регресії. Перетворивши її, після статистичної оцінки значущості коефіцієнтів рівнянь і відкидання незначущих, отримаємо систему математичних моделей (36), що адекватно описують технологічний процес

(36)

Подальший аналіз результатів експерименту проводився графічним методом з використанням методу двомірних перетинів при послідовній установці декількох незалежних чинників на фіксованій величині. Графічна інтерпретація результатів експерименту приведена на рис.4.

Як видно з рис.4 (а), при установці довжини решета на мінімальному рівні добитися чистоти насіння більше чим 72% не вдається. Зона оптимального поєднання чинників обмежена дугами кривих ЧС; ТС і ПС, що пересікаються в точках I; II; III. Чистота насіння буде при цьому лежати в межах 71 - 72%; травмування складе менше чим 6%, а втрати не перевищать 7%. Для даного технологічного режиму частота коливань рівна 24,3 - 36,25 (1/с), а амплітуда 34 - 46 (мм). Якщо допустити зниження показника чистоти насіння до 71%, а втрат до 8 %, діапазон допустимого варіювання кінематичних режимів складе: для частоти - 24,3 - 45,0 (1/с); для амплітуди 25 - 42 (мм).

Аналіз результатів експерименту, графічна інтерпретація яких приведена на рис.4 (б), свідчить про більш високі якісні показники технологічного процесу при фіксації частоти коливань на максимальному рівні. Тут вдається добитися травмування насіння менше чим 4% при чистоті перевищуючої 75 % і втратах, що лежать в діапазоні 6 - 7 %. У цьому випадку амплітуда коливань може знаходитися на рівні 24 - 32 (мм), а довжина робочої частини: 1,51 - 1,625 (м).

Польові випробування двогрохотних сепараторів підтвердили вірність висновків, зроблених по результатам теоретичних і лабораторних експериментальних досліджень. Порівняння показників роботи проводилося з серійними зразками ліній ЛСБ-20, ЛСБ-30. Продуктивність склала: при роботі на огірку 8,4 т/год. для серійного обладнання і 9,8 т/год. для експериментального. При роботі на кавуні значення продуктивності відповідно рівні 21,24 т/год. і 27,2 т/год. Чистота насіння для кавуна рівна 82,9 % і 78,3 для огірка. Вміст домішок в кінцевому продукті відповідно становить 3,7 % і 2,3 %.

У п'ятому розділі "Економічна ефективність отримання насіння на сепараторах грохотного типу” приведений розрахунок економічної ефективності лінії для виділення насіння, який виконаний в двох варіантах: при отриманні насіння огірка і кавуна. Значення продуктивності базової лінії ЛСБ-20 за годину основного часу приймалися за даними Державних приймальних випробувань. Результати розрахунку приведені в таблиці.

Таблиця. Показники економічної ефективності сепаратора насіння

Загальні висновки

Goldshmidt H.А. Elaboration and basing of technological seeds separator parameters of water-melon cultures. - Manuscript.

Dissertation for competition of learned candidate degree of technical sciences on speciality 05.20.01 which is mechanisation of agricultural production. Crimean State agricultural University. Simferopol, 2000.

Dissertation is devoted to questions of water-melon cultures seeds separation with using riddle type separating devices, to theoretical basing of technological dissociating particles of ground up crust and pulp of seminal fruits from seeds process.

The Results of theoretical and experimental researches were used for extractor of water-melon cultures seeds with two riddles, with different operating mode of separator elaboration and inculcation in production. Separator Construction on its technical level conforms to contemporary requirements, produced to engines for mechanization of labour-intensive processes in seed-growing. А seeds Separator can exploit as in large specialized agricultural enterprises of any property forms, and in farmers' economies as well.

Key words: seeds separation, basing of constructive and kinematic routines, optimization of technological process, seeds rack separator, seeds loss, seeds cleanness, traumatizing of seeds, laboratory researches, field trials, technicoeconomic basing.

Размещено на Allbest.ru