Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Єременок Іван Васильович
УДК 631.3: 664.7+664.3.032 (477)
удосконалення лущильної машини відцентрової дії
05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України
Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Дацишин Олександр Володимирович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Котов Борис Іванович, Національний науковий центр "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" УААН, завідувач лабораторії післязбиральної обробки зерна;
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Пилипенко Олександр Миколайович, Національний аграрний університет, доцент кафедри механізації виробничих процесів у тваринництві
Провідна установа: Харківський державний технічний університет сільського господарства Міністерства агропромислового комплексу України, кафедра переробки та зберігання сільськогосподарської продукції, м.Харків
Захист дисертації відбудеться "27" червня 2001 р. о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: м.Київ-41, вул.Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: м.Київ-41, вул.Героїв оборони, 11, навчальний корпус 10.
Автореферат розісланий "25" травня 2001 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Войтюк Д.Г.
Загальна характеристика роботи
Актуальність досліджень. Лущення - основна технологічна операція виготовлення круп і підготовча - в лініях переробки зернових (жорнові млини) та олійних культур. При виготовленні крупів з поверхні ядра більшості зернових культур видаляють плодові та насіннєві оболонки. Ядра одних культур подрібнюють, інших - шліфують і полірують, змінюючи їх зовнішній вигляд, надають їм еліпсовидну або кулясту форму. Насіння соняшнику лущать, звільняючи зерно від лузги. На різних етапах обробки продукти лущення сортують за ознакою однорідності частинок. Різноманітність видів зернових та олійних культур, широкий асортимент вироблюваної продукції, існуюча система машин визначають обсяг і складність технологічних операцій лущильного відділення, а також вибір відповідного технологічного обладнання. Перспективними для застосування в лініях переробки зернових та олійних культур є лущильні машини відцентрової дії, які більш повно відповідають вимогам ресурсозберігаючих технологій і універсальності застосування. Робочими органами таких машин є ротор з лопатками або трубками та дека, для яких розроблені методи розрахунку. Недоліком відцентрових машин з радіальними лопатками є косий удар зерна об деку, енергоємність якого більша у порівнянні з прямим ударом. Менш вивчені відцентрові лущильні машини з не радіально встановленими прямолінійними і криволінійними трубками, в яких належним вибором кута установки прямої й кривизни криволінійної трубки, режимів роботи можна покращити кінематичні та енергетичні характеристики лущильної машини і, в кінцевому результаті, якість виконання робочого процесу. Заслуговує на увагу технологія двоетапного лущення зерна машиною з еластичними валками і відцентровим робочим органом, яка є перспективною для поліпшення ефективності лущення і розширення універсальності її застосування. Тому виконання теоретичних та експериментальних досліджень відцентрової лущильної машини, удосконалення технологічної схеми, обґрунтування форми кривизни трубок та інших параметрів машини, які забезпечать більш високі показники якості виконання технологічного процесу при менших енергозатратах, універсальність переробки зерна різних культур є, актуальним завданням сьогодення.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції Національного аграрного університету у відповідності з планом науково-дослідних робіт за темою "Визначення і параметрична оптимізація машин для переробки сільськогосподарської сировини, виходячи з критеріїв ресурсозбереження, надійності і умов експлуатації у колективних та фермерських господарствах" (державна реєстрація №0196U001930), і відповідає вимогам паспорту спеціальності 05.05.11 - "Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва" (пункти 2, 3), затвердженого Президією ВАК України від 14.02.2001 року №6-08/2.
Мета досліджень - покращення якості та зниження енергоємності процесу лущення сировини в круп'яному і олійному виробництвах шляхом вдосконалення лущильної відцентрової машини, обґрунтування її конструкційних параметрів і режимів роботи.
Задачі досліджень: встановити основні закономірності процесу лущення та умови мінімальних затрат енергії на його здійснення; обґрунтувати раціональну конструкційно-технологічну схему лущильної машини; визначити раціональні параметри робочих органів та режимів роботи лущильної машини, що відповідають забезпеченню ефективних технологічних та енергетичних показників виконуваного процесу лущення; уточнити методику розрахунку параметрів машини; провести виробничу апробацію лущильної машини, оцінити її техніко-економічну ефективність.
Предмет і об'єкт дослідження. Предметом дослідження є сукупність технологічних, конструкційних та техніко-економічних факторів, які пов'язані з лущильними системами технологічних ліній сільськогосподарського призначення.
Об'єктом дослідження є машина та технологічний процес лущення круп'яних та олійних культур.
Методологія і методика дослідження. Методологічною основою дослідження є теорія моделювання, сучасні методи оптимізації технічних систем з використанням комп'ютерних технологій та планування експерименту. У дисертаційній роботі застосовані такі методи досліджень, як системний аналіз, математичне моделювання і статистична обробка інформації.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше за допомогою уточненої математичної моделі та прикладних програм для ПЕОМ описана кінематика руху зернівки в трубці довільної криволінійної форми відцентрової машини, що відповідає умові реалізації найбільш ефективного удару зернівки при її лущенні.
Встановлені залежності параметрів руху і критерії проходження без забивання зерна при його переміщенні в напрямних ротора. Визначені раціональні величини параметрів подачі зернового потоку в зону лущення.
Виявлено, що найкращою формою напрямних ротора є дуга кола, що проходить через центр його обертання.
Запропонована нова двохстадійна технологія лущення та обгрунтовані основні параметри і режими роботи робочих органів для її реалізації.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблено удосконалений варіант лущильної машини, який забезпечує зниження питомих витрат енергії процесу на 47,5% у порівнянні з серійною бичовою машиною, та 18% - з серійною відцентровою, а коефіцієнт лущення відповідно збільшує на 6 та 7%. Рекомендації щодо оптимізації технології лущення з використанням розробленої лущильної машини прийняті для технологічної лінії виробництва рослинної олії СТОВ "Рось" Богуславського району Київської області і передані для впровадження заводам-виробникам технологічного обладнання ВАТ "Уманьфермаш" /м.Умань/ та ВАТ "Агромаш" /м.Бердичів/. Результати досліджень враховані при розробці вихідних вимог на лінії для переробки круп'яних та зернових культур в умовах колективних і фермерських господарств та на мінімлини сільськогосподарського призначення науково-дослідної роботи "Визначення і параметрична оптимізація машин для переробки сільськогосподарської сировини, виходячи з критеріїв ресурсозбереження, надійності і умов експлуатації у колективних та фермерських господарствах" (державна реєстрація № 0196U001930).
Особистий внесок здобувача. В опублікованих працях доля здобувача складає 70-75% відповідних темі дисертації матеріалів, в тому числі: проведено аналіз стану впровадження і дослідження зернопереробної техніки сільськогосподарського призначення у виробничих умовах; уточнена математична модель, поставлена задача оптимізації, обґрунтовані раціональні параметри і режими роботи відцентрової лущильної машини; експериментально досліджено вплив параметрів робочих органів та режимів роботи на ефективність лущення відцентрової машини, оцінено адекватність математичної моделі; викладено рекомендації щодо вдосконалення технології та лущильних машин сільськогосподарського призначення.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались на міжнародних науково-технічних конференціях "Розроблення та впровадження ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість" (м.Київ: Український державний університет харчових технологій (УДУХТ). -1997), "Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості" (м.Київ: УДУХТ. -1999), "Стан та перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіч" (м.Київ: НАУ. -1999), Першій всеукраїнській конференції молодих вчених-аграріїв "Роль молодих вчених в реформуванні аграрного сектору економіки України" (м.Київ: НАУ. -2001), республіканській науковій конференції "Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи" (Вінницький державний аграрний університет. -2001) та основні її положення на наукових конференціях викладачів НАУ 1996-2001 рр.
Публікації. По темі дисертації опубліковано 10 робіт загальним обсягом 3 друкованих аркуші, отримано позитивне рішення про видачу патенту України на винахід. Крім того, до науково-дослідного центру патентної експертизи Держпатенту України подано ще шість заявок на винаходи, за якими станом на 27.04.2001 проводиться експертиза по суті.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 120 сторінках машинописного тексту і складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел, що включає 119 найменувань (з них 8 на іноземних мовах), додатків, містить 5 таблиць, 50 рисунків.
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи і визначено мету та основні завдання досліджень, наведено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів.
У розділі "Аналіз сучасного стану технічного рівня та досліджень лущильних машин" приводиться аналіз технологій і машин для лущення круп'яних культур та насіння соняшнику, які застосовуються на промислових і сільськогосподарських переробних підприємствах. Враховуючи обмеженість інформації про затрати на розробку, виробництво та експлуатацію нової сільськогосподарської техніки для переробки зерна на сучасному етапі її впровадження у виробництво, оцінку технічного рівня технологічних систем лущильних відділень виконали на основі комплексного аналізу коефіцієнтів питомої енергоємності, металоємності та відносної досконалості технологічного процесу за методикою розробленою з участю автора роботи. Коефіцієнт відносної досконалості технологічного процесу характеризує "близькість" за числом операцій технологічного процесу машини (комплекту обладнання, лінії), що досліджується, до базового (еталонного) технологічного процесу.
Розглянута класифікація та проведено аналіз конструкцій лущильних машин за принципом дії, призначенням, показниками якості та енергоємності робочого процесу. Виділені лущильні машини за показниками універсальності (придатності лущити декілька видів сировини) та індиферентності до розмірів зернівок, які є перспективними для застосування в сільському господарстві, дозволяють виконувати технологічний процес без сортування зернових сумішей за розмірами перед лущенням. Серед них для лущення насіння соняшнику та ячменю перевагу мають відцентрові машини, для лущення проса, рису - валкові верстати з еластичним фрикційним покриттям робочих валків.
Загальні основи теорії руху сипучих продуктів по робочих органах сільськогосподарських машин відцентрової дії і теорія робочого процесу тукових апаратів розроблені академіком П.М.Василенком. Вивченню процесів лущення зерна круп'яних та насіння олійних культур присвячені роботи В.А.Маслікова, А.Т.Кузнецова, В.В.Ключкіна, В.В.Белобородова, А.М.Голдовського, Є.М.Гінзбурга, Є.М.Мельникова та інших. В них основна увага приділяється визначенню кінематичних характеристик, які визначають енергію удару зерна об деку, та режимів роботи лущильної машини з дисковим ротором з напрямними прямими радіальними лопатками. Результати цих досліджень послужили основою створення відцентрових лущильних машин з радіальними напрямними лопатками, обґрунтування їх параметрів і методики розрахунку. Експериментально доведено, що оптимальним є прямий удар зерна об деку, проте він не може бути реалізований в машині з радіальними лопатками. Між іншим, заслуговують уваги технічні вирішення конструкцій роторів з не радіально встановленими прямолінійними і криволінійними трубками, в яких належним вибором форми і кривизни трубки можна покращити кінематичні та енергетичні характеристики лущильної машини, наблизивши удар зернівки об деку до прямого. Методи розрахунку параметрів робочих органів роторів з такими трубками ще не розроблені, що не дозволяє в повній мірі використовувати їх переваги, потребує значних затрат на розробку і гальмує їх впровадження у виробництво.
Пошук конструкційно-технологічних схем універсальної лущильної машини з розширеними технологічними можливостями показав перспективність застосування двостадійної схеми лущення зерна - валками на першій і відцентровим лущенням на заключній стадії. Крім того, поєднання дії валків і удару, при раціонально вибраних параметрах і режимах, може забезпечити підвищення ефективності технологічного процесу, що вказує на доцільність постановки відповідних досліджень.
У розділі "Теоретичне обґрунтування кінематичних та енергетичних характеристик відцентрової лущильної машини" викладені теоретичні дослідження руху зернівки у полі відцентрової інерційної сили та узагальнена методика розрахунку лущильної машини (рис.1) на базі уточненої математичної моделі руху зерна в напрямній ротора довільної кривизни на ЕОМ із застосуванням пакета програмного забезпечення створеного в системі MathCad.
Рис.1. Схема лущильної машини (а) та її ротора (б-г):
б - з радіальними напрямними;
в - прямолінійними відхиленими назад напрямними;
г - криволінійними напрямними;
1 - ротор; 2 - напрямна; 3 - дека; 4 - бункер; 5 - стакан ротора
Методика включає визначення форми напрямної трубки ротора та інших параметрів робочих органів, які найкраще наближають удар зерна в деку до прямого при мінімальних енерговитратах.
Розрахункова схема машини (рис.2) побудована за умов, коли зернівка розглядається як матеріальна точка, траєкторія руху якої співпадає з геометричною напрямною лінією трубки. При цьому напрямна лінія трубки у загальному вигляді - безперервна крива, що лежить в площині обертання ротора і не має зломів; кутова швидкість ротора - стала; враховується вплив сил сухого тертя і аеродинамічної сили, які чинять опір рухові зерна. Крім того, рух зернівки в трубці розглядається за тієї умови, що нормальна реакція трубки в горизонтальній площині може змінювати знак на протилежний (фізично це означає зміну положення точки контакту зернівки з відповідною стінкою трубки в результаті зміни напрямку результуючої сили, що діє на зернівку в горизонтальному її перерізі) і не буде виникати заклинення зерна в трубці.
Рис.2. Розрахункова схема відцентрової лущильної машини
В описанні руху зерна в зазорі між ротором і декою в площині диска, в першому наближенні, ротор розглядається як колесо вентилятора: траєкторія руху повітря на виході з трубки співпадає з траєкторією руху зернівки, поле швидкостей повітря вздовж траєкторії змінюється за параболічним законом, величина аеродинамічного опору пропорційна квадрату відносної швидкості зернівки, траєкторія руху - пряма.
В загальному випадку положення зернівки відносно диска визначається координатами с, и і x0, y0 полюса О полярної системи, в зазорі - координатою х на осі Х' (рис.2). Початок нерухомої осі Х' (траєкторії руху зернівки в зазорі) співпадає з положенням зернівки в момент вильоту її з трубки, напрямок осі Х' – кутом вильоту зернівки (кут між нормаллю до деки і вектором абсолютної швидкості) в цей момент.
На схемі (рис.2) прийняті позначення: m - маса зернівки; щ - кутова швидкість ротора; S - криволінійна координата вздовж геометричної напрямної трубки; ш - поточне значення кута між дотичною до профілю в точці контакту зернівки з трубкою і вектором ; Р - відцентрова сила:; Рк - коріолісова сила: ; VrB, VeB - відносна і переносна швидкості зернівки в момент вильоту з трубки; VaB, VaA - абсолютні швидкості зернівки в момент вильоту і удару зернівки об деку відповідно; вВ, вА - кути між векторами і та векторами i відповідно; Рf – величина сили тертя зернівки об стінки трубки: Рf=(|Рк-Pcos(ш+a)|+mg)f, g - прискорення земного тяжіння; f - коефіцієнт тертя ковзання; r0, rB - радіус стакана і ротора відповідно; R - радіус деки; a - кут між радіус-векторами і .
За таких умов рух зернівки в робочому просторі машини в загальному вигляді описується двома нелінійними диференціальними рівняннями, які разом з початковими умовами руху, рівнянням в'язі (рівнянням профілю трубки), функціональними нерівностями, що враховують умову заклинення та геометричне обмеження на величину х, разом є математичною моделлю і мають в прийнятих системах координат вигляд:
(1)
(2)
Система (1) описує відносний рух зернівки в трубці, система (2) - абсолютний рух в зазорі між ротором і декою до удару. В них прийняті не описані вище позначення: - прискорення зернівки під час руху в трубці і зазорі відповідно; - швидкість повітряного потоку; - коефіцієнт, що враховує "не ідеальність" ротора як колеса вентилятора; t - поточний час руху; tВ, tА - тривалість руху зернівки по ротору і до моменту удару в деку відповідно; - коефіцієнт аеродинамічного опору; - площа міделевого перерізу зернівки; - густина повітря; h - довжина траєкторії руху зернівки в полі зазору, визначається за формулою:
. (3)
Кути вВ і вА та швидкості VrB, VeA, VaB, VaA виражаються співвідношеннями:
(4)
(5)
де ; - знакова функція,
Питома робота сил тертя та аеродинамічного опору віднесена до однієї зернівки, визначається за формулою
(6)
Розв'язування системи узагальненого вигляду (1) можливе у випадку, коли аналітично або чисельно буде задано форми трубки, розміри та частота обертання ротора і належним чином вибрано початкові умови руху . Тоді числовим інтегруванням системи (1) знаходять всі необхідні змінні системи в функції t (поточну швидкість руху зернівки, швидкість VaB в момент tB вильоту зернівки з трубки, реакцію трубки N=Pk-Psin(ш+a), кут вильоту вВ, роботу сил тертя ковзання та ін.). Після вирішення системи (1) може бути проінтегровано систему (2). Вихідними результатами її інтегрування є швидкість удару VaA і кут вА (рис. 2), які впливають на показники якості лущення.
Задача оптимізації робочого органу лущильної машини формулюється у вигляді
(7)
, (8)
(9)
де (7) - функції цілі:; (8) і (9) - функціональні та параметричні обмеження; j - профіль трубок: (табл.1) і вирішується методом імітаційного моделювання у режимі діалогу конструктора з ЕОМ.
На основі викладеної вище методики в середовищі MathCad 7.0 Professional написані програми, виконані розрахунки і порівняльний аналіз роторів лущильних машин з профілями трубок, описаних в таблиці 1.
Результати виконаних на ЕОМ розрахунків кута вА та абсолютної швидкості VaА ілюструються на рис.3-7. Дані на графіках приведені для параметрів ротора r0=0,133 м, rB=0,380 м, R=0,430 м, x0=0, y0=0, коефіцієнті сухого тертя зернівок об поверхню трубок f=0,31 при лущенні насіння соняшнику вологістю ВО[0, 14%] і швидкості лущення Vл=[22, 25] (м/с), варіюванні швидкості обертання ротора і кута.
Таблиця 1 - Аналітичний опис профілів трубок
j Профіль осі трубки Математичний опис профілю Змінні моделі
1 Пряма
2 Архімедова спіраль
3 Логарифмічна спіраль
4 Дуга кола
5 Евольвента
З наведених на рис.3 і 4 закономірностей видно, що швидкість удару монотонно зростає із збільшенням числа обертів і зменшенням кута шВ. При допустимих значеннях кута , виключаючих заклинення насінини в трубці, завжди є можливість вибрати частоту обертання за умови лущення . Кути вилітання вА і вВ суттєво змінюються від кривизни трубки в точці вилітання (кута шВ, рис.5), коефіцієнта тертя ковзання (рис.6) і не залежать від швидкості обертання ротора. Залежність кута вА(шВ) має добре виражений мінімум для всіх розглянутих вище криволінійних профілів (рис.5), кут вА монотонно зменшується при зменшенні коефіцієнта тертя.
Рис.3. Залежність абсолютної швидкості вилітання зернівки із трубки круглої форми від кута шВ та частоти обертів ротора
Рис.4. Залежність абсолютної швидкості вилітання зернівки із прямої трубки від кута нахилу трубки відносно радіуса ротора та частоти обертів ротора
Рис.5. Залежність кута вилітання вА від кута шВ при f=0,31 та сталої частоти обертів для різної форми трубок:
1 - прямої; 2 - дуги кола; 3 - логарифмічної кривої; 4 - архімедової спіралі; 5 – евольвенти
Рис.6. Залежність кута вилітання вА від кута шВ при сталій частоті обертів для різних значень коефіцієнта тертя f трубки круглого профілю
Аналіз кривих (рис.7) показує, що найменші затрати енергії на подолання опору від тертя зерна в трубці мають місце в прямолінійній трубці і дещо більші затрати в трубці, окресленій дугою кола (крива 2, рис.7). Для прямої не радіально установленої трубки кут вилітання не може бути вибраним більшим граничного кута , який визначається залежністю за умови заклинення зерна в трубці у зоні його входження в трубку, пряма трубка не є оптимальною за критерієм .
Рис.7. Залежність питомої роботи, що витрачається на рух зернівки по трубках ротора, від кута шВ при f=0,31 та сталій частоті обертів для форми трубок:
1 - прямої; 2 - дуги кола; 3 - логарифмічної кривої; 4 - архімедової спіралі; 5 – евольвенти
Мінімум функції цілі bА досягається при використанні трубки, окресленої дугою кола (j=4, табл.1), яка проходить через центр обертання ротора, вона також є раціональною і за критеріями , , технологічна з точки зору виготовлення, тому рекомендована для використання в конструкціях роторів лущильних машин. Методом найменших квадратів були отримані рівняння регресії , для раціональної форми трубки: , .
Значно впливає на функцію цілі bА та втрати енергії коефіцієнт тертя f зерна об матеріал ротора та трубок (рис.6), тому його рекомендується зменшувати за рахунок застосування нових полімерних та композиційних матеріалів.
У розділі "Програма і методика експериментальних досліджень" наведені програма і методика експериментальних досліджень, показники оцінки якості і енергоємності робочого процесу лущення, описані експериментальна установка, методи планування і обробки експериментальних даних.
Програма експериментів складена з раніше поставлених завдань і включала: дослідження ефективності лущення у відцентровій машині без попередньої механічної обробки зерна (традиційна технологія) та за новою двостадійною технологією при різних формах, конструкційних параметрах робочих органів і режимах роботи; обгрунтування раціональних параметрів робочих органів машини та режимів роботи; визначення можливостей універсалізації лущильних машин для використання у фермерських господарствах (для випуску ширшого асортименту круп, а також для подрібнення фуражного зерна); визначення питомої енергоємності робочого процесу удосконаленої лущильної машини. Для оцінки якості виконання технологічних операцій використовувались загальноприйняті показники - коефіцієнти лущення Кл, цілісності ядра Кця, технологічної ефективності лущильної машини Ел, та запропонований автором коефіцієнт пилоутворення Кпу. Згадані коефіцієнти визначаються за формулами:
Кл = , Кця = , Ел =КлЧКця , Кпу =,
де Н1, Н2 - вміст в зерні не лущених зернівок на вході та на виході з машини;
Dk, Dd - кількість цілого і подрібненого зерна, отриманого в процесі лущення;
Dm - кількість борошенця (олійного пилу) отриманого в процесі лущення.
Розроблена експериментальна установка (рис.8) з окресленими дугою кола, з різними радіусами RП, і прямолінійними пластиковими трубками та стальними (серійна конструкція) трубками ротора. Для дослідження двоетапного лущення застосовано валковий механізм 4 з обгумованими валками і механізмом регулювання робочого тиску 7. Також встановлено клинопасову регульовану ступеневу передачу 6.
Рис.8. Схема експериментальної установки:
1 - ротор; 2 - трубка; 3 - дека; 4 - валковий механізм; 5 - бункер; 6 - клинопасова передача; 7 - механізм регулювання
У розділі "Експериментальні дослідження відцентрової лущильної машини та аналіз їх результатів" наведені підсумки досліджень робочого процесу лущення насіння соняшнику відцентровою лущильною машиною для перевірки теоретичних положень і висновків.
За даними експериментів побудовані графіки залежності коефіцієнтів лущення, цільності ядра, вмісту олійного пилу та ефективності лущення (рис.9) від кривизни профілю трубок ротора за традиційною технологією. З наведених графіків видно, що зі збільшенням кута yВ (збільшенням кривизни профілю) збільшується коефіцієнт цілостності ядра Кця, зменшуються коефіцієнт вмісту олійного пилу Коп та коефіцієнт лущення Кл. Оптимальні режими роботи машини можна визначити керуючись більш уніфікованим коефіцієнтом - ефективності лущення Ел.
Рис.9. Залежність коефіцієнтів Кл, Кця, Кпу, Ел (а, б, в, г - відповідно) від шв для різних
обертів ротора
Рівняння регресії показників ефективності виконання технологічного процесу лущення слідуючі:
,
,
,
.
З експериментальних досліджень зўясовано, що за умови оптимальний радіус кривизни трубок становить Rп=0,27 м, тобто yВ = 40°.
Досліджували вплив попередньої обробки насіння (двоетапна технологія) на показники якості та енергоємності лущення з оптимальними параметрами трубок ротора та прямими радіальними трубками. Насіння плющили обґумованими вальцями з твердістю гуми 42 одиниці по Шору. Питомий тиск на одиницю довжини вальців змінювали в межах 0,25-2,00 кН/м. Дані експерименту свідчать про збільшення коефіцієнту ефективності лущення Ел, із застосуванням двоетапної технології, для прямої трубки на 2%, для вдосконаленої - на 7%.
Аналіз питомих витрат енергії на переробку одиниці ваги сировини (рис.10) показує, що в машині з криволінійним профілем трубок ротора витрати енергії на лущення тони насіння є меншими у порівнянні з прямолінійним профілем. В робочому діапазоні обертів ротора лущильної машини (800-1200 об/хв) різниця складає 100-350 ВтЧгод/т, або ж 15-35%, у порівнянні з прямими трубками ротора, на користь ротора з профілем трубки, що задається дугою кола. Отримані рівняння регресії: - для прямої радіальної трубки; - для трубки з формою дуги кола.
Рис.10. Питомі витрати енергії на відцентрове лущення: 1, 2 - в роторі із прямолінійною і круглою трубкою ротора за традиційною технологією; 1ў, 2ў - те ж саме за двоетапною технологією
Результати дослідження технології лущення з попереднім пофракційним плющенням каліброваного насіння обґумованими валками показали, що питомі витрати енергії на процес плющення практично повністю компенсується зменшенням витрат енергії на процес лущення плющеного насіння ударом, при цьому вихід цілого ядра збільшується в 1,5...2,0 рази. Тому впровадження у виробництво технології лущення насіння соняшнику за двоетапною технологією є актуальним завданням. Залежності виходів продуктів лущення від обертів ротора при максимальному значенні Ел для прямої та оптимальної круглої трубки за традиційною та двоетапною технологією показані на рис.11.
Рис.11. Залежність виходу продуктів лущення від обертів ротора за умови :
а, б - із прямолінійною і оптимальною круглою трубкою ротора за традиційною технологією;
в, г - те ж саме за двоетапною технологією;
1 - ядро; 2 - проділ (січка); 3 - пил олійний; 4 - недоруш; 5 - неруш (ціляк); 6 - лузга
Розрахунковий економічний ефект від застосування удосконаленої лущильної машини складається з енерго- і матеріало-ресурсів. За рахунок введення удосконаленого ротора з раціональною формою (дуга кола) трубок і оптимальної частоти обертання ротора спостерігається економія електроенергії 0,13…0,29 кВт на тоні перероблюваного насіння соняшнику, у порівнянні з відцентровою лущильною машиною А1-МРЦ. Менше значення отримано при застосуванні традиційної технології, більше значення - при застосуванні двоетапної технології лущення. Оскільки в сучасних лініях виготовлення олії застосовується переважно бичова насіннєрушка типу МРН, то у порівнянні з нею спостерігається економія енергоресурсів, аналогічно, 1,03…1,19 кВт на тоні перероблюваної сировини.
Виробничі випробування відцентрової лущильної машини, розробленої та виготовленої з урахуванням результатів досліджень, проводились в цеху виробництва рослинної олії ПСП "Прометей" Бобровицького району Чернігівської області. Порівняно з серійною бичовою лущильною машиною КПМ-400.33.000 застосування удосконаленої машини дозволяє знизити питомі енерговитрати в 1,4-1,6 рази при одночасному підвищенні ефективності лущення на 6%. Розрахункова економічна ефективність застосування нової машини лише в сільськогосподарській переробній галузі становить 230,1-313,4 тис.грн. в рік (за цінами 2000 року).
Результати досліджень враховані при розробці вихідних вимог на лінії для переробки круп'яних та зернових культур в умовах колективних і фермерських господарств та на мінімлини сільськогосподарського призначення науково-дослідної роботи "Визначення і параметрична оптимізація машин для переробки сільськогосподарської сировини, виходячи з критеріїв ресурсозбереження, надійності і умов експлуатації у колективних та фермерських господарствах" (державна реєстрація № 0196U001930).
Висновки
1. Встановлено, що перспективною універсальною енерго- та ресурсозберігаючою машиною для лущення зернових та олійних культур в сільському господарстві є лущильна машина відцентрової дії, підвищення якості роботи якої потребує проведення додаткових досліджень.
2. Виявлено, що найефективніше лущення зерна досягається при наданні напрямним ротора форми дуги кола, радіус кривизни якого складає 0,8 зовнішнього радіуса ротора, а коло проходить через центр його обертання.
3. Досліджена зона оптимальних співвідношень швидкості і геометричних параметрів напрямної, при яких досягається найбільша якість лущення. Раціональна частота обертання ротора вибирається за умови забезпечення лінійної переносної швидкості зовнішньої його частини (кінців трубок) в межах 35-43 м/с. Питома енергоємність робочого процесу в рекомендованому діапазоні обертання ротора зменшується на 11,9%, а коефіцієнт ефективності процесу лущення зростає на 5,6%.
4. Обгрунтована двоетапна технологія лущення, яка включає попередню механічну обробку (плющення) насіння і заключне лущення відцентровим робочим органом з криволінійними трубками. Питомий тиск на одиницю довжини обґумованих вальців при плющенні повинен бути в межах 1,00-1,25 кН/м, твердість ґуми - 40-45 одиниць по Шору. При двоетапному лущенні коефіцієнт ефективності процесу збільшується на 12,3%, а питома енергоємність зменшується на 21,3%.
5. Виходячи з поліпшення основних показників процесу лущення, прогнозована економія від застосування удосконаленої машини в переробці насіння соняшнику, при вартості електроенергії 0,30 грн/кВт, у сільськогосподарській переробній галузі становить 230,1-313,4 тис.грн. на рік (обсяг переробки - 600 тис.тонн), за умов впровадження в переробній промисловості України – 882,1-1201,2 тис.грн. на рік (обсяг переробки - 2,3 млн.тонн) за цінами 2000 року. Додаткова економія буде досягатися за рахунок збільшення терміну служби робочих органів.
Рекомендації щодо оптимізації технології лущення з використанням результатів роботи прийняті для вдосконалення технологічної лінії виробництва рослинної олії СТОВ "Рось" Богуславського району Київської області і передані для впровадження заводам-виробникам технологічного обладнання ВАТ "Уманьфермаш" (м.Умань) та ВАТ "Агромаш" (м.Бердичів).
список опублікованих праць
1. Дацишин О.В., Ткачук А.І., Єременок І.В. Аналіз технічного стану обладнання для непромислової переробки зерна// Зб. наук. пр. "Машиновипробування на службі прогресу машинобудування і технологій сільськогосподарського виробництва". –Дослідницьке: УкрНДІПВТ. - 1997. - С.36-43 (Особистий внесок - аналіз недоліків зернопереробної техніки с.-г. призначення).
2. Єременок І.В. Експериментальне дослідження робочих процесів лущильно-сортувальних систем крупорушок // Зб. наук. пр. "Науковий вісник Національного аграрного університету". - Випуск 2. -К.: НАУ. - 1997. - С.149-154.
3. Єременок І.В. Обгрунтування типорозмірних рядів млинів і крупорушок сільськогосподарського призначення // Зб. наук. пр. "Науковий вісник Національного аграрного університету". Випуск 13. - К.: НАУ. - 1999. - С.229-234.
4. Ткачук А.І., Єременок І.В. Математичне моделювання технологічних систем крупорушок та мінімлинів// Зб. наук. пр. "Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України". Випуск 2 (14). - Дослідницьке: УкрНДІПВТ. - 1999. - С.102-107 (Особистий внесок - обґрунтування критеріїв оптимізації).
5. Ткачук А.І., Єременок І.В. Дослідження процесу лущення зерна відцентровою лущильною машиною// Зб. наук. пр. "Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України". Випуск 3 (17) - Дослідницьке: УкрНДІПВТ. -2000. - С.51-57 (Особистий внесок - напрямки удосконалення лущильних систем технологічних ліній крупорушок та олійного виробництва).
6. Ткачук А.І., Єременок І.В. Математичне моделювання вібросепараторів крупорушок та мінімлинів// Зб. наук. пр. "Механізація сільськогосподарського виробництва". Том VII. -К.: НАУ. - 2000. - С.94-99 (Особистий внесок - уточнення математичної моделі вібросепаратора з нелінійними характеристиками підвісу).
7. Дацишин О.В., Єременок І.В. Огляд технологій та обладнання лущильних відділень сільськогосподарських зернопереробних підприємств// Зб. наук. пр. "Науковий вісник Національного аграрного університету". - Вип. 34. -К.: НАУ. - 2001. - С.185-190 (Особистий внесок – обґрунтування раціональних технологічних схем лущильних відділень малих зернопереробних підприємств).
8. Єременок І.В., Ткачук А.І. Оптимізація робочого органу відцентрової лущильної машини// Аграрна освіта і наука. - 2001. - №1. - С.113-119 (Особистий внесок - уточнення математичної моделі відцентрової лущильної машини).
9. Дацишин О.В., Єременок І.В. Обгрунтування системи машин малої продуктивності для переробки зерна// Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції "Розробка та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість". - К.: УДУХТ. - 1997. - С.132-133 (Особистий внесок - обґрунтування раціонального складу лущильно-сортувальних систем зернопереробних підприємств).
10. Дацишин О.В., Єременок І.В., Ткачук А.І. Стан впровадження та пропозиції по удосконаленню обладнання для переробки зерна для сільськогосподарських підприємств// Тези доповідей шостої Міжнародної науково-технічної конференції "Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузі харчової та переробної промисловості". - Частина ІІІ. - К.: УДУХТ. -2000. -С.12-13 (Особистий внесок - напрямки удосконалення лущильних систем технологічних ліній крупорушок та олійного виробництва).
Єременок І.В. Удосконалення лущильної машини відцентрової дії. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, Київ, 2001.
Дисертація присвячена питанням вдосконалення лущильної машини відцентрового типу та обгрунтування схем лущильних процесів технологічних ліній переробки зерна круп'яних та насіння олійних культур в умовах сільськогосподарського виробника.
Уточнена математична модель відцентрової лущильної машини з напрямними трубками довільної кривизни в площині обертання ротора з урахуванням таких нелінійних факторів як зміна напрямку нормальної реакції зернівки на напрямну та умови "заклинення" зерна в трубці від дії сил тертя ковзання, орієнтована на вирішення задачі оптимізації робочих органів.
На основі теоретичних та експериментальних досліджень обґрунтовані раціональні параметри робочого органу та режими роботи відцентрової лущильної машини, розроблені рекомендації щодо її удосконалення.
Обґрунтована двоетапна технологічна схема лущення насіння соняшнику обгумованими валками на першому етапі і відцентровими органами на другому заключному етапі.
Ключові слова: відцентрова лущильна машина, криволінійні напрямні трубки, математична модель, експериментальні дослідження, енергоємність, показники ефективності лущення, методика розрахунку, програми для ПЕОМ, рекомендації.
Еременок И.В. Усовершенствование шелушильной машины центробежного действия. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный аграрный университет Кабинета Министров Украины, Киев, 2001.
Диссертация посвящена вопросам усовершенствования шелушильной машины центробежного действия и обоснованию схем шелушильных процессов технологических линий переработки зерна крупяных и масличных культур в условиях сельскохозяйственного производителя.
Уточнена математическая модель центробежной шелушильной машины с направляющими трубками произвольной кривизны в плоскости вращения ротора с учётом таких нелинейных факторов как изменение направления нормальной реакции зерна на направляющую и условия его "заклинивания" в трубке под действием сил сухого трения, ориентированная на решение задачи оптимизации рабочих органов.
На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рациональные параметры рабочего органа и режимы работы центробежной лущильной машины, разработаны рекомендации по ее усовершенствованию.
Обоснована двухэтапная технологическая схема шелушения семян подсолнечника обрезиненными вальцами на первом этапе и центробежным органом на втором заключительном этапе.
Ключевые слова: центробежная шелушильная машина, криволинейные направляющие трубки, математическая модель, экспериментальные исследования, энергоемкость, показатели эффективности шелушения, методика расчета, программы для ПЭВМ, рекомендации.
Yeremenok I.V. Centrifugal shelling machine improvement. - Manuscript.
The dissertation on competition of scientific degree of candidate of technical science on specialty 05.05.11 - machinery and means of agricultural production mechanization. - National Agrarian University, Kyiv, 2001.
The dissertation is devoted for problems of centrifugal shelling machine improvement and the technological circuits of shelling processes of technological lines of processing of grain grouts and oil-yielding crops in production conditions of the agricultural manufacturer.
The analysis as well the methodology of an estimation of a technological level of shelling systems and equipment of technological lines of agricultural purpose for processing grain in conditions of limited information about technical and economic parameters of their work were carried out.
On the basis of theoretical and experimental investigations carried out the improvement of a working body parameters and operational modes of centrifugal shelling machine were gained, theoretically substantiated and recommendations concerning its improvements were made.
The specified mathematical model of centrifugal shelling machine with rotor directing tubes of any curvature in a flatness of its rotation, in view of such nonlinear factors as change of grain (seeds) normal reaction vector on guiding platitude and conditions of its "jamming" in tubes under action of dry friction forces, focused on working bodies optimization, were developed.
It was proved that the rotor tubes form should be set by a circle. Radius of curvature makes 0,8 of external rotor radius, and the circle passes through the center of its rotation. The rational revolutions of a rotor are selected under condition of maintenance of linear relative speed of rotor external part (tubes ends) within 35-43 m.p.s. The specific power consumption of working process in a recommended range of revolutions of a rotor decreases 11,9%, and the ratio of shelling effectiveness grows up 5,6%.
Experimentally proved two-stage process technology of sunflower seeds shelling, that includes preceding mechanical operation of seeds (flatting) by creation of microcracks on seeds shells by the passing them through rubberized rolls and final shelling by a centrifugal working body with curved tubes. Specific pressure on unit rolls length should be within 1,00-1,25 kn.p.m., ball-hardness (by Shore) of rubber - within 40-45 units. With these conditions going on the ratio of shelling effectiveness grows up 12,3%, and the specific power consumption falls by 21,3%.
Centrifugal shelling machine testing under working agricultural conditions, as component of a vegetable oil manufacture technological line demonstrated that the technological circuit of shelling machine should provide selection of the not shelled grain and its reshelling. Drive mechanism of the machine should have variator, as the shelling speed essentially depends on seed humidity.
Key words: centrifugal shelling machine, curved directing tubes, mathematical model, experimental investigations, power-consuming, shelling efficiency rate, technique of computation, programs for PC, recommendation.