ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

ДУГАНЕЦЬ Василь Іванович

УДК 631. 362.35.633.853

ОБГРУНТУВАННЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ
ТА ПАРАМЕТРІВ РОБОЧИХ ОРГАНІВ ФРИКЦІЙНОГО СЕПАРАТОРА ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ НАСІННЯ ОЛІЙНИХ КУЛЬТУР

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Мелітополь – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Подільській державній аграрно-технічній академії

Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: заслужений працівник освіти України,

кандидат технічних наук, професор

Самокиш Михайло Іванович,

Подільська державна аграрно-технічна академія,

завідувач кафедри сільськогосподарських машин

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Завгородній Олексій Іванович,

Харківський державний технічний університет

сільського господарства Міністерства аграрної

політики України, завідувач кафедри вищої

математики

кандидат технічних наук, доцент

Михайлов Євген Володимирович,

Таврійська державна агротехнічна академія Міністерства

аграрної політики України,

доцент кафедри машиновикористання у землеробстві,

м. Мелітополь

Провідна установа: Національний науковий центр "Інститут механізації

і електрифікації сільського господарства"

смт. Глеваха Васильківського району Київської області

Захист відбудеться “11” червня 2004 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К.18.819.01 у Таврійській державній агротехнічній академії за адресою: м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького 18.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійської державної агротехнічної академії, м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького 18.

Автореферат розісланий 6 травня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради К.18.819.01, к.т.н., доц. Діордієв В.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При постійному зниженні споживання жирів тваринного походження, виробництво рослинної олії у світі постійно зростає. Її частка у загальному обсязі споживання населенням жирів за даними продовольчої і сільськогосподарської організації ООН (FАО) складає більше 77%.

Обгрунтовані розрахунки фахівців свідчать, що збільшення виробництва рослинної олії в Україні стримується граничним насиченням сівозмінної ріллі соняшника – основним джерелом одержання рослинної олії в нашій країні.

Збільшення виробництва рослинної олії і кормового білка планується за рахунок широкого вирощування ріпака – порівняно нової олійної і кормової культури для більшості регіонів України.

Необхідною умовою одержання високих і стабільних врожаїв ріпака є використання для посіву високоякісного насіння.

Очищають та сортують насіння ріпака в даний час на насіннєочисних машинах з повітряно-решітно-трієрними робочими органами, а також на спеціальних насіннєочисних машинах. Основна частина домішок відділяється при попередньому очищенні. Відділити з насіння ріпака такий бур’ян, як підмаренник чіпкий, що важко відділяється, без значних втрат насіння основної культури у відходи, неможливо. Особливі труднощі складає очищення електромагнітними машинами К-590А та інших (ЭМС-1А, СМЩ-0,4), при якому втрати насіння основної культури сягають 5-6 %. Також проблемою при очищенні такими машинами, є використання магнітних порошків, яке призводить до великих енерговитрат в процесі їх виготовлення, та впливає негативно на екологію середовища.

Тому пошук нових робочих органів насіннєочисних машин для очищення насіння ріпака від важковідокремлюваного бур’яну, а також дослідження технологічного процесу його очищення має важливе значення для народного господарства.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась відповідно до плану НДР ПДАТА спільно з Івано-Франківським інститутом агропромислового виробництва “Удосконалити існуючі та розробити нові системи виробництва якісного насіння озимого і ярого ріпака типу (0І00) і ярих кормових хрестоцвітих культур (гірчиця біла і сиза, редька олійна)”, № 01.07102U001030.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності процесу очищення насіння олійних культур від бур’яну підмаренника чіпкого шляхом розробки нової конструкції сепаратора фрикційного типу та обгрунтування конструктивно-технологічних параметрів його робочих органів.

Об’єкт дослідження – технологічний процес очищення насіння олійних культур від насіння бур’яну підмаренника чіпкого на фрикційному сепараторі.

Предмет дослідження – конструктивно-технологічні параметри та режими роботи фрикційного сепаратора.

Методи дослідження. Теоретичне обгрунтування параметрів і режимів фрикційного сепаратора проводилось з використанням математичного моделювання, та базувалось на положеннях теоретичної механіки, методів диференціального числення, теорії ймовірності та математичної статистики.

Експериментальні дослідження проводились з використанням, як загальноприйнятих, так і згідно з розробленими методиками та передбачали використання планування багатофакторного експерименту. Обробка результатів досліджень здійснювалась на ПЕОМ з використанням теорії ймовірності, регресивного та кореляційного аналізів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- визначити механіко-технологічні властивості, що характеризують стан поверхні насіння олійних культур та їхнього забруднювача - насіння бур’яну підмаренника чіпкого при взаємодії з текстильними матеріалами;

- обгрунтувати методи та теоретично дослідити технологічний процес очищення насіння олійних культур від типового бур’яну - підмаренника чіпкого на фрикційній поверхні, що виконана з текстильного матеріалу;

- виготовити експериментальний зразок фрикційного сепаратора і провести експериментальне дослідження з метою визначення конструктивно-технологічних параметрів. Дослідити вплив конструктивних і кінематичних параметрів фрикційного сепаратора на якість технологічного процесу очищення насіння ріпака;

- провести виробничі випробування макетного зразка фрикційного сепаратора на очищенні насіння ріпака;

- розробити методику проектування фрикційних сепараторів та визначити техніко-економічну ефективність їхнього застосування у порівнянні із серійною очисною машиною.

Наукова новизна одержаних результатів досліджень полягає в тому, що в роботі вперше:

1. Досліджено явище зчеплення насіння бур’яну підмаренника чіпкого з визначеним текстильним матеріалом та отримано показники, що характеризують їхню взаємодію - кути та коефіцієнти тертя кочення та ковзання.

2. На основі отриманих результатів обґрунтовані ознаки розділення насіннєвої суміші на поверхнях текстильних матеріалів – вид поверхні та граничний кут тертя зчеплення, що дорівнює 90?.

3. Теоретично обгрунтовано математичні моделі переміщення насіння олійних культур та бур’яну підмаренника чіпкого по поверхні фрикційного сепаратора, що виконано з текстильного матеріалу, у зоні відриву насіння ріпака та у зоні струшування насіння бур’яну із відповідною динамікою вібратора-струшувача.

4. Обґрунтовано математичну модель додаткового зусилля притискання моношару суміші до поверхні робочого органу фрикційного сепаратора.

5. Отримано залежність між силою додаткового притискання моношару насіння підмаренника чіпкого та силою його відриву у зоні струшування.

6. Обгрунтовано шляхи щодо зменшення енерговитрат та втрат насіння основної культури ріпака у відходи при його очищенні.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Розроблено нову конструкцію фрикційного сепаратора для очищення насіння олійних культур від насіння бур’яну підмаренника чіпкого.

2. Визначені конструктивно-технологічні параметри технологічного процесу очищення насіннєвої суміші на фрикційному сепараторі для насіння ріпака.

3. Встановлено, що на розробленому фрикційному сепараторі за одне пропускання очищення насіннєвої суміші можна доводити насіння ріпака, що не піддається очищенню на існуючих засобах сепарації, до насіннєвих кондицій першої репродукції. При цьому виключається використання магнітних порошків та втрати насіння основної культури в насіння бур’яну.

4. Розроблений зразок фрикційного сепаратора пройшов випробування в господарствах Івано-Франківського інституту агропромислового виробництва та господарствах Тернопільської області на очищенні насіння ріпака. Розрахунковий економічний ефект від впровадження сепаратора складає біля 19 тис. грн.

5. Результати теоретичних та експериментальних досліджень взяті для використання спільним підприємством НВФ “Зернокомплекс” (м. Житомир). Розроблена конструкторська документація фрикційного сепаратора прийнята для виготовлення дослідного зразка.

6. Технічна новизна розробленої конструкції фрикційного сепаратора підтверджена Деклараційним патентом України на винахід № 38989А від 15.05.2001р.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автором безпосередньо вивчені механіко-технологічні властивості насіння ріпака та підмаренника чіпкого, який важко відокремлюється і визначена ознака його розділення [3, 4, 5], вивчена динаміка руху насіння по поверхні робочого органу, що покритий текстильним матеріалом [8] та динаміка роботи вібратора-струшувача [7], розроблено нову конструкцію фрикційного сепаратора, що відрізняється простотою будови, зменшенням енерговитрат та виключенням втрат насіння основної культури [6], визначені конструктивно-технологічні параметри процесу очищення насіння ріпака на новому фрикційному сепараторі. Основні результати роботи отримані автором самостійно. Постановка задач, аналіз і трактування результатів виконано із науковим керівником та, частково, із співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних теоретичних і експериментальних досліджень роботи доповідались на: наукових конференціях професорсько-викладацького складу Подільської державної аграрно-технічної академії (м. Кам’янець-Подільський, 2000–2003рр.); міжнародній науково-технічній конференції, присвяченій 55-річчю заснування системи випробувань сільськогосподарської техніки в Україні (смт. Дослідницьке Васильківського району Київської області, УкрЦВТ, 2003р.); міжнародній науково-технічній конференції “Перспективні технології збирання зернових культур, рису і насіння трав”, присвяченій 30-річчю заснування галузевої науково-дослідницької лабораторії зернозбиральних машин (м. Мелітополь, 2003р.); ХІ Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” ННЦ “ІМЕСГ” (смт. Глеваха Київської області, 2003р).

Публікації. Основні положення і результати досліджень опубліковані в дев’яти друкованих працях, з яких один патент України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 126 назв та 37 додатків. Основний зміст дисертації викладений на 149 сторінках, містить 59 рисунків і 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, подана загальна характеристика дисертації та основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі “Сучасний стан механізації очищення насіння олійних культур та конструювання сепаруючих органів машин” приведений аналіз виконаних робіт з існуючих способів та засобів сепарації, а також присвячених вивченню фізико-механічних властивостей насіння олійних культур та насіння бур’яну, який є забрудником. Проведено аналіз теоретичних досліджень, що пов’язані з вібраційним віброфрикційним та фрикційним переміщенням по поверхнях робочих органів. Значний внесок для вирішення цих питань зробили: І.І.Блехман, П.М.Ва-силенко, П.М.Заїка, Э.Э.Левендел, Р.Ф.Нагаєв, Д.А.Плісс, В.І.Яку-бович, С.Бетхер, В.Г.Зейдель, В.Клоххауз, С.Стоєв, О.Тепріке, Р.Юнг, Г.Ю.Джанелідзе, Л.Т.Сєдаш, А.А.Кобринський, А.Е.Коб-рин-сь-кий, С.Д.Бакеєв, О.І.Завгородній, А.В.Козаченко, О.В.Богомолов, В.А.Сме-танкін, А.І.Бортніков, І.Д.Харук, В.М.Лук’яненко, та ін. Зроблено огляд вібраційних насіннєочисних машин та фрикційних сепараторів, відзначені основні недоліки та запропоновані шляхи до їх спрощення, і покращення якості роботи при сепарації насіннєвої суміші.

Встановлено, що існуючі способи та засоби сепарації насіння олійних культур, які використовуються на нинішній день, не спроможні відділити насіння бур’яну підмаренника чіпкого, який є важковідокремлюваний.

З переглянутих літературних джерел відомо, що насіння ріпака та гірчиці дещо відрізняється від насіння супутніх йому бур’янів формою, станом поверхні та пружністю. Такі властивості, як форма та пружність насіння в більшій мірі вивчені і існують спеціальні машини такі, як вібраційні, віброфрикційні, за допомогою яких, частина насіння бур’янів відділяється.

Недоліком вібраційних насіннєочисних машин, які використовують в поточних технологічних лініях для очищення насіння олійних культур, є недостатня продуктивність, велика металоємкість та складність виготовлення поверхонь робочих органів.

Насіння ріпака та насіння бур’яну підмаренника чіпкого мають відмінності за фізико-механічними і технологічними властивостями, що характеризують стан поверхні.

Внаслідок цього виникла необхідність пошуку нових методів відокремлення насіння бур’яну підмаренника чіпкого, дослідження руху і поведінки насіння двох фракцій на інших поверхнях матеріалу, який є робочим органом нової машини зі спрощеною конструкцією.

У другому розділі “Дослідження механіко-технологічних властивостей насіння ріпака і підмаренника чіпкого” приведені експериментальні дані по визначенню механіко-технологічних властивостей насіння ріпака, гірчиці та насіння бур’яну підмаренника чіпкого.

За результатами досліджень складені варіаційні ряди та одержані варіаційні криві. Аналіз варіаційних кривих виявив, що неможливо повністю розділити насіння ріпака, гірчиці та підмаренника чіпкого за розмірними характеристиками, аеродинамічними властивостями, тому що криві розподілу значень цих ознак розділення мають значні перекриття. Як показали діаграми кутів та коефіцієнтів тертя ковзання насіння ріпака та підмаренника чіпкого, а також перехід насіння бур’яну підмаренника з коефіцієнта тертя ковзання в явище зачеплення по поверхні текстильних матеріалів, то в якості ознаки розділення при доочищенні насіннєвої суміші доцільно застосувати робочий орган із стрічки, що має поверхню покриту текстильним матеріалом, який враховує механіко-технологічні властивості компонентів сумішей (фрикційні властивості та стан поверхні). Аналіз результатів дослідження кутів тертя ковзання свідчить, що середнє значення кутів тертя ковзання ріпака та гірчиці знаходиться в межах від 30,6 до 54,9, а підмаренника чіпкого від 30,2 до 180. А при зчеплені насіння при куті більшому 90 має місце явище зачеплення.

Відповідно встановлено, що можливе відокремлення насіння бур’яну підмаренника чіпкого від насіння ріпака на текстильних матеріалах, так як насіння ріпака має гладку поверхню, а насіння підмаренника жорстку, рапату, здатну зчіплюватись з текстильним матеріалом.

Визначено найбільш сприятливий для відокремлення текстильний матеріал для поверхні робочого органу стрічки сепаратора.

У третьому розділі “Теоретичні дослідження процесу роботи фрикційного сепаратора” проведено теоретичне обгрунтування запропонованої технологічної схеми роботи фрикційного сепаратора (рис. 1).

напрямок руху насіннєвої суміші

напрямок руху насіння підмаренника чіпкого

напрямок руху насіння ріпака

Рис.1. Технологічна схема роботи фрикційного сепаратора.

Запропонована конструкція фрикційного сепаратора складається з наступних основних вузлів, встановлених на загальній рамі (рис.1): бункера дозатора 1, фрикційного робочого органу 2, притискного валика 3, ведучого 5 та веденого 4 барабанів, вібратора-струшувача 6, та лотків для збирання насіння бур’яну 7 і для збирання ріпака 8, а також додаткових деталей, за допомогою яких скомпонована конструкція.

Фрикційним робочим органом є стрічка з прогумового виробу, яка вкрита текстильним матеріалом, що має здатність начіплювати на себе насіння бур’яну підмаренника чіпкого і за допомогою додаткового притискання валиком 3 утримувати на собі насіння і виносити його нижньою гілкою стрічки в призначене місце для його струшування в тару для бур’яну. Текстильний матеріал має ворс, що не перевищує більше половини діаметрів насінин, який зчіплює з горбистою поверхнею насіння підмаренника чіпкого.

Робота фрикційного сепаратора відбувається наступним чином. Суміш насіння ріпака та підмаренника чіпкого за допомогою бункера-дозатора 1 рівномірно подається на поверхню фрикційного робочого органу 2, при цьому швидкість руху стрічки та подача забезпечують рух насіння моношаром. Суміш, пройшовши в зоні притискання на ведучому барабані 5, між фрикційною робочою поверхнею та притискним валиком 3, потрапляє в призначені для кожної фракції місця. По обертовому барабану 5 насіння ріпака сходить в лоток 8, а насіння підмаренника чіпкого зчепившись з поверхнею робочого органу, доноситься в зону лотка 7 для збирання насіння бур’яну, де струшується вібратором-струшувачем 6.

Притискний валик 3 обертається відповідно напрямку руху стрічки робочого органу за допомогою сили тертя з насінням. Тому для раціональної роботи сепаратора вимагається значної максимальної подачі та швидкості руху фрикційної поверхні, необхідного зусилля додаткового притискання валиком моношару, а також створення необхідних вібрацій нижньої гілки стрічки для струшування насіння бур’яну.

За результатами досліджень розроблено динаміку руху насіння ріпака по фрикційній поверхні обертового барабана робочого органу сепаратора.

При русі насіння по обертовому барабану (рис.2) у безвідривному режимі, загальний кут повороту радіусу R=, буде .

Тут: - кут повороту барабана із прилиплим до його фрикційної поверхні насінням, як одного цілого у випадку відсутності кочення і проковзування насіння; - поворот радіусу , що сполучає центр барабана з центром мас насінини при її ковзанні без кочення по поверхні барабана; - кут повороту радіусу R при коченні насінини по фрикційній поверхні барабана без проковзування; rн – радіус насіння; rб – радіус барабана. Крім того, на рисунку позначено: Sc – дугова координата центра мас насіння; Mк – момент тертя кочення насінини по фрикційній поверхні барабана; G - вага насіння; N - нормальна реакція барабана; Fтер. - сила сухого тертя Кулона.

Загальний кут повороту насінини навколо її центра мас очевидно буде сумою двох кутів: кута повороту насінини при чистому її коченні та кута повороту від проковзування .

Диференціальні рівняння руху насінин у безвідривному режимі по фрикційній поверхні, при умові обертання барабана з постійною кутовою швидкістю , мають вигляд:

; (1)

; (2)

, (3)

де І – момент інерції насіння.

На підставі рівнянь руху насінин по обертовому барабану та законів тертя ковзання і кочення можна записати умову відсутності проковзування і кочення насінин по фрикційній поверхні обертового барабану:

0 < Fтер < Fтер.max. , (4)

де Fтер.max - максимальне значення сили тертя ковзання (Fтер.max = f). Нерівності (4) відповідає відносна рівновага насінини на фрикційній поверхні обертового барабана. Цю нерівність у розгорнутому вигляді при = = 0 можна записати так:

, (5)

або

, (6)

де позначено:

. (7)

Зазначимо, що відносна рівновага насінин на фрикційній поверхні обертового барабана означає, що барабан і насінини, як одне ціле здійснюють обертальний рух. У зв’язку з цим кут повороту барабана в межах якого насінина перебуває у стані відносної рівноваги, назвемо областю відносного спокою.

Графічно дослідимо функцію () підставивши числові дані в позначення (7): rб = 0,06 м, rн= 0,001м, g = 9,81 м/с2, = 3,525972 с-1, f = 0,851.

Рисунок показує що, насінини ріпака будуть відриватися від поверхні барабана за межами області відносного спокою, яка ви-зна-чається кутом пово-роту барабана 0 – 0,656 радіан або в градусах 0 0 – 37,58 0.

Що стосується насіння під-ма--ренника чіпкого, то воно після дії притискного валика, за рахунок значних сил зчеплення з фрикційною поверхнею обертового бара-бана, проходить обертальну зону (зону охоплення стріч-кою обода барабана), яка визначається інтервалом змі--ни кута повороту бара-бана від 0 до 180 градусів і потрапляє в зону струшування.

Сили зчеплення насіння підмаренника досліджувались експери-мен-тально за допомогою спеціального пристрою. Було одержано такі значення нормальних і дотичних сил зчеплення: Fn = 0,019...0,043; F= 0,222.

Для струшування насіння підмаренника чіпкого з нижньої гілки стрічки сепаратора служить вібратор-струшувач, який за рахунок взаємодії своїми роликами з внутрішньою поверхнею нижньої гілки стрічки змушує її коливатись з заданою частотою, при якій здійснюється відрив насіння бур’яну від фрикційної поверхні стрічки.

Для вивчення можливості подолання сил зчеплення, що діють на одну насінину записано диференціальне рівняння коливань стрічки сепаратора

. (8)

Розв’язок цього диференціального рівняння дозволив знайти вираз для сили відриву насінин підмаренника чіпкого за рахунок коливальних вібрацій стрічки сепаратора

(9)

На рис. 4 представлено графічно залежності сил Рв, що діють протилежно силам зчеплення, від часу tс, при різних частотах обертання вібратора-струшувача. Зміщення його осі від лінії центрів барабанів сепаратора (рис.5) мало впливає на зміну даних сил.

З результатів досліджень вияснено, що насіння ріпака відривається від фрикційної поверхні обертового барабана при граничному куті Uвідриву = 37,58 0.

Дані графіків рис. 4 показують, що сили які діють протилежно силам зчеплення насіння бур’яну підмаренника чіпкого з боку фрикційної поверхні

стрічки при її вібрації перевищують за величиною, добуті експериментально граничні значення нормальної сили зчеплення насіння: 0,019 – 0,043. Отже, в зоні вібрації стрічки забезпечуються умови відриву насіння бур’яну від фрикційної поверхні робочого органу.

Ці сили помітно залежать від частоти обертання вібратора-струшувача (рис. 4): зростання частоти в межах 400-800 хв-1 призводить до збільшення величини даних сил. Є частоти, при яких вони мають протилежний напрям, тобто напрямлені вверх - це 100 обертів за хвилину і нижче. За таких умов насіння бур’яну притискається до зовнішньої фрикційної поверхні нижньої гілки стрічки сепаратора, а не намагається відірватися вниз від фрикційної поверхні стрічки при її вібраціях.

Рис. 4. Графіки залежності сил що діють на струшування насінин від часу tс при різних значеннях частоти обертання хрестовини (хв-1) n1=100, n2=400, n3=800, n4=1200.

Зміщення е осі вала вібратора-струшувача (рис.5) по відношенню до лінії центрів барабанів сепаратора залежно від часу tс дії ролика хрестовини на поверхню стрічки, мало впливає на зміну сил відриву насіння бур’яну від фрикційної поверхні.

Рис. 5. Схема коливань стрічки:

в - ?ут охоплення стрічкою обода ролика; Т - натяг стрічки.

У четвертому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” розроблена програма та методика випробувань, дана характеристика об’єктів дослідження, наведено опис конструкції установки та вимірювального обладнання для проведення експериментальних досліджень. Дослідження проводились за програмою:

- дослідження можливості розділення, насіння олійних культур та насіння підмаренника чіпкого за аеродинамічними властивостями, розмірними характеристиками, коефіцієнтам тертя;

- встановлення можливості сепарації насіннєвих сумішей на текстильних поверхнях робочого органу фрикційного сепаратора;

- одержання якісних показників ефективності очищення на фрикційному сепараторі;

- визначення раціональних конструктивно-кінематичних параметрів роботи

фрикційного сепаратора при очищенні насіння олійних культур ріпака;

- проведення агротехнічної оцінки роботи експериментальної установки у порівнянні із серійною К-590А;

- визначення економічної ефективності від використання експериментальної установки у порівнянні із серійною машиною К-590А.

Для проведення експериментальних досліджень організовано спостереження за виконанням технологічного процесу методом вимірювань. При цьому дослідження були розділені на два етапи: пошукові та основні.

Пошукові дослідження проводились за схемою:

- встановлення факторів, що впливають на процес розділення насіння ріпака та насіння підмаренника чіпкого, тобто відбір основних факторів;

- визначення впливу найважливіших факторів на виконання технологічного процесу;

- перевірка умов проведення досліджень, та працездатність вимірювального обладнання, тарування приладів;

- визначення даних, необхідних для підрахунку кількості дослідів.

На другому етапі досліджень проведено вибір основних факторів для складання плану повнофакторного експерименту.

Для проведення пошукових та основних дослідів розроблено та виготовлено експериментальну установку з комплектом вимірювальних приладів та додаткового обладнання.

Виконання технологічного процесу здійснювалось експериментальною установкою відповідно до запропонованої технологічної схеми роботи сепаратора (рис.1).

Для зміни швидкості руху сепаруючого робочого органу, а також приведення в рух сепаратора використовувалась привідна станція.

При проведенні дослідів змінювали режим роботи сепаратора. Силу додаткового притискання змінювали спеціально розробленим пристроєм, швидкість руху стрічки робочого органу - за допомогою коробки переміни передач, подачу суміші - регулюванням заслінки бункера-дозатора.

Проведення повнофакторного експерименту здійснювалось за допомогою ортогонального центрально-композиційного плану другого порядку.

За параметр оптимізації прийнято - ступінь вмісту насіння підмаренника чіпкого в насінні ріпака.

У п’ятому розділі “Результати експериментальних досліджень” на першому етапі встановлено фактори, які не здійснюють значного впливу на виконання технологічного процесу. При цьому були прийняті фактори, які слід вважати як основні: сила додаткового притискання валиком моношару суміші Рп, подача суміші Q, та швидкість руху стрічки робочого органу с.

За результатами пошукових досліджень встановлено рівні та інтервали зміни факторів, а також перевірено працездатність експериментальної установки на різних режимах роботи. На основі отриманих даних побудовано графічні залежності зміни агротехнічних показників від впливу вище названих факторів.

Аналізуючи залежність вмісту насіння підмаренника в насінні ріпака було встановлено, що найкращого результату досягається при зміні сил притискання в межах від 1,0 до 1,30 Н, швидкості руху стрічки в межах 0,43...0,53 м/с, та подачі 20...35 кг/год, що і було прийнято за рівні варіювання факторів.

Згідно з методикою планування повторюваність дослідів в експерименті була п’ятикратна.

Після обробки експериментальних даних визначено вплив вищевказаних факторів на параметр оптимізації і отримано рівняння регресії в натуральній формі:

S =172,584 – 1,115 Р – 0,284 Q –32,303 н + 0,1781 P2 +0,019 Q2 +

+ 55,912 н 2 +0,006 Q P +0,430 н Q (10)

Перевірка за критерієм Фішера одержаних залежностей дозволяє твердити, що гіпотеза про адекватність моделі при 5-ти відсотковому рівні значущості не відкидається.

Отримане рівняння вивчалося методом крутого сходження на ПЕОМ за допомогою розроблених програм, для чого один фактор був зафіксований на заданому рівні, а інші змінювались.

Визначені параметри повноти сепарації для відповідної культури: сила притискання суміші до поверхні робочого органу Р 1,13 Н, швидкість руху стрічки робочого органу с 0,48 м/с, подача суміші Q 32,5 кг/год.

Зразок графічної інтерпретації результатів досліджень представлено на рис.6,7.

Рис.6. Вміст насіння підмаренника чіпкого в тарі культурного насіння

при силі притискання Р = 1,13 Н.

Рис. 7. Аналіз поверхні відгуку вмісту S насіння бур’яну підмаренника

чіпкого (при Р = 1,13Н).

Очищення насіннєвого матеріалу на фрикційному сепараторі з відділенням насіння бур’яну підмаренника чіпкого забезпечує отримання матеріалу першої репродукції без втрат насіння основної культури. Це підтверджено результатами виробничих досліджень, проведених в дослідному господарстві Івано-Франківського інституту агропромислового виробництва, та господарстві Тернопільської області.

Виробничі випробування показали, що за одне пропускання очищення насіння на фрикційному сепараторі є можливість одержати насіння ріпака першої репродукції з виключенням використання магнітних порошків, та втрат насіння основної культури, з вмістом підмаренника чіпкого в тарі ріпака біля 160-170 шт. на 1 кг.

У шостому розділі “Інженерне проектування і економічна ефективність від використання фрикційного сепаратора” проведено компонування конструктивно-технологічної схеми фрикційного сепаратора, викладені переваги під час проведення господарських випробувань у порівнянні із серійною машиною при його збільшенні.

Конструктивно-технологічні параметри для дослідного зразка були визначені за допомогою теорії подібності. Запропоновано розробити та виготовити насіннєочисну машину, робоче креслення та документація на виготовлення якої передано на завод.

Проведено розрахунок техніко-економічної ефективності від використання фрикційного сепаратора у порівнянні із серійною машиною К-590А.

Економія експлуатаційних витрат за рік складає 1104,8 грн. Загальний розрахунковий економічний ефект, включаючи додаткові кошти від економії втрат насіння ріпака у відходи, становить 18704,8 грн.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення задачі обгрунтування конструктивно-технологічних параметрів робочих органів фрикційного сепаратора, який забезпечує підвищення ефективності процесу очищення насіння олійних культур без застосування магнітних порошків та втрат насіння основної культури у відходи.

За результатами досліджень зроблено такі основні висновки:

1. Основною проблемою очищення насіння олійних культур полягає у наявності у суміші типового забруднювача – насіння бур’яну підмаренника чіпкого із властивостями, що є ідентичними основної культури, це викликає необхідність застосування енергоємних технологій з використанням магнітних порошків у процесі очищення.

2. Обгрунтовано спосіб очищення насіння олійних культур з використанням фрикційного сепаратора та визначено й досліджено у його складі текстильний матеріал – тканина поліамідна технічна марки К-1 (ТУ 6-13-107-96), яка задовільняє вимогам повноти очищення насіння олійних культур від бур’яну підмаренника чіпкого.

3. За математичною моделлю процесу роботи сепаратора встановлено умови безвідривного переміщення насіння підмаренника чіпкого по робочій поверхні до зони його струшування, а умови відриву насінин ріпака за межами області відносного спокою, яка визначається кутом повороту барабана разом з насінинами від 0? до 37,6?.

4. Теоретичними дослідженнями встановлено, що зміщення осі вала хрестовини вібратора-струшувача по відношенню до лінії центрів барабанів фрикційного сепаратора мало впливає на струшування підмаренника від текстильної поверхні. Основний вплив на цей процес здійснює частота обертання хрестовини вібратора-струшувача значення якої повинно знаходитися в межах 400-800 хв-1.

5. Розроблено нову конструкцію фрикційного сепаратора, зі стрічкою, покритою текстильним матеріалом із спеціальним пристроєм для притискання насіння. Це дає змогу відокремлювати насіння типового бур’яну – підмаренника чіпкого від насіння ріпака без застосування магнітних порошків.

6. За результатами експериментальних досліджень, при збільшенні подачі сумішей і швидкості руху насіння ріпака і підмаренника чіпкого силу її притискання (Рп) до текстильної поверхні фрикційного сепаратора слід збільшувати. Для забезпечення якісного очищення насіння ріпака від підмаренника чіпкого при подачі суміші 35 кг/год достатньо сили притискання суміші (Рп) величиною 1,13Н.

7. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень встановлено раціональні конструктивно-технологічні параметри фрикційного сепаратора: сила притискання валиком моношару суміші Рп 1,13 Н, подача суміші Q 32,5 кг/год., лінійна швидкість руху стрічки с 0,48 м/с., радіус хрестовини вібратора-струшувача r = 0,05 м, його частота обертання n = 800 хв-1.

8. За результатами випробувань макетного зразка встановлено, що за одне пропускання очищення суміші можна отримати насіння ріпака першої репродукції, без застосування магнітних порошків та втрат насіння основної культури, з вмістом насіння підмаренника чіпкого у відповідності з агровимогами.

9. Розроблена методика проектування фрикційних сепараторів для виділення насіння бур’яну підмаренника чіпкого від насіння олійних культур ріпака, на підставі якої створено макетний зразок. Розрахунок техніко-економічної ефективності від використання макетного зразка фрикційного сепаратора у порівнянні із серійною електромагнітною машиною К-590А свідчить, що річна економія експлуатаційних витрат становить 1104,8 грн, а додаткові кошти від економії втрат при очищенні складають 17600 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Фіялка М.Д., Самокиш М.І., Дуганець В.І. Інтенсифікація розподілу зерносуміші ріпака на вібролотку сепаратора // Збірник наукових праць Подільської державної аграрно-технічної академії. – Кам’янець-Подільський, 2000. – Вип. 8. – С. 377-378. (Особистий внесок здобувача – визначено залежність розподілу суміші від різних факторів).

2. Дуганець В.І. Аналіз шляхів та методів підвищення ефективності очистки вороху насіння ріпака // Збірник наукових праць Національного аграрного університету. – К.: НАУ, 2000. – Том ІХ. – С. 270.

3. Самокиш М.І., Дуганець В.І. Результати дослідження зовнішнього тертя насіння ріпака та підмаренника по різних матеріалах // Збірник наукових праць Подільської державної аграрно-технічної академії. –Кам’янець-Подільський, 2001. – Вип. 9. – С. 397-400. (Особистий внесок здобувача – визначені кути та коефіцієнти тертя ковзання насіння по різних текстильних матеріалах).

4. Самокиш М.І., Дуганець В.І., Абрамик М.І. Відокремлення насіння підмаренника від насіння ріпака ворсистими поверхнями // Механізація, електрифікація: Вісник аграрної науки. – К., 2001. – Вип. 8. – С. 46-48. (Особистий внесок здобувача – вивчено вплив ворсистих матеріалів на процес сепарації насіннєвої суміші).

5. Дуганець В.І. Результати дослідження аеродинамічних властивостей насіння ріпака, гірчиці та підмаренника чіпкого і їх тертя кочення по різних матеріалах // Збірник наукових праць Українського науково-дослідного інституту по прогнозуванню та випробування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва (Укр НДІПВТ). – Дослідницьке, 2003. Вип. 6. (20). – Книга 2. – С. 318-323.

6. Самокиш М.І., Дуганець В.І. Сепаратор для очистки насіння ріпака від насіння бур’яну підмаренника чіпкого // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Мелітополь, 2003. – Вип. 16. – С. 143-147. (Особистий внесок здобувача – визначено раціональний режим роботи фрикційного сепаратора на очищенні насіння ріпака).

7. Самокиш М.І. Дуганець В.І. Теоретичне обгрунтування роботи струшувача фрикційного сепаратора // Збірник наукових праць Подільської державної аграрно-технічної академії, – Кам’янець-Подільський, 2003. – Вип. 11. – С.348-350. (Особистий внесок здобувача – розглянуто динаміку вібратора-струшувача для очищення стрічки від насіння бур’яну).

8. Дуганець В.І. Коли ж насіння ріпака “спокійне” на обертовому барабані фрикційного сепаратора // Зерно і хліб. – К., – №1 (33). – 2004. – С.48.

9. Пат. 38989 А Україна, МПК А 01 F 12 / 44. Спосіб очистки насіння сільськогосподарських культур від насіння бур’янів і пристрій для його здійснення / Дуганець В.І., Самокиш М.І., Фіялка М.Д. (Україна). – №2000127399; Заявл. 21.12.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4.

АНОТАЦІЯ

Дуганець В.І. Обгрунтування конструктивно-технологічної схеми та параметрів робочих органів фрикційного сепаратора для очищення насіння олійних культур. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11. – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Подільська державна аграрно-технічна академія, Кам’янець-Подільський, 2004.

В дисертаційній роботі викладено результати теоретичного та експериментального процесу очищення насіння олійних культур від насіння бур’яну підмаренника чіпкого. В дисертації проведений огляд існуючих засобів сепарації насіння, виявлені деякі механіко-технологічні властивості компонентів насіннєвих сумішей та текстильних матеріалів.

На основі проведених комплексних досліджень, теоретичного обгрунтування, запропонований механізований спосіб розділення двох фракцій сумішей. Розроблено математичну модель процесу роботи фрикційного сепаратора, де встановлено умови безвідривного переміщення насіння підмаренника чіпкого по робочій поверхні в зону його струшування, а також теоретичні основи роботи вібратора-струшувача. Розроблено нову конструкцію фрикційного сепаратора, для якого встановлено раціональні конструктивно-технологічні параметри при його роботі.

Використання фрикційного сепаратора при очищенні насіннєвих сумішей ріпака дозволить отримати насіння першої репродукції без застосування магнітних порошків та втрат насіння основної культури, при цьому збільшити економію експлуатаційних витрат на 1104,8 грн і отримати додаткові кошти за рахунок втрат насіння основної культури при очищенні на магнітних серійних машинах.

Ключові слова: фрикційний сепаратор, насіння ріпака і підмаренника чіпкого, механіко-технологічні властивості, технологічний процес, конструктивно-технологічні параметри, очищення, дослідження, експерименти, оптимізація.

АННОТАЦИЯ

Дуганец В.И. Обоснование конструктивно-технологической схемы и параметров рабочих органов фрикционного сепаратора для очистки семян масличных культур. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Подольская государственная аграрно-техническая академия, Каменец-Подольский, 2004.

Диссертационная работа посвящена вопросам повышения эффективности технологического процесса очистки семян масличных культур от семян сорного растения подмаренника цепкого.

В диссертации обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы.

Приводится анализ существующих средств и способов сепарации семян, проведённых исследований физико-механических свойств семян рапса и их примесей, конструкций вибрационных, фрикционных семяочистительных машин, теоретических работ, посвящённых процессу сепарации. Указаны преимущества и недостатки средств для сепарации семян.

Приведены результаты некоторых новых механико-технологических свойств семян рапса, подмаренника цепкого, а также текстильных материалов. Определён признак делимости семян рапса и их сорняков – процесс зацепления семян сорняка с ворсистым текстильным материалом.

Приведены результаты теоретических исследований безотрывного движения семян сорняка подмаренника цепкого по рабочему органу предложенного фрикционного сепаратора, а также получена математическая модель движения с отрывом семян рапса от барабана сепаратора, покрытого текстильным материалом.

На основе проведённых комплексных исследований, теоретического обоснования, предложенный механизированный способ разделения двух фракций смеси.

Определены теоретические основы работы вибратора-встряхивателя.

Представлена математическая модель процесса работы фрикционного сепаратора. Также установлены условия безотрывного перемещения семян подмаренника цепкого по поверхности рабочего органа сепаратора в зону его встряхивания.

Разработана новая конструкция фрикционного сепаратора, на котором была подтверждена работоспособность и возможность сепарации предложенной конструкции.

После проведения экспериментальных исследований определены рациональные конструктивно-технологические параметры, которые влияют на полноту сепарации. Было установлено, что на работоспособность сепаратора влияет скорость движения ленты транспортёра сепаратора, подача смеси и наиболее влияющий фактор сила прижимания смеси к рабочему органу сепаратора.

Результаты экспериментальной проверки исследуемого образца показали, что за одно пропускание смеси через фрикционный сепаратор можно получить семена рапса первой репродукции с содержанием семян сорняка подмаренника цепкого в остаточной массе рапса около 160 штук на 1 кг., что допускается агротехническими требованиями. При сепарации исключается использование магнитных порошков, которые применяются в электромагнитных машинах, а также потери семян основной культуры в отходы.

Представленные результаты экспериментальных исследований с использованием метода подобия конструктивных и технологических параметров позволили выйти на реальные производственные параметры фрикционного сепаратора: производительность 220 кг/час, скорость движения ленты 0,48 м/с, сила дополнительного прижимания 1,13 Н, частота вращения вибратора-встряхивателя 800 мин -1.

Экономическими расчетами доказана целесообразность применения фрикционного сепаратора, которые показали, что внедрение этих сепараторов позволит увеличить экономию эксплуатационных затрат на 1105 грн. и получить дополнительные деньги за счёт потерь семян основной культуры в отходы при очистке на совремённых семяочистительных магнитных машинах.

Ключевые слова: фрикционный сепаратор, рапс, подмаренник, механико-технологические свойства, технологический процесс, конструктивно-технологические параметры, очистка, исследования, эксперименты, оптимизация.

ABSTRACT

Duganets V.I. - Motivation of Constructional and Technological Scheme and Friction Separator Working Aggregates Parameters for Seed Gleaning of Oil - Bearing Crops. - Manuscript.

The thesis for competition a candidate’s of technical sciences degree on specialty 05.05.11. - Machines and Means of Farm Mechanization production. State Agrarian and Engineering academy in Podillya, Kamyanets-Podlilsky, 2004.

In the thesis there were presented the results of theoretical and experimental process in cleaning the seeds of Oil - Bearing Crops from the seeds of weed callium aparine. There were motivated the existing means of separation and revealed mechanical and technological characteristics of seed mixtures components and textile materials. On the basis of complex study and theoretical motivation the mechanized way of separation of two mixtures was offered.

The model of friction separator operation was elaborated where there were set the conditions for continuous transference of seeds callium aparine on the working surface into the area of its shaking, as well as the theoretical grounds of vibrator- shaker operation. The design of friction separator was working out too for which there were established the rational, constructional and technological parameters of its operation.

The separator utilization in the process of rape peeling will enable to obtain the seeds of the 1-st reproduction without using the magnetic powder and rape seeds losses, as well ass to increase the economy of operational expenses on 1104,8 grn.

Key words: friction separator, rape, callium aparine, mechanical and technological, characteristics, technological process, constructional and technological parameters, cleaning, research (study), experiments, optimization.