НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ДУМЕНКО Костянтин Миколайович

УДК 631.3:635.649

ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

ТА ПАРАМЕТРІВ РОБОЧИХ ОРГАНІВ МАШИНИ ДЛЯ ВИДІЛЕННЯ

НАСІННЯ СОЛОДКОГО ТА ГОСТРОГО ПЕРЦЮ

05.05.11 – машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Миколаївському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор,

Заслужений працівник освіти України

Пастушенко Сергій Іванович,

Миколаївський державний аграрний університет,

завідувач кафедри теоретичної та прикладної механіки,

декан факультету механізації сільського господарства.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Тіщенко Леонід Миколайович,

Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. Петра Василенка,

перший проректор, завідувач кафедри деталей машин

і підйомно-транспортних машин

кандидат технічних наук, професор

Дацишин Олександр Володимирович,

Національний аграрний університет,

завідувач кафедри механізації переробки та зберігання

сільськогосподарської продукції

Захист відбудеться “21” вересня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кім. 28

Автореферат розісланий “09” серпня 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.Г. Войтюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Насінництво овоче-баштанних культур Півдня України на сьогодні майже повністю зникло як галузь. Одним із важливих аспектів цієї проблеми є виділення насіння солодкого і гострого перцю механізованим шляхом. Про його пріоритетність свідчить відсутність на ринку України насіннєвого матеріалу вітчизняного виробництва у достатній кількості від потреби, а той, що виробляється дрібними господарствами, має велику трудомісткість – 16…20 люд.-год/кг.

Переважна більшість обладнання, яке залишилося у спеціалізованих господарствах, є морально та фізично застарілим. Крім того, серед створених раніше машин немає таких, які б були призначені саме для виділення насіння перцю. Запозичені лінії, які використовуються для виробництва насіння інших овочевих культур (томатів, баклажанів, кавунів), мають низькі показники щодо якості виробленого насіння. Всі вони передбачають повне подрібнення плоду. У результаті цього насіння перцю не відповідає агротехнічним вимогам через те, що з’являється багато частинок плоду рівновеликих за розміром із насінням. Засміченість та втрати насіння набагато перевищують допустимі показники. Тому створення нової машини для забезпечення механізованої технології виділення насіння солодкого та гострого перцю, яка дозволить одержувати його згідно з нормативними агротехнічними вимогами щодо чистоти та втрат насіння, є актуальною науково-прикладною задачею для овоче-баштанної галузі України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно до Державної науково-технічної програми “Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу в період 1998-2005 років”, розробленої відповідно до постанови Кабінету Міністрів України від 01.12.1997 р. № 1341 “Про розвиток сільськогосподарського машинобудування і забезпечення агропромислового комплексу конкурентоздатною технікою”, планом науково-дослідних робіт Миколаївського державного аграрного університету з теми “Розробка механізованих технологій отримання насіння овоче-баштанних культур і створення робочих органів машин для насінництва” і договором про науково-технічну співпрацю між Миколаївським державним аграрним університетом та Інститутом південного овочівництва і баштанництва Української академії аграрних наук (від 01.06.2003 р.).

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності процесу виділення насіння овочевого перцю шляхом розробки конструкції машини з підвищеним рівнем технологічних показників її роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- проаналізувати стан існуючих технологій і засобів механізації для отримання насіння перцю та встановити найбільш ефективний спосіб дії робочих органів на насінник з метою виділення насіння;

- теоретично дослідити процес відокремлення насіння солодкого та гострого перцю з загальної маси насінника;

-

- розробити математичну модель динамічного процесу відділення насіння від насінників солодкого та гострого перцю;

- обґрунтувати та експериментально уточнити основні конструктивні параметри і кінематичні режими роботи нової машини для одержання насіння солодкого та гострого перцю;

- провести виробничу перевірку та дати економічну оцінку ефективності роботи розробленої машини.

Об’єкт дослідження – технологічний процес виділення насіння з насінників, зв'язок процесу з параметрами робочих органів машини та фізико-механічними властивостями насінників і насіння солодкого та гострого перцю.

Предмет дослідження – обґрунтування технологічного процесу і параметрів робочих органів машини для виділення насіння солодкого та гострого перцю.

Методи дослідження. Аналітичні дослідження технологічного процесу та параметрів робочих органів машини виконано методами математичного та фізичного моделювання з використанням основних положень землеробської механіки; експериментальними, натурними випробуваннями з використанням методів планування багатофакторних експериментів і статистичної обробки даних на ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- уперше розроблено математичну модель процесу відділення насіння від насінника перцю і встановлено закономірності контактного напруження руйнуванні зв’язку між насінням і насінником;

- створено математичну модель розповсюдження хвиль стиснення в середовищі насінника після ударної дії робочих органів машини, в якій насінник уперше поданий як трифазне середовище “рослинна основа – вода – повітря” з урахуванням фізико-механічних властивостей його складових;

- установлено аналітичну залежність руху тіла насінника всередині машини при ударі пластини бича і обґрунтовано технологічний процес та основні оптимальні параметри робочих органів машини для виділення насіння солодкого та гострого перцю.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці технологічної схеми та обґрунтуванні конструктивних параметрів і раціональних режимів робочих планетарних органів машини для виділення насіння солодкого та гострого перцю. Це забезпечує якість технологічного процесу виділення насіння в показниках: чистота насіння в межах 98,0…99,5 %; втрати насіння не більше 8…10 %. Упровадження технологічної лінії з виділення насіння перцю з використанням розробленої насіннєвиділювальної машини дає змогу зменшити витрати праці в 1,4 рази, електроенергії в 2,5 рази, відмовитися від витрат на технологічну воду, а наведені експлуатаційні витрати скоротити у 2,8 рази порівняно з існуючою вітчизняною технологією на базі лінії УСБ-8, що на сьогодні має найкращі показники. Результати досліджень упроваджено в Інституті південного овочівництва і баштанництва

УААН (м. Гола Пристань) та у ВАТ “Кам’янський” Херсонської області, де річний економічний ефект склав 10217 грн та 9517 грн відповідно.

Особистий внесок здобувача полягає: в обґрунтуванні напряму досліджень; у проведенні теоретичного аналізу зв’язку основних конструктивних і кінематичних параметрів та режимів роботи машини; обґрунтуванні й розробці математичних моделей розповсюдження хвиль стиснення в середовищі насінника після удару робочих органів та процесу відділення насіння від насінника перцю; розробленні методики досліджень, конструювання установок, їх виготовленні і виконанні експериментальних досліджень; в аналізі та обробці експериментальних даних. Доля здобувача в опублікованих за темою дисертації працях складає від 60 % до 100 %.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи обговорено та схвалено на щорічних Причорноморських регіональних науково-технічних конференціях Миколаївського державного аграрного університету (2003-2006 рр.); V-й Ювілейній міжнародній науково-технічній конференції “Механізація і енергетика сільського господарства “MOTROL’ 2005” (ОДАУ, Одеса, 2005 р.); VI-й Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (НАУ, Київ, 2005 р.); І Міжнародній науково-технічній конференції “Gospodarka energetyczna “ENERGIA’ 2006” (Польща, Полянчик, 2006 р.); VIІ-й Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (ТДАА, Мелітополь, 2006 р.).

Публікації. За результатами дослідження опубліковано 17 наукових праць, із них: у фахових виданнях, затверджених ВАК України, з технічних наук – 13, з яких 1 одноосібна; патентів України на винахід – 2, у закордонних наукових журналах і збірниках – 2.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (117 найменувань), 15 додатків на 57 сторінках. Основний текст роботи викладений на 131 сторінці, містить 12 таблиць і 70 рисунків. Загальний обсяг дисертації – 199 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено об’єкт, предмет, завдання, зв'язок роботи із науковими програмами; сформульовано мету дослідження; розкрито наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, особистий внесок здобувача, висновки про впровадження й апробацію результатів дослідження.

Розділ 1. Аналіз існуючих технологій та засобів механізації включає аналіз вітчизняних і закордонних досліджень з розробки машин і механізмів для технологічних процесів виділення та сепарації насіннєвої маси солодкого та гострого перцю. Наведена їх порівняльну характеристику з визначенням переваг та недоліків.

Фундаментальними дослідженнями з питань удосконалення технологій і засобів механізації для виділення насіння овоче-баштанних культур є роботи І.Ф. Анісімова, В.П. Медведєва, А.В. Дуракова, Н.М. Лисенка, Е.С. Демидова, К.М. Климова та інших учених. Описані в їх працях технічні засоби становлять основу машин і обладнання з механізації одержання насіння овоче-баштанних культур.

У процесі аналізу досліджень названих авторів визначено напрям пошуку подальших шляхів розробки ефективного обладнання для одержання насіння перцю, що ґрунтується на дослідженні фізико-механічних властивостей насіннєвих плодів у процесі відділення від них насіння. Установлено, що дія робочих органів машини для виділення насіння з насінника перцю повинна мати циклічний ударний характер, що забезпечує виділення насіння з мінімальними втратами, високою чистотою і низьким рівнем травмування.

Розвиткові теорії удару тіл та створення моделей суцільних середовищ присвячені теоретичні та експериментальні дослідження А.Н. Дінника, М.А. Кільчевського, Г.С. Батуєва, В.С. Гольдського, В.Н. Іонова, Ф.С. Цзе, І.Е. Морзе, Р.І. Нігматуліна, Ю.М. Работнова та інших. Але результати цих досліджень не дозволили визначити конструктивні особливості розробленої машини, оскільки є окремими випадками вирішення загальних завдань.

Однією з важливих вимог при обґрунтуванні конструкції нової машини є виділення насіння з відокремленням крупних домішків. Вагомий внесок у розв’язання цієї проблеми зробили П.М. Заїка, А.І. Завгородній, Л.М. Тіщенко, Г.Е. Мазнев, С.І. Пастушенко, М.Я. Резніченко, та інші.

Завдяки проведеному аналізові обраної проблеми встановлено, що технологічний процес і засоби механізації одержання насіння солодкого та гострого перцю досліджені недостатньо. Відомі лінії та машини, що використовуються для його виділення не дозволяють одержувати якісне кондиційне насіння, яке б відповідало агровимогам. Вони потребують великої кількості води для виділення насіння з подрібненої маси.

Таким чином, постала реальна потреба в розробленні нової технологічно і економічно ефективної машини для одержання насіння солодкого та гострого перцю.

Розділ 2. Аналітичні дослідження відділення насіння перцю з насінника включають сформульовані основні механіко-математичні передумови розробки нової машини для отримання насіння солодкого та гострого перцю. В основу теоретичних досліджень покладено розв’язання ряду задач, що пов’язані з визначенням механіко-технологічних параметрів насінника, дослідженням процесу ударної дії бича по насіннику, визначенням реакції насінника після удару та з розробкою і адаптацією математичної моделі адекватної реальному процесу динамічного “струшування” насіння з насінника.

Вивчення динаміки насінника перцю під час та після удару вимагає аналітичного дослідження його основних механіко-технологічних параметрів.

Передусім, розроблено математичну модель розповсюдження хвиль стиснення в середовищі насінника, де він уперше представлений як трифазне середовище, що складається з: – рослинної основи, – води; – повітря. Взявши за основу припущення про те, що внутрішній тиск (напруження) у всіх точках тіла насінника однаковий, а відносна деформація дорівнює об’ємній концентрації, отримано залежність для визначення швидкості розповсюдження хвиль стиснення:

Рівняння (1) дозволяє розглядати насінник як коливальну систему з механіко-технологічними властивостями складових елементів.

Розв’язок задачі з дослідження процесу відділення насіння від насінника полягає у з’ясуванні сили руйнування зв’язку насінник-насіння, що характеризується технологічними параметрами міцності, такими як межа текучості та модуль пружності Е. Визначення насіння перцю здійснено шляхом моделювання навантаження пружно-пластичних тіл (дисків, труб) внутрішнім тиском. Параметри міцності насіння перцю у вигляді круглого диска 1 визначені на прокол тонкою голкою 2 діаметром 1 мм (рис. 1).

Рис. 1. Схема визначення параметрів міцності насіння на прокол

Результати розв’язання задачі пружного навантаження мають вигляд:

Перетворивши (2) та (3), з урахуванням визначення постійних інтегрування, які отримано з початкових умов ; ;; , рівняння для знаходження параметрів міцності приймають вигляд:

Базуючись на геометричних розмірах голки і насіння перцю, а також значенні коефіцієнта Пуассона для матеріалу насінника перцю, одержані параметри міцності оболонки насіння: Н/мм2; Н/мм2.

Під час руху в середині барабана машини насінник зазнає вплив сил аеродинамічного опору, врахування яких є обов’язковим для отримання швидкості його руху. Відносна швидкість руху насінника з урахуванням аеродинамічних властивостей визначається із залежності (рис. 2.):

Рис. 2. Залежність відносної швидкості падіння насінника

від параметра о

Досліджуючи процес ударної дії бича та реакції на післяударну дію насінника розглянуто кінематику приводу (рис. 3) пластини бичів 4 машини для виділення насіння перцю з насінників 6. Усередині нерухомого барабана 5 співвісно з ним розміщено нерухоме колесо 1 радіуса , по якому котиться без ковзання колесо 2 з радіусом від кривошипа 3, який обертається з кутовою швидкістю . На осі О1 кріпиться лопатка АВ бичів, яка обертається навколо неї з тією ж кутовою швидкістю, що й колесо.

Швидкість лопатки бича при цьому визначиться:

Рис. 3. Кінематична схема приводу бича

Залежність (7) дозволяє з'ясувати величину діючої сили при ударі бича по насіннику. Враховуючи те, що процес взаємодії бича і насінника є пружним, що забезпечує цілісність оболонок насінин, необхідно визначити величину контактного тиску пластини бича на насінник. Для оцінки величини контактного тиску використано моделі нехвильового та хвильового характеру розповсюдження деформацій.

Розглядаючи модель нехвильового характеру розповсюдження деформацій, для порівняння досліджено два варіанти представлення тіла насінника.

У першому варіанті тіло має форму кулі радіуса з однорідного матеріалу та параметрами: густиною , модулем пружності Е, коефіцієнтом Пуассона . Початкова відносна швидкість пружної кулі і абсолютно твердої пластини – . Для цієї моделі отримано такі залежності для визначення контактного зусилля і контактного тиску (напруження):

У другому варіанті моделі нехвильового характеру розповсюдження деформацій тіло насінника представлено у вигляді пружного циліндра з перерізом довільної форми, для якого контактний тиск визначається з залежності:

Спільна основа (9) та (10) свідчить про адекватність отриманих результатів з визначення напружень за моделями нехвильового характеру розповсюдження деформацій.

За хвильовою моделлю розповсюдження напружень і деформацій тіло насінника прийнято у формі циліндричного стержня довжиною і перерізом . У момент, коли , на торець насінника діє сила , що зберігає постійне значення протягом контакту пластини бича 1 і насінника 2 (рис. 4). Це зусилля дорівнює силі контактного тиску

Рис. 4. Схема до визначення напружено-деформованого стану тіла насінника

Отримані залежності для визначення деформацій і напружень у насіннику мають такий вигляд:

Крім цього, маємо умову, яка вказує на те, що до удару бича по насіннику функція не відбувається як така:

Система рівнянь (12) визначає напружено-деформований стан насінника після ударної дії бича.

Удар бича змушує насінник рухатися в середині барабана машини. З метою забезпечення пересування вздовж барабану від однієї лопатки до іншої в напрямку вивантажувальної горловини досліджено траєкторію руху насінника після ударної дії бича. На рис. 5. представлено схему удару пластини бича по тілу насінника. Показано складові і швидкості початкового руху пластини . Вважаємо пластину бича 2 нерухомою, а удар тіла насінника 1 таким, що відбувається зі швидкістю під кутом до пластини бича . Тоді відбивання насінника від пластини бича відбувається зі швидкістю під кутом до осі ОУ. На рис. 6. показана траєкторія руху тіла насінника після удару. В результаті маємо:

Рис. 5. Схема удару пластини бича по сферичному тілу насінника

Рис. 6. Траєкторія руху насінника по внутрішній поверхні барабана:

1, 1* – початкове й кінцеве положення насінника; 2 – пластина бича; 3 – барабан

Зі швидкістю тіло починає рухатися по циліндричній стінці барабана, а з швидкістю - уздовж осі барабана. Під час руху тіла без тертя траєкторією була б гвинтова лінія з кроком с. Наявність сили тертя змінює траєкторію руху.

Шляхом дослідження динаміки насінника перцю як матеріальної частинки, що знаходиться на циліндричній поверхні барабана машини і зазнає ударної дії під час зіткнення з лопаткою бича, отримано рівняння динамічного руху насінника по колу та вздовж осі барабана з урахуванням сил тертя:

У результаті аналізу (14) встановлено, що при швидкості бичової лопатки при ударі близько 4 м/с насінник здійснює повний оберт по циліндричній поверхні барабана машини. Це гарантовано забезпечує умову просування його від однієї лопатки до іншої, а також виведення з технологічної зони. Внаслідок цього бич завдає такої кількості ударів по насіннику, яка є достатньою для якісного відділення насіння. При швидкості, що наближається до, насінник проходить шлях по дузі кола більший ніж потрібно для зустрічі з наступною бичовою лопаткою. Внаслідок цього він може не отримати достатньої кількості ударів для повного вибивання насіння.

Залежність (15) дозволила отримати раціональний діапазон кута нахилу бичової пластини до осі бича в межах 13…18°. Якщо він буде меншим, то насінник не досягне наступної лопатки, а якщо більшим – насінник пройде зону дії наступної лопатки.

Оскільки насінник під час обробки вільно рухається всередині барабана, то для описання динаміки процесу відділення насіння від насінника, з метою адекватності, розроблено три динамічні моделі (рис. 7 – 9), які послідовно описують процес.

Перша модель (рис. 7) відображає зіткнення бичової лопатки робочого органу машини з насіниною 2, що кріпиться до поверхні насінника 1 шийкою 3. Дослідивши динамічну дію бича на насіння, що знаходиться у системній взаємодії з насінником, отримано залежність для визначення напруження руйнування зв’язку насінник-насіння:

Рис. 7. Розрахункова схема 1-ої динамічної моделі відділення насіння

Друга модель описує динаміку процесу відділення насіння від насінника (рис. 8), коли бичова лопатка контактує безпосередньо з насінником 1, а через деформацію його тіла точка кріплення шийки 3 зазнає переміщення . Дослідженням динамічної дії лопатки бича на насінник отримано рівняння для визначення напруження руйнування зв’язку насінник-насіння, яке має вигляд:

Рис. 8. Розрахункова схема 2-ої моделі відділення насіння

Третя модель відображає динаміку процесу відділення насіння при безпосередньому контакті насінника і насіння з лопаткою бича. Це є динамічна система двох мас: маса насінника – і маса насінини (або всього насіння) – (рис. 9).

Рис. 9. Розрахункова схема 3-ої динамічної моделі відділення насіння

Вивчення ударної дії бича на маси двох тіл, які сполучені між собою еквівалентною пружиною (шийкою), дозволило отримати залежність для визначення напруження руйнування зв’язку насінник-насіння:

Проведеним математичним моделюванням встановлено межу максимальної величини критичної швидкості руху пластини бича у 5,53 м/с, при якій мінімізується травмування насіння.

Таким чином, отримані залежності (14)…(18) дозволяють визначити режими роботи та параметри робочого органу машини для відділення насіння солодкого та гострого перцю.

Розділ 3. Програма і методика експериментальних досліджень представляє розроблений методичний комплекс із проведення експериментальних досліджень із визначення технологічних режимів роботи лабораторної установки та з’ясування механіко-технологічних властивостей насінників і насіння солодкого та гострого перцю.

Експериментальні дослідження розподілено на два етапи. На першому етапі передбачено з’ясування механіко-технологічних властивостей насінників та насіння солодкого і гострого перцю. На другому етапі – проведення

дослідження технологічного процесу виділення насіння перцю на експериментальній установці в лабораторних та польових умовах.

Програма експериментальних досліджень включала:

§

- визначення розмірно-масових параметрів насінників та насіння солодкого і гострого перцю;

- дослідження механіко-технологічних властивостей насінників та насіння перцю;

- з’ясування впливу режимів роботи розробленої машини з планетарними робочими органами на втрати і чистоту насіння перцю;

- оцінка якості виконання машиною технологічного процесу у виробничих умовах.

Визначення механіко-технологічних властивостей насінників та насіння солодкого та гострого перцю виконано з використанням відомих та спеціально розроблених методик і приладів. Дослідження технологічного процесу виділення насіння з насінників – на сконструйованій лабораторній машині з планетарними робочими органами.

Для виконання розрахунків, пов’язаних із статистичною обробкою експериментальних даних, було опрацьовано комплекс програм на основі електронних таблиць “Excel”.

З метою скорочення обсягу експериментальних досліджень, зменшення кількості переналагоджень лабораторної установки, а також отримання необхідної об’єктивної інформації щодо залежності величин втрат та чистоти насіння від одночасної зміни основних незалежних факторів (режимів), що впливають на якість роботи, використано план Бокса другого порядку.

Розділ 4. Результати експериментальних досліджень. Визначено механіко-технологічні властивості насінників і насіння перцю та досліджено технологічний процес виділення насіння перцю на розробленій машині з аналізом отриманих даних.

У процесі досліджень використовувалися сорти перцю Ластівка, Подарунок Молдови та Український гострий, що районовані на Півдні України (Миколаївська, Херсонська, Одеська області та АР Крим), а їх посіви складають близько 55 % від загального обсягу вирощування.

Отримані розмірні параметри насінників та насіння дозволили обґрунтувати межі регулювання технологічних режимів роботи машини та розміри отворів її решета для забезпечення якості одержаного насіння.

За допомогою результатів дослідження фрикційних властивостей насінників і насіння з'ясовано вплив зовнішніх сил, які гальмують просування насінника по довжині барабана в напрямку вивантажувальної горловини. Встановлено раціональну швидкість руху робочого органу для забезпечення гарантованого пересування насінника від однієї бичової пластини до іншої з метою якісного відділення насіння.

Експериментальне визначення коефіцієнта опору повітря насінника, який становить 0,190…0,205, значною мірою підтвердило результати аналітичних досліджень.

З метою мінімізації травмування насіння встановлено межу максимальної критичної швидкості зіткнення насінників при ударі з робочим органом, яка становить 6,81м/с.

З’ясуванням додаткових, раніше не вивчених механіко-технологічних властивостей насінників і насіння перцю, уточнено та розширено дані, які необхідні для проведення експериментальних та теоретичних досліджень.

На базі науково-дослідної лабораторії конструювання енергоефективної сільськогосподарської техніки і технологій Миколаївського ДАУ розроблено нову машину для реалізації механізованої технології отримання насіння солодкого та гострого перцю (рис. 10).

Завдяки проведеній експертній оцінці виявлено основні фактори, що впливають на якість виконання технологічного процесу машини для одержання насіння солодкого та гострого перцю, серед яких: кут нахилу пластини бича до його осі (Х1); зазор бич-решето (Х2); швидкість руху бичів (Х3); величина подачі маси насінників на переробку (Х4).

Рис. 10. Експериментальна лабораторна установка

Основними критеріями оптимізації, за якими проведено оцінку якості виконання технологічного процесу, є величина втрат насіння (ВН) та чистота насіння (ЧН).

Після математичної обробки результатів експерименту отримано систему рівнянь регресії, які адекватно описують процес:

Подальший аналіз отриманих рівнянь регресії проведено графічним способом із використанням методу двомірних перетинів при послідовній установці двох незалежних факторів на фіксованій величині. Графічні зображення поверхонь відгуку наведено на рис.11.

Рис. 11. Двомірні перетини поверхонь відгуку показників ЧН і ВН

Двомірний перетин поверхонь відгуку при поєднанні факторів Х1 і Х2 показано на рис. 11, а. Зона найбільш позитивного поєднання обмежена кривими ЧН і ВН в точках А, В, Е, К. Для неї показник зазору бич-решето має бути 12…17 мм, а кут нахилу пластини бича до його осі становить 14…17°. При цьому чистота насіння знаходиться в межах 99,45% < ЧН < 99,5%, а втрати насіння – 8% < ВН < 10%.

Поєднання факторів Х1 і Х3 зображено на рис. 11, б. Зони оптимального сполучення обмежені кривими ЧН і ВН в точках А, В, С, D. При цьому чистота насіння становить більше 99,4 %, а втрати насіння – 12,0% < ВН < 12,5%. Швидкість руху бичів має бути в межах 3,8…4,5 м/с, а кут нахилу пластини бича до його осі – 16є…18є.

Смуги сірого кольору на двомірних перетинах поверхонь відгуку (рис. 11. а, б) вказують на межі коливання кута нахилу бичової пластини до осі бича за теоретичними розрахунками. Накладання сірих смуг на зони подвійного штрихування, що відображають оптимальні показники експериментальних досліджень, свідчить про адекватність отриманих результатів.

На рис. 11, в зображено двомірні перетини поверхонь відгуку при поєднанні факторів Х3 і Х4. Зона їх оптимального сполучення обмежена кривими ЧН і ВН в точках А і В. Для неї втрати насіння не перевищують 11 %, а чистота насіння знаходиться на рівні 99,3 %. Величина подачі маси насінників на переробку становить 0,6…0,7 кг/с, а швидкість руху бича – 3,9…4,2 м/с.

Двомірні перетини поверхонь відгуку при поєднанні факторів Х2 і Х4 наведено на рис. 11, г, із якого видно, що зони оптимального поєднання факторів обмежені кривими ЧН і ВН в точках А, В, D, C. При цьому, чистота насіння знаходиться в межах 99,4% < ЧН < 99,5%, втрати насіння складають 9,0% < ВН < 11,0%. Величина подачі маси насінників на переробку становить 1,0…1,3 кг/с, а зазор бич-решето знаходиться в межах 23…26 мм.

Виробничі випробування експериментального зразка розробленої машини для одержання насіння солодкого та гострого перцю в складі технологічної лінії підтвердили результати теоретичних і лабораторних досліджень.

Проведеними розрахунками доведено ефективність процесу механізації виділення насіння солодкого та гострого перцю, що пропонується, в порівнянні з існуючою технологією на базі машини УСБ-8. Ефективність досягається за рахунок: скорочення експлуатаційних витрат і капіталовкладень при виключенні води з технологічного процесу; підвищення якісних показників одержаного насіння; зниження кількості обслуговуючого персоналу. Розрахунковий річний економічний ефект від упровадження розробленої машини для виділення насіння перцю складає 1649,03 грн на 3 тони перероблених плодів, термін окупності – 2,07 років. Під час виробничих випробувань нової технологічної лінії в господарствах Херсонської області отримано річний економічний ефект, який у середньому на 4,7 % більший за розрахунковий. Це пояснюється завдяки підвищеному вмістові насіння в насінниках перцю.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Порівняльним багатокритеріальним аналізом існуючих технологій та обладнання для отримання насіння овочевих культур встановлено доцільність застосування ударного способу відділення насіння солодкого та гострого перцю від насінника з мінімальними енергетичними і економічними витратами за рахунок відмови від подрібнення плоду та виключення води з технологічного процесу. Спираючись на комплексну техніко-економічну оцінку та особливості плодів культури, доцільним є застосування циклічної взаємодії робочих органів машини з насінником.

2. Уперше насінник перцю досліджено як трифазне середовище “рослинна основа – вода – повітря”, що дозволило під час визначення швидкості розповсюдження хвиль стиснення розглядати його як коливальну механічну систему.

3. Розробленою математичною моделлю динамічного процесу “струшування” насіння з насінника перцю визначено контактні напруження руйнування зв’язку насінник-насіння за одним з трьох можливих випадків, які мають місце під час ударної дії робочого органу по насіннику. Проведеними математичним моделюванням встановлено межу максимальної величини критичної швидкості руху пластини бича у 5,53 м/с, при якій мінімізується травмування насіння.

4. Теоретичними дослідженнями встановлено закономірності впливу форми і густини тіла насінника та наявних сил тертя, на характер його руху в середині циліндричного барабана. Отримано діапазон кута нахилу бичової пластини до осі бича в межах 13…18°, що забезпечує необхідне переміщення насінника вздовж осі барабана від однієї лопатки до іншої з повним відділенням насіння.

5. Результатами експериментальних досліджень механіко-технологічних показників насінників перцю, таких як коефіцієнт тертя ковзання, кількість вибитого насіння від висоти падіння, коефіцієнт відновлення при ударі, які раніше не вивчалися, підтверджено, що раціональна швидкість руху пластини бича повинна бути в межах 2,8..6,9 м/с. Зменшення швидкості не забезпечує відділення насіння від насінника, а її збільшення – призводить до руйнування насіння. Найбільш ефективною для переробки насінників є польова вологість у межах 55…65 %, при якій забезпечується повне вибивання насіння.

6. Експериментальними дослідженнями встановлено залежність якості виконання технологічного процесу виділення насіння перцю від таких конструктивно-технологічних факторів, як: швидкість руху бичів; кут нахилу пластини бича до його осі; величина подачі маси насінників на переробку; зазор бич-решето. Її аналізом установлено межі їх оптимального поєднання, при яких чистота отриманого насіння сягає 98,0…99,5%, а втрати насіння не перевищують 8…10%, що відповідає агротехнічним вимогам.

7. Порівняльні випробування нової машини планетарного типу у складі розробленої експериментально-технологічної лінії з виділення насіння солодкого та гострого перцю довели її переваги перед лінією УСБ-8 як такою, що має найкращі показники з виділення насіння перцю з числа існуючих, а саме: у підвищенні продуктивності за 1 годину експлуатаційного часу на 12,8% (з 0,629 т – у базової, до 0,71 т – у нової); у зменшенні витрат на експлуатаційні утримання на 62,2% (з 426,55 грн/т, до 161,01 грн/т); у підвищенні чистоти насіння більше як на 9% (до 98%); у зменшенні втрат насіння більше ніж на 6% (до 8…10%).

8. Упровадження технологічної лінії з виділення насіння перцю з використанням розробленої насіннєвиділювальної машини в Інституті

південного овочівництва і баштанництва УААН (м. Гола Пристань) та у ВАТ “Кам’янський” Херсонської області дозволило отримати річний економічний ефект на суми 10217 грн та 9517 грн при річному обсязі переробки перцю у 3 і 2,5 тонни відповідно.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Думенко К.М. Перспективи розвитку обладнання для отримання насіння пасльонових культур на Півдні України // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – Миколаїв, 2002. – Вип. 6(20). – С. 237-242.

2. Іванов Г.О., Галєєва А.П., Думенко К.М. Шляхи вдосконалення технологічного обладнання отримання насіння овочевих культур // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – Миколаїв, 2002. – Вип. 2(16). – С. 243-249. (Здобувачем проведено аналіз стану механізації процесу одержання насіння пасльонових культур).

1.

3. Гольдшмідт О.В., Думенко К.М., Домчук П.М., Холодняк О.Г. Фізико-механічні властивості насіннєвих плодів і щойно виділеного насіння родини пасльонових і гарбузових культур // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – Миколаїв, 2003. – Вип. 6(24). – С. 186-195. (Здобувачем

розроблено конструкцію машини по визначенню аеродинамічних властивостей насінних плодів).

4. Пастушенко С.І., Гольдшмідт О.В., Думенко К.М. Аналіз і механіко-технологічна характеристика експериментального пристрою для отримання насіння овочевих культур // Науковий вісник НАУ.– Київ.: НАУ, 2005. – Вип. 80. – Ч. 1. – С. 41 – 50. (Здобувачем проведено статистичну обробку результатів експериментальних даних).

5. Пастушенко С.І., Гольдшмідт О.В., Думенко К.М. Польові випробування лінії по виділенню насіння перцю з новим пристроєм для подрібнення плодів овочевих культур // Аграрний вісник Причорномор’я. – Одеса, 2005. – Вип. 28. – С. 52-58. (Здобувачем проведена статистична обробка результатів експериментальних та польових випробувань).

6. Пастушенко С.І., Думенко К.М. Лабораторні випробування подрібнювача плодів овочевих культур планетарного типу / Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Збірник наукових праць. – Дослідницьке, 2005. – Вип. 8 (22), кн. 1. – С. 146-152. (Здобувачем роблено побудову двомірних перетинів поверхонь відгуку та проведено їх аналіз).

7. Пастушенко С.І., Думенко К.М. Особливості отримання насіння солодкого та гострого перцю за допомогою подрібнювача насіннєвих плодів // Науковий вісник НАУ. – Київ.: НАУ, 2005. – Вип. 92. – Ч. 2. – С. 269–274. (Автори мають рівні права на викладений матеріал).

8. Пастушенко С.И., Думенко К.Н. Проблематика механизированного процесса получения семян перца для потребностей южных регионов Украины // Методы исследования и результаты разработок техники для ресурсосберегающих технологий сельского хозяйства: в 2 т. (Сб. ст. Международной науч.-практической конф. молодых ученых / РУНИП “ИМ СХ НАН Беларуси”), т. 1. / Под общ. ред. В.Н. Дашкова. – Минск, 2005. –– С.152-159. (Здобувачеві належить ідея з розробки технологічної лінії).

1.

9. Пастушенко С.І., Думенко К.М. Порівняльний аналіз лабораторних та експериментальних досліджень машини для отримання насіння перцю // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. – Кіровоград; КДТУ, 2005. – Вип. 35. - С. 148-152. (Здобувачем проведено аналіз результатів польових та експериментальних досліджень машини).

10. S. Pastushenko, K. Dumenko Optimum planning of basic parameter characteristics of machine for extraction of seeds from vegetable crops // Teka.

Copyright by Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture Polish Academy of Sciences Branch in Lublin,– Lublin, 2006. – Vol.VI a. – P. 151-155. (Автори мають рівні права на весь викладений матеріал).

11. Пастушенко С.І., Думенко К.М. Математичне моделювання фізико-механічних параметрів середовища насінника солодкого та гострого перцю /

Праці Таврійської державної агротехнічної академії – Мелітополь: ТДАТА, 2006. – Вип. 41. – С. 55-63. (Здобувачем запропоновано принцип представлення тіла насінника як середовища з фізико-механічними властивостями).

12. Пастушенко С.І, Думенко К.М. Методика проведення польових випробувань машини для подрібнення плодів овочевих культур // Вісник

Харківського НТУСГ ім. П. Василенка “Сучасні напрямки технологій та механізації процесів переробних і харчових виробництв”. – Харків, 2006. – Вип. 45. – С. 148-154. (Здобувачем розроблено методику проведення випробування машини для отримання насіння солодкого та гострого перцю).

13. Пастушенко С.І, Думенко К.М. Дослідження динаміки руху тіла насінника перцю після удару пластини бича // Науковий вісник НАУ. – Київ.: НАУ, 2006. – Вип. 95. – Ч. 2. – С. 402-410. (Автори мають рівні права на викладений матеріал).

14. Пастушенко С.І., Думенко К.М. Математичне моделювання параметрів процесу ударної взаємодії в системі бич-насінник // Вісник Сумського національного аграрного університету. – Суми, 2007. – Вип. 1(16). –С. 127-135. (Здобувачем розроблено нехвильові моделі розповсюдження деформацій).

15. Пастушенко С.І., Думенко К.М. Дослідження аеродинамічного опору при падінні тіла насінника перцю // Вісник аграрної науки Причорномор’я. – Миколаїв: МДАУ, 2007. – Вип. 1(39). – С. 115-122. (Здобувачем сформульовано задачу і проведено аналіз результатів чисельного розрахунку).

1.

16. Деклараційний патент 52942 А Україна, МПК 7 А23N15/00. Пристрій для подрібнення плодів овочевих культур. / О.В. Гольдшмідт, С.І. Пастушенко, К.М. Думенко, О.О. Кравчук. – № 2001128595; Заявл. 13.12.2001; Опубл.

15.01.2003, Бюл. № 1. (Автори мають рівні права на викладений матеріал).

17. Деклараційний патент 17351 Україна, МПК А23N15/00. Машина для отримання насіння солодкого та гострого перцю. / К.М. Думенко, С.І. Пастушенко, О.В. Гольдшмідт, А.А. Терещенко, П.М. Домчук. – № u200603867; Заявл. 07.04.2006; Опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9. (Здобувачем обґрунтовано конструкцію робочих органів нової машини для одержання перцю).

Думенко К.М. Обґрунтування технологічного процесу та параметрів робочих органів машини для виділення насіння солодкого та гострого перцю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет, Київ, 2007.

Дисертація присвячена проблемі механізації процесу одержання насіння солодкого та гострого перцю.

Розроблено нову технологічну лінію і машину для одержання насіння солодкого та гострого перцю з робочими органами планетарного типу. Машина дозволяє одержувати насіння без використання води в технологічному процесі. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень обґрунтовано раціональні конструктивно-кінематичні параметри роботи машини. Виробничими випробуваннями доведено ефективність та економічність її роботи.

Ключові слова: процес виділення насіння перцю, бичова пластина, параметри, продуктивність, якість.

Думенко К.Н. Обоснование технологического процесса и параметров рабочих органов машины для выделения семян сладкого и горького перца. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Национальный аграрный университет, Киев, 2007.

Диссертация посвящена проблеме механизации процесса получения семян сладкого и горького перца.

Основной задачей работы ставилась разработка машины для получения семян сладкого и горького перца, которая позволит получать семена в соответствии с современными агротехническими требованиями в составе линии или самостоятельно.

Произведен анализ существующих технологий и средств механизации получения семян сладкого и горького перца, который показал, что несовершенство существующей техники состоит, прежде всего, в отсутствии необходимых специализированных машин и приводит к недопустимым показателям потерь и засоренности семян.

На основании проведенных комплексных исследований предложен ударный способ воздействия на семяносец перца с целью отделения семян, а также конструкция новой машины.

Разработана математическая модель распространения волн сжатия в среде семяносца после ударного действия рабочих органов машины, в которой семяносец впервые представлен как трёхфазная среда “растительная основа – вода – воздух” с учётом его физико-механических свойств составляющих.

Установлена аналитическая зависимость движения тела семяносца в средине машины при ударе пластины бича, а так же обоснованы технологический процесс и основные оптимальные параметры рабочих органов машины для выделения семян сладкого и горького перца.

Теоретически исследовано явление отделения семян от семяносца с помощью математических моделей динамического “стряхивания”, которые позволяют определять контактные напряжения разрушения связи между ними.

Разработана методика проведения экспериментальных исследований технологического процесса работы новой машины и изучения механико-технологических свойств семяносца и семян перца.

Выполнены исследования по изучению механико-технологических свойств семяносца и семян перца, результаты которых использованы для теоретического обоснования процесса получения семян.

Проведенные экспериментальные исследования технологического процесса получения семян сладкого и горького перца, а также