А.И. Завражнов, П.Н. Волосевич

ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия

Решетные поверхности картофелесортировальных машин должны иметь форму и размеры калибрующих отверстий, адаптированные к форме и размерам калибруемых объектов, и должны отвечать двум основным требованиям.

Во-первых, форма и размеры отверстий решет должны обеспечивать максимально возможную точность разделения на фракции.

Во-вторых, решета должны иметь максимально возможную пропускную способность, характеризующуюся коэффициентом пропускной способности - отношением суммарной площади отверстий к полезной площади решета.

Сопоставление этих требований приводит к задаче по разрешению противоречий между ними - рациональному совмещению высоких значений точности сортирования и пропускной способности.

Теоретические поиски такого решения [2, 3] и их практическая реализация привели к созданию новых решетных поверхностей с отверстиями правильной шестиугольной формы [4]. Использование решет с такими отверстиями (рис. 1) обеспечивает высокие точность сортирования и пропускную способность.

В связи с тем, что 80% современных сортов картофеля [1] имеют клубни продол-говато-овальной, удлиненно-овальной и овальной формы, имеющие эллипсовидные поперечные и продольные сечения, существенное влияние на точность сортирования будет оказывать ориентация клубней при их прохождения в отверстия.

Так, при прохождении в квадратное отверстие клубень может располагаться по стороне квадрата или по его диагонали, которая превышает длину стороны на 40%, что и приводит к большим погрешностям в точности сортирования.

При прохождении клубней в отверстие правильной шестиугольной формы в зависимости от его ориентации варьирование большой оси эллипса поперечного сечения клубня не превышает 18%, что и обеспечивает более высокую точность сортирования. При этом коэффициент пропускной способности решет с квадратными и шестиугольными отверстиями при равных диаметрах прутков, образующих отверстия, одинаков.
Новые решетные поверхности были использованы в экспериментальной карто-фелесортировальной машине грохотного типа (рис. 2) с ярусным расположением решет, разделяющих клубни на три размерные фракции.

Взаимодействие клубней с колеблющимся решетом с отверстиями правильной шестиугольной формы имеет свои особенности, сказывающиеся на законе их движения.

В результате теоретических исследований процесса взаимодействия клубней с колеблющимся решетом [5] было получено уравнение движения при их возможном перемещении вниз:

формулы см. в печатной версии

Dвп – диаметр окружности, вписанной в шестиугольное отверстие решета, мм;

– угол между мгновенным радиусом качения клубня и его осью перпендикулярной поверхности решета, град.;
– угол наклона решета к горизонту, град.;
– угол трения клубня по материалу решетной поверхности, град.;
– угол наклона к горизонту линии действия шатуна, град.;
rк – мгновенный радиус качения клубня.
Для клубней округлой формы мгновенный радиус качения клубня величина постоянная и равная его радиусу rкл:
rк= rкл    (2)

Для клубней, имеющих в сечениях по главным осям эллипсы, rк будет величиной переменной и определится из выражения:
0,378х  rк  0,568х,    (3)

где х – полуось эллипса сечения клубня плоскостью перпендикулярной поверхности решета и параллельной направлению возможного перемещения.
Уравнение (1) связывает в математическую модель процесса движения клубней по колеблющемуся решету такие показатели, как физико-механические свойства клубней – форму, размеры, угол трения по материалу решета, так и параметры и режимы работы сортировальной машины – углы наклона решет и линии действия шатуна, амплитуду и частоту колебаний решет.
Задаваясь значениями амплитуды по уравнению (1) были выполнены расчеты частоты колебаний решет для реальных клубней картофеля округлой формы, обеспечивающие возможные перемещения вниз, вверх и с отрывом от поверхности решета. Результаты расчетов представлены в таблице 1

Таблица 1

При экспериментальных исследованиях параметры и режимы работы картофеле-сортировальной машины устанавливались в диапазоне, исходя из предварительных расчетных данных, представленных в таблице 1:

-    амплитуда колебаний грохотов А – 13,0; 16,5; 22,0; 30,0; 40,0 мм;
-    частота колебаний  – 25,7; 29,7; 32,7; 34,7; 38,8 с-1;
-    угол наклона решет  – 4,5; 6,0; 7,5; 9 град.

Размеры отверстий верхнего и нижнего решет выполнены в соответствии с аг-ротребованиями на калибровку, предусматривающими разделение клубней на три фракции: крупную, среднюю и мелкую.

Расчеты размеров отверстий и режимов работы грохотов выполнялись по минимальному размеру клубней крупной и средней фракций, исходя из тех соображений, что такие клубни глубже других погружаются в отверстия. Для надежной работы картофе-лесортировальной машины именно эти клубни должны непрерывно перемещаться по ходу технологического процесса и не зависать в отверстиях решет.
Первоначальная серия опытов проводилась по методике однофакторного эксперимента при фиксированных значениях всех факторов, кроме одного – исследуемого.

Выполнение агротехнических требований в этой серии опытов для средней фракции клубней было достигнуто при амплитуде колебаний А=30 мм, частоте =29,7 с-1 и угле наклона решет =7,5град., при этом точность сортирования  составляла 91…94%.

Для получения оптимальных значений параметров с учетом совместного влияния факторов были проведены опыты по методике многофакторного эксперимента.

Совместно исследовались факторы: частота , амплитуда А колебаний и угол  наклона решет к горизонту при критерии оптимизации  – точность сортирования.

Анализ двумерных сечений поверхностей отклика в области оптимума показал, что достижение 90%-ной точности сортирования, соответствующей агротребованиям, возможно при значениях частоты колебаний =28,3…29,4 с-1, амплитуды колебаний А=28…29 мм и угла наклона решет к горизонту =7…8 град.

Значительное влияние и на качественные показатели работы картофелесортиро-вальной машины и на энергоемкость процесса оказывает длина сепарирующей поверхности, от которой зависит масса колеблющихся частей.

Экспериментально было установлено (рис. 3), что необходимой и достаточной длиной сепарирующей поверхности является 2 метра. Увеличение длины решет более 2 м не дает существенного улучшения качества сортировки, но значительно увеличивает массу грохотов и силы инерции, влияющие на прочность деталей машины и увеличивающие энергозатраты.

Испытания машины в производственных условиях проводились при ее настройке на вышеуказанные оптимальные параметры при длине решет 2 м, при этом изменялась удельная подача клубней на сортировку. Результаты испытаний графически представлены на рисунке 4, из которого видно, что приемлемая по агротехническим требованиям точность сортирования более 90% получена при удельной подаче клубней 16..19 т/ч на метр ширины решет. При этом энергоемкость процесса составила 350…425 Дж на тонну откалиброванных клубней.

Литература

1.    Бакулина В.А. Характеристика сортов картофеля, включенных в Госреестр с 1996 г. /В.А. Бакулина, И.И. Тимофеева/ /Картофель и овощи. – 1997. – № 1. – С. 2-4.
2.    Волосевич П.Н. Влияние на точность сортирования геометрических свойств отвер-стий решет и клубней /П.Н. Волосевич, Д.А. Неверов/ /Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И.Вавилова.– №4.– 2009. – С. 29-33.
3.    Волосевич П.Н. Влияние формы клубней картофеля и отверстий решет картофелесор-тировальных машин на их пропускную способность /П.Н. Волосевич, Д.А. Неверов/ /Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И.Вавилова. №9. – 2009.– С. 48-52.
4.    Волосевич П.Н. Картофелесортировальная машина /Патент РФ на полезную модель МПК А01D 33/08 №40836. – 2004. – Бюл. № 28.
5.    Волосевич П.Н. Теоретическое обоснование технологического процесса калибрования клубней на решетах с отверстиями правильной шестиугольной формы /П.Н. Волосевич/ /Вестник Московского гоагроуниверситета им. В.П. Горячкина. Агроинженерия. Выпуск 2 (27). Москва, 2008.– С. 98-100.

Источник  ВЕСТНИК МИЧГАУ, научнопроизводственный журнал, 2010, № 1,  Печатная версия.