CC BY
75
from past to the new generation]. Saint Petersburg: IEEP; 2015: 316. 9. Lipovskij M.I., Sukhoparov A.I. Rezul'taty ispytanij krasnoyarskih kombajnov novogo pokoleniya [Test results of new generation combine harvester manufactured in
Krasnoyarsk]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2007; 6: 36-37.
10. Lipovskij M.I. Racional'nyj obmolot zernovyh kul'tur [Grain crop threshing management]. Saint Petersburg: SZNIIMESH; 2005: 140.
УДК 519.873:631.362.36 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10040
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СПОСОБА ДЛЯ ПРЕДРЕАЛИЗАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ КАРТОФЕЛЯ
Н.И. Джабборов, д-р техн. наук; А.В. Зыков
А.М. Захаров, канд. техн. наук;
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства- филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
В статье изложены результаты экспериментальных исследований предреализационной очистки картофеля аэродинамическим способом на экспериментальной установке ПОКАС-1 ИАЭП первой модификации, разработанной в институте. Приведены закономерности изменения массы примеси, отделяющейся с поверхности картофеля аэродинамическим способом, в виде эмпирических зависимостей от управляемых факторов -температуры воздуха на выходе из заслонки и частоты вращения барабана. Определены оптимальные значения отдельных показателей и параметров процесса в зависимости от изменяемых факторов процесса очистки. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены наиболее значимые факторы и параметры, влияющие на степень очистки картофеля аэродинамическим способом. Подтверждена научная гипотеза о целесообразности применения нового разработанного в ИАЭП аэродинамического способа предреализационной обработки корнеклубнеплодов, на примере очистки картофеля, на разработанной экспериментальной установке ПОКАС-1 ИАЭП.
Ключевые слова: предреализационная обработка; аэродинамический способ; картофель; корнеклубнеплоды.
EVALUATION OF AERODYNAMIC METHOD OF PRE-SALE TREATMENT OF
POTATO
N.I. Dzhabborov, DSc (Engineering); A.V.Zykov
A.M.Zakharov,Cand.Sc.(Engineering);
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSBSI FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства и животноводства_
The article presents the experimental study results of pre-sale potato cleaning by the aerodynamic method on the experimental installation POKAS-1 IEEP (first modification) designed at the Institute. The variation regularities of impurity mass, removed from the potato surface by aerodynamic method, were determined in the form of empirical dependences on the controlled factors - the air temperature at the flap outlet and the rotational frequency of the drum. The optimal values of individual indicators and process parameters were determined depending on the changing factors of the cleaning process. Based on theoretical and experimental studies, the most significant factors and parameters, which affect potato cleaning degree by the aerodynamic method, were identified. The study proved the scientific hypothesis on the feasibility of the aerodynamic method for pre-sale treatment of root crops by the example of potato cleaning, on the designed experimental installation POKAS-1 IEEP.
Key words: pre-sale treatment; aerodynamic method; potato; root crops
Введение
Разработке технических средств предреализационной очистки
корнеклубнеплодов, в том числе и картофеля, посвящены многолетние исследования отечественных и зарубежных учёных. По данному направлению известны работы отечественных ученых и специалистов, таких как Н.Н. Колчин, В.В. Митков, И.М. Фомин, Г.А. Логинов и других.
Общеизвестные эффективные способы сухой и мокрой очистки клубнеплодов требуют совершенствования по части обеспечения экологической безопасности и технико-экономической эффективности.
Разработанный нами аэродинамический способ относится к сухим способам очистки картофеля и включает в себя использование определенной воздушной нагрузки на поверхность клубней, а также создание специального аэротермодинамического режима для эффективного отделения почвенных частиц с очищаемой продукции и вывода загрязненного воздуха из системы очистки в фильтрующий элемент.
С целью проверки разработанных и опубликованных ранее теоретических положений [1 - 4] об эффективности применения аэродинамического способа очистки корнеклубнеплодов был разработан и создан экспериментальный образец установки ПОКАС-1 ИАЭП (рисунок 1).
Была разработана программа и методика экспериментальных исследований.
Экспериментальные исследования
проведены в лабораторных условиях при различных режимах функционирования установки.
Результаты экспериментальных
исследований показали эффективность разработанного нами аэродинамического способа предреализационной обработки (очистки) картофеля.
Необходимо отметить, что на основе аэродинамического способа можно изготовить различные варианты технических средств очистки корнеклубнеплодов с различными уровнями производительности.
Материалы и методы
Объектом экспериментальных
исследований являлся технологический процесс предреализационной обработки корнеклубнеплодов (картофеля)
аэродинамическим способом (рисунок 1) в экспериментальной установке ПОКАС-1 ИАЭП.
Предметом исследований являлись закономерности изменения массы отделившихся почвенных частиц с поверхности картофеля при его предреализационной обработке
аэродинамическим способом на
разработанной экспериментальной установке (рисунок 1).
1 5 2 3 4
1-насос-вентилятор; 2-камера с барабаном; 3-сепаратор (водяной фильтр); 4-насос-вентилятор;
5-регулятор частоты вращения барабана Рис. 1 Экспериментальная установка ПОКАС-1 ИАЭП для предреализационной обработки корнеклубнеплодов
(картофеля) аэродинамическим способом
Температура окружающей среды при проведении экспериментов была 21 оС. Средняя масса проб картофеля на всех повторностях эксперимента составлял 2500 г. Повторность проведения всех вариантов эксперимента - трехкратная.
В качестве агента очистки использовалась вода в емкости 3 объемом 5 л, что позволяет очищать проходящий через сепаратор (фильтр) воздух до необходимых параметров.
Краткая техническая характеристика установки:
- вес очистителя барабанного типа- 75 кг;
- вес напорного вентилятора - 10 кг;
- вес вентилятора на выходе - 35 кг;
- вес частотного регулятора - 5 кг;
- вместимость резервуара воды для очистки воздуха - 5 литров;
- максимальная вместимость барабана для корнеклубнеплодов (картофеля) - 15 кг;
- общая масса установки для очистки картофеля аэродинамическим способом -125 кг.
Была разработана программа и методика экспериментальных исследований, где подробно был изложен перечень параметров и показателей работы экспериментальной установки и подробная методика их измерения.
В частности определялись:
- максимальная загрузка барабана, кг;
- время опыта;
- число оборотов барабана;
- температура воздуха на входе в вентилятор;
- температура воздуха на выходе из форсунки в барабане;
- первоначальная масса картофеля до очистки;
- масса картофеля после очистки.
Экспериментальные данные обработаны по методике, изложенной в работе [5]. Результаты и обсуждение
Графическая зависимость массы отделившихся почвенных частиц с поверхности картофеля, от температуры воздуха на выходе из заслонки в барабане установки при постоянной частоте вращения барабана п = 10 мин"1 представлена на рисунке 1.
А,
при п= 10 мин
0т
вращения барабана п = 10 мин-1, обеспечивающее максимальное отделение примеси:
= = 7 °С.
0,05334
Графическая зависимость массы отделившихся почвенных частиц с поверхности картофеля от температуры воздуха на выходе из форсунки в барабане установки при постоянной частоте вращения барабана п = 15 мин-1 показана на рисунке 2.
с
235 33,5 т '
Рис. 1. Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от температуры воздуха на выходе из форсунки в барабане установки для очистки картофеля аэродинамическим способом (при постоянной частоте вращения барабана п = 10 мин-1)
На основе экспериментальных данных с использованием интерполяционной
формулы Лагранжа установлена
эмпирическая зависимость для определения массы А отделившихся почвенных частиц от температуры £ воздуха на выходе из заслонки в барабане экспериментальной установки (при постоянной частоте вращения барабана п = 10 мин-1): А= -0,02667£2 + 2,02000£ - 25,24333,
(1)
С учетом выражения (1) оптимальная температура подаваемого из форсунки воздуха при постоянной частоте вращения барабана п = 10 мин-1, обеспечивающая максимальное отделение почвенных частиц определяется таким образом:
При = 0 получим:
-0,05334£ + 2,020 = 0; (2)
Из выражения (2) находим значение оптимальной температуры подаваемого из форсунки воздуха при постоянной частоте
при Г) =15 пин"
/ С
23,5 33,5 Щ5 '
Рис. 2. Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от температуры воздуха на выходе из форсунки (при постоянной частоте вращения барабана п = 15 мин-1)
На основе результатов опытов установлена эмпирическая зависимость для определения массы А отделившихся почвенных частиц от температуры t воздуха на выходе из форсунки в барабане экспериментальной установки (при постоянной частоте вращения барабана п = 15 мин-1):
А= -0,02600£2 + 1,93200£ - 23,5435,
(3)
С учетом выражения (3) оптимальная температура подаваемого из форсунки воздуха при постоянной частоте вращения барабана п = 15 мин-1, обеспечивающая максимальное отделение почвенных частиц от картофеля определяется как в предыдущем варианте (выражения 1 и 2):
^ = 1,9^2 = 37,15 «с.
0,052
Графическая зависимость массы отделившихся примесей от температуры воздуха на выходе из форсунки при постоянной частоте вращения барабана п = 20 мин-1 представлена на рисунке 3.
1-прип=20мин '¡контроль!
' 2 - при п = 20 мин к изменением температуры Воздуха] г я-
7
23,5 33.5 48,5
Рис. 3 Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от температуры воздуха на выходе из форсунки (при постоянной частоте вращения барабана п = 20 мин-1; 1 - контроль;
2 - с изменением температуры воздуха)
Экспериментальные данные позволили установить эмпирическую зависимость для определения массы А отделившихся почвенных частиц с поверхности картофеля от температуры t воздуха на выходе из форсунки (при постоянной частоте вращения барабана п = 20 мин-1), которая выглядит следующим образом: А= —0,03467С2 + 2,77600С - 33,09133.
(4)
С учетом выражения (4) оптимальная температура подаваемого из форсунки воздуха при постоянной частоте вращения барабана п = 20 мин-1, обеспечивающая максимальное отделение примеси от картофеля определяется как в предыдущем варианте (выражения 1-3):
= ^.тт^ = 40,03 Ос.
0,06934
Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от частоты вращения барабана при постоянном значении температуры воздуха на выходе из заслонки С = 23,5 0С представлена на рисунке 4.
Л,
г
при 1=23.5 °С
г <
10 15 20 25 П гин
Рис. 4. Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от частоты вращения барабана (при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки Ь = 23,5 °С)
Установлена эмпирическая зависимость массы отделившихся почвенных частиц А от частоты вращения п барабана при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки С = 23,5 °С: А= 0,110п2 - 2,750п + 24,0. (5)
С учетом выражения (5) оптимальная частота вращения барабана, при постоянной температуре подаваемого из форсунки воздуха Ь = 23,5 оС, обеспечивающая максимальное отделение почвенных частиц от картофеля равна:
2,75 - -1
п =-= 12,5 мин .
0,22
Графическая зависимость массы отделившихся почвенных частиц от частоты вращения барабана при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки С = 33,5 0С показана на рисунке 5.
д.
г
при 1=33.5 "С
)
/
10
15
20 25 ц мин
Рис. 5. Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от частоты вращения барабана (при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки в барабане £ = 33,5 0С)
На основе экспериментальных данных установлена эмпирическая зависимость массы отделившихся почвенных частиц А от частоты вращения п барабана при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки в барабане £ = 33,5 0С:
А= 0,190п2 - 4,850п + 42,0. (6)
С учетом выражения (6) оптимальная частота вращения барабана, при постоянной температуре подаваемого из форсунки воздуха £ = 33,5 оС, обеспечивающая максимальное отделение почвенных частиц от картофеля равна:
4,85 11 о -1
п =-= 12,8 мин .
0,38
Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от частоты вращения барабана при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки £ = 48,5 °С показана на рисунке 6.
приШ5 X
10
К 20 25 <
Рис. 6. Зависимость массы отделившихся почвенных частиц от частоты вращения барабана установки (при постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки £ = 48,5 0С)
Установлена эмпирическая зависимость массы отделившихся почвенных частиц А от частоты вращения п барабана при
постоянном значении температуры воздуха на выходе из форсунки £ = 48,5 0С: А= 0,240п2 - 6,200п + 48,0. (7)
С учетом выражения (7) оптимальная частота вращения барабана, при постоянной температуре подаваемого из форсунки воздуха £ = 48,5 оС, обеспечивающая максимальное отделение почвенных частиц
от картофеля равна:
6,20 _ -1 п =-= 13,0 мин .
0,48
Экспериментальные исследования
показали, что при предреализационной очистке сухого картофеля температура подаваемого воздуха имеет небольшое влияние на степень очистки (рис. 5 и 6). При этом наибольшее влияние на степень очистки оказывают направление и сила воздушного потока, время очистки и частота вращения барабана (рис. 1, 2 и 3).
При подаче подогретого воздуха температура очищаемой продукции повышается, вследствии чего её объем в некоторой степени увеличивается. При этом происходит незначительное расширение площади поверхности картофеля, уменьшение объема и массы примеси вследствии испарения влаги. При таком искусственно созданном особом
термоаэрогидродинамическом режиме
появляются микротрещины в структуре почвенных частиц (корки). В результате происходит отрыв почвенных частиц с поверхности картофеля с помощью действия направленного воздушного потока. Пылеобразные микрочастицы уносятся воздушным потоком в водяной фильтр, а более крупные и тяжелые частицы падают вниз в специальную емкость. Соотношение микрочастиц, выводимые воздушным потоком и крупных тяжелых частиц почвы в среднем составляет соответственно 82-85 и 15-18 %.
Результаты экспериментальных
исследований по оценке степени очистки воздуха на выходе из барабана через водяной 141
фильтр, уровню шума при работе экспериментальной установки ПОКАС-1 ИАЭП, энергоемкости технологического процесса предреализационной обработки картофеля будут представлены в следующих статьях.
При проведении экспериментальных исследований не обнаружено повреждение клубней.
Установленные оптимальные значения температуры воздуха и частоты вращения барабана в дальнейшем будут использованы для обоснования оптимальных режимов работы разработанной экспериментальной установки ПОКАС-1 ИАЭП для очистки картофеля аэродинамическим способом.
Выводы
Результаты проведенных
экспериментальных исследований
подтверждают выдвинутую нами научную гипотезу о возможности и целесообразности применения нового разработанного в ИАЭП
аэродинамического способа очистки корнеклубнеплодов.
Результаты экспериментальных
исследований свидетельствуют о том, что на основе аэродинамического способа можно изготовить различные варианты технических средств очистки корнеклубнеплодов с различными уровнями производительности
Эксперименты показали, что при предреализационной очистке сухого картофеля температура подаваемого воздуха имеет небольшое влияние на степень очистки. При этом наибольшее влияние оказывают направление и сила воздушного потока, время очистки и частота вращения барабана.
Результаты исследований подтверждают целесообразность дальнейшего
совершенствования разработанного
аэродинамического способа для очистки различных корнеклубнеплодов и создания более эффективных технических средств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Джабборов Н. И., Захаров А. М. Математические модели для определения статических и динамических характеристик машины и процесса очистки картофеля аэродинамическим способом (некоторые результаты проекта 16-38-00343 РФФИ) // Молодой ученый. — 2016. — №16. — С. 8892. — URL https://moluch.ru/archive/120/33227/ (дата обращения: 14.06.2018).
2. Джабборов Н. И., Захаров А. М., Зыков А. В. Математические модели для определения технико-экономических показателей оценки эффективности процесса очистки картофеля аэродинамическим способом (некоторые результаты проекта 16-38-00343 РФФИ) // Молодой ученый. — 2016. — №16. — С. 8588. — URL https: //moluch.ru/archive/120/33228/ (дата обращения: 14.06.2018).
3. Джабборов Н. И., Захаров А. М., Зыков А. В. Оценка показателей эффективности процесса очистки картофеля аэродинамическим способом (некоторые результаты проекта 16-38-00343 РФФИ) // Молодой ученый. — 2016. — №23. — С. 4450. — URL https://moluch.ru/archive/127/34815/ (дата обращения: 14.06.2018).
4. Джабборов Н.И., Захаров А.М. Методика экологической оценки аспирационно-водяной очистки воздуха при обработке картофеля аэродинамическим способом // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. №91. С. 138-145.
5. Валге А.М. Основы статистической обработки экспериментальных данных при проведении исследований по механизации
Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства и животноводства_
сельскохозяйственного производства с СПб; Элиста: Изд-во Калм. ун-та, 2015. - 140 примерами на STATGRAPHICS и EXCEL. с. А.М. Валге, Н.И. Джабборов, В.А. Эвиев. -
REFERENCES
1.Dzhabborov N.I., Zakharov A.M. Matematicheskie modeli dlya opredeleniya staticheskih i dinamicheskih harakteristik mashiny i processa ochistki kartofelya aehrodinamicheskim sposobom (nekotorye rezul'taty proekta 16-38-00343 RFFI) [Mathematical models for determining static and dynamic characteristics of the machine and the process of potato cleaning by aerodynamic method (some results of RFBR project 16-3800343)]. Molodoj uchyonyj. 2016; 16 (120):88-92. Available at: https://moluch.ru/archive/120/33227/ (accessed 14.06.2018).
2.Dzhabborov N.I., Zakharov A.M. Zykov A.V. Matematicheskie modeli dlya opredeleniya staticheskih i dinamicheskih harakteristik mashiny i processa ochistki kartofelya aehrodinamicheskim sposobom (nekotorye rezul'taty proekta 16-38-00343 RFFI) [Mathematical models for determining static and dynamic characteristics of the machine and the process of potato cleaning by aerodynamic method (some results of RFBR project 16-3800343)]. Molodoj uchyonyj. 2016; 16 (120):85-88. Available at: https://moluch.ru/archive/120/33228/ (accessed 14.06.2018).
3.Dzhabborov N.I., Zakharov A.M. Zykov A.V. Ocenka pokazatelej ehffektivnosti processa ochistki kartofelya aehrodinamicheskim
sposobom (nekotorye rezul'taty proekta 16-3800343 RFFI) [Evaluation of potato cleaning by aerodynamic method (some results of RFBR project 16-38-00343)]. Molodoj uchenyj. 2016; 23 (127): 44-50. Available at: https://moluch.ru/archive/127/34815/ (accessed 14.06.2018).
4.Dzhabborov N.I., Zakharov A.M. Metodika ehkologicheskoj ocenki aspiracionno-vodyanoj ochistki vozduha pri obrabotke kartofelya aehrodinamicheskim sposobom [Methods for environmental assessment of aspiration-water cleaning of air in aerodynamic treatment of potatoes]. Teoreticheskij i nauchno-prakticheskij zhurnal «Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; 91: 138-145.
5.Valge A.M., Dzhabborov N.I., Eviev V.A. Osnovy statisticheskoj obrabotki ehksperimental'nyh dannyh pri provedenii issledovanij po mekhanizacii sel'skohozyajstvennogo proizvodstva s primerami na STATGRAPHICS i EXCEL [Fundamentals of statistical processing of experimental data for research in mechanisation of agricultural production with examples in STATGRAPHICS and EXCEL]. Saint Petersburg; Elista: Kalmyk Univ. Publ., 2015: 140.
УДК 631.171:55 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10041
ОЦЕНКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛА КОРМОВЫХ УГОДИЙ В.Д. Попов, д-р техн. наук; А.И. Сухопаров, канд. техн. наук
