Теоретическое обоснование технологического процесса калибрования клубней картофеля на решетах с отверстиями правильной шестиугольной формы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 631.362

П.Н. Волосевич, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

теоретическое обоснование технологического процесса калибрования клубней картофеля на решетах с отверстиями правильной шестиугольной формы

Биологической особенностью урожая клубней картофеля является их большое разнообразие по форме и размерам.

По международной классификации [1] клубни картофеля по форме принято делить на три группы, различающиеся индексом формы г — отношением толщины клубня к длине. По этому признаку выделяют клубни округлой формы с индексом I < 1,2 (их обозначают символом О), удлиненно-овальной формы с индексом г = 1,3__1,6 (ОУ) и длинно-овальной формы с ин-

дексом г > 1,6 (Д).

Согласно отечественному стандарту картофель принято делить по массе клубней также на три группы: крупный — продовольственный картофель с клубнями массой 80 г и более; средний — семенной картофель с клубнями массой 50_80 г; мелкий — кормовой картофель с клубнями массой 30_50 г.

Наиболее жесткие требования к массе и размерам клубней по агротехническим требованиям предъявляют к семенному картофелю. Это обусловлено тем, что от выравненности посадочного материала по размерам зависит качество работы картофелепосадочных машин, а по массе — урожайность.

Несмотря на то, что принадлежность клубней к той или иной фракции определяется их массой, машин, разделяющих клубни на фракции по массе, до сегодняшнего дня не существует. Как в России, так и за рубежом все известные картофелесортировальные машины разделяют клубни картофеля на фракции по их размерам.

Производительность решетных поверхностей зависит, в основном, от коэффициента пропускной способности решет X, представляющего собой отношение суммарной площади отверстий решета к его общей площади.

Максимальное значение X имеют решета с квадратными отверстиями, но они имеют и самую низкую точность калибрования, так как клубень в квадратное отверстие может проходить как по стороне, так и по диагонали, превышающей сторону по длине на 41 %.

Высокую точность калибрования дают решета с круглыми отверстиями, но они имеют самое

98

низкое значение X. Максимально возможное теоретическое значение X решет с круглыми отверстиями, определяемое их геометрическими параметрами, может быть

Хкр = п/4 = 0,78. (1)

Из геометрических фигур к окружностям близки правильные шестиугольники, диагональ которых по длине отличается от стороны только на 15 %. Максимально возможное теоретическое значение коэффициента пропускной способности, определяемое геометрическими параметрами правильного шестиугольника,

Хш = п/3,45 = 0,91. (2)

С учетом этого для калибрования клубней картофеля разработаны плоские решета с отверстиями правильной шестиугольной формы [2], у которых диаметр вписанной окружности соответствует ширине калибруемых клубней.

Результаты теоретических исследований движения клубней по колеблющейся решетной поверхности, образованной правильными шестиугольниками, пока не опубликованы.

Автором впервые предпринята попытка рассмотреть взаимодействие с колеблющейся решетной поверхностью клубней картофеля, как тел, имеющих вполне определенные форму и размеры.

В ранее выполненных исследованиях [3, 4] установлено, что около 30 % современных районированных сортов картофеля имеют клубни округлой формы с индексом г < 1,2, которые наиболее рационально калибровать на решетах с отверстиями правильной шестиугольной формы. Для теоретического исследования с достаточно малой степенью погрешности клубни округлой формы можно рассматривать как шар.

Для облегчения технологического процесса клубни, идущие по поверхности решета сходом, должны перекатываться по ней. Шар, накатываясь на шестиугольное отверстие, будет частично западать в него, опираясь на его ребра в точках АББЕКМ (рис. 1), расположенных в середине сторон шестиугольника. Начальный момент выкатывания клубня наступит при его равновесии в отверстии.

Взаимосвязи геометрических параметров шаровидного клубня и шестиугольного отверстия определим, рассмотрев сечение по линии АОВ (см. рис. 1) вертикальной плоскостью параллельной плоскости перекатывания клубня, и сектор О'АОВ (рис. 2), обозначив радиус шаровидного клубня через г , а мгновенный радиус качения клубня — г .

Из геометрических соотношений получим

ОО = D /4,

вп

(3)

где £>вп — диаметр окружности, вписанной в шестиугольное отверстие.

Мгновенный радиус качения клубня

(4)

Для определения условий равновесия клубня, находящегося в отверстии решета, воспользуемся прямоугольной системой координат хОу (см. рис. 1), ось Ох которой направим параллельно поверхности решета с положительным направлением по ходу технологического процесса, а сумму моментов возьмем относительно точки В, вокруг которой клубень будет поворачиваться при перекатывании.

Условие равновесия клубня примет вид системы уравнений

+ е) - СсобР + Р^ОБ(у - у) +

+ Р2соб(у + у) = 0;

Рис.

1. Схема к определению равновесия клубня, находящегося в отверстии

g

ю2 A =

0,25^16^ - D^n sin(y - P)sin2y -

- 0,86DBn cos(Y-y)sin(P- y-v)

,(6)

2>.

ох J

(5)

IMb

где Р.

Р|С08(Р + є) + ЄбІпР + Р^іп(у - у) -

- Р28іп(у + у) = 0;

вР}(ВС) + Рі(ВЕ) - О(Б0,

сила инерции клубня, вызванная колебательным движением решета; в—угол наклона решета к горизонтали; є—угол наклона к горизонтали линии действия шатуна; О—сила тяжести клубня; Р1 — проекция на вертикальную плоскость суммарной реакции в точках опоры клубня А и М; у — угол трения качения клубней по решетной поверхности; у — угол между мгновенным радиусом качения клубня гк и осью Оу: У = агсєіп (,72(вп ^ - ДВ2П); Р2 — проекция на вертикальную плоскость суммарной реакции в точках опоры клубня Б и Р; ВС — плечо силы

0,25^16гк2л -£в2п sin(y-P)sin2Y-- 0,86DBn cos(y - v)cos(P + £ - Y - v)

где ю — угловая скорость колебаний решета; А — амплитуда колебаний решета.

Уравнение (6) описывает равновесие клубня в отверстии решета при возможности его перемещения по ходу технологического процесса и устанавливает связь между свойствами калибруемых клубней (г у), параметрами решета (О Р, е)

Р.: BC = 0,25cos(-0-^16^ -DBn силы P1: ВЕ = 0,86D cos(y - у); ВQ —

, ВЕ — плечо плечо силы G:

BQ = 0,25 sin (y-

(Y-P^

16r„l - d!

Решим систему уравнений (5), введя замену: Р. = та2А и С = mg. Тогда получим

Рис. 2. Схема к определению взаимосвязи геометрических параметров клубня и шестиугольного отверстия решета

и режимами его работы (а, А). Чтобы обеспечивалось движение клубней по решетам, уравнение (6) должно иметь вид неравенства, левая часть которого больше правой. Этого можно достичь увеличением либо амплитуды А, либо угловой скорости а.

С точки зрения агротребований, предъявляемых к качеству сортирования картофеля, увеличение левой части уравнения (6) целесообразно осуществлять за счет увеличения амплитуды, так как при повышении частоты колебаний растет сила инерции РJ пропорционально квадрату угловой скорости колебаний и одновременно уменьшается продолжительность ее действия, что приводит к удару решет по клубню и увеличивает их травмирование.

Схема силового взаимодействия клубней картофеля с решетной поверхностью (см. рис. 1) позволяет выявить условия, определяющие характер движения клубней, т. е. с отрывом или без отрыва от поверхности решета. Движение клубней без отрыва от поверхности решета является обязательным условием работы картофелесортировальной машины, так как исключает дополнительные соударения клубней с элементами решетной поверхности.

Как видно из рис. 1, для обеспечения безотрывного движения клубней по решету необходимо соблюдение условия

РjSІn(P + е) < СсобР. (7)

Подставив в уравнение (7) значения Рj и С, получим:

а2А < gcosp/sin(P + е). (8)

Уравнения (6) и (8), полученные в результате теоретического анализа процесса взаимодействия клубней с колеблющейся решетной поверхностью, позволяют определить ориентировочные значения режимов работы калибровщика клубней картофеля.

Список литературы

1. Технологии, машины и оборудование для возделывания, уборки, хранения и переработки картофеля. Каталог-справочник. — М.: Информагротех, 1994. — 96 с.

2. Пат. 40836 РФ МПК7А 01 Д 33/08. Картофелесортировальная машина / П.Н. Волосевич. — Заявка № 2004114104, 06.05.04; опубл. 10.10.2004. Бюл. № 28.

3. Волосевич, П.Н. Некоторые физико-механические свойства клубней картофеля в приложении к выбору рационального способа калибрования / П.Н. Волосевич / Сб. науч. тр: Совершенствование технических средств в растениеводстве. — Саратов: СГАУ, 1998. — С. 7-8.

4. Волосевич, П.Н. Пути совершенствования решетных поверхностей сортировально-калибровочных машин / П.Н. Волосевич / Сб. науч. тр.: Механизация уборки, послеуборочной обработки и хранения урожая сельскохозяйственных культур. Т. 32. — М.: ВИМ, 2000. — С. 86-91.

УДК 631.3; 621.4

Д.А. Уханов, канд. техн. наук, доцент

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

новая концепция работы двигателей автотракторной техники на безнагрузочных режимах

При остановках и стоянках автотракторной техники (автомобилей, тракторов, комбайнов и др.) с не-выключенным двигателем и отпущенной педалью акселератора последний работает на малых оборотах типового самостоятельного режима холостого хода (РХХ), который из-за пониженных цикловых подач топлива и некачественного смесеобразования характеризуется ухудшением рабочего процесса в цилиндрах. Внешние признаки этого безнагру-зочного режима — нестабильная работа двигателя, непроизводительный расход топлива, повышенное содержание вредных веществ в отработавших газах и интенсивное нагаро- и смолообразования на деталях цилиндропоршневой группы.

Хронометраж времени и замер расхода топлива у различной автотракторной техники при выполнении ими производственных функций показывают,

100

что на типовом самостоятельном РХХ двигатели автомобилей работают 15_30 % рабочего времени, сельскохозяйственных тракторов — 8_29 % и зерноуборочных комбайнов — 5_15 %, сжигая при этом «впустую» (не производя полезной работы) соответственно 7_15, 6_12 и 5_17 % суммарного объема топлива. В зимних условиях эксплуатации, особенно в условиях северных широт, время работы двигателей на РХХ еще более возрастает. Все это приводит к существенным потерям углеводородного топлива и перерасходу денежных средств. Очевидность недостатков, присущих типовому самостоятельному РХХ, указывает на необходимость разработки новых способов и средств для улучшения работы двигателей на безнагрузочных режимах при остановках и стоянках автотракторной техники. К таким разработкам следует отнести техниче-