Безводная очистка корнеклубнеплодов вибрационным воздействием

В основном очистка происходит за счет сил инерции, которые возникают в корнеклубнеплодах при соприкосновении с плоскостью вибрирующей поверхности, а также в результате их взаимного трения.

Степень очистки, с одной стороны, зависит от параметров вибрации, времени вибрационного воздействия на продукт, с другой – от вида корнеклубнеплодов, их первоначальной загрязненности, типа и влажности прилипшей почвы. Учесть аналитически влияние всех факторов на качество очистки весьма сложно.

Объекты и методы

Объект исследования – процесс очистки корнеклубнеплодов вибровоздействием.

В основе методов исследования – дифференциональные уравнения, эксперименты в лабораторных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры.

Результаты исследований

Степень очистки корнеклубнеплодов можно охарактеризовать изменением количества движения на единицу массы продукта за единицу времени. Такая зависимость может быть оценена через параметры движения рабочего органа. В качестве простейшей схемы взаимодействия корнеплода (клубнеплода) с колеблющейся плоскостью рассмотрим схему, предложенную П.В. Полохиным: движение точечной массы m , упруго соударяющейся с горизонтальной поверхностью рабочего органа очистителя массой M , когда плоскости заданы вертикальные ( β = 90°) гармонические колебания по закону [1; 2]

X = Asvnxot ,                                   (1)

где А, О) – соответственно амплитуда и частота вибрации плоскости; биt (φ) – фазовый угол соударения (клубня) о поверхность рабочего органа в момент времени t .

Прямой упругий удар двух точечных масс, как известно, описывается соотноше- нием между скоростями масс до и после удара

Хкі = X_Kf - (1 + е) ^ ^Kf * Xf) ,                     (2)

где ε – коэффициент восстановления скорости после удара; f, i – индексы, соответст- венно показывающие состояние масс до удара и после.

Масса корня значительно меньше массы рабочего органа, движение которого w 1   / n p = — = - • Е' • D , ,

поддерживается приводом, поэтому можно положить

)v j — A/^ ,                                                     (3) XKt = (1 + £)xf ~ EXKf .                                (4)

Выражение (4) примет вид хкі = г' Awcosq),                                  (5)

/     1 + f где £/ = ,       = 1-ЦЕ

. ^Ki

Движение корня на вибрирующей поверхности периодическое, несмотря на неполное восстановление скорости при ударах о колеблющуюся плоскость рабочего органа. По известным формулам имеем

откуда при cosq) = aK = ^ = ^,                          (6) k    4g    4to^                                              v 7 1 находим Шк ~     ,                                       (7) K    e!Ato?                                                        v ' а также

Ato2

где ClK , ^k – амплитуда и частота колебаний корня; D      – коэффициент динамики установки при угле вибрации p = 90° и угле наклона плоскости поверхности по отношению к горизонту a = 90°.

Для других значений указанных углов величине D соответствует коэффициент

~Ato2sinp

.

режима работы вибрирующей поверхности – G = _gcosa

Величина p , представляющая отношение продолжительности полета частицы к периоду колебаний плоскости, определена И.И. Блехманом в пределах изменения параметра G , соответствующего устойчивым режимам движения с непрерывным подбрасыванием [1]

1 1+e „ p =----G .

Л 1-E

Согласно выражениям (8), (9) имеем e/ — —.

Изменение количества движения массы m при ударе о рабочую плоскость за период I = p • — составит

K^ = 2тх_кі .

Выразим изменение количества движения на единицу массы за единицу времени при 0°

 90°

^/ — ~ " ^ ' Aa)²sinPcos(p.                       (11)

Из выражения (9) видно, степень очистки повышается с увеличением частоты следования ударов корня о поверхность при прочих равных условиях движения рабочего органа. Достичь этого можно, устанавливая над поверхностью ограничитель амплитуды колебаний корней: повышается частота колебаний материала на поверхности, способствуя интенсификации процесса. Причем оптимальным режимам колебаний рабочего органа соответствуют периодические одноударные колебания корней.

Движение клубня рассматривается как движение материальной точки. На процесс очистки корнеклубнеплодов значительное влияние будут оказывать взаимодействия рабочих органов и клубней. При очистке корнеклубнеплодов навалом можно принять £ = 0, у выражения (10) при р = 1 будет вид

1   1 + S А Э

К' —----Аог strip coscp.

Пр 1-Е

Анализируя выражение (11), отметим, что степень очистки корнеклубнеплодов повышается с ростом ускорения несущей поверхности и увеличения угла вибрации в. При очистке целесообразно использовать периодические одноударные режимы колебаний материала на поверхности с небольшими значениями фазового угла соударений ф.

Одним из важных эксплуатационных показателей вибрационных устройств для очистки корнеклубнеплодов является их производительность, определяемая скоростью перемещения продукта в очистительном устройстве, а также полезной площадью поперечного сечения корнеплодов и их насыпным весом

Q = 3600 • V • S • у,

где Q - производительность, т/час; V - осевая скорость перемещения продукта, м/сек; S - площадь поперечного сечения корнеклубнеплодов, м²; ү - объемный вес корнеклубнеплодов, т/м³.

Из приведенной формулы следует, что скорость перемещения - основная характеристика производительности, в связи с чем возникает необходимость ее определения через параметры режима работы установки.

Процесс перемещения корнеклубнеплодов по колеблющейся плоскости сложен и зависит от многих факторов. Прежде всего к ним следует отнести физико-механические свойства обрабатываемого материала, толщину слоя корнеклубнеплодов, взаимодействие клубней (корней), коэффициент режима работы очистителя. При вибрационном движении под значительным углом к плоскости перемещение корнеклубнеплодов при больших ускорениях осуществляется за счет микробросков. Теория движения одиночного клубня может быть сведена к задаче о движении материальной точки относительно вибрирующей шероховатой поверхности.

Основы теории вибрационного перемещения заложены Б.Л. Бергом, Г.Д. Терско-вым, Б.А. Бауман, дальнейшее ее развитие нашло отражение в работах И. И. Блехмана, Г.Ю. Джанелидзе, И.Ф. Гончаревича, В.А. Повидайло, А.О. Спиваковского и других [1-6]; рассмотрены некоторые вопросы теории движения материальной точки, исходя из дифференциальных уравнений тх — —mgsina + mAa)2sincot ■ cos(3 — F, ту = —mgcosa + mAo)2sma)t • sin/3 + N,

где F - сила трения; N - нормальная реакция.

Для определения средней скорости перемещения материала вдоль колеблющейся плоскости исследователями предложен ряд формул, близких по внутренней природе [3; 5; 10]. Можно определять среднюю скорость вибротранспортирования по формуле

V = (^ ± K₂sina)Aa)COsP,

где K_t - коэффициент, учитывающий влияние физико-механических свойств материала; К₂ - коэффициент, учитывающий влияние наклона (подъема) плоскости к горизонту. Используют знак (+) при транспортировке под уклон, знак (-) - при транспортировке на подъем.

В Омском ГАУ проводятся исследования по безводной очистке корнеклубнеплодов, в том числе с использованием вибрационного воздействия [7–9].

Нами проведены исследования результатов очистки ударом в зависимости от материала и конструкции основания, на которое сбрасываются корни (данные представлены на рис. 1). По рис. 1: в начальной стадии процесса очистки эффект будет выше при применении жестких оснований (доска сосновая, планчатая поверхность), вызывающих деформацию корней при их падении. А на завершающей стадии очистки при использовании эластичных оснований (проволочная сетка) результаты значительно ниже. При очистке корнеклубнеплодов трением эффективнее сетчатые поверхности. Это объясняется тем, что планчатая поверхность не может удалить загрязнения из впадин корнеклубнеплодов. Сетчатая поверхность активно воздействует на их выступающие участки.

Рис. 1. Зависимость остаточной загрязненности δо от числа ударов n о доску сосновую (1); стальную планчатую поверхность (2) и сетку стальную 20 × 20 мм (3).

Условия: δu = 25%, W = 20%, H = 1000 мм

Наиболее полно данным параметрам соответствует устройство для безводной очистки корнеклубнеплодов вибрационного действия, разработанное в Омском ГАУ (рис. 2) [7–9].

Рис. 2. Устройство для безводной очистки корнеклубнеплодов вибрационного действия

Работает это устройство следующим образом. Корнеклубнеплоды, подлежащие очистке от почвы, поступают из загрузочного лотка 1 в наружный сетчатый полубара- бан 2 с днищем 3, расположенным под углом к направлению его продольной оси. Приводное устройство, состоящее из электродвигателя 10 через редуктор 11 передает возвратно-поступательные колебания в поперечной плоскости наружному сетчатому полубарабану 2, а через цепную передачу 7 и механизм колебания 8 – вращение и возвратно-поступательные колебания внутреннему барабану-щетке 5. Возвратно-поступательные колебания наружного сетчатого полубарабана и барабана-щетки поперечной плоскости в противоположных направлениях обеспечивают тщательное и частое соприкосновение корнеклубнеплодов с внутренним вращающимся барабаном-щеткой, способствуют более качественному отделению почвы. Счищенная с корнеклубнеплодов почва, пройдя сквозь днище, например, сетчатое, удаляется. Очищенные корнеклубнеплоды перемещаются на выгрузку по днищу, расположенному под углом 0 < α < 30° к продольной оси полубарабана, под действием собственного веса.

Заключение

Эффективность очистки корнеклубнеплодов зависит от многих факторов. Вибрационное воздействие позволяет избежать множества недостатков наиболее распространенных методов удаления загрязнений с поверхности клубня. При оптимальных режимах работы вибрационного очистителя уменьшится процент повреждения обрабатываемого материала, повысится степень отделения примесей, снизятся энергозатраты на рабочий процесс. Кроме того, вибрации могут положительно сказаться на эффективности очистки при использовании с другими типами рабочих органов, например, щеточными.

U.K. Sabiev, I.R. Khuzin

Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk

Waterless tuberous root cleaning by means of vibration