Обоснование параметров технических средств линии подготовки корнеплодов сорта куузику к скармливанию животным

Введение. Известно, что корнеклубнеплоды в кормовом балансе страны занимают значительное место и скармливаются сельскохозяйственным животным всех видов. При этом культуры, относящиеся к этой группе кормов, при соблюдении соответствующей агротехники дают с единицы площади больше питательных веществ, чем травы и зерновые вместе (кроме кукурузы) [1].

Особый интерес из данного вида кормов представляет гибрид брюквы сорта куузику, который даёт урожай корней 800–900 ц/га и по 200–300 ц/га зелёного листа [1].

Однако, ввиду больших габаритных размеров таких корнеплодов, их механизированная подготовка к скармливанию животным затруднена. При этом качественные показатели по процессам их подачи, очистки от почвенных примесей и измельчения не соответствуют предъявленным требованиям.

Цель исследований . Обоснование схемы и параметров технических средств технологической линии подготовки корнеплодов сорта куузику к скармливанию животным.

Задачи исследований :

• 1.    Разработать конструктивно-технологическую схему линии подготовки корнеплодов сорта куузику, включающую технические средства для их подачи, сухой очистки и измельчения.

• 2.    Аналитическим и экспериментальным путём обосновать оптимальные параметры питателя, очистителя и измельчителя корнеплодов, увязанных в технологическую линию их подготовки к скармливанию.

Методика. Неравномерность подачи корнеплодов оценивалась коэффициентом вариации δ п и определялась путём взятия проб с последующим взвешиванием плодов на каждом метре приёмного транспортёра питателя с последующим расчётом среднеквадратичного отклонения и средней массы і -го количества проб ( n= 100). Степень загрязнённости корнеплодов определялась как отношение массы загрязнений к массе загрязнённых корнеплодов при том же количестве проб. Степень измельчения определялась как отношение диаметра корнеплода к среднему размеру полученных частиц.

На рисунке 1 представлена разработанная авторами статьи конструктивно-технологическая схема линии подготовки куузику к скармливанию сельскохозяйственным животным.

В состав данной линии входит комплект новых технических средств, выполненных на уровне изобретений [2–4]. При этом подача корнеплодов, с большими размерными характеристиками – длиной l и диаметром D , осуществляется питателем 1 путём принудительной подачи продукта на сухую очистку.

L

ω

НН-

Н 1 >D max

Н 2 >D max

Н 3 >D max

но- - ворох

/777777777

частицы измельчённого корнеплода (в том числе и замороженного)

ф. - очищенные корнеплоды

А-А

Ш 1

Ш 1 ш ₂

D k =2R

D max и

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема линии подготовки корнеплодов к скармливанию животным: 1 – питатель корнеплодов; 2 –очиститель; 3 – прутковые транспортёры; 4 – измельчитель дискового типа; 5–8 – скребковые транспортёры

Процесс сухой очистки корнеплодов куузику осуществляется с помощью очистителя 2 , включающего V -образный рабочий орган. Который образован двумя прутковыми транспортёрами 3 , размещёнными на раме по отношению друг к другу под углом 2 • у = а (рис.1).

При этом ширина каждого из прутковых транспортёров 3, характеризуется параметром h п , а поперечное сечение V- образного рабочего органа - параметрами B и S . Правильным выбором параметра B обеспечивается возможность размещения корнеплодов и комков почвы в V -образном зазоре, а параметра S - выход почвы из зазора после разрушения комка (рис.1).

Процесс движения плодов и комков почвы также характеризуется скоростью их движения U 0 .

Согласно схеме, представленной на рисунке 1, очищенные от почвенных примесей и растительных остатков корнеплоды поступают в камеру дискового измельчителя 4 . В дисковом измельчителе с корнеплода, вращающегося вокруг своей оси, ножами, закреплёнными на диске, снимается «стружка», которая вначале попадает в поддисковое пространство, а затем на транспортёр 7 и далее по назначению.

Процесс измельчения корнеплодов, с исходными размерами l и D, характеризуется правильным выбором конструктивного параметра камеры - D u >2D, а также режимной продолжительностью измельчения плода - t изм .

При этом продолжительность измельчения корнеплода t изм в камере измельчителя должна быть не более величины промежутка времени подачи - t c • k очередного плода в камеру измельчения, где к -коэффициент, устанавливаемый эмпирическим путём.

В самом общем случае качественные показатели работы питателя 1 , очистителя 2 и измельчителя 4 характеризуются соответствующими критериями - равномерностью подачи З п , степенью загрязнённостью З з и степенью измельчения продукта Л _изм .

Для осуществления равномерной подачи корнеплодов питателем 1 необходимо правильно выбрать значения параметров - H i , Н 2 , Н 3 .

Их значения обосновали с учётом размерных характеристик плодов куузику l и D .

На основании экспериментальных исследований установлено, что данные параметры изменяются в следующих пределах: 1=0,2 - 0,45 м, а D=0,1 - 0,22 м.

Следовательно, с учётом полученных данных можно принять, что Н 1 =Н 2 =Н 3 ≥D max .

При данных значениях параметров питателя будет обеспечиваться поярусный сдвиг плодов в бункере питателя с высотой яруса не менее Н 1 ~Н и беспрепятственное прохождение корнеплодов в зазоре размером Н 3 ≈ D max и интервалом времени, равным t изм , что в конечном итоге позволит получить кормовой поток с равномерностью подачи не ниже требуемой - [ З п ] < ± 15%.

Анализом также установлено, что параметры очистителя с V- образным рабочим органом в значительной степени зависят от исходной загрязнённости вороха - З^н_з , влажности - W e , диаметра почвенных комков D = 2 R, d = 2r , а также ряда других менее значимых факторов. к

Принцип работы очистителя данного типа основан на возможности придания корнеплоду и комкам почвы сложного движения, включающего вращательное вокруг своей оси ы с и поступательное и ₀ .

Для качественного выполнения процесса очистки корнеплодов необходимо, чтобы соблюдалось следующее условие [5]:

> 1,

где     Л ₀ - показатель кинематического режима работы очистителя;

• U 1 - скорость движения полотна правого транспортёра;

• и ₂ - скорость движения полотна левого транспортёра.

На рисунке 2 представлена схема к обоснованию параметров очистителя.

Из подобия треугольников Л CAE и A CBF имеем

Отсюда следует, что

AC CB a  D, - a

---=-- или — =-----

U 1      U 2         U 1       U 2

a =

u

u 1 + и 2

• D k

1 +

1 ^

ч ^Л

• D k

ось полотна

левого пруткового транспортёра

Рис. 2. Схема к обоснованию параметров очистителя корнеплодов с V-образным рабочим органом

С учётом равенства (3) запишем, что

CB = D k - a = -^— D k = ( Л + 1 ) - D k .                 (4)

U 1 + U 2

Тогда скорость продольного перемещения и ₀ корнеплода и комка почвы составит

U U и = ^-Ч r— a )=2 1,                          (5)

где M i — угловая скорость вращения составляющих вороха по высоте рабочей зоны V — образного рабочего органа.

С учётом зависимости (5) продолжительность разрушения tp комка почвы радиусом R составит t < 2п-<

p

R о + i [R

‘=1 ч

—

h

сл

Л

2 • п J

2 • R

" u-s ’

где R , R i , R ₀ — начальный, текущий и конечный радиусы комков почвы, с учётом снимаемого с них слоя почвы h ;

сл

• n — число снимаемых слоёв почвы (принимается равным числу оборотов комка);

S — размер нижнего зазора между полотнами транспортёров (рис.1).

Пропускную способность Q ₀ очистителя определили с учётом параметра и ₀

Qo = 0,5 • (B + S) • hn-Uo • cos а-Рвp

где B, S — верхнее и нижнее основания трапеции, за которую принято поперечное сечение V -образного рабочего органа;

• h_n — ширина полотна транспортёров друг к другу;

• а — угол установки полотен транспортёров;

• р в — плотность вороха;

• p — коэффициент заполнения межтранспортёрного пространства ворохом.

Затраты энергии на привод очистителя определили с учётом длины полотен транспортёров L тр и показателя кинематического режима работы устройства.

N 0 4

[Н- A + Lmp • f • P ]

2 • D • sin а max

"Uo • (1 + A)),

где    [г] — предельное напряжение сдвига почвы с поверхности корнеплодов и комков почвы;

• A — площадь, с которой производится сдвиг почвы;

L тр – длина полотен транспортёра;

• f — коэффициент трения вороха о прутки полотна;

P — масса корнеплодов и комков почвы в V- образном зазоре устройства.

По результатам экспериментальных исследований получены следующие модели оценки процесса очистки корнеплодов, на основании которых определены оптимальные значения параметров:

• 3 = 82,116 — 35,863 • L — 56,199 • A — 0,370 • а + 10,206 • L² + 18,144 • A +

з ,              , тр ,           0      ,                    , тр ,           0

+ 0,0006 • а ² < [ 3 _з ];

N = —° = 27,10 — 0,691 • L — 1,827 • A + 0,0008 • а — 0,011 • L • а + уд                                     тр                0

Q0

+ 0,321 • L^ + 0,609 • A0 + 0,0003 • а2 ^ min, где L„„ = 1,47 —1,76м; A = 1,5 —1,55; а = 23 — 30°, при которых 3 = 0,5 —1,5% и трз

— уд = 0,83 ^кВт •

ч т ^.

При этом 3 з <  [ 3 _з ] , где

[ 3 _з ] — допустимая по зоотехническим требованиям степень очистки корне-

плодов, равная 2–3%.

Скорость движения выгрузного транспортёра ивт питателя корнеплодов выбирается из условия, при котором ивт < ит, где ит — скорость скребкового транспортёра - 5, что, вследствие «растяжения» потока подачи, обеспечивает выполнение условия tc • k > tu3M, где tu3M — продолжительность измельчения корнеплода, диаметром Dmax, находящегося в камере измельчителя 4 (рис.1).

При указанных значениях параметров пропускная способность очистителя составила Q ₀ = 5 т / ч .

Пропускная способность измельчителя Q_изм и допустимое значение подачи корнеплодов питателем 1 Q_п определяется из следующего условия:

Q ^ Q ^ Q .

изм 0 п

Производственная проверка показала, что при пропускной способности измельчителя Q = 5 т / ч степень измельчения продукта составила Л = 300 . изм                                                                       изм

Выводы

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструктивно-технологическую схему линии подготовки корнеплодов сорта куузику к скармливанию животным, которая включает питатели с принудительной подачей продукта, очиститель с V- образным рабочим органом, а также измельчитель дискового типа, работающий по принципу снятия стружки с вращающегося вокруг своей оси корнеплода.

На основании проведённых исследований определены параметры дозирующего зазора питателя корнеплодов, который должен быть не менее H 3 > 22 мм.

Аналитическим путём получены расчётные зависимости для определения времени разрушения комка почвы t Р , производительности очистителя Q 0 , а также мощности, затрачиваемой на процесс очистки вороха от примесей.

Экспериментально установлено, что длина прутковых транспортёров очистителя, при подаче Q 0 = 5т/ч , должна быть в пределах L тр =1,47 – 1,76 м, показатель кинематического режима λ =1,5 – 1,55 , а угол наклона прутковых транспортёров друг к другу α = 25º .

При указанных значениях параметров и пропускной способности разработанной линии, равной 5т/ч, степень измельчения корнеплодов сорта куузику измельчителем дискового типа составила λ изм =300.