Повышение эффективности безводной очистки корнеклубнеплодов

Представленные в данный момент на отечественном и зарубежных рынках устройства, не использующие в технологическом процессе очистки корнеклубнеплодов воду, не обеспечивают необходимый уровень остаточной загрязненности при мини- мальных энергозатратах.

В Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина» проводятся научные исследования [1–3], в результате которых разработано устройство для безводной очистки корнеклубнеплодов. Технологический процесс очистки в устройстве осуществляется за счет вращение щеточного вала в совокупности с возратно-поступательными колебаниями рабочих органов щеточного действия [4–10].

Цель исследования

Увеличение степени отделения загрязнений корнеклубнеплодов за счет обоснования конструктивно-режимных параметров устройства для безводной очистки.

Объекты и методы

При проведении экспериментальных исследований использованы методы регрессионного анализа. Объектом исследования является технологический процесс отделения почвенных примесей от поверхности корнеклубнеплодов в безводном очистителе.

Результаты исследований

На основе полученных данных составлено уравнение регрессии, адекватное для пятипроцентного уровня значимости, которое после декодирования значений коэффи- циентов в натуральные приняло вид

δ о = 87,32 + 1,98 n щ + 0,32 n + 0,24 А + 1,12 Q – 1,41 AQ – 3,51 n щ ² – 0,29 n ² – 0,91 Q ² (1) где Q – подача, т/ч;

A – амплитуда возвратно-поступательных колебаний, м;

n щ – частота вращения щеточного вала, с^–1;

n – частота возвратно-поступательных колебаний, с^–1.

В качестве исследуемых факторов выбраны: подача ( Q ), амплитуда возвратнопоступательных колебаний в поперечной плоскости, совершаемых полубарабаном и щеточным валом ( A ), частота вращения щеточного вала ( n щ ), а также частота возвратно-поступательных колебаний рабочих органов ( n ).

В качестве параметра оптимизации принята эффективность очистки, определяемая по формуле

^u исх   ^u ост

⁵ о = ~---, ^u ост

где σ исх – исходная загрязненность, %;

σ ост – остаточная загрязненность, %.

Определяем исходную загрязненность

_ m i аисх =   ;

—

m з

m з

,

где m 1 – масса исходных клубней, кг;

m 3 – масса очищенных вручную клубней, кг.

Рассчитываем остаточную загрязненность

^и ост

m 2 — m з m з ,

где m 2 – масса клубней, очищенных устройством, кг.

Поверхности отклика построены в программной среде OriginPro.

Параметры возвратно-поступательных колебаний в поперечной плоскости непосредственно влияют на технологический процесс, в частности, на эффективность очистки, за

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52)

AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY счет обеспечения интенсивного перемещения и переориентации клубней в пространстве, а впоследствии их активного взаимодействия с рабочими органами устройства.

Ниже приведены наглядные поверхности отклика (рис. 1–6) как в двухмерном, так и в трехмерном факторном пространстве, характеризующие зависимость эффективности очистки от частоты возвратно-поступательных колебаний и подачи, при А = 150 мм, n щ = 120 мин^–1.

Рис. 1 . Графическое изображение трехмерной поверхности отклика эффективности очистки (%) в зависимости от частоты возвратно-поступательных колебаний ( n , с^–1) и подачи ( Q , т/ч)

Рис. 2. Графическое изображение двухмерного сечения поверхности отклика эффективности очистки (%) в зависимости от частоты возвратно-поступательных колебаний и подачи

Снижение значений параметра подачи устройства приводит к ухудшению качества очистки, в то же время изменения значений амплитуды колебаний оказывают меньшее влияние на технологический процесс, а при увеличении подачи до максимальных значений происходит незначительное уменьшение критерия оптимизации, также на клубни оказывается высокая динамическая нагрузка.

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52)

AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY

На рис. 3, 4 представлены наглядные поверхности отклика как в двухмерном, так и в трехмерном факторном пространстве, зависимости эффективности очистки от частоты возвратно-поступательных колебаний и подачи (при n = 60 мин^–1, Q = 1 т/ч).

Рис. 3. Графическое изображение трехмерной поверхности отклика эффективности очистки (%) в зависимости от частоты вращения щеточного вала ( n_щ , мин^–1) и амплитуды возвратно-поступательных колебаний ( А , мм)

Рис. 4 . Графическое изображение двухмерного сечения поверхности отклика эффективности очистки (%) в зависимости от частоты вращения щеточного вала (мин^–1) и амплитуды возвратно-поступательных колебаний (мм)

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52)

AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY

При снижении частоты колебаний происходит ухудшение качества очистки, а увеличение частоты колебаний до максимальных значений приводит к уменьшению ее эффективности и нарушению целостности поверхностей клубней.

На рис. 5, 6 представлены наглядные поверхности отклика эффективности очистки в зависимости от частоты возвратно-поступательных колебаний и подачи (при n = 60 мин^–1, n щ = 120 мин^–1).

Рис. 5. Графическое изображение трехмерной поверхности отклика эффективности очистки (%) в зависимости от амплитуды ( А , мин^–1) возвратно-поступательных колебаний в поперечной плоскости ( n , с^–1) и подачи ( Q , т/ч.)

Рис. 6. Графическое изображение двухмерного сечения поверхности отклика эффективности очистки (%) в зависимости от амплитуды (мин^–1) возвратно-поступательных колебаний в поперечной плоскости и подачи (т/ч)

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52) AGROENGINEERING AND FOOD TECHNOLOGY

Максимальная эффективность очистки корнеклубнеплодов наблюдается при минимальном значении подачи и максимальном значении амплитуды, объясняется это увеличением времени очистки.

Заключение

Необходимое качество очистки клубней, а также минимальное повреждение их поверхности будут достигаться при рациональных значениях режимных параметров разработанного устройства.

В качестве рациональных значений приняты параметры: Q = 1 т/ч, n = 3600 с^–1, n щ = 7200 с^–1, А = 0,15 м. Данные значения параметров и режимов работы устройства для безводной очистки корнеклубнеплодов позволяют достигнуть лучшего качества очистки в сравнении с существующими аналогами.

Разработанное и апробированное в производственных условиях устройство для безводной очистки будет востребовано на предприятиях агропромышленного комплекса страны, производственный цикл которых включает переработку корнеклубнеплодов.