DEVELOPMENT OF DRUM-ROLLER TUBEROUS ROOT CLEANER

РАЗРАБОТКА БАРАБАННО-РОЛИКОВОГО ОЧИСТИТЕЛЯ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

Научная статья

Захаров А.М. *

ORCID: 0000-0003-3501-0543,

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства,

филиал ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (bauermw[at]mail.ru)

Аннотация

В существующих линиях подготовки корнеплодов к скармливанию базовой машиной является мойка-измельчитель ИКМ-5. Повышенная загрязненность корнеклубнеплодов, возникающая при комбайновой уборке приводит к уменьшению производительности ИКМ-5, повышенному расходу воды, загрязнению рабочего места. Чтобы устранить указанные недостатки целесообразно в линиях обработки корнеклубнеплодов применять предварительную сухую очистку. Для изучения работы барабанно-роликового очистителя была разработана экспериментальная установка. Она позволяет изучить влияние таких факторов как: частота вращения барабана, частота вращения роликов и длина очистителя на эффективность очистки корнеклубнеплодов барабанно-роликовым очистителем. Частота вращения роликов изменяется перестановкой сменных шкивов на валу двигателя. Рабочая длина роликов изменяется установкой, внутри барабана сменных цилиндров, перекрывающих часть рабочей поверхности барабана.

Ключевые слова: корнеклубнеплоды, сухая очистка, частота вращения барабана, эффективность очистки, барабанно-роликовый очиститель.

DEVELOPMENT OF DRUM-ROLLER TUBEROUS ROOT CLEANER

Research article

Zakharov A.M. *

ORCID: 0000-0003-3501-0543,

Institute of Agroengineering and Ecological Problems of Agricultural Production – the Branch of Federal Scientific Agro-Engineering Center VIM, St. Petersburg, Russia

*Corresponding author (bauermw[at]mail.ru)

Abstract

IKM-5 washer-chopper is the basic machine in the existing feeding preparation lines for the tuberous root. Increased contamination of the tuberous root, arising from combine harvesting, leads to a decrease in IKM-5 productivity, increased water consumption, and pollution of the workplace. In order to eliminate these drawbacks, it is advisable to use dry-dry cleaning in the processing lines of the root-and-vegetable crops. The experimental system was developed to study the work of the drum-roller cleaner. It allows studying the influence of such factors as drum rotation frequency, roller rotation frequency, and cleaner length on the efficiency of tuberous root cleaning with a drum-roller cleaner. The frequency of rollers rotation is changed by shifting the replacement pulleys on the motor shaft. The working length of the rollers is changed by the system, inside the drum of replaceable cylinders, covering a part of the working surface of the drum.

Keywords: tuberous root, dry cleaning, drum rotation frequency, cleaning efficiency, drum-roller cleaner.

Введение

В настоящее время для мойки корнеклубнеплодов применяются различные машины, принципиально отличающиеся по конструкции и технологическому процессу. Существующие моечные машины разнообразны не только по конструкции основных рабочих органов, но отличаются и степенью их влияния на процесс мойки, способами использования воды и протекания технологического процесса. Они могут быть стационарными и передвижными. По характеру работ различают машины периодического и непрерывного действия. Большое их разнообразие объясняется, прежде всего физико-механическими свойствами, особенностями обрабатываемого продукта и сопутствующих ему примесей, а также поисками эффективных и рациональных конструкций моечных машин, которые по своим качественным показателям полностью отвечали бы технико-экономическим требованиям, предъявляемым к процессу мойки.

По принципу очистки продукта от загрязнений моечные машины и устройства можно классифицировать следующим образом (рис. 1).

 

Рис. 1 – Классификация моющих машин и устройств по принципу очистки

 

В основу очистки корнеклубнеплодов от загрязнений положен способ трения движущихся поверхностей корнеклубнеплодов. Технологический процесс очистки у моек данного типа протекает в результате трения бурлящего потока жидкости о загрязненную поверхность. Поток может быть организован различным образом. Наиболее высокое качество мойки достигается при прохождении ультразвука через жидкую среду. Удаление загрязнений происходит в результате возникновения кавитационных явлений, которые положены в основу этого процесса. Из-за специфической сложности оборудования этот способ очистки не нашел распространения.

Исследования рабочего процесса моек барабанного типа без активных рабочих органов показывают [1], [2], что качество обрабатываемых корнеклубнеплодов у них неудовлетворительное, так как во вращающемся цилиндре они имеют малый угол естественного откоса. Вследствие этого, процесс мойки проходит неинтенсивно. Для улучшения качества обработки на мойках этого типа устанавливают активные рабочие органы или увеличивают подачу воды, что приводит к ее перерасходу и увеличение эксплуатационных издержек [3]. Отделение загрязнений с поверхности корнеклубнеплодов с использованием перетирания и орошения водой заключается в том, что рабочие органы машин способствуют активному перемещению клубней и тем самым взаимному трению их поверхностей, а поступаемые под давлением струи воды смывают отделенные загрязнения. Этот способ очистки нашел самое широкое распространение.

В существующих линиях подготовки корнеплодов к скармливанию базовой машиной является мойка-измельчитель ИКМ-5. Повышенная загрязненность корнеплодов, возникающая при комбайновой уборке приводит к уменьшению производительности ИКМ-5, повышенному расходу воды, загрязнению рабочего места. С увеличением загрязненности до 20% производительность ИКМ-5 не превышает 3,2-4,7 т/ч, а расход воды увеличивается до 300 литров на тонну перерабатываемых корнеплодов. Кроме этого, ИКМ-5 не отделяет легкие волокнистые примеси (ботва, солома), которые, попадая в измельчающий аппарат, забивают его, что приводит к перебоям в работе. Из-за перегрузки моечное оборудование преждевременно выходит из строя, имеет низкий уровень надежности.

Отмеченные недостатки в работе существующих моечных машин и устройств свидетельствуют о недостаточном совершенстве их конструкции и недостаточной изученности технологического процесса по отделению загрязнений с поверхности корнеклубнеплодов.

Для устранения указанных недостатков целесообразно в линиях обработки корнеклубнеплодов применить предварительную сухую очистку рабочего материала [4], [5], [6].

При этом агрегат предварительной сухой очистки будет выполнять операции отбора от корнеклубнеплодов свободной и связанной почвы, ботвы, соломы, а отделение камней, металлических включений и окончательную очистку от связанной почвы обеспечит ИКМ-5. Такая комбинация приведет к снижению затрат, а главное, к резкому снижению расхода воды.

Анализ результатов исследовательских работ в области создании очистителей корнеклубнеплодов со шнековыми, кулачковыми, вибрационными, барабанными, щеточными рабочими органами показал, что для предварительной сухой очистки целесообразно применять барабано-роликовый очиститель, который представляет горизонтальный вращающийся барабан с боковинами и соединяющими их цилиндрическими и эллиптическими роликами. Цилиндрические и эллиптические ролики создают переменный зазор в решетке барабана, вызывая более эффективное отделение примесей [7], [8], [9].

Для изучения работы барабанно-роликового очистителя была разработана экспериментальная установка (рис. 2).

 

Рис. 2 – Установка предварительной очистки корнеклубнеплодов

 

Она включает рему, на которой установлен барабанно-роликовый очиститель 1, с вращающимися цилиндрическими и эллиптическими роликами 2, привод для вращения барабана 4, привод роликов 3 с набором сменных шкивов, очиститель роликов 7, закрепленный на внутренней поверхности кожуха 6, выгрузной лоток 8, питатель корнеклубнеплодов 9.

Корнеклубнеплоды подаются на очистку питателем. Поступив на внутреннюю поверхность барабана, ворох под действием сил трения поднимается на угол, зависящий от кинематического режима барабана, и, достигнув некоторой высоты, падает вниз, интенсивно перетираясь. Вращающиеся эллиптические ролики создают дополнительное воздействие на корнеклубнеплоды, перемещая их в рациональном направлении. Связанная с обрабатываемым материалом земля переходит в разряд свободной и просеивается через зазоры между роликами. Вращающиеся цилиндрические и эллиптические ролики защемляют растительные примеси и удаляют их из барабана. Очищенные корнеплоды скатываются по выгрузному лотку.

Данная экспериментальная установка позволяет изучить влияние следующих факторов: частоты вращения барабана, частоты вращения роликов и длины очистителя на эффективность очистки корнеклубнеплодов барабанно-роликовым очистителем.

Частота вращения роликов изменяется перестановкой сменных шкивов на валу двигателя. Рабочая длина роликов изменяется установкой, внутри барабана сменных цилиндров, перекрывающих часть рабочей поверхности барабана.

Перед началом опытов производится изучение физико-механических свойств корнеклубнеплодов и загрязняющих их примесей. Замеряются длина, диаметр и масса отдельных экземпляров, для чего отбирается не менее 100 корнеклубнеплодов. При этом в отобранную партию необходимо включать представителей как минимальных, так и максимальных размеров. Наряду с размерными характеристиками определяется влажность почвы и материала, тип связанной почвы, загрязненность связанной почвой и свободными примесями [10].

При проведении опытов из выгрузного лотка отбирается проба исходного продукта массой 20 – 30 кг.

Корнеклубнеплоды взвешиваются, затем отмываются вручную и снова взвешиваются. По результатам опытов определяется эффективность очистки корнеклубнеплодов.

где Э – эффективность очистки корнеклубнеплодов от примесей;

m1 – масса свободных и связанных примесей до очистки;

m2 – масса свободных и связанных примесей после очистки.

Кроме этого фиксируется потребляемая очистителем мощность и потери в процессе очистки.

Заключение

Повышенная загрязненность корнеплодов при возделывании их на тяжелых почвах и в условиях переувлажнения приводит к уменьшению производительности ИКМ-5, повышенному расходу воды, загрязнению рабочего места. С увеличением загрязненности производительность ИКМ-5 значительно снижается, а расход воды увеличивается. В связи с этим использование предлагаемого подхода в процессе очистки корнеклубнеплодов позволит снизить затраты, а главное, значительно снизить расход воды.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Романюк Н.Н. Устройство для мойки корнеклубнеплодов / Н.Н. Романюк, В.А. Агейчик, К.В. Сашко // Научное обозрение. – 2014. №4. – С. 21 – 25.
2. Устроев А.А. Технологическая линия мойки картофеля для фермерских хозяйств / А.А. Устроев, А.М. Захаров, Г.А. Логинов // Техника и оборудование для села. – 2016. – №6. – С. 34 – 36.
3. Орешин Е.Е. Оптимизация параметров и режимов работы машины для мойки картофеля / Е.Е. Орешин, А.А. Устроев, А.М. Захаров // Инновации в сельском хозяйстве. – 2015. – №3 (13). – С. 182 – 184.
4. Орешин Е.Е. Повышение эффективности сухой очистки картофеля щеточными валами / Е.Е. Орешин, А.Н. Степанов, А.М. Захаров // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. – 2013. – №31. – С. 214 – 220.
5. Логинов Г.А. Результаты производственных испытаний машины для сухой очистки картофеля / Г.А. Логинов, А.Н. Степанов, Е.Е. Орешин, А.М. Захаров // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2012. – №83. – С. 47 – 52.
6. Фролов В.Ю. Сухая очистка корнеклубнеплодов транспортерным устройством / В.Ю. Фролов, А.В. Бычков // Техника и оборудование для села. – 2011. – №1. – С. 28 – 29.
7. Фролов В.Ю. Совершенствование процесса сухой очистки корнеплодов шнековым сепаратором / В.Ю. Фролов, А.В. Бычков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2014. – №101. – С. 2144 – 2153.
8. Сабиев У.К. Обоснование рациональных параметров безводного очистителя корнеклубнеплодов / У.К. Сабиев, В.В. Лисянов, П.А. Гайдай // Техника и оборудование для села. – 2014. – №6. – С. 14 – 16.
9. Зайцев С.П. Эффективность технологической линии обработки корнеплодов / С.П. Зайцев, Н.П. Зайцева // Тракторы и сельхозмашины. – 2009. – №12. – С. 50 – 52.
10. Карпов В.В. Влияние загрязненности и влажности почвенных примесей на эффективность очистки кормовых корнеплодов / В.В. Карпов, В.А. Гулевский // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. – 2017. – №3 (54). – С. 82 – 87.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Romanyuk N.N. Ustrojstvo dlya mojki korneklubneplodov [A device for washing root crops] / N.N. Romanyuk, V.A. Agejchik, K.V. Sashko // Nauchnoe obozrenie [Scientific Review]. - 2014. №4. - P. 21 - 25.[in Russian]
2. Ustroev A.A. Texnologicheskaya liniya mojki kartofelya dlya fermerskix xozyajstv [Technological line of washing potatoes for farms] / A.A. Ustroev, A.M. Zaxarov, G.A. Loginov // Texnika i oborudovanie dlya sela [Equipment and equipment for the village]. – 2016. – №6. – P. 34 – 36. [in Russian]
3. Oreshin E.E. Optimizaciya parametrov i rezhimov raboty` mashiny` dlya mojki kartofelya [Optimization of parameters and modes of operation of the machine for washing potatoes] / E.E. Oreshin, A.A. Ustroev, A.M. Zaxarov // Innovacii v sel`skom xozyajstve [Innovations in agriculture]. – 2015. – №3 (13). – P. 182 – 184. [in Russian]
4. Oreshin E.E. Povy`shenie e`ffektivnosti suxoj ochistki kartofelya shhetochny`mi valami [Improving the efficiency of dry cleaning of potatoes with brush rollers] / E.E. Oreshin, A.N. Stepanov, A.M. Zaxarov // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [News of St. Petersburg State Agrarian University]. – 2013. – №31. – P. 214 – 220. [in Russian]
5. Loginov G.A. Rezul`taty` proizvodstvenny`x ispy`tanij mashiny` dlya suxoj ochistki kartofelya [The results of production tests of machines for dry cleaning of potatoes] / G.A. Loginov, A.N. Stepanov, E.E. Oreshin, A.M. Zaxarov // Texnologii i texnicheskie sredstva mexanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop and livestock]. – 2012. – №83. – P. 47 – 52. [in Russian]
6. Frolov V.Yu. Suxaya ochistka korneklubneplodov transporterny`m ustrojstvom [Dry cleaning of root crops by a conveyor device] / V.Yu. Frolov, A.V. By`chkov // Texnika i oborudovanie dlya sela [Technique and equipment for the village]. – 2011. – №1. – P. 28 – 29. [in Russian]
7. Frolov V.Yu. Sovershenstvovanie processa suxoj ochistki korneplodov shnekovy`m separatorom [Improving the process of dry cleaning of root crops with auger separator] / V.Yu. Frolov, A.V. By`chkov // Politematicheskij setevoj e`lektronny`j nauchny`j zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University]. – 2014. – №101. – P. 2144 – 2153. [in Russian]
8. Sabiev U.K. Obosnovanie racional`ny`x parametrov bezvodnogo ochistitelya korneklubneplodov [Justification of the rational parameters of an anhydrous cleaner of root crops] / U.K. Sabiev, V.V. Lisyanov, P.A. Gajdaj // Texnika i oborudovanie dlya sela [Equipment and equipment for the village]. – 2014. – №6. – S. 14 – 16. [in Russian]
9. Zajcev S.P. E`ffektivnost` texnologicheskoj linii obrabotki korneplodov [The effectiveness of the processing line processing of root crops] / S.P. Zajcev, N.P. Zajceva // Traktory` i sel`xozmashiny` [Tractors and agricultural machinery]. – 2009. – №12. – P. 50 – 52. [in Russian]
10. Karpov V.V. Vliyanie zagryaznennosti i vlazhnosti pochvenny`x primesej na e`ffektivnost` ochistki kormovy`x korneplodov [Influence of pollution and moisture of soil impurities on the cleaning efficiency of fodder root crops] / V.V. Karpov, V.A. Gulevskij // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Voronezh State Agrarian University] – 2017. – №3 (54). – P. 82 – 87. [in Russian]