Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние проблемы и основные направления исследований 14
1.1 Значение бахчеводства 14
1.2 Технологии и технические средства для переработки плодов бахчевых культур 18
1.2.1 Направления послеуборочной переработки плодов тыквы 18
1.2.2 Механизация выделения семян 22
1.2.3 Механизация удаления коры 41
1.2.4 Краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований 54
Выводы 60
Глава 2 Физико-механические и реологические свойства плодов тыквы 62
2.1 Методика исследований физико-механических параметров плода 63
2.1.1 Общая методика и программа экспериментальных исследований 63
2.1.2 Методика определения строения внутренней полости плода 68
2.1.3 Методика определения размерно-массовой характеристики и фрикционных свойств плодов 69
2.1.4 Методика определения прочностных показателей плода 74
2.2 Результаты экспериментальных исследований 90
2.2.1 Строение внутренней полости плода 90
2.2.2 Размерно-массовые характеристики плодов тыквы и их составных частей 92
2.2.3 Фрикционные свойства плодов тыквы 101
2.2.4 Прочностные показатели плода 102
2.3 Реологическая модель плода тыквы как объекта механического воздействия 113
2.4 Методика оптимального планирования эксперимента 119
Выводы 126
Глава 3 Теоретические и экспериментальные исследования выделителя семян транспортерного типа 129
3.1 Обоснование технологической схемы выделителя семян и выбор отделяющего аппарата 129
3.2 Основное условие, определяющее возможность отделения семян 133
3.3 Обоснование размеров куска при отделении семян 138!
3.4 Определение технологических параметров протирочного транспортёра 139
3.5 Теоретическое определение основных параметров деки 143
3.6 Оптимизация процесса отделения семян из плодов тыквы 150
Выводы 159
Глава 4 Теоретические и экспериментальные исследования выделителя семян гидродинамического типа 161
4.1. Выбор технологической схемы семявыделительной установки гидравлического типа 161
4.2 Теоретические основы гидравлических струй 165
4.2.1 Кинематическая структура гидравлических струй 165
4.2.2 Высота и дальность полета струи 167
4.2.3 Структура затопленной свободной струи 168
4.2.4 Динамические свойства струи 170
4.2.5 Взаимодействие струи с различными материалами 173
4.3 Процесс выделения семян из половинок плодов 176
4.4 Обоснование основных параметров выделителя семян 183
4.4.1 Конструктивные параметры транспортера плодов 184
4.4.2 Определение скорости транспортера плодов 185
4.4.3 Расчет оптимального давления вымывающей струи 186
4.4.4 Определение площади поперечного сечения насадки 187
4.5 Оптимизация конструктивных и кинематических параметров выделителя семян 193
Выводы 211
Глава 5 Теоретические и экспериментальные исследования очистителя плодов щеточного типа 214
5.1 Технологический процесс удаления коры щёточным аппаратом 214
5.2 Определение основных кинематических параметров цилиндрических щёточных барабанов машины для удаления коры с плодов тыквы 222
5.3 Определение силовых параметров рабочего процесса удаления коры 237
5.4 Оптимизация конструктивных и кинематических параметров машины для удаления коры с плодов тыквы 240
Выводы 253
Глава 6 Реализация результатов исследований и экономическая эффективность комплекса машин для переработки плодов тыквы 255
6.1 Технико-экономическое обоснование машины для переработки плодов тыквы на технические цели 255
6.2 Технико-экономическое обоснование выделителя семян из плодов тыквы гидравлического типа 262
6.3 Технико-экономическое обоснование машины для очистки плодов тыквы 268
Основные вывод и предложения 273
Список используемой литературы 276
Приложения 308
- Механизация выделения семян
- Реологическая модель плода тыквы как объекта механического воздействия
- Процесс выделения семян из половинок плодов
- Технико-экономическое обоснование машины для переработки плодов тыквы на технические цели
Введение к работе
Актуальность работы. Современное сельскохозяйственное производство требует решения многих задач, среди которых определяющее значение имеют повышение урожайности сельскохозяйственных культур и увеличение товарного выхода высококачественной продукции при снижении общих затрат и уменьшении потерь. Особую актуальность приобретает всемерное снижение или полное исключение доли ручного труда за счёт комплексной механизации технологических процессов.
Однако при переработке таких культур как бахчевые полностью исключить ручной труд при современном уровне развития сельскохозяйственной и перерабатывающей техники невозможно. Это связано со специфическими свойствами не только самих растений, но и плодов.
Одним из главных факторов, сдерживающих использование тыквы в пищевой промышленности, является высокая трудоёмкость послеуборочной переработки с целью получения очищенной мякоти. Практически не решен в этом случае вопрос механизации отделения семян от мякоти. Технология удаления наружного покрова с плодов бахчевых культур, как правило, основана на применении ручного труда, так как существующие конструктивно - технологические решения машин по очистке плодов от коры не обеспечивают при переработке бахчевых эффективного и качественного выполнения этой операции.
В связи с вышеизложенным, проблема научного обоснования и создания новых технологических и технических решений, обеспечивающих механизацию процессов переработки плодов тыквы как на технические, так и продовольственные цели является актуальной, имеющей важное хозяйственное значение.
Работа выполнена в соответствии с федеральной программой «Развитие АПК», по заданиям 09 «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства» и 04.14 «Разработать высокоточные (прецизион-
ные) экологически безопасные зональные технологии возделывания овощных и бахчевых культур с использованием новых сортов и гибридов, семян высокого качества, прогрессивных приемов агротехники, защиты растений, средств механизации», программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг. Российской академии сельскохозяйственных наук, а также по тематическим научно-прикладным программам Комитета по сельскому хозяйству администрации Волгоградской области и ФГОУ ВПО «Волгоградская ГСХА».
Цель исследования - повышение эффективности технологического процесса первичной переработки плодов тыквы за счёт совершенствования технологий и технических средств.
Объект исследования - плоды тыквы, технологические процессы первичной переработки плодов тыквы и технические средства для их обеспечения.
Предмет исследования - технологические принципы и закономерности процессов работы машин для первичной переработки плодов тыквы
Научная новизна заключается:
в обосновании технологии и совершенствовании средств механизации удаления коры и выделения семян при переработке плодов тыквы на технические и продовольственные цели;
в получении аналитических зависимостей, описывающих рабочие процессы измельчения плодов, отделения семян от мякоти и удаления коры с плодов тыквы;
в построении, на основе экспериментальных исследований, механико-математических моделей работы машин по переработке плодов тыквы, позволяющих оптимизировать их технологические и конструктивно-режимные параметры;
в разработке с помощью математических моделей более совершенной технологии и средств механизации первичной переработки плодов тыквы.
Техническая новизна разработанных машин подтверждена 4 авторскими свидетельствами и 11 патентами на изобретение.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
концептуальные аспекты разработки машин для первичной переработки плодов тыквы;
инновационные технологические и технические решения создания машин для выделения семян и удаления коры с плодов тыквы;
аналитические зависимости для определения основных технологических, конструктивных и кинематических параметров машин;
механико-математические модели технологических процессов выделения семян и удаления коры с плодов тыквы, позволяющих обосновать оптимальные параметры работы машин;
- результаты экспериментальных исследований физико-механических
свойств плодов тыквы, на основе разработанной реологической модели плода.
Практическая ценность. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют решить важную для сельского хозяйства проблему первичной переработки плодов тыквы на технические и продовольственные цели. Реализация технологических и технических решений позволяет повысить производительность всего комплекса машин в 1,8...2 раза, снизить затраты труда на 45... 55 процентов, а потери семян до 3... 5 процентов.
Реализация результатов исследования. Созданы, прошли лабораторные и полевые испытания машина для удаления коры с плодов тыквы, выделитель семян транспортерного типа, выделитель семян гидравлического типа.
Экспериментальные образцы машин изготовлены, прошли производственные испытания и показали высокую эффективность в условиях межфермерского научно-производственного кооператива «Фармаол» Быковского района и СПК «Ленинский путь» Николаевского района Волгоградской области. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы в опытных образцах, которые внедрены в ряде хозяйств Волгоградской области.
Техническая документация по разработанным машинам заложена в фонды Волгоградского и Калмыцкого ЦНТИ.
Кроме того, результаты диссертационной работы нашли отражение в научно-методических разработках и внедрены в учебный процесс студентов, обучающихся по направлениям 110300 «Агроинженерия» и 110200 «Агрономия».
Опытные образцы машин демонстрировались на агропромышленных выставках в 1995-2010 годах (г. Волгоград); на фестивалях «Российский арбуз» в г. Волгограде в 2005, 2007, 2009 годах и в г. Астрахань в 2006, 2008 годах; на выставках «Зеленая неделя» (г. Берлин, ФРГ) в 2003 и 2008 годах; на выставках «Золотая осень» (г. Москва) в 2008 и 2009 годах. Работа включена в каталог 200 наиболее значительных и интересных достижений науки в Волгоградской области за последние пять лет.
Апробация работы. Основные результаты теоретических исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: научно-практических конференциях Ставропольской ГСХА (2001, 2003, 2005гг.); научно-практической конференции «Совершенствование технологий и технических средств механизации сельского хозяйства» (Пензенская ГСХА, 2001г.); региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоградская ГСХА, 2001-2005гг.); научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского ГАУ (2002г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК», посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне (Волгоградская ГСХА, 2005г); международных научно-практических конференциях Саратовского ГАУ (2006, 2009гг.); в комитете по сельскому хозяйству администрации Волгоградской области (2003-2008г.г.); научно-техническом совете Быковской бахчевой селекционной опытной станции (1980-2008г.г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (1980-20Юг.г.), на теоретическом семинаре инженерных факультетов Волгоградской ГСХА (2010г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 80 печатных работах, из которых 14 опубликованы в печатных изданиях, рекомендованных ВАК; 15 авторских свидетельствах и патентах на изобретение. Кроме того, изданы 3 монографии, 4 рекомендации производству, 3 учебных пособия с грифом Министерства сельского хозяйства РФ и учебно-методического объединения вузов по агроинженерному образованию.
Всего по механизации возделывания, уборки и первичной переработке бахчевых культур опубликовано более 150 работ.
В работе использованы материалы исследований выполненных лично автором, а также результаты, полученные совместно с А.Ю. Китовым, А.В. Седовым и Д.В. Семиным, работавшими под научным руководством соискателя, ныне кандидатами технических наук.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка используемой литературы из 299 наименований, в том числе 30 - на иностранных языках, и приложений. Общий объем 392 страницы. В работе 26 таблицы, 132 рисунка.
Механизация выделения семян
Хозяйства, специализирующиеся на бахчеводстве, используют для выполнения этой операции при больших объемах перерабатываемой продукции семявыделительные линии, или отдельные выделители, выпускаемые промышленностью.
Выделители позволяют механизировать только процесс измельчения плодов и отделение семян, поэтому они применяются, в основном, при переработке плодов на технические цели.
Существующие семявыделительные линии предполагают комплексную переработку плодов, так как позволяют практически полностью механизировать все операции от загрузки плодов до утилизации сока и корки. Но полученные продукты переработки могут использоваться только на технические цели. Кроме того для их эффективной работы необходимо перерабатывать большое количество плодов (около 70-100 т в смену), что возможно только в специализированных семеноводческих хозяйствах.
Наибольшее распространение получили линии ЛСБ-20 и ЛСВ-30 [16,113]. Линия ЛСБ-20 (рисунок 1.4) предназначена для выделения, отмывки, сушки и шлифовки семян тыквенных культур. Технологический процесс её работы заключается в следующем. Плоды бахчевых культур доставляются с поля и загружаются с эстакады в ванну приемного бункера 2, предварительно заполненную водой. С помощью потока воды, создаваемого насосом 19 и выгрузного транспортера плоды подаются в выделитель семян 3, где они дробятся. Дробленая масса поступает на решета грохотов. Семена, мелкая корка и мезга проходят через отверстия решет на поддоны и вместе с водой поступают в сборник 4. Крупная корка по решетам сходит в желоб со шнеками 5. Шнеки направляют корку на скребковый транспортер 6, который перемещает их в бункер 7 отходов.
Из сборника 4 семена с мезгой и водой фекальным насосом 8 перекачиваются в протирочную машину 9. Здесь они сначала поступают в верхний протирочный барабан, а затем - в нижний. Мелкая корка и мезга проходят сквозь сита барабанов и удаляются вместе с водой в канализацию.
Семена с оставшимися примесями из второго протирочного барабана подаются на скребковый транспортер 10, который направляет их в машину для отмывки семян 12. В нижний отсек её ванны подается воздух от компрессора 11, способствующий удалению мезги, прилипшей к семенам кожуры и мелких корок. Далее семена увлекаются водой по лотку в циклоны машины для отмывки семян 12. Здесь вода подается по касательной к цилиндрической поверхности циклона, закручивая столб воды в нем.
Семена, у которых плотность больше 1 г/см , оседают на дно циклона и шнеком выносятся в однобарабанную протирочную машину 14. Примеси вместе с водой по трубопроводу отводятся в канализацию. Ее-ли семена имеют плотность меньше 1 г/см (тыква, кабачок), то в циклоне на дно оседает мелкая корка, которая шнеком удаляется в канализацию, а семена попадают в протирочную машину.
В случае, когда часть семян плавает, а часть тонет, оба потока из циклона повторно направляются в протирочную машину. Из нее отжатые семена подаются на реверсный транспортер 18, который направляет их в один из бункеров-накопителей сушилки 17. После его заполнения направление движения ленты транспортера изменяется, и семена подаются в другой, бункер. Из бункеров семена высыпаются насетчатое дно сушильных лотков и разравниваются.
После сушки- семена путем подъема лотка высыпаются в бункер сухих семян, далее скребковым транспортерам подаются на шлифовку в машину 15. После чего семена очищаются от осадков примесей на се-мяочистительной машине 16 и затаривают в мешки.
Производительность линии ЛСБ-20 (по плодам) при выделении семян: арбуза - 21.. .25 т/ч, огурца - до 10 т/ч, тыквы - до 15 т/ч.
Недостатком1 данной линии можно-считать.то, что для её размещения нужно отвести довольно большую площадь на местности. Она имеет большой расход электричества и воды на переработку 1 т плодов. Возникает необходимость утилизации очень большого количества сока, что требует постройки специальных прудов-отстойников. Велики невозвратимые потери семян, достигающие 20 %.
Все это резко увеличивает себестоимость продукции, получаемой на линии ЛСБ-20. Линия ЛВС-30 также предназначена для выделения семян из плодов бахчевых культур (рисунок 1.5). Она работает следующим образом. Плоды самосвальными транспортными средствами подаются в ванну 2. Мотовило 1, вращаясь, продвигает плоды к транспортеру 4, который подает их в дробилку 5. Измельченная масса проходит по решетам грохота 7, промываясь водой из душевого устройства 6. Семена выделяются из массы и, пройдя через отверстия решет, собираются в поддоне 8, откуда фекальным насосом подаются в протирку 17.
В протирках 17 и 15, а также в гидроциклоне машины для отмывки семян 18 технологический процесс протекает так же, как и в,аналогичных машинах линии ЛСБ-20. Промытые и отжатые в протирках семена подаются в транспортное средства, которое перевозит их к напольной сушилке.
Корка сходом с решет грохота подается в ванну 9 улавливателя семян. Здесь прилипшие к коркам семена отделяются, проходят сквозь сетку и собираются в нижней части, а корка транспортерами 11 и 12 удаляется в бункер 13 отходов. Из ванны 9 семена периодически откачиваются в протирочно-отмывочную машину, где они отмываются и поступают в общую массу семян. Такой улавливатель эффективно работает при плотности семян больше 1 г/см3 (огурец, дыня, арбуз).
Производительность линии (по плодам) за один час основной работы на выделении семян огурца и дыни - 20...25 т, арбуза - 30...35 т, тыквы- 18...20 т.
Недостатками данной линии так же, как и линии ЛСБ-20, являются: большие габариты; привязанность места отводимого под линию к наличию водоемов; полученная масса корки не может использоваться плодоперерабатывающей промышленностью, а также высока энергоемкость процесса выделения. Повреждение семян на выходе, после завершения всего процесса составляет 10... 18%, потери семян в выходе "корка"-8... 10%.
Реологическая модель плода тыквы как объекта механического воздействия
Любая из описанных в первой главе технологий переработки плодов, включает в себя операцию разрушения плода.
При анализе процесса разрушения плода нужно учитывать его.физико-механические свойства, которые целесообразно обобщить созданием модели растительного материала, позволяющей отразить такие фундаментальные свойства материала как упругость, вязкость и. пластичность. В реологии [147] для математического описания механических свойств материала разработаны комбинации элементов, с достаточной точностью отражающие эти свойства. Для этого упругость принято изображать в виде пружины, деформирование которой подчиняется закону Гука, а вязкость — в виде цилиндра с вязкой жидкостью, в которой перемещение поршня подчинено закону Ньютона. Последовательное и параллельное соединение этих элементов позволяет моделировать деформацию материала с весьма сложными свойствами.
Модель для плодов бахчевых культур определяется структурой коры плода, состоящей из твердого скелета и полужидкого, жидкого или газообразного вещества, заполняющего промежутки между твердыми элементами коры и внутреннюю полость плода.
Очевидно, что более реальная модель должна содержать большее число простых элементов. Но это усложнит математические выкладки. Поэтому реологическую модель плода составим так, чтобы она была простой и наиболее точно отражала поведение материала под нагрузкой.
На семена в основном перерабатывают плоды арбуза и тыквы, которые во многом отличаются по физико-механическим свойствам, поэтому составим и проанализируем реологические модели отдельно для плодов арбуза и тыквы.
Основой плода арбуза является вода, составляющая 90 % от общей массы. Она находится почти в свободном состоянии и заключена в тонкую оболочку плода (кору). При созревании плода возможно появление газовых прослоек около семян.
Жидкая основа, благодаря гидравлическому эффекту, является источником генерирования разрушающих сил волнового и ударного характера, в несколько раз превышающих приложенную нагрузку, причем определяющий фактор - скорость приложения нагрузки к плоду. Здесь предложена и реологическая модель плода арбуза, представляющая собой последовательно соединенные идеально упругий и идеально вязкий элементы (рисунок 2.42 а). При приложении нагрузки напряжения а в обоих элементах одинаковы, а деформация є системы складывается из деформации отдельных элементов. Реологическое уравнение данной модели
Плод тыквы имеет другую структуру. Основа плода — кора с высоким содержанием сухих веществ, образующих твердый каркас и полужидкого и жидкого вещества, заполняющего промежутки между твердыми элементами. Масса коры достигает 70 % общей массы плода. Внутренняя часть плода заполнена пластичной мякотью с семенами (50...60 % объема) и газообразным веществом. Поэтому характер деформации плода тыквы иной, чем у плода арбуза. Для ее описания больше подходит реологическая модель, содержащая три элемента: два упругих и один вязкий, причем один упругий и вязкий элементы соединены параллельно, а второй упругий элемент соединен с ними последовательно (рисунок 2.42 б). Реологическое уравнение зависимости напряжения от деформации в этом случае
Рассмотрим процесс разрушения плода бахчевых культур. Плод можно разрушить тремя способами: раздавливанием, ударом и резанием. При раздавливании скорость приложения нагрузки меньше, чем скорость распространения напряжений в плоде. Это приводит к тому, что при воздействии рабочего органа на гаюд внутреннее напряжение распространяется; всему его объему.
Вследствие анизотропии материала плод имеет слабые сечения, по которым и происходит его хаотичное разрушение, не совпадающее с точкой приложения нагрузки. Все это ведет к тому, что при раздавливании" плода для его разрушения требуются большие усилия и невозможно получить куски требуемого размера.
Ударный способ разрушения применяется в ИБК-5А и семявыдели-тельной машине линии ЛСБ-20. Его главное преимущество по сравнению с раздавливанием в том, что в упруговязком материале плода скорость распространения напряжения мала и при большой скорости удара напряжение, возникающее от него, сконцентрировано в месте контакта рабочего органа с плодом. Это и приводит к местному разрушению в начальный момент со значительно меньшим расходом энергии.
Но в названных машинах для отделения семян от коры и мякоти плод должен интенсивно измельчаться. А согласно поверхностной теории дробления материала, энергия, затраченная на его разрушение, прямо пропорциональна величине вновь образовавшейся поверхности. Значит, чем больше степень дробления плода, тем выше затраты энергии. Кроме того, увеличивается количество поврежденных семян и возрастает доля мелких кусков корки, соизмеримых с семенами, что затрудняет дальнейшую очистку.
Таким образом, для разрушения плода целесообразнее применять резание. Причем плод может резаться на две половинки или на куски определенного размера. Это зависит от вида рабочего органа для отделения семян от мякоти.
В настоящее время практически все разрабатываемые рабочие органы для выделения семян режут плод на куски. Рассмотрим этот процесс подробнее. Оптимальный вариант, когда плод разрезается на одинаковые куски определенного размера, чего практически достичь затруднительно. Лучше всего такие куски получают при использовании ножевой решетки [125]. Мощность на измельчение плода ножевой решетки имеет две составляющие
Недостаток подобного способа измельчения в том, что энергия расходуется не только на резание («живая» энергия), но и на проталкивание кусков через ячейки решетки («мертвая» энергия).
Снизить затраты «мертвой» энергии возможно только подбором оптимальных параметров ножей решетки (уменьшением толщины ножа и увеличением пространства), «живой» энергии - увеличением размеров куска. Но этот параметр зависит от конструкции рабочего органа для отделения семян. Второй путь - снижение удельного сопротивления резанию.
Исследованиями [116] установлено, что определяющими факторами, влияющими на энергетические показатели процесса резания являются: скорость резания, вид резания, конструкция ножа.
Скорость резания представляет собой скорость кромки лезвия ножа в данной точке в направлении резания.
Процесс выделения семян из половинок плодов
Рассматривая рабочий процесс выделения семян из плодов бахчевых культур, в первую очередь необходимо учитывать, что в отличие от арбузов плоды тыквы имеют сплюснутую форму. Следовательно, при свободной подаче их из бункера, они всегда ориентируются на поверхности лотка своим плоским основанием.
В этом случае продольная ось плода, проходящая через плодоножку и цветоложе, совпадает с плоскостью вращения дискового ножа, расположенного перпендикулярно лотку. Ось семенного мешка также проходит от плодоножки к цветоложу [41], поэтому нож при разрезании плода может пройти между семенными мешками, оставив их неповрежденными.
Рассмотрим этот случай более подробно. Согласно технологическому процессу, половинки плодов при выделении семян должны быть расположены на транспортере плоскостью разреза 0-0 вниз, а вымывающая струя воздействовать непосредственно на семена. Однако из-за того что семенной мешок при разрезании остался неповрежденным (рисунок 4.9), вымывающая струя будет воздействовать только на его боковую стенку АВ (рисунок 4.10). Под воздействием вымывающей струи в стенке семенного мешка возникает напряжение аст, равное
В результате того, что мякоть семенного мешка представляет собой эластичный твердообразный материал, а усилие деформации семенного мешка Рдеф меньше, чем усилие активного действия струи Рст, семенной мешок подвергается пластической деформации в направлении воздействия струи. При этом форма семенного мешка изменяется (рисунок 4.10 а) и вторая его сторона ВС, которая не взаимодействует с вымывающей струей, прижимается к мякоти плода.
После деформации семенного мешка усилие Рдеф возрастает и в этом случае семенной мешок представляет собой упругое тело, в которое должна внедриться вымывающая струя для выделения из него семян.
Для этого необходимо, чтобы усилие активного действия струи Рст было больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Рвн.
При выполнении этого условия, вода, поступающая под давлением из насадки, прорывает боковую стенку АВ семенного мешка (рисунок 4.10 б) и поступает внутрь него.
Далее происходит процесс заполнения семенного мешка, который заключается в том, что вода, поступающая в семенной мешок, проходит между перегородкой ВД и задней частью семян, так как именно в.этом месте связь семя» с мякотью семенного мешка наиболее слабая: Это объясняется тем, что носики семян прикреплены семенными канатиками к стенке АВ. семенного мешка и при его деформации между задней частью семян и перегородкой ВД образуется канал, в который устремляется вода. Заполнив весь объем семенного мешка VM, вода отрывает боковую стенку АВ вместе с семенами, сохраняя связь только в точке В, так как в этой точке проходят более прочные питающие сосуды (рисунок 4.10 в).
В результате разрыва семенного мешка вымывающая струя воздействует непосредственно на- семена и семенные канатики, которые их удерживают. В том случае, если усилие активного действия струи Рст превышает усилие разрыва семенного канатика Ррк то семена отрываются и уносятся потоком воды в поддон.
Процесс выделения семян происходит только в одной половине семенного мешка, так как он разделен плотной перегородкой ВД на две половины, которая ограничивает дальнейшее внедрение вымывающей струи во вторую половину семенного мешка. При условии, что усилие разрыва перегородки Ррп больше чем усилие струи Рст., выделение семян из второй половины семенного мешка не происходит.
Для выделения семян из второй половины семенного мешка необходимо такое усилие струи Рст., которое способно прорвать плотную перегородку ВД. Однако из-за того, что усилие разрыва перегородки Ррп самое максимальное из прочностных характеристик семенного мешка, вымывающая струя полностью отрывает вторую половину семенного мешка от мякоти плода, практически не выделяя из неё семена.
Рассмотрим второй случай разрезания плодов на половинки, при котором продольная ось плода располагается перпендикулярно дисковому ножу. В этом случае дисковый нож разрезает пополам все семенные мешки, находящиеся в полости плода (рисунок 4.11.).
Повреждение семян при этом минимальное, так как нож проходит между слоями семян. Попавшие в плоскость разреза семена вдавливаются ножом в мякоть семенного мешка. Вымывающая струя уже на начальном этапе воздействует на семена, находящиеся в обеих семенных камерах в плоскости разреза 0-0 (рисунок 4.12).
Далее необходимо, чтобы вымывающая струя внедрилась в мякоть семенного мешка (рисунок 4.12 а). Процесс внедрения выполняется при соблюдении следующего условия: усилие вымывающей струи Рст должно быть больше усилия внедрения в мякоть семенного мешка Рвн. Усилие разрыва перегородки Ррп при этом не учитывается, так как струя действует вдоль обеих сторон перегородки ВД, что положительно влияет на полноту отделения семян.
По мере внедрения струи в мякоть семенного мешка он заполняется водой. В тот момент, когда объем подаваемой воды Ve превысит объем семенного мешка VM„ вода за счет статического давления разрывает семенной мешок и выталкивает семена через его разрывы (рисунок 4.12 6).
В этом случае семена удерживаются только семенными канатиками и могут свободно ориентироваться в потоке воды, также выходящей через разрывы семенного мешка. В результате этого они занимают положение наименьшего сопротивления в потоке воды.
Отрыв семян от семенных канатиков происходит в случае превышения усилия вымывающей струи Рст над усилием разрыва семенного канатика Ррк. При этом напряжение разрыва канатика определяется по следующей формуле
Так как коэффициент сопротивления практически трудно определить, то целесообразнее использовать еще один показатель, определяющий способность тела в целом оказывать сопротивление водному потоку заданной скорости. Это обобщенный коэффициент, аналогичный коэффициенту парусности, равный кп = к р SM/ тс где тс - масса семени, кг.
В результате такого воздействия семенные канатики разрываются, а выделенные семена транспортируются потоком воды в поддон выделителя семян (рисунок 4.12 в).
Технико-экономическое обоснование машины для переработки плодов тыквы на технические цели
Дляюпределения технико-экономической эффективности от внедрения результатов исследований и выявления, целесообразности созданиям выделителя семян из плодов тыквы транспортерного типа были проведены- полевые испытания опытного образца выделителя в опытном хозяйстве "Бахчевод" Быковской бахчевой селекционной опытной станции Волгоградской области.
Исследования проводились на разработанном и изготовленном в лаборатории механизации овощеводства и бахчеводства BFGXA опытном образце выделителя семян бахчевых культур:
За основу данной машины был взят зерноуборочный комбайн? GK-5А "НИВА" (рисунок 6.1) в конструкцию которого внесены следующие изменения. У бильного барабана 4 комбайна сняты бичи, а вместо них установлены продольные и поперечные ножи с целью получения куска прямоугольной формы. Шаг установки продольных ножей определяет размер куска. Подбарабанье 6 выполнено сплошным, между барабаном и подбарабаньем устанавливается зазор 35-50 мм. Вместо соломотряса комбайна установлен выделитель, схема которого представлена на рисунке 3.1, с конструктивными и кинематическими параметрами, определенными в главе 3. Для отгрузки корки вместо демонтированного копнителя установлен цепочно-планчатый транспортер 10.
Выделитель работает следующим образом. Плоды доставляются с полей и выгружаются в ёмкость 1 с водой, которая облегчает их захват питающим наклонным транспортёром 2 комбайна. Далее плоды поступают на измельчение ножевым барабаном 4. Затем куски плодов по деке 6 направляются на выделитель транспортёрного типа, состоящий из верхнего транспортёра с упругими планками 7 и нижнего сетчатого транспортёра 8.
Планки верхнего транспортёра 7, захватывают куски и, прижимая их к нижнему сетчатому транспортёру 8, протягивают их по его поверхности.
В результате этого семена проходят сквозь ячейки нижнего сетчатого транспортёра 8, а корка сбрасывается на отводной цепочно-планчатый транспортёр 10 и выводится-из комбайна в сменные тележки, с помощью которых осуществляется её"транспортировка к местам утилизации. Вместе с семенами сквозь ячейки?сетчатого транспортёра могут пройти мелкая корка, мезга-и. сок. Отделение корки осуществляется на решетном стане 9, находящимся под сетчатым транспортёром в виде регулируемых решёт 9.
Выделенные семена шнеком с эластичным ободом 11, подаются в бункер-накопитель семян комбайна: Из него они выгрузным? шнеком направляются на- дальнейшую отмывку и сушку. Сок и мезга, попадающая вместе с семенами в шнек 11, через специальный выход 12, выводятся из машины для их дальнейшей утилизации. Корка, оставшаяся после отделения семян на решетах, сходом поступает на отводной транспортёр 10.
В ходе испытаний было переработано 200 тонн тыквы, в том числе 140 тонн сорта Волжская серая - 92; и 60-тонн сорта Крупноплодная - 1.
Полученные в ходе полевых испытаний эксплутационно-технологические показатели представлены в таблице 6.1.
Для определения экономической эффективности от внедрения результатов исследований и выявления целесообразности создания выделителя семян тыквенных культур по принятой схеме, были произведены сравнительные расчёты технико-экономических показателей его работы и серийно выпускаемого выделителя ВБЛ-20, входящего в комплект технологической линии для выделения и доработки семян тыквенных культур ЛСБ-20 [16, 145].
В расчётах использовалась методика эксплутационно-технологической оценки и определения экономической эффективности применения в сельском хозяйстве результатов НИР и ОКР, новой техники, изобретений, для вновь проектируемых машин на стадии технического задания согласно ГОСТа Р 52778 - 2007. «Испытания сельскохозяйственной техники. Методы эксплуатационно-технологической оценки» и ГОСТа Р 53056 - 2008. «Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки» [65, 66, 128], а также технические характеристики выделителей (таблица 6.1П), нормативные данные, прейскуранты оптовых цен и другие справочные материалы.
Таким образом применение выделителя семян с истирающим отделяющим, аппаратом даёт возможность (таблица 6.2) увеличить производительность труда в 2,1 раза, снизить затраты труда на 52,3%, срок окупаемости данной, конструкции только за счет снижения потерь семян - 6 лет.
