Исследование и разработка ресурсосберегающих технологий сортировки клубней картофеля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Поробова, Ольга Борисовна

• Поробова, Ольга Борисовна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Поробова, Ольга Борисовна

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССОВ СОРТИРОВКИ КАРТОФЕЛЯ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ 11 ПРОИЗВОДСТВЕ.

1.1 Клубни, корнеплоды: их характеристики и использование.

1.2 Калибрование клубней картофеля по размерным признакам.

1.3 Существующие технологические приемы калибровки и выбраковки овощеводческой продукции.

1.4. Интенсификация процессов сепарирования клубней картофеля.

1.5 Выводы и задачи исследований.

1.6 На защиту выносятся следующие положения.

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГРОХОТНОГО И ЦЕНТРОБЕЖНОГО КЛАССИФИКАТОРОВ.

2.1 Функционально-морфологический анализ машин для калибрования тел на фракции.

2.1.1 Модель функционирования картофелесортировки.

2.2 Снижение энергоемкости машин для послеуборочной обработки клубней картофеля.

2.2.1 Сравнительный анализ энергетических моделей сортировок.

2.2.1.1 Разделение на плоскорешетном грохоте.

2.2.1.2 Разделение на установке центробежной сортировки.

2.3 Разработка и исследование процесса центробежной сортировки на лабораторной установке.

2.4 Выводы по главе.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ К ОБОСНОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КЛАССИФИКАТОРА С ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.

3.1 Размерно-массовые и статистические характеристики клубней и вороха картофеля.

3.2 Определение условий пропускной способности сортировальных поверхностей с различными формами калибрующих отверстий.

3.3 Определение условий транспортирования клубней по вращающемуся решету.

3.3.1 Плоскопараллельное движение.

3.3.2 Сферическое движение.

3.3.3 Определение угловой скорости из условия статического состояния клубня.

3.4 Выводы по главе.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

УСТАНОВКИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СОРТИРОВКИ.

4.1 Программа проведения экспериментальных исследований.

4.2. Методика экспериментальных исследований.

4.2.1. Объект исследований.

4.2.2. Критерий оптимизации. Выбор и обоснование факторов, пределы их варьирования.

4.2.3. Измерительные устройства, приборы и оборудование.

4.2.4 Методика исследования свойств эластичной сепарирующей поверхности.

4.2.5. Методика исследования ориентации и просеиваемости клубней.

4.2.6 Методика экспериментальных исследований по оптимизации параметров и режимов работы центробежного классификатора с жестко-эластичной рабочей поверхностью.

4.3. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований.

4.4. Результаты экспериментальных исследований.

4.4.1. Результаты исследования свойств сепарирующей поверхности.

4.4.2 Влияние кинематических параметров на просеиваемость клубней через эластичную сетку.

4.4.3 Обоснование рациональных режимов работы установки центробежной сортировки.

4.4.3.1 Влияние конструктивных и кинематических параметров на коэффициент точности калибрования.

4.4.3.2 Полнофакторный эксперимент, оптимальные режимы работы центробежной картофелесортировки.

4.4.4. Результаты исследований в производственных условиях.

4.5 Результаты экспериментальных исследований по определению затрат энергии на технологический процесс сортировки.

4.6 Выводы по главе.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ КАРТОФЕЛЕСОРТИРОВКИ С ЖЕСТКО

ЭЛАСТИЧНОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка ресурсосберегающих технологий сортировки клубней картофеля»

Овощеводство в нашей стране является одной из самых крупных и наиболее трудоемких отраслей сельскохозяйственного производства. Переход к рыночным отношениям, проведение земельной реформы, формирование многоукладной экономики в аграрном секторе России существенно изменили систему и принципы создания новой сельскохозяйственной техники. Сложившийся диспаритет между ценой на сельскохозяйственную продукцию и ценой на оборудование и энергоносители, требуют совершенствования технологий и технических средств в производстве сельскохозяйственной продукции. В то же время, по данным министерства экономического развития, энергозатраты на единицу производимого продукта в России в 2-3 раза выше, чем у индустриально развитых стран.

В Российской Федерации наибольшую площадь посадок по сравнению с другими овощными культурами занимает картофель. Своевременное и эффективное проведение мероприятий по уборке, послеуборочной обработке и подготовке семенного материала к посадке снижает себестоимость и потери при хранении, повышает его семенные и продовольственные качества.

Какая бы технология обработки картофеля не применялась, одной из важнейших операций является разделение на фракции. Именно на нее приходится основная доля повреждений клубней, ведущих к потерям при хранении [57]. Кроме того, этот процесс энергоемок, а энергию следует рассматривать как один из двух существенных факторов эффективности производства (наряду с материальной составляющей) [62]. Продукция, изготавливаемая из сырья, приобретает за счет энергии те свойства, которые определяют ее потребность.

Энергоносители рассматриваются в экономике как предмет труда наряду с сырьем и материалами. При оценке себестоимости продукции учитываются затраты на топливо и энергию. Систематическое снижение себестоимости продукции рассматривается как одно из основных условий повышения эффективности производства. Следовательно, энергосбережение нужно рассматривать не только как средство снижения затрат на производство, но и как средство повышения его общей эффективности.

Для сортирования клубней картофеля на фракции по размерам в отечественной и зарубежной практике известны картофелесортировальные машины с различными рабочими органами: роликовыми, транспортерными, грохотными, барабанными и комбинированными [98, 157, 158]. Все они имеют свои достоинства и недостатки.

Более предпочтительной, с точки зрения снижения травмирования клубней, точности их сортирования, производительности является картофелесортировка центробежного типа с эластичной сетчатой рабочей поверхностью. Она имеют простую конструкцию, низкую стоимость, высокую производительность.

Цель работы состоит в исследовании и разработке ресурсосберегающих мероприятий и технологии фракционирования картофельного вороха.

Научная новизна. В результате работы:

• разработана и обоснована конструктивно-технологическая схема центробежного классификатора с жестко-эластичной поверхностью;

• разработаны математические модели, дающие возможность расчета энергоемкости технологического процесса;

• получены аналитические зависимости для определения геометрических и кинематических параметров нового рабочего органа;

• определены условия транспортирования клубня, рассматриваемого как твердое тело по наклонной поверхности вращающегося решета под действием центробежной силы;

• обоснованы основные энергетические параметры и режимы работы центробежного классификатора с жестко-эластичной поверхностью, ранее не применяемые в сельском хозяйстве.

Новизна технического решения подтверждена патентом Российской Федерации №2236310.

Практическая ценность работы определяется следующими основными результатами:

• разработан и испытан опытный образец лабораторной установки с производительностью 1т/ч, обеспечивающей эффективное выполнение фундаментальных и прикладных исследований;

• разработан типовой технологический процесс и передан на производственные испытания в ООО «Ижлен - Arpo»;

• в учебных пособиях для проведения лабораторных работ «Ситовой анализ» и «Изучение машин для просеивания».

Реализация результатов исследований. Работа основана на обобщении результатов исследований соискателя, выполненных самостоятельно и в содружестве с инженерами, учеными, технологами и специалистами Специального конструкторского технологического бюро «Продмаш» (Ижевск), ООО «Ижлен - Arpo» и ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА».

Для разработки исходных требований к технологии калибрования картофельного вороха на кафедре ТОПИЛ ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА» был создан опытный образец установки центробежной сортировки и внедрен в производство ООО «Ижлен - Arpo» на котором соискателем исследованы режимы работы установки при различных параметрах. После апробации образца и получения положительных результатов, разработана техническая документация на установку центробежной сортировки производительностью 8 т/ч, и передана на проектирование в ООО «СКТБ-Продмаш» г. Ижевска.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Поробова, Ольга Борисовна

4.6 Выводы по главе

1. Результаты лабораторных и производственных испытаний подтвердили правильность теоретических выводов. Использование определенных теоретически параметров и режимов работы классификатора обеспечило высокий коэффициент точности сортирования.

2. По результатам обработки данных получены следующие качественные и эксплуатационно-технические показатели для установки центробежной сортировки

Коэффициент использования технологического времени 0,98

Коэффициент надежности технологического процесса 0,98

Производительность в час чистого времени, т/ч 1,25

Производительность в час сменного времени, т/ч 0,98

Максимальная индивидуальная производительность, т/ч 1,7

Удельная металлоемкость экспериментальной установки, кг/т/ч 1,4

3. Рациональные величины факторов, определяющих точность калибрования: угол наклона к горизонту сетки решета - 5. 7° радиус решета - 900. .950 мм частота вращения рабочего органа - 0,65. 0,7 с"1

4. Примененное в классификаторе рабочее полотно из капроновых нитей с шестигранной удлиненной форой ячейки обладает высокой надежностью и пропускной способностью, в процессе работы не забивается грязью и растительными остатками. Повреждаемость клубней рабочим органом составляет 0,8. 1 %

5. Энергоемкость установки центробежной сортировки, разработанной и изготовленной по результатам исследований данной диссертации, снижена по сравнению с энергоемкостью грохотной установки в два раза.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ КАРТОФЕЛЕСОРТИРОВКИ С ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Расчет экономической эффективности использования центробежной картофелесортировки с жестко-эластичной рабочей поверхностью выполнен на основе данных, полученных при лабораторных и производственных испытаниях экспериментального образца. Разработанная конструкция установки центробежной сортировки, рабочий орган которой представляет собой круглое решето, с поверхностью выполненной из эластичной капроновой сетки с шестигранной удлиненной ячейкой имеющей жесткие продольные элементы, предназначена для калибрования картофеля на три фракции.

В настоящее время для калибрования картофеля на фракции наибольшее применение на территории Удмуртии нашли грохотные картофелесортировки, входящие в комплект картофелесортировальных пунктов. В данной машине сортирование клубней осуществляется на прямоугольных решетах, совершающих возвратно-поступательные движения.

Практика использования грохотных картофелесортировок показала, что при всех неоспоримых достоинствах данного способа сортировки у них высоки непроизводственные потери энергии, расходуемой на возвратно-поступательное движение рабочего органа. Кроме того, конструкция их такова, что для отвода каждой фракции требуется установка отдельного конвейера с самостоятельным приводом.

Предложенный экспериментальный образец имеет более высокую удельную производительность единицы продукции на единицу затраченной энергии, низкую металло-энергоемкость, а также возможность использования данного образца, как в составе комплексов, так и автономно, что при современной системе ведения картофелеводства значительно выгодно для мелкотоварных сельхозпроизводителей. Предлагаемая конструкция при сортировании семенного материала выгодно отличается низкой повреждаемостью клубней.

В качестве базового сравнимого варианта, как наиболее подходящего по техническим, технологическим и эксплуатационным показателям, выбрана грохотная картофелесортировка, работающая на базе ООО «Ижлен - Arpo». Сравниваемые устройства отличаются в первую очередь конструкцией рабочего органа, устройством привода и отводящих конвейеров, что и позволило получить экономический эффект.

При расчете применялась методика оценки сельскохозяйственных машин и определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ [26, 41, 80, 103].

Определение годового экономического эффекта основано на сопоставлении приведенных затрат на единицу продукции по базовой и новой технике, которые представляют собой сумму себестоимости и нормативной прибыли. При этом должна быть обеспечена сопоставимость сравниваемых вариантов новой и заменяемой базовой машины по объему продукции, качественным показателям работы и социальным факторам, включая влияние и на окружающую среду.

В соответствии с действующей методикой определяют затраты труда и текущие издержки на единицу продукции. Текущие издержки (приведенные затраты) складываются из затрат на заработную плату с начислениями, стоимости электроэнергии, затрат на хранение, на амортизацию и ремонт.

Оптовая цена экспериментального образца принята равной стоимости его изготовления в условиях ООО «СКТБ-ПРОДМАШ» и скорректирована на коэффициент изменения затрат в зависимости от серийного изготовления.

Исходные данные для расчета экономической эффективности использования новой картофелесортировки и расчетные данные затрат на обработку картофеля представлены в таблице 5.1. ровки с жестко-эластичной поверхностью

Показатели Обозначение Числовые значения

Базового Нового

1 Производительность, т/ч: - Основного времени; - Сменного времени Ос 8 6 10 8

2 Годовая загрузка ч т 420 420

3 Количество обслуживающего персонала чел. л 6 6

4 Тарифная ставка руб./ч: - Оператора; - Рабочего Р0 7 5,50 7 5,50

5 Оптовая цена руб. Цо 35000 36000

6 Коэффициент перевода оптовой цены в балансовую К 1,10 1,10

7 Нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений Ен 0,15 0,15

8 Норма амортизационных отчислений % а 14,2 14,2

9 Норма отчислений на ремонт % Р 9,00 9,00

10 Затраты на хранение руб./ч Зх 0,02 0,02

11 Установленная мощность электродвигателей кВт 2,5 1,2

12 Коэффициент установленной мощности электродвигателей Км 0,80 0,80

Показатели экономической эффективности использования экспериментального образца сведены в таблицы 5.2 и 5.3.

Как видно из таблицы 5.3, экспериментальный образец имеет преимущества по сравнению с грохотной картофелесортировкой. Экономический эффект от его применения составляет 44520 рублей.

Показатели Формула Числовые значения

Базового Нового

1 Балансовая цена, руб. ЦБ=Цо-к 38500 39600

2 Заработная плата, руб./т 47,5 38,25

3 Амортизационные отчисления, руб./т з - Цв'а А дс-Т-100 2,16 1,67

4 Отчисления на ремонт, руб./т о Чб-Р Р С)с - Т ■ 100 1,38 1,06

5 Удельные затраты на электроэнергию, руб./т 3 0,01 -нукм Рс 0,0033 0,0005

6 Удельные затраты на хранение, руб./т Рс 0,0033 0,0025

7 Эксплуатационные издержки, руб./т и=з+зА+зР+э+х 51,0 41,0

8 Удельные капиталовложения, руб./т к - Цб 15,27 11,78

9 Приведенные затраты, руб./т П3 =и+Ен • Куд 53,3 42,7

10 Затраты труда, чел. ч/т Зтр " Рс 1,0 0,75

11 Лимитная цена, руб. ц! ^ +ц> 1а+Ен - 46821

Показатели Расчетная формула Значение

1 Снижение затрат труда, % 3 - 3 TPs три т% 25,0

2 Снижение эксплуатационных издержек, % иг -ии Б 11 -100 иБ 19,6

3 Снижение приведенных затрат, % П-П'М00 ПБ 19,8

4 Снижение удельных капиталовложений, % К — к Уд Б УДн j qq КУДБ 22,8

5 Годовой экономический эффект по приведенным затратам, руб./т Эгп = ПБ -ПН 10,6

6 Годовой экономический эффект на машину, руб. Эг = ЭГп • Т • Q 44520

7 Срок окупаемости капиталовложений, лет т ДБ 1 ОК - ^ 0,86

Применение нового рабочего органа из эластичной капроновой сетки с жесткими продольными элементами, способного обрабатывать продовольственный и семенной материал картофеля при низкой степени повреждаемости клубней и достаточно высокой удельной производительности позволяет значительно сократить потери продукции при хранении и повысить качество работы сажалок.

Соответствующую прибыль можно получить за счет снижения уровня повреждаемости клубней в процессе калибрования. В таблице 5.4 приведены данные, характеризующие величину потерь клубней при хранении в результате нанесенных им повреждений перед закладкой на хранение [23, 106]. Количество обработанной продукции за сезон определяется по формуле:

ЗсУ,=<Ж„Тс (5.1) где С) - производительность машины за час основного времени, т/час;

Ки - коэффициент использования рабочего времени смены, Ки = 0,6.0,85 [73,74];

Реум. — 10 0,8 • 200 = 1600 т. Выход готовой продукции в среднем составляет 90 % [73, 74]. Исходя из этого условия, количество продовольственного картофеля, выделенного за сезон, составит 1440 т.