PROCES SEPARACJI MIESZANINY TECHNOLOGICZNEJ NA GÓRCE PALCOWEJ KOMBAJNU DO ZBIORU ZIEMNIAKÓW

Transkrypt

1 InŜynieria Rolnica 1/006 Wojciech Tanaś, Marcin Zawierucha Katedra Masynonawstwa Rolnicego Akademia Rolnica w Lublinie PROCES SEPARACJI MIESZANINY TECHNOLOGICZNEJ NA GÓRCE PALCOWEJ KOMBAJNU DO ZBIORU ZIEMNIAKÓW Strescenie W publikacji predstawiono analię procesu separacji miesaniny technologicnej na górce palcowej oddielaca łęt kombajnu do bioru iemniaków. Uwględniono wpływ róŝnic właściwości mechanicnych poscególnych komponentów na proces separacji Słowa klucowe: biór iemniaków, kombajn, separacja, właściwości mechanicne iemniaków, gleba, restki roślinne Wprowadenie Jedną reerw wyŝki jakości bioru iemniaków pry biore kombajnowym jest poprawa procesu separacji brył gleby na górce palcowej. Zdolność separującą górki palcowej moŝna więksyć pre wykorystanie całego kompleksu mechanicnych właściwości według, których achodi rodielenie bulw iemniaka i brył gleby a scególnie róŝnicy: mas, spręŝystości i współcynnika tarcia. W tym celu naleŝy optymaliować parametry espołu podającego, najcęściej transportera prenośnikowego i górki palcowej, a takŝe określić ich wajemne połoŝenie. Materiał, metody, wyniki badań W kombajnach i kopackoładowacach do bioru iemniaków jakość rodiału miesaniny technologicnej w nacnym stopniu aleŝy od toru lotu iemniaków i brył gleby po oderwaniu się od espołu podającego, tj. od róŝnicy międy wdłuŝnymi współrędnymi punktów padania rodielanych komponentów na powierchni górki palcowej. (#$

2 Jb]V\XV[ MTj\XehV[T Odległość ta będie aleŝeć od prędkości pocątkowych brył V g i iemniaków V. Prędkości V g i V są funkcjami kąta nachylenia transportera podającego α i prędkości jego prenośnika U [3]. Dla określenia aleŝności V g (,U ) α i V ( α,u ) preprowadono badania laboratoryjne na stanowisku budowanym prenośnika podającego i górki palcowej. Na podstawie badań wstępnych określono akresy wariacji parametrów α i u odpowiednio α = 0.8 i U = 0,94.1,46 m/s. Kodowane wartości X 1 i X parametrów α i u określono aleŝności (1). ( 4) X 1 = α 4 (1) ( 1, ) X = U 0,6 Preprowadone badania pokaały, Ŝe wartości prędkości brył gleby pokrywają się prędkością prenośnika podającego V g = U. Z uwględnieniem aleŝności (1) otrymano adekwatne modele wielkości = 0,6x + 1,0 = 0,45 0,37x Po wprowadeniu funkcji optymaliacji V V i podstawieniu wartości g V g i Vg i V ,18 x + 0,08x () Q = V g V (3) V równań () w aleŝności (5) preanaliowano otrymane wyraŝenie na maksimum i otrymano optymalne wartości odpowiednio α = 8 i U = 1,4 m/s. Następnie preanaliowano proces separacji iemniaków wg spręŝystości i masy w momencie ich padania na powierchnię górki (rys. 1). Proces separacji bulw ropocyna się w momencie ukośnego uderenia iemniaków i brył gleby o powierchnię górki palcowej. (#%

3 CebVXf fxctetv]\ `\XfmTa\al!!! Rys. 1. Fig. 1. Warunki separacji iemniaków wg spręŝystości Conditions for potato separation according to elasticity Dięki róŝnym wartościom współcynników spręŝystości i tarcia badanych komponentów róŝniących się masą, odległości lotu współmiernych iemniaków i grudek gleby po udereniu będą niejednakowe S > S. ZaleŜność tę moŝna apisać następująco: ε = m M U NUτ U N tgβ Sg < S = + g cosβ g cosβ ε Z K gx cosβ U N = V XZ sin( α + β ) tk Vx cosα gx sinβ Ur = ( 1 λ ) V x cos( α + β ) + Vx cosα Vx cosα = X µ V cos α + g( atgβ + b) µ V g g cosα (4) (5) (6) (7) (#&

4 Jb]V\XV[ MTj\XehV[T m masa iemniaka, M masa górnej cęści prenośnika górki palcowej, V x = V cosα prędkość iemniaka wdłuŝ osi 0X, α i β kąty nachylenia prenośnika podającego i górki palcowej, K współcynnik spręŝystości, λ współcynnik tarcia chwilowego pry udereniu iemniaka o powierchnię górki palcowej, µ = tgβ tgα, a 1, b 1 parametry (konstrukcyjne) ustawienia górki palcowej wględem prenośnika podającego. Dla skutecnej separacji iemniaków wg spręŝystości i masy górkę palcową naleŝy usytuować w odległości a1opt. wdłuŝnie. Odległość tę moŝna wynacyć aleŝności 8: S g r g Z [ X ( r + ) β ] < ( X S cosβ ) > a > ( X S cosβ ) g cos g 1. (8) odległość odbicia brył gleby, promień wału napędowego górki uwględnieniem wysokości palców, martwa strefa górki palcowej. Rowiąanie równań 4, 5, 6, 7 i 8 daje a 1opt. = 0, m. Wysokość b 1 poostaje be mian. Ziemniaki poostające po odbiciu na powierchni górki palcowej będą podnosone w górę wra bryłami gleby. W tym momencie na bewględną prędkość iemniaków U będą miały wpływ wględna prędkość odbicia U i prędkość uwarun- kowana pryspieseniem centrum masy iemniaka U ora prędkość premiescania powierchni górki V p U ( ) opt ϖ τ = V U τ U ϖ (9) p + Odpowiednio premiescenie iemniaka po powierchni górki będie: ( ) X = X X τ X ϖ (10) p + (#'

5 CebVXf fxctetv]\ `\XfmTa\al!!! X premiescenie powierchni górki w casie t, p X τ premiescenie iemniaka po odbiciu, X premiescenie brył pod wpływem pryspieseń centrum masy. ϖ Na podstawie badań Pietrowa [1984] pryspiesenie centrum masy iemniaka moŝna określić aleŝności: a ϖ 5 = g cosβ 7 ( tgβ tgϕ ) ϕ kąt tarcia tocnego iemniaka o powierchnię górki. (11) Wtedy wartość premiescenia iemniaka w górną strefę górki w casie t moŝna określić aleŝności: 5 ( V U ) t g cosβ ( tgβ tg ) t T = p τ ϕ (1) 14 Rowiąanie równania (1) pokauje, Ŝe maksymalne premiescenie duŝych bulw Tmax = 0, 1 m. Po osiągnięciu tej wartości iemniaki będą stacać się w dolną strefę górki, tn. na odcinku T powierchni górki będie achodić rodiał iemniaków od gleby max wskutek róŝnicy właściwości frakcyjnych. Ziemniaki o nieregularnym, łoŝonym kstałcie, które nie oddieliły się od brył iemi mogą ostać wyniesione poa górkę, co mogłoby spowodować dodatkowe straty plonu. Stratom tym preciwdiałać ma usytuowany w górnej cęści górki palcowej odrutnik krywkowy, budowany krywek i rolek. Odrutnik amontowano od wewnętrnej strony górki palcowej. Odległość amontowania odrutnika określono aleŝności: c długość krywki. ( r + ) cos c l = Tmax + S β + (13) (#(

6 Jb]V\XV[ MTj\XehV[T Na podstawie aleŝności (13) otrymujemy l = 0,6 0,7 m. Pry współdiałaniu krywki i rolki (rys. ) achodi podrut powierchni górki prędkością V ε V η V h = V η + V ε (14) dγ dγ = Vp cos β ( a + b) cosβ sinγ + Vp sin β + ( a b) sinβ cosγ (15) dt dt dγ dγ = Vp cos β sin β + ( a + b) sin β sinγ + Vp sin β cos β + ( a b) cos β cosγ (16) dt dt r promień rolki, a, b wymiary krywki, Ψ α kąt robocy krywki. k Rys.. Fig.. Proces rodiału iemniaków i brył gleby wg kompleksu właściwości mechanicnych The process of separating potatoes from earth lumps, according to mechanical properties complex (#)

7 CebVXf fxctetv]\ `\XfmTa\al!!! Następnie określono pocątkowe prędkości iemniaka i brył gleby w momencie oderwania się od powierchni górki pry ałoŝeniu, Ŝe prędkość V skierowana jest w dół górki a prędkość Vag brył gleby równa prędkości powierchni górki skierowana w górę. Wtedy prędkość iemniaka w momencie podrutu będie równa sumie geometrycnej prędkości powierchni górki V w punkcie B i prędkości tocenia iemniaka w dół V a. Kierunek prędkości ' h [ V V sin( β + Θ) ] + V cos ( + Θ) V = β (17) h a a ' ' V będie określony kątem rutu Ψ a prędkości Vg kątem Θ. π Ψ = + Θ γ, (18) Θ kąt określany graficnie po wynaceniu toru ruchu punktu B pry współdiałaniu krywki rolką, a γ aleŝności 19. ( β + Θ) ( ) β + Θ Va cos γ = arctg (19) Vh Va sin ' ' Pry nanych wartościach V, V g i kątów Ψ, Θ ruch iemniaków i brył wględem osi współrędnych η0ε moŝna opisać następującymi równaniami: a η V ' = t cosϕ ; ' gt ε = V t sin Ψ (0) = V ' ' gt η g h t sinθ ; ε g = V h t cosθ (1) ' h V W wiąku tym, Ŝe V > i sin Θ > cos Ψ rodiał komponentów będie następujący: iemniaki w dół górki a bryły w jej górę. Predstawiona koncepcja ostała potwierdona badaniami laboratoryjnymi. Preanaliowano aleŝność: Z,P = f(β, A, V p ) () (#*

8 Jb]V\XV[ MTj\XehV[T Z poiom aniecysceń ( cystość plonu), P straty plonu, β kąt nachylenia górki (X 1 ), A amplituda wstrąsania powierchni górki (X ), V p prędkość powierchni górki (X 3 ). Otrymano analitycny model separacji iemniaków na górce palcowej w postaci następujących równań regresji: Podsumowanie Z = 57, -,1X 1-1,8X, X 3-1,X X 3 (3) P = 0,65 0,X 1 + 0,3X + 0,X 1 X 3 0, X X 3 (4) Analia otrymanych wyników powoliła stwierdić, Ŝe kąt nachylenia górki (X 1 ) wpływa nacąco na cystość plonu a mniej na jego straty. Wra e więksaniem β oba wskaźniki mniejsają swoją wartość. Znacąco na proces separacji wpływają prędkość roboca powierchni górki (X 3 ) i amplituda jej wstrąsania (X ), pry cym wpływ ten nie jest liniowy. A atem istnieje ich optimum, kiedy cystość plonu jest maksymalna a straty minimalne. RóŜnickując równania 3 i 4 po miennych X i X 3 pry kącie nachylenia górki β = 45 otrymujemy wartości X = 0,064 i X 3 = -0,19 co odpowiednio daje A = 13,6 mm i V p = 1,01 m/s. Pry powyŝsych optymalnych wartościach A opt. =13,6 mm i V p = 1,01 m/s cystość plonu wynosiła 88,7% a straty plonu mniejsyły się o 4,5% i nie prekrocyły 7,1%. Bibliografia Mielnikow S.W Planirowanije ekspierimenta w issledowanijach sielskochochojajstwielnych procesow. Leningrad, Kolos. Pietrow G.D Kartofielieuborocnyje masyny. Masinostrojenije, Moskwa. Gach S. i in Masyny rolnice, Elementy teorii i obliceń. Wyd. SGGW SGGW-Wa. Tanaś W Rarabotka niekotorych rekomendacji po rieseniju koncepcji powysenija proiwodstwa kartofielia i owoscej. BGATU, Mińsk. (#+

9 CebVXf fxctetv]\ `\XfmTa\al!!! TECHNOLOGICAL MIXTURE SEPARATION PROCESS ON PIN HUMP IN POTATO HARVESTER Summary The work presents analysis of the technological mixture separation process on haulm separator pin hump in potato harvester. The researchers took into account the effect of differences in mechanical properties of individual components on the separation process. Key words: potato harvest/crop, harvester, separation, mechanical properties of potatoes, soil, crop residue (#,