PARAMETRY KONSTRUKCYJNE ROLKOWEGO SEPARATORA CZYSZCZĄCEGO DO ZIEMNIAKÓW

Transkrypt

1 Inżynieria Rolnicza 0(08)/2008 PARAMETRY KONSTRUKCYJNE ROLKOWEGO SEPARATORA CZYSZCZĄCEGO DO ZIEMNIAKÓW Wojciech Tanaś Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Streszczenie: W publikacji przedstawiono jedną z możliwości zwiększenia intensywności procesu separacji w maszynach do zbioru ziemniaków poprzez zastosowanie rolkowego separatora czyszczącego. Rozpatrzono układy sił działające w różnych płaszczyznach na bulwę znajdującą się na rolkach separatora. Określono jego parametry konstrukcyjne i kinematyczne. Słowa kluczowe: ziemniak, separacja, separator rolkowy, parametr konstrukcyjny Wprowadzenie Z analizy procesów technologicznych maszyn do zbioru i obróbki pozbiorowej ziemniaków wynika, że znaczącą rezerwę zwiększenia ich eektywności jest doskonalenie procesu separacji poprzez jej intensyikację i obniżenie poziomu uszkodzeń bulw ziemniaków [Lisowski 999; Marks i in. 997; Tanaś 200]. Jednym z perspektywicznych kierunków w separacji mieszaniny technologicznej jest zastosowanie wzdłużnych walcowo-rolkowych oczyszczaczy (separujących parami) współbieżnych, z których jeden na swojej powierzchni posiada spiralny występ [Pietrow 984; Tanaś 2007]. W celu określenia podstawowych konstrukcyjnych parametrów omawianego urządzenia należy rozpatrzyć współdziałanie bulwy ziemniaka z walcami wzdłużnego rolkowego oczyszczacza [Gach i in. 99; Pietrow 984]. Materiał, metody, wyniki analizy Przy obrocie walców spiralny występ przemieszczając ziemniaki jednocześnie usuwa z nich zanieczyszczenia (resztki glebowe i roślinne) i kieruje je w szczelinę między walcami. W rozważaniach przyjmujemy, że kształt bulw jest kulisty. Na bulwę znajdującą się na powierzchni walców oddziaływują: siła ciężkości, siła nacisku od strony spiralnego występu, siły tarcia o powierzchnię walców, skierowane stycznie, siła tarcia, skierowana wzdłużnie oraz siła po stycznej w punkcie styku ziemniaka ze spiralnym występem. 26

2 Wojciech Tanaś Dla lepszej przejrzystości procesu rozpatrzymy działanie sił w dwóch płaszczyznach: prostopadłej do osi obrotu walców, rys. i równoległej do wzdłużnej osi walców, rys. 2. Przy obrocie walców zjawisko klinowania bulw będzie wyeliminowane, gdy równoważna siłom tarcia i nacisku bulwy na rolkę będzie skierowana pod dodatnim kątem do poziomu. Wtedy : N tgα > N () = tgϕ (2) ϕ współczynnik tarcia, kąt tarcia. Rys.. Fig.. Schemat działania sił na bulwę w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu rolek Diagram showing action o orces on a tuber in the plane perpendicular to rotation axis o rollers Stąd otrzymujemy: tg α > tgϕ (3) α > ϕ Rozpatrując trójkąt OO K otrzymujemy: ( R ( D + r ) cosα = R + c 2 + d ) cosα = D + c (4) 262

3 Parametry konstrukcyjne... D średnica rolki, d średnica bulwy, c szczelina między rolkami. Przy warunku granicznym α = φ i minimalnym rozmiarze bulw d = 25 mm otrzymujemy: d cosϕ c D = (5) cosϕ Wielkość średnicy rolki zależy od minimalnego wymiaru bulw, rodzaju materiału, jej powierzchni i szczeliny między rolkami. Przy ruchu ziemniaków wzdłuż walców bulwy nie będą się klinować w szczelinie między nimi przy spełnieniu warunku: P tgγ > F (6) γ przy kąt nachylenia spirali występu na powierzchni rolki. F = P = P tgϕ (7) otrzymujemy: P tgγ > P tgϕ lub γ > ϕ. (8) Rys. 2. Fig. 2. Schemat działania sił na bulwę ziemniaka w płaszczyźnie równoległej do wzdłużnej osi obrotu rolek Diagram showing action o orces on a tuber in the plane parallel to roll rotation axis o rollers 263

4 Wojciech Tanaś Bulwa będzie przemieszczać się wzdłuż osi walców, jeżeli wzdłużne składowe siły nacisku będą większe od siły tarcia: Przyjmując ponieważ na rys. i możemy zapisać: lub Py F + F 2 + F cosγ r r r F = F = N, N + N = G (0) 2 2 F N = 05, G sin α (9) () = P = Py (2) cosγ P G + Py cosγ (3) y sinα cosγ G Py. (4) sinα ( ) Rys. 3. Fig. 3. Schemat działania momentów sił na bulwę. Diagram showing action o orce moments on a tuber Aby uniknąć wyrzucanie bulw przez walce oczyszczające, moment poprzecznej składowej siły nacisku spiralnego występu na bulwę powinien być mniejszy lub równy momentowi siły składowej nacisku bulwy na powierzchnię walca: Px h G h (5) 2 264

5 Parametry konstrukcyjne... Przyjmując wysokość spiralnego występu równą szczelinie między walcami otrzymujemy: Na podstawie wyrażenia: h = c sinα (6) h 2 = r cos α P x = P y ctgγ (7) i po podstawieniu wielkości P y z wyrażenia 2 otrzymujemy: G ctgγ c sinα G r cosα = 05, G r cosα = 05, G d cosα sinα ( ) G ctgγ c 05, G d cosα ctgγ c 05, d cosα (8) (9) (20) a na podstawie wyrażenia 2: Wtedy z warunku: d + c cos α = (2) D + d d + c ctgγ c 0,5 d (22) D + d można określić średnicę rolki: 0,5 d ( d + c) ( ) d ctgγ c D (23) ctgγ c Z zależności 23 wynika, że wielkość średnicy walca zależy od wymiaru bulwy, szczeliny między walcami, rodzaju materiału walców i kąta nachylenia spiralnego występu. Przy plonie ziemniaków H = 40 t ha -, prędkości roboczej V r = 0,8 m s - i szerokości roboczej dwurzędowej maszyny B =,4 m otrzymujemy zasilanie bulwami q = 4,5 kg s -, a w sztukach na sekundę przy średniej masie bulwy m = 0,2 kg q szt = 37 szt. s -. Przyjmując powyższe założenie i średni wymiar bulw d = 60 mm można określić wielkość minimalnej prędkości ich przemieszczania na rolkowym separatorze. W celu uniknięcia spiętrzania ziemniaków na roboczej powierzchni wielkość prędkości powinna wynosić: k liczba par rolek. V q = szt d (24) k 265

6 Wojciech Tanaś Podstawiając wartości q i d otrzymujemy z wyrażenia (22) zależność na prędkość przemieszczania ziemniaków: V = 2, 22 (25) k Częstotliwość obrotów walców separatora określimy z zależności: t V 60 n = min (26) t skok spiralnego występu, D t = (27) tgγ γ kąt nachylenia spiralnego występu. Ostatecznie zależności na n i D mają następującą postać: 2, tgγ n = (28) k D 2, tgγ D = (29) n k Przy n = 00 min -, γ = 30 i k = 0 otrzymujemy D = 0,064 m. Na podstawie wyrażenia 2 określimy wielkość szczeliny między walcami: c = ( D + d ) cosα D przy: d = 25 mm, D = 64 mm i α = φ = 20 c ( ) 0, a przy: d = 20 mm c = 5. Szerokość robocza separatora można określić z zależności: B = ( 2 D + c ) k (30) Na podstawie obliczeń B =,43 m, co konstrukcyjnie odpowiada szerokości roboczej dwurzędowych maszyn do zbioru ziemniaków. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonego toku teoretycznych rozważań i obliczeń określono wyjściowe wielkości podstawowych parametrów i zakresów roboczych wzdłużnego rolkowo-walcowego separatora czyszczącego do ziemniaków. 266

7 Parametry konstrukcyjne... Otrzymano następujące optymalne wartości:. D = 0,064 m, 2. c = 5 mm, 3. γ = 30 o 4. h = 4 mm, 5. n = 00 min - 6. materiał rolek polipropylen 7. φ = 20. Bibliograia Gach S., Kluczewsk J., Waszkiewicz Cz. 99. Maszyny rolnicze. Elementy teorii i obliczeń. Wyd. SGGW Warszawa. ISBN Lisowski A Modele matematyczne opisujące pracę agregatu do zbioru ziemniaków. Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej. Nr 6. s Marks N., Baran D., Baran P., Krzysztoik B., Sobol Z Wpływ nowej techniki uprawy na powstawanie mechanicznych uszkodzeń bulw ziemniaka podczas zmechanizowanego zbioru. Inżynieria Rolnicza. Nr (). Warszawa. s Pietrow G.D Kartoiekieubrocznyje masziny. Maszinostrojenij, Moskwa, s Tanaś W Razrabotka niekotorych rekomendacji po rieszeniju koncepcji powyszenija proizwodstwa kartoielia i owoszczej. BGATU, Mińsk. Tanaś W Eektywność wykorzystania zmodernizowanej górki palcowej w maszynach do zbioru ziemniaków. Inżynieria Rolnicza. Nr 9(96). Kraków. s DESIGN PARAMETERS OF A ROLLER-TYPE POTATO CLEANING SEPARATOR Abstract. The publication presents one o the possibilities allowing to increase separation process intensity in potato harvesting machines by means o implementing a roller-type cleaning separator. Force systems were examined that act in dierent planes on a tuber lying on separator rollers. Design and kinematic parameters were determined or the unit. Key words: potatoes, separation, roll separator-cleaner, constructional parameter Adres do korespondencji: Tanaś Wojciech; wojciech.tanas@up.lublin.pl Katedra Maszynoznawstwa Rolniczego Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Głęboka Lublin 267

8