KOMITET TECHNIKI ROLNICZEJ PAN POLSKIE TOWARZYSTWO INŻYNIERII ROLNICZEJ INŻYNIERIA ROLNICZA. Rok XIII 7(116)

Transkrypt

1 KOMITET TECHNIKI ROLNICZEJ PAN POLSKIE TOWARZYSTWO INŻYNIERII ROLNICZEJ INŻYNIERIA ROLNICZA Rok XIII 7(116) Kraków 009

2 RADA PROGRAMOWA czł. rzecz. PAN prof. dr hab. inż. Janusz Haman czł. rzecz. PAN prof. dr hab. inż. Rudolf Michałek prof. dr hab. inż. Małgorzata Bzowska-Bakalarz prof. dr hab. inż. Stanisław Pabis prof. dr hab. inż. Tadeusz Rawa prof. dr hab. inż. Józef Szlachta prof. dr hab. inż. Zdzisław Wójcicki prof. dr hab. inż. Jan Dawidowski prof. dr hab. inż. Jerzy Weres przewodniczący wiceprzewodniczący CZŁONKOWIE ZAGRANICZNI prof. Gerard Wiliam Isaacs (USA) czł. zagr. PAN prof. Stefan Cenkowski (Kanada) prof. Jürgen Hahn (Niemcy) prof. Radomir Adamovsky (Rep. Czeska) prof. Oleg Sidorczuk (Ukraina) KOMITET REDAKCYJNY czł. rzecz. PAN prof. dr hab. inż. Rudolf Michałek czł. rzecz. PAN prof. dr hab. inż. Janusz Haman prof. dr hab. inż. Janusz Laskowski dr inż. Maciej Kuboń redaktor naczelny sekretarz RECENZENCI Prof. dr hab. Stanisław Grundas Prof. dr hab. Elżbieta Kusińska Instytut Agrofizyki PAN Lublin Uniwersytet Przyrodniczy Lublin Wydawca Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej Praca wykonana w Katedrze Maszyn Roboczych i Procesów Separacji Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie Druk i oprawa: S.C. DRUKROL (Kraków, al. 9 Listopada 46) tel. (01) Nakład: 150 egzemplarzy

3 Rozprawy habilitacyjne Nr 31 Dariusz Jan Choszcz Efektywność rozdzielania mieszaniny nasion rzepaku i przytulii czepnej w separatorze z taśmą pętelkową (rozprawa habilitacyjna) 3

4 Efektywność rozdzielania mieszaniny... Spis treści WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ WPROWADZENIE STAN BADAŃ NAD SKUTECZNOŚCIĄ CZYSZCZENIA NASION RZEPAKU Skuteczność czyszczenia nasion rzepaku w urządzeniach stosowanych w liniach technologicznych Zmodernizowane i nowe rozwiązania konstrukcyjne urządzeń czyszczących CEL PRACY MATERIAŁ I METODY Proces rozdzielania mieszaniny rzepaku i przytulii czepnej Badania wybranych cech fizycznych nasion Materiał badawczy Liczebność prób Wilgotność nasion Cechy geometryczne Siła czepności nasion przytulii czepnej Masa 1000 nasion Metody statystyczne Badania na stanowisku Materiał doświadczalny Obiekt badań Czynniki doświadczalne Procedura eksperymentu Analiza statystyczna WYNIKI BADAŃ Cechy fizyczne nasion Cechy geometryczne Siła czepności haczykowatych szczecinek nasion przytulii czepnej Masa 1000 nasion Wilgotność składników mieszaniny Parametry konstrukcyjne separatora Teoretyczna efektywność rozdzielania mieszaniny Skuteczność wydzielania nasion przytuli czepnej Straty nasion rzepaku Wydajność procesu... 68

5 Dariusz Jan Choszcz 5.4. Efektywność rozdzielania mieszaniny na stanowisku badawczym Skuteczność wydzielania nasion przytuli czepnej Straty nasion rzepaku Skuteczność rozdzielania mieszaniny PODSUMOWANIE I DYSKUSJA WYNIKÓW WNIOSKI BIBLIOGRAFIA STRESZCZENIE SUMMARY

6 Efektywność rozdzielania mieszaniny... WYKAZ SKRÓTÓW a, b, c podstawowe wymiary składników mieszaniny, odpowiednio: długość, szerokość i grubość [mm], d max maksymalna średnica nasion występujących w mieszaninie [mm], minimalna średnica nasion występujących w mieszaninie [mm], d min d d d d 1 średnia średnica nasion występujących w mieszaninie [mm], średnica zastępcza nasion [mm], średnia średnica nasion rzepaku [mm], średnia średnica nasion przytulii czepnej [mm], ˆd oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (d 1 ), 1 ˆd oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (d ), średnica nasion przytulii czepnej wraz z haczykowatymi szczecinkami [mm], maksymalna średnica nasion przytulii czepnej [mm], siła czepności haczykowatych szczecinek nasiona przytulii czepnej do poliamidowego podłoża zakończonego pętelkami [mn], siła czepności haczykowatych szczecinek nasion przytulii czepnej do poliamidowego podłoża zakończonego pętelkami w płaszczyźnie prostopadłej, siła normalna [mn], d z d max F cz F p Fˆ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (F p p ), siła czepności haczykowatych szczecinek nasion przytulii czepnej do poliamidowego podłoża zakończonego pętelkami w płaszczyźnie równoległej, siła styczna [mn], Fˆ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (F r r ), F dystrybuanta średnicy nasion przytulii czepnej, F r G 1 G ( d ) F ( Fp ) dystrybuanta siły normalnej siła czepności haczykowatych szczecinek nasion przytulii czepnej do poliamidowego podłoża zakończonego pętelkami w płaszczyźnie prostopadłej siła ciężkości nasiona rzepaku [mn], siła ciężkości nasiona przytulii czepnej [mn], odległość ustawienia zgarniaka od przenośnika dolnego [mm], współczynnik restytucji, h K l długość strefy docisku [mm], m przedział ufności dla średniej, m * wartość oczekiwana zmiennej logarytmicznej (F r ),

7 Dariusz Jan Choszcz m 1 masa nasiona rzepaku [mg], ˆm 1 oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (m 1 ), m masa nasiona przytulii czepnej [mg], ˆm oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (m ), m p masa nasion przytulii czepnej wydzielona w zbiorniku na zanieczyszczenia [g], m rz masa nasion rzepaku wydzielona w zbiorniku na produkt [g], M 1 masa 1000 nasion rzepaku [g], ˆM 1 oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (M 1 ), M masa 1000 nasion przytulii czepnej [g], ˆM oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (M ), M m jednostkowe obciążenie powierzchni mieszaniną przy pełnym jej zapełnieniu [kg m - ], M Qs jednostkowe obciążenie powierzchni mieszaniną [kg m - ], M pp masa nasion przytulii w próbce przed rozdzielaniem [g], M prz masa nasion rzepaku w próbce przed rozdzielaniem [g], M p jednostkowe obciążenie powierzchni nasionami przytulii czepnej [kg m - ], M rz jednostkowe obciążenie powierzchni nasionami rzepaku [kg m - ], Ms 1 masa próbki przed suszeniem [g], Ms masa próbki po zakończeniu suszenia [g], n 0 przyjęta liczba powtórzeń pomiarów, n niezbędna liczba powtórzeń pomiarów, r 1 promień nasiona rzepaku [mm], r promień nasiona przytulii czepnej [mm], r promień bębna przenośnika [mm], s odchylenie standardowe obciążone, ŝ odchylenie standardowe nieobciążone, s 1 odchylenie standardowe średnicy nasion rzepaku, s odchylenie standardowe średnicy nasion przytulii czepnej, s * odchylenie standardowe zmiennej logarytmicznej (F r ), S zczelina między taśmami [mm], S r szczelina robocza [mm], S p długość poliamidowych pętelek [mm], Q h jednostkowa wydajność procesu czyszczenia przypadająca na 1 m szerokości taśmy separatora [kg h -1 m -1 ], Q s współczynnik statycznego obciążenia taśmy, t wartość rozkładu t-studenta dla współczynnika ufności 1- =0,95, u z udział masowy nasion przytulii czepnej w mieszaninie [%], v prędkość liniowa taśm przenośników separatora [m s -1 ], v 1 prędkość nasiona rzepaku po opuszczeniu przenośnika dolnego [m s -1 ], v prędkość nasiona przytulii czepnej po odczepieniu od przenośnika górnego [m s -1 ], v 0 prędkość początkowa spadającego nasiona przytulii czepnej [m s -1 ], 76

8 Efektywność rozdzielania mieszaniny... w 1 wilgotność nasion rzepaku [%], w wilgotność nasion przytulii czepnej [%], ŵ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej (w ), w S1 współczynnik sferyczności nasion rzepaku, w S współczynnik sferyczności nasion przytulii czepnej, W p początkowa wilgotność próbki nasion [%], W k wymagana wilgotność próbki nasion [%], W s współczynnik sferyczności, V z współczynnik zmienności [%], W m wilgotność mieszaniny [%], X zmienna niezależna (objaśniająca), Y zmienna zależna (objaśniana), Ŷ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej Y, Z straty nasion rzepaku [%], Ẑ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej Z, z max założony błąd szacunku wartości danej cechy, wyznaczony maksymalny błąd szacunku, skuteczność rozdzielania mieszaniny [%], ˆ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej ( ), 0, 1,,..., n parametry strukturalne równań, odchylenia losowe, χ obl p(χ obl) obliczona wartość statystyki chi-kwadrat, prawdopodobieństwo przekroczenia obliczonej wartości statystyki chikwadrat, ti teoretyczna skuteczność zaczepiania się nasion przytulii w strefie rozdziału [%], tii teoretyczna skuteczność wynoszenia zaczepionych nasion przytulii czepnej przenośnikiem górnym w strefie rozdziału [%], t całkowita (teoretyczna) skuteczność wydzielania nasion przytulii czepnej [%], skuteczność wydzielania nasion przytulii czepnej [%], ˆ oczekiwana wartość zmiennej objaśnianej ( ), prędkość kątowa bębna [rad s -1 ],

9 Dariusz Jan Choszcz STRESZCZENIE W pracy przedstawiono zagadnienia dotyczące rozdzielania mieszaniny na dwa składniki: nasiona gatunku podstawowego (rzepaku) oraz nasiona stanowiące zanieczyszczenie (przytulii czepnej). Do separacji składników mieszaniny wykorzystano nowy, opracowany według koncepcji autora, separator taśmowy, w którym jako element rozdzielczy zastosowano poliamidową taśmę zakończoną pętelkami. Określono wpływ podstawowych czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych separatora na skuteczność rozdzielania mieszaniny. Oceniono również skuteczność rozdzielcza separatora pod względem wymagań jakościowych dotyczących czystości produktu i możliwości ograniczenia strat nasion rzepaku. Stwierdzono, że separator taśmowy, w którym rozdział mieszaniny nasion rzepaku i przytulii czepnej jest oparty na wykorzystaniu różnic w teksturze jej składników, charakteryzuje się wysoką skutecznością rozdzielania mieszaniny, która może wynosić ponad 99%. Dla wilgotności mieszaniny wynoszącej 14%, skuteczność wydzielania nasion przytulii czepnej może osiągnąć 99,8%, przy stratach nasion rzepaku wynoszących 0,63%. Wyznaczono parametry konstrukcyjnoeksploatacyjne, przy jakich powinno być prowadzone rozdzielanie składników mieszaniny w proponowanym separatorze. Przedstawiono modele matematyczne umożliwiające prognozowanie wskaźników oceny jakości rozdzielania mieszaniny. Słowa kluczowe: mieszanina, nasiona rzepaku i przytulii czepnej, separator z pętelkową taśmą poliamidową, skuteczność rozdzielania 78

10 Efektywność rozdzielania mieszaniny... SEPARATION EFFICIENCY FOR MIXTURE OF RAPE AND CLEAVERS SEEDS IN A SEPARATOR WITH LOOPED BELT Abstract. The paper presents the issues concerning mixture separation into two ingredients: basic species seeds (rape) and seeds considered to be impurities (cleavers - Galium aparine L.). A new belt separator built according to author s concept has been used to separate mixture ingredients. A polyamide belt terminated with small loops has been used in it as the separating element. The authors determined the impact of basic constructional and operating factors of the separator on mixture separation efficiency. Moreover, they evaluated operating efficiency of the separator in respect of qualitative requirements concerning product purity and possibility to reduce rape seeds losses. It has been found that belt separator, in which separation of rape and cleavers seeds mixture is based on using differences in texture of its components, is characterised by high mixture separation efficiency that may exceed 99%. For mixture humidity of 14%, efficiency in separation of cleavers seeds may reach 99.8%, with rape seeds losses amounting to 0.63%. The research allowed to determine constructional and operating parameters, at which separation of mixture components in the proposed separator should be carried out. The work presents mathematical models allowing to forecast quality assessment indexes for mixture separation. Key words: mixture, rape and cleavers seeds, separator with looped polyamide belt, separation efficiency