В результате анализа установлено, что для повышения эффективности процесса калибрования клубней, сепарации почвы и снижения повреждений картофеля одним из перспективных направлений является применение вибрирующих роторно-пальцевых рабочих органов, обеспечивающих более быстрое направленное ориентирование клубней в калибрующие отверстия при отсутствии повреждений. В связи с вышесказанным необходимо исследовать и обосновать параметры и режимы работы вибрирующей роторно-пальцевой сепарирующе-калибрующей поверхности.

Основные задачи исследований:

1. Исследовать перемещение и ориентацию клубней картофеля при сложном виброкинематическом режиме взаимодействия с роторно-пальцевой поверхностью.

2. Провести анализ конструкций и процессов сепарирующе-калибрующих устройств.

3. Обосновать параметры конструкции универсальной вибрационной роторно-пальцевой поверхности.

4. Провести теоретические исследования по определению взаимодействия и направленному ориентированию клубней картофеля при вращения и вибрации роторов.

5. Исследовать режимы виброкинематики роторов в лабораторных условиях.

6. Изготовить экспериментальный образец вибро-ротационной сортировки.

7. Провести экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях.

8. Определить эксплуатационные показатели и экономическую эффективность устройства.

Во второй главе «Теоретические исследования по обоснованию основных параметров вибро-ротационного сепарирующе-калибрующего устройства» представлена конструктивно-технологическая схема картофелесортировки с вибрационной роторно-пальцевой поверхностью (рис.1).

Рис.1. Конструктивно-технологическая

схема картофелесортировального модуля:

А, Б - участки калибрования; 1 – ковш; 2, 6 – транспортеры; 3, 4 – роторы; 5 – сборники; 7 – контейнеры

Комбинированная рабочая поверхность ротационного типа представляет собой набор параллельных валов, на которых в шахматном порядке с перекрытием установлены пальцевые роторы соседних рядов. Унифицированная роторно-пальцевая поверхность, установленная на общей раме, позволит из нескольких рядов роторов образовывать отдельные участки: 1-й сепарации просеивающихся примесей, II-ой выделения мелких нестандартных клубней весом до 25г, III-й калибрования мелкой фракции 25-50г, IV-й средней 50-80г и V-й крупной, более 80г.

Технологическая схема работы устройства с комбинированной рабочей поверхностью следующая: посредством загрузочного транспортера ворох картофеля подается на участок сепарации для выделения просеивающихся примесей, далее путем непосредственного перехода ворох поступает на участок выделения фуража (клубней массой до 25г) и аналогичным образом на участки калибрования мелкой и средней фракций. Отсепарированные примеси и выделенные в определенную фракцию клубни, посредством выгрузных транспортеров выносятся за пределы рабочей поверхности для затаривания в емкости.

Исследования процесса разделения картофеля на фракции указывают на целесообразность поперечных колебаний ротационной сортирующей поверхности для сокращения времени ориентации клубней относительно калибрующих отверстий. Поперечные колебания приведут к направленному ориентированию клубней в том случае, если амплитуда и частота колебаний роторов не приведут к перебрасыванию клубней в поперечном направлении на соседние роторы относительно продольного перемещения. То есть перемещение клубня должно осуществляться в пределах калибрующего отверстия, расположенного между вибрирующими роторами. Таким образом, что бы при минимальном смещении центра масс клубня происходил его ограниченный поворот для ускорения процесса ориентации.

При вибрации роторов удар по клубню не является центральным. Во время удара действующий на клубень импульс имеет как нормальную составляющую так и касательную. Вследствие того, что центр тяжести О не совпадает с точкой приложения импульса S, клубень получает и вращательное движение. В момент начала контакта клубня с ротором нормальная составляющая импульса вызывает момент относительно центра тяжести клубня больший, чем момент сил инерции, и поэтому клубень получая последовательные микроудары от вибрирующего ротора переходит в положение, показанное на рис.4.

Ориентирование можно рассматривать как процесс приведения клубней из любого положения в направленное длинной осью эллипсоида вдоль калибрующего отверстия. Процесс этот характеризуется рядом количественных и качественных показателей, в зависимости от которых определяются этапы ориентирования клубней, т.е. количеством переходов из одного устойчивого положения в другое до совпадения с продольным, а также средствами и способами ориентирования клубней.

Тело в зависимости от его формы и положения на ориентирующей поверхности может занимать устойчивое, неустойчивое и хаотичное положение.

Вывести тело из устойчивого или неустойчивого положения можно, приложив к нему дополнительно активную силу или момент в том числе за счет вибрации роторов.

В этой связи энергетически устойчивое положение клубня на ориентирующих поверхностях характеризуется работой всех внешних сил, направленных на вывод клубня из занимаемого положения, причём работа внешних сил меньше приращения запаса потенциальной энергии клубня, которое он получает при выходе из заданного положения, т.е.

,

где А - работа всех внешних сил, направленная на вывод клубня из занимаемого положения;

dW - приращение потенциальной энергии клубня в пределах от W0 до Wi.

Активными могут быть силы тяжести, силы взаимодействия соприкасающихся клубней, силы воздействия ориентирующих органов, силы сопротивления, силы инерции и т.п.

Для теоретического анализа влияния вибрации роторов на клубни картофеля использована расчетная схема, представленная на рис.2.

Угол поворота клубня за i-й период колебания сортировки можно определить по формуле

, (1)

где - угол поворота в начале i-го периода колебаний;

f – коэффициент трения;

N0 – постоянная, учитывающая силу молекулярного притяжения двух тел;

J – момент инерции;

е – величина несовпадения центра масс тела и геометрического центра;

τв – общее время скольжения вперёд;

τн – общее время скольжения назад.

Рис.2. Силы, действующие на клубень при вибрации роторов в поперечном направлении.

Дифференциальные уравнения относительного движения клубня в осях XOY, связанных с вибрирующей поверхностью имеют вид

(2),

(3),

где m – масса клубня;

А и ω - соответственно амплитуда и частота колебаний поверхности;