Improving the technical device for washing root-and-tuber crops

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Достижения аграрной науки обеспечивают конкурентное развитие сельскохозяйственного производства [1–3]. Ключевое место при решении проблем которого занимают технологии и машины агропромышленного комплекса [4, 5]. Одним из основных направлений функционирования сельского хозяйства является животноводство, в частности, кормление поголовья скота и птицы. Повышению отдачи каждой кормовой единицы способствует подготовка их к скармливанию, а именно мойка и измельчение корнеклубнеплодов как важнейшего компонента рациона питания сельскохозяйственных животных. Механизации технических средств для выполнения этих операций посвящены многочисленные исследования [6–10]. Совершенствование данных технических устройств позволяет повысить качественные показатели их работы.

Цель исследований

Совершенствование установки для мойки корнеклубнеплодов посредством нового технического решения на уровне патентоспособности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование состояния вопроса по данной теме посредством обзора литературных источников. Патентный поиск технических устройств для мойки корнеклубнеплодов. Изучение принципа их функционирования и особенностей конструкции. Анализ и обобщение полученных сведений для осуществления нового конструкторского решения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Существующие установки для мойки корнеклубнеплодов имеют ряд недостатков. Например, техническое устройство для сортировки и мойки овощей, а также фруктов, составными элементами которого является загрузочный бункер, установленный в ёмкости с жидкостью вращающегося барабана снабженный калибровочными отверстиями [11]. Главный недостаток данной установки — ее конструктивная сложность.

Другой аппарат для мойки корнеклубнеплодов включает в себя: загрузочное устройство, емкость с водой и горизонтально смонтированный в ней, приводимый во вращательное движение, барабан, разграниченный на чередующиеся между собой нагнетательными и вытяжными секциями, последние снабженны отверстиями, расположенными по окружности барабана, и лопастями, закрепленными под углом к поверхности барабана. Кроме того, лопасти нагнетательных секций сориентированы навстречу вращательному движению барабана, тогда как вытяжных — в сторону вращения барабана. В полости барабана смонтирован сбрасыватель корнеклубнеплодов [12].

Ключевой недостаток этой установки — осуществление технологического процесса мойки корнеклубнеплодов с недостаточным качеством. Примером может служить работа устройства на малых скоростях вращения барабана. Нагнетательные и вытяжные секции не выполняют свои функции. Собственно, процесс мойки затормаживается, а после выгрузки часть корнеплодов задерживается в полости барабана.

Совершенствование мойки корнеклубнеплодов заключается в создании технического устройства с улучшенными эксплуатационными свойствами. Загрузочное устройство дополнительно включает в себя приемную камеру, изготовленную с возможностью реализации подачи корнеклубнеплодов от загрузочного лотка в полость барабана. Камера представляет собой полый усеченный конус, ось вращения которого совмещена с осью вращения барабана, а основание большего размера конуса меньше величины диаметра барабана и, соответственно, частично входит в его полость. Указанный конус своей боковой поверхностью жестко и герметично прикреплен к передней стенке емкости. Основание с меньшим по диаметру размером конуса изготовлено с возможностью установки в его плоскости среза подшипников под вал барабана, в том числе, жестко и герметично закрыто диском с отверстием под указанные подшипники.

Полость камеры соединена с полостью загрузочного лотка, который жестко и герметично прикреплен к камере сверху. К внутренней боковой поверхности конструкции барабана, со стороны приемной камеры, жестко смонтирован обод, к которому в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана, жестко прикреплены по меньшей мере три спицы, равномерно расположенные по окружности, свободные концы которых жестко присоединены к боковой поверхности вала барабана. Кроме того, барабанная конструкция имеет систему, создающую условие воздействия на корнеклубнеплоды, обрабатываемые текучей средой в направлении от приемной камеры вдоль барабана, а именно, по его нижней части.

Указанная система включает в себя трубчатый наконечник, герметично прикрепленный к передней стенке емкости так, что его ось вращения параллельна оси вращения барабана и лежит в одной вертикальной плоскости с осью вращения барабана. Кроме того, часть рабочего конца наконечника входит в полость барабана и установлена со стороны его нижней части. К противоположному концу наконечника, герметично прикреплен трубопровод с вентилем. Крышка барабана с направления, противоположной приемной камеры с загрузочным лотком, сформирована с образованием отверстий по окружности, оси вращения которых сдвинуты в сторону боковой поверхности барабана. Указанные отверстия снаружи защищены сеткой. В итоге, последнее обстоятельство дает возможность разработать техническое устройство для мойки корнеклубнеплодов с улучшенными эксплуатационными свойствами, что обеспечивается взаимодействием текучей среды (воздуха или воды) с корнеклубнеплодами как при осуществлении технологического процесса их мойки, так и их последующей выгрузки.

 

Рис. 1. Техническое устройство для мойки корнеклубнеплодов. Общий вид в разрезе.

Fig. 1. The technical device for washing root-and-tuber crops. Main cross-section view.

 

На рисунке 1 представлен общий вид в разрезе барабанного технического устройства для мойки корнеклубнеплодов.

Барабанное техническое устройство для мойки корнеклубнеплодов состоит из загрузочного устройства — приемной камеры 8 с загрузочным лотком 9, в том числе, емкости 1 с водой и горизонтально размещенным в ней совершаемым вращательное движение барабаном 2, разграниченным на чередующиеся между собой секции: нагнетательные, включая вытяжные (на рисунке они пронумерованы соответственно чередой нагнетательных — 13, а также вытяжных — 11 лопастей) с промежутками 12 между ними. Под лопастями 13 и 11 выполнены отверстия, размещенные по окружности барабана 2, а сами лопасти 13 и 11 смонтированы под углом к поверхности барабана 2. В частности, лопасти 13 нагнетательных секций сориентированы навстречу вращательному движению барабана 2, вытяжных 11 — в сторону вращения барабана 2. В полости барабана 2 расположен сбрасыватель 14 осуществления направления корнеклубнеплодов в выгрузной лоток 15. Загрузочное приспособление дополнительно оснащено приемной камерой 8, изготовленной с возможностью выполнения подачи корнеклубнеплодов от загрузочного лотка 9 внутрь барабана 2.

Конструкция камеры 8 представляет собой полый усеченный конус. При этом ось его вращения совмещена с осью вращения барабана 2. Размер большего основания этого конуса меньше значения диаметра барабана 2 и, соответственно, некоторая его часть входит внутрь его полости. Боковая поверхность указанного конуса жестко и, в том числе, герметично прикреплена к передней стенке емкости 1. Основание конуса меньшего по диаметру размера изготовлено с возможностью установки в его плоскости среза подшипников под вал барабана 2, а также жестко и герметично защищено диском, снабженным отверстием под названные подшипники. Полость камеры 8 соединена с полостью загрузочного лотка 9, который, в свою очередь, жестко и герметично прикреплен к камере 8 сверху. К барабану 2 с внутренней боковой поверхности, со стороны приемной камеры 8, жестко прикреплен обод 3, непосредственно к этому ободу 3 в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вращения барабана 2, прочно смонтированы не менее трех спиц 10, равномерно размещенные по окружности, свободные концы которых жестко прикреплены к боковой поверхности вала 5 барабана 2. Барабанное техническое устройство, кроме того, включает систему, оказывающую воздействие на обрабатываемые корнеклубнеплоды текучей средой (воздухом или водой) по курсу от приемной камеры 8 вдоль барабана 2, а именно по его нижней части. Указанная система включает в себя трубчатый наконечник 4, герметично прикрепленный к передней стенке емкости 1 так, что его ось вращения расположена параллельно оси вращения барабана 2 и установлена в одной плоскости по вертикали с осью вращения барабана 2. Рабочий конец наконечника 4 некоторой частью помещён в полость барабана 2 и установлен со стороны его нижней части. К указанному наконечнику 4, в части его противоположного конца, герметично прикреплен трубопровод 6 для пуска текучей среды с вентилем 7. Крышка барабана 2 с направления, противоположной приемной камеры 8 с загрузочным лотком 9, снабжена отверстиями, расположенных по окружности, оси вращения которых сдвинуты в сторону боковой поверхности барабана 2. Эти отверстия снаружи защищены сеткой.

Барабанное техническое устройство для мойки корнеклубнеплодов функционирует в следующем порядке. Водой заполняют емкость 1 до необходимого уровня. Корнеклубнеплоды для обработки посредством загрузочного лотка 9, в том числе приемной камеры 8 под действием силы тяжести направляются во вращающийся барабан 2, где за счет действия центробежных сил, а также сил трения перемещаются по стенке барабана 2 вверх. Некоторая часть корнеклубнеплодов, расположенных ближе к центру барабана 2, ниспадает под углом естественного откоса, скользя и перекатываясь по нижележащим слоям, и затем погружается в воду.

Лопасти 13 нагнетательных секций в процессе вращения барабана 2 увлекают воду и нагнетают ее сквозь слой корнеклубнеплодов по радиусу барабана 2 в направлении от периферии к центру. Далее корнеклубнеплоды отталкиваются от вращающейся стенки барабана 2 и затем попадают в воду. После нагнетательной секцией (с лопастями 13) установлена вытяжная секция (с лопастями 11), посредством которой вода откачивается из барабана 2 наружу, сквозь слой корнеклубнеплодов по радиусу по направлению от центра к периферии. При малом значении частоты вращения барабана 2 указанные процессы мойки корнеклубнеплодов неизбежно замедляются, что является причиной снижения качества их обработки, а также увеличения продолжительности мойки. В этот момент открывают вентиль 7 и, соответственно, через наконечник 4 в полость барабана 2, исключительно в продольном его направлении, нагнетают под избыточным давлением воздух или воду. Текучая среда проникает сквозь слой корнеклубнеплодов в строго продольном направлении, а затем поступает в емкость 1 посредством отверстий, расположенных в крышке барабана 2, содействуя, таким образом, дополнительному моечному эффекту на обрабатываемые корнеклубнеплоды. По причине того, что отверстия снаружи защищены сеткой (не показано на рисунке), проникновения корнеклубнеплодов в емкость не происходит. Для осуществления процесса выгрузки обработанных корнеклубнеплодов из барабана 2, тоже с помощью открытия вентиля 7, направляют текучую среду вдоль барабана 2. Под воздействием продольного потока текучей среды, а также силы трения и центробежной силы корнеклубнеплоды перемещаются по внутренней боковой поверхности барабана 2, где, контактируя со сбрасывателем 14, отделяются от стенки, а затем поступают вниз на выгрузной лоток 15.

ВЫВОДЫ

Таким образом, на основе принятых технических решений усовершенствована установка мойки корнеклубнеплодов на уровне патентоспособности, дающая возможность улучшить качество обработки корнеклубнеплодов, в том числе, стабилизировать процесс их выгрузки из устройства.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Наибольший вклад распределен следующим образом: С.Н. Шуханов — разработка общей концепции и редактирование статьи; О.Н. Свинцова — обзор литературы, сбор и анализ литературных источников; В.Н. Хабардин — обзор литературы, подготовка и написание текста статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Источник финансирования. Не указан.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. The largest contribution is distributed as follows: S.N. Shukhanov — development of the general concept and editing of the article; O.N. Svintsova — literature review, collection and analysis of literary sources; V.N. Khabardin — literature review, preparation and writing of the text of the article.

Competing interests. The authors declare no conflict of interest.

Funding source. Not specified.

About the authors

Olga N. Svintsova

Irkutsk State University of Agriculture

Email: oliya681@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-3358-950X
SPIN-code: 1979-5220

Postgraduate of the Technical Support in Agro-industrial Sector Department

Russian Federation, Molodezny, 664038 Irkutsk district, Irkutsk region

Stanislav N. Shuhanov

Irkutsk State University of Agriculture

Author for correspondence.
Email: Shuhanov56@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2134-6871
SPIN-code: 6382-4059

Associate Professor, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Technical Support in Agro-industrial Sector Department

Russian Federation, Molodezny, 664038 Irkutsk district, Irkutsk region

Vasily N. Khabardin

Irkutsk State University of Agriculture

Email: habardinv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9201-2492
SPIN-code: 2438-8303

Associate Professor, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Operation of Machine and Tractor Fleet, Life Safety and Professional Education Department

Russian Federation, Molodezny, 664038 Irkutsk district, Irkutsk region

References

Supplementary files