Россия находится на втором месте в мире по производству семян подсолнечника, которые являются основным источником получения подсолнечного масла – одного из важнейших видов растительных масел. Подсолнечное масло, кроме основного непосредственного приема в пищу, используется для производства маргарина, кулинарных жиров, применяется при изготовлении консервов, а также в мыловарении и лакокрасочной промышленности, входит в состав различных мазей [2, 3, 9].
Производство подсолнечника в сельском хозяйстве является одной из наиболее высокорентабельных производств. Высокая рентабельность обусловлена благоприятной ценовой конъюнктурой рынка вследствие повышения спроса со стороны рынка как на само масло, так и на продукты его переработки. Наиболее динамично развивается сегмент розничной продажи фасованного подсолнечного масла, растущий за счет увеличения его потребления на душу населения, которое в России все еще ниже среднеевропейского уровня. Это способствует с каждым годом расширению посевных площадей масличных культур и, соответственно, увеличению производства масел и жиров [2, 3, 8, 9].
По данным официального интернет-портала Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, валовой сбор масличных культур в 2015 году ожидается около 14 млн т (в 2014-м – 13,8 млн т), что, по мнению экспертов Минсельхоза, обеспечит потребность населения в растительном масле на уровне 2 млн т и экспортный потенциал – около 2,4 млн т [4]. Но, несмотря на высокий валовой сбор подсолнечника, из-за непредсказуемости рынка, интересы сельхозпроизводителей и переработчиков расходятся. Первые предпочитают оставаться с сырьем, осуществляя лишь точечные продажи, тем самым застраховывая себя от девальвации рубля. В результате неравномерная загруженность в течение года перерабатывающих предприятий, которым сбывать готовую продукцию более выгодно за границу, нежели на внутреннем рынке, который к тому же столкнулся с дефицитом спроса [2]. Благодаря совокупности всех этих условий, в конце 2014-го – начале 2015 года на российском рынке начался существенный рост цен на подсолнечное масло. В результате, согласно прогнозам маркетингового агентства «РБК.research», в 2015 и 2016 годах появляются все условия для дальнейшего увеличения объемов экспорта растительного масла из России, а также существенного роста цен на внутреннем рынке в связи с возможным дефицитом подсолнечного масла [3].
В связи вышесказанным можно сделать вывод, что переработка семян подсолнечника в условиях сельхозтоваропроизводителя является все более актуальной и способна помочь как сельхозпроизводителям в финансовом их оздоровлении, так и всему населению в получении дешевого и самое главное полезного продукта питания.
Цель исследования
Разработка схемы и конструкции пневмомеханического устройства для обрушивания семян подсолнечника при их переработке в условиях сельхозтоваропроизводителя, с ограниченным набором дополнительного технологического оборудования, рабочих площадей и недостаточного финансирования.
Материалы и методы исследования
Теоретический анализ и изучение патентов на изобретение и полезные модели, инструкций по эксплуатации семенорушек отечественного и зарубежного производства и другой специальной литературы.
Результаты исследования и их обсуждение
Одним из важнейших процессов при переработке семян подсолнечника является обрушивание (шелушение), которое оказывает существенное влияние на выход и качество подсолнечного масла, его товарный вид. Качество обрушивания также оказывает существенное влияние на износ рабочих органов маслопрессов [8…10].
В зависимости от физико-химических и структурно-механических свойств и особенностей отдельных видов сырья, его биологических особенностей обрушивание производят на машинах разных конструкций, основанных на различных способах воздействия на перерабатываемый продукт [1, 9].
Приведенный ниже анализ конструкций существующих машин для шелушения и их рабочих органов показал, что большой интерес представляют машины пневмомеханического типа, разработка которых осуществляется на кафедре машин и оборудования в агробизнесе Казанского ГАУ, которые могут работать более эффективно, не требуя дополнительных подготовительных операций [1, 5…10].
Пневмомеханическое устройство для шелушения зерна (рис. 1), содержащее питающий бункер 1 с загрузочном патрубком 2, вентилятор 3 с лопастями, сетчатый рабочий орган 14 в виде усеченной пирамиды, установленный в выходном патрубке 13 вентилятора, шелушильную камеру 4 с рабочей пластиной 12, установленную под углом 40…50 ° в нагнетательном патрубке шелушильной камеры, пневмосепаратор 5 и центробежный осадитель 8 [9].
|
|
|
|
б |
|
|
|
а) в)
Рис. 1. Устройство для шелушения зерна: а) – общий вид устройства; б) – вентилятор с шелушильной камерой (вид сбоку); в) – вентилятор с шелушильной камерой (вид сверху); 1 – питающий бункер; 2 – загрузочный патрубок; 3 – лопатки вентилятора; 4 – шелушильная камера; 5 – пневмосепаратор; 6, 7 – отводы готовой продукции; 8 – центробежный осадитель; 9 – электродвигатель; 10 – станина; 11 – винтообразная рабочая поверхность; 12 – рабочая пластина; 13 – нагнетательный патрубок; 14 – сетчатый рабочий орган
Недостатком этого устройства является то, что силы, воздействующие на зерно во время удара о рабочую поверхность пластины, не всегда достаточны для полного снятия оболочки с зерна.
Устройство для снятия плодовых оболочек с зерна (рис. 2), содержащее питательный бункер 1 с загрузочным патрубком, вентилятор 2 с лопастями, сетчатый рабочий орган 7 в виде усеченной пирамиды, осадитель 4, входной патрубок 10 которого расположен перпендикулярно касательной к боковой поверхности осадителя, рабочую пластину 6 со сферической поверхностью, причем центр пластины находится в точке пересечения плоскостей граней сетчатого рабочего органа, находящегося в выходном патрубке 9 вентилятора [5, 8].
а) б)
Рис. 2. Устройство для снятия плодовых оболочек с зерна: а) – общий вид устройства; б) – разрез А-А; 1 –бункер питающий; 2 – вентилятор; 3 – электродвигатель; 4 – осадитель; 5 – труба вытяжная; 6 – сферическая рабочая пластина; 7 – сетчатый рабочий орган; 8 – рама; 9 – выходной патрубок вентилятора; 10 – входной патрубок осадителя
Недостатком данного устройства является то, что входной патрубок вентилятора расположен перпендикулярно касательной к боковой поверхности осадителя вследствие чего движение воздушного потока с продуктом шелушения не имеет центробежного характера, что приводит к снижению эффективности использования осадителя.
С целью устранения указанных выше недостатков предлагается пневмомеханическое устройство для обрушивания семян подсолнечника УПМ-П-1 (рис. 3), содержащее питающий бункер 1 с загрузочным патрубком, вентилятор-метатель 2 с электродвигателем, сетчатый рабочий орган 3, осадитель 4, рабочую пластину 5 со сферической поверхностью [7].
а) б)
Рис. 3. Пневмомеханическое устройство для обрушивания семян подсолнечника: а) – общий вид устройства; б) – разрез А-А; 1 –бункер питающий; 2 – вентилятор; 3 – сетчатый рабочий орган; 4 – осадитель; 5 – сферическая рабочая пластина
В данной машине предлагается в качестве шелушильной камеры использовать осадитель, входной патрубок которого расположен по касательной к боковой поверхности осадителя, а рабочая пластина со сферической поверхностью имеет возможность изменения своего положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем её центр совпадает с осью входного патрубка.
Режим работы и характеристика устройства для обрушивания семян подсолнечника представлены в таблице.
Технико-эксплуатационная характеристика УПМ-П-1
|
Показатели |
Единица измерения |
Значения показателей |
|
Частота вращения ротора вентилятора-метателя |
мин-1 |
1250…1450 |
|
Мощность электродвигателя |
кВт |
2,2 |
|
Производительность |
т/ч |
2,2…2,7 |
|
Удельный расход электроэнергии |
кВт-ч/т |
1,0…1,3 |
|
Масса конструкции, |
кг |
250 |
|
Диаметр ротора, |
мм |
500 |
|
Габаритные размеры, |
мм |
1800×900×1800 |
|
Выполняемые технологические операции |
– |
обрушивание |
|
Влажность семян подсолнечника |
% |
5…8 |
|
Полнота шелушения, |
% |
80…90 |
|
Выход целых (недробленых) ядер |
% |
60…75 |
|
Содержание в рушанке недоруша |
% |
10…20 |
|
Засоренность рушанки элементами износа рабочих органов |
% |
0…0,01 |
|
Обслуживающий персонал |
кол-во |
1 |
Принцип работы пневмомеханического устройства для обрушивания семян подсолнечника заключается в следующем. Семена из питающего бункера подаются на лопасти вентилятора-метателя, с которых, вместе с воздушным потоком, проходят через сетчатый рабочий орган, позволяющий интенсифицировать процесс обрушивания за счет удара или удара с протаскиванием о его боковые грани, изготовленные из металлической сетки с отверстиями, диаметр которых меньше диаметра семян перерабатываемой продукции. Сетчатый рабочий орган играет роль направляющей для обеспечения ударного взаимодействия всей порции семян с рабочей пластиной со сферической поверхностью, положение которой можно изменять в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что позволяет регулировать процессом обрушивания. Центр рабочей пластины со сферической поверхностью совпадает с осью входного патрубка. Входной патрубок осадителя расположен по касательной к его боковой поверхности, за счет чего движение продукта приобретает центробежный характер, что позволяет ему осаждаться и выводиться из устройства, а пыль с потоком воздуха выходят через вытяж ную трубу.
Расположение входного патрубка осадителя по касательной к его поверхности позволяет придать продукту обрушивания движение центробежного характера, что приводит к повышению эффективности его работы. Возможность изменения положения рабочей пластины со сферической поверхностью позволяет регулировать рабочий процесс, при переработке семян различных сортов и влажности, повышая эффективность обрушивания.
Выводы
Предварительные энергетические и технико-экономические расчеты пневмомеханического устройства для обрушивания семян подсолнечника показали повышение производительности на 7…9 %, снижение энергоемкости на 5...8 %. При этом ожидаемый годовой экономический эффект от эксплуатации предлагаемого устройства за счет повышения качества рушанки составит 40 тыс. рублей.