ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ РОТОРНЫХ СЕПАРАТОРОВ

Одной из главных проблем механизации уборки картофеля является сепарация клубней от различных почвенных и растительных примесей. На решение проблемы были направлены исследования в России и за рубежом. Поэтому сепарирующие устройства картофелеуборочных машин непрерывно совершенствуются. Созданы механизмы для автоматической обработки картофельного вороха с целью отделения клубней от примесей, использующие их различия в электрическом сопротивлении, реакции на оптические, рентгеновские, γ - лучи.

Однако сложность, значительная стоимость, необходимость защиты обслуживающего персонала и относительно невысокая пропускная способность данных устройств ограничивают их применение.

Большинство ведущих фирм мира ведут интенсивные разработки механических сепараторов, которые тоже не потеряли своего значения. В настоящее время резервы повышения эффективности большинства серийно выпускаемых рабочих органов исчерпаны, в исследования направлены на создание новых устройств с высокой эффективностью сепарации при незначительных повреждениях клубней.

В конструкциях новых рабочих органов машин для уборки и переработки картофеля заметен переход от использования поступательного и возвратно-поступательного движения к использованию вращательного движения. Это дисковые лемехи уборочных машин, шнековые очистители, битерные сепараторы, барабаны с резиновой игольчатой поверхностью и т.п. Особенно эффективны подобные устройства при работе в тяжелых условиях, в частности, при уборке и обработке картофеля, выращенного на тяжёлых по механическому составу почвах, при повышенной влажности.

Большую работу по исследованию роторных сепараторов провёл Б.П. Шабельник [1]. В результате был создан двухъярусный сепаратор. Роторы нижнего яруса - транспортирующие имеют волнистую поверхность. Роторы верхнего яруса - очищающие, трёхлопастные с соотношением диаметра вписанной окружности к диаметру описанной окружности 1:3. Выступы всех роторов верхнего и нижнего ярусов работают в фазовом кинематическом режиме, а между собой - в противофазовом режиме. Как отмечалось выше, роторные сепараторы получили распространение благодаря эффективности и простоте конструкции. Излишнее усложнение их конструкций, на наш взгляд, не приводит к существенному повышению эффективности работы, в то же время усложняет и удорожает изготовление сепаратора, а иногда ведёт к увеличению повреждаемости сепарируемого продукта. Так, роторы со сложной формой поверхности склонны к залипанию при обработке влажного вороха, что ведёт к потере эффекта от формы поверхности. Ступенчатое расположение валов на раме, применение роторов разных диаметров увеличивает повреждаемость продукта.

Роторный сепаратор должен обладать высокой производительностью и эффективностью сепарации, надежностью, компактностью, хорошо работать с влажным ворохом, то есть самоочищаться от залипания, при этом иметь простую конструкцию и не наносить повреждений сепарируемому продукту. Этим требованиям в большей степени отвечают сепараторы с пальцевыми роторами, которые в дальнейшем мы будем называть роторно-пальцевыми сепараторами. Они имеют наибольшее количество вариантов конструкции, применяются как в России, так и за рубежом, и являются на наш взгляд, наиболее перспективными. Эффективность роторно-пальцевых сепараторов обусловлена, в основном, двумя причинами.

1) Одной из главных характеристик сепарирующей поверхности является её живое сечение - отношение площади просеивания к общей площади сепаратора. Чем больше живое сечение, тем эффективнее протекает процесс сепарации. В сепараторе с круглыми или граненными роторами площадь просеивания определяется только расстоянием между роторами, которое ограничивается минимальным размером клубней, учитываемых ГОСТом. В роторно-пальцевом сепараторе можно принять, что сепарирующая поверхность образована вершинами пальцев, тогда площадью просеивания будет не только расстояние между роторами, но и промежутки между пальцами каждого ротора. Следовательно, живое сечение и, соответственно, эффективность сепарации у роторно-пальцевого сепаратора много больше, чем у других сепараторов.

2) Рабочей поверхностью пальцевого ротора частицы почвы перемещаются на большее расстояние, чем рабочей поверхностью других роторов. Следовательно, на пальцевых роторах создаются лучшие условия для просеивания почвы, так как она более равномерно распределяется по поверхности сепаратора.

Роторно-пальцевые сепараторы различаются по количеству пальцев, форме пальцев, длине пальцев которая может быть одинаковой у одного ротора или различной, и по расположению пальцев.

Американское оборудование "Eskel" включает сортировальную машину, имеющую специальный стол для сепарации картофельного вороха [2]. В качестве основных рабочих элементов применяются сменные ролики-роторы, которые могут быть как с волнистой, так и с пальцевой формой поверхности (рисунок 1а).

Пальцевые сепараторы предлагаются в качестве приспособлений к набору сортировок картофеля английской фирмой "Tопy and Sons Ltd" [3].

В экспериментальном канадском комбайне применен горизонтальный роторный сепаратор с криволинейными пальцами [4].

На финский комбайн "Juko" роторно-пальцевый сепаратор устанавливается для очень тяжелых и влажных условий уборки [5].

В России также был создан роторно-пальцевый сепаратор конструкции Лебедева Л.Я. и Шабурова Н.В., в котором совмещено отделение почвенных примесей и фуражного картофеля от основной массы клубней [6]. Сепаратор состоят из пяти параллельных валов, установленных в одной плоскости и вращающихся в направлении выгрузки продукта. На валах с интервалом 30 мм закреплены симметричные пальцевые роторы. Каждый ротор имеет 12 радиальных эластичных пальцев трапецеидального сечения высотой 40 мм (рисунок 1б). Взаимное перекрытие роторов может регулироваться перемещением корпусов подшипников каждого вала по продольным пазам. Пальцевая поверхность роторов образует ячейки определённого размера, в которые попадают фуражные клубни и вместе с почвенными примесями выносятся на выносной транспортер - прутковый элеватор, расположенный под сепаратором.

Рисунок 1. Пальцевые роторы, а - американского оборудования "Eskel", б - конструкции Лебедева Л.Я. и Шабурова Н.В.

Все роторные сепараторы рассчитаны на удаление почвенных примесей из вороха корнеклубнеплодов. В том случае, когда в обрабатываемом ворохе содержится большое количество растительных примесей, преимущества роторных сепараторов теряются. Растительность - ботва, сорняки, остатки столонов - наматывается на валы, забивает просветы гнезду роторами и между пальцами. Это приводит к уменьшению живого сечения сепарирующей поверхности, способствует её залипанию влажной почвой, значительно снижает эффективность сепарации ведёт к перегрузке механизма привода и даже остановке сепаратора.

Часть растительных примесей, сошедшая с сепаратора, попадает в обработанный продукт и приводит либо к порче продукта во время хранения, либо к дополнительным затратам ручного труда на отделение растительных примесей на переборочном столе.

Выводы

Роторные сепараторы, особенно с пальцевой поверхностью, обладают большими преимуществами по сравнению с другими типами сепарирующих устройств, однако их распространение сдерживает невозможность работы с продуктом, засорённым растительными примесями.

Список литературы:

1. Шабельник Б.П. Разработка технологического процесса очистки корнеплодов и создание конвейеров-очистителей свеклоуборочных машин [Текст]: Дисс... докт. техн. наук. - Харьков, 1986. - 497 с.
2. Eskel potato equipment [Текст] // Spudmun. July – August, 1986.-V0L.24, № 6 -P.15.
3. Колчин Н.Н., Земляпов Л.С. Машины для уборки и послеуборочной обработки картофеля и овощей на Международной: выставке ЕИМА-81 [Текст] // Тракторы и сельхозмашины. - 1982. - № 8. - С 36-38.
4. Misener G.C., Mcleod C.D., MсMillаn L.P. Evaluation of prototype potato harvester [Текст]. Transaction of ASAE. VOL. 27. №1, P.24-28.
5. Jukо: potato harvester and cultivator [Текст]. 0y Juko Ltd. SF – 23110. Finland.
6. Лебедев Л.Я., Шабуров Н.В. Послеуборочное отделение почвенных примесей из вороха картофеля на роторно-пальцевом сепараторе [Текст] // Интенсификация технологий и технических средств растениеводства Нечерноземной зоны РСФСР: Сб. науч. тр. НИПТИМЭСХ НЗ. -Л., 1989. - Вып. 54. - С. 63-70.