PROPOZYCJE NOWYCH MASZYN DO CZYSZCZENIA ZIARNA GRYKI

(1)

ZESZYIY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2002 z. 486: 333-340

PROPOZYCJE NOWYCH MASZYN DO CZYSZCZENIA ZIARNA GRYKI

Zdzisław Kaliniewicz, Stanisław Konopka, Tadeusz Rawa, Kazimien Wierzbicki

Katedra Maszyn Roboczych i Procesów Separacji, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Wstęp

Przy kombajnowym zbiorze nasion roślin gatunków uprawnych wraz z nimi zbierane są równió. nasiona charakterystycznych dla nich gatunków chwastów oraz inne zanieczyszczenia organiczne i mineralne. Oddzielenie tych zanieczysz-

czeń przy użyciu tradycyjnych maszyn czyszczących nastręcza niejednokrotnie wiciu trudności, a uzyskiwany efekt rzadko kiedy jest w pełni zadowalający. Doty- czy to szczególnie ziarna gryki, u którego wymagana czystość produktu czyszczenia uzyskiwana jest kosztem wysokich jego strat. Sprostanie wciąż rosnącym wy- maganiom jakościowym, dotyczącym materiału siewnego i produktów żywnościo

wych zmusza do poszukiwania rozwiązań lepszych od już stosowanych.

Badania nad skutecznością czyszczenia gryki

Prowadzone w przeszłości w różnych ośrodkach naukowych prace doświad

czalne, dotyczące poprawy skuteczności czyszczenia ziarna gryki, a w szczególnoś

ci wydzielania segmentów łuszczyn rzodkwi świrzepy, w większości dotyczą tradycyjnych metod rozdzielania, realizowanych za pomocą sit z otworami okrągłymi, prostokątnymi bądź trójkątnymi, tryjerów oraz separatorów pneumatyczno-wibra- cyjnych [SEMCZYSZYN 1986, I 989; RAWA 1992]. Badania dotyczące tej grupy maszyn prowadwno w kierunku optymalizacji układów technologicznych, warunków kine- matycznych, konstrukcji elementów roboczych (rozmieszczenia i kształtu otworów sit), a także operacji czyszczenia po procesie obłuskiwania gryki. W wyniku tych

badań stwierdzono, że stosowane tradycyjne maszyny czyszczące charakteryzują się niską zdolnością rozdzielczą. Jest to skutkiem dużego podobieństwa wykorzys- tywanych w procesie rozdzielania cech nasion, tj. podstawowych wymiarów i zes-

połu cech aerodynamicznych.

Na uwagę zasługują badania prowadzone od kilku lat w ośrodku olsztyń

skim, dotyczące wykorzystania w procesach czyszczenia ziarna gryki jego specy- ficznego, trójgraniastego kształtu (SEMCZYSZYN 1986; RAWA 1989, 1992; KALINIE- WIC/,, RAWA 1994; KALINIEW!CZ i in. 1994; KONOPKA 1995; RAWA, KJ\LINIEWICZ 1996;

KALINIEWICZ 2000j. Ma to szczególne znaczenie dla procesu rozdzielania ze wzglę-

(2)

334 Z. Kaliniewicz i inni

du na to, że trudne do usunięcia nasiona zanieczyszczaj,1cc maj,1 kształt walcowa- ty, baryłkowaty lub elipsoidalny. Na podstawie badai1 RAWY [19921 i Kol\OPKI

Il

995] można stwierdzić, że ziarna gryki i łuszczyny rzodkwi świrzepy różnią sic;

istotnie także długością i kształtem przekroju podłużnego. W związku z tym

założono, że poprawę skuteczności czyszczenia należy upatrywać w dostosowaniu parametrów geometrycznych wgł<tbień tryjerów do geometrii 1.iaren gryki [ ^KAl.l-

NIEWICZ 2000]. 'lczc; te; potwierdza RAWA [1989, 1992], stwierdzając i,e wgłc;bienia

stosowanych tryjerów pod względem kształtu i wymiarów nic s,1 przystosowane do czyszczenia ziarna gryki. W związku z tym wcześniej na Wydziale Mechanicznym ART w Olsztynie, a obecnie na Wydziale Nauk 'lcchnicznych Uniwersytetu War- mii1sko-Mazurskiego, powstało szereg koncepcji maszyn do czyszczenia ziarna gryki.

Elementy robocze maszyn czyszcz"'cych

Oryginalnym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest rozd1.ielae1. taśmowv WIERZBICKIEGO i SEMCZYSZYNA [1988] (rys. 1). Głównym ckmcntcm tego urz,1dzc- nia są dwie, wykonane z lepko-spn;żystego tworzywa (elastomeru) współbieżne taśmy bez końca, których płaszczyzny robocze schodzą sit;, tworz,1c w ko11cowym odcinku przestrzc11 roboczą o wysokości h, mniejszej od grubości ziaren gryki.

Surowiec z kosza zasypowego podawany jest na taśmę dol1q 1. 1.asila11iem spełnia

jącym warunek ułożenia nasion mieszaniny w jednej warstwic, bez rnoi.liwośc1

wzajemnego podparcia. Przy tym warunku 1.iarna gryki układają sic; tak, i.e jeden z wierzchołków trójkątnego przeki-oju jest zaw~zc skierowany do g(>ry. W szczeli- nie roboczej składniki rozdzielanej mieszaniny są wciskane w taśmy w rói.nym stopniu, zależnym od ich wielkości. Ziarna gryki po opuszczeniu szczeliny roboczej, wciśniąte w górną taśmą, są przez nią przytrzymywane do c1.asu strącenia

ich zgarniakiem do kosza na produkt. Nasiona o kształcie waka, baryłki i elipsoi- dy obrotowej, pozostając na taśmie dolnej, są przenoszone do kosi.a na zarnc- czyszcze rna.

1 2

\ 4

- -

⁵

(! Ąj

( ( i /\

\ "\

^/. ^·.

' •

6

1 - kosi. zasypowy; charging hopper, 2 - taśma górna; upper hcit, .l - 1.garniak; scrapcr. ,1 - taśma

dolna: hottom bell, 5 - kosz na zanieczyszczenia: hoppcr on impuritics. (i - kosz na ziarna gryki: hopper on buckwhcat grains, h - wysokość szczeliny roboczej; high or working gap. I -- odcinek wciskani;, ziaren w 1aśmy; sector or grain press inro the bell. v - pn;<lkość taśmy: speed or bell

Rys. 1. Schemat rozdzielacza taśmowego

Fig. l. Seheme of bclt-distributor

(3)

PROPOZYCJE NOWYCH MASZYN DO CZYSZCZENIA ... 335

a) b)

A l

^A^-^A

- ---- -·· ---

t

\

(_ . ·- ---. ----~-

_B_

...J

- glc;bokość wgl<;hicnia; <lccp of pil y - kąt zarysu wglc;bicnia; anglc of pil profile

,. - kąt pochylenia podstawy wgł<;bicnia; anglc of pit base slopc

t

l

B-B

- - , j ' -

' i i

~?

r \ .

_''ⁱ

I

1'

- ~e-;- ---

^(~

-,

^{. ;}

1 .

! / !

. i i SI I. ...

Rys. 2. Wycinki cylindrów z wglc;bieniami rowkowymi: a) wersja eksperymentalna, h) wersja użytkowa

Fig. 2. Segment of cylinder with groovc pits: a) experimental vcrsion, b) used version

t.=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-~=-=-=-=-=-=-=-t.::.::.::Jj I

l

J \

--gh;bokość wgl<;hicnia; <lccp of pit y - kąt zarysu wgl<;hicnia; angk of pit profile

Rys. ~i.

Fig. 3.

Wycinek cylindra z długimi wglc;bieniami kieszonkmvymi Segment of cylinder with long pocket pits

A -A

1r---_l

j

Nastc;puc konstrukcje wzorowane są na tryjerach. W jednej z nich, zamiast typowych wgh;hicti, w cylindrze tryjer:1 zastosował podłużne rowki [RAW/\ !')91)

(4)

336 Z. Kaliniewicz i inni

(rys. 2a) o kącie rozwarcia ścian, odpowiadającym kątowi wierzchołkowemu przekroju poprzecznego ziaren gryki.

Przedstawiona wersja cylindra jest wersją eksperymentaln<l, której praktycz- ne zastosowanie ogranicza jej duża masa. W związku z tym zaprojektowano dwie wersje użytkowe cylindrów [RAWA 2000], wykonanych z około '.\-krotnic cieńszej

blachy, których wgłębienia są wytworzone metodą tłoczenia ( rys. 2b) i tłoczenia z nacinaniem (rys. 3).

Inną propozycję rozwiązania, wzorowaną na rozwiązaniach Rawy, przedsta-

wił KONOPKA [1995; 1997]. Cylinder w jego propozycji wykonany jest w postaci sita szczelinowego (rys. 4). Zbudowany jest on z płaskich prc;tów ustawionych pod

kątem y

=

60°, mocowanych w nacic;ciach dwóch tarcz zewnc;trznych. Cylinder i mocowana w nin1 rynienka, rozdzielając mieszaniną w podobny sposób jak kla- syczny tryjer, ma dodatkową funkcję odsiewania frakcji drobnej.

r ----·---.. ____ _ I

I

1 - ziarno gryki; buckwhcat grain

3

2

~

A-A

2 - tarcza mocowania prętów; disk of bar fix

3 - pręt o przekroju prostokątnym; bar of rcctangular scction s - szerokość szczeliny; width of slot

y --kąt nachylenia pręta; angle of bar slopc

Rys. 4.

Fig. 4.

Wycinek cylindra w postaci sita szczelinowego Segment of cylinder in the form of slotted sieve

Podczas badań nad modernizacją wgh;bień stosowanych w tradycyjnych tryjerach zauważono, że pojedyncze wgłębienie powinno mieć postać kics1011ki jcd-- nostronnej [KALINIEWICZ, RAWA 1999], diarakteryzuj:1ccj sic; stałym k;item zarysu, który będzie równy średniemu kątowi wierzchołkowemu przekroju poprzecznego ziaren gryki (rys. 5). Ścianka wgłębienia i krawędź jego dna s;i 1.aokrąglonc, prze1.

co ograniczone zostało czerpanie składników mieszaniny w kształcie walca, np.

segmentów łuszczyn rzodkwi świrzepy. Głc;bokość wgłc;bid1 dla danego płaszcza

cylindra jest stała. Przyjęto, że cylindry z wgłc;bieniami kieszonkowymi h-;d:1 sta-

nowić dodatkowe wyposażenie dotychczas stosowanych i w przyszłości produko-

(5)

PROPOZYCJE NOWYCH MASZYN DO CZYSZCZENIA ...

A -A

l

- glc;bokość wglc;bicnia; dccp of pit y - kąt zarysu wglc;bicnia; anglc of pit profile

Rys. 5.

Fig. 5.

Wycinek cylindra tryjera z wgłębieniami kieszonkowymi Segment of trieur cylinder with pocket pits

337

wanych tryjerów cylindrycznych. Dla uzyskania wysokiej skuteczności rozdzielania mieszanina powinna być przed jej czyszczeniem za pomocą tryjera podzielona na sitach na kilka frakcji. Założono, że na wyposażeniu tryjera znajdować się będzie

zestaw trzech cylindrów, każdy z inną głębokością wgłębień, które dostosowane

bc;dą do czyszczenia frakcji drobnej, średniej i grubej ziarna gryki.

Analiza porównawcza proponowanych rozwiązań

Najbardziej miarodajnym wskaźnikiem efektywności procesu rozdzielczego jest skuteczność rozdzielania mieszaniny, która jest iloczynem uzysku nasion gryki i skuteczności wydzielania zanieczyszczeń. Zanieczyszczeniem dominującym w materiale poomłotowym gryki są fragmenty segmentów łuszczyn rzodkwi świrze

py, i właśnie wydzieleniu tego składnika poświęcano wicie uwagi. Z badań [SEM-

czyszy-:,; 1 ')86; WIFRi'.lllCKI i in. 1994 J wynika, że skuteczność rozdzielania mieszani-

ny ziarna gryki i łuszczyn rzodkwi świrzepy za pomocą rozdzielacza taśmowego może osiągnąć 97%. Skuteczność ta jednak maleje wraz ze starzeniem się elastomeru.

Zastosowanie cylindra rowkowego poprawiło skuteczność czerpania ziaren gryki i pogorszyło czerpanie zanieczyszczeń w odniesieniu do cylindrów tradycyjnych, czego efektem jest wzrost skuteczności rozdzielania mieszaniny z ok. 80 w tryjerach klasycznych do ok. 90% w nowym rozwiązaniu [RAWA 1992]. Zastoso- wanie wgłc;bid1 w postaci rowków i długich wgłębień kieszonkowych, powodując

(6)

338 ^Z.Kalinicwicz i inni

ok. 10% wzrost skuteczności czyszczenia ziarna gryki, wpływa przede wszystkim na zwiększenie wydajności tryjerów - odpowiednio ok. 2,5 raza i prawie 2-krotnic

[RAWA 2000j.

Podobnymi wskaźnikami charakteryzuje się sito szczelinowe. Przy optymal- nych parametrach roboczych skuteczność rozdzielania mieszaniny nasion gryki i łuszczyn rzodkwi świrzepy kształtuje się na poziomic ok. 90% [KONOPKA 19951·

Zastosowanie jednego cylindra z wgh;bieniami kieszonkowymi przy czyszczeniu materiału niepoddanego frakcjonowaniu pozwala na uzyskanie ok.

95% skuteczności rozdzielania mieszaniny [KAL!NIEWICZ 2000J, a przy zastosowaniu trzech cylindrów i operacji frakcjonowania na sitach może dochodzić nawet do 98%. Wysoka skuteczność czyszczenia ziarna gryki w tym rozwiązaniu jest uzyskiwana przy wydajności zbliżonej do wydajności tryjerów klasycznych.

Podsumowanie

Przedstawione nowe rozwiązania rozdzielaczy do gryki charaktcryzuj,1 sit;

wyższą skutecznością czyszczenia niż rozwiązania klasyczne. Szczególną uwag<.;

należy zwrócić na cylinder z wąskimi wgłębieniami kieszonkowymi, który zamoco- wany w tryjerze pozwala uzyskać niemal 100% skuteczność czyszczenia gryki, przy

wydajności porównywalnej z wydajnością klasycznych tryjerów. Na zainteresowa- nie zasługuje także cylinder tryjera z długin1i wgłębieniami kieszonkowymi, umoi.-

liwiający uzyskanie ponad 2-krotnic większej wydajności od omawianego wyżej,

przy skuteczności rozdzielania mieszaniny mniejszej zaledwie o ok. srYr,.

Literatura

KALINIEWICZ

z.

^2000.Modelowanie tryjerów z wgłębieniami kieszonkowymi w a.1pek- cie poprawy skuteczno.fri czyszczenia nasion gryki. Polit. Warszawska w Płocku

(praca doktorska).

KALINIEWICZ

z.,

KONOPKA S., RAWA T. 1994. Problemy czy.1zcze11w zwma iryk1.

III Ogólnopolska i II Międzynarodowa Konferencja Naukowa „R01.wój teorii i technologii w technicznej modernizacji rolnictwa", Olsztyn, wr,esieó 1994:

252-256.

KALINIEWICZ Z., RAWA T. 1994. Analiza parametrów geometrycznych wglęhie11 tn,jerów w aspekcie cech fizycznych ziaren gryki. VI Sympozjum im. prof. Cz. Kanafojskicgu ,,Problemy budowy oraz eksploatacji maszyn i urząd,.cń rolniuych", Płock, czer- wiec 1994: 278-282.

KALINIEWICZ Z., RAWA T. 1999. Cylinder tryjera do czyszczelli11 11asio11 gryk.,. Zglos/.e- nic patentowe nr P-334598.

KONOPKA S. 1995. Skuteczność czyszczenia g,yki przez11aczo11e1 do s1ew11 1 przetwr'>r.,- twa. ART Olsztyn (praca doktorska).

KONOPKA S. 1997. Urządzenie do wydzielania ziarniaków zh,,ż i segmentów lu.1zcz,.·n rzodkwi .(wirzepy z mieszaniny nasion i1yki. Konferencja naukowa „Mcchanik:i '97", Gdańsk: 167-169.

RAW/, T 1989. l'vfożliwo/ici wykorzystania kl-zialtu ziaren w cz.vszczeniu gryki za [)Oli!:>

cq cvli11drvcznvclz elementów rozdziein1ącvcl1 H \\gó!nopol.,k:1 i l M it;dzyna rodow:,

(7)

PROPOZYCJE NOWYCII MASZYN DO CZYSZCZENIA ... 339

Konferencja Naukowa „Rozwój teorii i technologii w technicznej modernizacji rolnictwa". J\RT Olsztyn, Referaty IV/2: 131-139.

RAWA T. 1991. Cylinder do maszyny czyszczącej, zwłaszcza do czyszczenia ziarna gry- ki. Zgłoszenie patentowe nr P-290419.

RAWA ·i: 1992. Studia nad skuteczno.~cią czyszczenia ziarna g,yki. Acta Acad. Agri- cult. 'lechn. Olst., Aedif. Mech., 22, Supplcmentum A: 65 ss.

RAWA T. 2000. Rozważania nad wydajno.kią specjalnych tryjerów do gryki. Problemy Ini.ynierii Rolniczej 2: 13-20.

RAWA ·1:, KAI.INrnWicz Z. 1996. Badania nad doskonaleniem procesu i technologii czyszczenia nasion gryki. Materiały konferencyjne „Doskonalenie techniki i technologii w przemyśle i rolnictwie". Wydział Mechaniczny ART w Olsztynie:

41-44.

Sn1czvszYN M. 1986. /Jadania wykorzystania kształtu gryki do oddzielania zanie- czyszcze,i przy zastosowaniu lepl«,-sprężystego elementu roboczego. ART Olsztyn (rraca doktorska).

Sn,1czvszYN M. 1989. Stan i perspektywy rozwoju maszyn do czyszczenia gryki.

II Ogólnopolska i I Mic;dzynarodowa Konferencja Naukowa „Rozwój teorii i technologii w technicznej modernizacji rolnictwa". J\RT Olsztyn: 149-157.

WIERZBICKI K., KONOPKA S., Cnoszcz D. 1994. Badania wstępne nad wykorzystaniem elastomerów w czyszczeniu ziaren gryki. Acta. Acad. Agricult. lechn. Olst., Aedif.

Mech. 25: '.W-47.

WIERZBICKI K., SEMCZYSZYN M. 1988. Urządzenie do rozdzielania mieszaniny ziarrus- tej, zwłaszcza nasion !{ryki. Patent UP PRL nr P-137216.

Słowa kluczowe: czyszczenie gryki, tryjer, rozdzielacz taśmowy, sito szczelinowe, skuteczność rozdzielania

Streszczenie

Problematyka pracy dotyczy oryginalnych rozwiąza{1 urządzeń do czyszczenia ziarna gryki. W pracy zamieszczono rysunki poglądowe, opisano zasad<t funkcjonowania każdego z urządzeii oraz przedstawiono uzyskiwane za ich pomo-

cą efekty.

PROPOSALS Ol-' NEW MACHINES TO DRY-CLEANING OF BUCKWJIEAT GRJ\IN

ZdZL.vław Kaliniewicz, Stanisław Konopka, Tadeusz Rawa, Kazimierz Wierzbicki (]iair of Working Machinery and Separations Process,

Key words:

Univcrsity of Warmia and Mazury, Olsztyn

huckwhcat grain deaning, tricur, bclt-distributor, slottcd s1evc, cffcctiveness of scparation

(8)

340 z. Kaliniewicz i inni

Summary

The paper refers to probkms of new machines with original solutions to dry-cleanings buckwheat grain. Their demonstrativc figurcs and rulcs of cvcry appliance functioning arc prescnted. The effccts of grain scparation arc also dc- scribed.

Prof. dr hab. inż. Tadeusz Rawa

Katedra Maszyn Roboczych i Procesów Separacji Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

ul. Oczapowskiego 11 10-736 OLSZTYN