CC BY
21
6. Психологическая энциклопедия: пер. с англ. [Текст]/ Под ред. Р. Корсини, А. Ауэрба-ха. - СПб., 2003. - 1094 с.
7. Рогов, Е.И. Настольная книга практического психолога [Текст]: учебное пособие: В 2 кн. / Е.И. Рогов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. Работа психолога со взрослыми. Коррекционные приемы и упражнения. - 480 с.
8. Щербатых, Ю.В. Психология стресса [Текст] /Ю.В. Щербатых. -М.: Эксмо, 2005. - 304 с.
9. PRESYA профессиональный стресс r4/6683/professionalnyy-stress
10. Super, D. E. Toward a comprevhensive theory of development / D. E. Super, D. H. Montross, S. J. Shinkman // Career development: Theory and practice. - Springfild IL: Charles C. Thomas, 1992. - P. 35-64.
References
1. Azarnyh, T. D. Psihicheskoe zdorov'e. Voprosy valeologii [Tekst]/ T. D. Azarnyh, I. M. Tyrtyshnikova. - Izdatel'stvo MOD}K, MPSI, 1999.
2. Arefniya, S. V. Profilaktika professional'nogo vygoraniya v period professional'noj adapta-cii gosudarstvennogo sluzhaschego [Tekst] /S. V. Arefniya //Molodij vchenij. - 2015. - № 3 (18), be-rezen'.
3 Kitaev-Smyk, L. A. Psihologiya stressa [Tekst]: monografiya / L. A. Kitaev-Smyk. - M.: Nauka, 1983. - S. 370.
4. Leonova D. A. Stress na rabote [}lektronnyj resurs]/ D. A. Leonova. - Amazingwom-an.ru/psihologiya/stress/stress-na-rabotey
5. Leonova, A. B. Metodika integral'noj diagnostiki i korrekcii professional'nogo stressa (IDIKS) [Tekst]: metodicheskoe rukovodstvo / A. B. Leonova. - Sankt-Peterburg : Imaton, 2007. - 53 s.
6. Psihologicheskaya ]nciklopediya: per. s angl. [Tekst]/ Pod red. R. Korsini, A. Au]rbaha. -SPb., 2003. - 1094 s.
7. Rogov, E. I. Nastol'naya kniga prakticheskogo psihologa [Tekst]: uchebnoe posobie: V 2 kn. / E. I. Rogov. - 2-e izd. pererab. i dop. - M.: Gumanit. izd. centr VLADOS, 1999. Rabota psihologa so vzroslymi. Korrekcionnye priemy i uprazhneniya. - 480 s.
8. Scherbatyh, Yu. V. Psihologiya stressa [Tekst] /Yu. V. Scherbatyh. -M.: }ksmo, 2005. - 304 s.
9. PRESYA professional'nyj stress r4/6683/professionalnyy-stress
10. Super, D. E. Toward a comprevhensive theory of development / D. E. Super, D. H. Montross, S. J. Shinkman // Career development: Theory and practice. - Springfild IL: Charles C. Thomas, 1992. - P. 35-64.
E-mail: bgd_volgau@mail.ru
УДК 631.361.8
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ ПЛОДОВ И КОРНЕПЛОДОВ
OPTIMIZATION OF DESIGN DATA IN FRUITS AND ROOT SHREDDER
Н.М. Антонов, доктор технических наук, профессор Н.И. Лебедь, кандидат технических наук, доцент А.К. Мамахай, аспирант
N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.K. Mamahay
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agricultural University
С целью снижения энергоемкости резания авторами предлагается измельчитель корнеклубнеплодов (патент №141014РФ, 152461РФ), техническая новизна которого заключается в конструктивной особенности измельчителя, осуществляющего подачу обрабатываемого материала ротором на радиально расположенные ножи. При этом энергозатраты на процесс измельчения обусловлены в основном затратами на вращение ротора измельчителя, подающего обрабатываемый
материал в направлении ножей с определенной скоростью. Для опытов были взяты корнеклубнеплоды картофеля сорта Ред Скарлетт, относящиеся к одним из районированных сортов в Нижнем Поволжье, подходящие по своим физико-химическим показателям для производства «картофеля хрустящего». Исследования предлагаемого измельчителя проводились методом планирования эксперимента, позволяющим определить оптимальные значения параметров, влияющих на точность соответствия заданной толщине резания. Для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 3-х факторного эксперимента. Путем анализа литературных данных, а также результаты поисковых экспериментов выделили три основных управляемых фактора, влияющих на точность соответствия заданной толщине резания. Ими являются угол атаки ножей (х1), ширина ножа (х2) и диаметр трубы ротора (х3). Анализ влияния факторов, проводимый с помощью двумерных сечений, показал, что для того, чтобы точность соответствия заданной толщине резания были максимальной, могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: угол атаки ножей 59... 60°, ширина ножа 9.. .11 мм, диаметр трубы ротора 70.. .72 мм. При этом точность соответствия заданной толщине резания составит 97,5 %. Результатами исследований стали оптимальные конструктивные параметры измельчителя.
In order to reduce the energy intensity the authors propose cutting root crops (patent №141014RF, 152461RF), technical novelty of which lies in the structural features of the chopper carrying out feeding the processed material to the rotor blades radially arranged. In this case the energy consumption for the grinding process are mainly due to the costs of the chopper rotor, feeding material to be treated in a direction at a certain speed knives. For the experiments were taken root crops potato variety Red Scarlett, relating to one of the recognized varieties in the Lower Volga region, suitable to their physical and chemical characteristics for the production of "potato crisps". Research was carried out by the shredder proposed experimental design, which allows to determine the optimal values of the parameters affecting the accuracy of matching a given thickness of the cutting. To investigate the optimum area Rehtshafnera plan was implemented for 3 factorial experiments. By analyzing the literature data and the results of exploratory experiments identified were three major controllable factors affecting the accuracy of matching a given thickness of the cutting. They are the angle of attack of the blades (x1), knives width (x2) and the rotor diameter of the pipe (x3). Analysis of the influence factors conducted using two-dimensional sections showed that in order to accurately reflect a given thickness of the cutting are maximum, the following optimal values of the factors can be recommended: the angle of incidence of knives 59 ... 60 the width knives 9 ... 11 mm, the diameter of the pipe rotor 70 ... 72 mm. The accuracy of matching a given thickness of cut will be 97.5%. The results of research have become the optimum design parameters of the shredder.
Ключевые слова: резание, корнеклубнеплоды, картофель, режущий аппарат, оптимизация, поверхность отклика, уравнение регрессии.
Key words: cutting, root crops, potatoes, cutting unit, optimization, response surface regression equation.
Введение. При разработке режущих аппаратов для резания сельскохозяйственной продукции, в частности корнеплодов, необходимо уделять внимание вопросу снижения энергетических затрат, а также повышению качества готового продукта [9, 10].
С целью снижения энергоемкости резания, нами предлагается измельчитель корнеклубнеплодов (патент №141014РФ, 152461РФ), научная новизна которого заключается в конструктивной особенности измельчителя, осуществляющего подачу обрабатываемого материала ротором на радиально расположенные ножи. При этом энергозатраты на процесс измельчения обусловлены в основном затратами на вращение ротора-измельчителя, подающего обрабатываемый материал в направлении ножей с определенной скоростью. Предлагаемое устройство позволяет осуществить процесс измельчения плодов и корнеплодов без обильного соковыделения и защемления измельчаемых материалов между ножами при минимальных разрушениях их структуры с пониженными энергозатратами. Однако, нерешенным остается вопрос некоторых качественных характеристик процесса реза-
ИЗВЕСТИЯ
№ 3 (43), 2016
ния, в частности - точности соответствия заданной толщине резания. На рисунке 1 представлена схема рабочих органов измельчителя, включающая ножевой корпус 1, отражатели 2, направляющие трубы 3, стяжные болты 4 [4, 5].
Рисунок 1 - Схема рабочих органов измельчителя корнеклубнеплодов: 1 - ножевой корпус, 2 - отражатели, 3 - направляющие трубы ротора, 4 - стяжные болты
Материалы и методы. Для опытов были взяты корнеклубнеплоды картофеля сорта Ред Скарлетт, относящиеся к одним из районированных сортов в Нижнем Поволжье, подходящие по своим физико-химическим показателям для производства «картофеля хрустящего».
В соответствии с рекомендациями производства материал подвергался измельчению на ломтики толщиной 2,1 мм.
Анализ литературных данных, а также результаты поисковых экспериментов позволил выделить три основных управляемых фактора, влияющих на точность соответствия заданной толщине резания. Ими являются угол атаки ножей, ширина ножа и диаметр трубы ротора (рисунок 2).
xi - угол атаки ножей, град
-1(50 град) 0 (55 град) +1 (60 град)
-1Е мм!
Х2-ширина ножа, мм
О (15 мм) +1(25 мм)
-1(70 мм)
лЪ
хз-диаметр трубы ротора, мм О (80 мм)
<■1(90 мм)
Рисунок 2 - Схема факторов и уровней их варьирования
233
ИЗВЕСТИЯ"
№ 3 (43,1 2016
Факторы, их уровни и интервалы варьирования представлены в таблице 1. Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования
Фактор Уровень фактора Интервал варьирования, е
-1 +1
х1 - угол атаки ножей, град 55 50 60 5
х2 - ширина ножа, мм 15 5 25 10
х3 - диаметр трубы ротора, мм 80 70 90 10
В качестве выходного показателя на этапе лабораторных исследований был принят выходной фактор - точность соответствия заданной толщине резания М, выраженная в %.
Результаты и их обсуждение. В соответствии с принятой методикой, для исследования области оптимума был реализован план Рехтшафнера для 3-х факторного эксперимента.
На основании экспериментальных данных по предложенной программе [3] рассчитаны коэффициенты В0, В., Ву и Вн уравнения регрессии:
У = Во + Х ВЛ + X В^ + X Впх?. С1)
Значимость коэффициентов уравнения (1) оценивалась по критерию Стьюдента. Незначимые коэффициенты удалялись и выполнялся повторный расчет коэффициентов регрессионной модели [6, 7]. В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:
М = 89,9 + 8,Ц - 2,7х2 - 7,2х3 - 0,9ххх2 - 1,2ххх3 + + 0,5х2х3 - 5,1x2 - 4,0x2 - 4,5x2
(2)
Адекватность полученных математических моделей проверялась по критерию Фишера [6, 7],
о 2
F = ад
о2 (у )'
(3)
где S2 (у) = [£ X к - У1 ]2 ) /К(п +1 - дисперсия ошибки опыта; S2д = пХ (у. - У. )2 -[к +1]) -
дисперсия неадекватности модели, здесь: у. - случайная величина, рассчитанная по математической зависимости; у. - среднеарифметическое значение случайной величины; ущ - значение 1-той величины в д-том опыте; п - число повторностей опыта; N - число строк матрицы плана; к - число факторов. В результате 82(у)=0,2215; 82ад=0,2613.
Получено, что при исследовании усилия резания F = 1,18, то есть F0,05>F (здесь F0,05=2,1646 - табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 5 % [6, 7]). Таким образом, математические модели адекватны результатам эксперимента.
С помощью предложенной программы [3] были определены оптимальные значения факторов (таблица 2).
Для анализа и систематизации полученную математическую модель второго порядка привели к типовой канонической форме.
В результате расчетов, проведенных на ЭВМ, получены коэффициенты регрессии в канонической форме В11, В22, В33 и значения критерия оптимизации в оптимальной точке Ys.
***** ИЗВЕСТИЯ ***** № 3 (43) 2016
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Таблица 2 - Оптимальные значения факторов
Фактор Оптимальные значения факторов
х1 - угол атаки ножей, град 0,95 59,8
х2 - ширина ножа, мм - 0,51 9,9
х3 - диаметр трубы ротора, мм - 0,95 70,5
Примечание: в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде.
Уравнения регрессии (2), представленные в канонической форме, имеют вид:
УМ - 97,8 = -5,5x2 " 3,6х2 - 4,5х32, (4)
Поскольку все коэффициенты при квадратных членах имеют отрицательные знаки, то поверхности откликов, описанные уравнением (2), представляют не что иное, как трехмерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (2), относительно угла атаки ножей (х1) и ширины ножа (х2), фактор диаметр
трубы ротора находился на оптимальном значении х3 = - 0,95.
Результаты расчетов графически представлены на рисунке 3.
-1
--0,8
—0,6
--0,4
--0,2 " х2 -0
-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 х1
Рисунок 3 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 при х3 = - 0,95 на точность соответствия заданной толщине резания М Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = 1,0 ...0,8 и х2 = - 0,6 ...- 0,4.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (2), относительно угла атаки ножей (х1) и диаметра трубы ротора (х3), фактор ширина ножа фиксировался на оптимальном значении х2 = - 0,51.
Результаты расчетов графически представлены на рисунке 4.
***** ИЗВЕСТИЯ ***** № 3 (43) 2016
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Х1
Рисунок 4 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х3 при
х2 = - 0,51 на точность соответствия заданной толщине резания М Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = 1,0 ... 0,8 и хз = - 1,0...- 0,8.
При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (2), относительно ширины ножа (х2) и диаметр трубы ротора (х3), фактор угол атаки ножей фиксировался на оптимальном значении х1 = 0,95. Результаты расчетов графически представлены на рисунке 5.
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 х2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Рисунок 5 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х2 и х3 при х1 = 0,95 на точность соответствия заданной толщине резания М
Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х2 = -0,6 ...-0,4 и хз = - 1,0...- 0,8.
Анализ приведенных двумерных сечений показал, что для того, чтобы точность соответствия заданной толщине резания М была максимальной, могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х1 = 1,0 .0,8 (60.59 град), х2 =
- 0,6 ...- 0,4 (9.11 мм), х3 = - 1,0.- 0,8 (70.72 мм). При этом точность соответствия заданной толщине резания М составит 97,5 %.
Заключение. Применение разработанного режущего аппарата с ножами дугообразной формы, радиально расположенных относительно центробежного ротора, позволяет снизить энергоемкость измельчения у корнеплодов картофеля на 35 %, что характеризует более выгодное положение ножей относительно друг друга и разрезаемого материала. Получены оптимальные значения конструктивных параметров измельчителя, оказывающих влияние на качественные характеристики резания - точности соответствия заданной толщине резания. Для того, чтобы точность соответствия заданной толщине резания были максимальной, могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: угол атаки ножей 59.60°, ширина ножа - 9.11 мм, диаметр трубы ротора - 70.72 мм. При этом точность соответствия заданной толщине резания составит 97,5 %.
Библиографический список
1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст]/ Ю.П. Адрер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - Изд-е второе, перераб. и доп. - М.: Наука, 1976.
- 279 с.
2. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных [Текст]/ Г.В. Веденяпин. - М.: Колос, 1973. - 199 с.
3. Дегтярев, Ю.П. Регрессионный анализ на ПЭВМ [Текст]./ Ю.П. Дягтерев, А.И. Филатов. - Труды Волгоградского СХИ, 1992. - С. 128-131.
4. Измельчитель плодов и корнеплодов [Текст]: патент на полезную модель РФ № 141014, B02C18/14 / Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь, А.К. Мамахай, А.С. Венецианский (Россия). -№ 2014100716/13; заявл. 09.01.2014; опубл. 27.05.2014. 2 с.
5. Измельчитель плодов и корнеплодов [Текст] : патент на полезную модель РФ № 152461, B02C18/14 / Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь (Россия). - № 2014151300/13; заявл. 17.12.2014; опубл.27.05.2015. 2 с.
6. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях с.-х. процессов [Текст]/ С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - М.: Колос, 1972. - 200 с.
7. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях с.-х. процессов [Текст]/ С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
8. Румшанский, Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное руководство [Текст]/ Л.З. Румшанский. - М., 1971. - 192 с.
9. Lebed, N.I. Influence of a zigzagging lo-cation of the knives in the cutting unit on the energy con-sumption dur-ing the cutting process of horticultural produce / N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.M. Makarov. - Электронный периодический научный журнал «Journal of Food Process Engineering». 2015. №3 С. 262-270.URL: http://authorservices.wiley.com/bauthor/onlineLibrary TPS.asp?D0I=10.1111/jfpe. 12162&ArticleID=1420272 (дата обращения 19.04.2015)
10. Ragni. L. Mechanical behaviour of apples, and damage during sorting and packaging [Text]/ Berardinelli A. Ragni L. // J. agr. engg Res. -001.-Vol.78. N 3. - P. 273-279.- Англ.-Bibliogr.: 279 p.
References
1. Adler, Yu. P. Planirovanie jeksperimenta pri poiske optimal'nyh uslovij [Tekst]/ Yu. P. Adrer, E. V. Markova, Yu. V. Granovskij. - Izd-e vtoroe, pererab. i dop. - M.: Nauka, 1976. - 279 s.
2. Vedenyapin, G. V. Obschaya metodika jeksperimental'nogo issledovaniya i obrabotki opy-tnyh dannyh [Tekst]/ G. V. Vedenyapin. - M.: Kolos, 1973. - 199 s.
3. Degtyarev, Yu. P. Regressionnyj analiz na PJEVM [Tekst]./ Yu. P. Dyagterev, A. I. Filatov. - Trudy Volgogradskogo SXI, 1992. - S. 128-131.
4. Izmel'chitel' plodov i korneplodov [Tekst]: patent na poleznuyu model' RF № 141014, B02C18/14 / N. M. Antonov, N. I. Lebed', A. K. Mamahaj, A. S. Venecianskij (Rossiya). -№ 2014100716/13; zayavl. 09.01.2014; opubl. 27.05.2014. 2 s.
5. Izmel'chitel' plodov i korneplodov [Tekst] : patent na poleznuyu model' RF № 152461, B02C18/14 / N. M. Antonov, N. I. Lebed' (Rossiya). - № 2014151300/13; zayavl. 17.12.2014; opubl.27.05.2015. 2 s.
6. Mel'nikov, S. V. Planirovanie Jeksperimenta v issledovaniyah s. -- h. processov [Tekst]/ S. V. Mel'nikov, V. R. Aleshkin, P. M. Roschin. - M.: Kolos, 1972. - 200 s.
7. Mel'nikov, S. V. Planirovanie Jeksperimenta v issledovaniyah s. -- h. processov [Tekst]/ S. V. Mel'nikov, V. R. Aleshkin, P. M. Roschin. - L.: Kolos, 1980. - 168 s.
8. Rumshanskij, L. Z. Matematicheskaya obrabotka rezul'tatov Jeksperimenta. Spravochnoe rukovodstvo [Tekst]/ L. Z. Rumshanskij. - M., 1971. - 192 s.
9. Lebed, N.I. Influence of a zigzagging lo-cation of the knives in the cutting unit on the energy con-sumption dur-ing the cutting process of horticultural produce / N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.M. Makarov. - Jelektronnyj periodicheskij nauchnyj zhurnal "Journal of Food Process Engineering". 2015. №3 S. 262-270.URL: http://authorservices.wiley.com/bauthor/onlineLibrary TPS.asp?D0I=10.1111/jfpe. 12162&ArticleID=1420272 (data obrascheniya 19.04.2015)
10. Ragni. L. Mechanical behaviour of apples, and damage during sorting and packaging [Text]/ Berardinelli A. Ragni L. // J. agr. engg Res. -001. -- Vol.78. N 3. - P. 273-279. -- Angl. -- Bib-liogr.: 279 p.
E-mail: nik8872@yandex.ru
УДК 631.331
МОДЕРНИЗАЦИЯ ЗЕРНОВОЙ СЕЯЛКИ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВ
MODERNIZATION OF THE GRAIN SEEDER FOR WORK IN THE CONDITIONS OF THE INCREASED HUMIDITY OF SOILS
А.К. Апажев, кандидат технических наук Ю.А. Шекихачев, доктор технических наук Л.М. Хажметов, доктор технических наук
A.K. Apazhev, Yu.A. Shekikhachev, L.M. Hazhmetov
ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет, г. Нальчик Kabardino-Balkarian State Agricultural University
Актуальность разработки зерновой сеялки с новой конструкцией сошника, обсуждению которой посвящена настоящая работа, определяется необходимостью повышения урожайности и снижения материально-денежных затрат на производство и реализацию сельскохозяйственной продукции в Северо-Кавказском регионе. На основе проведенного анализа существующих технологий заделки семян в почву предлагается новая технология заделки семян, включающая в себя срезание пожнивных остатков и комков почвы на поверхности поля, образование в почве борозды клиновидной формы с уплотненными дном и стенками борозды, укладку семян на дно борозды и закрытие семян сверху рыхлой почвой. Полученные данные свидетельствуют о том, что сопротивление сдвигу начинает резко уменьшаться уже при небольшом увеличении влажности почвы (2...4 %), причем указанное уменьшение завершается при влажности 15...20 %. Наиболее резкие перегибы кривых зависимостей сопротивления сдвигу южного чернозема от влажности заканчиваются при влажности 20.22 %. Установлено, что с увеличением скорости
