Динамические характеристики стебля подсолнечника Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

увеличивается подача) и имеется небольшое влияние угла конусности вала шнека.

После подстановки уравнений (2) в (1) получим уравнение регрессии для производительности экс-трудера в зависимости от выбранных независимых параметров в раскодированном виде [8]: 0 = 322,56 +1,899р + 0,0655ф +

+5,25 Ж - 0,051р2 - 0,00000215ф --0,051Ж2 - 0,00012р5ф - 0,0038р Ж -

-0,000265фЖ + 0,0000051р5фЖ, (3) где р — угол конуса, град.;

¿ф - площадь выходного сечения фильеры, мм2; Ж - влажность, %.

Для проведения графического анализа полученной регрессионной модели (3) зафиксируем угол конусности вала шнека на одном из его экспериментальных значений [10].

В результате, фиксируя угол конусности вала шнека на трёх выбранных уровнях, получим три уравнения регрессии [7]:

0Р=1° = 336,44 + 0,0645ф + 5,212Ж -^ ф (4)

-0,00000215"1 - 0,101Ж2;

0Р=2° = 340,11 + 0,0635ф + 5,174Ж -

-0,00000215ф - 0,101Ж2; 0Р=30 = 333,57 + 0,0615ф + 5,135Ж --0,00000215ф - 0,101Ж2.

(5)

(6)

Для визуального представления полученных уравнений, представляющих собой криволинейные поверхности, в координатах [¿ф; Ж] построим уравнения (4), (5) и (6) (рис. 3).

Рассматривая каждую поверхность в отдельности в сечении плоскостями с шагом в 10 кг/ч, получим графики, изображённые на рисунках 4—6.

Из графического анализа полученных данных видно, что характер изменения всех поверхностей одинаков. Однако при угле конусности вала шнека Р =10° наблюдается максимум производительности Qи480 кг/ч; при р = 20° наблюдается максимум производительности Q>480 кг/ч; при р = 30° — максимум Q <480 кг/ч.

Вывод. Наибольшую производительность обеспечивает шнек с углом конусности вала шнека Р = 20° при влажности смеси 20—25%. В зависимости от площади фильеры (100—1400 мм2) производительность экструдера может изменяться в интервале 412—483 кг/ч. Изменение влажности с выходом из указанного её интервала уменьшает производительность устройства.

Литература

1. Коновалов В.В. Определение подачи цилиндрического шнекового пресса / В.В. Коновалов, В.В. Новиков, Д.В. Беляев, Л.В. Иноземцева // Нива Поволжья. 2010. № 2. С. 51-56.

2. Коновалов В.В., Орсик И.Л., Успенская И.В. Оптимизация конструктивно-технологических параметров направителя пресс-экструдера по неравномерности давления в зоне загрузки // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 2 (30).

3. Новиков В.В. Результаты экспериментальных исследований модернизированного экструдера зерна КМЗ-2,0У / В.В. Новиков, В.В. Коновалов, Л.В. Иноземцева, Д.В. Беляев // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2010. № 3. С. 70-76.

4. Полищук В.Ю., Ханин В.П., Зубкова Т.М. Экспериментальное исследование поведения прессуемого материала в одношнековом прессующем механизме экструдера // Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК: тезисы доклад. Росс. науч.-технич. конф. Оренбург, 1996. 116 с.

5. Орсик И.Л. Повышение питательности экструзионной переработки отрубей // Научно-методический журнал XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего. 06 (22). Пенза: ПензГТУ, 2014. С. 82-85.

6. Зубкова Т.М., Корякина М.А. Математическое моделирование процесса экструдирования с оттоком жидкой фазы // Современные информационные технологии в науке, образовании и практике: матер. VIII всерос. науч.-практич. конф. (с междунар. участием). Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009. С. 95-96.

7. Пат. № 131948 Российская Федерация, МПК7 А23К1/00, В02С13/00. Экструдер для приготовления кормовой массы /

B.В. Новиков, В.В. Коновалов, И.Л. Орсик, А.Л. Мишанин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Самарская ГСХА. № 2013112063/13; заявл. 18.03.13; опубл. 10.09.13. Бюл. № 25. 5 е.: ил.

8. Орсик И.Л., Грецов А.С. Результаты экспериментальных исследований экструдирования смеси рыбных отходов и отрубей // Перспективы инновационного развития АПК: матер. междунар. науч.-практич. конф. в рамках XXIV Международной специализированной выставки АгроКомплекс-2014. Часть II. Уфа : Башкирский ГАУ, 2014. С. 109-114.

9. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. 304 с.: ил.

10. Орсик И.Л. Обоснование рационального состава смеси рыбных отходов с отрубями для экструзионной переработки // Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России: сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. Том 2. Пенза: РИО ПГСХА, 2014.

C. 211-213.

Динамические характеристики стебля подсолнечника

А.С. Старцев, к.т.н., ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ

Техническими условиями на уборку подсолнечника зерноуборочными комбайнами предусмотрено, что потери семян за жаткой при уборке не должны превышать 2,5% от фактической урожайности [1]. Однако не все жатки и приспособления

для уборки подсолнечника обеспечивают данное условие. Это можно объяснить многими факторами, среди которых - использование жаток, не предназначенных для уборки подсолнечника, несовершенство конструкции приспособлений, не учитывающих частные особенности уборки, недостаточно точная регулировка элементов жатки или адаптера.

С увеличением ускорения движения комбайна происходит ударное воздействие на стебли подсолнечника, что приводит к вымолачиванию семянок рабочими органами мотовила жатки [2].

Рядом проводимых исследований по взаимодействию рабочих органов лопастного и трубного мотовила со стеблестоем подсолнечника было установлено, что на осыпаемость семянок значительное влияние оказывает ускорение движения стебля подсолнечника при уборке, которое можно соотнести с ускорением движения комбайна [3]. С целью снижения потерь семянок подсолнечника за счёт вымолачивания целесообразно переоборудование жаток для уборки зерновых культур на приспособления, конструкция которых позволит уменьшить потери убираемой культуры [4]. Техническим решением, обеспечивающим снижение потерь семянок подсолнечника до 0,63% от биологической урожайности, является оснащение жатки шнеком-мотовилом (рис. 1).

С целью теоретического определения ускорения движения стебля при его захвате шнеком-мотовилом необходимо математически определить динамические характеристики стебля подсолнеч-

Рис. 1 - Технологическая схема работы шнека-мотовила:

1 - зерноуборочный комбайн; 2 - стеблестой подсолнечника; 3 - жатка, оснащённая шнеком-мотовилом; 4 - шнек-мотовило; 5 - шнек жатки; 6 - режущий аппарат; 7 - отсекатели; 8 - стебле-подъёмники; Шкорз - ускорение движения корзинки; ик - линейная скорость движения комбайна

ника. К динамическим характеристикам стебля подсолнечника относятся: масса, координаты центра масс и момент инерции стебля.

Для создания геометрической модели стебля разобьём его на три участка (рис. 2): прямой участок стебля ОА; изогнутый участок АВ; корзинка В.

Участок ОА (I) будет представлять собой конус постоянной плотности [5].

Объём усечённого конуса рассчитываем по формуле:

V = 1 п /1( Я2 + Я1 Я2 + Я2),

(1)

где ^ — длина прямолинейного участка стебля ОА, м;

Я1 — радиус основания усечённого конуса, м; Я2 — радиус сечения конуса, м. Для определения объёма цилиндра, вписанного в конус, используем формулу:

V = пя2 К.

Координаты центра масс равны:

Х0С1 = 0;

Уос1 =0;

(2)

(3)

2°С . ■

Я? + 2Я1Я2 + 3 Я22 я!+Я1Я2+я2

Рис. 2 - Геометрическая схема стебля подсолнечника: С1, С2, С3 - центры тяжести участков стебля I, II и III соответственно

Для определения моментов инерции составим уравнение данной конической поверхности:

Таким образом, получим:

1

х2 + y2 = (R -г)2.

(4)

4, = 4 mR2 +

Момент инерции относительно координат плоскостей рассчитываем как [2]:

п m (Ri - R- )4 [(( - P2 (Ri - r2 ))]

20V

(11)

Ixy1 =m Шz 2dxdydz•

Моменты инерции Ix, I Iz относительно коор-(5) динатных плоскостей определили по формулам:

Момент инерции прямоугольного участка стебля ОА относительно осей О, выразим выражением:

I - U

P3r2

\5

^— p- pr3

где

P • P -

3 P3r 5

-3 PP2r4 - Pr-

4 1 2 5

1

(6)

R, - R- ' R, - R2

л - -1 i Так как 1xy]4m - , „ mA

12

"Л , получим:

1 - — ml2

1 ,, 2nm', i1,2 +-1

12

2V

f f (R1 - R2 )2 - P2P2 (R1 - R2 )3 + + 3 P1P2 (R1 - R2 )4 -1P23 (R1 - R2 )5

V 4 5

(7)

m1 + m1 - mOA,

где

' V4 1 - V

V

- m„

1-

3R-

^ R1 + R1R2 + R2 у

R2 + R1R2 - 2R-r,+R1R2 + R22

(8)

Выразим массу участка стебля ОА как:

V1

3R2 mOA

m1 - —1 mOA - —-—-.

1 V OA R- + RR + R2

(9)

Ч 1 -"1^4 1 "2

Определим момент инерции прямоугольного участка ОА относительно осей Охг с помощью уравнения:

m

J - J + m

iJJJх2dxdydz -

Pi -P2r

- JxzM + ^J r2c0S- r3dr Í dz'

2 0 R 0

(10)

где Ixz -т m1R22, кг/м2.

1 -1 +1 ;

Xi ХУ1 xz, '

Jyi - 1xyi + 1>zi ;

1 -1 +1 .

z, xz, yz,

(12)

В силу симметрии усечённого конуса относительно оси г имеем:

1 -1

1 -1 -1 -1

x y, xy, x

(13)

1 -

3 m, R,5 - R

10 R,2 - R22

где К2= V—

Массу участка стебля ОА определим как сумму двух масс усечённого конуса:

Переход от Декартовых координат к полярным рассчитывается как [2]:

x, - r cos ф;

У, - 0; (14)

z, - r sin ф.

Заменим объёмную фигуру АВ дугой окружности с переменной линейной плотностью у(ф) (рис. 3):

(15)

У(Ф) = кЯ2,

где к — коэффициент пропорциональности; Я — радиус сечения участка АВ, м. Запишем уравнение окружности:

4

г = —; 2

г ' = 0.

Заменим Я2 — обозначение радиуса распрямлённого участка стебля АВ на Я3 (рис. 4).

Текущий радиус дугообразного участка рассчитаем по формуле:

(16)

R - R2 - R3-R- ф. п

(17)

Введём промежуточный коэффициент

Тогда:

^ - R3 - R2

п

(18)

у(ф) = к (Я2-^ф)2;

у (ф) = к (Я2 - 2Я2^ф + ^2ф2). (19)

Массу материальной кривой т2 дугообразного участка АВ переменной плотности [1] определим по формуле:

2

R

Рис. 3 - Геометрия дугообразного участка стебля АВ (шейка стебля)

Определим моменты инерции относительно осей системы координат х0, у0, г0 согласно теореме Штейнера [4]:

Рис. 4 - Геометрия участка АВ

= |у(г, фУ г 2 +(-)2 а Ф.

I2

!х = 4 + т2~т;

хО 2 х2 2 4

1Уо 2 = ^ У гг ;

= + т2/2.

2О 2 222 ^ ^

(24)

т0

Переходя к определённому интегралу, полу чим [2]:

Для определения моментов инерции корзинки представим её в виде полусферы радиусом Я3 (20) (рис. 5). Причём уравнение окружности основания корзинки будет иметь вид: у = ^Я - х2 , дуги её сферы: 2 = ^Я32 - х2 - у2 .

Рассчитаем моменты инерции корзинки В:

т0

к12п

Я2 - я2 а^+1 А2 п2

(21)

Для упрощения расчётов ввёдем обозначение: 2т,,

^ = ^ + ^ = т3 (2 + У2 ); 'У3 = 1У3 + 1ХУ3 = т3 (х 2 + 2 2 ).

(25)

к-

¡2 п

- Я22 А^ +1 А,? п2

(22)

Найдем координаты центра масс дугообразного участка АВ (х0с2, У0с2, г0с2).

Перейдём к полярной системе координат. Методом интегрирования получим моменты инерции дугообразного участка стебля АВ относительно осей координат [2]:

' Ы1 А(( -А!) + ¡2;

• о о

т = т -I--— =-—

ос2 л1с т 2

т0

Уос, = У1с =0;

: г +1

ПС ^ '1

к122 4т0

(23)

[2Я22 - 4пЯ2А + 2А2 (п -1)] + ¡1.

Рис. 5 - Геометрия корзинки В

Вычислим координаты центра масс корзинки:

х3 = l1 cosa; Уз = А cosß; z3 = l1 cosy.

(26)

В итоге математических преобразований получаем суммарные моменты инерции стебля:

T = T + T + T

Iy =

+ L + /..

(27)

I = I +I +I

Литература

1. Старцев А.С., Куньшин А.А. Технические условия на уборку подсолнечника зерноуборочным комбайном // Фундаментальные и прикладные исследования в высшей аграрной школе: сб. статей. Саратов, 2014. С. 36—39.

2. Старцев А.С., Попов М.Ю. Теоретическая зависимость потерь семянок подсолнечника от скорости движения комбайна, оснащённого шнеком-мотовилом // Аграрная наука. 2012. № 2. С. 31-32.

3. Константинов М.М., Кондрашов А.Н., Глушков И.Н. Методика расчёта и обоснования параметров ленточного транспортёра порционной жатки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 2 (34). С. 65-69.

4. Труфляк Е.В. Переоборудование кукурузоуборочной жатки для очистки початков от оберточных листьев // Тракторы и сельхозмашины. 2009. № 4. С. 25-28.

5. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1981. 723 с.

Механизированная заготовка и подготовка к скармливанию кормовой свёклы

Г.П. Юхин, д.т.н., профессор, В.М. Мартынов, д.т.н., ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ; П.И. Огородников, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; В.А. Милюткин, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Самарская ГСХА

Кормовая свёкла является диетическим и молокогонным кормом в период лактации коров, она улучшает их аппетит. Потребление кормовой свёклы стельными сухостойными коровами приводит к получению здоровых телят и закладывает основы высокой молочной продуктивности в будущем. Для дойных коров рекомендуется включать в рацион 0,6-0,8 кг сахарной свёклы на 1 л молока, но не более 15 кг в сутки из-за высокого содержания сахара. Кормовой свёклы можно скармливать коровам в 2-2,5 раза больше, чем сахарной [1].

Однако, несмотря на то что кормовая свёкла является высокоурожайной культурой и необходима для молочного животноводства, объёмы её возделывания в настоящее время резко сократились. Например, в Республике Башкортостан посевы кормовой свёклы сократились с 60-65 тыс. га до 10-11 тыс. га. Это объясняется как проблемами в семеноводстве, так и отсутствием эффективных средств для механизированной уборки кормовой свёклы в связи с тем, что уборочная техника сахарной свёклы непригодна для кормовой свёклы из-за особенностей её свойств [2, 3].

Материал и методы исследования. В Башкирском государственном аграрном университете разработан навесной комбайн для уборки кормовой свёклы, который обеспечивает удаление ботвы, выкопку корнеплодов и очистку их от почвенных примесей [4-7]. С помощью данного комбайна возможна реализация нескольких технологий уборки и заготовки кормовой свёклы. Цель исследования заключалась в определении наиболее эффективной из них путём сравнительного анализа механизма действия рабочих органов уборочного комбайна, его конструктивных параметров.

Результаты исследования. Наиболее эффективной оказалась схема уборки кормовой свёклы с образованием поперечного валка корнеплодов (рис. 1) [8].

Основной рабочий орган комбайна - шнеково-вальцовый очиститель корнеплодов (рис. 2) может использоваться зимой в условиях фермы для сухой доочистки корнеплодов перед их скармливанием животным.

Работает шнеково-вальцовый очиститель следующим образом. Корнеплоды подаются на планки 5, образующие обрешётку, откуда они захватыва-

Д? -jjh -jjh А? -jih cäg -jih -jüb .Д? -8f .Д? -Sf

Рис. 1 - Схема заготовки кормовой свёклы с образованием поперечного валка корнеплодов: 1 - трактор; 2 - комбайн свеклоуборочный; 3 - валок корнеплодов; 4 - свеклопогрузчик; 5 - транспортное средство; 6 - бурт корнеплодов