Экспериментальные исследования взаимодействия рабочих органов игольчатого диска с растительными остатками Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ

УДК 631.331

А.А. КЕМ, А.П. ШЕВЧЕНКО, М.А. БЕГУНОВ, В С. КОВАЛЬ

Тарский филиал Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина, Тара

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ИГОЛЬЧАТОГО ДИСКА С РАСТИТЕЛЬНЫМИ ОСТАТКАМИ

Одним из резервов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является внедрение технологии безрядкового посева, наиболее полно отвечающего агротехническим требованиям сева по стерневому фону. Проблема создания посевной машины, предназначенной для посева по необработанному фону, заключается в том, что стерня - сложная монотропная среда. В зависимости от объема и скорости перемещения проявляются различные ее физико-механические свойства. При перемещении посевного агрегата происходит сгруживание соломистых остатков и верхнего слоя почвы. Для исключения забивания межсошникового пространства лаповых сошников соломистой массой были разработаны активные игольчатые рабочие органы с приводом от вала отбора мощности трактора. Целью написания статьи является определение рациональных конструктивных и технологических параметров рабочих органов активного игольчатого диска. Задачи исследования состоят в следующем: на основе плана провести лабораторные исследования; исходя из результатов многофакторного эксперимента получить уравнение регрессии; получить поверхности отклика перемещения растительных остатков в зависимости от конструктивных и технологических параметров рабочих органов активного игольчатого диска; определить рациональные конструктивные и технологические параметры рабочих органов. Для проведения исследований применялась методика планируемого эксперимента. Для описания закономерностей характера движения и процессов взаимодействия активных ротационных рабочих органов с растительными остатками был проведен симметричный композиционный ортогональный план с тремя факторами. Экспериментальные исследования по взаимодействию поверхности рабочих органов активного игольчатого диска с растительными остатками с целью определения параметров и режимов его работы на первоначальном этапе проводились в почвенном канале. За критерий оптимизации принята величина перемещения растительных остатков. По итогу проведенного исследования были определены конструктивные и технологические параметры рабочих органов активного игольчатого диска.

Ключевые слова: посев, игольчатый рабочий орган, растительные остатки.

Введение

Как показывает многолетний отечественный и зарубежный опыт [1], одним из резервов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является внедрение технологии безрядкового посева [2], наиболее полно отвечающего агротехническим требованиям сева по стерневому фону. Проблема создания посевной машины, предназначенной для посева по необработанному фону, заключается в том, что стерня -сложная монотропная среда. В зависимости от объема и скорости перемещения проявляются различные ее физико-механические свойства [4].

© Кем А.А., Шевченко А.П., Бегунов М.А., Коваль В.С., 2019

При перемещении посевного агрегата происходит сгруживание соломистых остатков и верхнего слоя почвы [3]. Для исключения забивания межсошникового пространства лаповых сошников соломистой массой были разработаны активные игольчатые рабочие органы с приводом от вала отбора мощности трактора.

Цель исследования: определить рациональные конструктивные и технологические параметры рабочих органов активного игольчатого диска.

Задачи исследования:

- на основе плана провести лабораторные исследования;

- исходя из результатов многофакторного эксперимента, получить уравнение регрессии;

- получить поверхности отклика перемещения растительных остатков в зависимости от конструктивных и технологических параметров рабочих органов активного игольчатого диска;

- определить рациональные конструктивные и технологические параметры рабочих органов.

Методы исследования. Для проведения исследований применялась методика планируемого эксперимента [5]. Для описания закономерностей характера движения и процессов взаимодействия активных ротационных рабочих органов с растительными остатками был проведен симметричный композиционный ортогональный план с тремя факторами. Экспериментальные исследования по взаимодействию поверхности рабочих органов активного игольчатого диска с растительными остатками с целью определения параметров и режимов его работы на первоначальном этапе проводились в почвенном канале. За критерий оптимизации принята величина перемещения растительных остатков [6].

Результаты исследования. Определены пределы варьирования трех основных показателей: кинематического коэффициента - X, числа игл рабочего органа - пд и глубины обработки почвы - Ъоб.

Пределы варьирования основных показателей представлены в табл. 1.

Таблица 1

Пределы варьирования показателей

Показатель

Пределы Фактор в кодированном виде

Кинематический коэффициент, 1 Число игл рабочего органа, пд, шт. Глубина обработки почвы, Иоб, см Х1 Х2 Хз

Верхний 2,45 6 6 +1 +1 +1

Нижний 1,45 2 2 -1 -1 -1

Основной 1,95 4 4 0 0 0

Интервал 0,5 2 2 1 1 1

Значение кинематического параметра X определяем по следующему выражению [7]:

X = Го/Гагр, (1)

где ¥0 - окружная скорость вращения рабочих органов на краях игл, км/ч; Уагр -линейная скорость движения агрегата, км/ч.

У0 = 0,06пБп, (2)

где п - частота вращения игольчатого диска, мин-1; Б - диаметр игольчатого диска, м.

Кинематический коэффициент X принимаем в пределах от 1 до Хтах [8]. Количество игл игольчатого диска принимаем равным 6, 4, 2 и после проведения расчета получаем следующие значения X: 2,35; 2,79; 3,68. На основе значений кинематического коэффициента X для проведения эксперимента были изготовлены игольчатые диски с шестью, четырьмя и двумя рабочими иглами.

С целью обеспечения лучшего качества самоочистки профиль игл приняли эволь-вентным, шириной 15 мм [9]. Игольчатые диски показаны на рис. 1.

Ра Ш

¡IV

а б в

Рис. 1. Рабочий орган активного игольчатого диска: а - с двумя иглами; б - с четырьмя иглами; в - с шестью иглами

Результаты проведения многофакторного эксперимента представлены в табл. 2.

Таблица 2

Перемещение растительных остатков в зависимости от факторов

№ опыта Кинематический коэффициент, X Число игл, пд, шт. Глубина обработки почвы, Нов, см Перемещение растительных остатков Ууд, м3/м

1 1,45 2 2 0,00016

2 1,95 2 2 0,00012

3 2,45 2 2 0,00019

4 1,45 4 2 0,00021

5 1,95 4 2 0,00062

6 2,45 4 2 0,00059

7 1,45 6 2 0,00031

8 1,95 6 2 0,00056

9 2,45 6 2 0,00089

10 1,45 2 4 0,00013

11 1,95 2 4 0,00023

12 2,45 2 4 0,00018

13 1,45 4 4 0,00040

14 1,95 4 4 0,00072

15 2,45 4 4 0,00114

16 1,45 6 4 0,00060

17 1,95 6 4 0,00052

18 2,45 6 4 0,00171

19 1,45 2 6 0,00031

20 1,95 2 6 0,00034

21 2,45 2 6 0,00054

22 1,45 4 6 0,00058

23 1,95 4 6 0,00105

24 2,45 4 6 0,00165

25 1,45 6 6 0,00087

26 1,95 6 6 0,00157

27 2,45 6 6 0,00248

По итогу проведения эксперимента получено уравнение регрессии (3), адекватное на 5%-ном уровне значимости [10] (Ртабл = 0,1904 > Ррасч= 0,0447), описывающее процесс изменения качественного показателя работы рабочих органов в кодированных величинах:

7 = 0,346 +0,161^ + 0,014x2 + 0,203Х2 + 0,125X^2 -

-0,020X^2 -0,020^2 + 0,159Х3 + 0,080X^3 + 0,102Х2Х3 +. (3)

+ 0,052^X2^3 -0,017Х| -0,020X^2X1. После пересчета коэффициентов из кодированных в натуральные уравнение регрессии приняло следующий вид:

Ууд = 1,1904 - 0,3164 X - 0,5534 пд - 06337 Ъо6 - 0,1040 X2 + 0,0830 пд2 + + 0,0823 коб2 + 0,1850 X пд + 0,2960 Xhоб + 0,2868 пдИоб- 0,1340 X пдИоб -- 0,0400 X пд2 + 0,0400 X2nд - 0,0400 X Кб2- 0,0390 пдКб2 - 0,0390 пд2Кб +

+ 0,0049 т2Кб2 - 0,0025 X т2Кб2 + 0,0200 X п^об2 + 0,0200 X щ2Кб. (4) Анализ модели, описываемой уравнением регрессии (4), производится методом сечений. После проведения расчетов были построены поверхности отклика - закономерности перемещения растительных остатков рабочими органами в зависимости от технологических и конструктивных параметров (рис. 2-7).

Рис. 2. График перемещения растительной массы Ууд в зависимости от коэффициента X и глубины обработки почвы hоб, Ууд = АМоб), пд = 4 шт.

Можно сделать вывод, что при возрастании коэффициента X и глубины обработки почвы hоб объем перемещаемой растительной массы возрастает. При возрастании X больше трех наблюдается разбрасывание растительной массы.

Рис. 3. Двумерное сечение поверхности отклика перемещения растительной массы Ууд в зависимости от кинематического коэффициента X и глубины обработки hоб, Ууд = А^^^, пд= 4 шт.

Рис. 4. График перемещения растительной массы Ууд в зависимости от количества игл рабочего органа пд и глубины обработки почвы Ноб, ¥уд = /(пд,Нов), X = 1,95

Оптимальным значением количества игл рабочего органа Пд является промежуток от 3 до 5 шт. Объем перемещения растительной массы прямо пропорционален глубине обработки почвы Ноб.

Рис. 5. Двумерное сечение поверхности отклика перемещения растительной массы Ууд в зависимости от количества игл рабочего органа пд и глубины обработки почвы Ноб, Ууд = /(пд,Нов), X = 1,95

Рис. 6. График перемещения растительной массы Ууд в зависимости от коэффициента X и количества игл диска пд,

Ууд = /(Х,пд), Нов = 4 см

При возрастании кинематического коэффициента X и количества игл диска пд происходит возрастание перемещения растительной массы Ууд.

л

Рис. 7. Двумерное сечение поверхности отклика перемещения растительной массы ¥уд в зависимости от коэффициента X и количества игл диска пд, Vyd = f(X,nd), ho6 = 4 см

Заключение и выводы. Производя анализ уравнений (3) и (4), а также графиков (рис. 2-7), отметим:

- максимальное влияние на перемещение растительной массы Vyd оказывает глубина обработки почвы ho6, а также число игл диска Пд;

- оптимальным значением кинематического коэффициента X является значение, не превышающее 3;

- оптимальными пределами параметров агрегата являются кинематический коэффициент X от 1,9 до 2,5, число игл на рабочем органе пд от 4 до 6 шт., глубина обработки почвы ho6 от 4 до 6 см.

A.A. Kem, A.P. Shevchenko, M.A. Begunov, V.S. Koval

Tara branch of Omsk state agrarian University named after P.A. Stolypin, Tara

Pilot studies of interaction of working bodies of the needle disk c vegetable remains

One of reserves of increase of productivity of agricultural crops is the introduction of technology strada-lovo sowing, most fully meet the agricultural requirements of sowing crops in stubble background. The problem of creating a sowing machine designed for sowing on an untreated background is that the stubble is a complex monotropic structure. In this connection, its various physical and mechanical properties are manifested depending on the volume and speed of movement. When the sowing unit is moved, the straw residues and the top layer of the soil are unloaded. To avoid clogging missnicole space snow opener the straw mass was developed by active needle working bodies driven by the PTO shaft of the tractor. The purpose of the article is to determine the rational design and technological parameters of the working bodies of the active needle disc. The objectives of the study are as follows: on the basis of the plan to conduct laboratory studies; based on the results of a multifac-torial experiment, to obtain the regression equation; get the response surface movement of plant residues, depending on the design and technological parameters of the working bodies of the active needle disc; determine the rational design and technological parameters of the working bodies. The method of the planned experiment was used for research. A symmetrical orthogonal composition plan with three factors was carried out to describe the regularities of the nature of motion and the processes of interaction of active rotary working bodies with plant residues. Experimental studies on the interaction of the surface of the working bodies of the active needle disc with plant residues in order to determine the parameters and modes of its operation at the initial stage were carried out in the soil channel. For the optimization criterion, the value of the movement of plant residues is tak-

en. As a result of the study, the design and technological parameters of the working bodies of the active needle disc were determined.

Keywords: sowing, needle working organ, plant residues.

Список литературы

1. Шевченко А.П. Повышение эффективности функционирования посевных машин путем оптимизации конструктивных параметров рабочих органов : монография / А.П. Шевченко, В.А. Дом-рачев. - Омск : Изд-во ОмГАУ, 2005. -120 с.

2. К вопросу механизации селекционно-семеноводческих посевов / У.М. Сагалбеков, Е.У. Са-галбеков, О.К. Аубакиров, Б.У. Сагалбеков // Интеграция науки и производства в АПК. - Кокшетау, 2011. - С. 181-183.

3. Шевченко А.П. Повышение эффективности работы машин для посева льна-долгунца путем оптимизации конструктивных параметров рабочих органов : монография / А.П. Шевченко, М.А. Бегунов. - Омск : Изд-во ФГБОУ ВО Омский ГАУ,

2016. - 122 с.

4. Универсальный экспериментальный лущильник / А.В. Евченко, В.С. Коваль, М.А. Бегунов, С.В. Пуц // Современное научное знание в условиях системных изменений : материалы Первой нац. науч. -практич. конф., Омский ГАУ, Тар-ский филиал, 2016. - С. 205-208.

5. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Ро-щин. - М., 1980. - 168 с.

6. Яруллин Ф.Ф. Классификация ротационных рабочих органов почвообрабатывающих машин / Ф.Ф. Яруллин, А.Р. Валиев // Аграрная наука XXI в. Актуальные исследования и перспективы. -Казань : Изд-во Казанского ГАУ, 2015. - C. 131-137.

7. Самуйло В.В. Исследование ротационного орудия с игольчатыми рабочими органами / В.В. Самуйло, А.А.Кислов, А.Ф.Кислов // Техника в сельском хозяйстве. - 2008. - № 6. - С. 46-47.

8. Kem A.A. Influence of parameters of the design of the suspension bracket of working body sterne-voj of the seeder on uniformity of the course on depth / A.A. Kem, E.V. Krasilnikov // Информационные технологии, системы и приборы в АПК : материалы Междунар. науч.-практич. конф. «АГРОИНФО-2006». / Сибирский физико-технический институт аграрных проблем. - 2006. - С. 509.

9. Зубарев А.Г. Особенности технологического процесса работы сошников / А.Г. Зубарев // Инженерная наука в АПК. Проблемы. Решения. Перспективы : материалы Всеросс. науч. -практич. конф., посвящ. 65-летию инженерного факультета,

2017. - С. 55-58.

10. Протодьяконов М.М. Методика рационального планирования экспериментов / М.М. Протодьяконов, Р.И. Тедер. - Л. : Наука, 2015. - 338 с.

References

1. Shevchenko A.P. Povyshenie jeffektivnosti funkcionirovanija posevnyh mashin putjom optimiza-cii konstruktivnyh parametrov rabochih organov : mo-nografja / A.P. Shevchenko, V.A. Domrachev. -Omsk : Izd-vo OmGAU, 2005. - 120 s.

2. K voprosu mehanizacii selekcionno-semeno-vodcheskih posevov / U.M. Sagalbekov, E.U. Sagal-bekov, O.K. Aubakirov, B.U. Sagalbekov // Integracija nauki i proizvodstva v APK. - Kokshetau, 2011. -S. 181-183.

3. Shevchenko A.P. Povyshenie jeffektivnosti raboty mashin dlja poseva l'na-dolgunca putem opti-mizacii konstruktivnyh parametrov rabochih organov : monografija / A.P. Shevchenko, M.A. Begunov. -Omsk : Izd-vo FGBOU VO Omskij GAU, 2016. - 122 s.

4. Universal'nyj jeksperimental'nyj lushhil'nik / A.V. Evchenko, V.S. Koval', M.A. Begunov, S.V. Puc // Sovremennoe nauchnoe znanie v uslovijah sistemnyh izmenenij : materialy Pervoj nac. nauch.-praktich. konf., Omskij GAU, Tarskij filial, 2016. -S. 205-208.

5. Mel'nikov S.V. Planirovanie jeksperimenta v is-sledovanijah sel'skohozjajstvennyh processov / S.V. Mel'nikov, V.R. Aleshkin, P.M. Roshhin. - M., 1980. - 168 s.

6. Jarullin F.F. Klassifikacija rotacionnyh rabochih organov pochvoobrabatyvaju-shhih mashin / F.F. Jarullin, A.R. Valiev // Agrarnaja nauka XXI veka. Aktual'nye issledovanija i perspektivy. - Kazan' : Izd-vo Kazanskogo GAU, 2015. - S. 131-137.

7. Samujlo V. V. Issledovanie rotacionnogo oru-dija s igol'chatymi rabochimi organami / V.V. Samujlo, A.A. Kislov, A.F. Kislov // Tehnika v sel'skom hozjajstve. - 2008. - № 6. - S. 46-47.

8. Kem A.A. Influence of parameters of the design of the suspension bracket of working body sterne-voj of the seeder on uniformity of the course on depth / A.A. Kem, E.V. Krasilnikov // Informacionnye tehno-logii, sistemy i pribory v APK : materialy Mezhdunar. nauch.-praktich. konf. "AGROINFO-2006" / Sibirskij fiziko-tehnicheskij institut agrarnyh problem, 2006. -S. 509.

9. Zubarev A.G. Osobennosti tehnologichesko-go processa raboty soshnikov / A.G. Zubarev // Inzhe-nernaja nauka v APK. Problemy. Reshenija. Perspektivy : materialy Vseross. nauch.-praktich. konf., posvjashh. 65-letiju inzhenernogo fakul'teta, 2017. - S. 55-58.

10. Protod'jakonov M.M. Metodika racion-al'nogo planirovanija jeksperimentov / M.M. Protod'jakonov, R.I. Teder. - L. : Nauka, 2015. - 338 c.

Кем Александр Александрович, канд. техн. наук, Омский аграрный научный центр, Омск, 55asc@bk.ru; Шевченко Анатолий Павлович, канд. техн. наук, доц., Тарский филиал Омского ГАУ, Тара, ap.shevchenko@omgau.org; Бегунов Максим Алексеевич, канд. техн. наук, доц., Тарский филиал Омского ГАУ, Тара, maksim-begunov@mail.ru; Коваль Владимир Сергеевич, канд. техн. наук, доц., Тарский филиал Омского ГАУ, Тара, koval_v.s@mail.ru.

Kem Aleksandr Aleksandrovich, Cand. Techn. Sci., Omsk Agrarian Scientific Center, Omsk, 55asc@bk.ru; Shevchenko Anatoliy Pavlovich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Tara branch of Omsk SAU, Tara, ap.shevchenko@omgau.org; Begunov Maksim Alekseevich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Tara branch of Omsk SAU, Tara, maksim-begunov@mail.ru; Koval Vladimir Sergeevich, Cand. Techn. Sci., Ass. Prof., Tara branch of Omsk SAU, Tara, koval_v.s@mail.ru.

УДК 631.173.4

УК. САБИЕВ, ИВ. СКУСАНОВ

Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, Омск

СЕПАРАЦИЯ ЗЕРНА НА ПЛОСКОМ РЕШЕТЕ, СОВЕРШАЮЩЕМ ПОПЕРЕЧНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

Статья посвящена разработке и созданию эффективного технического средства для послеуборочной обработки зерна. Подробно изложена схема предлагаемой лабораторной установки. Приведены методика, приборы и пределы измерения различных факторов при проведении экспериментальных исследований работы плоского решета, совершающего поперечные колебания. Принят критерий оптимизации технологического процесса сепарации зерна - полнота разделения (е). Выбран обоснованный симметричный композиционный ортогональный план второго порядка с четырьмя факторами для проведения многофакторного эксперимента. Получены результаты и анализ экспериментальных исследований данного плоского решета; адекватное на 5%-ном уровне значимости уравнение регрессии, описывающее процесс разделения зерна. Представлены наглядные графические зависимости полноты разделения зерна от параметров плоского решета, совершающего поперечные колебания, при установленных значениях удельной нагрузки, а также влияние наиболее значимых факторов на полноту разделения. Для практических рекомендаций обоснованы рациональные значения факторов: для величины удельной нагрузки (в) -0,335-0,838 кг/(м2-с); для решета: угол продольного наклона (а) - 10-16°; амплитуда колебаний (Я) - (7,25-9,25) • 10-3 м; частота колебаний (п) - 450-550 мин-1.

Ключевые слова: плоское решето, поперечные колебания, факторы, уравнение регрессии, поверхность отклика, полнота разделения.

Введение

Послеуборочная обработка зерна является заключительным этапом при его производстве; выполняется поточными зерноочистительными линиями; ее цель - получение зерна требуемых кондиций, регламентированных государственными стандартами [1].

Работа основных выпускаемых отечественных зерноочистительных машин основана на возвратно-поступательном движении решетных станов [2]. Повышение производительности таких машин традиционными способами себя исчерпало, поэтому сельскохозяйственным товаропроизводителям страны разных форм собственности нужны инновационные зерноочистительные машины для послеуборочной обработки зерна с высокой производительностью. В настоящее время создание перспективных технологий и технических средств очистки зерна остается востребованным и актуальным. На

© Сабиев У.К., Скусанов И.В., 2019