CC BY
47
УДК 631.317
КРОШЕНИЕ ОСОКОВОЙ КОЧКИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ФРЕЗОЙ
М.М. ГОГОЛЕВ, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
Якутский НИИ сельского хозяйства E-mail: yniicx@mail.ru
Резюме. В результате проведения многофакторного отсеивающего эксперимента методом случайного баланса получена модель регрессии первого порядка, адекватно отражающая процесс измельчения осоковой кочки на корню вертикальной фрезой.
Ключевые слова: вертикальная фреза, осоковая кочка, крошение.
Кочковатые земли представляют наиболее ценный фонд для освоения по потенциальному плодородию почвы. При обработке таких угодий сложнее всего удалять осоковые кочки [1,2]. За один проход почвообрабатывающие фрезы не обеспечивают желаемого крошения средних осоковых кочек высотой до 40 см.
Цель наших исследований - повысить эффективность измельчения осоковой кочки на корню.
В связи с тем, что в работе представлены результаты изучения принципиально нового способа измельчения осоковой кочки и нового рабочего органа для его осуществления, оценку проводили только по основному критерию - степень измельчения кочки. Поскольку первоочередной вопрос, на наш взгляд, - определение основных факторов и степени их влияния на выполняемый технологический процесс.
Задачи исследования:
выявить экспериментальным путем доминирующие управляемые факторы процесса;
разработать математическую модель оптимизации крошения кочки.
Условия, материалы и методы. Экспериментальная фреза с вертикальным ротором состоит из рамы, выносного рабочего ротора, вал которого это выходной вал рабочего редуктора, системы привода и механизма подъема ротора в транспортное положение (рис. 1). Вынос рабочих органов фрезы сбоку трактора обеспечивает более устойчивый ход агрегата, так как энергосредство движется по ранее выровненной поверхности.
Ротор (рис.2) представляет собой вертикальный вал, на котором на одинаковых расстоянияхустановлены диски, разделенные втулками. С обеих сторон на дисках монтируются стойки с жестко закрепленными ножами, лезвия которых находятся в горизонтальной плоскости. Сочетание различных диаметров дисков и длины стоек позволяет уменьшать диаметр зоны обработки от верхнего яруса к нижнему. На верхней и нижней плоскости диска можно закрепить до шести стоек с ножами. Угол наклона между направлением радиуса и лезвием ножа у = 0,7 рад. При помощи специальных шайб, устанавливаемых под ножами с углами заточки 0,384 рад, можно получить в
плоскости перпендикулярной к лезвию ножа исходные углы резания р: 0,436, 0,524 и 0,612 рад. Подбором промежуточных втулок и расположением стоек сверху или снизу дисков можно задать расстояние между ярусами 60, 70 и 80 мм.
Число и размеры кочек определяли на трех площадках размером по 25 м2 (5x5 м) по диагонали участка [3]. Измерение проводили специально изготовленным штангенциркулем с точностью ±0,5 см.
Полевые исследования проводили на 10-метровом путь-учетном участке, на котором имелось не ме-
Рис. 2. Схема вертикальной фрезы: Нк - высота кочки; Рк -угол конусности кочки; т - количество ярусов ножей; 2И1 - ширина захвата по нижнему ярусу; Рр - угол конусности ротора; С - разница диаметров верхнего и нижнего яруса ножей; й - расстояние между ярусами; фт - угол между ножами на смежных ярусах.
бочего органа. При необходимости поверхность луга рядом с выбранным участком планировали бульдозером, что способствовало более устойчивому ходу трактора и обеспечивало одинаковую высоту среза кочек. Для сбора измельчаемых и разбрасываемых фрезой частиц участок огораживали синтетической пленкой.
Для определения качества измельчения все собранные на пленке куски кочек просеивали через набор решет с диаметрами отверстий 10, 25, 50 и 70 мм. Полученные фракции взвешивали и определяли их соотношение.
Частоту вращения рабочих органов определяли по показаниям часового тахометра типа «9 ЧП» на конце вала промежуточного конического редуктора в трехкратной повторности.
Планирование опытов предусматривало определение объема многофакторного исследования работы вертикальной фрезы. Параметр оптимизации - степень измельчения У, факторы влияющие на него - независимые переменные Х1, Х2, ...Хп [4, 5, 6].
Функцию отклика (У= во + в1Х1+в2Х2+.+ впХп) находили по данным экспериментальных исследований путем определения влияния ограниченого количества доминирующих факторов. В отсеивающий эксперимент включали факторы, которые могли оказать существенное влияние на процесс измельчения.
Из анализа материалов по резанию минеральных и
Рис. 1. Экспериментальная вертикальная фреза.
Таблица 1. Факторы, влияющие на качество измельчения осоковой кочки вертикальной фрезой_____________________________________________________
Обозначение Фактор Уровни факторов
фактора нижний (-) [основной Шверхний (+)
хі Форма ножа плоский без плоский со
Х2 Ширина захвата нижнего яруса, м штифта 1,12 1,24 штифтом 1,36
Х3 Угол конусности ротора по концам ножей, рад 0,0 0,393 0,786
Х4 Расстояние между ярусами, мм 60 70 80
Х5 Угол между ножами на смежных ярусах, рад 0,0 0,262 0,524
Х6 Число ножей на каждом ярусе, шт. 4 5 6
Х7 Частота вращения рабочего органа, с1 1,83 3,17 4,51
Х8 Скорость агрегата, м/с 0,50 0,72 0,94
Х9 Исходный угол резания, рад 0,436 0,524 0,612
волокнистых почв следует, что влияние конструктивных
параметров ротора вертикальной фрезы на измельчение мало изучено. Из 44 возможных классифицированных факторов, мы выделили девять, из числа которых определяли доминирующие по величине вносимого эффекта.
Эффект факторов при отсеивающем эксперименте находили методом случайного баланса [5, 6, 7, 8], при котором общее число опытов N выбирается из условий пф >N-1, где пф - число факторов. Это позволяет резко сократить число экспериментов и оценивать только некоторые эффекты факторов, относя большую их часть к «шумовому полю», в результате чего выделяются значимые линейные эффекты.
Планирование проводили на двух уровнях факторов по случайным выборкам некоторых вариантов полного факторного эксперимента. При этом план - часть полного факторного эксперимента, в котором для оценки эффекта того или иного фактора вполне достаточно его варьирования на двух уровнях.
Для исследований использовали матрицу отсеивающих экспериментов, у которой количество верхних и нижних уровней каждого фактора одинаково или отличается незначительно (табл. 2). Так как фактор Х1 качественный, дополнительно на основных уровнях факторов поставлены опыты 21 и 22 с ножами соответственно без штифта и со штифтом. Из матрицы отсеивающих экспериментов следует, что в первом опыте фактор Х1 берём на нижнем уровне (-), то есть все ножи ротора
Таблица 2. Матрица отсеивающих экспериментов
№ опы- та Ф а к т о р
*3 Х5 Х6 Х7 Х8 Х9
1 - +
2 + + - - - + + - +
3 + - + - - - + - -
4 - + + - - + - + +
5 + - - + - + - - -
6 - + - + - - - + -
7 - - + + - - + + +
8 + + + + - + + + -
9 + - - - + + - - +
10 - + - + - + + -
11 - - + - + - + - +
12 + + + - + + + + +
13 - - - + + + - + -
14 + + - + + - - - -
15 + - + + + + + - -
16 - + + + + - - + +
17 + + - - - - + + -
18 + - - - + - - + +
19 - + + + - + - - -
20 - - - + + - + - -
21 со штифтом 0 0 0 0 0 0 0 0
22 без штифта 0 0 0 0 0 0 0 0
без штифта; во втором опыте фактор Х1 на верхнем уровне (+), то есть все ножи со штифтом и так далее.
Полевые испытания экспериментального образца вертикальной фрезы проводили при установившемся режиме движения агрегата. Повторность каждого опыта трехкратная.
На опытном участке высота осоковых кочек составляла 34±7,2 см, диаметр 29±10 см, конусность - 0,152±0,114 рад, коэффициенты вариации величин этих показателей соответственно равны 21, 34 и 78 %.
Статистический анализ результатов эксперимента выполняли с использованием диаграмм рассеяния и таблиц с тремя входами для количественной оценки факторов [5, 6 ,7]. После выделения первой группы факторов, проводили корректировку для определения существенности влияния остальных [8].
Результаты и обсуждение. Мы установили, что на качество измельчения растительной кочки экспериментальным рабочим органом, существенно влияет частота вращения рабочих органов (Х7), расстояние между ярусами ножей (Х4), скорость движения (Х8), угол конусности ротора (Х3) и угол между ножами смежных ярусов (Х5). Эффекты факторов Х7, Х4, Х8 и Х3 значимы с 95 %-ной вероятностью, а Х5 - с вероятностью 90 %.
Линейное уравнение регрессии имеет вид:
У = 53,5+16,0Х7 - 8,5Х4 - 5,5Х8 + 4,0Х3 + 3,5Х5
Остаточную дисперсию 82ост для проверки гипотезы об адекватности представления поверхности отклика линейному уравнению регрессии определяли, исходя из экспериментальных и вычисленных значений крошения, дисперсию воспроизводимости 82о - по результатам опыта в нулевой точке.
F = 82 / 82 = 71,9/40,1 = 1,7
расч. ост' ост > / > >
Так как F <^п,-(3,25)
расч. 0,05' ’ '
гипотеза об адекватности линейной аппроксимации не отвергается, а уравнение регрессии можно использовать для характеристики процесса измельчения растительных кочек на корню вертикальной фрезой.
Подставив кодированные значения в уравнение регрессии и решив его, мы установили, что наилучшие
условия протекания про, штифтом : у - угол наклона лез-
цесса обеспечиваются, ког-
4 ’ вия ножа к направлению радиу-
да значения параметров са. р - уг0л резания (исходный)
Х3 и Х5 соответствуют верх- в плоскости перпендикулярной нему уровню, а Х4 и Х8 ниж- к лезвию ножа. нему (крошение около 90
%), то есть при частоте вращения 4,5 с-1, угле конусности ротора - 0,785 рад., угле смещения ножей на смежных ярусах 0,524 рад., расстоянии между ярусами 60 мм и скорости движения 0,50 м/с. При этом доминирующие факторы, от которых зависело до 84 % эффективности процесса, были частота вращения, расстояние между ярусами и скорость движения агрегата.
Отрицательные знаки при значениях эффектов факторов Х4 и Х8, указывают на обратную зависимость крошения от их величин.
Выводы. Полученное линейное уравнение регрессии можно использовать для характеристики процесса измельчения осоковых кочек на корню вертикальной фрезой.
Статистически значимые факторы, влияющие на сте-
пень измельчения кочки, - частота вращения рабочего органа, расстояние между ярусами ножей, скорость движения, угол конусности ротора и угол между ножами на смежных ярусах.
Качество крошения кочки вертикальной фрезой находится в обратной зависимости от расстояния между ярусами ножей и скорости движения, в прямой - от частоты вращения ножей, угла конусности ротора и угла между ножами.
Литература.
1. Боровой А. М. Исследование технологии освоения пойменных угодий покрытых крупными осоковыми кочками : авто-реф. дис.... канд. техн. наук. - Рязань, 1975. - 33 с.
2. Далин А.Д., Павлов П.В. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные машины. - М.: Машгиз, 1950. - 258 с.
3. ОСТ 70.2.15-73. Испытание сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. - Взамен ОН-06-69; введ. 1974-01-01. -М.: [Б. и.], 1974. - 24 с.
4. Адлер Ю.П., Маркова Е. В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий: программированное введение в планирование эксперимента. - М: Наука, 1971, -282 с.
5. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов /С.В. Мельников. - Л.: Колос, 1972. -200 с.
6. Пижурин А.А. Современные методы исследований технологических процессов в деревообработке /А. А. Пижурин. - М.: Лесная промышленность, 1972. - 248 с.
7. Бирюков В. В. Практическое руководство по применению математических методов планирования эксперимента для поиска оптимальных условий в многофакторных процессах. - Рига: Зинатне, 1969. -79 с.
8. Гоголев М.М. Многофакторное планирование при испытании вертикальной фрезы на измельчении кочки // Экономика и механизация сельского хозяйства Якутии: науч.тр. - Якутск: Якутское книжное изд-во, 1979. - Вып.21. - С.57-64.
SEDGE TUSSOCK MILLING WITH VERTICAL-SPINDLE MILLING MACHINE M.M. Gogolev
Summary. The issues related to sedge tussock milling on the root with vertical-spindle milling machine are colligated in the article. Key words: vertical-spindle milling machine, sedge tussock, milling.
УДК 631.155.658
ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЙ УБОРКИ И ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ДОРАБОТКИ КАРТОФЕЛЯ С УЧЕТОМ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ КЛУБНЕЙ
О.В. ГОРДЕЕВ, кандидат технических наук, зам. директора
Южно-Уральский НИИ плодоовощеводства и картофелеводства
E-mail: potatoes@chel.surnet.ru
Резюме. Предложена схема оценки технологии уборки и послеуборочной доработки семенного картофеля с учетом механических повреждений. Приведен сравнительный анализ затрат технологий уборки семенного картофеля с механизированным и ручным подбором клубней.
Ключевые слова: технология, семенной картофель, повреждения, затраты, технологические этапы, транспортировка, закладка на хранение.
Система уборки и послеуборочной доработки картофеля состоит из нескольких подсистем: уборка (комбайновая, раздельная, комбинированная), транспортировка (валом, контейнерная), закладка на хранение (ТЗК-30, электрокар), хранение (временное, длительное), доработка (сортировка, калибровка), каждая из которых имеет свой комплекс технических средств, соответствующих определенным входным сигналам (погодные условия), цели производства (картофель семенной, продовольственный, технический) и наложенным на систему ограничениям(ресурсы).
Для изучения технологического процесса уборки и послеуборочной доработки картофеля необходимо учесть качество выполнения и стоимость его отдельных элементов, а также потери от механических повреждений клубней картофеля из-за несовершенства технических средств.
Цель наших исследований - разработка схемы учета механически поврежденных клубней и оценки технологий уборки и послеуборочной доработки картофеля.
Условия, материалы и методы. Потери урожая (естественная убыль, загнившие клубни) - составная часть валовой продукции, а механические повреждения - показатель качества продукции, выделим их для оценки эффективности технологий, рабочих органов машин и комплексов, используемых при уборке и послеуборочной доработке картофеля.
Травмирование клубней во время уборки и послеуборочной доработки картофеля снижает величину будущего урожая на 15...25 % [1]. То есть недополученный урожай, в количественном выражении пропорционален доле семенных клубней с механическими повреждениями. Ущерб от их посадки можно представить как затраты на уборку дополнительной площади необходимой для восполнения недополученного урожая.
Для определения процента механически поврежденных клубней картофеля воспользуемся ранее уста-новлеными статистическими вероятностями [2].
