CC BY
22
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 635.132:631.55-135
МЕТОДИКА ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КОПИРА ДЛЯ БИТЕРНОГО ОТДЕЛИТЕЛЯ БОТВЫ МОРКОВИ
САМ FOR BEATER CARROT TOPS SEPARATOR PARAMETERS
CHOOSE PRINCIPLES
Ю. А. Колесников, кандидат технических наук, доцент А. Н. Абидулин, аспирант
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Yu. A. Kolesnikov, А. N. Abidulin
Volgograd state agricultural academy
В статье дано принципиальное и численное теоретико-вероятностное обоснование типа и соотношений основных размеров копира для отделителя ботвы моркови на-корню с целью уменьшения дисперсии высоты удара бича по ботве до допустимой по агротехническим и техническим требованиям. Опытом подтверждены работоспособность устройства и возможность применения более перспективных морковоуборочных машин выкапывающего типа.
Fundamental and numeral theoretical-probabilistic substantiation of the type and correlation of basic cam for beater carrot tops separator on the root dimensions with the aim of whip crack on the tops height dispersion to admissible at agrotechnical and technical demands are given in the article. Device efficiency and more prospective carrot harvesting machines of digging type application possibility are confirmed by the experiment.
Ключевые слова: опора, бич, высота удара, дисперсия, корреляция.
Key words: support, whip, crack height, dispersion, correlation.
Нынешний курс руководства страны на инновационную модернизацию отечественного производства, в том числе сельскохозяйственного, не только объективно необходим, но и имеет существенный научный задел. В частности, в наиболее проблемной операции уборки овощей подготовлены условия для перехода от теребильных к более перспективным машинам выкапывающего типа, особенно морковоуборочных, с использованием принципиально новых , работоспособных и отвечающих агротребованиям лапового копателя-извлекателя корнеклубнеплодов и отделителя ботвы моркови на корню для многострочных посевов [5]. Последнюю проблему копирования почвы и доочистки головок корнеплодов от остатков ботвы удалось решить следующим образом.
Одной из серьезнейших проблем отделения ботвы от корнеплодов на корню является копирование поверхности поля в их ленте посева. В отношении моркови она решена лишь в первом приближении, не достаточном для нормального протекания процессов отделения ботвы и последующего хранения корнеплодов.
Существующие системы с копирующим колесом или гребенкой и закрепленным к ним ботвоудалителем не обеспечивают нужного диа-
пазона копирования, за исключением охлестывателей, которые с большой вероятностью могут повредить головку корнеплода ударом.
Горизонтально-дисковый ботвоудалитель по патенту на изобретение 1Ш №2266634 С1,А01Д23/2, 2004 года позволяет решить эту проблему при отделении ботвы моркови на следующих основаниях. Принципиально процесс состоит в следующем (рис.1).
Бичи 1 горизонтально дискового ударника диаметром Д за счет вращения со и движения в направлении I гряды ленты моркови отрывают листья ботвы ударом точки Б бича. Ударник опирается на почву 3 точкой О опор 2 соосного с ударником тоже горизонтально дискового ротационного копира-очистителя головок. Бичи 1 регулировкой устанавливают на постоянную высоту Ь^сог^ от точки опоры О до средины бича Б.
Рисунок 1 - Принципиальная схема копирования поверхности поля в ленте моркови: 1- бич; 2 и 2 - опоры копира; 3 - поле
С учетом известных численных значений конструкция должна обеспечивать нижеследующие условия:
A) Для нормального обрыва ботвы и без удара по корнеплоду текущие высоты \1 бича диаметром 03 см от поля должны быть
(1,5...6 см) о [Ь], (1)
где [Ц - допустимый диапазон копирования поля с достаточно большой вероятностью неудара по почве и плоду.
Б) Исходной регулировкой высоты установки бичей Ь^согШ обеспечивается вывод их точки удара Б на средний уровень ББ диапазона копирования почвы [Ь]:
[ЛЬ] = [Ь]мах- Ммш= 6 - 1,5 = 4,5 см (2)
с одинаковым возможным ходом I вверх и вниз на [АЬ]/2.
B) Среднеквадратичное отклонение (с.к.о.) о(Ь ) текущей высоты (Ь ) бича должно быть достаточно малым, чтобы в пределах допустимых отклонений ±[АЬ]/2=2,25 см обеспечить достаточно малую вероятность удара бича о поле, то есть это условие равносильно нижеследующему неравенству:
[ДА]/2 г п
Па=—-7->[ист], (3)
о(Ъ )
где паи [па] - числа а^) в реальном и допустимом интервалах [ДЬ]/2.
Реальное состояние дел с копированием поля на моркови следующее. Общепринятая регулировка средней высоты Ь], бичей на середину диапазона копирования по правилу «трех сигм» п0=3 для нашего случая дает максимально допустимое среднеквадратичное отклонение
(с.к.о.) высоты удара 1/ над полем о(Ь )= =0,75 см.
Копирование ленты моркови колесом у Л.С. Бакулева [1] дало немного большее фактическое с.к.о. высоты удара а(Ь )=0,80 см и снизить его пока технически не удается. В том числе, в наших опытах соответствующая вероятность удара бичей о почву, равная 0,0015, приводила к частым остановкам ботвоотделителя, что в сочетании с повреждением корнеплодов ударом сделало процесс неработоспособным и побудило искать иное средство снижения с.к.о. высоты удара а(Ь ).
Принципиальная схема копирования (см. рис.1) дает следующее. Текущая высота удара бича есть сумма постоянной высоты установки бичей Ь], =сопз1 и случайных текущих высот поля под точкой Б удара
бичом Ь и Ьо под точкой О опоры копира от среднего уровня СС поля. То есть, с учетом знаков координат Ь, в системе £СЬ имеем:
Ь/ = ЬБ+Ь0-Ь. (4)
По теории вероятностей [3, с. 212], дисперсия случайной текущей высоты удара с учетом постоянной Ь], установки бича есть
Д(Ь ) = Д(Ьо - Ь) = Д(Ь) + Дфо) - 2К(Ь,Ь0). (5)
Здесь Д(И) и Д(Ьо) -дисперсии случайных высот Ь и Ь(), а К(Ь,Ь())- их корреляционный момент, согласно [3, с. 182] равный
К(Ь,Ьо)= г(Ь,Ьо)*о(Ь)*о(Ьо), (6)
где а(Ъ) и а(Ъ0) - соответственно, с.к.о. высот Ь и И0, а г(ЬД1о) - их коэффициент корреляции.
Отсюда, с учетом, что дисперсия есть квадрат с.к.о., имеем: а2(Ьо - Ь) = с2(Ь) + с2(Ьо) - 2г(Ь,Ьо)*о2(Ь)*о2(Ьо), (7)
Нормированные автокорреляционные функции г(С) высоты Ь рельефа по пути I ленты моркови в реальных полевых условиях по В.А. Хвостову (рис. 2) показывают, что нормальному вылету бича Сь= 10... 12 см от точки опоры О по пути I соответствует коэффициент корреляции
г(Ь)=г(Ь,Ьо)^0 (8)
высот Ь и Ьо, смещенных на вылет бича £б по пути I и являющийся частным значением этой функции г(Ьо) для данного Сь.
Рисунок 2 - Нормированные автокорреляционные функции г(Ь,11о) высоты поверхности поля по длине I ленты моркови [2]
Учитывая, что Ь и Ьо есть случайные высоты одного и того же рельефа, только измеренные в разных точках, смещенных на £б, их с.к.о. и дисперсии равны, то функция (7) имеет вид:
о2(Ь0 - Ь) = 2а2(Ь)*(1-г(Ь,ко)). (9)
В нашем случае I = £Б и г(Ь,Ьо)^0 будет о2(Ь() - Ь)=2<з2(Ь) или
а(Ь0-Ь) =л/2 • о(Ь). (10)
Формально, для описываемых условий существуют и иные нижеследующие характерные варианты процесса копирования:
A) [],—"О. Полное копирование неровностей Ь жесткой «точечной» опорой О в виде близкого к этому копирующего колеса малого диаметра и с минимальным вылетом бича. Тогда
а(Ьо-Ь)^0. (11)
Это идеальное, и технически не достигнутое решение копирования, но к нему надо стремиться путем выбора £б<Ю. .. 12 см.
Б) £б>Ю...12 см неминуемо может сделать коэффициент корреляции отрицательным г(Ь,Ь())<0, вплоть до предельного г(Ь,Ь())^ -1, а значит, и увеличивать с.к.о. до
о(11 )=о(11о - Ь)^-2о(Ь). (12)
Это явно хуже нашего исходного случая с £б=Ю. .. 12 см.
B) £б~Ю. .. 12 см - это наш исходный случай (10), когда г—»О, а по
Л. С. Бакулеву [1] - И)—>л/2 • о(Ь)~0,8 см, а о(Ь)~0,53 см (13).
Таким образом, ни один из этих вариантов нас не устраивает, так как £б=1 0... 12 см принимается всегда минимальным по варианту (а) из условия, чтобы подача 1п ленты моркови на бич была £п<^б и ¿п-при максимальной частоте вращения диска ударника.
Заметное снижение с.к.о. о(Ь) дает иное решение - замена «точечного» копирующего колеса, например, широкоопорным горизонтальнодисковым ротационным копиром с размером Д»С|, с множеством эластичных опорных элементов 2 , как у нашего копира-очистителя головок корнеплодов (см. рис.1). Он копирует не отдельную случайную неровность поля Ь, а их множество множеством гибких опор, то есть поверхность,
близкую к их относительно стабильному среднему уровню СС .
Соответственно, в формуле (7) Ьо—»сош!;, Ь = уаг, г(Ь,Ьо)^0, о(11о)—»О, а с.к.о. высоты удара снижается с имеющегося о(Ь ) = 0,8 см до 0(1/) = а(Ь0 - И)—>о(11)~0,53 см.
Это в л/2~1,4 раза меньше «точечного» копирования колесом. Соответственно, «число сигм» в нашем диапазоне копирования ±[АЬ]/2 (см. формулу (3)) увеличивается с 3-х до пб=4,25, а вероятность удара о почву уменьшается с 0,0015 до 0,00002, то есть на два порядка [4].
В полевых опытах и испытаниях 2009 года остановок ротора ботвоудалителя с копиром последнего типа не наблюдалось.
Таким образом, надежность копирования поля можно существенно повышать следующими техническими мерами: минимизацией подачи 1п материала на бич, стремлением длины и вылета бича £б к этой подаче и применением широкоопорного копира с эластичными опорами и размерами Д»£б- В полевых условиях при появлении ударов по почве и остановок роторов необходимо немного увеличить высоту уста-
новки бичей Ьб. Увеличение на 0,5... 1 см практически исключит такие явления без потери качества отделения ботвы.
Библиографический список
1. Бакулев, JI.C. Разработка и исследование производственного процесса машинной уборки столовой моркови: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техн. наук. / JI.C. Бакулев. - М., 1967. -21 с.
2. Хвостов, В.А. Удаление ботвы моркови при машинной уборке / В.А. Хвостов, В.П. Чукавин // Тракторы и сельхозмашины. - 1986. - № 2. - С. 29-31.
3. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей / Е.С. Вентцель. - М.: Физматгиз, 1962. - 564 с.
4. Зайдель, А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений / А.Н. Зайдель. - JI: Наука, 1968.-96 с.
5. Основные направления комплексного решения проблем механизации сельскохозяйственного производства/ П.П. Чумаков, А.Н. Цепляев, Ю.А. Колесников, Н.Г. Кузнецов// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2009. - № 2 (14) - С. 99-105.
E-mail: [email protected]
