CC BY
7
Научная статья УДК 631.362.3
Модернизация вальцов для очистки початков кукурузы от обёрточных листьев
Александр Владимирович Короткин, Владимир Станиславович Курасов,
Валерий Викторович Цыбулевский
Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, Краснодар, Россия
Аннотация. В статье рассмотрена модернизация вальцов для очистки початков кукурузы от обёрточных листьев, представлены результаты экспериментального исследования по обоснованию основных параметров початкоочистительных вальцов. В результате наблюдений за работой кукурузоуборочных комбайнов установлено, что степень очистки початков в зависимости от климатических условий, сроков уборки, а также биологических особенностей убираемых гибридов кукурузы варьирует в интервале от 70 до 85 %. Стационарные початкоочистители типа ОП-15 не обеспечивают в полной мере очистку початков от обёрточных листьев. Результаты экспериментальных исследований позволяют утверждать, что увеличение высоты выступов на обрезиненной части вальцов в сравнении с традиционными конструкциями обеспечивает более высокую степень очистки початков.
Ключевые слова: кукуруза, початок, початкоочистительные вальцы, степень очистки, частота вращения, диаметр.
Для цитирования: Короткин А.В., Курасов В.С., Цыбулевский В.В. Модернизация вальцов для очистки початков кукурузы от обёрточных листьев // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 83 - 87.
Original article
Modernization of rollers for cleaning corn cobs from wrapping leaves
Alexander V. Korotkin, Vladimir S. Kurasov, Valery V. Tsybulevsky
Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin, Krasnodar, Russia
Abstract. The article considers the modernization of rollers for cleaning corn cobs from wrapping leaves, and also presents the results of an experimental study to substantiate the main parameters of cob-cleaning rollers. As a result of our observations of the operation of corn harvesters, it has been established that the degree of cleaning of cobs, depending on climatic conditions, harvesting time, as well as the biological characteristics of the harvested corn hybrids, varies from 70 to 85 %. Stationary cob cleaners of the OP-15 type do not provide full cleaning of cobs from wrapping leaves. The results of experimental studies presented in the article suggest that an increase in the height of the protrusions on the rubberized part of the rollers, in comparison with traditional designs, provides a higher degree of cob cleaning.
Keywords: corn, cob, cob cleaning rollers, degree of cleaning, rotation frequency, diameter.
For citation: Korotkin A.V., Kurasov V.S., Tsybulevsky V.V. Modernization of rollers for cleaning corn cobs from wrapping leaves. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 83-87. (In Russ.).
Процесс получения семенного материала кукурузы складывается из двух основных этапов. На первом этапе осуществляется уборка кукурузы в початках без обмолота. Для этой цели в основном применяются как самоходные кукурузоуборочные комбайны Bourgoin B410/510/610, TR9988-6A, КП-6 «Палессе MS6», так и прицепные комбайны типа Tornado 80 [1 - 4]. Все вышеперечисленные комбайны убирают початки кукурузы в стадии полной спелости с очисткой от обёрточных листьев. Наши собственные наблюдения за работой комбайнов Bourgoin B610 и КП-6 «Палессе MS6» показали, что степень очистки от початков варьирует от 70 до 85 %. Такие же результаты получены и другими авторами [5, 6].
На втором этапе происходит послеуборочная обработка семенной кукурузы на стационарной технологической линии, которая включает следующие операции: доочистку початков, их сушку и обмолот. Початки доочищаются на стационарных початкоочистителях типа ОП-15.
Степень очистки должна составлять не меньше 95 % [7, 8]. Окончательная очистка от обёрточных листьев выполняется вручную на сортировочном столе, который представляет собой движущуюся транспортёрную ленту.
Таким образом, существует объективная необходимость в совершенствовании основных рабочих органов початкоочистительного устройства, т.е. початкоочищающих вальцов.
Нами было сделано следующее предположение: увеличение величины трапецеидальных выступов (И) на обрезиненной части вальцов (рис. 1) должно обеспечить более высокую степень очистки початков от обёрточных листьев в сравнении с существующей конструкцией вальцов.
Цель исследования - оптимизация экспериментальным путём основных параметров модернизированных початкоочищающих вальцов, обеспечивающих минимальное вышелушивание зерна и максимальную очистку початков от листьев.
В качестве критериев оптимизации использовали два показателя: степень очистки початков и степень вышелушивания зерна.
На основании априорной информации [5, 6, 8] в качестве управляемых факторов выбрали частоту вращения и диаметр початкоочиститель-ных вальцов (табл. 1).
В эксперименте использовались вальцы диаметром 66, 70 и 74 мм. Частоту их вращения меняли частотным регулятором скорости.
Матрица планирования и результаты опытов представлены в таблице 2.
Порядок выполнения опытов устанавливался по таблице случайных чисел [11]. Повторность трёхкратная. Объём каждой партии початков был принят равным 100 кг. Степень очистки початков определяли как отношение массы очищенных початков к массе всей пробы. К очищенным початкам относятся те, которые имеют не более двух обёрточных листьев [12]. Степень вышелушивания зерна находили как отношение массы свободного зерна к массе всей пробы [11]. Степень очистки должна быть не менее 95 %, а вышелушивания зерна - не более 1,5 % [5, 8].
Для двухфакторного эксперимента уравнение регрессии в кодированных значениях переменных в общем виде имеет вид:
у = Ьо + ЬХ1 + Ь2Х2 + ¿12ХА + ЬпХ2 + Ь22Х| , (1) где у - критерий оптимизации, %; ¿о - свободный коэффициент; ¿1, ¿2 - коэффициенты при исследуемых факторах;
Х1, Х2 - соответственно частота вращения и диаметр вальцов;
¿12 - коэффициент парного взаимодействия; ¿11, ¿22 - коэффициенты при квадратичных членах.
Обработку полученных экспериментальных данных проводили по разработанным программам
1. Управляемые факторы
Фактор Кодированные Интервал Уровни варьирования
обозначения, х, варьирования, А, -1 0 +1
Частота вращения вальцов Х1(и), мин-1 Х1 50 300 350 400
Диаметр вальцов мм Х2 4 66 70 74
2. Матрица планирования и результаты опытов
Кодированные значения факторов Натуральные значения факторов Вышелушивание зерна У2(М), % Степень очистки початков %
Х1 Х2 п, мин 1 <1, мм
+1 +1 400 74 2,11 82,93
-1 +1 300 74 1,12 96,82
+1 -1 400 66 1,31 97,51
-1 -1 300 66 1,83 84,46
+ 1 0 400 70 1,62 89,85
-1 0 300 70 1,48 90,69
0 +1 350 74 1,35 97,29
0 -1 350 66 0,92 98,04
0 0 350 70 0,85 97,71
-С;
Рис. 1 - Поперечный разрез рабочей поверхности резинового вальца
Материал и методы. Исследование проводилось на стационарной технологической линии ССПК ККЗ «Кубань». Модернизированные вальцы установили на одной початкоочистительной секции (из шести). Остальные секции на время эксперимента были отключены.
Материалом для исследования служили початки среднераннего гибрида кукурузы Краснодарский 291 АМВ [1].
Оптимальные параметры вальцов устанавливали методом многофакторного планирования эксперимента.
Результаты и обсуждение. И.А. Петунина [5] установила, что зависимости основных показателей процесса очистки початков от параметров початкоочистительных устройств имеют нелинейный характер. Поэтому при проведении опытов был принят план второго порядка типа
Вк [9, 10].
в приложении Mathcad на основании общепринятой методики [8, 13].
Для очистки початков получили следующее уравнение регрессии в кодированном значении:
Y = 97,964 -1,385х1 - 0,952x2 --6,8x1x2 -7,303x2 + 0,0917xf.
(2)
Проверка по критерию Стьюдента показала, что все коэффициенты уравнения значимы.
йЬ0 = 0,854; йЬ1 = йЬ2 = 0,217; Ь12 = 0,139; ёЬц = а&22 = 0,085 при ^о,05;4 = 2,78.
Результаты опытов представлены в таблице 3.
3. Результаты опытов в центре плана
Кодированные значения факторов Натуральные значения факторов Степень очистки початков У1(Ы), %
xi x2 и, мин-1 d, мм
0 0 350 70 98,31
0 0 350 70 97,82
0 0 350 70 97,12
0 0 350 70 97,53
0 0 350 70 96,98
Y2 = 0,887 + 0.090x1 + 0,086x2 + +0,377x1x2 + 0,538x2 + 0,390x|.
(3)
Все коэффициенты уравнения значимы. йЬ0 = 0,177; йЬ1 = йЬ2 = 0,045; Ь12 = 0,029; ёЬп = а&22 = 0,018 при ^0,05;4 = 2,78.
Проверили гипотезу адекватности полученного уравнения регрессии (3) по критерию Фишера, используя данные опытов в центре плана (табл. 4).
4. Результаты опытов
Кодированные значения факторов Натуральные значения факторов Вышелушивание зерна Y2(M),%
xi x2 и, мин-1 d, мм
0 0 350 70 0,85
0 0 350 70 0,88
0 0 350 70 0,68
0 0 350 70 0,87
0 0 350 70 0,99
В результате расчётов получено: Fр = 4,721 < ^т0,05;8;4 = 6,04.
Таким образом, уравнение регрессии (2) адекватно описывает процесс очистки початков. Экстремум находится в точке с координатами Х1 = -0,138 и Х2 = 0,0917, или в натуральных единицах п = 343 мин-1 и ^ = 70,4 мм. После подстановки полученных данных в кодированном виде в уравнение (2) получаем, что максимальная степень очистки початков составляет У = 97,75 %.
Поверхность отклика в натуральных единицах представлена на рисунке 2, а её двухмерное сечение - на рисунке 3.
По методике, изложенной выше, провели анализ результатов эксперимента по вышелушиванию зерна (табл. 2) и получили следующее уравнение:
В результате расчётов получено: Fр = 4,058 < ^т0,05;8;4 = 6,04.
Таким образом, полученное уравнение (3) адекватно описывает процесс вышелушивания зерна.
Экстремум находится в точке с координатами Х1 = - 0,54 и Х2 = 0,085, или в натуральных единицах п = 347,3 мин-1 и й = 69,7 мм. После подстановки полученных данных в кодированном виде в уравнение (2) получаем, что минимальное значение вышелушивания зерна составляет У2 = 0,88 %.Поверхность отклика в натуральных единицах представлена на рисунке 4, а её двухмерное сечение - на рисунке 5.
Полученные в результате сечения изолинии на рисунках 4 и 5 вытянуты по оси ординат, соответствующей диаметру вальцов. Следовательно, диаметр вальцов в меньшей степени влияет на степень вышелушивания початков, чем частота вращения.
Рис. 2 - Поверхность отклика зависимости
степени доочистки початков от частоты вращения и диаметра вальцов
зи зи лз з« и!
Рис. 3 - Двухмерное сечение поверхности
зависимости степени доочистки початков от частоты вращения и диаметра вальцов
Рис. 4 - Зависимость степени вышелушивания зерна от частоты вращения и диаметра вальцов
Рис. 5 - Двухмерное сечение поверхности
зависимости вышелушивания зерна от частоты вращения и диаметра вальцов
Графики зависимости степени очистки початков и вышелушивания зерна от частоты вращения вальцов представлены на рисунке 6, а от диаметра - на рисунке 7.
i№ ¿3 п ы
— —- -
■А *st Ч
*
Рис. 6 - Зависимости степени очистки початков и вышелушивания зерна от частоты вращения вальцов:
1 - степени очистки початков (А/,%); 2 -степень вышелушивания зерна (М, %)
ff*
1
-fz — - .—-
£__
Рис. 7 -Зависимости степени очистки початков и вышелушивания зерна от диаметра вальцов:
1 - степени очистки початков (М, %); 2 -степень вышелушивания зерна (М,%)
Вывод. Анализ зависимостей на рисунках 6 и 7 позволяет утверждать, что очистка початков более 95 % при вышелушивании зерна менее
1,5 % обеспечивается при частоте вращения вальцов от 312 до 375 мин-1 и диаметре вальцов от 66 до 74 мм.
Список источников
1. Сайт ССПК ККЗ «Кубань» [Электронный ресурс]: Информационный сервер. URL: https://kkz-kuban.ru
2. Сайт компании «Ньютехагро» [Электронный ресурс]: Информационный сервер. URL: https://www. newtechagro.ru
3. Труфляк Е.В. Кукурузоуборочные машины: учеб. пособие. Краснодар: КубГАУ, 2008. 249 с.
4. Матущенко А.Е., Полуэктов А.А., Глазков Д.В. Определение скорости поступательного перемещения початка по вальцам початкоразделителя // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 146 - 149.
5. Петунина И.А. Очистка початков кукурузы: монография. Краснодар: КубГАУ, 2005. 248 с.
6. Петунина И.А., Котелевская Е.А., Короткин А.В. Послеуборочная обработка початков семенной кукурузы: монография. Краснодар: КубГАУ, 2020. 174 с.
7. Курасов В.С., Куцеев В.В., Самурганов Е.Е. Механизация работ в селекции, сортоиспытании и первичном семеноводстве кукурузы: монография. Краснодар, КубгАУ, 2013. 151 с.
8. Кукурузоуборочные машины / К.В. Шатилов, М.Л. Вайсман, В.Д, Козачок и др. М.: Машиностроение, 1987. 343 с.
9. Голикова, Т.И., Панченко Л.А., Фридман М.З. Каталог планов второго порядка. М.: Изд-во Моск. унта, 1974. Ч. 1. 387 с.
10. Новик, Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов техники методом планирования эксперимента. М.: Машиностроение, 1980. 304 с.
11. Иванилов Ю.П., Лотов А.В. Математические модели в экономике. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979. 304 с.
12. ГОС. 13634 - 90. Кукуруза. Требования при заготовках и поставках. Дата введения 06.01.1997. М.: СТАНДАРТИНФОРМ. 2010. 9 с.
13. Маслов Г.Г., Дидманидзе А.Н., Цыбулевский В.В. Оптимизация параметров и режимов работы машин методами планирования эксперимента: учеб. пособие. М.: УМЦ «Триада», 2007. 292 с.
References
1. Website of the marketing agricultural consumer cooperative «Kuban» corn sizing plant [Electronic resource]: Information server. URL: https://kkz-kuban.ru
2. The site of the company «Newtechagro» [Electronic resource]: Information server. URL: https://kkz-kuban. ru.https://www.newtechagro.ru
3. Truflyak E.V. Kukuruzouborochnye mashyny: tutorial. Krasnodar, Kuban State Agrarian University, 2008. - 249.
4. Matushchenko A.E., Poluektov A.A., Glazkov D.V. Determining the speed of the translational movement of the cob along the rollers of the cob separator. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 146-149.
5. Petunina I.A. Cleaning of corn cobs: monograph. Krasnodar: Kub-GAU, 2005. 248 p.
6. Petunina I.A., Kotelevskaya E.A., Korotkin A.V. Post-harvest treatment of seed corn cobs: monograph. Krasnodar: KubGAU, 2020. 174 p.
7. Kurasov V.S., Kutseev V.V., Samurganov E.E. Mechanization of work in breeding, variety testing and
primary seed production of corn: monograph. Krasnodar, KubgAU, 2013. 151 p.
8. Corn harvesters / K.V. Shatilov, M.L. Vaisman, V.D., Kozachok et al. M.: Mashinostroenie, 1987. 343 p.
9. Golikova T.I., Panchenko L.A., Fridman M.Z. Catalog of plans of the second order. M.: Publishing House of Moscow. un-ta, 1974. Part 1. 387 p.
10. Novik, F. S., Arsov Ya.B. Optimization of engineering processes by the method of planning an experiment. M.: Mashinostroenie, 1980. 304 p.
11. Ivanilov Yu.P., Lotov A.V. Mathematical models in economics. M.: «Nauka», Main edition of physical and mathematical literature, 1979. 304 p.
12. GOST 13634-90. Corn. Requirements for procurement and supply. Date of introduction 06.01.1997. M.: STANDARTINFORM. 2010. 9 p.
13. Maslov G.G., Didmanidze A.N., Tsybulevsky V.V. Optimization of parameters and operating modes of machines by methods of experiment planning: textbook. allowance. M.: UMC «Triada», 2007. 292 p.
Александр Владимирович Короткин, соискатель, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1082-3524
Владимир Станиславович Курасов, доктор технических наук, профессор, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5519-4998
Валерий Викторович Цыбулевский, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid. org/0000-0003-4246-6899
Aleksander V. Korotkin, research worker, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-1082-3524
Vladimir S. Kurasov, Doctor of Technical Sciences, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-5519-4998
Valery V. Tsybulevsky, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https:// orcid.org/0000-0003-4246-6899
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 05.03.2022; одобрена после рецензирования. 18.03.2022; принята к публикации 18.03.2022.
The article was submitted 05.03.2021; approved after reviewing 18.03.2022; accepted for publication 18.03.2022.
-Ф-
Научная статья УДК 631.361.2
ао1: 10.37670/2073-0853-2022-94-2-87-92
Анализ процесса работы и конструкций молотилок зерноуборочных комбайнов
Анатолий Григорьевич Шуляков1, Елена Михайловна Юдина2,
Николай Анатольевич Ринас2, Максим Алексеевич Палапин2
1 Федеральный научный центр риса, Краснодар, Россия
2 Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, Краснодар, Россия
Аннотация. В статье проанализирован процесс обмолота срезанной стебельной массы молотилками прямоточного и аксиально-роторного типа. Представлен краткий анализ современных зерноуборочных комбайнов. Отмечено несовершенство конструкций молотильных и сепарирующих устройств, обладающих низкой номинальной производительностью, что обусловлено недостаточной интенсивностью молотильного барабана у прямоточных молотилок и высокими удельными энергозатратами у аксиально-роторных. Установлено существенное влияние на процесс обмолота и прежде всего на номинальную производительность и удельные энергозатраты показателя интенсивности молотильного барабана, определяемого отношением окружности барабана молотильных органов к величине диаметра барабана. Номинальная производительность на уборке риса комбайна с двигателем мощностью 150 л.с., у которого молотильный барабан имел показатель интенсивности 33,3, составила 34 т/ч, что в 2,9 раза больше, чем у комбайна с молотильным барабаном, показатель интенсивности которого равен 16,7. С увеличением показателя интенсивности молотильного барабана от 12,6 до 16,7 удельные энергозатраты на процесс обмолота снизились в 1,3 раза.
