CC BY
44
3. Определение комплексного показателя качества семян (Б), полученных от различных уборочных машин
Показатель Пределы изменения показателя Вид ограничения Уборочная машина
Дон-1500 СК-5 «Нива» СК-6 «Колос» стационарная молотилка сепаратор
ХФ 4 ХФ 4 ХФ 4 ХФ 4 ХФ 4
Дробление зерна, % 1,0-8,4 О 2,9 0,69 4,0 0,61 8,4 0,20 6,1 0,42 4,4 0,57
Лабораторная всхожесть, % 82,9-92,5 П 88,2 0,58 86,7 0,48 82,9 0,20 89,5 0,66 92,5 0,8
Энергия прорастания, % 69,7-90,1 П 69,7 0,20 78,3 0,50 75,0 0,38 70,5 0,23 90,1 0,80
Комплексный показатель - - - 0,43 - 0,53 - 0,25 - 0,40 - 0,71
качества (Б)
Б = ^1 4 ■ 42. (12)
Аналогичным образом определяются комплексные показатели желательности для каждой уборочной машины. Например, данные для трёх факторов представлены в таблице 3.
По таблице видно, что комплексный показатель качества семян, выделенных сепаратором из потока измельчённого вороха составил Б = 0,71 и значительно превышает подобные показатели семян, полученных от других уборочных машин.
Литература
1. Поляков Г.Н., Болоев П.А., Шуханов С.Н. Оптимизация режимов обмолота хлебной массы // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 11. С. 40-42.
2. Бурса И.А. Методика определения интегрального показателя эффективности переработки молока с использованием функции желательности Харрингтона // Труды КубГАУ. 2012. № 2 (35). С. 68-73.
3. Поляков Г.Н. Альтернативная ресурсосберегающая технология уборки зерновых культур и её техническое обеспечение // Технология и средства механизации в АПК: сб. науч. трудов. Вып. 7. Улан-Удэ, 2011. С. 58-62.
4. Адлер Ю.П., Маркова В.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 343 с.
5. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение, София: Техника, 1980. 420 с.
Настраиваемые параметры рабочих органов для уборки корнеклубнеплодов
В.М. Мартынов, д.т.н., Г.П. Юхин, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ; А.С. Путрин, д.т.н., профессор, П.И. Огородников, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; Л.В. Межуева, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ
Для природно-климатических условий большей части территории РФ и нынешнего экономического положения страны наиболее приемлем вариант уборки корнеклубнеплодов производительной, но конструктивно простой, универсальной и недорогой техникой, в количестве, обеспечивающем уборку в установленные агротехнические сроки [1]. Универсализация машин позволяет увеличить их загрузку за счёт использования на уборке разных культур в разные, но оптимальные агротехнические сроки. Упрощение конструкции машин для уборки корнеплодов и картофеля достигается применением в их составе многофункциональных рабочих органов, что приводит к снижению массы и стоимости уборочной техники на 20-40% [1, 2].
Различное размещение в почве и над почвой корнеклубнеплодов в зависимости от вида, сор-тотипа и урожайности предопределяет для универсальной техники необходимость в настройке параметров в первую очередь ботвоудаляющих и выкапывающих устройств.
Цель исследования - обосновать настраиваемые параметры рабочих органов для уборки корнеклубнеплодов с учётом особенностей убираемых культур.
Материал и методы исследования. Поставленная цель решалась с помощью теоретических методов исследования.
Результаты исследования. Для удаления основной массы урожая ботвы применяют ботворезы [2-6], качество работы которых определяется правильностью установки высоты среза: высокий срез приводит к засорённости убранного вороха корнеплодов ботвой и её потере, а низкий срез - к повреждаемости корнеплодов. Установим влияние высоты среза на качественные показатели процесса удаления ботвы.
Средний размер оставшихся после верхнего среза черешков ботвы рассчитываем по формуле:
М = \(ас - Ък)/(Ък )4ЬК,
(1)
где ас - высота среза ботвы над поверхностью почвы (рис. 1);
Дйк) - закон распределения высоты Нк расположения головок корнеплодов над почвой.
Многолетняя статистическая обработка данных для разных сортов кормовой свёклы при различной её урожайности и густоте насаждения [7, 8] показала, что в качестве /(йк) может быть принят
D
d К
"Q
f >
o 3
Ът =100 J mcf (hK )dhK, m„ i
где тк — средняя масса корнеплода;
шс — масса срезанной части корнеплода.
В качестве верхнего предела интегрирования принята величина Ик +3ст = 2,35 Ик , что соответствует доверительной вероятности 99%.
Рассмотрим срез головки корнеплода на высоте ас над уровнем почвы (рис. 1):
= пр к Нк—аг
4
J d K dlK,
(4)
где рк — плотность корнеплода;
<1К — диаметр корнеплода в каждом сечении по длине 1к корнеплода.
С учётом принятой для описания формы корнеплода зависимости [2]:
dк = 2^JkфФlKD - кф1к ,
(5)
где кф — коэффициент формы корнеплода, после интегрирования (4) получим:
тс =ПР ккф (Ик — ас )2
[ — 4,8^кфБ(ИК — ас) + кф (Нк — ас )]/12. (6)
Рис. 1 - Схема для расчёта массы тс срезанной части головки корнеплода
нормальный закон распределения, причём коэффициент вариации для Нк лежит в пределах 40—50% и в среднем составляет 45%, т.е. о = 0,45Ик и
/(Ик) = 0,887 ехр [— 2,469 ( / Ик — 1)2 ] / Ик, (2) где ст — среднее квадратичное отклонение признака
К,
Ик — средняя высота расположения головок
корнеплодов над почвой.
Правильная установка высоты среза не приводит к повреждению корнеплодов из-за чрезмерно низкого среза, но обеспечивает наименьшую длину черешков. Для этого необходимо ограничить процент отхода массы головок корнеплодов в ботву на уровне 1—2%:
, 2,35Ик
(3)
10 12 14 16 ас, см
Рис. 2 - Зависимость отхода 5т массы головок корнеплодов кормовой свёклы сорта Победитель в ботву от высоты ас её среза при средней высоте расположения корнеплодов над поверхностью почвы: 1-8 см; 2-9 см; 3-10 см; 4-11 см; 5-12 см; 6-13 см
Для расчёта по этой формуле необходимо воспользоваться регрессионной зависимостью диаметра Б корнеплода от Нк [2, 7, 8].
Средняя масса корнеплода рассчитывается по выражению:
2,35Ик
тк = I тк/(Ик УИк . (7)
0
Масса шк корнеплода находится также в регрессионной зависимости от высоты Нк [2, 7, 8]. Процент 5ш отхода массы головок корнеплодов вычислялся по вышеприведённым формулам с применением ЭВМ. Полученная зависимость 5ш от высоты ас для кормовой свёклы сорта Победитель при различной высоте Ик возвышения корнеплодов над почвой приведена на рисунке 2.
Процентное отношение массы корнеплодов с черешками ботвы длиной свыше заданного размера е к общей массе корнеплодов определяется по формуле:
100 ь
П£ = — J тк f (hK )dhK.
(8)
Количество повреждённых корнеплодов от низкого среза в процентах рассчитываем по выражению:
2,35hK
nn = 100 J f (hK )dhK, (9)
h6
где h6 = ас + Д6, где Д6 — расстояние от верхушки головки корнеплода до основания нижних зелёных черешков, определяемое по формуле:
А б = D(1 1 - d б / D )2/ кф. (10)
В расчётах отношение С = d6 / D можно принять постоянным. Признак D связан с hK = h6 регрессионной зависимостью [2, 7, 8].
Выражение расчёта процента повреждённых корнеплодов по массе примет вид: , 2.35Й,
(11)
kn = 100 J (mK - mc ) f (hK )dhK ■ Процент
Рис. 3 - Процент Хб оставшейся на корнеплодах ботвы и процент Хп повреждённых корнеплодов кормовой свёклы сорта Победитель в зависимости от высоты ас среза ботвы при средней высоте Ик расположения головок корнеплодов над поверхностью почвы, равной: 1-6 см; 2-8 см; 3-10 см; 4-12 см; 5-14 см
2,35Ик
пс = 100 | /(Ик )йИк,
ас
соответствует обрезанным корнеплодам после прохода ботвореза, который удобен для визуального контроля установленной высоты ас среза.
Одним из основных показателей качества работы ботвоудаляющего устройства является общее количество оставшейся на корнеплодах ботвы, определяемое в процентном отношении к массе корнеплодов. При верхнем срезе этот показатель будет равен:
^ б = 100 I тпб /(Ик )^Ик > тк 0
(12)
где тпб - масса пучка ботвы, которая находится в регрессионной зависимости от длины 1пб = (ас - Ик) и диаметра йб = С • Л.
Диаметр корнеплода Л также связан регрессионной зависимостью с Нк [7, 8].
На качество обрезки ботвы влияют в основном три параметра: Ик , С и ас. Комплексное их влияние на показатели качества Хп и Хб прослеживается по зависимостям, представленным на рисунке 3. Их анализ позволяет сделать вывод, что приемлемое качество процесса удаления ботвы кормовой свёклы сорта Победитель достигается только при определённых условиях, когда С меньше 0,4 и Ик меньше 8 см. Если С зависит главным образом от урожайности ботвы, которая в разные годы может
составлять 20-80% урожайности корнеплодов, то на второй параметр - среднюю высоту расположения головок корнеплодов над поверхностью почвы, как и среднюю массу корнеплодов, влияет густота насаждения, которая формируется при участии человека. Чем больше густота насаждения и выше равномерность расположения растений в рядке, тем корнеплоды меньше выступают и равномернее расположены над поверхностью почвы. Многочисленные наблюдения показали, что довольно высокая густота насаждения (100-120 тыс. шт/га) не приводит к снижению биологической урожайности корнеплодов [2, 9], зато обеспечивает агро-фон, который может быть убран механизированным способом с хорошим качеством, удовлетворяющим агротехническим требованиям.
Также немаловажное значение в повышении качества уборки корнеплодов имеет правильная настройка выкапывающего рабочего органа. Последний в составе однорядного комбайна [2, 4-6] представляет собой сочетание лемешно-дискового копача с активным приёмно-выкапывающим устройством (ПВУ) в виде усечённого конуса или вальца со спиральной навивкой. Приёмный конус является общим звеном для копача и шнеково-вальцового очистителя и участвует как в процессе выкопки корнеплодов, так и их очистки [2, 10]. Аналогично валец со шнековой навивкой является элементом и выкапывающего рабочего органа, и конвейера-очистителя. Качество и надёжность ра-
Рис. 4 - Схема для расчёта лемешно-дис-кового копача
боты такого комбинированного копача зависит от правильного выбора его конструктивных параметров и взаимного расположения сферического диска относительно ПВУ и лемеха. Так как лемех и наружная поверхность ПВУ располагаются в одной вертикальной плоскости, достаточно рассмотреть взаимное расположение диска и лемеха (рис. 4).
Конструктивными параметрами выкапывающего устройства являются диаметр Б и переменный угол а атаки сферического диска. Из компоновочной схемы видно, что для обеспечения одной и той же ширины Ь захвата диском увеличение угла а приводит к уменьшению потребного диаметра Б. Поэтому выгоднее всего установить максимально возможный угол а. Кроме того, с увеличением угла атаки сферического диска до 45° возрастает крошение почвы. Следовательно, оптимальным следует признать угол атаки 45°. Большое влияние на качество работы диска оказывает глубина Нг подкапывания корнеплодов. С увеличением Нг снижается усилие извлечения корнеплода, и в меньшей степени он травмируется, но возрастает поступление с ворохом свободной почвы и тяговое сопротивление. Для сахарной свёклы нормальной глубиной подкапывания можно считать 8—12 см. Для кормовой и столовой свёклы глубина хода может не превышать 6 см. Общая ширина захвата выкапывающим рабочим органом равна
2a = dK max +
(13)
где a — ширина захвата лемехом и диском с одной стороны от осевой линии рядка; dK шах — диаметр корнеплода максимального размера;
5 — компенсирующая величина, учитывающая возможные отклонения корнеплода от осевой линии рядка и неточность вождения уборочного агрегата по рядкам. Так как ширина захвата диском равна:
b = 2sin а^ кг (D - кг) = 2a - c,
с учётом (13) диаметр сферического диска будет равен:
D = К +[{dK max + 25-c)/(2sin а)]2 / К. (14)
Минимальное поступление почвы с ворохом корнеплодов и предотвращение их повреждений лемехом копача обеспечивается при c = 5, тогда
D = К + [(d к max + 5)/(2sin а)]2 / Кг. (15)
Q
сЗ И О
S
ft H <u
s:
a
S «
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 H
V2 3
\\
\ \
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Глубина подкапывания h г, м
Рис. 5 - Влияние глубины Иг подкапывания на потребный диаметр D сферического диска копача: 1 - сахарная свёкла; 2 - кормовая свёкла; 3 - картофель
Для гнезда клубней картофеля в (14) следует положить в качестве dK max максимальную ширину размещения клубней в гнезде, а в качестве с — среднюю толщину клубня.
Расчёты по формулам (13) и (15) с учётом агрофизических характеристик сахарной, кормовой свёклы и картофеля позволили установить связь между потребным диаметром сферического диска и глубиной подкапывания (рис. 5). Нетрудно заметить, что для различных культур желательно использовать разные диски: для сахарной свёклы — с диаметром 450—560 мм, для кормовой свёклы — 560—710 мм, а для картофеля — 760—900 мм. Угол атаки принимается для кормовой свёклы и картофеля 45°, для сахарной свёклы — 40°.
Вывод. Установленные зависимости позволяют определиться в значении настраиваемой высоты среза ботвы на корню, а также диаметра диска выкапывающего рабочего органа с учётом особенностей убираемых культур и их расположения в почве и над почвой.
Литература
1. Мартынов В.М. Экономическая целесообразность универсальной техники для уборки корнеплодов с многофункциональными рабочими органами / В.М. Мартынов, Г.П. Юхин, А.А. Катков, А.М. Калимуллин // Известия Международной академии аграрного образования. 2013. № 17. С. 75—78.
2. Мартынов В.М. Проектирование рабочих органов и машин для уборки корнеплодов. Уфа: Изд-во Башкирского ГАУ, 2011. 250 с.
3. Патент 2338364. Российская Федерация. Ботвоудаляющее устройство / В.М. Мартынов, Г.П. Юхин, А.М. Калимуллин,
A.А. Катков; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2007109381/12; заявл. 14.03.07; опубл. 20.11.2008. Бюл. № 32. 6 с.
4. Патент 2338365. Российская Федерация. Корнеклубнеубо-рочный комбайн / В.М. Мартынов, Г.П. Юхин, А.М. Кали-муллин, А.А. Катков; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2007109382/12; заявл.14.03.07; опубл. 20.11.08. Бюл. № 32. 7 с.
5. Мартынов В.М. Комбайн для уборки корнеклубнеплодов /
B.М. Мартынов, Г.П. Юхин, А.А. Катков, А.М. Калимуллин // Сельский механизатор. 2006. № 10. С. 49.
6. Патент 2272394. Российская Федерация. Комбайн для уборки корнеклубнеплодов / В.М. Мартынов, Г.П. Юхин, А.М. Калимуллин, А.А. Катков; заявитель и патентообладатель Башкирский ГАУ. № 2004124393; заявл. 10.08.04; опубл. 27.03.06. Бюл. № 9. 6 с.
7. Шабельник Б.П., Мартынов В.М. Агрофизические показатели кормовой свёклы и характер их изменчивости //
Совершенствование технологических процессов и рабочих органов сельскохозяйственных машин: сб. науч. трудов. М.: МИИСП, 1986. С. 68-75.
8. Юхин Г.П. Агрофизические характеристики кормовой свёклы в связи с её механизированной уборкой / Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, А.А. Катков, А.М. Калимуллин // Сборник трудов факультета механизации сельского хозяйства (посвящается полувековому юбилею факультета) / под ред. А.П. Иофинова. Уфа: Башкирский ГАУ, 2001. С. 103-108.
9. Юхин И.П., Пожидаев Е.В., Осипов В.Н. Способ основной обработки почвы и продуктивность сахарной свёклы в Башкортостане // Земледелие. 2009. № 3. С. 28—30.
10. Юхин Г.П., Мартынов В.М., Катков А.А. Обоснование параметров винтового конвейера-очистителя корнеклубнеплодов // Сборник трудов факультета механизации сельского хозяйства (посвящается полувековому юбилею факультета) / Под ред. А.П. Иофинова. Уфа: Башкирский ГАУ, 2001. С. 112-118.
Разработка математической модели криоизмельчения отходов агропромышленого комплекса
С.В. Кишкилёв, аспирант, В.Г. Коротков, д.т.н, профессор, В.П. Попов, к.т.н, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ
Актуальной задачей технологических процессов измельчения является снижение его энергоёмкости.
Перспективным и эффективным решением данной задачи следует назвать применение глубокой заморозки зернового сырья. Несмотря на многие очевидные и значительные преимущества такого способа, на предприятиях производства кормов и кормовых добавок продолжают господствовать традиционные методы. Анализ литературных сведений позволяет сделать вывод, что такое положение дел обусловлено рядом причин, важнейшими из которых являются отсутствие необходимого технологического оборудования, а также недостаточный уровень научно-технических разработок в этом направлении.
Цель исследования — разработка математической модели процесса измельчения с применением глубокой заморозки зернового сырья. Это включает в себя разработку общего методологического подхода к исследованию и применению глубокой заморозки, создание теоретических моделей на основе общего методологического подхода для определения характеристик и показателей процесса и установок такого назначения, определение и исследование закономерностей обработки таким методом, разработку рекомендаций для реализации криоизмельчения в условиях предприятий комбикормовой промышленности.
При проектировании процессов ударно-истирающего измельчения удобно применять математическое моделирование, позволяющее выполнять параметрический синтез оптимального объекта [1]. Оптимизация объекта исследования — процесса измельчения зерна в дробилке при различной величине давления воздуха в рабочей камере производится по комплексу параметров эффекта, т.е. параметров, характеризующих потребительские качества продукта и ресурсосбережение применяемой технологии.
В ранее опубликованных авторами работах была предложена математическая модель процесса измельчения зернового материала в дробилке ударно-
истирающего действия, представляющей роторный измельчитель с вертикальным расположением вала ротора [2]. Математическая модель процесса измельчения зерна была получена как для бесситовых, так и для решётных зернодробилок [2, 3]. При описании математической модели авторами за основу была положена теорема Эйлера о сумме моментов в замкнутой системе [4, 5].
При функционировании измельчителя только часть энергии тратится на полезную работу. По данным исследователей, степень измельчения зависит от мощности, которая пошла на измельчение. Величину мощности затрачиваемой непосредственно на процессы измельчения определим из баланса мощностей.
Уравнение баланса мощности сил имеет вид:
(1)
где N - мощность, передаваемая ротором непосредственно воздушно-продуктовому слою, Вт/кг;
N - мощность, передаваемая через границу воздушно-продуктового слоя и воздушно-вихревой зоны, Вт/кг;
N - мощность, выделяемая воздушно-продуктовым слоем при трении о стенку рабочей камеры измельчителя, Вт/кг; Ыиз - мощность, затрачиваемая на процессы измельчения, Вт/кг;
М2сл - мощность, идущая на смешивание воз-душно-продуктового слоя на участке 2, Вт/кг;
#3сл - мощность, идущая на смешивание воздушно-продуктового слоя на участке 3, Вт/кг.
На основе методик, представленных В.Г. Ко-ротковым, С.В. Кишкилёвым, В.П. Поповым, С.В. Антимоновым, были получены уравнения для определения мощностей на отдельных участках дробилки [1-5].
Мощность, расходуемая на процесс измельчения в рабочей камере измельчителя, может быть определена из выражения:
ЛГ.=М,.-Ю0. (2)
Мощность, передаваемая дробилкой непосредственно воздушно-продуктовому слою, равна:
