Обоснование кривизны лезвия ножей измельчителя корнеплодов Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

5. Якість ґрунту. Методи визначення доступної (лабільної) органічної речовини: ДСТУ 4732 : 2QQ7. - [Чинний від 2QQS-Q1-Q1]. - К.: Держспоживстандарт України, 2QQ6. -15 с. - (Національний стандарт України).

6. Якість ґрунту. Методи визначення водорозчинної органічної речовини: ДСТУ 4731 : 2QQ7. -[Чинний від 2QQS-Q1-Q1]. - К.: Держспоживстандарт України, 2QQ6. - 13 с. - (Національний стандарт України).

7. Мойсейченко В.Ф., Єщенко В.О. Основи наукових досліджень в агрономії: підручник / В.Ф. Мойсейченко, В.О. Єщенко. - К.: Вища школа, 1994. - 334 с.

S. Лыков А.М. Воспроизводство плодородия почв в Нечернозёмной зоне / А.М. Лыков. -М.: Россельхозиздат, 19S2. - 14S с.

Представлены результаты изучения влияния длительного применения (45 лет) различных норм удобрений и систем удобрения в полевом севообороте на подвижные формы гумуса чернозема оподзоленного тяжелосуглинистого Правобережной Лесостепи Украины. Установлено, что содержание подвижных органических веществ в черноземе оподзоленном поддерживается на уровне 0,20 - 0,24 %, а содержание водорастворимого гумуса в зависимости от удобрения находится в пределах 0,043 - 0,058 %.

The author has submitted the results of the research of the effect of prolonged use (45 years) of different rates of fertilizers and fertilization systems in crop rotation on the mobile forms of heavy loamy humus of podzolic chernozem of a Right Forest Steppe of Ukraine. It was determined that the concentration of mobile organic substances in a podzolic chernozem maintained at 0,20 - 0,24%, and the content of water-soluble humus depending on the fertilizer is between 0,043 - 0,058%.

УДК 631.363.2:633.4(043)

ОБҐРУНТУВАННЯ КРИВИЗНИ ЛЕЗА НОЖІВ ПОДРІБНЮВАЧА КОРЕНЕПЛОДІВ

М.В. БРАГІНЕЦЬ, доктор технічних наук,

С.В. КОВАЛЬОВ, С.Ф. ВОЛЬВАК, Д.М. БАХАРЄВ кандидати технічних наук

Луганський національний аграрний університет,

Уманський національний університет садівництва

Отримала подальший розвиток методика обґрунтування форми леза ножів подрібнювача коренеплодів. Отримана математична модель сили, що витрачається на подрібнення коренеплодів, яка враховує розмір контактної поверхні стиснення.

В даний час сільське господарство України потребує подрібнювачів, які за без-печують ефективне виконання технологічного процесу подрібнення коренеплодів. Підвищення ефективності технологічного процесу подрібнення коренеплодів дисковим

подрібнювачем можливо шляхом вдосконалення конструкції ножів, здатних сумістити різання коренеплодів і доподрібнення стружки.

Для отримання найбільш ефективних ножів подрібнювача необхідно обґрунтувати кривизну леза ножа.

При обґрунтуванні кривизни леза ножів для процесу подрібнення коренеплодів використовувалися роботи учених [1-8]: Горячкіна В.П., Мельникова С.В., Царенко О.П. та ін. Виявлено, що процес різання повинен відбуватися з ковзанням, а форма ножа повинна бути виконана такою, щоб забезпечувати мінімальну площу контакту ножа з коренеплодом для створення максимального напруження. Вказані фактори в даний час вивчено недостатньо.

Визначення основних показників ефективності технологічного процесу роботи подрібнювача коренеплодів здатного сумістити різання коренеплодів та доподрібнення стружки.

Результати досліджень. Ефективність процесу подрібнення коренеплодів у великій мірі залежить від конструктивних особливостей ножів. На сьогоднішній день в подрібнювачах коренеплодів використовується велика різноманітність ножів, які відрізняються конструктивним виконанням, розміром і кривизною леза.

Для науково-обґрунтованого вибору кривизни леза ножа, для ефективного виконання процесу подрібнення в основу наших теоретичних передумов закладена гіпотеза В.П. Горячкіна, яка полягає у виборі раціональної криволінійної форми леза ножа, при якій в межах стиснення (до початку сколу стружки) площа контактної поверхні буде мінімальною [1, 2]. Внаслідок цього буде забезпечено максимально можливу руйнуючу напругу, при збереженні умови різання з ковзанням (рис. 1).

Рис. 1. Схематичне зображення контакту ножа з коренеплодом

Розглядалася площа контакту коренеплоду з ножем, лезо якого описується наступними кривими: спіраль Архімеда р = кр, ексцентричне коло І2 = Я2 + г2 -2 • Я • г • 8Іп а, логарифмічна спіраль р = р0 • qр,2'ж і пряма у = к • х + Ь .

Задаючись умовою, що кривизна леза ножа повинна забезпечувати найменшу площу контакту з коренеплодом при різанні, для забезпечення максимальної напруги, при збереженні умови різання з ковзанням.

Пряма у = к^х + Ь, не відповідає даній умові, оскільки для забезпечення умови різання з ковзанням доведеться значно збільшувати в розмірах робочий орган, і навіть в цьому випадку виникатимуть труднощі в його конструктивному виконанні.

Для порівняння кривих, що залишилися, визначали площі контакту з коренеплодом при проходженні шляху стиснення.

Площа контакту в загальному вигляді:

хВ хВ хА

я = І / (Яб, гк,, х)- І / (хі)- І / (Яб, гк,, х). (1)

хм хА хм

Для ножа, кромка леза якого є ділянкою спіралі Архімеда площа контакту

знаходитиметься по такому рівнянню:

хв / І-\ хв

я = - Гкі +^1 гкі2 - х2 ух - І(-0,22 • х2 +1,255 • х + 163,217)Ух -

'-5

хМ хА

хА

М

Для порівняння кривих, що залишилися, визначали площі контакту з коренеплодом при проходженні шляху стиснення.

Площа контакту в загальному вигляді:

хв хв Ха

я = І/(Кб,гк,,X)- І/(х,)- І/(Кб,гк,,X). (3)

ХМ ХА ХМ

Для ножа, кромка леза якого є ділянкою спіралі Архімеда площа контакту

знаходитиметься по такому рівнянню:

2 ■ х2 '1^х - І (-0,22 • х2

я = ^Я6 - гы +д/гы2 - х2 'ух - І (-0,22 • х2 +1,255 • х + 163,217)ЛХ

ХМ ХА

- ] Г К6- гы+'^йГ~х\х •

А / .

N5 'к,'Чгк,2 - х 2 |^х • (4)

хМ

Для ножа, кромка леза якого є ділянкою логарифмічної спіралі площа контакту матиме вигляд:

хв ґ І-N хв

Б = 11 Яб - гкі + ^ гкі2 - х2 Шх - І (0,002 • х2 -1,087 • х + 62,217)Шх ■

хМ хА

хА ,

- / (Кб - гш + л/гкг2 - X Ух • (5)

ХМ

Для рівняння ексцентричного кола площа контакту знаходитиметься по наступному рівнянню:

Б = | ^Яб - гкі + у гкі2 - х2 ух - | (Я2 + г2 - 2 • Я • від а)Ша -

хМ хА

](Яб - Гкі )Шх . (6)

'б

хм "

Задаємо одні і ті ж умови для аналізованих кривих леза ножа, а саме, що ножі з моменту початку входження в коренеплід пройдуть один і той же шлях а (шлях стиснення, до початку сколювання стружки) і утворять площу контакту, потрібну для порівняння. Площі контакту для ножів складали наступні чисельні значення: для ножа лезо якого виконано за формою спіралі Архімеда 136,79 мм2, логарифмічної спіралі -147,5 мм2, ексцентричного кола - 141,42 мм2.

Отже виявлено, що найбільш відповідною кривою для подальших досліджень є спіраль Архімеда, оскільки ніж, виконаний по даній спіралі має найменшу площу контакту серед аналізованих ножів, це дозволить створити найбільший тиск на коренеплід при одному і тому ж зусиллі, що витрачається.

По Г.І. Новікову процес різання коренеплодів протікає низкою процесів, що змінюють один одного: входження клину в коренеплід і сколювання стружки. Процес впровадження клину в коренеплід можна назвати стисненням, він продовжується до тих пір, поки ножем не буде створено напругу, що перевищує межу стиснення коренеплоду; ніж за цей час пройде шлях а.

Далі в тілі коренеплоду виникає тріщина, яка розповсюджується на певну величину шляху І, умовно даний процес можна назвати сколюванням. Процес різання представлений на рис. 2.

За межею площі стиснення відбувається сколювання коренеплоду на глибину І. При сколюванні від коренеплоду відділяється площа БсК. Емпіричним шляхом нами встановлено, що для ножа, лезо якого виконане за формою ділянки спіралі Архімеда, глибина сколювання знаходиться в межах 9 - 13 мм. Адекватність емпіричних даних підтверджена результатами розрахунків по відомому виразу В.П. Горячкіна [1].

У регіоні Донбасу найбільш поширеним сортом кормового буряка є сорт «Переможець», його середній діаметр перетину посередині коренеплоду знаходиться в межах 65-70 мм. Розрахунковим шляхом встановлено, що ніж запропонованої конструкції в середньому перетині кормового буряка даного сорту створить чотири площі стиснення Бсм і чотири площі сколювання Бск розміри яких приведені в табл. 1.

х

х

Рис. 2. До обґрунтування кривизни леза ефективного ножа для подрібнення

коренеплодів:

а - максимально можлива глибина стиснення коренеплоду ножем, перевищення якої приводить до початку сколювання стружки; І - глибина сколювання; гкі - радіус і-го горизонтального перетину коренеплоду; Яб - радіус ножового диска, АВ - межа контактної поверхні стиснення, С - центр коренеплоду, О - центр обертання системи.

1. Площі контактної поверхні при стисненні та сколюванні

№ ділянки (відраховується від першого контакту) I II III IV

Sсм, мм 134,84 310,79 304,1 189,14

2 Бск, мм 572,40 1015,34 817,23 181,8

Оскільки процес подрібнення коренеплодів є послідовним чергуванням стиснення і сколювання, то дія руйнуючої сили має пульсуючий характер. Причому, руйнуюча сила змінна і залежить від розмірів контактної поверхні стиснення £см, на яку вона діє.

Важливо підкреслити, що процес подрібнення коренеплодів робочим органом, лезо ножів якого являє собою ділянку спіралі Архімеда, відповідає всім умовам різання з ковзанням.

Руйнуючу силу на кожній ділянці контакту визначали на підставі отриманих нами даних (див. табл. 1) і даних руйнуючої напруги для коренеплодів отриманих Д.Г. Войтюком і О.М. Царенко [3] (рис. 3) за формулою:

Ррез = йсм -Ясж , Н, (7)

де &сж - допустима напруга стиснення, МПа.

134.84 310.79 304,1 189.14

Рис. 3. Г рафік залежності руйнуючої сили, яка витрачається на подрібнення коренеплодів, від розмірів контактної поверхні стиснення 8см

Висновки. 1) отримано математичні моделі, що дозволяють визначити силу різання та площі контакту при різанні (1) - (7);

2) визначено, що площа контакту ножа, лезо якого виконане за формою спіралі Архімеда на 7,26 % менша від площі, яку утворює ніж, лезо якого виконане за формою логарифмічної спіралі та на 3,27 % менше - за формою ексцентричного кола;

3) лезо ножа, що виконане за формою спіралі Архімеда, створює найбільше руйнуюче зусилля при найменшій площі контакту, що зменшує енерговитрати, а також дозволяє виконувати умову різання з ковзанням.

Список використаних джерел

1. Горячкин В.П. Собрание сочинений: в 3 т. / В.П. Горячкин // Под ред. Н.Д. Лучинского. -М.: Колос, 1965. - Т. 3. - 384 с.

2. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / Мельников С.В. -Л.: Колос. Ленингр. отд-ние. 1978. - 560 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).

3. Царенко О.П. Механіко-технологічні властивості с.-г. матеріалів / Царенко О.П., Войтюк Д.Г., Швайко В.М. та ін. - К.: Мета, 2003. - 448 с.

4. Манько В.Н. Совершенствование процесса измельчения корнеклубнеплодов и обоснование параметров рабочих органов измельчителя: Дис....канд. техн. наук / Украинская ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия. - Киев, 1988. - 199 с.

5. Ясенецкий В.А. Исследование влияния основных параметров роторного измельчителя на процесс измельчения корнеплодов: Автореф. дис... канд. техн. наук: 05.410 / Украинская ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия. - Киев, 1972. - 25 с.

6. Титенок А.В. Повышение эффективности процесса измельчения корнеплодов путем применения пакетов режущих элементов: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.20.01 / Саратовский ордена «Знак Почета» институт механизации сельского хозяйства имени М.И. Калинина. - Саратов, 1988. - 21 с.

7. Мейлахс И.И. Исследование технологического процесса измельчения кормовых корнеплодов барабанным радиально-ножевым аппаратом: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.20.01 / Объединенный ученый совет Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательского института механизации сельского хозяйства и Всесоюзного научноисследовательского института электрификации сельского хозяйства. - М., 1975. - 28 с.

8. Братишко В.В. Обоснование процесса работы и параметров двухступенчатого измельчителя зеленых кормов для свиней и водоплавающей птицы: Дис....канд. техн. наук 05.05.11 / Национальный научный центр «Институт механизации и электрификации сельского хозяйства». - Глеваха, 2007. - 184 с.

Обоснована форма лезвия ножей для измельчения корнеплодов и получены зависимости разрушающей силы, которая затрачивается на измельчение корнеплодов, от размеров контактной поверхности сжатия.

In this work are got the form of the blade of knives is grounded for grinding down of root of crops and dependences of the destroying force, which is depended from the sizes of the contact surface of the compression.

УДК 631.171:634

ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПРУТКІВ ВОРСУ ЦИЛІНДРИЧНОЇ ЩІТКИ ДЛЯ РОЗКРИТТЯ КОРЕНЕВОЇ СИСТЕМИ МАТОЧНИХ РОСЛИН

А.В. ВОЙТІК, В.В. КРАВЧЕНКО, кандидати технічних наук,

Р.В. ОЛЯДНІЧУК

Наведено аналіз прогину прутка ворсу циліндричної щітки при розкритті кореневої системи маточних рослин.

Однією з трудомістких операцій по виробництву клонових підщеп є осіннє розкриття маточних рослин з послідуючим відокремленням відсадків. На ці операції затрачається до 583 людино-годин/га або 52% від загальних затрат на протязі року [1]. В світовій практиці садівництва застосовуються декілька способів осіннього розкриття маточних рослин та відокремлення відсадків клонових підщеп. Механізоване відокремлення відсадків раніше було основним способом. Цей спосіб полягає в застосуванні пристроїв з одно- та дводисковими пильно-ріжучими робочими органами і пристроїв з плоскими ножами. Хоча використання таких пристроїв забезпечує мінімальні трудовитрати на виконання даного технологічного процесу, але через значні пошкодження маточних рослин та відсадків (20%, іноді сягають до 40%) зараз все більше господарств відмовляються від застосування такого способу відокремлення відсадків клонових підщеп.

Методика досліджень. Нами було розроблено дослідний зразок машини для осіннього розкриття кореневої системи маточних рослин. Будову та принцип роботи машини розглянемо на прикладі схеми, що зображена на рис. 1. Пристрій складається з рами 1, на якій встановлені сферичні диски 2 на стійках 3.

Слідом за сферичними дисками на рамі машини змонтовані активні циліндричні щітки 8 з вертикальною віссю обертання.