Научная статья на тему 'Оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы'

Оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
5
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник НГИЭИ
ВАК
Ключевые слова
горизонтальный и вертикальный ножи / измельчитель корнеплодов / противорез / равновесие / режущий аппарат / свекла / сила резания / сила трения / угол наклона / beetroot / root grinder / cutting apparatus / contradiction / horizontal and vertical knives / cutting force / friction force / equilibrium / inclination angle

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Шуханов Станислав Николаевич, Овчинникова Наталья Ивановна, Косарева Анна Викторовна, Доржиев Арсалан Сергеевич

Введение. Подготовка кормов к скармливанию путем измельчения с заданными размерами позволяет улучшить их поедаемость и усвояемость. Это ведет к повышению отдачи каждой кормовой единицы. Для достижения наилучших качественных показателей функционирования технического устройства измельчения корнеклубнеплодов, созданного на уровне изобретения, необходимо обосновать его конструктивные параметры. Цель исследования – обосновать оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы. Методы и материалы. Для исследований использовался измельчитель корнеплодов с улучшенными эксплуатационными свойствами, обеспечивающий измельчение сочного овощного сырья (кормовая, сахарная и полусахарная свекла, брюква, турнепс, морковь, картофель) на кусочки в форме параллелепипеда размеров, соответствующих зоотехническим требованиям. Проведен анализ процесса резания свеклы, форма которой с некоторым допущением принята в виде цилиндра. Результаты исследования. Рассматривая равновесие сил, действующих на клубень в стационарной системе отсчета, авторами получено аналитическое выражение значения оптимального угла наклона противореза режущего аппарата, зависящего от положения корнеплода, его размеров, высоты установки вертикального ножа и коэффициента силы трения. Задаваясь значениями указанных параметров, можно выполнять в полной мере теоретический и практический анализ предельного значения величины угла наклона противореза режущего аппарата и его влияния на перекатывание корнеплода и его защемление. Заключение. В зависимости от положения и размеров свеклы, а также геометрических размеров измельчителя был определен оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата в пределах 40–50° для корнеплодов цилиндрической формы, который обеспечивает защемление корнеплода и препятствует соковыделению.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Шуханов Станислав Николаевич, Овчинникова Наталья Ивановна, Косарева Анна Викторовна, Доржиев Арсалан Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Optimal angle of inclination of the cutter of the root-club grinder when cutting cylindrical fruits

Introduction. Preparation of fodders for feeding by grinding with specified dimensions improves their eating and digestibility. This leads to an increase in the yield of each feed unit. In order to achieve the best qualitative performance of the technical device for crushing root crops, created at the level of the invention, it is necessary to justify its design parameters. The purpose of the study is to substantiate the optimal angle of inclination of the incision of the cutting apparatus of the root-club grinder when cutting cylindrical fruits. Methods and materials. For research, a root grinder with improved operational properties was used, which provides the grinding of juicy vegetable raw materials (fodder, sugar and semi-sugar beets, rutabaga, turneps, carrots, potatoes) into pieces in the form of parallelepiped of sizes corresponding to zootechnical requirements. An analysis of the beet cutting process is carried out, the shape of which with some assumption is adopted in the form of a cylinder. Results. Considering the equilibrium of forces acting on the tuber in the stationary reference system, the authors obtained an analytical expression of the value of the optimal inclination angle of the contradiction of the cutting apparatus, depending on the position of the root blade, its dimensions, the height of the vertical knife installation and the coefficient of friction force. By setting the values of these parameters, it is possible to carry out a fully theoretical and practical analysis of the limit value of the angle of inclination of the contradiction of the cutting apparatus and its effect on the rolling of the root and its pinching. Conclusion. Depending on the position and size of the beet, as well as the geometrical dimensions of the grinder, an optimal inclination angle has been determined for cylindrical root crops, which provides pinching of the root fruit and prevents juicing.

Текст научной работы на тему «Оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы»

xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства жжжжжж

Научная статья УДК 631.361.8

Б01: 10.24412/2227-9407-2022-6-19-31

Оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы

Станислав Николаевич ШухановНаталья Ивановна Овчинникова2, Анна Викторовна Косарева3, Арсалан Сергеевич Доржиев4

12 3 4 Иркутский государственный аграрный университет им. А. А. Ежевского, Молодежный, Россия 15ИиИапоу56@таИ.гив, https://orcid.org/0000-0003-2134-6871

2 nata54@bk.ru,https://orcid.org/0000-0003-2331-2050

3 ankosar@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-1613-5394 4ar.s.d@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1719-2793

Аннотация

Введение. Подготовка кормов к скармливанию путем измельчения с заданными размерами позволяет улучшить их поедаемость и усвояемость. Это ведет к повышению отдачи каждой кормовой единицы. Для достижения наилучших качественных показателей функционирования технического устройства измельчения корнеклубнеплодов, созданного на уровне изобретения, необходимо обосновать его конструктивные параметры. Цель исследования - обосновать оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы.

Методы и материалы. Для исследований использовался измельчитель корнеплодов с улучшенными эксплуатационными свойствами, обеспечивающий измельчение сочного овощного сырья (кормовая, сахарная и полусахарная свекла, брюква, турнепс, морковь, картофель) на кусочки в форме параллелепипеда размеров, соответствующих зоотехническим требованиям. Проведен анализ процесса резания свеклы, форма которой с некоторым допущением принята в виде цилиндра.

Результаты исследования. Рассматривая равновесие сил, действующих на клубень в стационарной системе отсчета, авторами получено аналитическое выражение значения оптимального угла наклона противореза режущего аппарата, зависящего от положения корнеплода, его размеров, высоты установки вертикального ножа и коэффициента силы трения. Задаваясь значениями указанных параметров, можно выполнять в полной мере теоретический и практический анализ предельного значения величины угла наклона противореза режущего аппарата и его влияния на перекатывание корнеплода и его защемление.

Заключение. В зависимости от положения и размеров свеклы, а также геометрических размеров измельчителя был определен оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата в пределах 40-50° для корнеплодов цилиндрической формы, который обеспечивает защемление корнеплода и препятствует соковыделению.

Ключевые слова: горизонтальный и вертикальный ножи, измельчитель корнеплодов, противорез, равновесие, режущий аппарат, свекла, сила резания, сила трения, угол наклона

Для цитирования: Шуханов С. Н., Овчинникова Н. И., Косарева А. В., Доржиев А. С. Оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы // Вестник НГИЭИ. 2022. № 6 (133). С. 19-31. БОТ: 10.24412/2227-9407-2022-6-19-31

© Шуханов С. Н., Овчинникова Н. И., Косарева А. В., Доржиев А. С., 2022

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX

Optimal angle of inclination of the cutter of the root-club grinder when cutting cylindrical fruits

Stanislav N. ShukhanovNatalya I. Ovchinnikova2, Anna V. Kosareva3, Arsalan S. Dorzhiev4

12 3 4 Irkutsk State Agrarian University named after A. A. Yezhevsky, Youth, Russia

1 Shuhanov56@mail.ruB', https://orcid.org/0000-0003-2134-6871

2 nata54@bk.ru,https://orcid.org/0000-0003-2331-2050

3 ankosar@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-1613-5394 4ar.s.d@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1719-2793

Abstract

Introduction. Preparation of fodders for feeding by grinding with specified dimensions improves their eating and digestibility. This leads to an increase in the yield of each feed unit. In order to achieve the best qualitative performance of the technical device for crushing root crops, created at the level of the invention, it is necessary to justify its design parameters. The purpose of the study is to substantiate the optimal angle of inclination of the incision of the cutting apparatus of the root-club grinder when cutting cylindrical fruits.

Methods and materials. For research, a root grinder with improved operational properties was used, which provides the grinding of juicy vegetable raw materials (fodder, sugar and semi-sugar beets, rutabaga, turneps, carrots, potatoes) into pieces in the form of parallelepiped of sizes corresponding to zootechnical requirements. An analysis of the beet cutting process is carried out, the shape of which with some assumption is adopted in the form of a cylinder. Results. Considering the equilibrium of forces acting on the tuber in the stationary reference system, the authors obtained an analytical expression of the value of the optimal inclination angle of the contradiction of the cutting apparatus, depending on the position of the root blade, its dimensions, the height of the vertical knife installation and the coefficient of friction force. By setting the values of these parameters, it is possible to carry out a fully theoretical and practical analysis of the limit value of the angle of inclination of the contradiction of the cutting apparatus and its effect on the rolling of the root and its pinching.

Conclusion. Depending on the position and size of the beet, as well as the geometrical dimensions of the grinder, an optimal inclination angle has been determined for cylindrical root crops, which provides pinching of the root fruit and prevents juicing.

Keywords: beetroot, root grinder, cutting apparatus, contradiction, horizontal and vertical knives, cutting force, friction force, equilibrium, inclination angle

For citation: Shukhanov S. N., Ovchinnikova N. I., Kosareva A. V., Dorzhiev A. S. Optimal angle of inclination of the cutter of the root-club grinder when cutting cylindrical fruits // Bulletin NGIEI. 2022. № 6 (133). P. 19-31. (In Russ.). DOI: 10.24412/2227-9407-2022-6-19-31

Введение

Становлению сельскохозяйственного производства качественно нового уровня во многом способствуют современные научные разработки, а также академические источники литературы [1; 2; 3]. Важнейшее направление развития в этом плане имеет инновационное техническое обеспечение животноводства [4; 5]. При этом ключевое значение имеют аспекты правильного кормления сельскохозяйственных животных, включая создание средств механизации технологических процессов, отвечающих высоким требованиям [6; 7; 8].

Для обеспечения полноценного питания рацион сельскохозяйственных животных должен включать в себя широкий спектр кормов. Одним из

основных видов кормов являются корнеклубнеплоды. Они позволяют существенно повысить продуктивность животноводства. Подготовка кормов к скармливанию путем измельчения с заданными размерами улучшает их поедаемость и усвояемость [9]. Это ведет к повышению отдачи каждой кормовой единицы. В зависимости от вида животных размеры частиц варьируются от 10 до 30 мм. Для достижения наилучших качественных показателей функционирования технического устройства измельчения корнеклубнеплодов, созданного на уровне изобретения, необходимо обосновать его конструктивные параметры [10; 11; 12]. Это главным образом зависит от оптимального угла наклона противореза режущего аппарата измельчителя.

xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх

Цель исследования - определить оптимальный угол наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов при резании плодов цилиндрической формы.

Обзор литературы

Вопросами исследования факторов, влияющих на рабочий процесс измельчения корнеплодов, занимались такие ученые, как А. В. Алешкин, Н. П. Аюгин, А. В. Брусенков, С. Ю. Булатов, А. И. Котин, М. Н. Лемаева, П. А. Савиных, Р. А. Смирнов, В. В. Хабарова и другие.

Труды М. Н. Лемаевой посвящены поиску и обоснованию конструкторско-технологической схемы измельчителя корнеплодов, функционирующей в энергосберегающем варианте, а также с максимальной производительностью и при этом обеспечивающей качественное измельчение [13; 14].

Так, Н. П. Аюгин в своих работах установил зависимости снижения энергоемкости измельчения, а также повышения качества обрабатываемого материала от конструктивно-режимных параметров установки [17; 18].

Исследования В. В. Хабаровой позволили установить закономерности влияния параметров и режимов функционирования измельчающего аппарата транспортерно-ножевого типа, оборудованного вибрирующими ножами, на расход энергии, включая качество конечного продукта [15; 16].

В результате научных изысканий А. В. Брусен-кова выполнено уточненное структурирование аппаратов для измельчения корнеклубнеплодов, а также определены теоретические закономерности технологического процесса измельчения сырья с вальцовым подпором и плоскими ножами, в том числе осуществлено математическое моделирование удельного расхода энергии в зависимости от параметров измельчающего технического устройства [17; 18].

Р. А. Смирнов в своих трудах выполнил теоретическое обоснование процесса резания разработанного технического устройства, условия защемления корнеплодов, а также экспериментально обосновал оптимальные его параметры и режимы функционирования [19; 20].

Несмотря на актуальность и важность перечисленных работ, процесс резания корнеклубнеплодов с помощью запатентованной нами конструкции устройства с заданными размерами для каждого вида сельскохозяйственных животных не рассматривался, поэтому возникла необходимость в решении этой задачи.

Анализ работы измельчителя корнеклубнеплодов показал, что в процессе резания клубни могут

располагаться в измельчителе по-разному. При этом регулировка угла наклона противореза осуществляется один раз, перед началом процесса резания. Поэтому существует необходимость определения оптимального значения угла наклона противореза режущего аппарата измельчителя корнеклубнеплодов, в зависимости от положения клубня, геометрических размеров, высоты установки ножа и коэффициента трения, при которых исключается перекатывание клубня через горизонтальный нож, а его защемление не приводило бы к смятию клубнеплода.

Материалы и методы В качестве объекта исследования служило разработанное нами техническое устройство на уровне патентопригодности для измельчения кор-неклубнеплодов[21]. Сущность установки состоит в следующем. Вертикальные ножи жёстко и под углом 90 градусов прикреплены к горизонтальным ножам, причём с формированием вертикальных окон, образованных сверху плоскостью горизонтального ножа, снизу плоскостью диска, а слева и справа плоскостями вертикальных ножей. Крайние вертикальные ножи плотно пристыкованы своими боковыми плоскостями к торцевым поверхностям окна. Противорез имеет возможность функционировать с горизонтальными и вертикальными ножами. Промежуток между вертикальными ножами в перпендикулярном направлении к их боковым поверхностям находится в пределах от 15 до 50 мм. В итоге это дает возможность сконструировать режущий аппарат измельчителя корнеплодов, позволяющий получение кусочков по форме параллелепипеда. На рисунке 1 проиллюстрирован режущий аппарат измельчителя корнеплодов, в частности на рисунке 1 продемонстрированы разрез А-А, разрез Б-Б, разрез В-В (увеличено), а также вид Г (увеличено). Режущий аппарат включает в себя цилиндрический корпус 4, который одновременно выполняет функцию приёмного бункера; диск 6 с вертикальными 2 и горизонтальными 3 ножами, который жёстко скреплён с валом 1 электродвигателя (не показан); противорезы 5, жёстко скреплённые с корпусом 4. В том числе к диску 6 со стороны, противоположной стороне, на которой установлены ножи 2 и 3, жёстко присоединены швырялки 8, а к корпусу 4, напротив швырялок 8, - конструкция выгрузного бункера 7. В диске 6 под горизонтальными 3 ножами образованы окна по форме прямоугольника. Вертикальные 2 ножи жёстко и под углом 90 градусов прикреплены к горизонтальным 3 ножам, причём с образованием вертикальных окон, сформированных сверху плоскостью горизонталь-

technology and mechanization of agriculture

ного 3 ножа, снизу плоскостью диска 6, а слева и справа плоскостями вертикальных 2 ножей. Крайние вертикальные 2 ножи пристыкованы своими боковыми плоскостями к торцевым поверхностям окна, противорезы 5 взаимодействуют с горизонтальными 3 и вертикальными 2 ножами. Расстояние между вертикальными 2 ножами в перпендикулярном направлении к их боковым поверхностям находится в пределах от 15 до 50 мм. Режущий аппарат работает следующим образом. При включении измельчителя (электродвигателя) диск 6 с ножами 2 и 3, а также со швырялками 8 приводится во вращение (против часовой стрелки) от электродвигателя (не показан) посредством вала 1.

Рассмотрим момент защемления корнеплода между горизонтальным, вертикальным ножами и противорезом, соответствующий началу резания клубня в вертикальном (а) и горизонтальном (б) положениях (рис. 1). Процесс резания проследим на

свекле, принимая ее в форме цилиндра диаметром й и высотой Ъ.

Загружают продукт в корпус 4 через его верхний срез, который поступает на диск 6 и при взаимодействии с противорезами 5 равномерно распределяется на его торцевой поверхности и подвергается обработке. Горизонтальные и вертикальные ножи оказывают силовое воздействие на продукт, в результате чего продукт разделяется на кусочки по форме параллелепипеда, одна из граней которого соответствует профилю окон, образованных поверхностями деталей режущего аппарата. Длина полученных кусочков равна расстоянию между вертикальными 2 ножами в перпендикулярном направлении к их боковым поверхностям. Измельчённый продукт под воздействием на него ножей 2 и 3 поступает в полость швырялки 8 через окна, выполненные в диске 6 под ножами 3, и далее под воздействием швырялки 8 - в выгрузной бункер 7.

Рис. 1. Режущий аппарат измельчителя корнеплодов: 1 - вал; 2, 3 - ножи; 4 - корпус; 5 - противорез; 6 - диск; 7 - выгрузной бункер; 8 - швырялка

Fig. 1. Cutting apparatus of root crop grinder: 1 - shaft; 2, 3 - knives; 4 - body; 5 - countercut; 6 - disc; 7 - discharge hopper; 8 - thrower Источник: разработано авторами на основании патента на полезную модель RU 186473 U1

Вестник НГИЭИ. 2022. № 6 (133). C. 19-31. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2022. № 6 (133). P. 19-31. ISSN 2227-9407 (Print)

_технологии и средства механизации сельского хозяйства

Рассмотрим момент защемления корнеплода между горизонтальным, вертикальным ножами и противорезом, соответствующий началу резания клубня в вертикальном (а) и горизонтальном (б) по-

ложениях (рис. 2). Процесс резания проследим на свекле, принимая ее в форме цилиндра диаметром й и высотой Ъ.

б)

Рис. 2. Защемление клубней вертикальным, горизонтальным ножами и противорезом при падении в горизонтальное (а) и вертикальное положение (б) Fig. 2. Pinching tubers with vertical, horizontal knives and shear when falling into horizontal (a) and vertical position (b) Источник: разработано авторами на основании теоретических данных

technology and mechanization of agriculture

Для того чтобы клубень не перекатывался по поверхности горизонтального ножа и при этом не происходило смятие клубня, которое приводит к изменению первоначальной формы и потере питательных веществ, необходимо определить оптимальный наклон противореза. Рассмотрим систему сил, действующих на клубень. При соприкосновении клубня с противорезом возникают нормальная реакция Р противореза и сила трения о поверхность Fтр противореза. Со стороны горизонтального и вертикального ножей возникают силы реакций RT, Rß и НГ. Также на клубень действуют сила тяжести G и нормальная реакция диска N. В результате (рисунок 5) на клубень действует произвольная плоская система сил, для которой можно составить три уравнения равновесия (1), решив которые, можно определить угол наклона противо-реза.

Для случая, когда клубень находится на диске в вертикальном положении:

n

X mok 'œsa' d - F • sin«- (b - h) +

к=1

+ g- — -n-P--rr- sinß-h 2 2

-P - sin а (b - h) + P - cos« b = О,

(1)

где а - угол наклона противореза.

В момент начала движения клубня сила реакции опоры N будет бесконечно мала, а силы трения, определяемые равенством

F, = /Р, Fpi = /Яг , (2)

где /- коэффициент трения, достигают максимального значения. В предельном равновесии, когда сила действия противореза во много раз больше силы тяжести клубня P>>G [9], а сила реакции горизонтального ножа (момент начала касания) ЯГ также будет бесконечно мала, тогда уравнение (1) примет вид

- F • cos а • d - F • sin а • (b - h) -.

- P • sin а • (b - h) - P • cos а • d = 0,.

После деления обеих частей полученного уравнения на Рсв8а с учетом равенств (2) будем иметь

-f - b - f - tgа - (b - h) - tgа - (b - h) - b = О. (3) Тогда искомый угол определится выражени-

ем

а = arctgt = arctg

- f-b + b f (b - h)+(b - h)

(4)

Для случая, когда клубень находится на диске в горизонтальном положении:

n

Xток 'cosa '(d -h) -F - sin« -b -

к=1

-G-b + N---Rr-sinß-h -2 2 г

(5)

-Р ■ $та-(ё - к) + Р ■ соъа-Ь = 0. Задаваясь теми же допущениями, что и в предыдущем случае, поделив обе части равенства (5) на Pcosа, получим:

-/ ■ (й - к) - / ■ tgа ■ Ь - tgа■ (й - к) + Ь = 0. (6) Тогда искомый угол определится выражением

а = arctgt = arctg

- f - (b - h) + b

(7)

f • b + (d - h)

Результаты исследования

Для среднестатистического размера корнеплода, в зависимости от геометрических параметров измельчителя и коэффициента трения f согласно формуле (9) были определены оптимальные значения угла наклона противореза при падении свеклы вертикально и горизонтально. Результаты представлены в таблице 1 и на рисунке 3.

Анализируя риунок 3, можно отметить, что при увеличении коэффициента трения угол наклона противореза уменьшается. Разброс значений угла незначительный при падении вертикально (рисунок 3, а) и горизонтально (рисунок 3, б) и находится в пределах от 20 до 45° при горизонтальном падении и от 30 до 70° при вертикальном падении.

С точки зрения размера корнеплода диапазон значений угла наклона изменяется в пределах от 60 до 80° градусов и находится в тех же пределах, что и при изменении других параметров (таблица 2, 3 рисунок 4, 5). При среднем диаметре клубня 80-100 мм оптимальным значением угла наклона противореза являются 70-80°.

Вестник НГИЭИ. 2022. № 6 (133). C. 19-31. ISSN 2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2022. № 6 (133). P. 19-31. ISSN 2227-9407 (Print)

_технологии и средства механизации сельского хозяйства

Таблица 1. Угол наклона противореза измельчителя корнеклубнеплодов в зависимости от коэффициента трения, f

Table 1. The angle of inclination of the countercut of the root crop chopper depending on the coefficient of friction, f

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Диаметр клубня, d, мм / Tuber diameter, d, мм Высота клубня, b, мм / Tuber height, b, мм Высота вылета ножа, h, мм / Knife departure height, h, мм Коэффициент трения, f / Friction coefficient, f Горизонтально расположен клубень / Horizontally located tuber Вертикально расположен клубень / Vertically located tuber

Угол наклона противореза, а, градус / Angle of incline, а, degree Угол наклона противоре-за, а, градус / Angle of incline, а, degree

50 100 10 0 59.06619 37.89419

60 100 10 0.05 56.20233 35.15201

70 100 10 0.1 53.3527 32.48766

80 100 10 0.15 50.53109 29.90886

90 100 10 0.2 47.75052 27.42148

100 100 10 0.25 45.02282 25.02958

110 100 10 0.3 42.35847 22.73563

120 100 10 0.35 39.76636 20.54061

130 100 10 0.4 37.25372 18.4443

140 100 10 0.45 34.82615 16.44541

150 100 10 0.5 32.48766 14.54183

Источник: составлено авторами на основании исследований

e 45

в JS

ci t f o 40

м е n e

р io e

о ea r M 35

и т in e ■в

о р "3 in s 30

в f

ев н o ,t s cr 25

о ч — "м e

И ев n < t n s 20

н o c

Ч о о 15

- р

^—I—I—I—|—I—I—I—I—|—I—I—I—I—|

0

0,2

0,4

0,6

>т -в s

, «4-

ев О

^ M

а в

Р s

о -5 sa ев s =

- s ® У

— В

и«

о —

s

^

о

а -

70 65

S 60

м

■в 55

~ 50

Й 45 U

| 40 о

" 35

—♦— h=20

-B-h=10

30

н—I—I—I—|—I—I—I—I—|—I—I—I—I—|

0

0,2

0,4

0,6

Коэф фициент т р ения , f Coefficient of friction

Коэффициент трения, f Coefficient of friction, f

а) вертикальное положение корнеплода / б) горизонтальное положение корнеплода,

vertical position of the root horizontal position of the root

Рис. 3. Зависимость угла наклона противореза от коэффициента трения, f и высоты ножа h Fig. 3. Relation of inclination angle to contradiction friction coefficient, f and knife height h Источник: разработано авторами на основании теоретических расчетов (таблица 1)

XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX

Таблица 2. Угол наклона противореза измельчителя корнеклубнеплодов в зависимости от геометрических параметров клубня

Table 2. The angle of inclination of the countercut of the root crop chopper depending on the geometric parameters of the tube

Диаметр клубня, d, мм / Tuber diameter, d, мм Высота клубня, b, мм / Tuber height, b, мм Высота вылета ножа, h, мм / Knife departure height, h, мм Коэффициент трения, f / Горизонтально расположен клубень / Horizontally located tuber Вертикально расположен клубень / Vertically located tuber

Friction coefficient, f Угол наклона противореза, а, градус / Angle of incline, а, degree Угол наклона противореза, а, градус / Angle of incline, а, degree

50 100 10 0.1 62.51969 24.45635

60 100 10 0.1 57.75363 28.62497

70 100 10 0.1 53.3527 32.48766

80 100 10 0.1 49.32239 36.04565

90 100 10 0.1 45.65274 39.30934

100 100 10 0.1 42.32365 42.29513

110 100 10 0.1 39.30934 45.02282

120 100 10 0.1 36.58164 47.51364

130 100 10 0.1 34.11227 49.78888

140 100 10 0.1 31.87416 51.86907

150 100 10 0.1 29.84221 53.77342

Источник: составлено авторами на основании исследований

о S

э

& * - а

а ' JS

о о § Г

Î* <

65

60

55

1 §

SS о

M и

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

и &

S р

s ® &

â.l % 40

« «

2 в

50

45

35

30

4 Ä

5 Si 25

20

40

160

60 80 100 120 140

Диаметр корнеплода, d, мм / The diameter of the root crop, d, mm

Рис. 4. Зависимость угла наклона противореза коэффициента трения от размера корнеплода, d Fig. 4. Dependence of inclination angle of friction coefficient contradiction on root blade size, d Источник: разработано авторами на основании теоретических расчетов (таблица 2)

xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх

Таблица 3. Угол наклона противореза измельчителя корнеклубнеплодов в зависимости от геометрических параметров клубня

Table 3. The angle of inclination of the countercut of the root crop chopper depending on the geometric parameters of the tube

Диаметр клубня, d, мм / Tuber diameter, d, мм Высота клубня, b, мм / Tuber height, b, мм Высота вылета ножа, h, мм / Knife departure height, h, мм Коэффициент трения, f / Friction coefficient, f Горизонтально расположен клубень / Horizontally located tuber Вертикально расположен клубень / Vertically located tuber

Угол наклона противореза, а, градус / Angle of incline, а, degree Угол наклона противо-реза, а, градус / Angle of incline, а, degree

50 100 50 0.1 34.11227 55.09699

60 100 60 0.1 39.30934 48.90332

70 100 70 0.1 43.71027 43.68993

80 100 80 0.1 47.44356 39.30934

90 100 90 0.1 50.625 35.61728

100 100 100 0.1 53.3527 32.48766

110 100 110 0.1 55.70719 29.81606

120 100 120 0.1 57.75363 27.51819

130 100 130 0.1 59.54445 25.52681

140 100 140 0.1 61.1218 23.7884

150 100 150 0.1 62.51969 22.26031

Источник: составлено авторами на основании исследований

Height tuber

Рис. 5. Зависимость угла наклона противореза коэффициента трения от размера корнеплода, h Fig. 5. Dependence of inclination angle of friction coefficient contradiction on root blade size, h Источник: разработано авторами на основании теоретических расчетов (таблица 3)

Заключение

Одним из основных параметров экспериментального измельчителя является угол наклона про-тивореза, который оказывает влияние как на качество корма, так и на силовые и кинематические характеристики измельчителя корнеклубнеплодов.

В результате анализа сил, действующих на корнеплод в процессе резания, получены аналитические выражения (4) и (7) для определения угла наклона противореза измельчителя корнеклубнеплодов в горизонтальном и вертикальном положении корнеплода. На его величину прежде всего

XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX

оказывают влияние размеры корнеплода, коэффициент трения и высота вылета горизонтального ножа.

В зависимости от положения и размеров свеклы, а также геометрических размеров измельчителя

был определен оптимальный угол наклона для корнеплодов цилиндрической формы, который обеспечивает защемление корнеплода и препятствует со-ковыделению. Оптимальное значение угла составило 40-50°.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бобов Д. Н., Алтухов И. В. Экспериментальное исследование электрофизических свойств свёклы в процессах сушки ИК-излучением // Вестник КрасГАУ. 2016. № 6 (117). С. 76-83.

2. Свечников В. Н., Медяков А. А., Кудинова Т. А., Осташенков А. П. Моделирование работы системы энергоснабжения тепличного комплекса // Инженерный вестник Дона. 2018. № 4 (51). С. 158.

3. Кокиева Г. Е., Друзьянова В. П. Исследование высокопроизводительных и малогабаритных винтовых транспортеров-зернопогрузчиков в сельском хозяйстве // Дальневосточный аграрный вестник. 2021. № 1 (57). С. 79-87. DOI: 10.24412/1999-6837-2021-1-79-87

4. Тимофеев М. Н., Фролов В. Ю., Морозова Н. Ю. Анализ технических средств для измельчения кормов и их классификация // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского аграрного университета. 2017. № 132. С. 399-424. DOI: 10.21515/1990-4665-132-032

5. Фролов В. Ю., Сысоев Д. П., Сергунцов А. С. К анализу технологических и технических средств процесса приготовления высококачественных кормов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 101. С. 2108-2120.

6. Алексеев Г. В., Кравцова Е. В., Шахов А. С. Исследование возможности моделирования процесса резания в камере для измельчения фруктов и овощей // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2014. № 3 (61). С. 28-33.

7. Крючкова Л. Г., Доценко С. М. Аналитическое обоснование параметров измельчителя корнеклубнеплодов // Вестник КрасГАУ. 2014. № 9. С. 206-211.

8. Новиков В. В., Зотеев В. С., Камышева О. А., Грецов А. С. Результаты производственных испытаний экспериментального измельчителя корнеплодов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 2. С. 74-76.

9. Матюшев В. В., Стенина В. О., Чаплыгина И. А., А. А. Беляков А. А. Обоснование конструктивно-технологических параметров и процессов измельчения клубней картофеля // Вестник КрасГАУ. 2018. № 4. С. 138-144.

10. Shukhanov S. N., Ovchinnikova N. I., Kosareva A. V., Dorzhiev A. C. Determination of the optimal incline angle of the incision of the cutting machine of the tuber grinder of potatoes // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. AGRITECH-III-2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. 2020. С. 52026.

11. Курдюмов В. И., Лемаева М. Н. К определению угла установки ножа при резании корнеплодов // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2004. № 11. С. 94-97.

12. Курдюмов В. И., Лемаева М. Н. Измельчитель корнеклубнеплодов: патент на изобретение 2242864 C1 Российская Федерация. № 2003135677/13 заявл. 08.12.2003. опубл. 27.12.2004, Бюл. № 36. 5 с.

13. Курдюмов В. И., Аюгин П. Н., Аюгин Н. П. Анализ факторов, влияющих на энергоемкость резания // Нива Поволжья. 2008. № 3 (8). С. 57-59.

14. Курдюмов В. И., Аюгин Н. П. Измельчитель корнеклубнеплодов: патент на полезную модель 73153 U1 Российская Федерация. № 2007143047/22; заявл. 20.11.2007. опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14. 8 с.

15. Богатов В. А., Зотов Е. И., Хабарова В. В. Анализ факторов, определяющих энергозатраты с вибрациями при измельчении корнеплодов и бахчевых // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2006. № 1 (2). С. 67-70.

16. Курдюмов В. И., Зотов Е. И., Хабарова В. В. Измельчитель корнеклубнеплодов: патент на изобретение 2324329 C2 Российская Федерация. № 2005137434/12; заявл. 01.12.2005. опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14. 6 с.

xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх

17. Брусенков А. В., Ведищев С. М. Экспериментальное исследование усилий резания лезвием корнеклубнеплодов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2011. № 2 (33). С.64-67.

18. Брусенков А. В. Устройство для измельчения: патент на изобретение 2556720 C1 Российская Федерация. № 2014119173/13; заявл. 13.05.2014. опубл. 20.07.2015, Бюл. № 20. 6 с.

19. Савиных П. А., Булатов С. Ю., Смирнов Р. А., Нечаев В. Н. Измельчитель корнеклубнеплодов: патент на изобретение RU 2545819 C2 Российская Федерация. № 2013120420/13; заявл. 30.04.2013. опубл. 10.04.2015, Бюл. № 10. 6 с.

20. Савиных П. А., Алешкин А. В., Булатов С. Ю., Смирнов Р. А. Обоснование угла установки наклонной стенки загрузочного бункера измельчителя корнеплодов // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 9. С. 7-10.

21. Шуханов С. Н., Доржиев А. С. Анализ факторов, влияющих на качество работы аппарата для измельчения корнеклубнеплодов методом активного эксперимента // Известия Нижневолжского агроуниверситетско-го комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 2 (58). С. 356-363.

Дата поступления статьи в редакцию 14.03.2022, одобрена после рецензирования 18.04.2022;

принята к публикации 20.04.2022.

Информация об авторах:

Шуханов С. Н. - доктор технических наук, профессор кафедры технического обеспечения АПК, Spin-код: 6382-4059;

Овчинникова Н. И. - доктор технических наук, профессор кафедры математики инженерного факультета, Spin-код: 2828-9022;

Косарева А. В. - кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса и общеинженерных дисциплин, Spin-код: 2891-6043;

Доржиев А. С. - аспирант-заочник кафедры технического обеспечения АПК, Spin-код: 4739-6796.

Заявленный вклад соавторов: Шуханов С. Н. - формирование основной концепции, цели и задачи исследования. Овчинникова Н. И. - формирование методики исследования. Косарева А. В. - проведение расчетов, подготовка текста, формирование выводов. Доржиев А. С. - анализ результатов исследований, доработка текста, корректировка выводов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Bobov D. N., Altuhov I. V. Eksperimental'noe issledovanie elektrofizicheskih svojstv svyokly v processah sushki IK-izlucheniem [Experimental study of the electrophysical properties of beets in the processes of drying by IR radiation], VestnikKrasGAU [Bulletin of KrasGAU], 2016, No. 6 (117), pp. 76-83.

2. Svechnikov V. N., Medyakov A. A., Kudinova T. A., Ostashenkov A. P. Modelirovanie raboty sistemy ener-gosnabzheniya teplichnogo kompleksa [Modeling of the operation of the power supply system of the greenhouse complex], Inzhenernyj vestnik Dona [Engineering Bulletin of the Don], 2018, No. 4 (51), pp. 158.

3. Kokieva G. E., Druz'yanova V. P. Issledovanie vysokoproizvoditel'nyh i malogabaritnyh vintovyh trans-porterov-zernopogruzchikov v sel'skom hozyajstve [Research of high-performance and small-sized screw grain loaders in agriculture], Dal'nevostochnyj agrarnyj vestnik [Far Eastern Agrarian Bulletin], 2021, No. 1 (57), pp. 79-87. DOI: 10.24412/1999-6837-2021-1-79-87.

4. Timofeev M. N., Frolov V. Yu., Morozova N. Yu. Analiz tekhnicheskih sredstv dlya izmel'cheniya kormov i ih klassifikaciya [Analysis of technical means for crushing feed and their classification], Politematicheskij setevoj el-ektronnyj zhurnal Kubanskogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic journal of Kuban Agrarian University], 2017, No. 132, pp. 399-424. DOI: 10.21515/1990-4665-132-032

5. Frolov V. Yu., Sysoev D. P., Serguncov A. S. K analizu tekhnologicheskih i tekhnicheskih sredstv pro-cessa prigotovleniya vysokokachestvennyh kormov [To the analysis of technological and technical means of the process of

29

XXXXXXXXXX technology and mechanization of agriculture XXXXXXXXXX

preparing high-quality feed], Politematicheskij setevoj elektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University], 2014, No. 101, pp. 2108-2120.

6. Alekseev G. V., Kravcova E. V., Shahov A. S. Issledovanie vozmozhnosti modelirovaniya processa reza-niya v kamere dlya izmel'cheniya fruktov i ovoshchej [Investigation of the possibility of modeling the cutting process in a fruit and vegetable chopping chamber], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2014, No. 3 (61), pp. 28-33.

7. Kryuchkova L. G., Docenko S. M. Analiticheskoe obosnovanie parametrov izmel'chitelya korneklubne-plodov [Analytical substantiation of the parameters of the shredder of root crops], Vestnik KrasGAU [Bulletin of KrasGAU], 2014, No. 9, pp. 206-211.

8. Novikov V. V., Zoteev V. S., Kamysheva O. A., Grecov A. S. Rezul'taty proizvodstvennyh ispytanij eksper-imental'nogo izmel'chitelya korneplodov [Results of production tests of the experimental shredder of root crops], Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Izvestiya Orenburg State Agrarian University], 2017, No. 2, pp. 74-76.

9. Matyushev V. V., Stenina V. O., Chaplygina I. A., A. A. Belyakov A. A. Obosnovanie konstruktivno-tekhnologicheskih parametrov i processov izmel'cheniya klubnej kartofelya [Justification of structural and technological parameters and processes of potato tubers grinding], Vestnik KrasGAU [Bulletin of KrasGAU], 2018, No. 4, pp. 138-144.

10. Shukhanov S. N., Ovchinnikova N. I., Kosareva A. V., Dorzhiev A. C. Determination of the optimal incline angle of the incision of the cutting machine of the tuber grinder of potatoes, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. AGRITECH-III-2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies, Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations, 2020, pp. 52026.

11. Kurdyumov V. I., Lemaeva M. N. K opredeleniyu ugla ustanovki nozha pri rezanii korneplodov [To determine the angle of installation of a knife when cutting root crops], Vestnik Ul'yanovskoj gosudarstvennoj sel'sko-hozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy], 2004, No. 11, pp. 94-97.

12. Kurdyumov V. I., Lemaeva M. N. Izmel'chitel' korneklubneplodov [Shredder of root crops], patent na izo-bretenie 2242864 C1 Rossijskaya Federaciya. No. 2003135677/13 zayavl. 08.12.2003. opubl. 27.12.2004, Byul. No. 36, 5 p.

13. Kurdyumov V. I., Ayugin P. N., Ayugin N. P. Analiz faktorov, vliyayushchih na energoemkost' rezaniya [Analysis of factors affecting the energy intensity of cutting], Niva Povolzh'ya [Field of the Volga region], 2008, No. 3 (8), pp. 57-59.

14. Kurdyumov V. I., Ayugin N. P. Izmel'chitel' korneklubneplodov [Shredder of root crops], patent na poleznuyu model' 73153 U1 Rossijskaya Federaciya, No. 2007143047/22; zayavl. 20.11.2007, opubl. 20.05.2008, Byul. No. 14, 8 p.

15. Bogatov V. A., Zotov E. I., Habarova V. V. Analiz faktorov, opredelyayushchih energozatraty s vibra-ciyami pri izmel'chenii korneplodov i bahchevyh [Analysis of factors determining energy consumption with vibrations during grinding of root crops and melons], Vestnik Ul'yanovskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Bulletin of the Ulyanovsk State Agricultural Academy], 2006, No. 1 (2), pp. 67-70.

16. Kurdyumov V. I., Zotov E. I., Habarova V. V. Izmel'chitel' korneklubneplodov [Shredder of root crops], patent na izobretenie 2324329 C2 Rossijskaya Federaciya, No. 2005137434/12; zayavl. 01.12.2005. opubl. 20.05.2008, Byul. No. 14, 6 p.

17. Brusenkov A. V., Vedishchev S. M. Eksperimental'noe issledovanie usilij rezaniya lezviem korneklubneplodov [Experimental study of cutting forces with a blade of root-tubers], Voprosy sovremennoj nauki i praktiki [Issues of modern science and practice], V. I. Vernadsky University, 2011, No. 2 (33), pp. 64-67.

18. Brusenkov A. V. Ustrojstvo dlya izmel'cheniya [Device for grinding], patent na izobretenie 2556720 C1 Rossijskaya Federaciya, No. 2014119173/13; zayavl. 13.05.2014. opubl. 20.07.2015, Byul. No. 20, 6 p.

19. Savinyh P. A., Bulatov S. YU., Smirnov R. A., Nechaev V. N. Izmel'chitel' korneklubneplodov [Shredder of root crops], patent na izobretenie RU 2545819 C2 Rossijskaya Federaciya, No. 2013120420/13; zayavl. 30.04.2013. opubl. 10.04.2015, Byul. No. 10, 6 p.

20. Savinyh P. A., Aleshkin A. V., Bulatov S. Yu., Smirnov R. A. Obosnovanie ugla ustanovki naklonnoj stenki zagruzochnogo bunkera izmel'chitelya korneplodov [Justification of the angle of installation of the inclined wall of the

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

xxxxxx технологии и средства механизации сельского хозяйства хжхжхх

feed hopper of the shredder of root crops], Traktory i sel'hozmashiny [Tractors and agricultural machines], 2016, No. 9, pp. 7-10.

21. Shuhanov S. N., Dorzhiev A. S. Analiz faktorov, vliyayushchih na kachestvo raboty apparata dlya izmel'-cheniya korneklubneplodov metodom aktivnogo eksperimenta [Analysis of factors affecting the quality of the apparatus for crushing root crops by the method of active experiment], Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie [News of the Nizhnevolzhsky agrouniversitetskoho complex: Science and higher professional education], 2020, No. 2 (58), pp. 356-363.

The article was submitted 14.03.2022; approved after reviewing 18.04.2022; accepted for publication 20.04.2022.

Information about the authors: S. N. Shukhanov - Dr. Sci. (Engineering), professor, Spin-code: 6382-4059; N. I. Ovchinnikova - Dr. Sci. (Engineering), professor, Spin-code: 2828-9022; A. V. Kosareva - Ph. D. (Engineering), associate professor, Spin-code: 2891-6043; A. S. Dorzhiyev - graduate student-absentee, Spin-code: 4739-6796.

Contribution of the authors: Shukhanov S. N. - formation of the main concept, goals and objectives of the study. Ovchinnikova N. I. - formation of research methodology. Kosareva A. V. - calculation, preparation of the text, formation of conclusions. Dorzhiev A. S. - analysis of research results, revision of the text, correction of conclusions.

The authors declare no conflicts of interests.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.