CC BY
15
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 635.21:631.5
РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МАШИНЫ С БАРАБАННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ДЛЯ СОРТИРОВАНИЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ
О. Н. Кухарев, доктор техн. наук, профессор;
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; В. С. Бочкарев, аспирант
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (841-2) 628-517, е-таП: [email protected]
Представлены лабораторные исследования машины для сортирования клубней картофеля с барабанным рабочим органом. Машина разработана и изготовлена в ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» совместно с ООО «КЗТМ» г. Кузнецка. Целью исследований явилось обоснование конструктивных и режимных параметров машины для сортирования клубней картофеля с барабанным рабочим органом, в результате которых определены факторы, влияющие на качество сортирования клубней картофеля на три фракции, а также получено уравнение регрессии, с помощью которого определены оптимальные значения конструктивно-режимных параметров устройства для сортирования картофеля барабанного типа.
Ключевые слова: клубень, картофель, машинная сортировка, барабанный рабочий орган, качество сортирования.
В настоящее время более 95 % картофеля в России производится в мелкотоварных хозяйствах, но уровень механизации в подобных хозяйствах находится на низком уровне. При этом сортирование клубней картофеля на фракции является одной из важнейших операций в его производстве. Необходимо разработать и изготовить простую, малогабаритную машину для сортирования картофеля, качество сортирования клубней которой будет соответствовать агротехническим нормам [1, 9, 15].
Целью исследований явилось обоснование конструктивных и режимных параметров машины для сортирования клубней картофеля с барабанным рабочим органом, разработанной в ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» совместно с ООО «КЗТМ» г. Кузнецка, заявка на патент № 2011128471, 2011 г. (рис. 1) [2, 11].
Машина для сортирования клубней картофеля работает следующим образом [3]. Масса картофеля из картофельного вороха поступает на загрузочный лоток 6, где происходит частичное отделение земляных примесей за счет того, что лоток вы-
78
полнен из прутков с расстановкой через 20 мм. Масса картофеля по лотку 6 поступает в цилиндрический барабанный рабочий орган 2, вращаемый электродвигателем 14, где происходит отделение картофеля мелкой фракции, который попадает на лоток для приема клубней 9. Остальная часть картофеля поступает во вторую часть цилиндрического барабанного рабочего органа 1, где происходит отделение части материала, которая поступает на лоток для приема средней фракции 10. Остальная часть картофеля, крупная фракция, сходит с конца цилиндрического барабанного органа 1 и попадает на лоток для приема крупной фракции. При вращении барабанный рабочий орган совершает колебания в вертикальной плоскости за счет движения обечайки 4 с нанесенными на неё сегментами упорами 5, которые набегают на цилиндрические ролики 7 и сбегают с них.
Лабораторные исследования проводились в соответствии с СТО АИСТ 8.5 -2010. Для исследования машины с барабанным рабочим органом использовали картофель сорта Русский сувенир, райони-
Технические науки
Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - барабанный рабочий орган (нижний); 2 - барабанный рабочий орган (верхний); 3 - прутки (обрезиненные) 4 - обечайка барабанного рабочего органа; 5 - сегментные упоры; 6 - загрузочный лоток; 7 - цилиндрические ролики; 8 - вилка; 9 - лоток приема мелкой фракции; 10 - лоток приема средней фракции; 11 - лоток приема крупной фракции; 12 - винтовой механизм; 13 - рама; 14 - мотор-редуктор; 15 - редуктор; 16 - цепная передача; 17 - подшипниковый узел; 18 - муфта упругая
рованный в Пензенской области [4, 5]. Качество сортирования клубней картофеля в машине с барабанным рабочим органом зависит от множества факторов [5]. Поэтому экспериментальные исследования проводились с применением методики планирования многофакторного эксперимента [7, 8, 12, 13].
За критерий оптимизации процесса сортирования клубней картофеля принимали качество сортирования клубней Р, %, по машине в целом. На основе априорного ранжирования были отобраны десять основных факторов.
В дальнейшем проводился отсеивающий эксперимент [7, 8], по результатам которого после обработки данных получена информация о значимости каждого параметра, что позволило исключить из дальнейшего рассмотрения малозначащие факторы и сократить объем дальнейших исследований.
По результатам отсеивающего эксперимента были отобраны три фактора, наиболее влияющие на качественный процесс сортирования клубней картофеля на фракции: Л - высота упора, в форме сегмента круга (амплитуда колебаний барабанного рабочего органа), а - угол наклона барабанного рабочего органа относительно горизонта, пБ - частота колебаний барабанного рабочего органа.
Обработка результатов многофакторного эксперимента проводилась на ЭВМ по программам «Ехсе1 2003» и «^аИэИса у.6.0». В результате исследований были выявлены три наиболее значимых фактора: Л (х1) -высота сегментного упора (амплитуда колебаний барабанного рабочего органа машины для сортировки клубней картофеля), мм; а(х2) - угол наклона барабанного рабочего органа относительно горизонта, град.; пБ (х3) - частота колебаний барабанного рабочего органа, мин-1.
После обработки результатов многофакторного эксперимента на ПЭВМ получили адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость Р=/(Ь,а,пБ) в закодированном виде:
Г=95,75526+4,3029х +1,9904х2 +1,8914 х3 --0,0004х21 -0,0001х2 2 +0,0001х23 - (1)
-0,0424х х2 +0,0200х х3+0,0186х2 х3.
Для описания поверхности отклика уравнением второго порядка использовали центральное композиционное ортогональное планирование второго порядка, которое отличается простотой и удобством расчетов, а также достаточно экономичное по числу опытов. По результатам обработки опытных данных строили вероятностные кривые (рис. 2-4).
Нива Поволжья № 2 (27) 2013 79
■ _ \
•s
• /VA',......ГГ* N "ч N \ \
. Л V 1 /
'■1 4 \ 4 ■■ \ ..... У / у ,
V
- 94
--92
--90
■ ■ ■ SS
-S6
34- S4
--S2
6 S 10 12 14 16 18 20 22 24 26 2fl 30 32
Высота сегментных упоров, мы Рис. 2. Двухмерное сечение, характеризующее зависимость качества сортирования клубней картофеля Р, %, от угла наклона барабанного рабочего органа а и высоты сегментного упора h
3D Contour Plot (последняя матрица Sv*15с)
10 12 14 16 1В 20 22 24 26 23 30 32 34-36
■ ■ ■ 34
Высота сегментных упоров, ыы Рис. 3. Двухмерное сечение, характеризующее зависимость качества сортирования клубней картофеля Р, %, от высоты сегментных упоров h и частоты колебаний
барабанного рабочего органа пБ
3D Contour Plot (последняя матрица 3v*15c)
Y = 40,7305+6,5714,x+0,5367<y-0763'x,x+l),0343*xV0lWM*y*y
130 k 12Е"
а ^ 12D
3 115 m g
_ g 110
и ^
= К 105
■ :. ='
S S 1(J(J
о Щ
lJ
= 95 t O- 90
i ■ / // / .•••• •. 1 1 ■ I ; :
■ ■ / ' / ' f ! ■ i : :
/ i j > j / } J
i j f / ' / 1 / .* ■ '
j 1 ! / ' / / . . ■ i j
\ / i f J i j ■ ' / ■ .* f f à
i V \ / J f / I f ' / / ■ 1 / * ' * / ' '
, Л "" - yS
\ / > 1 1 / • * ■ / J / ' ■ i /
_ ■*■ JS . / / ■ v // •■■■m
94
■ 92
■ 90 S3
■ S6 10 - - - S4
- 32
- sa
4 5 6 7 В 9
Угол наклона барабанного рабочего органа, град
Рис. 4. Двумерное сечение, характеризующее зависимость качества сортирования клубней Р, %, от частоты колебаний барабанного рабочего органа пБ и угла наклона барабанного рабочего органа машины относительно горизонта а 80| I Технические науки
После получения значений факторов изучали поверхности отклика в зоне оптимальных значений факторов с помощью способа двумерных сечений. Для определения значений факторов, обеспечивающих оптимальное значение коэффициента вариации, решаем систему уравнений (2).
dx1
Лх2 Лу
=4,3029-0,0008х1-0,0424х2+0,0200х3=0
=1,9904-0,0002х2-0,0424х+0,0186х3=0
(2)
—=1,8914+0,0002х3 +0,0200х1 +0,0186 х2=0 Лх3
Решая систему уравнений в первом случае, приравнивая к нулю фактор х1, мы получили значение факторов в закодированном виде, затем методом линейной интерполяции получаем значения в раскодированном виде Л = 19,53 мм и а = 6,79 град. Во втором случае, приравнивая к нулю фактор х2, мы получили раскодированные значения Л = 19,077 мм и пБ = 101,73 мин-1. Приравняв последний третий фактор к нулю, решив уравнение и раскодировав полученные закодированные факторы, получили а = 6,8 град. и пБ = 103,35 мин-1.
В результате раскодирования значений факторов в программе «^аИэйса у.6.0» получили уравнение (3), которым удобно пользоваться в инженерных расчетах.
У=18,927+1,309^+6,855-а+0,698пБ --0,027-А2 -0,772-а2 -0,0041пБ 2 -0,012^а+ (3) +0,00003-кпБ +0,03475-апБ.
Анализируя графические значения двумерных сечений (рис. 3-5), можно сделать вывод, что наиболее качественно процесс сортирования картофеля достигается при высоте сегментных упоров барабанного рабочего органа Л = 19...20 мм; угле наклона барабанного рабочего органа относительно горизонта а = 6.7 град.; частоте колебания барабанного рабочего органа машины пБ = 105.125 мин-1.
В результате проведения лабораторных исследований машины с барабанным рабочим органом для сортирования клубней картофеля определены факторы, влияющие на качество сортирования клубней на три фракции, а также получено уравнение регрессии (1), с помощью которого определены оптимальные значения конструктивно-режимных параметров устройства барабанного типа для сортирования картофеля: высота сегментных упоров Л = 19.20 мм; угол наклона барабанного рабочего органа относительно горизонта а = 6.7 град; частота колебания барабанного рабочего органа пБ = 105.125 мин-1, при этом критерий оптимизации Р (доля качества сортировки клубней картофеля по машине в целом) будет составлять 94.95 %.
Литература
1. Колчин, Н. Н. Машины для сортирования и послеуборочной обработки картофеля / Н. Н. Колчин, В. П. Трусов. - М.: Машиностроение.
2. СТО АИСТ 8.5 - 2010. Стандарт организации испытания сельскохозяйственной техники. Машины для уборки и послеуборочной обработки картофеля. Методы оценки функциональных показателей. - Дата введения 2007 - 04 - 15.
3. Ларюшин, Н. П. Результаты лабораторных исследований барабанной картофелесорти-ровки / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, В. С. Бочкарев // Энергоэффективность технологий и средств механизации в АПК: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Саранск: Тип. «ПРОдвижение», 2011. - 492 с.
4. Кухарев, О. Н. Физико-механические свойства картофеля / О. Н. Кухарев, С. Н. Федя-нин, В. С. Бочкарев // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. - Пенза: РИО ПГСХА, 2010. - С. 145-146.
5. Ларюшин, Н. П. В основе разработки техники - физико-механические свойства картофеля / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, А. А. Кабунин С. Н. Федянин, А. А. Роньжин, В. С. Бочкарев // Картофель и овощи. - 2012. - № 7. - С. 10-11.
6. Ларюшин, Н. П. Теоретическое исследование рабочего процесса барабанной картофе-лесортировки / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, В. С. Бочкарев // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 3. - С. 19-24.
7. Цивин, М. Н. Многофакторный эксперимент: графическая интерпретация данных / М. Н. Цивин. - К.: ИГиМ, 2002. - 120 с.
8. Веденяпин, Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных / Г. В. Веденяпин. - М.: Колос, 1967. - 159 с.
9. Ларюшин, Н. П. Эффективность применения комплекса машин для производства картофеля в мелкотоварных хозяйствах / Н. П. Ларюшин, О. Н. Кухарев, С. Н. Федянин и др. // Нива Поволжья. - 2011. - № 4 (21). - С. 97-101.
Нива Поволжья № 2 (27) 2013 81
10. Бочкарев, В. С. Барабанная сортировка картофеля для МТХ / В. С. Бочкарев // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - Том 1. - С. 279-281.
11. Бочкарев, В. С. Лабораторные исследования сортировки картофеля барабанного типа / В. С. Бочкарев // Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА». - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. - Том II. - С. 117118.
12. Вольф, В. Г. Статистическая обработка опытных данных / В. Г. Вольф. - М.: Колос, 1966. - 134 с.
13. Писарев, Б. А. Сортовая агротехника картофеля / Б. А. Писарев. - М.: Агропромиз-дат, 1990. - 208 с.
14. Технологии, машины и оборудование для возделывания, уборки, хранения и переработки картофеля / Ю. Л. Колчинский, Л. М. Колчина, И. К. Крюков и др. - М.: Информаг-ротех, 1994. - 192 с.
UDK 635.21:631.5
THE RESULTS OF LABORATORY TESTING THE MACHINE FOR SORTING POTATO TUBERS WITH DRUM RUNNING BODY
O. N. Kukharev, doctor of technical sciences, professor;
N. P. Larushin, doctor of technical sciences, professor; V. S. Bochkarev, post graduate
FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, (841-2) 628-517, e-mail: kucharev@bk. ru
The article deals with laboratory testing the machine for potato tubers handling with drum running body. The machine was designed and manufactured in FSBEE HPT «Penza SAA» together with LLC «KZTM» Kuznetsk. The purpose of the research was the substantiation of the design and operational parameters of the machine for sorting potato tubers with the drum working body. In the result of testing the factors affecting the sorting quality of potato tubers into three factions have been identified, as well as the regression equation has been obtained with the help of which optimal values of the design and operational parameters of the device for sorting potatoes drum type have been identified.
Key words: tuber, potato, machine sorting, drum running body, sorting quality.
References
1. Kolchin, N. N. Machines for sorting and post-harvest potato handling / N. N. Kolchin, V. P. Trusov. - M.: Mashinostroyeniye.
2. STO AIST 8.5 - 2010. Standard of organizing tests of agricultural machinery. Machines for harvesting and post-harvest potato handling. Methods of evaluating the functional parameters. - Date of introduction 2007 - 04 - 15.
3. Larushin, N. P. The results of the laboratory tests the drum potato sorting / N. P. Larushin O. N. Kukharev, V. S. Bochkarev // Energy efficiency of technologies and means of mechanization in the agro-industrial complex: materials of the International scientific-practical conference.
- Saransk: Publishing house «Prodvizeniye», 2011. - 492 p.
4. Kukharev, O. N. Physico-mechanical properties of potato / O. N. Kukharev, S. N. Fedya-nin, V. S. Bochkarev // The Contribution of young scientists in the innovative development of the AIC of Russia: collection of materials of the all-Russian scientific-practical conference of young scientists. - Penza: EPD PSAA, 2010. - P. 145-146.
5. Larushin, N. P. In the basis of the engineering development there are mechanical-and-physical properties of potato / N. P. Larushin, O. N. Kukharev, A. A. Kabunin, S. N. Fedyanin, A. A. Ronzin, V. S. Bochkarev // Potatoes and vegetables. - 2012. - № 7. - P. 10-11.
6. Larushin, N. P. Theoretical study of the working process of the potato sorting machine / N. P. Larushin, O. N. Kukharev, V. S. Bochkarev // News of Samara state agricultural academy.
- 2012. - № 3. - P. 19-24.
7. Tsivin, M. N. Multivariate experiment: graphical interpretation of data / M. N. Tsivin. - K.: MTmM, 2002. - 120 p.
82
Технические науки
8. Vedenyapin, G. V. The General methodology of the experimental study and processing the experimental data / G. V. Vedenyapin - M.: Kolos, 1967. - 159 p.
9. Larushin, N. P. The efficiency of application of machines complex for potato production in small-scale farms / N. P. Larushin, O. N. Kukharev, S. N. Fedyanin, et. al // Niva Povolzhya. - 2011. - № 4 (21). - P. 97-101.
10. Bochkarev, V. S. The drum sorting of potatoes for MTF / V. S. Bochkarev // Innovative ideas of young researchers for the agro-industrial complex of Russia: collection of materials of the all-Russian scientific-practical conference. - Penza: EPD PSAA, 2011. - Volume 1. - P. 279-281.
11. Bochkarev, V. S. Laboratory tests of sorting potato of drum-type / V. S. Bochkarev // The contribution of young scientists in the innovative development of the AIC of Russia: collection of materials of the all-Russian scientific-practical conference, devoted to the 60-th anniversary of the FSBEE «Penza SAA». - Penza: EPD PSAA, 2011. - Volume II. - P. 117-118.
12. Wolff, V. G. Statistical processing the experimental data. V. G. Wolff. - M.: Kolos, 1966. -134 p.
13. Pisarev, B. A. Sorting farming practices of potato / B. A. Pisarev. - M.: Agropromizdat, 1990. - 208 p.
14. Technologies, machinery and equipment for growing, harvesting, storing and processing potatoes / Yu. L. Kolchinsky, L. M. Kolchina, I. K. Kryukov, et al - M.: Informagrotekh, 1994. - 192 p.
УДК 631.358
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА ПРИ УБОРКЕ
К. З. Кухмазов, доктор техн. наук, профессор; В. В. Федоров, аспирант
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (8412) 62-85-17, +79374128519, e-mail: [email protected], [email protected]
Материалы статьи посвящены актуальной проблеме снижения потерь семян подсолнечника при уборке за счет совершенствования конструкции приспособления к комбайновой жатке. Представлена конструкция приспособления для уборки подсолнечника, приведены результаты лабораторно-полевых исследований по обоснованию рациональных значений его конструктивных параметров, проведенных в соответствии с существующими стандартами.
Ключевые слова: подсолнечник, приспособление для уборки, стеблеподъемник, потери семян.
Подсолнечник является наиболее распространенной и рентабельной масличной культурой в России. На его долю приходится около 80 % посевов основных масличных культур [1, 2].
Важной технологической операцией при возделывании семян подсолнечника является уборка. В Пензенской области для уборки подсолнечника применяют зерноуборочные комбайны с различными приспособлениями (ПС-6, УПЗ-6, ПСП-10, «Лифтер», «Falcon» и т. д.) [3, 4]. Основным недостатком этих устройств является повышенная потеря семян за счет осыпания при воздействии рабочих органов на стебли подсолнечника [5].
Совершенствованием конструкций приспособлений для уборки подсолнечника также занимались: Кубанский государственный аграрный университет, ОАО «Авиакор -Авиационный завод» (г. Самара), Орен-
бургский государственный аграрный университет и др. [6, 7, 8].
На кафедре «ЭМТП» Пензенской ГСХА разработано и изготовлено приспособление для уборки семян подсолнечника, позволяющее значительно снизить потери при уборке. Оно состоит из несущей рамы 4 (рис. 1), на которой смонтированы полевые делители 2 и 6. На раме 4 установлено мотовило 1 с захватами 7. В нижней части рамы 4 крепится опорный брус 3, к которому в свою очередь закреплены стебле-подъемники 5 с эластичными улавливателями семян 8 [9, 10].
Для обоснования оптимальных значений некоторых конструктивных и режимных параметров приспособления были проведены лабораторно-полевые исследования в соответствии с ГОСТ 28301-2007 «Зерноуборочные комбайны. Методы испытаний». Исследования проводились в установлен-
Нива Поволжья № 2 (27) 2013 83
