CC BY
23
УДК 631.3: 631.51
А.А. Кислое, А.Ф. Кислое
РОТАЦИОННОЕ ОРУДИЕ С ИГОЛЬЧАТЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ ДЛЯ УХОДА ЗА ПОСЕВАМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Приведены результаты экспериментальных исследований ротационного орудия с игольчатыми рабочими органами. Получены уравнения регрессий влияния конструктивных параметров на глубину обработки и тяговое сопротивление. Обоснованы оптимальные значения регулируемых конструктивно-режимных параметров для ухода за посевами сои и посадками картофеля. Проведена энергетическая оценка.
В настоящее время в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации в качестве приоритетных направлений развития механизации определились энерго- и ресурсосбережение, минимализация обработок почвы и адаптация машин к изменяющимся природно-климатическим условиям и решаемым задачам.
Для реализации указанных направлений идеально подходят ротационные орудия с игольчатыми рабочими органами. Процесс взаимодействия игл с почвой осуществляется прокалыванием и колупанием, при этом преобладающей деформацией является растяжение. Сжатие и сдвиг имеют место только при внедрении игл в почву. Это позволяет существенно снизить энергоемкость процесса обработки. Относительно малая площадь поверхности рабочих органов, взаимодействующих с обрабатываемым материалом, обеспечивает меньшее распыление и истирание. Наличие регулировок обеспечивает высокую приспособляемость к различным условиям и решаемым задачам. Кроме того ротационные орудия при работе не забиваются растительными остатками и почвой даже при значительной влажности.
Нами разработано ротационное почвообрабатывающее орудие с игольчатыми рабочими органами [1]. На рисунке 1 представлен его модернизированный вариант.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки ротационного орудия с игольчатыми рабочими органами: а - вид сверху; б - вид сбоку
Орудие состоит из рамы 1, к которой с помощью шарниров 2 и тяг 3 присоединены валы 4 игольчатых дисков. Игольчатые диски состоят из ободов 5 и ступиц 6, которые соединяются с валами посредством узлов крепления 7. Иглы 8 со ступицами 6 соединены шарнирами 9. Валы 4 установлены в подшипниковые узлы 10. Поперечный брус 11 соединен с рамой 1 с возможностью перемещения и фиксации в любом положении, изменяя угол атаки а. Ободы 5 игольчатых дисков соединены с валами 4 жестко. Ступицы игольчатых дисков 6 с валами 4 соединены с возможностью перемещения и фиксации. Таким образом осуществляется регулировка угла у. Иглы 8 имеют профиль конца циклоиды, образованной качением круга радиусом, равным радиусу окружности расположения рабочих концов игл. Высокая степень адаптации орудия к природноклиматическим условиям и решаемым задачам обеспечивается изменением угла атаки, изменением угла наклона игл к плоскости вращения их рабочих концов, возможностью установки для работы в два следа и возможностью установки игл в активное или пассивное положение. Кроме того, изменяя вертикальное усилие на валы, любым способом можно изменить удельное усилие на одну иглу. Активное положение игл обеспечивается движением их изгибом вперед, пассивное - изгибом назад.
Регулировки и переустановки позволяют значительно изменять степень интенсивности воздействия рабочих органов на почву. Это позволяет приспособить орудие к изменяющимся природно-климатическим условиям и существенно расширить сферу применения. С малыми углами атаки и наклона игл к плоскости вращения их рабочих концов, в односледном варианте и с пассивным положением игл орудие используется для обработок при уходе за посевами сельскохозяйственных культур.
Лабораторные исследования и отсеивающий эксперимент позволили выявить наиболее значимые факторы, влияющие на качественные и количественные показатели исследуемого процесса.
При проведении экспериментальных исследований использовался экспериментальный план, представляющий собой матрицу второго порядка на гиперкубе Хартли-Коно (На-Коз4), включающий 18 опытов в активном положением игл. Угол атаки изменяли в переделах от 00 до 400, угол наклона игл от 00 до 400, удельное усилие на одну иглу от 1,3 Н до 2,6 Н и скорость движения от 0,9 до 2,5 м/с. В качестве критериев использованы глубина обработки и удельное тяговое сопротивление.
Для обоснования оценки влияния факторов по длине матрицы планирования и результатам экспериментов были рассчитаны регрессионные уравнения второго порядка (программа Арро1). При активном положении игл:
h=4,027+0,00246a-0,00567Y+5,21m-2,281v-0,00110am+0,000577av+0,000575YV+ +0,0482mv+0,0000281Y2-1,387m2+0,0285v2; (1)
R=20,468+1,375a+0,0290Y+25,574m-8,737v-0,000315aY-0,00653av-0,0260Ym+ +0,0075^+1,545т^0,000835а2-4,930т2+1ДО2, (2)
где 1п - глубина обработки, м; а - угол атаки,°; Y - угол наклона игл к плоскости вращения их рабочих концов,°; т - удельное усилие, приходящееся на одну иглу, Н; V - рабочая скорость орудия, м/с; R - удельное тяговое сопротивление орудия, Н/м.
Анализ регрессионных уравнений показал, что наибольшее влияние на глубину обработки оказывает
угол наклона игл и удельная масса на один зуб, а наименьшее угол атаки. На тяговое сопротивление наи-
большее влияние оказывает угол наклона игл, а наименьшее удельная масса на один зуб. Скорость движения при этом практически не влияет на выходные параметры.
Для ухода за посевами были определены оптимальные значения конструктивно-режимных параметров (табл.).
Фактор Обозначение При уходе за посевами
Угол атаки, о Х1 0
Угол наклона игл, о Х2 25-35
Усилие на иглу, Н Хз 13,0
Рабочая скорость, м/с Х4 0,9
Энергетическая эффективность применения орудия проведена по коэффициенту энергетических затрат [2], определяемому по зависимости
Кэ=Ен/Еб,
где Кэ - коэффициент энергетических затрат; Ен - совокупные затраты энергии при использовании нового агрегата, мДж; Еб - совокупные затраты базового агрегата, мДж.
Коэффициент энергетических затрат при обработке посадок картофеля до всходов составил 0,314, по всходам 0,336 и при обработке сои до всходов и по всходам 0,265. Оценка предлагаемого орудия сравнивалась с машинно-тракторным агрегатом МТЗ-80+СП-11 +12БЗСС-0,1.
Литература
1. Пат. 2226754 Российская Федерация, МПК7 А 01 В7/00, 21/08, 35/20. Почвообрабатывающее орудие / Кислое А.Ф., Кислое А.А.; заявитель и патентообладатель Дальневосточный ГАУ. - № 2 002 108 185; заявл. 01.04.02; опубл. 20.04.04, Бюл. № 11.
2. Методические рекомендации по топливо-энергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве / Госагропром СССР, ВАСХНИЛ. - М.: ВИМ, 1989.
---------♦-------------
УДК 631.55.631.354.1 А.Г. Баштовой, В.Н. Ковалевский, А.И. Гончарук
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫМОЛОТ ЗЕРНА ИЗ РУЛОНА ХЛЕБНОЙ МАССЫ В ПРОЦЕССЕ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
В статье приведены результаты теоретических исследований по определению факторов, влияющих на вымолот зерна в процессе прессования хлебной массы пшеницы пресс-подборщиком с прессовальной камерой постоянного объема.
В процессе прессования хлебной массы зерновых культур рулонными пресс-подборщиками с прессовальной камерой постоянного объема происходит вымолот зерна из рулона [1].
Поступающая в прессовальную камеру 1 растительная масса 2, посредством вальцов 3 и транспортера 4, установленных в прессовальной камере постоянного объема, приводится во вращение (рис. 1). При этом происходит сжатие поступающей части хлебной массы, находящейся между вальцами 3, массой, сформированной в рулон 5. В результате сжатия происходит вымолот зерна.
Рис. 1. Технологический процесс формирования рулона пресс-подборщиком с прессовальной камерой постоянного объема: 1 - прессовальная камера;
2 - валок хлебной массы; 3 - вальцы; 4 - транспортер; 5 - рулон
Величину вымолота зерна из рулона, при формировании хлебной массы пшеницы с учетом вышеизложенного, можно представить в виде следующей зависимости:
г = 1 [из, Ро, р, и агр] , (1)
где г - процент вымолота зерна из рулона при формировании рулона из хлебной массы пшеницы, %;
Ро - сила, необходимая на выделение одного зерна из колоса, Н; из - урожайность пшеницы, т/га;
Р - плотность хлебной массы в рулоне, кг/м3;
и агр - скорость агрегата, м/с.
С учетом вышеизложенного, массу вымолоченного зерна из части хлебной массы в период прохождения ею расстояния между вальцами можно представить в виде следующего выражения:
Р. т
м; = -¡-±, (2)
‘ Р п
о се
где Мзв - масса вымолоченного зерна из подаваемой части хлебной массы, находящейся между вальцами прессовальной камеры, в процессе формирования рулона при однократном воздействии, кг;
Р, - сила, приложенная к части хлебной массы пшеницы, находящейся между вальцами прессоваль-
ной камеры, Н;
тз - масса одного зерна пшеницы, кг;
псе - количество стеблей пшеницы, находящихся между вальцами прессовальной камеры, шт.;
Масса рулона хлебной массы, определится из следующего выражения:
Мл = п К2 Нк рг , (3)
где R - радиус прессовальной камеры пресс-подборщика, м;
Н к - ширина прессовальной камеры пресс-подборщика, м;
- средняя плотность прессования рулона, кг/м3.
Количество стеблей хлебной массы, находящихся между вальцами, определится из следующего выражения:
0,1 и з
псе =---------- , (4)
тзп з;
где пз - количество зерен в одном стебле, з/ст;
] - величина, обратная длине дуги между вальцами.
Длина дуги между вальцами прессовальной камеры рулонного пресс-подборщика определяется из выражения
1, = п К , (5)
1 180
где ак - угол между вальцами, относительно центра прессовальной камеры, град.
Выражение (4) с учетом выражения (5) примет вид
п = 0,1 и, п К ак . (6)
тз пз 180 1 пм
Масса зерна, вымолоченного из рулона, при однократном воздействии на часть хлебной массы, находящейся между вальцами, с учетом выражения (6) определится по формуле
Мв = 1800 К Нк Р, е т] пз ,п.
з' Ро и з а, ■
Время формирования рулона i-й плотности определится по формуле
Т = ? п , (8)
зр, о к, 1 \ /
где го - время прохождения части хлебной массы между вальцами прессовальной камеры, с; пк - количество частей хлебной массы длиной, равной расстоянию между вальцами.
Время прохождения части хлебной массы между вальцами прессовальной камеры определится из выражения
1,
'о = Ц-, (9)
р
где Ьр - скорость вращения рулона в прессовальной камере, м/с.
Для обеспечения работоспособности пресс-подборщика необходимо, чтобы скорость вращения рулона превышала или была равна скорости движения агрегата. Учитывая данное условие и выражение (5), выражение (9) примет вид
п К ак
'о =--------—. (10)
о 180 Ьагр К 1
Количество частей хлебной массы длиной, равной расстоянию между вальцами прессовальной камеры, определится из выражения
М р
пк, =тт , (11)
‘ М„
■ е
где Ме - масса участка валка, находящаяся между вальцами прессовальной камеры, определяемая из выражения
Ме = К н „ (е р, , (12)
где Кв - высота валка подаваемого в прессовальную камеру, м;
рв - плотность валка подаваемого в прессовальную камеру, кг/м3.
Выражение (11) с учетом выражений (3) и (12) примет вид
180 рг Я
' К рв а
Время формирования рулона ьй плотности прессования с учетом выражений (10) и (13) примет вид
п К Р1
(13)
Т =-------------------. (14)
зрг V К р
агр в г вг
Формулу (7) с учетом выражения (14) можно записать как
1800 Я3 нк р2 в ж2 пз п I пм М1 =----------------------г---------------- . (15)
р‘ р0 и з ак иагр к, рв1
где Мв,р - масса зерна, вымолоченного из рулона в процессе его формирования, кг.
Величину вымолота зерна из рулона можно представить зависимостью
Мв
1= 100, (16)
Мзр,
где Мзр - масса зерна в рулоне, без учета вымолота, кг.
Масса в рулоне без учета его вымолота определится из выражения
МзРі = п Я2 Нк рг д3 , (17)
где ёз - отношение массы зерна к массе соломы.
Так как М, = Мвзр Тзр , выражение (16) с учетом выражения (17) примет вид
1800 К Р е тз пз 1 п.
г =------------?---------------. (18)
р и а и к р ё
о з к агр в г в, з
Из данной аналитической зависимости следует, что на вымолот зерна из рулона, при прессовании хлебной массы зерновых культур рулонным пресс-подборщиком с камерой прессования постоянного объе-
ма, влияют геометрические параметры прессовальной камеры, плотность прессования и скорость движения агрегата.
Литература
1. Баштовой, А.Г. Результаты испытаний переоборудованного пресс-подборщика ПР-200 / А.Г. Баштовой,
В.Н. Ковалевский, А.И. Гончарук, А.В. Петров // Техника в с.х. - 2001. - № 5. - С. 37-38.
УДК 674.8 Л.П. Майорова, А.В. Мезенцев
О ВОЗМОЖНОСТИ ЧАСТИЧНОГО ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ЩЕПЫ В УСЛОВИЯХ ПНЕВМОТРАНСПОРТА
В статье приводятся результаты исследования влияния основных факторов пневмотранспортирования на процесс облагораживания щепы, частично поврежденной гнилью третьей стадии, и возможности использования ее в целлюлозно-бумажной промышленности.
Введение. При решении задачи комплексного использования древесных ресурсов большое значение имеет проблема использования фаутной древесины, количество которой в спелых и перестойных насаждениях весьма значительно. В Сибири и на Дальнем Востоке объем древесины с гнилью у хвойных пород составляет около 15%, у лиственных достигает 50-70%. Возможны два основных направления переработки древесины, частично пораженной гнилью, в целлюлозно-бумажной промышленности:
- предварительное облагораживание щепы, т.е. удаление гнили механическим способом перед варкой;
- использование для варки древесины, частично пораженной гнилью, допуская определенный процент гнили в щепе.
Согласно имеющимся данным, наличие в щепе коррозионной гнили I и II стадий и деструктивной гнили I стадии в количестве до 20% не оказывает существенного влияния на выход и показатели механической прочности сульфатной целлюлозы. В случае березы, однако, наличие бурой гнили даже I стадии приводит к значительному ухудшению степени провара. При наличии в технологической щепе гнили III стадии рядом исследователей отмечалось ухудшение выхода целлюлозы, замедление делигнификации и снижение показателей механической прочности [1-11]. Таким образом, технологическую щепу, содержащую примеси гнили
III стадии, целесообразно перед варкой подвергать предварительному облагораживанию. В настоящее время для отделения гнили от щепы предложен ряд методов: механический способ разрушения гнилей, способ флотации, способ пневмосепарации, биологические методы и др. Более простым является способ механического разрушения гнилей, например, прессование сжимающим усилием валков, вращающихся во встречном направлении, или другими фрикционными поверхностями [12, 13]. Однако из-за значительного измельчения щепы, низкой степени очистки и малой производительности этот способ не нашел широкого распространения. Применение барабанных пневмосепараторов достаточно эффективно для очистки щепы из осинового, березового и елового кругляка диаметром более 10-12 см. Содержание коры в щепе снижается до 0,1-2,8%. При очистке осиновой древесины вместе с корой удаляется 30-65% гнили. Для щепы из древесины с большим содержанием гнили может быть применена двухступенчатая очистка [13]. Флотация связана со значительным переувлажнением щепы и сложностью реализации процесса облагораживания. Способ пневмотранспорта, основанный на разнице в скоростях витания частиц древесины и примесей, достаточно сложен и относительно малоэффективен. Не позволяет уменьшить содержание коры и гнили в щепе до требуемых 1-3% и сопряжен с потерями древесины [13]. Тем не менее, поисковые опыты ДальНИИЛП [14] показали, что, используя энергию воздушного потока в процессе пневмотранспортирования щепы при скорости 20-30 м/с и последующего удара ее о преграду, можно добиться значительного отделения гнили от щепы. Приведенные в литературе данные показывают принципиальную возможность отделения гнили III стадии при пневмотранспорте с одновременным частичным измельчением здоровой древесины. Однако систематические исследования возможности облагораживания щепы при пневмотранспортированиии отсутствуют.
