UDK 635.1 Корнеклубнеплоды. Пропашные культуры в целом
UDK 635-1 Машины и орудия для овощеводства, агротехника возделования овощей и т. п.
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Harvesting potatoes in conditions of high soil moisture imposes restrictions on the implementation of the technological process associated with the impossibility of cleaning marketable products from mechanical impurities as a result of clogging the working surface of cleaning devices of various designs with wet soil. To reduce the time of cleaning while maintaining the quality of work, a separating system has been developed that provides for the possibility of using the heat of exhaust gases. The purpose of the study is to substantiate the technological parameters of the separating system using the heat of the exhaust gases of a potato harvester in conditions of high soil moisture. As an object of research, the separating system of a potato harvester, represented by a bar elevator with installed deflectors for blowing the working surface with exhaust gases from a power plant, whose operation under laboratory conditions is represented by a heat gun, was adopted. A laboratory setup and a methodology for conducting research on a separating system have been developed to determine the quality indicators of harvesting and justify technological parameters that affect the quality of cleaning potato tubers - the distance between the separating surface and the deflector, as well as the forward speed of the rod elevator. It has been established that the completeness of separation of potato tubers during harvesting in conditions of high soil moisture by constant blowing with a heat gun of the working surface of the rod elevator at the optimal values of the factors under consideration (the distance between the rod elevator and the deflector SD=127.8 mm, the translational speed of the rod elevator vD=1, 67 m/s) reaches 96.5%. The results of statistical processing of experimental data indicate the adequacy of the mathematical model of the dependence of the completeness of cleaning potato tubers on the studied technological parameters of the separating system
experimental research, tubers, potatoes, exhaust gases, separation system, bar elevator
Введение. Возделывание картофеля и овощных культур предусматривает комплекс мероприятий, направленных на повышение и сохранение показателей качества товарной продукции, а также снижение энергетических затрат на основных операциях производства [1, 2, 3].
Известно, что в совокупности затрат энергетических ресурсов при производстве овощных культур и картофеля более 50 % приходится на технологический процесс уборки. Это связано со сложностью выполнения таких операций, как подкапывание, сепарация от почвенных и растительных примесей, погрузка в транспортное средство [4, 5].
Кроме того, уборка проходит в период выпадения значительного количества осадков, что накладывает ряд своих ограничений [6, 7]. В первую очередь это усложняет очистку товарной продукции от почвенных примесей повышенной влажности, способствующих залипанию рабочей поверхности очистительных устройств и ухудшению показателей качества их работы. Для решения этой проблемы в ФНАЦ ВИМ разработана сепарирующая система с использованием теплоты отработавших газов силовой установки энергетического средства [5, 6]. Для подтверждения повышения качества работы при ее использовании необходимо выполнить экспериментальные исследования по обоснованию оптимальных режимных и технологических параметров этой системы.
Цель исследования – определение оптимальных параметров сепарирующей системы с использованием теплоты отработавших газов машины для уборки картофеля в лабораторных условиях.
Условия, материалы и методы. Исследования по определению показателей качества работы сепарирующей системы с очистительным устройством в виде пруткового элеватора [7, 8] с использованием теплоты отработавших газов машины для уборки картофеля проводили на лабораторной установке (рис. 1, 2). Она представляет собой комплект оборудования [9, 10, 11], включающий взаимосвязанные между собой сепарирующую систему и имитатор системы отработавших газов двигателя внутреннего сгорания тепловую пушки марки «ТЭПК-3000К» (рис. 3).
Выбор наиболее значимых факторов (табл. 1), влияющих на качество очистки клубней картофеля в условиях повышенной влажности почвы, с определением интервалов их варьирования был выполнен при проведении отсеивающих экспериментов [12, 13, 14] – это расстояние между сепарирующей поверхностью и дефлектором (м) и поступательная скорость движения пруткового элеватора (м/с). Критерий оптимизации (Y) – полнота сепарации корнеплодов (ν, %).
Результаты и обсуждение. В результате многофакторного эксперимента по определению полноты сепарации ν в условиях повышенной влажности почвы было получено выражение, которое характеризует зависимость между полнотой сепарации и технологическими параметрами сепарирующей системы (1):
(1)
Результаты статистической обработки экспериментальных данных (табл. 2) свидетельствуют об адекватности представленной выражением (1) математической модели, так как значение критерия Фишера Fт при 5 %-ном уровне значимости для полученного уравнения: Fрасч (5,2/2,42=2,16) <Fтабл (7,71).
Определить координаты оптимального сочетания исследуемых факторов можно дифференцировав уравнение (1):
(2)
На основании решения системы уравнений (2) значение исследуемого критерия оптимизации: x1 = 1.05, x2 = 1,74 (в раскодированном виде SД = 127,8 мм, SД vд = 1,67м/с). эти формулы можно переписать
Выполнив подстановку факторов x1 и x2 в систему уравнений (2), получим величину критерия оптимизации в центре исследуемого сечения:
(3)
Преобразование системы уравнений (2) позволяет получить уравнение в канонической форме:
(4)
Смещение осей поверхности отклика определяется согласно выражению (5):
(5)
где угол ά2 = –1,48°
Подстановка конкретных значений критерия оптимизаций в уравнение (4) позволила определить оптимальное сочетание исследуемых факторов (рис. 3). Согласно результатам анализа построенной графической зависимости сепарирующая система с использованием теплоты отработавших газов обеспечивает полноту сепарации более 95 % при расстоянии между прутковым элеватором и дефлектором SД = 127,8 мм и поступательной скорости движения пруткового элеватора vд = 1,67 м/с.
Выводы. Результаты проведенных экспериментальных исследований сепарирующей системы уборочной машины с использованием теплоты отработавших газов силовой установки (работа которой в лабораторных условиях представлена тепловой пушкой) в условиях повышенной влажности почвы свидетельствуют о том, что при расстоянии между прутковым элеватором и дефлектором
SД = 127,8 мм, а также поступательной скорости движения пруткового элеватора vд = 1,67 м/с полнота очистки клубней картофеля в условиях повышенной влажности почвы составляет 95 %.
1. Lobachevskii YaP, Emel'yanov PA, Aksenov AG. Mashinnaya tekhnologiya proizvodstva luka. [Machine technology for onion production]. Moscow: FGBNU FNATs VIM. 2016; 168 p.
2. Khvostov VA, Reingart ES. Mashiny dlya uborki korneplodov i luka (teoriya, konstruktsiya, raschet). [Machines for harvesting root crops and onions (theory, design, calculation)]. Moscow: VIM. 1995; 391 p.
3. Kalinin AB, Teplinskii IZ, Kudryavtsev PP. [Soil condition in intensive technology]. Kartofel' i ovoshchi. 2016; 2. 35-36 p.
4. Haverkort AJ, Struik PC. Potato in progress (science meets practice). Netherlands: Wageningen Academic Publishers. 2005; 366 p.
5. Mayer V, Vejchar D, Pastorková L. Measurement of potato tubers resistance against mechanical loading. Research in Agricultural Engineering. 2017; 1. 22-31 p.
6. Dongre AU, Battase R, Dudhale S. Development of potato harvesting model. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2017; 4 (2). 1567-1570 p.
7. Farhadi R, Sakenian N, Azizi P. Design and construction of rotary potato grader. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2012; 2. 304-314 p.
8. Lü JQ, Sun H, Dui H. Design and experiment on conveyor separation device of potato digger under heavy soil condition. Transactions of the CSAM. 2017; 48 (11). 146-155 p.
9. Lü JQ, Shang QQ, Yang Y. Design optimization and experiment on potato haulm cutter. Transactions of the CSAM. 2016; 47 (5). 106-114 p.
10. Sojka RE, Horne DJ, Ross CW. Subsoiling and surface tillage effects on soil physical properties and forage oat stand and yield. Soil and Tillage Research. 1997; 40 (3-4). 25-144 p.
11. Gavrilov AA, Ignatov MS, Efros VV. Raschet porshnevykh dvigatelei vnutrennego sgoraniya: Raschet tsiklov i nagruzok, deistvuyushchikh v krivoshipno-shatunnom mekhanizme: uchebnoe posobie. [Calculation of piston internal combustion engines: Calculation of cycles and loads acting in the crank mechanism: textbook]. Vladimir: Vladimirskii gosudarstvennyi universitet. 2002; 1. 142 p.
12. Laryushin NP, Kukharev ON, Kiryukhina TA. [Initial provisions in the design of onion harvesting machines]. Nauka v tsentral'noi Rossii. 2015; 6 (18). 48-58 p.
13. Kalinin AB, Smelik VA, Teplinskii IZ. [Selection and justification of the parameters of the ecological state of the agroecosystem for monitoring the technological processes of cultivation of agricultural crops]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015; (39). 315-319 p.
14. Laryushin AM. [Qualitative indicators of the digging device of the onion harvester]. Traktory i sel'skokhozyaistvennye mashiny. 2008; (3). 46-47 p.
