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 %.
