УДК 635.1 Корнеклубнеплоды. Пропашные культуры в целом
УДК 635-1 Машины и орудия для овощеводства, агротехника возделования овощей и т. п.
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Уборка картофеля в условиях повышенной влажности почвы накладывает ограничения на выполнение технологического процесса, связанные с невозможностью очистки товарной продукции от механических примесей в результате забивания влажной почвой рабочей поверхности очистительных устройств различного исполнения. Для сокращения сроков выполнения уборки при сохранении показателей качества работы разработана сепарирующая система, предусматривающая возможность использования теплоты отработавших газов. Цель исследования – обоснование технологических параметров сепарирующей системы с использованием теплоты отработавших газов машины для уборки картофеля в условиях повышенной влажности почвы. В качестве объекта исследований принята сепарирующая система картофелеуборочного комбайна, представленная прутковым элеватором с установленными дефлекторами обдува рабочей поверхности отработавшими газами силовой установки, для имитации которых в лабораторных условиях использовали тепловую пушку. Методика исследований предусмтаривала определение показателей качества качества очистки клубней картофеля на сепарирующем устройстве, в зависимости от таких технологических параметров, как расстояние между сепарирующей поверхностью и дефлектором, а также поступательная скорость движения пруткового элеватора. Полнота сепарации клубней картофеля при уборке в условиях повышенной влажности почвы с постоянным обдувом тепловой пушкой рабочей поверхности пруткового элеватора при оптимальных величинах рассматриваемых факторов (расстояние между прутковым элеватором и дефлектором Sд=127,8 мм, поступательная скорость движения пруткового элеватора Vд=1,67 м/с) достигает 96,5 %. Результаты статистической обработки экспериментальных данных свидетельствуют об адекватности математической модели зависимости полноты очистки клубней картофеля от исследуемых технологических параметров сепарирующей системы
экспериментальные исследования, клубни, картофель, отработавшие газы, система сепарации, прутковый элеватор
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. Машинная технология производства лука / Я. П. Лобачевский, П. А. Емельянов, А. Г. Аксенов и др. М.: ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, 2016. 168 с.
2. Хвостов В.А., Рейнгарт Э.С. Машины для уборки корнеплодов и лука (теория, конструкция, расчет). М.: ВИМ, 1995. 391 с.
3. Калинин А. Б., Теплинский И. З., Кудрявцев П. П. Почвенное состояние в интенсивной технологии // Картофель и овощи. 2016. № 2. С. 35-36.
4. Haverkort A. J., Struik P. C. Potato in progress (science meets practice). Netherlands: Wageningen Academic Pablishers, 2005. 366 p.
5. Mayer V., Vejchar D., Pastorková L. Measurement of potato tubers resistance against mechanical loading. // Research in Agricultural Engineering. 2017. Vol. 1. P. 22-31.
6. Development of Potato Harvesting Model / A. U. Dongre, R. Battase, S. Dudhale, et al. // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2017. Vol. 4. No. 2. P. 1567-1570.
7. Farhadi R., Sakenian N., Azizi P. Design and construction of rotary potato grader // Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2012. Vol. 2. P. 304-314.
8. Design and experiment on conveyor separation device of potato digger under heavy soil condition / J. Q. Lü, H. Sun, H. Dui, et al. // Transactions of the CSAM. 2017. Vol. 48. No. 11. P. 146-155.
9. Design optimization and experiment on potato haulm cutter / J. Q. Lü, Q. Q. Shang, Y. Yang, et al. // Transactions of the CSAM. 2016. Vol. 47. No. 5. Р.106-114.
10. Subsoiling and surface tillage effects on soil physical properties and forage oat stand and yield / R. E. Sojka, D. J. Horne, C. W. Ross, et al. // Soil and Tillage Research. 1997. Vol. 40. No. 3-4. Р. 25-144.
11. Гаврилов А. А., Игнатов М. С., Эфрос В. В. Расчет поршневых двигателей внутреннего сгорания: Расчет циклов и нагрузок, действующих в кривошипно-шатунном механизме: учебное пособие. Владимир: Владимирский государственный университет, 2002. Ч.1. 142 с.
12. Ларюшин Н. П., Кухарев О. Н., Кирюхина Т. А. Исходные положения при проектировании машин для уборки лука // Наука в центральной России. 2015. № 6(18). С. 48-58.
13. Выбор и обоснование параметров экологического состояния агроэкосистемы для мониторинга технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур / А. Б. Калинин, В. А. Смелик, И. З. Теплинский и др. // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2015. № 39. С. 315-319.
14. Ларюшин А.М. Качественные показатели выкапывающего устройства лукоуборочной машины // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. № 3. С. 46-47.
