Совершенствование технологии уборки лука с механической сепарацией лукового вороха

На правах рукописи

Соловьев Александр Владимирович Совершенствование технологии уборки лука с механической сепарацией лукового вороха Специальность: 05.20.01 – «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Волгоград - 2008 2

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» 1)

Научный консультант: – доктор сельскохозяйственных наук, профессор Цепляев Алексей Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ларюшин Николай Петрович;

доктор технических наук, профессор Емелин Борис Иванович

Ведущая организация: – ФГОУ ВПО «Калмыцкий ГАУ»

Защита состоится «19» мая 2008 г. в 12 часов на заседании диссертацион ного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, г.Волгоград, пр. Универси тетский 26, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Волго градская государственная сельскохозяйственная академия».

Автореферат разослан « 2008 г. и размещен на сайте » http: // www. vgsha. ru « 2008 г » Учёный секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Ряднов А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ценность репчатого лука как овощной культуры об щеизвестна и обусловлена содержанием в нём важнейших элементов питания, од нако до настоящего времени его выращивание сопряжено с большими затратами ручного труда. Если операции посева, междурядной обработки и послеуборочной окончательной доработки лука механизированы, то этого нельзя сказать об уборке и первичной сепарации, на которую приходится до 60% всех затрат труда.

Существующие на данный момент машины и орудия для уборки овощных культур в качестве средств первичной сепарации используют рабочие органы, не позволяющие из общего вороха выделять комья почвы сопоставимые по размеру с луковицами.

Для решения этой проблемы необходимо на основе анализа способов уборки лука его биологических и физико-механических свойств усовершенствовать тех нологию и разработать продольную наклонную горку, для серийно выпускаемой овощеуборочной машины, удовлетворяющую агротехническим требованиям про цесса разделения лукового вороха.

Цель исследования. Совершенствование технологии уборки лука с исполь зованием модернизированной продольной горки, повышающей её производитель ность за счёт улучшения процесса разделения лукового вороха.

Предмет исследования. Продольная наклонная горка для выделения лука из комьев почвы одинаковых с ним размеров.

Объект исследования. Технологический процесс разделения почвенно лукового вороха с использованием продольной горки, разработанной для овоще уборочной машины.

Методика исследования. В теоретических и экспериментальных исследо ваниях использованы методы теоретической механики, физики, прикладной мате матики, математической статистики, теории планирования эксперимента. Обработ ка результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполнялась на ПЭВМ с использованием прикладных компьютерных программ Microsoft Excel, MathCAD 2000 Professional с представлением в виде графического и табличного материала.

Испытания продольной горки проводились в лабораторных условиях на ка федре «Сельскохозяйственные машины» Волгоградской ГСХА на основе ОСТ.

70.10.8-84 «Испытания сельскохозяйственной техники. Программа и методы испы таний» и ГОСТ 24055-88 «Методы эксплуатационно-технологической оценки».

Производственная проверка проведена в ООО «Южный зерновой рынок» Волгоградской области в 2006 - 2007 году.

Научная новизна заключается в усовершенствовании технологического процесса выделения из лукового вороха луковиц, совпадающих по размерам с комьями почвы;

теоретическом и экспериментальном обосновании продольной горки, разработанной для овощеуборочной машины.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- усовершенствованный технологический процесс разделения лукового во роха на компоненты одинаковых размеров;

- конструкция предлагаемой продольной горки, защищённая патентами на изобретение РФ №2262223, № 2267248, №2283571;

- теоретическое исследование по определению влияния конструкторских и кинематических параметров продольной горки на процесс разделения вороха;

- математическая модель, описывающая процесс выделения примесей из лу кового вороха;

- результаты лабораторных и полевых испытаний продольной горки.

Практическая ценность. На основании проведённых исследований разра ботана конструкция продольной горки (патент РФ на изобретение № 2262223), по зволяющая повысить производительность и улучшить показатели качества работы при разделении лукового вороха. Обоснованы оптимальные конструкторские и ки нематические параметры продольной горки для серийно выпускаемых овощеубо рочных машин.

Реализация результатов исследования. Экспериментальный образец про дольной горки изготовлен и исследован в лабораторных условиях, а также прошел производственные испытания и показал высокие результаты.

Апробация работы. Основные результаты теоретических исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: Первой Рос сийской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы соз дания новых технологий в АПК», Ставропольская ГСХА (2001 г);

региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, Волгоградская ГСХА (2001-2005 г);

международной научно-практической конференции «Акту альные проблемы развития АПК», посвящённой 60-летию Победы в Великой Оте чественной войне, Волгоградская ГСХА (2005 г);

научных конференциях профес сорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (2001…2006 г).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печат ных работах, из которых одна опубликована в издании рекомендованном ВАК для публикации материала диссертации, общий объем публикации 1,5 л., на долю ав тора приходится 0,4 л., а также получены патенты РФ на изобретение №2262223, № 2267248, №2283571 за 2006 год.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Матери ал диссертации изложен на 180 страницах машинописного текста и включает 14 таблиц, 52 рисунка, приложений, список использованной литературы, состоящий из 117 наименований, из которых 4 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и представлена общая характе ристика работы.

В первой главе «Состояние механизации уборки и первичной обработки лу ка» на основе обзора литературных источников и данных научных исследований было отмечено большое значении лука в агропромышленном комплексе, перспек тивы развития луководства, а также причины, сдерживающие рост посевных пло щадей занятых под луком.

На основе материалов, изложенных в работах Н.П. Ларюшина, Н.Ф. Диден ко, Ю.А. Колесникова, А.Н. Цепляева, Н. В. Фирсова, Г. Д. Петрова, С. А. Гераси мова, В. Баадера, О.В. Гордеева, В.А. Хвостова и других ученых, которые занима лись изучением вопросов отделения почвенных комьев от различных корнеплодов, в том числе и лука, проведён обзор рабочих органов и серийно выпускаемых ма шин для процесса сепарации лукового вороха. Определена перспективная схема орудия для отделения комьев почвы от лука.

В соответствии с целью исследований были сформулированы следующие за дачи исследований:

1. На основе анализа известных технических средств разработать, изготовить и исследовать продольную горку для овощеуборочной машины.

2. Изучить некоторые физико – механические свойства лука – репки и поч венных комьев, применительно к механизированной уборке с использованием про дольной горки для разделения лукового вороха.

3. Разработать математическую модель, провести теоретические и экспери ментальные исследования по обоснованию конструкторских и кинематических па раметров продольной горки.

4. Провести лабораторные и производственные испытания машины для уборки лука – репки и определить её экономические показатели.

Во второй главе «Теоретическое определение основных конструкторских и кинематических параметров сепаратора лукового вороха» предложена схема про дольной горки для отделения комьев почвы от луковиц, дан анализ выполняемого технологического процесса и расчёт основных конструктивных и кинематических параметров.

Продольная горка, способна выполнять разделение луковиц и комков почвы, поступающих на транспортеры (рисунок 1). Ленточный 1 и планчатый 2 транспор тёры представляют собой горку с углом наклона в противоположную направле нию движения вороха сторону. Задача этих транспортеров состоит в том, чтобы выполнить разделение луковиц и комков почвы, соизмеримых между собой, за счёт разности скоростей транспортёров.

L Б S 7 В A Vп V a 5 Горизонт Рисунок 1. Схема горки для отделения почвенных комков от луковиц: А – на правление подачи вороха;

Б – направление схода луковиц;

В – на правление схода почвенных комьев;

1 – ленточный транспортёр;

– планчатый транспортёр;

3 – планка;

4, 5 – барабаны транспортё ров;

6 – луковица;

7 – комья почвы;

8 – бункер;

9 – выгрузной транспортёр При подаче общего вороха, содержащего комья почвы и луковицы, с под капывающего рабочего органа на первый транспортер происходит частичное отде ление комьев почвы. Работа этого транспортера рассчитана на отделение большей части почвы, представляющей собой мелкий ворох.

Таким образом, оставшаяся часть вороха, состоящая из луковиц и близких к ним по размерам комков, поступает на продольную горку в направлении «А».

Некоторая часть комков почвы круглой формы, за счет действия опрокиды вающего момента, скатывается с горки-транспортера вниз, откуда удаляется по специальному лотку.

В оставшейся части вороха наряду с луковицами 6 содержится достаточно много комьев почвы 7. Их отделение возможно за счет разности скоростей, воз никающих при движении транспортёров и сбрасывании луковиц планкой транспортера.

Силы, действующие на луковицы и комки почвы, заставляет их перемещать ся по разным траекториям.

Кроме того, луковицы, имея более округлую форму, перекатываются по лен точному транспортеру и сбрасываются планкой 3 в направлении «Б», но дальше чем комья почвы, которые сходят с горки по более короткой траектории в направ лении «В». Следовательно, поступившие на горку луковицы и комья почвы начи нают разделяться на две фракции. Ближе к транспортеру располагаются комья, а дальше от него - луковицы. Комья сходят на поверхность почвы, а луковицы нака пливаются в бункере 8, оснащённом выгрузным транспортёром 9.

Наклонная горка включена в общую технологическую схему овощеубороч ной машины и её ширина, а, следовательно, и ширина транспортёров совпадает с шириной питателя комбайна и соответственно равна Bп. Тогда для обеспечения за данной производительности скорость ленточного транспортёра определится из следующей зависимости:

кг Q K = Bп V Л, (1) с кг где: - плотность почвы, ;

V л - скорость ленточного транспортёра, м / с.

м Отсюда:

Q м QК VЛ = = К 0 ( ), (2) Bп Bп с где: к - коэффициент пропорциональности.

Необходимо учесть, что комки на транспортёре расположены с определён ными промежутками, а для этого в зависимость необходимо ввести коэффициент, учитывающий увеличение скорости, т. е коэффициент S 1. Тогда скорость лен точного транспортёра будет равна:

К S z K V / Vл =, (3) Bп t кг где: - объёмный вес, ;

t - единица времени, с;

V / - объём одного комка, м 3 ;

м z к - количество комьев почвы, шт.

Скорость планчатого транспортёра для обеспечения заданной производи тельности равна:

К S z K V / V л (nп 2) tg hK Vп =, (4) 0.5d л cos Bп (n п 1) где: d л - диаметр луковицы, мм;

hк - высота комка, мм;

- угол естественного отко са лукового вороха.

Для обоснования основных параметров предложенной продольной горки не обходимо выяснить особенности технологического процесса отделения почвенных комьев от луковиц.

Угол наклона имеет большое значение в предлагаемой конструкции. Не достаточная или слишком большая величина угла будет приводить к ухудшению процесса разделения.

rб mwy N x/ 2 mw F // mx x О/ w О a mg Рисунок 2. Схема сил, действующих на комок при его неустойчивом положе нии Из всех возможных зон расположения комка на ленточном транспортёре при его работе наибольшая неустойчивость комка может возникнуть в зоне его сбрасы вания с ленточного транспортёра. В этом случае при достижении комком верхней точки происходит резкое изменение в направлении и значениях всех сил и комок из устойчивого положения переходит в неустойчивое. Для определения угла наклона max рассмотрим схему сил и моментов, действующих на комок при его начале оп рокидывания к нижней зоне транспортёра (рисунок 2).

•• На представленной схеме приложены следующие силы: m x - сила инерции от линейного ускорения, Н;

N – нормальная реакция со стороны транспортёрной • ленты, Н;

m 2 rб - сила инерции от вращающегося барабана, Н;

2m x - сила Корио лиса, Н;

F – сила трения при сползании или опрокидывании комка, Н;

mg - сила тяжести комка, Н.

Спроектируем все силы на оси OX и OY и составим уравнение моментов относительно точки О.

•• X = 0;

m x + m rб Sin F = 0;

(5) • Y = 0;

2m x+ N mg + m 2 rб Cos = 0;

(6) •• • M = 0;

m x a + m 2 rб а 2 + b 2 N b 2m x b mg a 2 + b 2 Cos = 0. (7) О Для нахождения угла наклона горки, при котором возможно сползание ком ка проведём совместное решение уравнений (5) и (6).

Получим дифференциальное уравнение:

•• • x + 2 x f fg + f 2 rб Соs = 0. (8) После некоторых преобразований найдём зависимость предельного угла на клона горки c, исходя из начала скольжения комка по ленте транспортёра:

gf fe 2 ft ( g 2 rб ) e 2 ft ( 2 rб g ) c = arccos. (9) f 2 rб Для определения угла наклона горки 0, при котором возможно опрокиды вание комка, воспользуемся уравнением моментов сил, действующих на комок (ри сунок 2). Поскольку рассматривается начало опрокидывания комка, то нормальная сила, действующая со стороны ленточного транспортёра N будет равна нулю. То гда, дифференциальное уравнение запишется в виде:

•• • x a + 2 r a 2 + b 2 2 x b g cos a 2 + b 2 = 0. (10) a 2 + b 2 = d и подставим в полу Для упрощения выражения (6) обозначим:

•• • ченное выражение вместо x и x их значения:

( gf e 2 ft f 2 rб e 2 ft ) a ( 2 rб e 2 ft g e 2 ft ) b 2 rб Cos = + ;

(11) g d g e 2 ft ( gf 2 rб f ) a ( 2 rб g ) b 2 rб 0 = arccos +. (12) g d g Если в формулу подставить численные значения входящих в неё перемен ных, то при подсчёте получим значение угла опрокидывания ( 0 ): 0 = (18...21) для комка с параметрами: a = 50 мм, b = 50 мм.

mw r vТ x dк r dб mg H y Рисунок 3. Схема к определению координат центра тяжести сбрасывания ком ка с верхнего барабана При рассмотрении процесса сбрасывания какого-либо тела с ленточного транспортёра большинство исследователей приходит к выводу, что потеря телом контакта с планкой зависит от соотношения полюсного расстояния S p и радиуса r траектории движения комка огибающего верхний барабан (рисунок 3).

Координаты траектории центра тяжести комка определяются:

dк + dб gt x = VT t, y=. (13) dб Для нахождения траектории движения комка исключим время t из получен ного уравнения (13), а, учитывая, что скорость схода комка Vк является состав ляющей абсолютной скорости Vк.а, то 2 gx 2 d б y=. (14) V 2 к.а ( d б + d к ) Полученное выражение (14) позволяет найти расстояние x к от центра бара бана ленточного транспортёра до точки падения комка на поверхность отводящего транспортёра, а также в последующем и его размеры. Однако, учитывая высоту па дения комка Н 0 координаты комка по оси Y будут равны:

dб + dк y = H0 +, отсюда с учётом формулы (14) запишем ( 2 Н 0 + d б + d к ) V 2 к.а ( d б + d к ) 2 xк =. (15) 2g d б Для определения скорости схода комка с ленточного транспортёра рассмот рим схему сил, действующих на комок (рисунок 4). Центр координатных осей раз местим в центре тяжести комка, ось ОY по направлению действия центробежной силы, а ось ОX перпендикулярно оси ОY. Спроектируем все силы, действующие на комок, на оси ОX и ОY и составим два уравнения.

•• • x = 0 ;

m x F 2m x+ mg Sin = 0 ;

(16) б y = 0 ;

mg Cos m r = 0. (17) б Сила трения F равна: F = N tg б = N f. Из схемы следует, что нормальная сила N равна: N = mg cos б m 2 r0 = 0, т.е по существу сила N это проекция сил на ось ОY.

Дифференциальное уравнение для определения скорости схода комка будет записано:

•• •• x 2 x = fg Cos б f 2 r0 g Sin б.

Откуда скорость схода комка будет представлена выражением:

2 r0 2 r g 1 g fr0 e 2t fr0 e 2t + fr0 fr g g = (18) Vc.к.

2 2 2 2 mw r jб 2 mw x F mx r x mg y Рисунок 4. Схема к определению скорости схода комка Абсолютная скорость схода комка с транспортёрной ленты будет равна гео метрической сумме относительной и переносной скоростей (рисунок 5).

Vа = Ve2 + Vr2 + 2Ve Vr Cos, (19) где: Ve - переносная скорость, м / с, Ve = gt ;

Vr - относительная скорость, м / с, Vr = Vк.с ;

- угол между относительной и переносной скоростями, град, = б.

jб bv o к.с x vе a vа y Рисунок 5. Схема к определению абсолютной скорости схода комка Отсюда абсолютная скорость комка в момент отрыва от ленточного транс портёра равна:

2 r0 = ( gt ) 2 + V 2 к.с + gt Vк.с Sin(arccos( )). (20) Vк. а g Ранее была найдена зависимость расстояния отбрасывания комка от оси ба рабана ленточного транспортёра (15). Воспользуемся указанным выражением, но с учётом уравнения (20), в результате получим:

2 r (2 H 0 + d б + d к ) g t 2 + Vк2.с + g t Vк.с Sin(arccos )(d б + d к ) g Xк =. (21) 2g dб Полученное выражение (21) может быть решено с применением компьютер ных программ. В результате решения получены теоретические зависимости, пред ставленные на рисунке 6.

Как следует из полученного выражения (21), расстояние отбрасывания комка будет зависеть не только от скорости ленточного транспортёра, но и от высоты ус тановки транспортёра для отвода комьев почвы.

0, ов т Р с т я и о б а ы а и ко кап ч ыо 0, 0, н кл н о г р, м а со н е т р с в н я м 0, а о н й о ки 0, 0, 0, 0, 0, 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0, Абсолютная скорость комка почвы, м/с H=0,75 H=0,5 H=0, Рисунок 6. Изменение расстояния отбрасывания комка почвы от абсолютной скорости комка почвы при его сходе с транспортёрной ленты Теоретические исследования процесса отделения луковиц от комьев почвы предусматривает перемещение луковиц планками планчатого транспортёра.

Для нахождения математической зависимости скорости движения луковицы рассмотрим схему сил, действующих на луковицу со стороны планки в момент броска (рисунок 7).

На луковицу, при её отрыве от планки транспортёра действуют следующие си лы: Т - сила от действия ленточного транспортёра, равная Т = mg sin f Т, Н;

mg m& - сила от линейного ускоре & сила тяжести, Н;

m 2 rб - центробежная сила, Н;

x ния, направленная перпендикулярно перемещению луковицы, Н;

N - сила от дей ствия планки, направленная перпендикулярно её плоскости, Н;

f Т - коэффициент трения луковицы о ленту;

f п - коэффициент трения луковицы о планку, f = f п f Т.

Направим оси координат так, как представлено на схеме. При этом ось ОX направлена вдоль движения транспортёра под углом к горизонту: спроектируем все силы, действующие на луковицу на оси OX и OY и приравняем полученные уравнения нулю. Тогда, уравнения будут представлены в следующем виде:

• x = 0;

N mg Sin + T 2m x Sin( + Т ) + m 2 (rб + rл ) Sin( + Т ) = 0 ;

(22) л • •• y = 0;

F + mg + 2m x Cos + m 2 (rб + rл ) Cos ( + Т ) m x = 0. (23) Т Из уравнений (22) и (23) получим дифференциальное уравнение [ ] •• • x 2f x = f g tg + 2 r0 tg ( + T ). (24) ctg 2 mw x y jт mw+r л ) (r б x F Т ve N a o1 a a mx mg a Рисунок 7. Схема сил, действующих на луковицу при её броске планкой транс портёра Абсолютная скорость луковицы при её сходе с ленточного транспортёра от действия планки будет равна геометрической сумме двух скоростей: относитель ной и переносной, определяемой, как окружная скорость центра масс (в данном случае - центра тяжести луковицы), ve = r0. Схема направления скоростей пред ставлена на рисунке 8. Относительная скорость будет направлена перпендикулярно переносной.

Отсюда абсолютная скорость будет равна:

v a = v e2 + u 2.

2 f 0 r0 tg ( + T ) f 2 f 0 ctg t g 2 f 0 ctg t v a = 0 r + (1 + e )+ (1 e ). (25) 2 f ctg 2 f vа u ve a w Рисунок 8. Схема к определению абсолютной скорости луковицы Дальность полёта луковицы по оси ОХ может быть определена из выраже ния, представленного в классической механике:

2( v a ) 2 H xл =, (26) g где: H - высота падения луковицы по вертикали с момента отрыва её от планки до дна накопительного бункера, м.

Отсюда, учитывая выражения (22) и (26), становится возможным определе ние разности расстояний между комьями почвы и луковицами X. Его размер обеспечивает деление вороха на две фракции. Обозначим его в последующем как размер делителя.

2(V ) 2 H X = X л X п = a g 2 r 2 (27) (2 H 0 + d б + d к ) g t 2 + Vк2с + g t Vк.с Sin(arccos )(d б + d к ).

g 2g d б Vл где: - соотношение скоростей транспортёров, =.

Vп Однако полученное выражение (27) весьма громоздко, оно решено с приме нением компьютерных программ. Его графическое решение представлено на ри сунке 9.

0, 0, Д и ад л т л, м 0,35 Высота л н е ие я 0,3 горки 0, 0, Высота 0, горки 0, 0, 0, Высота 0,05 горки 0, 1 1,5 2 2, Соотношение скоростей транспортёров Рисунок 9. Теоретическая зависимость длины делителя от соотношения скоро стей транспортёров Судя по рисунку, наилучшего разделения вороха можно добиться при соот ношении скоростей равном = 1,6 и с высотой горки Н = 0,75.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований продольной тгорки» изложена программа и методика проведения экспериментальных исследо ваний.

Согласно программе были проведены исследования по определению некото рых размерно-массовых характеристик (диаметр, высота и масса луковиц и комь ев), влажности комьев почвы, фрикционных свойств луковиц и комьев почвы (ко эффициенты трения скольжения покоя комьев почвы и луковиц, коэффициенты трения качения луковиц), критической и допустимой скоростей удара луковиц о различные поверхности, однофакторные эксперименты по определению влияния угла наклона и соотношения поступательных скоростей транспортёров на качество выделения примесей.

Наряду с однофакторными экспериментами, был проведён многофакторный эксперимент, целью которого было определение оптимальных значений основных параметров машины (угла наклона продольной горки, поступательной скорости ленточного транспортёра и соотношения поступательных скоростей транспортё ров), влияющих на качество сепарации. Критерием оптимизации являлась полнота выделения примесей из лукового вороха.

В четвёртой главе «Результаты экспериментальных исследований продоль ной горки» представлены результаты исследований, дан их анализ.

На основе анализа результатов однофакторных экспериментов были по строены необходимые для исследований графические зависимости (рисунки 10 и 11), а также проведена статистическая оценка полученных вариационных рядов.

в Содержание примесей, П % Содержание примесей, П % а 11 б б 8 а в 1 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2, 10 12 14 16 18 20 Соотношение поступательных скоростей транспортёров Соотношение поступательных скоростей транспортеров Угол наклона горки Укол наклона Рисунок 10. Содержание примесей от соотношения поступательных скоростей транс портёров и угла наклона горки : а) Оранжевый;

б) Каратальский;

в) Ахтубинец 40 в в Количество повреждённых луковиц, % Количество повреждённых луковий, % б 20 б а а 0 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1, Высота падения, м Высота падения, м Высота падения, м Высота падения, м Рисунок 11. Зависимость повреждения луковиц от высоты падения на сталь и слой лука: а) Оранжевый;

б) Каратальский;

в) Ахтубинец В дальнейшем по каждому из вариационных рядов построены кривые рас пределения и проведена их проверка на причастность полученного эмпирического распределения к нормальному теоретическому распределению по критерию Пирсона в соответствии с ГОСТ 11.006-74 (СТ СЭВ 1190-78) „Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим”.

Для построения математической модели процесса выделения комьев почвы из лукового вороха был реализован план Бокса-Бенкина для 3-х факторного экспе римента. На основании экспериментальных данных были рассчитаны коэффициен ты регрессии. В результате расчётов были получены уравнения регрессии в коди рованном виде для луковиц сортов Оранжевый, Каратальский и Ахтубинец соот ветственно:

y Оранж = 94,33 + 4,62 x1 + 5,5 x 2 + 0,63x3 + 0,75 x1 x 2 + 0,5 x1 x3 + 0,25 x 2 x (28) 4,92 x12 3,17 x 2 0,91x 3 ;

2 = 94,66 + 3,75 x1 + 5,75 x 2 + 0,25 x3 + 0,75 x1 x 2 + 0,25 x1 x3 + 0,75 x 2 x Кар y (29) 3,71x12 4,21x 2 0,71x3 ;

2 y Ахт = 95,6 + 4,375 x1 + 6,125 x 2 + 0,5 x 3 + 0,25 x1 x 2 + 0,5 x1 x3 + 0,5 x 2 x (30) 4,95 x12 4,45 x 2 1,2 x3.

2 Адекватность полученных математических моделей проверялась по крите рию Фишера.

При рассмотрении двумерных сечений поверхности отклика по уравнениям (28) и (29) (30) для луковиц сортов Оранжевый, Каратальский и Ахтубинец в зави симости от факторов поступательная скорость ленточного транспортёра ( x1 ), угол наклона горки ( x2 ), соотношение поступательных скоростей ленточного и прутко вого транспортёров ( x3 ) по основному критериям оптимизации (полнота выделе ния примесей), решение было найдено графически.

Результаты решения графическим методом двумерных сечений представле ны на рисунке 12. При этом оптимальные значения полноты выделения примесей в центре поверхностей для сортов лука Оранжевый, Каратальский и Ахтубинец со ставило соответственно: Ymax = 98%, Ymax = 98% и Ymax = 99,0%.

Оранж Кар Ахт Рисунок 12. Двумерные сечения для изучения влияния факторов на полноту выделения примесей для сорта Оранжевый: а) x1 и x2 при x3 = 0,63 ;

б) x1 и x3 при x 2 = 0,96 ;

в) x2 и x3 при x1 = 0, Раскодировав значения параметров в оптимальной точке, получили их нату ральные значения соответственно для сортов лука Оранжевый, Каратальский и Ах x 2 = = 19,2°, x3 = = 1,93 ;

x1 = Vпр = 0,09 м / с, x1 = Vпр = 0,089 м / с, тубинец:

x 2 = = 19,8°, x3 = = 1,91 ;

x1 = Vпр = 0,087 м / с, x 2 = = 18,9°, x3 = = 1,86.

Таблица – Оптимальные значения факторов Фактор Каратальский Оранжевый Ахтубинец x1 - поступательная скорость лен- 0,61 0,58 0, 0,09 0,089 0, точного транспортёра, ( V л ) м/с 0,8 0, 0, x2 - угол наклона горки, ( ) град 19,2 19,8 18, 0,71 0,63 0, x3 - кинематический параметр,( ) 1,93 1,91 1, Примечание: значения в числителе - в кодированном виде, в знаменате ле – в раскодированном виде.

Анализируя уточнённые экспериментальным путём параметры, можно ска зать, что поступательная скорость планчатого транспортёра должна варьировать в пределах (0,087…0,09 м/с), угол наклона горки, (18,9…19,8), кинематический па раметр (1,86…1,93).

В пятой главе «Определение основных экономических показателей при ис пользовании горки для выделения примесей из лукового вороха» представлены ре зультаты полевых и лабораторных испытаний экспериментального образца про дольной горки показавшей высокие результаты в условиях ООО «Южный зерновой рынок» Волгоградской области.

Получена производительность 15 т/ч при урожае 30т/га, полнота выделе ния не менее 98%, отсутствие повреждённых луковиц, потребляемая мощность до 2,5 кВт.

Стоимость конструкции составила 24600 руб, годовой экономический эф фект 470000 руб, а срок окупаемости 0,05 года.

Общие выводы 1. Существенными недостатками применяемых в настоящее время машин для уборки лука-репки, являются: большие потери луковиц и высокое содержание примесей в окончательном луковом ворохе.

Для улучшения показателей технологического процесса разработана в каче стве узла вторичной сепарации продольная горка (патент РФ № 2262223).

2. В результате теоретических исследований процесса сепарации лукового вороха были получены теоретические зависимости для определения: конструктив ных параметров горки: угла наклона (ф. 12);

скоростей ленточного и планчатого транспортёров (ф. 3 и 4);

скоростей отрыва луковиц и комьев почвы при разделе нии (ф. 25 и 20), а также параметров бункеров-накопителей, определённых графи ческим способом.

3. Для теоретического определения скоростей падения луковиц и комьев, а также влияния соотношения скоростей транспортёров разработана на языке Turbo Pascal и реализована программа для их нахождения в виде графиков (ри сунки 6 и 9).

4. Экспериментальными исследованиями установлено, что повреждение лу ковиц зависит от скорости удара и материала ударника. При этом, согласно полу ченным данным, можно констатировать, что допустимые скорости vдоп удара лу ковиц о стальную поверхность и слой лука находятся соответственно в пределах:

vдоп = 3,7 м / с, vдоп = 4,2 м / с. При сбрасывании на резиновое покрытие повреждений сталь лук в исследуемых пределах не наблюдалось.

5. Судя по процентному содержанию примесей почвы в луке, при разделе нии, на него влияют соотношение скоростей и угол наклона горки. Оптимальные их значения при однофакторном эксперименте составляют = 1,8 и = 16.

6. При реализации многофакторного эксперимента получены математиче ские модели процесса выделения примесей из лукового вороха с применением продольной горки по основному критерию оптимизации – полнота выделения при месей.

Их решение позволило установить, что поступательная скорость планчатого транспортёра должно варьировать в пределах (0,08…0,09 м/с), угол наклона горки (18,9…19,8), кинематический параметр (1,86…1,93).

7. Качественные показатели, полученные при лабораторных и производст венных испытаний продольной горки, полностью удовлетворяют агротехническим требованиям.

8. Годовой экономический эффект от применения горки для лукоуборочной машины в сравнении с ручным трудом составил 457.000 руб, а срок окупаемости 0,05 года, при этом стоимость новой конструкции составила 24600 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пат. № 2262223 Российская Федерация, МПК 7 А 01 D 33/08. Способ отде ления почвенных комков от корнеклубнеплодов и устройство для его осуществле ния / Ю.А. Колесников, А.Н. Цепляев, А.В. Соловьев, С.А. Агеев // заявл.: 27.06.03, Бюл. №29. – 8 с.

2. Пат. № 2267248 Российская Федерация, МПК 7 А 01 D 33/08. Сепаратор для отделения почвенных комков от корнеклубнеплодов / Ю.А. Колесников, А.М. Салдаев, А.Н. Цепляев, А.В. Соловьев, С.А. Агеев // заявл.: 23.07.04, Бюл.

№18. – 8 с.

3. Пат. № 2283571 Российская Федерация, МПК 7 А 01 D 33/08. Способ отде ления почвенных комков от корнеклубнеплодов и устройство для его осуществле ния / Ю.А. Колесников, А.М. Салдаев, А.Н. Цепляев, А.В. Соловьев, С.А. Агеев // заявл.: 21.03.05, Бюл. №26. – 8 с.

4. Соловьёв А.В. Некоторые результаты исследования горки для лукоубо рочной машины / А.В. Соловьев, С.А. Агеев, Ю.А. Колесников, А.Н Цепляев // Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы АПК» посвящённой 60-летию Победы под Сталинградом /ВГСХА. – Волгоград, 2003. с 140-141.

5. Соловьев А.В. Определение скорости сортировального транспортёра для разделения корнеплодов лука / А.В. Соловьев // Материалы международной науч но-практической конференции, посвящённой 60-летию образования Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии «Основы достижения устойчиво го развития сельского хозяйства» / ВГСХА. – Волгоград, 2004. с 91-92.

6. Соловьев А.В. Основные параметры горки томатоуборочного комбайна СКТ-2М / А.В. Соловьёв // Материалы 7-8 региональных конференций молодых исследователей Волгоградской области / ВГСХА. – Волгоград, 2004. с 96-97.

7. Соловьев А.В. Теоретическое исследование горки для лукоуборочной ма шины / А. В. Соловьев, Ю.А. Колесников, А.Н. Цепляев // Международная науч но – практическая конференция „Актуальные проблемы развития АПК” посвящён ная 60-й годовщине Победы в Великой Отечественной войне / ВГСХА. - Волго град, 2005. с 90-93.

8. Цепляев А.Н. Горка для отделения луковиц от почвенных комков луко уборочной машины / А.Н Цепляев, Ю.А. Колесников, А.В. Соловьев, Д.В. Сёмин // Сельский механизатор. №7, 2007. с 26.

Подписано в печать 14.04.2008. Формат 60 х 84 1/ Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 236.

ИПК ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА «НИВА» 400002, г. Волгоград, Университетский, пр.