Ротационное орудие с игольчатыми рабочими органами для ухода за посевами сельскохозяйственных культур

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;

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,

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] ,

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; = -¡-±,

‘ 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 ,

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 =---------- ,

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 ,

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 .

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 ,

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-,

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 =--------—.

о 180 Ьагр К 1

Количество частей хлебной массы длиной, равной расстоянию между вальцами прессовальной камеры, определится из выражения

М р

пк, =тт ,

‘ М„

е

где Ме - масса участка валка, находящаяся между вальцами прессовальной камеры, определяемая из выражения

Ме = К н „

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

Т =-------------------.

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---------------- .

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,

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 ,

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 =------------?---------------.

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.