Исследования дискового шлифовального устройства в производственных условиях

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 664.143.72

ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСКОВОГО ШЛИФОВАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

О. Н. Кухарев, доктор техн. наук, профессор; Г. Е. Гришин, доктор с.-х. наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. 89273636845, е-mail: kucharev@bk.ru

Раскрывается необходимость создания и реализации технических разработок по шлифованию семян сахарной свеклы для повышения качества дражированных семян. Предлагается новая конструкция дискового шлифовального устройства, приведено её описание. Представлены методика проведения эксперимента и основные результаты исследований в производственных условиях. По результатам испытаний после математической обработки получены графические изображения результатов исследований. Анализ полученных данных позволил уточнить оптимальные значения основных конструктивных (передаточное отношение между сателлитом и опорным колесом, шероховатость нижнего диска, угол конусности нижнего диска) и режимных (частота вращения нижнего диска) параметров дискового шлифовального устройства семян сахарной свеклы. Определена зависимость производительности устройства от передаточного отношения между сателлитом и опорным колесом для разных режимов работы. По полученным результатам построены гистограммы всхожести семян.

Ключевые слова: сахарная свекла, семена, предпосевная обработка, шлифование, посев.

Цель исследований - определение возможности применения дискового шлифовального устройства семян сахарной свеклы в производственных условиях.

Достигнуть поставленной цели можно, изучая зависимость качества шлифования семян сахарной свеклы от частоты вращения нижнего диска, радиуса нижнего диска, а также определив производительность дискового шлифовального устройства в производственных условиях.

Введение. Важными задачами современного свеклосахарного производства является получение высоких урожаев сахарной свеклы и снижение производственных затрат [1]. Получение максимального урожая возможно при равномерном размещении 75...85 тысяч растений на 1 га [2, 3]. Для получения такой густоты стояния растений необходимо проводить посев се-

ялками точного высева дражированными семенами при норме высева 1,2.1,3 посевных единицы на гектар [4].

Основная часть. Дражирование семян -приём предпосевной подготовки, нанесения на семена искусственной защитной питательной оболочки, которая выравнивает их поверхность, что дает возможность проведения последующего точного высева [5]. Семена, предназначенные для дражи-рования, по посевным качествам должны отвечать ГОСТ Р 54044-2010 «Семена сахарной свеклы. Посевные качества. Общие технические условия»[6]. Одним из важных требований стандарта является обязательное шлифование семян.

Шлифование - операция механического удаления верхнего слоя околоплодника с целью выравнивания семян по размерам, придания им округлой формы, увеличения

Рис. 1. Общий вид экспериментального дискового шлифовального устройства семян сахарной свеклы: 1 - загрузочная воронка; 2 - верхний диск;3 - корпус устройства;

4 - панель управления; 5 - бункер; 6 - опоры

сыпучести и снижения объемной массы семян. В процессе шлифования удаляются шероховатые рыхлые части околоплодника (до 30 % по массе), затем обработанные семена калибруют, выделяя допустимые посевные фракции. Благодаря шлифованию увеличивается объемная масса семян, они становятся ровными, что дает возможность соблюдать заданные режимы предпосевной обработки. Шлифованные семена при прорастании потребляют воды несколько меньше, поэтому всходы появляются на 1-2 дня раньше [7, 8].

В ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» разработана конструкция дискового шлифовального устройства, которое позволит повысить качество шлифования, а значит, и качество дражированных семян (рис. 1) [9, 10]. Данное устройство изготовлено заводом ООО «Комаш» г. Пензы.

Исследования в производственных условиях проводились на заводе по дражи-рованию семян ЗАО «ФМРус» (г. Москва) в 2014 году согласно отраслевому стандарту СТО АИСТ 10.4-2010 [11]. При исследова-

ниях использовали семена сахарной свеклы гибрида Земис [12].

После шлифования проводится калибровка семян по фракциям на оборудовании «Петкус». Получали четыре фракции семян. Фракции размером 2,99...3,07 мм подаются норией на дражирование. Более крупные фракции проходят дополнительную обработку.

Методика и результаты исследований.

Оптимальные конструктивные и режимные параметры экспериментального дискового шлифовального устройства находились путем изменения основных параметров и выявления их влияния на качество семян.

Определяя оптимальное значение частоты вращения нижнего диска, основные факторы оставляли неизменными, они имели значения, равные оптимальным, которые были получены при лабораторных исследованиях [10]. Таким же образом поступали при определении оптимального значения радиуса нижнего диска.

Нива Поволжья № 1 (34) февраль 2015 45

96,8

X к

и о

а

л X X <и и н о

и р

ей «

н X <и

а о л с

96,6

96,4

96,2

96,0

95,8

РМ 95,6

95,4

175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225

п - частота вращения нижнего диска, мин

Рис. 2. График зависимости процента качественных семян Р от частоты вращения нижнего диска п

Для обработки результатов производственных исследований использовали прикладную программу «^аИэйса у.6.1» [13, 14].

После обработки результатов проведенных исследований строили графики, отражающие зависимость количества качественных семян от частоты вращения нижнего диска и радиуса нижнего диска.

Корреляционную зависимость между показателем процента качественных семян (Р, %) и частотой вращения нижнего диска (п, мин-1) можно выразить с помощью уравнения параболической функции

Корреляционную зависимость между показателем процента качественных семян Р и радиусом нижнего диска (РН) можно выразить с помощью уравнения параболической функции

Р = -1338,87+27,93 Рн-0,14Рь

Р = 11,9143+ 0,8511 п- 0,0021 п2

при индексе корреляции Р=0,97.

Основываясь на данных эксперимента и уравнении (1), можно построить график зависимости величины показателя процента качественных семян (Р, %) от частоты вращения нижнего диска (п, мин-1) (рис.2).

Частота вращения нижнего диска имеет оптимальное значение в интервале 195...203 мин-1. Для практических целей целесообразно принимать частоту вращения нижнего диска максимальной из оптимального интервала, при которой будет достигаться максимальная производительность шлифовального устройства. Однако превышение оптимальных значений приводит к нарушению технологического процесса шлифования семян.

при индексе корреляции Р=0,98.

Основываясь на данных эксперимента и уравнении (2), можно построить график зависимости величины показателя процента качественных семян (Р) от радиуса нижнего диска (РН) (рис. 3).

График рисунка 3 показывает, что оптимальное значение радиуса нижнего диска - 175 мм, при котором можно получить до 97,5 % качественных семян.

Для уточнения оптимальных значений параметров и рекомендаций производству проводили исследования в производственных условиях по определению производительности экспериментального дискового шлифовального устройства при различных величинах параметров в интервале оптимальных значений.

Экспериментальное дисковое шлифовальное устройство работало в трех режимах: 1 режим - при частоте вращения нижнего диска 185 мин-1; 2 режим - при частоте вращения нижнего диска 200 мин-1;3 режим - при частоте вращения нижнего диска 215 мин-1. Изменялось передаточное отно-

2

97,8

Я

Я

<ц

о

Й 3 х х

<ц «

н о

<Ц

5

и н я

<Ц

я о а с

Рч

97,6

97,4

97,2

97,0

96,8

96,6

96,4

155

165 175 185

ЯН - радиус нижнего диска, мм

195

Рис. 3. График зависимости процента качественных семян Р от радиуса нижнего диска ИН

шение между сателлитом и опорным колесом ступенчато - 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 и 1,2.

По полученным данным построили графики зависимости производительности устройства от передаточного отношения между сателлитом и опорным колесом для разных режимов работы (рис. 4).

Полученные данные говорят о том, что на втором режиме работы при частоте вращения нижнего диска 200 мин-1, передаточном отношении между сателлитом и опорным колесом, равным 1, возможно достичь максимальной производительности в 52 кг качественных семян в час.

Рис. 4. Зависимость производительности экспериментального дискового шлифовального устройства от передаточного отношения между сателлитом и опорным колесом при различных режимах работы

Нива Поволжья № 1 (34) февраль 2015 47

Рамонская Льговская односемянная РМС70 Земнс

односемянная 47 52

Семена шлифованные серийной машиной ШСС-0,5 Семена шлифованные экспериментальным дисковым шлифовальным устройством

Рис. 5. Всхожесть семян сахарной свеклы после шлифования серийной машиной ШСС-0,5 и экспериментальным дисковым шлифовальным устройством

При оценке эксплуатационно-технологических показателей по СТО АИСТ 10.42010 [11] необходимо определять всхожесть семян после обработки шлифовальным устройством. Всхожесть определяли на сортах сахарной свеклы Рамонская односемянная 47, Льговская односемянная 52 и гибридах РМС 70 и Земис согласно ГОСТ 22617.2-94 [6]. По полученным результатам построили гистограммы всхожести семян, позволяющие сравнить всхожесть семян после шлифования серийной машиной ШСС-0,5 [15] и экспериментальным дисковым шлифовальным устройством

Полученные данные говорят о том, что применение дискового шлифовального устройства при предпосевной подготовке семян сахарной свеклы позволяет повысить всхожесть на 4 % и достичь ее значения 98 %.

Применение дискового шлифовального устройства, повышающего качество предпосевной подготовки семян, будет иметь экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов [16, 17, 18].

Экономия эксплуатационных затрат на 1 т получаемой продукции составит 6701 руб., при этом производительность труда повысится на 0,002 т/чел.-ч. Выход дополнительной продукции за счет повышении урожайности сахарной свеклы составит 76068 кг. Все это говорит об экономической целесообразности применения дискового шлифовального устройства.

Вывод. Таким образом, применение дискового шлифовального устройства может обеспечивать качество обработанных семян на уровне 96.98 %, что соответствует требованиям стандарта к данным машинам.

Литература

1. Механизация технологического процесса дражирования семян сахарной свеклы / Н. П. Ла-рюшин, О. Н. Кухарев, И. Н. Семов, А. М. Чирков. - Пенза, 2012. - 112 с.

2. Интенсивная технология выращивания сахарной свеклы / Перевод с немецкого. - М.: Аг-ропромиздат, 1987. - 320 с.

3. Петров, В. А. Свекловодство / В. А. Петров, В. Ф. Зубенко. - М.: Колос, 1981. - 302 с.

4. Перспективная ресурсосберегающая технология производства сахарной свеклы: методические указания. - М.: ФГНУ Росинформагротех, 2008. - 56 с.

5. Смелик, В. А. Математическая модель функционирования экспериментального дражира-тора / В. А. Смелик, Е. И. Кубеев // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. -2012. - № 201. - С. 50-59.

6. ГОСТ Р 54044-2010. Семена сахарной свеклы. Посевные качества. Общие технические условия. - Введ. 2010-30-11. - М.: Стандартинформ, 2011. - 15 с.

7. Кухарев, О. Н. Устройство для шлифования семян / О. Н. Кухарев, И. Н. Семов, И. А. Старостин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2014. - № 2. - С. 8-10.

8. Никольская, Ж. В. Технические средства для предпосевной обработки семян / Ж. В. Никольская. - М.: Агропромиздат, 1989. - 180 с.

9. Патент на изобретение № 2501202 КЫА01С 1/00. Дисковое шлифовальное устройство / О. Н. Кухарев, И. Н. Сёмов, И. А. Старостин. - Заявка 2012119235/13; опубл. 20.12.2013, Бюл. № 35. - 7 с.: ил.

10. Лабораторные исследования дискового шлифовального устройства / О. Н. Кухарев, Г. Е. Гришин, И. Н. Семов, И. А. Старостин // Нива Поволжья. - 2014. - № 3(32). - С. 67-72.

11. СТО АИСТ 10.4-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для подготовки семян. Методы оценки функциональных показателей. 2011-15-09. - М.: Стандартинформ, 2013. -56 с.

12. Физико-механические свойства современных сортов и гибридов сахарной свеклы / О. Н. Кухарев, Г. Е. Гришин, И. Н. Семов, И. А. Старостин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2013. - № 2(28). - С. 77-80.

13. Коновалов, В. В. Практикум по обработке результатов научных исследований с помощью ПЭВМ: учебное пособие / В. В. Коновалов. - Пенза, 2003. - 176 с.

14. Мачнев, А. В. Результаты лабораторных исследований высевающего аппарата с несимметричным профилем желобков катушки / А. В. Мачнев, В. А. Мачнев, П. Н. Хорев // Нива Поволжья. - 2013. - № 31. - С. 76-84.

15. Шасталка-терка семян ШСС-0,5 // Зерноочистка [Электронный ресурс]. ^Ь: http://www. 2егпоосЫэ1ка. ги/та8Ыпа-те1козетеп^-киКиг^88-0-5 (дата обращения 07.09.2014).

16. Кухарев, О. Н. Экономическая эффективность семеноводства сахарной свеклы / О. Н. Ку-харев // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина. - 2006. - № 4. - С. 89.

17. Кухарев, О. Н. Энергосберегающие технологии ориентированной посадки сельскохозяйственных культур: на примере лука и сахарной свеклы: дис. ... доктора техн. наук. - Пенза, 2006. -417 с.: ил.

18. Нуруллин, Э. Г. Основные направления и результаты научной школы по разработке энергосберегающих машин пневмомеханического типа для производства и переработки зерна / Э. Г. Ну-руллин // Известия Международной академии аграрного образования. - 2013. - № 17. - С. 100-103.

UDK 664.143.72

TESTING DISK GRINDING DEVICE IN THE PRODUCTION CONDITIONS

O.N. Kukharev, doctor of technical sciences, professor;

G.Ye. Grishin, doctor of agricultural sciences, professor

FSBEE HPT «Penza SAA», Russia, t. 89273636845, е-mail: kucharev@bk.ru

The article deals with problems of creating and realization of technical developments on grinding seeds of sugar beet for raising quality of pelleted seeds. The authors offer a new construction of disk grinding device and its description is given in the article. The methods of conducting the experiment are presented and the main results of testing in the production conditions are given. When obtained testing results and their mathematical processing the graphic schemes of the research results were made. The analysis of the obtained data helped to precise optimal meanings of the main constructive (gear ratio between the satellite and the reference wheel, the roughness of the bottom disk, the angle of taper of the lower disk) and regime (frequency of rotation of the lower disc) parameters of the disk grinding device of sugar beet seeds. The dependence of the device productivity on transmission relationship between satellite and support wheel for various modes of operation was determined. According to the results the histograms of seeds germination power were made.

Key words: sugar beet, seeds, pre-sowing treatment, grinding, sowing.

References:

1. Mechanization of technological process of pelleting sugar beet seeds / N. P. Larushin, O. N. Kukharev, I. N. Semov, A. M. Chirkov. - Penza: 2012. - 112 p.

2. The intensive technology of sugar beet cultivation / Translated from German. - M.: Agropromiz-dat, 1987. - 320 p.

3. Petrov, V. A. Sugar beet production / V. A. Petrov, V. F. Zubenko. - M.: Kolos, 1981 - 302 p.

4. A promising resource-saving technology for sugar beet production: methodological guidelines. -M.: FSSU Rosinformagrotech, 2008. - 56 p.

5. Smelik, V. A. Mathematical model of the operation of the experimental pellet mill / V. A. Smelik, Ye. I. Kubeyev // Izvestiya of St. Petersburg forestry academy. - 2012. No. 201. - P. 50-59.

6. GOSTb. GOST R 54044-2010. Sugar beet seeds. Sowing qualities. General technical conditions. - An introduction 2010-30-11. - M.: Standartinform, 2011. - 15 p.

7. Kukharev, O. N. Device for grinding seeds / O. N. Kukharev, I. N. Semov, I. A. Starostin // Mechanization and electrification of agriculture. - 2014. No. 2. - P. 8-10.

Нива Поволжья № 1 (34) февраль 2015 49

8. Nicholskaya, J. V. Technical means for pre-sowing treatment of seeds / J.V. Nicholskaya. - M.: Agropromizdat, 1989. - 180 p.

9. Patent for invention No. 2501202 RUA01C 1/00. Disk grinding device / O. N. Kukharev, I. N. Semov, I. A. Starostin. - Application 2012119235/13; publ. 20.12.2013, bull. No. 35. - 7 p.: illustrations.

10. Laboratory studies of disk grinding device / O. N. Kukharev, G. Ye. Grishin, I. N. Semov, I. A. Starostin // Niva Povolzhya. - 2014. - № 3(32). - P. 67-72.

11. STO AIST 10.4-2010. Testing of agricultural machinery. Machines for seed preparation. Methods of evaluation of functional parameters. 2011-15-09. - M.: Standartinform, 2013. - 56 p.

12. Physico-mechanical properties of modern varieties and hybrids of sugar beet / O. N. Kukharev, G. Ye. Grishin, I. N. Semov, I. A. Starostin // Vestnik of Kazan state agrarian university. - 2013. - № 2(28). - P. 77-80.

13. Konovalov, V.V. Practicum on the processing of the research results with PC: textbook / V.V. Konovalov. - Penza, 2003. - 176 p.

14. Machnev, A.V. The laboratory results of the sowing machine with asymmetrical profile of the grooves of the coil / A. V. Machnev, V. A. Machnev, P.N. Horev // Niva Povolzhya. - 2013. - №. 31. -P. 76-84.

15. Hummeller-grater of seeds SSS-0,5 // Zernoochitka [Electronic resource]. URL: http://www. zer-noochistka. EN/mashina-melkosemenih-kultur/shss-0-5 (date of application 07.09.2014).

16. Kukharev, O. N. Economic efficiency of seed-breeding of sugar beet / O. N. Kukharev // Vestnik of Federal state educational institution of higher professional education " Moscow state agroengineering university in the name of V. P. Goryachkin. - 2006. No. 4. - 89 p.

17. Kukharev, O. N. Energy-saving technology of the oriented agricultural planting: on the example of onions and sugar beets: dis. ... of doctor of technology. sciences. - Penza, 2006. - 417 p.: ill.

18. Nurullin, E.G. The main directions and results of the scientific school on the development of energy-saving machines of pneumatic-mechanical type for the production and processing grain / E.G. Nurullin // Izvestiya of the International academy of agricultural education. - 2013. - №. 17. -P. 100-103.

УДК 629.3.014.2.015.5

ФОРМИРОВАНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ ТРАКТОРА

В. А. Мачнев, доктор техн. наук, профессор; А. В. Мачнев, доктор техн. наук, профессор;

В. А. Комаров*, доктор техн. наук, профессор; В. В. Салмин**, доктор техн. наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», Россия, т. (8412) 62-85-17, e-mail: alexei_sura@mail.ru *ФГБОУ ВПО «Мордовский ГУ им. Н. П. Огарева», Россия, т. (8342) 25-44-50, e-mail: komarov. v. a2010@mail.ru **ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Россия, т. (8412) 56-35-11, e-mail: Salmin-penza@yandex.ru

Коробка передач трактора представляет собой сложную колебательную систему, состоящую из большого числа элементов. Рассмотрено формирование вибрационного сигнала, когда возмущающая сила - мгновенная. При прохождении импульсных посылок по вибрационному каналу каждый из них является источником своих колебаний. Возникает большое число резонансов.

Получено дифференциальное уравнение колебаний, на основе которого найдено уравнение движения точки контакта пары зубьев. Показано, что коэффициент затухания значительно меньше частоты вынужденных колебаний и им можно пренебречь. С увеличением частоты выделения вибрационных сигналов до 30 кГц происходит затухание сигналов по амплитуде более чем в 30 раз.

Наряду с этим уменьшается искажение формы импульсных посылок при прохождении по каналу, по этой причине уменьшается искажение формы вибрационного сигнала и снижается погрешность диагноза.

Ключевые слова: сельскохозяйственная техника, диагностирование передач, вибрация, сигнал, коробка передач, техническое обслуживание.

Коробка передач (КП) трактора, как и любой редуктор, при своей работе возбуждает колебания. Возмущающая сила имеет импульсное приложение [1, 2, 3]. За период пересопряжения пары зубьев наблюдаются

два удара - один из них появляется при входе зубьев в зацепление, а второй вызывается скачком силы при переходе от двухпарного зацепления к однопарному. На последующую пару зубьев во втором