CC BY
7
УДК 631.356
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДПРУЖИНЕННОГО ЛЕМЕХА КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ
НЕСТЕРОВИЧ Э.О.,
аспирант ФГБОУ ВО Рязанский ГАТУ; e-mail: 10neo@mail.ru. БЫШОВ Н.В.,
доктор технических наук, профессор, ректор ФГБОУ ВО РЯЗАНСКИМ ГАТУ; e-mail: university@rgatu.ru. БОРЫЧЕВ С.Н.,
доктор технических наук, профессор, первый проректор ФГБОУ ВО Рязанский ГАТУ; e-mail: university@rgatu.ru КОСТЕНКО М. Ю.,
доктор технических наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин ФГБОУ ВО Рязанский ГАТУ; e-mail: km340010@rambler.ru.
РЕМБАЛОВИЧ Г.К.,
доктор технических наук, заведующий кафедрой технологии металлов и ремонта машин ФГБОУ ВО Рязанский ГАТУ; e-mail: rgk.rgatu@yandex.ru.
Реферат. Интенсивное воздействие на клубненосный пласт в начале технологического процесса картофелеуборочной машины позволяет улучшить сепарацию без существенного увеличения повреждений клубней картофеля. Интенсивность воздействия подкапывающих органов на клубненосный пласт должна определяться исходя из почвенно-климатических условий на момент уборки. На основании анализа конструкций и теоретических предпосылок был разработан и изготовлен покапывающий рабочий орган для картофелекопателя КТН-2В, содержащий подпружиненные лемеха, которые меняют угол наклона в зависимости от давления почвы. В ходе эксперимента мы устанавливали зависимость высоты подскока компонентов клубненосного пласта от изменения угла наклона лемеха, регулируемого усилием сжатия пружины. На предварительно настроенном картофелекопателе мы осуществляли изменения натяжения пружин лемеха, тем самым регулируя изменение угла наклона и место подачи клубненосного пласта на элеватор. Полученные результаты обрабатывались методами математической статистики. На основании анализа полученного уравнения регрессии установлено, что высота подскока компонентов картофельного вороха имеет парабалический характер зависимости. Наибольшая высота подскока компонентов картофельного вороха равная 0,062 м наблюдалась при предварительном натяжении пружины 0,005 м. Следует отметить, что натяжение пружины способствует стабильности высоты подскока. Применение модернизированного подкапывающего органа в конструкции картофелекопателя КТН-2В несколько повышает повреждения клубней на 0,11%. Увеличение воздействия на клубненосный пласт не оказывает существенного влияния на повреждения клубней, благодаря прослойке почвы. При работе усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В установлено что, увеличение воздействия на клубненосный пласт в начале технологического процесса способствует повышению сепарации почвы, позволяя увеличить рабочую скорость агрегата на 14,7 % до 3,9 км/ч.
Ключевые слова: картофелеуборочная машина, подкапывающие рабочие органы, подпружиненный лемех, повреждения клубней, высота подскока.
EXPERIMENTAL SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF THE SPRING-LOADED SHARE OF THE POTATO HARVESTING MACHINE
NESTEROVICH E.O.,
Post-graduate student of FGBOU VO Ryazanskiy GATU, 10neo@mail.ru. BYSHOV N.V.,
Doctor of Technical Sciences, Professor, Rector of FGBOU VO Ryazanskiy GATU, university@rgatu.ru BORYCHEV S.N.,
Doctor of Technical Sciences, Professor, First Vice-Rector of the FGBOU VO Ryazanskiy GATU, university@rgatu.ru KOSTENKO M. Yu.
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Metal Technology and Machinery Repair FGBOU VO Ryazanskiy GATU, km340010@rambler.ru.
REMBALOVICH G.K.
Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Metal Technology and Machinery Repair FGBOU VO Ryazanskiy GATU, rgk.rgatu@yandex.ru.
Essay. Intensive impact on the tuber formation at the beginning of the technological process of potato harvester machine can improve the separation without significantly increasing the damage of potato tubers. The intensity of the impact undermining bodies on tuber layer should be determined by soil and climatic conditions at the time of harvesting. Based on the analysis of structures and theoretical assumptions have been developed and manufactured potepyali working on for potato digger KTN-2V, containing a spring-loaded blade that change the angle depending on the pressure of the soil. In the course of the experiment, we established the dependence of the height of the bounce of the tuber formation components on the change in the angle of the spring-loaded share, controlled by the compression force of the spring. On the pre-configured potato digger, we carried out the tension changes of Lemech springs, thereby regulating the change in the angle of inclination and the place of feeding the tuber formation to the Elevator. The obtained results were processed by methods of mathematical statistics. Based on the analysis of the obtained regression equations it is established that the height of the jump components of potato heap has parabolic dependence. The maximum height of the jump components of potato heap is equal to 0,062 m was observed at the preliminary spring tension of 0.005 m. it Should be noted that the spring tension contributes to the stability of the height of the jump. The application of the modernized undermining of the authority in the design of potato digger KTN-2V slightly increases the damage of tubers by 0.11%. Increased impact on the tuber formation does not have a significant impact on the damage of tubers, due to the layer of soil. When working an improved potato digger KTN-2V is well established that, increasing the impact on tuber formation in the beginning of the technological process promotes the separation of the soil, it is possible to increase the working speed of the unit by 14.7% to 3.9 km/h.
Key words: potato harvesting machine, digging up working bodies, spring-loaded share, tuber damage, the height of the jump.
Введение. Общеизвестно, что интенсивное воздействие на клубненосный пласт в начале технологического процесса картофелеуборочной машины позволяет улучшить сепарацию без существенного увеличения повреждений клубней картофеля, так как между лемехом и клубнями имеется прослойка почвы [1- С. 33]. В то же время воздействие на клубненосный пласт может увеличить вероятность сгруживания почвы на лемехе. Поэтому интенсивность воздействия подкапывающих органов на клубненосный пласт должна определяться исходя из почвенно-климатических условий на момент уборки. В условиях повышенной и пониженной влажности интенсивность воздействия подкапывающих органов должна быть максимальной, в условиях оптимальной влажности интенсивность воздействия должна снижаться, так же она должна меняться при изменении
рабочей скорости картофелеуборочной машины [2 -С.35, 3 - С.91]. На основе теоретических исследований [4 - С.88] был разработан и изготовлен покапывающий рабочий орган (рисунок 1) для картофелекопателя КТН-2В, содержащий подпружиненные лемеха, которые меняют угол наклона в зависимости от давления почвы.
Методика исследований. Перед проведением полевых исследований был выбран участок картофельного поля на базе опытной агротехнологической станции ФГБОУ ВО РГАТУ п. Стенькино Рязанского района Рязанской области. На момент проведения исследований была снята характеристика участка. Результаты замеров заносились в таблицу 1.
Все показатели определяли согласно ГОСТ Р 54781-2011.
а) общий вид подкапывающего рабочего органа; б) подпружиненный лемех.
Рисунок 1 - Общий вид усовершенствованного подкапывающего рабочего органа картофелекопателя КТН - 2В
Таблица 1 - Характеристика участка испытаний
Наименование Значение показателей
показателей
Дата снятия характери-
стики сентябрь 2017
Тип почвы темно-серая лесная
Наименование почвы по
механическому составу средний суглинок
Влажность почвы, % 19,5 - 23,3
Твердость почвы, МПа 0,42
Способ посадки рядовый
Ширина междурядий, см 70
Засоренность участка
сорняками, т/га 1,5
Фактический урожай
клубней, т/га 16,7
Состояние ботвы полуподсохшая/скошена
Количество кустов, тыс.
шт/га 36,9
Высота гребней, см 19,5
Усилие сжатия пружины изменялось предварительным натяжением пружины с помощью гайки. При сжатии пружины изменяется реакция лемеха на давление почвы, и угол наклона подпружиненного лемеха. Усилие сжатия определяют по средней величине сжатия тарированных пружин, установленных между лемехом и основанием.
Величина усилия определялась по формуле:
^ = С (х + а), (1)
п п \ /'
где ¥п - усилие сжатия пружины, Н;
Сп - коэффициент жёсткости пружины, Н/м;
а - предварительное натяжение пружины, м;
х - сжатие пружины при воздействии клубненосного пласта, м.
В ходе эксперимента мы устанавливали зависимость высоты подскока компонентов клубненосного пласта от изменения угла наклона лемеха, регулируемого усилием сжатия пружины. Для фиксации подскока компонентов клубненосного пласта в месте перехода с лемеха на прутковый элеватор, была наклеена измерительная шкала с шагом 0,05 м (рисунок 2).
Для проведения исследований была составлена матрица планирования эксперимента, представленная в таблице 2.
Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента
Экспериментальные исследования проводились с трехкратной повторностью и получением среднего значения, проводилась проверка достоверности и воспроизводимости опыта.
Рисунок 2 - Общий вид картофелекопателя с измерительной шкалой для фиксации высоты подскока компонентов
Экспериментальные исследования агрегата в составе трактора МТЗ-82 и картофелекопателя КТН-2В с усовершенствованным подкапывающим органом проводили на 2-й передаче. Настройка рабочих органов картофелекопателя осуществлялась с учетом агротехнических требований к качеству уборки картофеля. Затем на предварительно настроенном картофелекопателе мы осуществляли изменения натяжения пружин лемеха, тем самым регулируя угол наклона и место подачи клубненосного пласта на элеватор. Жесткость пружины составляла 10,3 Н/мм.
Результаты исследования. Полученные результаты были обработаны с помощью программы 8ТЛТ18Т1СЛ У8, что позволило получить уравнение регрессии:
у = 0.0599 + 0.9057 • х-107.619 • х2 (2)
где у - предварительное натяжение пружины, м;
х - высота подскока компонентов картофельного вороха, м.
Варьируемые параметры эксперимента Функция оптимизации
Предварительное натяжение пружины
Натуральные значения, м Кодированные значения Высота подскока, м
0 -2 Х1
0,005 -1 Х2
0,01 0 Х3
0,015 +1 Х4
0,02 +2 Х5
Предварительное натяжение пружины, м Рисунок 3 - Зависимость высоты подскока компонентов от предварительного натяжения пружины
Анализ статистических показателей модели позволяет говорить об её адекватности, коэффициент детерминации составляет Я2=0,73, коэффициент корреляции Я=0,86. Наиболее значимым членом уравнения регрессии является последний член уравнения, что подчеркивает парабалический характер зависимости. На основании полученного уравнения регрессии был построен график влияния натяжения пружины на высоту подскока представленный на рисунке 3.
Анализ графика показывает, что наибольшая высота подскока компонентов картофельного вороха равная 0,062 м наблюдается при предварительном натяжении пружины 0,005 м. Следует отметить, что натяжение пружины способствует стабильности высоты подскока. Учитывая, что высота подскока связана с интенсивностью воздействия на клубненосный пласт, нами также оценивались качественные показатели работы картофелекопателя, а именно: количество клубней, оставленных на поверхности поля, оставленных в почве, а также различные виды повреждений клубней [5 - С. 332].
Вывод. Испытания усовершенствованного картофелекопателя с модернизированным подкапывающим органом показали, что в сравнении с серийным он обеспечивает следующие показатели:
- при работе усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В потери клубней снижаются на 2,9 % в сравнении с серийным, за счет уменьшения количества клубней, присыпанных почвой;
- применение модернизированного подкапывающего органа в конструкции картофелекопателя КТН-2В практически не изменяет уровень повреждений клубней - они увеличились всего на 0,11 %. Таким образом, интенсификация воздействия на клубненосный пласт не оказывает существенного влияния на повреждения клубней благодаря прослойке почвы;
- при исследованиях усовершенствованного картофелекопателя КТН-2В установлено, что увеличение воздействия на клубненосный пласт в начале технологического процесса способствует повышению сепарации почвы, что позволяет увеличить рабочую скорость агрегата на 14,7% до 3,9 км/ч.
Список использованных источников
1. Борычев С.Н., Бойко А.И. Исследования процесса разрушения почвенных комков в картофелеуборочных машинах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - № 8. - С. 32-33.
2. Проектирование рабочих органов картофелеуборочных машин: учебное пособие / Н. В. Бышов, А.А. Сорокин, С.Н. Борычев и др.; М-во с.-х. Рос. Федерации. - Рязань: РГСХА, 2004. - 365 с.
3. Костенко М.Ю. Технология уборки картофеля в сложных полевых условиях с применением инновационных решений в конструкции и обслуживании уборочных машин: дисс. ... д-ра техн. наук. - Рязань, 2011. - 345 с.
4. Исследование тягового сопротивления лемеха с переменным углом наклона / Э. О.Нестерович, Н. В.Бышов, М. Ю.Костенко и др. // Вестник РГАТУ. - 2018. - № 1. - С. 84-89.
5. Анализ современных схемно-конструктивных решений рабочих органов первичной сепарации картофелеуборочных машин / Г.К. Рембалович, Н.А. Рязанов, И.А. Успенский и др. // В кн.: Повышение
эффективности функционирования механических и энергетических систем: материалы Всероссийской научно-технической конференции». - Саранск, 2009. - С. 330-333.
List of sources used
1. Borychev S.N., Boyko A.I. Investigations of the process of destruction of soil lumps in potato harvesters // Mechanization and electrification of agriculture. - 2006. - No. 8. - P. 32-33.
2. Designing the working organs of potato harvesters: a textbook / N. V. Byshov, A.A. Sorokin, S.N. Borychev and others; M-in agricultural production. Ros. Federation. - Ryazan: RSAA, 2004. - 365 with.
3. Kostenko M.Yu. Technology of potato harvesting in difficult field conditions with the use of innovative solutions in the design and maintenance of harvesting machines: diss. ... Dr. techn. sciences. - Ryazan, 2011. - 345 with.
4. Study of traction resistance of the share with a variable angle of inclination / E.O.Nesterovich, N.V.Byshov, M.Yu. Kostenko and others // Bulletin RGATU. - 2018. - No. 1. - P. 84-89.
5. Analysis of modern circuit-design solutions for primary separation of potato harvesting machines / G.K. Rembalovich, N.A. Ryazanov, I.A. Uspensky et al. // In: Improving the Efficiency of Mechanical and Energy Systems: Materials of the All-Russian Scientific and Technical Conference. - Saransk, 2009. - P. 330-333.
