Результаты экспериментальных исследований обмолачивающего устройства с эластичными гребенками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результаты экспериментальных исследований обмолачивающего устройства с эластичными гребенками

В.Е. Кругленя, С.В. Курзенков, М.В. Левкин, В.А. Левчук

(Поступила в редакцию 26.10.11)

Аннотации

В статье представлены методика и результаты экспериментальных исследований по определению степени обмолота головок льна обмолачивающим устройством с эластичными гребенками, которое позволяет повышать степень выделения головок льна и семян, при этом зубчатая поверхность гребенки обеспечивает качественную работу обмолачивающего устройства без образования путанины в льноворохе. Получено уравнение регрессии, которое отражает зависимость степени обмолота от скорости подачи ленты льна, зазора между гребнем и подбарабаньем и частоты вращения барабана и их оптимальные значения: (v=1,14 м/с; Д=0,01 м; n_б=5,67 с^-1), при которых степень обмолота составляет 98,43%.

The article presents methods and results of experimental research into the determination of the degree of threshing of flax heads by threshing device with elastic rakers, which allows increasing the degree of extraction of flax heads and seeds, the rugged surface of raker ensuring high-quality work of threshing device without tangling in flax heap. We have obtained the equation of regression, which reflects the dependence of threshing degree on the speed of flax band transporting, the space between raker and concave and the frequency of cylinder rotation and their optimal values: : v=1.14 м/с; Д=0.01 м; n_б=5.67 с^-1, which correspond to the threshing degree of 98.43%.

Введение

Льноводство и льнопереработка в Беларуси в комплексе представляют собой систему предприятий, осуществляющих полный производственный цикл получения товарной продукции (от выращивания льна до изготовления изделий). Поэтому она рассматривается как потенциально экономически выгодная и перспективная в экспортном плане [1].

Несмотря на государственную поддержку, на сегодняшний день отрасль является убыточной. Среднегодовое производство льноволокна составило 37,7 тыс. тонн (63% от задания). Урожайность льносемян не превышает 3 ц/га вместо 6-8 ц/га по отраслевому регламенту [2, 6].

Убыточность отрасли связана с низким качеством сырья и износом, технической отсталостью специализированной техники и льноперерабатывающего оборудования. В связи с тем, что материально-техническая база отрасли достаточно изношена, возникла необходимость приобретения современной европейской техники либо техники совместного производства, что экономически нецелесообразно, так как на технику совместного производства цена выше на 15-20% импортных аналогов [2].

Обеспечение технологизации производственного процесса на данном этапе обеспечивается внедрением раздельной уборки льна на основе применения вышеупомянутой техники. Однако в природно-производственных условиях Беларуси раздельную технологию нельзя рассматривать как альтернативу комбайновой в связи с тем, что погодная ситуация в разные годы оказывается более благоприятной для одного из этих способов. Поэтому наиболее приемлемой в Беларуси является технология комбинированной уборки, которая предполагает начало уборочных работ по технологии раздельной уборки с подключением в дальнейшем льноуборочных комбайнов [3].

Анализ источников

В настоящее время как за рубежом, так и у нас в стране широко используются гребневые очесывающие аппараты льноуборочных машин с поступательно-круговым движением гребней, т.е. движением, при котором зубья гребней, совершая круговое движение, не изменяют угла расположения их в пространстве [4, 9].

Преимуществом данного типа очесывающих аппаратов является обеспечение высокой чистоты выделения семян и головок из стеблей независимо от спелости, влажности и качества лент льна. Однако при очесе этими аппаратами повреждаемость стеблей и отход их в путанину часто превышает предусмотренные агротехническими требованиями нормы. В результате чего снижается номерность тресты и качество льноволокна, увеличиваются затраты энергоресурсов из-за необходимости дополнительной доработки грубого льновороха.

Для уменьшения отхода стеблей в путанину и снижения их повреждаемости в БГСХА разработано обмолачивающее устройство с четырьмя эластичными гребенками, которое отличается также и меньшей удельной энерго- и материалоемкостью по сравнению с гребневыми [7, 8].

Четыре эластичных гребенки установлены под острым углом к плоскости зажимного транспортера и совершают ударно-вытирающее воздействие с одновременным нарушением механических связей между стеблями и головками, а за счет последовательных ударов обеспечивают более интенсивное выделение коробочек и семян, застрявших в ленте льна, с минимальным количеством путанины (до 1%).

Методы исследования

К настоящему времени отсутствует теоретическое обоснование оптимальных параметров и режимов работы обмолачивающего устройства с эластичными рабочими органами, нет сведений об экспериментальных исследованиях их работы. Это обстоятельство вызвало необходимость проведения данных исследований. Для лабораторных исследований использовалась опытная экспериментальная установка (рис. 1).

Цель исследований - определение качественных и энергетических показателей процесса обмолота, необходимых для выбора основных конструктивных и кинематических параметров и расчета конструкции обмолачивающего устройства.

Рис. 1. Схема лабораторной установки:

1 - рама; 2 - зажимной транспортер; 3, 5 - мотор-редуктор; 4 - барабан; 6 - цепная передача; 7 - эластичные гребенки; 8 - кожух; 9 - преобразователь частоты; 10 - колеса; 11 - пульт управления

Экспериментальная установка состоит из рамы 1, на которой установлен зажимной транспортер 2, вращение которому передается мотор-редуктором 3 марки ZG 2 KMR 90 L4, мощностью 2,2 кВт. Также на раме 1 закреплен обмолачивающий барабан 4. Привод барабана состоит из мотор-редуктора 5-й марки ZG 3 KMR 100 L , мощностью 4 кВт и цепной передачи 6. Оба привода включаются при помощи пульта управления 11 и снабжены индивидуальными преобразователями частоты вращения 9-й серии VFD-М, позволяющими бесступенчато изменять контролируемые параметры: частоту вращения барабана и скорость подачи ленты льна.

Барабан 4 оснащен четырьмя эластичными гребенками 7, рабочая поверхность которых имеет зубчатую форму, установленных под углом относительно плоскости зажимного транспортера 2. Барабан закрыт кожухом 8. Установка снабжена колесами 10, которые вращаются в полуосях, приваренных к раме.

Опыты проводились со свежевытеребленным льном желтой спелости, влажностью стеблей до 56%, головок 10-35%. Пробы брались из 10-ти рулонов. Они формировались по 1 м.п. с различной толщиной слоя.

В опытах варьировали следующие факторы:

1. Частота вращения барабана. Значение нижней границы устанавливалось исходя из условия хотя бы однократного воздействия рабочего органа на ленту льна и принималось равным 4,0 с¹. Шаг изменения принимался равным 0,42 с¹. Значение верхней границы устанавливалось в ходе проведения эксперимента по значениям параметров оптимизации процесса обмолота исходя из обеспечения максимальной степени обмолота (согласно допустимым агротребованиям повреждения стеблей) и составило 6,07 с¹.

2. Скорость подачи ленты льна. Нижняя граница определялась из условия обеспечения минимально необходимой производительности льноуборочной машины и принималась равной 1,1 м/с. Значение верхней границы интервала варьирования определялось в ходе эксперимента по значениям степени обмолота и потерь семян от недообмолота и было равно 1,81 м/с. Шаг изменения скорости был принят равным 0,2 м/с.

3. Зазор между гребенкой и подбарабаньем. Пределы варьирования значения устанавливались исходя из возможной минимальной и максимальной обмолачиваемой толщины слоя, которая определялась соответствующей урожайностью льна. Нижняя граница принималась равной 0,005 м, верхняя - 0,03 м. Шаг изменения принят равным 0,005 м.

4. Угол установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера в значительной степени влияет на параметры оптимизации процесса обмолота лент льна. Нижняя и верхняя граница определялись исходя из условия перпендикулярности движения обмолачивающей гребенки к стеблям, находящимся в ленте, что способствует наиболее полному контакту рабочего органа со стеблями при их максимальной параллелизации и повышению степени выделения головок и семян. Нижняя граница принималась равной 55°, верхняя - 65°. Шаг изменения принят равным 2,5°.

5. Смещение ленты льна относительно обмолачивающего устройства. Нижний и верхний пределы варьирования устанавливались из условия обеспечения максимального воздействия рабочего органа на головчатую часть стеблей льна и принимались равным -0,1 и +0,1 м, при этом отрицательное значение соответствует смещению ленты льна в сторону удаления от оси барабана, а положительное - в сторону приближения к ней. Шаг изменения величины принимался равным 0,05м.

6. Влажность. Значение нижней границы влажности льна устанавливалось исходя из условия минимально возможной величины для условий Республики Беларусь и принималось равным 10%. Значение верхнего интервала определялось экспериментально по значению степени обмолота и повреждаемости стеблей и составляло 50%, так как при большей влажности работа льноуборочной машины невозможна. Шаг изменения принимался равным 10%.

В качестве оптимизирующего параметра принималась степень обмолота - Е (%). Исследуемый погонный метр ленты льна укладывался на расстилочный стол в виде слоя равной толщины в горизонтальном положении. Средняя длина стеблей составляла 0,62 м. После запуска установки лента льна подавалась в зажимной транспортер 2, приводимый в действие мотор-редуктором 3, с одновременным обмолотом рабочими органами 7 обмолачивающего барабана 4 (рис. 2). Далее обмолоченная лента льна укладывалась на пол, а полученный льноворох за счет потока воздуха, создаваемого гребенками, выбрасывался в мешок. Опыты проводились в трехкратной повторности.

Рис. 2. Схема обмолачивающего устройства:

б - угол установки гребенки относительно плоскости зажимного транспортера;

В - смещение ленты льна; n_б - частота вращения барабана;

Д - зазор между гребенкой и подбарабаньем

Основная часть

В результате проведения поисковых и отсеивающих экспериментов были определены наиболее значимые факторы и их интервалы варьирования. Интервалы и уровни варьирования факторов приведены в таблице.

Таблица. Уровни и интервалы варьирования факторов

Для того чтобы определить оптимальное сочетание выделенных факторов, были проведены эксперименты согласно матрице планирования полного факторного эксперимента 2³, которая включала восемь опытов. После проведения экспериментов проводилось крутое восхождение по поверхности отклика [5]. лен обмолот гребень барабан

По их результатам были определены коэффициенты регрессии: b₀ = 93,025; b₁ = 1,517; b₃ = 1,667; b₆ = 3,133; b_1,3 = 0,458; b_1,6 = 0,375; b_3,6 = 0,708, и статическая оценка полученной линейной модели: t _b0 = 348,844; t _b1 = 5,687; t _b3 = 6,25; t _b6 = 11,75; t _b1,3 = 1,719; t _b1,6 = 1,406; t _b3,6 = 2,656.

Проверку адекватности представления результатов экспериментов полиномом первой степени осуществляли путем сравнения табличного критерия Фишера с расчетным. Расчетное значение критерия Фишера F_р=5,698 больше табличного, поэтому гипотеза об описании результатов экспериментов линейной моделью отвергается.

На основании проведенных расчетов можно сделать заключение, что линейная модель

(1)

для описания результатов эксперимента не может быть принята. Поэтому в дальнейших исследованиях с целью изучения и описания области оптимума линейного приближения недостаточно, т.е. необходимо использовать планирование второго порядка, позволяющее получить представление о функции отклика с помощью полинома второй степени.

Несмотря на то что линейная модель для рассматриваемой зависимости оказалась неадекватной, мы провели крутое восхождение по поверхности отклика с помощью полученных коэффициентов регрессии в кодированном виде, предполагая, что при удачном движении можно установить более благоприятные условия для проведения следующей стадии эксперимента.

После крутого восхождения, когда линейного приближения поверхности отклика становится недостаточно, проводят описание почти стационарной области уравнениями второго порядка, которые учитывают кривизну поверхности отклика. В сельском хозяйстве для большинства технологических процессов с допустимой погрешностью 5% обычно достаточным является описание поверхности отклика полиномом второго порядка [5].

Для описания области оптимума уравнениями второго порядка в условиях неоднородностей Боксом и Бенкиным разработаны трехуровневые планы. Их отличительной особенностью является то, что во всех строках плана некоторые факторы находятся на нулевых уровнях. По сравнению с ортогональными и рототабельными, трехуровневые планы Бокса и Бенкина более экономичны и к тому же обладают свойствами вышеназванных планов [5].

В результате анализа нами был выбран трехуровневый план второго порядка Бокса-Бенкина для трех факторов, включающий 15 опытов. Опыты проводились в трехкратной повторности в рандомизированном порядке. С учетом данных крутого восхождения центр эксперимента был выбран в новой точке.

По вышеприведенной методике для критерия Е была получена следующая адекватная модель:

, (2)

где v - скорость подачи ленты, м/с; Д - зазор между гребнем и подбарабаньем, м; n_б - частота вращения барабана, с^-1.

В результате ее решения были получены рациональные параметры исследуемых факторов: v=1,41 м/с; Д=0,01 м; n_б=5,67 с^-1. После их подстановки в уравнение (3) получили значение степени обмолота Е=99,4%. В результате экспериментов, проведенных при этих же уровнях факторов, значение степени обмолота составило 98,43%. Разность между расчетным и экспериментальным значениями не превышает 5%. На основании этого можно сделать вывод, что экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетными и подтверждаются ими.

Заключение

В БГСХА разработано обмолачивающее устройство с четырьмя эластичными рабочими органами. Условие параллельности движения бича к стеблям, находящимся в ленте льна, способствует наиболее полному контакту рабочего органа с лентой льна, что повышает степень выделения головок и семян, а рифленая поверхность гребенки обеспечивает качественную работу обмолачивающего устройства без образования путанины в льноворохе.

В результате проведения полнофакторного эксперимента получена математическая модель процесса обмолота ленты льна обмолачивающим устройством предлагаемой конструкции. Результаты приведенных исследований позволят оптимизировать изучаемый процесс и лягут в основу методики расчета и проектирования обмолачивающего устройства.

Литература

1. Казакевич, П.П. Льноводство и переработка Беларуси: проблемы развития / П.П. Казакевич // Белорусское сельское хозяйство. - 2010. - №7. - С. 4-11.

2. Комплексный бизнес-план развития льняной отрасли Республики Беларусь на 2011-2015 гг. Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь. - Минск, 2010. - 160 с.

3. Левкин, М.В. Разработка комбинированного очесывающего устройства льноуборочного комбайна / М.В. Левкин, А.Д. Сентюров // Студенческая наука - региону: материалы обл. студ. науч. конф., Могилев, 26 мая 2010 г. / Отдел по делам молодежи Могилевского областного исполнительного комитета; Белорус.-Рос. ун-т; Областной совет студ. молодежи при председателе облисполкома ; редкол.: И.С. Сазонов [и др.]. - Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2010. - С. 116-121.

4. Льноуборочные машины / Г.А. Хайлис [и др.]. - М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

5. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.

6. Отраслевой регламент. Возделывание льна. Типовые технологические процессы. - Минск: Ин-т системных исследований в АПК НАН Беларуси, 2009. - 44 с.

7. Очесывающее устройство: пат.7068 Респ. Беларусь, МПК А 01F 11/00 / В.Е. Кругленя, М.В. Левкин, С.П. Кокиц, В.И. Коцуба; заявитель УО БГСХА. - № u 20100161; заявл. 18.02.2010; опубл.02.12.2010 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2011. - №1 (78). - С. 162.

8. Устройство для отделения семенных коробочек от стеблей льна: пат. 7224 Респ. Беларусь, МПК А01F 11/00 / В.Е. Кругленя, М.В. Левкин, В.И. Коцуба, С.Н. Крепочин, В.А. Левчук; заявитель УО БГСХА. - № u 20100607 ; заявл. 06.07.10 ; опубл. 02.02.11 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. - 2011. - №2 (79). - С. 154.

9. Шлыков, М.И. Льноуборочный комбайн / М.И. Шлыков. - М.: Машгиз, 1949. - 296 с.

Размещено на Allbest.ru