Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Вип. 107. Механізація сільськогосподарського виробництва. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

241

УДК 631.356.2

АНАЛІТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВІБРАЦІЙНОГО ВИКОПУВАННЯ

КОРЕНЕПЛОДІВ ЦУКРОВОГО БУРЯКУ

Булгаков В.М., д. т. н., академік НААН

Національна академія аграрних наук України

Головач І.В., к. фіз.-мат. н

Національний університет біоресурсів і природокористування України

Салтисюк В.І., к. т. н

Відокремлений підрозділ Національного університету біоресурсів і

природокористування України «Бережанський агротехнічний інститут»

Розроблена теорія ударної взаємодії вібраційного викопуючого робочого

органу з коренеплодом, закріпленим у ґрунті, при вібраційному викопуванні

цукрових буряків. Отримані залежності дають можливість аналітично

визначати кінематичні та конструкційні параметри викопуючого робочого

органу з умов непошкодження коренеплодів

Вступ. Цілком очевидно, що найбільша ймовірність пошкодження

коренеплодів існує при наявності ударної взаємодії робочого органу

бурякозбиральної машини з тілом коренеплоду, закріпленим у ґрунті. А тому

виникає необхідність дослідити теоретично зазначену ударну взаємодію і на

основі отриманих результатів визначити кінематичні і конструкційні параметри

викопуючих робочих органів з умов непошкодження коренеплодів при їх

вібраційному викопуванні [1]. Слід зазначити, що до цього часу такої теорії не

існує. Лише у роботах [5] і [6] наведені деякі експериментальні результати

ударної взаємодії маятникового копіра з головкою коренеплоду.

Результати досліджень. При наїзді лемешів вібраційного робочого

органу на коренеплід відбувається удар, який, як відомо, характеризується

значним ударним імпульсом. А оскільки обламування або розрив коренеплоду

більш ймовірні, коли коренеплід закріплений у твердому і сухому ґрунті, то

саме такий випадок необхідно дослідити. Складемо еквівалентну схему ударної

взаємодії вібраційного викопуючого робочого органу з тілом коренеплоду при

наїзді робочого органу на коренеплід. Представимо вібраційний робочий орган

у вигляді двох клинів і , кожний з яких у просторі має нахил під

кутами , , (рис.1). Вказані клини здійснюють коливальні рухи у

повздовжньо-вертикальній площині, напрямок поступального руху

вібраційного викопуючого робочого органу показано стрілкою.

Вважаємо, що ударна взаємодія коренеплоду, який апроксимується тілом

конусоподібної форми, з поверхнями клинів і відбувається відповідно

у точках і . Причому ударний контакт може відбуватися безпосередньо, або

через тонкий шар ґрунту між поверхнями клинів і коренеплодом.

111

CBA

222

CBA







111

CBA

222

CBA

242

Покажемо сили, які виникають внаслідок взаємодії вібраційного робочого

органу з коренеплодом (рис.).

Рис. 1 – Еквівалентна схема ударної взаємодії вібраційного викопуючого робочого органу з

коренеплодом, закріпленим у ґрунті

Нехай від вібраційного робочого органу діє вертикальна збуруюча сила

, що змінюється за гармонійним законом, яка прикладається до

коренеплоду з двох його боків, а тому на схемі вона представлена двома

складовими та . Вібраційний копач рухається поступально у

напрямку осі Ox, тому у напрямку осі Ox діють також рушійні сили і , які

прикладені у точках і відповідно. У центрі ваги коренеплоду (точка С)

діє сила ваги коренеплоду . Сили зв'язку коренеплоду з ґрунтом у напрямку

осей Ox і Oz позначені через та відповідно. І, нарешті, під час удару на

коренеплід з боку вібраційного робочого органу діють ударні імпульси і

, які прикладені відповідно у точках і , причому . Дані ударні

імпульси напрямлені вздовж нормалей до робочої поверхні лемешів, тобто

площин і відповідно. Крім того, по поверхні клинів діють

дотичні ударні імпульси і , причому, . Згідно гіпотези Рауса

зв'язок між величинами дотичного і нормального ударного імпульсів

формулюється подібно закону Кулона для тертя, а саме [4]:

, (1)

çá.

çá.1

çá.2

21 nn



111

CBA

222

CBA







fSS





243

де – динамічний коефіцієнт, який характеризує властивості поверхонь тіл,

що співударяються.

Розкладемо імпульси і на складові і , перпендикулярні до

прямих та відповідно, та складові і , паралельні до прямих

та відповідно (рис.). Так представлені вектори і дають

можливість у подальшому знайти їх проекції на осі Ox і Oy.

Величина ударного імпульсу може бути різною в залежності від

швидкості коливального руху робочого органу у вертикальній площині. Більш

того, оскільки коренеплід має конічну форму, то при русі вібраційного

робочого органу вниз вертикальна складова ударного імпульсу фактично

відсутня. У цьому випадку ударний імпульс буде виникати лише від

поступального руху копача.

Нехай коливання робочого органу здійснюються за наступним

гармонійним законом:

, (2)

де – відхилення робочого органу від горизонтальної осі, навколо якої

відбувається коливання;

– амплітуда коливань робочого органу,

– частота коливань робочого органу.

Тоді швидкість коливального руху робочого органу у будь-який

момент часу t буде дорівнювати:

, (3)

а максимальне значення даної швидкості буде дорівнювати:

. (4)

Отже потрібно дослідити випадок ударної взаємодії, коли ударний

імпульс буде максимальним. Це саме той випадок, коли в момент наїзду

вібраційного викопуючого органу на коренеплід робочий орган рухається вгору

з максимальною швидкістю .

Оскільки усі сили, зображені на рис., мають скінченні величини, то за час

удару імпульси від цих сил дорівнюють нулю. Лише ударні імпульси і

мають не нульове значення, причому очевидно, що (удар

симетричний).

Застосуємо далі теорему про зміну кількості руху при ударі [2]:

, (5)

де – швидкість робочого органу до удару;

– швидкість робочого органу після удару;

– маса робочого органу.



taz



cos







зб.

taV

çá



sin







maxçá.

21 nn









SSSSVUm



244

При цьому

, (6)

де – швидкість поступального руху копача; – максимальна

швидкість коливального руху робочого органу.

Вектор поступальної швидкості копача напрямлений по осі Ох, а

вектор швидкості коливального руху робочого органу – по осі Оz вгору.

Враховуючи (1), векторне рівняння (5) набуде наступного вигляду:

. (7)

Зв'язок між швидкістю робочого органу після удару і до удару

виражається через коефіцієнт відновлення [3], а саме:

, (8)

де – проекція швидкості робочого органу після удару на нормаль до

поверхні клина,

– проекція швидкості робочого органу до удару на нормаль до

поверхні клина.

Оскільки , , то, враховуючи [2], отримуємо:

, (9)

, (10)

де .

Підставляючи вирази (9) та (10) у (8), одержимо наступне рівняння:

. (11)

Оскільки удар симетричний відносно площини хОz, то векторне рівняння

(7) зводиться до системи двох рівнянь – у проекціях на осі Ох і Оz.

Після визначення проекцій ударних імпульсів, що входять у векторне

рівняння (7), та врахування виразу (11) отримаємо систему трьох рівнянь

наступного вигляду:

(12)

max.ï çá

VVV





maxçá.





2121 nnnn

SfSfSSVUm 







UUU





max.çáÏ

VVV









tgtg





çáÏ





tgtg

max.







tg1tg L















tgtgtgtg

max.çáÏzx

VVUU









 



















.tgtgtgtg

,sinsin2

tg2

,sincossin2coscos2

tg2

max.











çáÏzx

çáz

Ïx

VVUU

VUm

fSfS

VUm

245

Застосовуючи метод Крамера до системи рівнянь (12), отримаємо:





 

tgsincossin2coscos2

tgtg

tg2tgsinsin2tg2

max.









Lff

LVV

çáÏ

















(13)

Однак, нас більше цікавить величина ударної сили, а не ударного

імпульсу, оскільки багато показників фізико-механічних характеристик

цукрових буряків зв'язані саме з зусиллями, що діють на коренеплід з боку

робочого органу. Згідно [3] максимальне значення ударної сили буде приблизно

у два рази більшим за її середнє значення за проміжок часу , тобто

, (14)

де – максимальне значення ударної сили,

– ударний імпульс,

– середнє значення ударної сили,

– тривалість удару.

Враховуючи значення проекцій ударного імпульсу на осі Ох і Оz та вираз

(14), зможемо записати значення проекцій сили відповідно на осі Ох і Оz:

, (15)

, (16)

де значення визначається згідно виразу (13), взятому з додатнім знаком.

Тривалість удару можна визначити лише експериментально. Згідно

[5] с.

Розглянемо далі умови непошкодження коренеплоду при його ударній

взаємодії з робочим органом. Якщо удар відбувається у точках і , які

знаходяться на відстані від умовної точки закріплення (рис.), то момент

горизонтальної складової ударної сили відносно цієї точки, враховуючи вираз

(15), буде дорівнювати:

. (17)

Тоді умовою незламування коренеплоду буде наступна умова:

, (18)

.óä

óä

ñðóäóä

FF 

.óä

ñðóä

.уд

.óä



sincossin4coscos4

tg4

óä

õóä















sinsin4

tg4

óä

zóä



















.óä

106,0





óä











sincossin4coscos4

tg4

)(

óä

õóäo









înçãõóäo

MMFM





][

246

де – допустимий для тіла коренеплоду згинальний момент, при якому

не відбувається зламування коренеплоду;

– опорний момент нерозпушеного ґрунту, у якому закріплений

коренеплід.

Умовою нерозривання коренеплоду буде наступна умова:

, (19)

де – допустима для тіла коренеплоду сила, при якій не відбувається

розриву коренеплоду;

– вертикальна сила зв'язку коренеплоду з ґрунтом.

З умови незламування коренеплоду (18) та умови нерозривання

коренеплоду (19) при ударній взаємодії викопуючого робочого органу з

коренеплодом визначимо обмеження на швидкість робочого органу.

Введемо наступні позначення.

, (20)

, (21)

. (22)

Тоді з виразів (13), (18) та (19) отримуємо наступні обмеження на

швидкість викопуючого робочого органу:

. (23)

Якщо задатися поступальною швидкістю бурякозбиральної машини,

то з (23) знаходимо значення максимальної швидкості коливального

руху вібраційного викопуючого робочого органу:

. (24)

Тоді з виразу (4) можна визначити при заданій амплітуді потрібну частоту

коливань робочого органу з умов непошкодження коренеплоду:

. (25)

Задаючи різні значення поступальної швидкості бурякозбиральної

машини, можна побудувати графік залежності частоти коливань робочого

органу від поступальної швидкості бурякозбиральної машини.





çã

în

zðîçðzóä

RFF





][

ðîçð









Lffh

LtM

óäçã







sincossin4coscos4tg4

][

LtF

óäðîçð







sinsin4tg4

][





 

LfffL











sincossin2coscos2tg2tgsinsin2tg2





çáÏ

,min

tgtg

max.





max.çá























,min

max. Ïçá

























,min



247

Висновок. Складено рівняння ударної взаємодії вібраційного

викопуючого робочого органу з тілом коренеплоду цукрового буряка,

закріпленим у ґрунті. З умов непошкодження коренеплодів отримано вираз для

визначення допустимої частоти коливань вібраційного викопуючого робочого

органу з урахуванням його конструкційних параметрів та поступальної

швидкості руху бурякозбиральної машини.

Список використаних джерел

1. Головач І.В. Механіко-технологічне обґрунтування вібраційного

викопування коренеплодів. Автореф. дис…. докт. техн. наук. К.: НУБіПУ,

2011. 49 с.

2. Булгаков В.М., Головач І.В. Уточнена теорія викопуючого робочого

органу лемішного типу // Вісник аграрної науки Причорномор'я.

Спеціальний випуск 4(18). Том І. – Миколаїв: МДАУ, 2002. – С. 37-63.

3. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. Т.II.

Динамика. – М.: Наука, 1985. – 496 с.

4. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. – М.: Наука, 1985.

– 287с.

5. Погорелый Л.В., Татьянко Н.В. Свеклоуборочные машины (история,

конструкция, теория, прогноз). – К.: Феникс, 2004. – 232 с.

6. Свеклоубочные машины (конструирование и расчет) // Л.В. Погорелый,

Н.В. Татьянко, В.В. Брей и др.; под общ. ред. Л.В. Погорелого. – К.:

Техніка, 1983. – 168 с.

Аннотация

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО

ВЫКАПЫВАНИЯ КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Булгаков В.М., Головач И.В., Салтисюк В.И.

Разработана теория ударного взаимодействия вибрационного выка-

пывающего рабочего органа с корнеплодом, закрепленным в почве, при вибра-

ционном выкапывании сахарной свеклы. Полученные зависимости дают возмож-

ность аналитически определять кинематические и конструкционные параметры

выкапывающего рабочего органа исходя из условий неповреждения корнеплодов

Abstract

ANALYTICAL RESEARCH OF OSCILLATION EXCAVATION OF ROOT

CROPS OF SUGAR BEET

V. Bulgakov, I. Golovach, V. Saltisyuk

The theory of shock interaction of a vibrational digging out executive device

with a root crop fixed in soil is developed, at vibrational digging up of a sugar beet.

The received dependences afford an opportunity to define analytically kinematic and

constructional parametres of a vibrational digging out executive device, proceeding

from conditions of undamageability of root crops

248

УДК 631.354:633.1

ВПЛИВ ТРАВМУВАННЯ І МІКРООРГАНІЗМІВ НА ЯКІСНІ

ПОКАЗНИКИ ЗЕРНА І НАСІННЯ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ ПРИ ЗБИРАННІ,

ПІСЛЯЗБИРАЛЬНОМУ ОБРОБІТКУ ТА ПОСІВІ

Дерев’янко Д.А., к.с-г.н., доц.

Житомирський національний агроекологічний університет

В статті наведені результати досліджень впливу травмування і

мікроорганізмів на якісні показники насіння при збиранні, післязбиральному

обробітку і посіві

Постановка проблеми. Існуючі в даний час машини і технологічні лінії

не в повній мірі забезпечують отримання високоякісного насіння. У зв’язку з

цим на всьому шляху цих процесів зернівки отримують високий

рівень травмувань.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Відомо, що виробництво

насіння включає комплекс технологічних операцій вирощування, збирання,

післязбиральної обробки зернового вороху, при потребі сушіння, сортування та

калібрування, зберігання і передпосівну підготовку [1-4].

При виконанні будь-якої із наведених операцій на зернівку діють багато

робочих і транспортуючих елементів, які негативно впливають на зміну її

якісних і біологічних властивостей. Після обмолоту, поступивши на тік і

знаходячись на ньому певний період з багатьма компонентами, зерно різних

культур з вологими засмічувачами, частинками подрібненої соломи, колосків,

полови, посіченого і розмеленого зерна, насінням бур’янів високої вологості,

частинками вологого ґрунту, пилу, біологічно недозрілим сирим зерном та

іншими органічними і мінеральними забруднювачами, а також наявним

травмованим зерном, навіть при короткому контактуванні з основною

культурою, дуже швидко передають останній свої негативні впливи.

В результаті цього контакту підвищується інтенсивність дихання і

виділяється тепло, яке створює сприятливе середовище для розвитку і

життєдіяльності мікроорганізмів. В комплексі ці процеси приводять до

значного погіршення якісних показників насіння.

Результати досліджень. Дослідження проводили на кількох сортах

озимої пшениці і озимого жита в різних грунтово-кліматичних зонах

Лівобережної частини Лісостепу і Полісся України. В цій статті приведені дані

досліджень для озимої пшениці сорту Перлина Лісостепу, на різних стадіях

збирання, післязбирального обробітку та посіву. Обмолот проводили

зернозбиральним комбайном “Славутич”, а післязбиральний обробіток на

зерноочисному комплексі ЗАВ 20, зерноочисних машинах “Петкус” та СМ-4.

Травмування та пошкодження мікроорганізмами насіння показано в табл. 1.

Дані табл. 1 говорять про те, що протягом обмолоту, макротравми мали не

значну кількість в зерновій масі і становили максимально 2% після розвантаження на

тік. При наступних операціях доробки насіння макротравмування не відбувалося.

249

Таблиця 1 – Травмування і пошкодження мікроорганізмами насіння озимої пшениці

Стадії відбору

зразків для

досліджень

Макротравми, %

Мікротравми, % Пошкодження мікроорганізмами, %

Оболонок

зародку і

ендосперму

Без

пошкодь-

жень

Узагаль-

нений

показник

Фуза-

ріоз

Гель-

мінто-

споріоз

Септо-

ріоз

Альтер-

наріоз

Плісневі

грибки

На пні

2,76

В жатці

12,05

Після

барабану

1 34 35 17,93 8 9 5 0 0

Після решіт

20,96

В бункері

21,43

Після

розванта-

ження з

бункеру

1 45 25 23,70 27 18 19 0 0

Після

розванта-

ження на тік

2 46 25 26,92 33 19 11 2 0

Після 1

ої

машини

2 58 22 29,69 23 16 9 2 Слабо

Після 2

ої

машини

0 37 20 30,00 16 14 6 1 Слабо

Після СМ

28,87

Слабо

Після

протруєння

0 41 17 30,18 0 0 0 0 0

Після просіву

33,79

Мікротравми оболонок зародку і ендосперму зростали до розвантаження

на тік та первинної обробки і становили 58%, а потім їх кількість знову

знаходилася на стабільному рівні в межах 41 – 43%.

Без пошкодження на початок обмолоту в жатці знаходилося 75% зернівок, а

після барабану їх кількість зменшилася на 40 %. При наступних процесах

збиральних робіт та післязбиральної доробки зернової маси цей показник

наблизився до 21%, а після протруювання і посіву знизився ще на 7%. Тобто, після

проходження насіння по насіннєпроводу в ґрунт лягло 86% травмованих зернівок.

При цьому, узагальнений показник травм із початкового стану в кількості 2,76%,

постійно зростав при різних стадіях робіт і відповідно досяг після розвантаження на

тік – 26,92%, після первинної доробки – 30,00%, після посіву – 33,79%.

Це свідчить про те, що на всіх стадіях технологічного процесу обмолоту,

післязбиральної доробки зернового вороху і підготовки насіння, протруєння та

посіву мало місце травмування зернівок різних видів травм.

Внаслідок отримання травм, в значній мірі відбувалась підвищена дія і

активність пошкоджень такими мікроорганізмами, як фузаріоз, коли на час

розвантаження зернової маси на тік його кількість становила 33%, а при

наступних операціях обробітку поступово зменшувалась і після протруєння

шкідників в зерновій масі не спостерігалась.

250

Наявність гельмінтоспоріозу і септоріозу також після розвантаження з

бункера досягала максимальних величин і становила 18 – 19%.

Як видно з даних таблиці, що шкідників альтернаріозу знаходилася

мінімальна кількість і при підготовці насіння появилася також слабка дія

плісневих грибків.

Якісні показники озимої пшениці приведені в табл. 2, які свідчать про те,

що чистота зернової маси на початку збирання становила 97,8%, по мірі

проходження обмолоту вона занизилась, а на період розвантаження зернового

вороху на тік зменшилася до 93,00%, або на 4,8%.

Таблиця 2 – Показники якості насіннєвого матеріалу озимої пшениці

Стадії відбору

зразків для

досліджень

Чистота,

Насіння

культур-

них

рослин,

шт./кг

Насіння

бурянів,

шт./кг

Схо-

жість,

Вологість, %

Маа

1000

насінин,

Натура,

г/л

Лабора-

торна,

На

місці

взяття

зразка,

На пні

99,1

99,0

12,0

13,5

47,3

755

В жатці

97,8

98,8

12,2

13,1

47,0

750

Після барабану

96,1

97,1

12,5

11,3

46,6

733

Після решіт

94,2

97,0

12,1

13,3

44,8

725

В бункері

94,0

93,5

12,0

12,5

43,5

715

Після

розванта-

ження з

бункеру

93,5 0 60 92,5 11,8 12,4 43,1 710

Після розван

таження на тік

93,0 0 65 92,0 12,0 12,5 43,8 707

Після 1

ої

машини

95,5 0 44 92,0 11,2 12,2 43,5 715

Після 2

ої

машини

96,8 0 30 95,0 11,2 12,0 43,5 728

Після СМ

97,5

97,6

11,0

12,3

45,1

752

Після

протруєння

98,0 0 0 98,2 11,3 12,5 45,3 750

Після просіву

98,2

98,3

11,0

12,0

43,5

754

При наступних операціях підготовки насіння цей показник покращився

до 98,2%. Як видно з даних, насіння інших культурних рослин в цій зерновій

масі було відсутнє. Вологе насіння бур’янів, як головне джерело розвитку і

діяльності шкідників на багатьох етапах виконання робіт мало місце. Так після

проходження через барабан зернової маси, кількість насіння бур’янів становила

70 штук на кілограм, а після розвантаження з бункера - 60 штук на кілограм, після

проходження через очисні агрегати їх кількість знизилася до нульової позначки.

Головний показник якості насіння схожості, на початковій стадії

збирання становить 98,8%, що є дуже позитивним значенням.

При наступних операціях технологічного процесу цей показник зменшувався

до значення 92,0%, а потім знову покращився до 98,3%. Це говорить про те, що

даними зерноочисними можна досягти високого рівня схожості насіння.

Всі наявні дані про вологість зерна протягом всього періоду виконання