Оптимизация параметров капустоуборочной машины с инерционно-роторным режущим аппаратом

Аннотация. Белокочанная капуста имеет большое значение в народном хозяйстве. Она используется как один из важных продуктов в питании человека, как кормовая составляющая в животноводстве, а также представляет интерес для медицины. Как продукт, входящий в рацион человека, она используется как в свежем виде, так и в различных вариантах после обработки. Капуста, единственная в своем роде культура, которая хорошо заквашивается, достаточно долго хранится и может служить основным ингредиентом для приготовления различных салатов. При возделывании белокочанной капусты основная часть затрат от всего технологического процесса (до 30%) приходится на уборку. В фермерских хозяйствах, на небольших площадях (20-25 га), уборку капусты проводят вручную. Она обычно состоит из нескольких операций: срезание вилков капусты и погрузка в транспортное средство для отправки на сортировочный пункт; срезание вилков капусты и погрузка в транспортное средство и транспортировка на край убираемого поля. Далее для обеих технологий вручную обрезают листовую часть вилка и затаривают в сетки или контейнеры. Для более крупных хозяйств, где площади значительно выше, используются различные комбайны. По своему устройству их подбирающая часть оснащена лифтерами или вращающимися конусами для выдергивания капусты и ножами для обрезки кочерыги с корневищем. Нами предлагается режущий аппарат инерционно-роторного типа для подрезания кочанов вертикально вращающимся ножом. Для нахождения его кинематических параметров экспериментальным способом разработан и реализован многофакторный эксперимент. По его результатам рекомендованы оптимальные значения основных факторов.

Объект. В качестве объекта исследования рассматривался технологический процесс уборки капусты с применением комбайна с инерционно-роторным режущим аппаратом, оснащенным вертикальным поворотным ножом.

Материалы и методы. Для проведения исследований использован предельно насыщенный план «Рехтшафнера» в виде 3-х факторного эксперимента. Он был реализован с помощью программы на ПЭВМ. Значимость коэффициентов регрессии, полученных в результате решения, оценивалась по критерию Стьюдента.

Результаты и выводы. Для нахождения параметров работы инерционно-роторного режущего аппарата для уборки белокочанной капусты опытным путем реализован предельно насыщенный план «Рехтшафнера». По полученным уравнениям регрессии после определения их коэффициентов для различных размеров вилка построены сечения поверхностей отклика с оценкой по повреждению вилков и рекомендованы значения изучаемых параметров. В соответствии с решением уравнений оптимальная высота среза изменялось от 14 до 14,5 см, что вполне соответствует параметрам кочерыги (16см), угол поворота ножа при различных диаметрах вилка находился в пределах от 9 до 12 градусов, что объясняется особенностями конструкции комбайна с инерционно-роторным режущим аппаратом, соотношение скоростей (окружной вращения ножа и поступательной-движения машины) для малых диаметров кочана составляло – 1,8 , а для крупных – 2,25. Большая величина обеспечивает опрокидывание вилка капусты после подрезания ножом за счёт повышенной окружной скорости. Для практических целей рекомендована большая величина, т.е. 2,25.

1. Алатырев С. С., Кручинкина И. С., Алатырев А. С., Юркин А. П. Аналитическое обоснование конструктивных параметров приспособления для бережной загрузки кочанов при машинной уборке капусты. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 8. С. 29-34.

2. Алатырев С. С., Мишин П. В., Кручинкина И. С., Алатырев А. С. Оптимизация процесса отгрузки и укладки кочанов в контейнеры при машинной уборке капусты в щадящем режиме. Вестник КрасГАУ. 2018. № 1 (136). С. 101-108.

3. Костюченков Н. В., Даирбекова А. К. Методика определения размерно-массовой характеристики растений капусты. Вестник Курганской ГСХА. 2013. № 4 (8). С. 58-59.

4. Тончева Н. Н., Белов В. В., Самсонов А. Н., Никитин А. И. Щадящая уборка белокочанной капусты как способ повышения ее лежкости. Вестник евразийской науки. 2014. № 2 (21). 106TVN214.

5. Тончева Н. Н., Лебедев В. Г., Егоров В. П. Технические средства для уборки овощей в малых формах хозяйствования. Известия ОГАУ. 2015. № 2 (52). С. 77-80.

6. Цепляев А. В. Теоретический анализ процесса работы капустоуборочной машины. Известия НВ АУК. 2023. 2(70).

7. Цепляев А. Н., Лазаренко Я. С. Результаты экспериментальных исследований по определению коэффициентов трения. Известия НВ АУК. 2012. № 4. С. 221-225.

8. Цепляев А. Н., Ульянов М. В., Климов С. В., Цепляев А. В. Теоретические исследования по истории перекатывания сферических и тороидальных тел на поверхность плодов бахчевых культур. Вестник Курганской ГСХА. 2019. № 1 (29). С. 62-65.

9. Цепляев А. Н., Цепляев А. В., Цепляев В. А., Ульянов М. В., Климов С. А. Определение оптимального соотношения скоростей рабочих элементов машин при уборке арбузов и капусты. Аграрный научный журнал. 2019. № 5. С. 89-94.

10. Шапров М. Н., Цепляев А. В., Цепляев А. Н., Богданов С. И., Бердышев В. Е. Результаты определения технологических свойств белокочанной капусты. Известия НВ АУК. 2022. № 4 (68). С. 458-465.

11. Espinosa H. D., Prorok B. C., Fischer M. A methodology for determining mechanical properties of freestanding thin films and MEMS materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2003. V. 51. I. 1. P. 47-67.

12. Gongpei Cui, Xinmeng Zheng, Jingzheng Wang, Chen Yang, Zhihao Liu, Yongjie Cui Physical and Mechanical Experiments for Designing Cabbage Precision Trimming Device. ASABE Annual International Meeting. 2019. 1901420.

13. Wang W., Wang S., Zhang J. Experiment and Research on Cutting Mechanical Properties of Little Cabbage. Appl. Sci. 2022. V. 12. № 2060. P. 1418-1423.