УДК 633.522
DOI: 10.15587/1729-4061.2021.244903
Розроблення котка-подрібнювача стебел соняшнику та обґрунтування раціональних режимів його роботи
В. О. Шейченко, В. А. Вольський, Р. В. Коцюбанський, В. І. Днесь, M. В. Шевчук, О. І. Біловод, О. У. Дрожчана
Досліджено технологічний процес подрібнення рослинних решток соняш- нику та причинно-наслідкові зв'язки чинників, що обумовлюють систему фор- мувань показників якості. Створено необхідні передумови визначення раціона- льних режимів та параметрів котка-подрібнювача.
Розроблено та виготовлено дослідний зразок котка-подрібнювача, у якого ріжучі ножі розміщено по всій ширині захвату у шаховому порядку з можливі- стю змінювати кут нахилу до осі обертання барабана в діапазоні 5…20°.
Встановлено, що за правого розташування ріжучої кромки ножів найбі- льший сумарний рівень відсотку подрібнених стебел у діапазоні 101–150 мм з довантаженням масою 800 кг перевищував у 1,58 рази відповідні показники котка з довантаженням 600 кг. Найбільше сумарне значення відсотку подріб- нених стебел у діапазоні 0–200 мм за умов довантаження котка масою 800 кг у 1,13 рази перевищувало відповідні показники котка з довантаженням 600 кг.
У діапазоні 0–200 мм за умов 600 кг довантаження котка, лівого розта- шування ріжучої кромки ножів котка відмічено вищі сумарні відсотки подріб- нених стебел у порівнянні з правим. За швидкості 7,45 км/год, 13,6 км/год нако- пичене значення відсотку подрібнених стебел перевищувало відповідні показни- ки з правим розташуванням ножів у 1,09 рази, швидкості 18,6 км/год – у 1,04 рази, швидкості 22 км/год – 1,04 рази відповідно.
Відмічено, що за умов лівого розташування ріжучої кромки ножів котка, відсоток подрібнених стебел у діапазоні 51–100 мм за рівнем довантаження 600 кг перевищував відповідні показники з довантаженням 800 кг. Це переви- щення за швидкості 10,08 км/год складало 1,9 рази, за швидкості 13,6 км/год – 1,44 рази, за швидкості 18,6 км/год – 1,96 рази, швидкості 22 км/год – 1,99 рази, відповідно.
Ключові слова: подрібнення стебел соняшнику, рослинні рештки, зароб- лення рослинних решток, обробіток ґрунту, коток-подрібнювач, показники якості подрібнення.
1. Вступ
Технологічні операції подрібнення залишків кукурудзи, соняшнику, ріпа- ку, сидератів та низки інших культур здійснюють спеціальними машинами. Ко- ток-подрібнювач у поєднанні з дисковою бороною – надзвичайно ефективне знаряддя на такому агрофоні. Його дія сприяє подрібненню, частковому загор- танню рослинних решток, а також утворенню добре замульчованого верхнього шару ґрунту. Цей шар ґрунту характеризується агрономічно цінною структу-
Not
a reprint
рою. Рівномірне перемішування рослинних решток з ґрунтом також доцільно і з точки зору їх швидкого розкладання, утворення сприятливих умов для посіву і попередження ранньої засміченості.
Відмітимо, що змінення клімату суттєво впливає на розширення форм, ви- дів шкідників і хвороб рослин. За умов вирощування кукурудзи аграрії все гос- тріше відчувають негативний вплив на культуру кукурудзяного метелика. За- стосування хімічних засобів не вирішує цієї проблеми. Як показує практика, подрібнювачі стебел кукурудзи ефективні у боротьби з зазначеним шкідником.
До якості подрібнення залишків грубостеблових культур висувається низка агротехнічних вимог, дотримання яких можливе тільки за умов урахування за- лежності якісних показників від технологічних параметрів. Ці умови є базови- ми при проектуванні нових машин і знарядь.
Науковцями постійно здійснюється пошук нових техніко-технологічних рішень та удосконалення конструкцій котків-подрібнювачів. Проте відсутність загальної методології обґрунтування раціональних технологічних параметрів як комбінованих машин, що містять дискові ротаційні знаряддя та котки- подрібнювачі, так і котки-подрібнювачі у вигляді монознаряддя, призводить до подальших серйозних прорахунків, які виникають при проектуванні нових.
Сліпе копіювання чужих розробок, що нерідко спостерігається в сучасних умо- вах виробництва, призводить до накопичення проблем та подальшого застосу- вання не обґрунтованих рішень.
Якість роботи котків-подрібнювачів в значній мірі залежить від правильного вибору їх раціональних параметрів і режимів роботи, які повністю визначаються не тільки конструкційними особливостями, але й умовами експлуатації.
Тому дослідження механізму впливу фізико-механічних властивостей рос- линного матеріалу на якість його подрібнення є необхідною умовою при обґру- нтуванні і розробленні технологічних параметрів котків-подрібнювачів та ре- жимів їх роботи.
2. Аналіз літературних даних та постановка проблеми
Залежність якості роботи котків-подрібнювачів від умов експлуатації іноді настільки відчутна, що виникає потреба розроблення модельного ряду знарядь для кожної ґрунтово-кліматичної зони [1]. Широкий діапазон змінення більшо- сті властивостей рослинного матеріалу навіть для одного й того ж поля є тим причинно-наслідковим чинником, що обумовлює якість роботи [2].
Використання спеціальних машин, до складу яких входять котки- подрібнювачі, доцільно лише за умови їх великого завантаження [3]. Відміти- мо, що крім соняшникової та кукурудзяної стерні, доцільно здійснювати також операції подрібнення і заробляння сидератів, обробку стерні рапсу, зернових культур тощо [4].
На орних землях багатьох держав найбільш вірогідно одночасно із зрос- танням температури у літні місяці слід очікувати підвищення дефіциту доступ- ної для рослин вологи у ґрунті [5]. За таких кліматичних змін найактуальніши- ми є питання максимального накопичення протягом року опадів і найраціона- льнішого використання вологи у теплий період. Досягти цього можливо широ-
For
reading
only
ким впровадженням таких систем обробітку ґрунту, що унеможливлюють що- річне перевертання орного шару, Такі заходи покращують збереження і нако- пичування на поверхні ґрунту мульчі, зменшують швидкість руху приземного шару повітря і сприяють кращому збереженню вологи, накопиченої протягом осінньо-зимового періоду [6].
За умов механічного оброблення стерні грубостеблових культур ступінь подрібнення стебел – важливий показник якості виконання технологічної опе- рації [7]. Для кукурудзи за критерій оцінювання встановлюють кількість не по- шкоджених частин стебел завдовжки понад 5 см, в яких можуть зимувати ляле- чки кукурудзяного метелика. Для інших культур цей показник не має такого суттєвого значення [8].
За таких умов відмітимо відсутність у вище наведених публікаціях кількіс- ного оцінювання показників якості виконання операцій подрібнення грубостеб- лових культур у всьому діапазоні розмірів рослинних решток.
У статті [9] наведено результати досліджень машинно-тракторного агрега- ту, який одночасно виконує технологічні операції подрібнення і загортання ґрунтом рослинних залишків (соняшникова стерня). Першу операцію здійсню- ють завдяки подрібнювача рослинних залишків, встановленого спереду. Плуг, встановлений позаду здійснює операцію загортання. Відмічено, що кількість подрібнених частинок довжиною менше 15 см зросла у 1,5 рази, а кількість час- тинок довжиною більше 30 см зменшилася у 3 рази. За умов аналізу всього об'єму рослинних залишків у ґрунті їх незруйнована частина не перевищувала 1 %. Проте поза увагою авторів залишилися питання визначення впливу на якість подрібнення рослинних решток швидкості руху агрегату.
У дослідженні [10] відмічено, що повернення та глибоке закопування сіль- ськогосподарської соломи у ґрунт є ефективним способом використання та пе- реробки ресурсу соломи, зменшення забруднення та підвищення родючості ґрунту. Авторами статті [10] було розроблено комбінований агрегат для глибо- кого боронування, подрібнення стерні, перевертання та закопування подрібне- ної соломи. Таким чином, машина поєднала функції очищення стерні та відк- риття борозни. За результатами статистичного аналізу зроблено висновок, що швидкість обертання лопаті, що руйнує стерню, не впливала на опір обробітку ґрунту. Проте глибина зрізування ґрунту як напрямної лопаті, так і руйнування стерні впливала на опір і, отже, впливала на потужність обробітку ґрунту. Відмі- чено, що оптимальні зусилля на обробіток ґрунту та якість подрібнення стерні складали відповідно 21,6 кН та 96,3 % при швидкості обертання 340 об/хв. Запро- понована конструкція комбінованого агрегату на думку ефективна при глибокій борозні, руйнуванні ґрунту, ламанні стерні та закопуванні подрібненої кукурудзя- ної соломи з хорошою якістю експлуатації. Проте поза увагою авторів залишилися питання впливу на показники якості виконання технологічної операції подрібнен- ня додаткової вертикальної ваги, прикладеної до подрібнювача.
З метою поліпшення якості роботи та зменшення енерговитрат машини на подрібнення соломи запропоновано схема та механізм роботи двокаткового ку- льтиватора [11]. За результатами експериментальних досліджень запропонова- ної конструкції відмічено високу якість роботи на подрібненні стебел кукуру-
Not
a reprint
дзи. Показник рівня подрібнення стебел досягав майже 90 %. Проте автори не наводять конкретні значення ступеня подрібнення стебел кукурудзи у діапазоні понад 50 мм.
У роботі [12] на підставі розробленої математичної моделі проаналізовано умови взаємодії стебла із сошником. Запропоновано два види можливих варіан- тів розташування ножів, що створює передумови проектування нового типу ву- зько смугових роторних культиваторів та подрібнювачів рослинних решток.
Проте поза увагою авторів залишилося експериментальне дослідження запро- понованої конструкції.
Мульчувачі або котки-плющилки в соло варіанті не зважаючи на їх високу ефективність в руйнуванні стебел, навпаки не володіють наведеними вище до- датковими перевагами [13]. Навпаки, їх безсистемне застосування може приве- сти до накопичення великих мас рослинних решток на поверхні ґрунту, що сповільнює його прогрівання весною. Рівномірне перемішування рослинних решток з ґрунтом також доцільно і з точки зору їх швидкого розкладання, утво- рення сприятливих умов для посіву і попередження ранньої засміченості [14].
Саме тому необхідне розроблення котків-подрібнювачів як у моновико- нанні, так і в складі спеціальних агрегатів. Завдяки цьому уможливиться у май- бутньому застосовувати їх для проведення поверхневого обробітку ґрунту з ін- тенсивним його перемішуванням. Серед відмічених вище операцій лущення стерні, обробіток полів із великою кількістю рослинних грубостеблових реш- ток, передпосівний обробіток ґрунту та загортання органічних добрив.
3. Мета і завдання дослідження
Мета досліджень – розроблення котка-подрібнювача стебел соняшнику та обґрунтування раціональних режимів його роботи. Це уможливить підвищити якість технологічних операцій подрібнення стебел соняшнику завдяки змен- шенню нерівномірності, знизити енергетичні витрати та інтенсифікувати про- цес подрібнення.
Для досягнення мети були поставлені такі завдання:
– розробити та виготовити коток-подрібнювач із змінними до осі обертан- ня кутами нахилу ріжучих ножів;
– дослідити вплив додаткової вертикальної ваги, прикладеної над центром мас котка, на показники якості подрібнення і загортання стебел соняшнику;
– дослідити вплив розташування ріжучої кромки подрібнюючого ножа ко- тка на показники якості виконання операцій подрібнення і загортання стебел соняшнику;
– дослідити вплив швидкості руху енергозасобу на показники якості вико- нання подрібнення і загортання стебел соняшнику.
4. Матеріали та методи дослідження
Експериментальний зразок котка-подрібнювача рослинних решток дослі- джено в умовах дослідних ділянок ТОВ «Краснянське СП «Агромаш» (Вінни- цька область) та ДП ДГ «Оленівське» ННЦ «ІМЕСГ» (Київська область). Умо- ви випробувань наведено у табл. 1.
For
reading
only
Згідно з програмою досліджень проведено одноразовий прохід по агрофо- ну, що представляв собою рівні ділянки поля після збирання соняшнику. В процесі досліджень визначали показники подрібнення та заробляння рослинних решток у ґрунт. Агрегатування котка-подрібнювача здійснювали трактором МТЗ-80 (виробник Мінський тракторний завод, Республіка Білорусь).
У польових умовах швидкість руху енергетичного засобу визначали таким чином. Попередньо розбивали ділянки поля на загінки, довжиною l, (l=100–
150 м). Час проходження ділянки агрегатом визначали секундоміром. Встанов- лені данні заносили у таблиці. Швидкість визначали за залежністю:
l ,
v t м/с, (1)
де t – час виконання операції на цій довжині ділянки, с.
Таблиця 1
Умови досліджень котка-подрібнювача
№ п/п Параметр Значення
1 Температура навколишнього середовища, °С 6,6
2 Вологість повітря, % 84,6
3 Швидкість вітру, м/с 2,5
4 Культура соняшник
5 Попередник кукурудза
6 Вологість ґрунту, % 24–25
7 Тип ґрунту Чорнозем
8 Швидкість руху, км/год 7,45–22
9 Ширина захвату, м 3,8
10 Міжряддя між стеблами, мм 700
11 Відстань між стеблами у рядку, мм 220
12 Середній діаметр стеблин, мм 18,6
13 Середня висота стеблин, мм 762,87
14 Середня маса рослинних решток, г 493,6
15 Потужність трактора, кН 3
16 Агрегатування котка-подрібнювача начіпний
Збирання зразків подрібненої рослинної маси здійснювали у різних місцях поля як по ширині захоплення робочими органами котка, так і по довжині гону.
У визначених за таким способом місцях розміщували дерев'яну контрольну ра- мку розміром 1×1 м. З площі рамки у спеціально підготовлені та підписані па- кети збирали рослинні рештки, що розташовані як на поверхні ґрунту, так і на всій глибині обробітку.
Сортування відібраних подрібнених стебел на фракції, визначення їх дов- жин, ваги та вологості, здійснювали у лабораторних умовах. Довжину фракцій подрібнених стебел визначали лінійкою. Значення визначеної довжини кожної частинки стебла заносили у таблиці. Кількість частинок стебел, що внесли у
Not
a reprint
вибрані інтервали розмірів, уможливило встановити частоту виникнення події частинок у кожному інтервалі. Групування даних згладжено випадковими коли- ваннями, які властиві невеликій кількості даних, спроможних зберігати основні, характерні риси зібраного експериментального матеріалу у цілому. Встановлення кількості і величини інтервалів груп не призвело до значних втрат стосовно про- цесу. Експериментальні дані групували за інтервалами однакового розміру (50 мм) у діапазонах 0–50мм, 51–100 мм, 101–150 мм, 151–200 мм, понад 201 мм.
За таких умов складено таблиці усіх довжин фракцій рослинних решток.
Дослідження проведено на швидкостях руху 7,45 км/год, 10,08 км/год, 13,6 км/год, 18,6 км/год та 22,0 км/год. На кожній швидкості було здійснено по три повторності.
Вагу пакету з відібраними рослинними рештками, а також вагу окремих фракцій подрібнених решток, визначали терезами в лабораторних умовах.
Вологість сировини визначали ваговим методом згідно ДСТУ ISO 6496:2005.
Аналіз процесів подрібнення і заробляння рослинних решток здійснено статистичними методами згідно [15]. Аналізу підлягала вибірка часток стебел, яку сформували у певних наперед визначених діапазонах: 0–50 мм, 51–100 мм, 101–150 мм, 151–200 мм, понад 201 мм. За результатами досліджень будували графічні залежності, де по осі ординат відкладали величину m 1,
n яка пред- ставляла залежну перемінну (де n – повний об'єм вибірки,m– середнє значення рангу, що визначається для кожного значення частинки стебла). По осі абсцис відкладали інтервали груп частинок подрібнених стебел. Внаслідок того, що графік накопиченої вірогідності визначає вірогідність того, що перемінна "дорі- внює, або менше, ніж", то значення залежної перемінної, відкладали над верх- ньою межею кожного інтервалу.
5. Результати дослідження з розроблення котка-подрібнювача стебел соняшнику та обґрунтування раціональних режимів його роботи
5. 1. Розроблення та виготовлення котка-подрібнювача із змінними до осі обертання кутами нахилу ріжучих ножів
З метою підвищення ефективності подрібнення грубостебельних рослин- них решток і зменшення енергоємності відповідних технологічних операцій подрібнення та заробляння пожнивних решток, які залишаються після збирання кукурудзи, соняшника, ріпаку та інших культур, розроблено та виготовлено ко- ток-подрібнювач.
Коток-подрібнювач містить раму (рис. 1), на якій шарнірно через пальці закріплено підрамник, де встановлено за допомогою кронштейнів два барабани з ріжучими ножами, що розміщено по всій ширині захвату у шаховому порядку.
Відмічені ножі здатні змінювати кут нахилу до осі обертання барабана в діапа- зоні 5…20°, причому підрамник разом з барабанами може опускатися і підніма- тися у вертикальній площині завдяки двом гідроциліндрів, які закріплено шар- нірно. Технічну характеристику котка-подрібнювача наведено у табл. 2.
For
reading
only
а б
Рис. 1. Схема котка-подрібнювача рослинних решток: а– вид збоку; б – вид зве- рху: 1 – рама; 2 – підрамник; 3 – барабани; 4 – гідроциліндри; 5 – кронштейни;
6 – ріжучі ножі; 7 – фланці; 8, 9, 10 – пальці Таблиця 2
Загальна технічна характеристика експериментального зразка котка- подрібнювача
№ п/п Показник Значення
1 Діаметр барабана котка 330 мм
2 Довжина барабана котка 2000 мм
3 Ширина експериментального зразка 4200 мм
4 Маса експериментального зразка 1200 кг
5 Кількість барабанів 2 шт.
6 Кількість рядів ножів на барабані 6 шт.
7 Відстань між лезами ножів 165 мм
8 Розмір ножа (довжина, ширина, товщина) 505 мм/76 мм/8 мм
9 Кількість ножів у ряді барабана 4 шт.
10 Кут заточки ножа 30°
11 Кут нахилу ножа до осі барабана 10°
Коток-подрібнювач рослинних решток може працювати як у складі причі- пного комбінованого агрегату для подрібнення і заробляння рослинних решток, так і автономно, як начіпна машина, що агрегатується з трактором.
Конструкційне виконання ножів котка-подрібнювача уможливлює їх вста- новлення із зовнішнім (правим), або орієнтуванням ріжучої кромки ножа всере- дину барабану (лівим) (рис. 2).
Цю конструкційну особливість було використано з метою встановлення впливу варіанту орієнтації ріжучої кромки ножа (варіант встановлення ножа) на показники якості подрібнення і заробляння рослинних решток.
Not
a reprint
а б
Рис. 2. Схема розміщення ножів на барабанах котка-подрібнювача: а – лівого; б – правого
5. 2. Результати визначення впливу додаткової ваги на показники
якості подрібнення стебел соняшнику
Дослідження проведено з метою визначення впливу додаткової вертикаль- ної ваги на показники якості виконання технологічного процесу подрібнення рослинних решток соняшнику котком-подрібнювачем за умов правого та лівого розташування ріжучої кромки ножа.
5. 2. 1. Результати досліджень за умов правого розташування ножів котка
Коток-подрібнювач довантажували вертикальною силою. Значення сили змінювали в залежності від маси рідини, якою заповнювали ємність. Ємність для рідини розміщено в середній частині симетрично поздовжньої площини ко- тка. Дослідами передбачено заповнення ємності водою у кількості 600 та 800 кг (5,88 та 7,84 кН) (рис. 3, а).
В якості контрольного використано результати досліду, у якому коток- подрібнювач на швидкості 7,2 км/год агрегатували спільно з дисковою боро- ною БДВП-3,8 (виробник ТОВ Краснянське СП "Агромаш", Україна). Заванта- ження трактора складало 43,4 к.с./м на один метр ширини захоплення агрегату.
За таких умов реалізовано можливість взяття проб у вигляді подрібнених сте- бел, як після котка, так і після дискової борони (рис. 3, б, в). У кожному досліді здійснювали по три повторності.
Оцінку ефективності подрібнення стебел здійснено по накопиченій частоті подій (кількості) встановлених розмірів часток стебел у певному діапазоні їх розмірів. Цей діапазон довжин ідентичний розмірам визначених для інших екс- периментів.
For
reading
only
а
б
в
Рис. 3. Коток-подрібнювач в роботі на соняшнику: а – загальний вигляд; б – стан поля до обробітку; в – стан поля після одноразового обробітку котком-
подрібнювачем
Not
a reprint
У табл. 3, 4 наведено відсоток подрібнених стебел соняшника за швидкості руху 7,45 км/год за правого розташування ріжучої кромки ножа. Встановлено, що у діапазоні 0–50мм відмічений відсоток склав 12,9 % за 600 кг довантажен- ня, 12,5 % за 800кг, 18,6 % – для котка в агрегаті з дисковою бороною. Збіль- шення у останньому експерименті майже на 15 % значень часток подрібнених фракцій у порівнянні з іншими обумовлено конструкційними відмінностями агрегатів, що їх здійснювали. Ширини рушіїв трактора, що агрегатував коток- подрібнювач з дисковою бороною у 1,35 рази (повна споряджена маса у 1,38 рази) перевищувала показники рушіїв трактора з котком-подрібнювачем.
Збільшення відсотку подрібнених стебел у діапазоні 51–100 мм для швидкос- ті руху 7,45 км/год склало 25,8 % за довантаження 600 кг (досягло рівня 38,7 %).
За довантаження 800 кг – 22,2 % (досягло 34,7 %). Для агрегату, що містить коток- подрібнювач та дискову борону, цей показник склав 25,4 % (досягло 44 %).
Відзначимо, що найбільший сумарний рівень подрібнених стебел у діапа- зоні 101–150 мм встановлено за умов довантаження котка масою 800 кг. Збіль- шення значення довантажувальної сили призвело до відповідного зростання відсотку подрібнених частин стебел. Накопичене значення відсотку подрібне- них часток стебел для цього стану котка перевищувало у 1,58 рази відповідне значення котка з довантаженням 600 кг та у 1,33 рази для агрегату в складі кот- ка-подрібнювача та дискової борони.
Відзначимо, що найбільше сумарне значення відсотку подрібнених стебел у діапазоні 0–200 мм встановлено за умов довантаження котка масою 800 кг. Ці значення у 1,13 рази перевищувало показники котка з довантаженням 600 кг та у 1,05 рази агрегату в складі котка-подрібнювача та дискової борони.
У діапазоні понад 201 мм збільшення відсотку подрібнених стебел склало за довантаження 600 кг – 19,3 % (досягло рівня 93,5 %). За довантаження 800 кг – 12,9 % (досягло 97 %). Для агрегату в складі котка-подрібнювача та дискової борони – 15,5 % (досягло 95,6 %).
Приріст за п'ятьма визначеними діапазонами змінення довжини часток по- дрібнених стебел склав: для котка з довантаженням 800 кг – 12,5 %, 22,2 %;
44,7 %; 4,7 %; 12,9 %. Для котка з довантаженням 600 кг: 12,9 %, 25,8 %;
12,9 %; 22,6 %; 19,3 %. Для агрегату в складі дискової борони та котка- подрібнювача – 18,6 %; 25,4 %; 15,7 %; 20,4 %; 15,5 %, відповідно.
Збільшення довантажувальної маси за швидкості руху 7,45 км/год від 600 до 800 кг призводило до відповідного зростання сумарного значення відсотку подрібнених стебел у діапазонах 101–150 мм, 151–200 мм та понад 201 мм.
Аналізуючи результати досліджень у діапазоні 0–50 мм для котка з 800 кг довантаженої маси на усіх інтервалах швидкостей відзначимо, що найбільше (20,2 %) значення встановлено за швидкості руху 18,6 км/год. Сумарний нако- пичений відсоток подрібнених стебел у діапазоні 0–200 мм на рівні 84,1 % встановлено за швидкості руху 7,45 км/год. Це значення у 1,08 рази більше ніж за швидкості 13,6 км/год, 1,05 рази ніж за швидкості 10,08 км/год, 1,01 рази швидкості 18,6 км/год, 1,03 рази швидкості 22 км/год
Проведено аналіз результатів досліджень показників подрібнення стебел соняшнику за різних значень швидкості руху. У діапазоні 0–50 мм за дованта-
For
reading
only
женням котка масою 600 кг за швидкості руху 7,45 км/год відсоток подрібнених стебел склав 12,9 %. За швидкості 10,08 км/год–18,6 %, швидкості 13,6 км/год – 12,7 %, 18,6 км/год– 16,4 %, 22 км/год – 12,6 %, відповідно. Сумарне накопиче- не значення відсотку подрібнених стебел у діапазоні 0–50 мм склало: для шви- дкості 7,45 км/год – 51,6 %, 10,08 км/год – 72,6 %, 13,6 км/год – 60,8 %, 18,6 км/год – 67 %, 22 км/год– 62,2 %, відповідно.
Найбільше сумарне значення відсотку подрібнених стебел у діапазоні 0–
150 мм на рівні 72,6 % встановлено за швидкості руху 10,08 км/год. Цей показ- ник перевищував відповідні значення за швидкості руху 7,45 км/год у 1,41 рази, швидкості 13,6 км/год у 1,19 рази, швидкості 18,6 м/год у 1,08 рази, швидкості 22 км/год у 1,17 рази.
У діапазоні 0–200 мм аналогічно діапазону 0–150 мм найбільше сумарне значення відсотку подрібнених стебел встановлено на рівні 88,5 % за швидкості руху 10,08 км/год.
Відзначимо, що за умов довантаження котка масою 600 кг найбільше су- марне значення відсотку подрібнених стебел у діапазоні 0–150 мм та 0–200 мм встановлено за швидкості руху 10,08 км/год. За умови довантаження котка ма- сою 800кг найбільше сумарне значення відсотку подрібнених стебел у діапазоні 0–150 та 0–200 мм встановлено за швидкості руху 7,45 км/год. Збільшення до- вантаження котка масою від 600 до 800 кг не призводить до відповідного зрос- тання сумарного значення відсотку подрібнених стебел. За швидкості 7,45 км/год коток довантажений масою 800 кг мав кращі показники у порівнян- ні з відповідними показниками котка, довантаженого 600 кг. Проте за абсолют- ними сумарними значеннями відсотку подрібнених стебел у діапазонах 0–
150 мм та 0–200 мм коток довантажений масою 600 кг за швидкості руху 10,08 км/год мав вищі показники. Ці показники відповідно становили 72,6 % і 88,5 % (табл. 3, 4).
5. 2. 2. Результати досліджень котка-подрібнювача за умов лівого роз- ташування ріжучої кромки ножа
Розподілення фракцій решток соняшнику за умов лівого розташування но- жів котка наведено у узагальнених таблицях, якими встановлено відповідні по- казники проходження котка з довантаженням 800 кг (табл. 3) та довантаженням 600 кг (табл. 4).
Аналізуючи результати досліджень, наведених у табл. 3, 4, відмітимо, що у діапазоні менше 50 мм найбільший відсоток подрібнених часток стебел (31,6 %) встановлено за швидкості 22 км/год та довантаження 600 кг. Збіль- шення довантаження від 600 до 800 кг не призводило до відповідного зростання відсотку подрібнених часток соняшнику на усіх швидкостях, що досліджували- ся. За швидкості руху 7,45 км/год відсоток подрібнених часток соняшнику кот- ком з довантаженням 600 кг складав 14,5 % проти 12,4 % з довантаженням 800 кг. За швидкості 10,08 км/год відсоток подрібнених часток складав відпові- дно 21 % для 600 кг довантаження та 11 % для 800 кг. Відсотки подрібнених стебел соняшнику за швидкості 10,08 км/год і довантаженням 600 кг у 1,9 рази перевищували відповідні показники з рівнем довантаження 800 кг. За швидкос-
Not
a reprint
ті руху 13,6 км/год це співвідношення складало 1,44 рази, за швидкості 18,6 км/год – 1,96 рази, за швидкості 22 км/год – 1,99 рази, відповідно.
Таблиця 3
Узагальнені результати досліджень розподілення фракцій решток соняшнику котком-подрібнювачем із довантаженням 800 кг.
Фракція 7,45 км/год 10,08 км/год 13,6 км/год 18,6 км/год 22 км/год відсоток відсоток відсоток відсоток відсоток
З правим розташуванням ножів
Менше 50 12,5 13,1 5,9 20,2 14,8
51–100 34,7 37,7 23,96 53,6 41
101–150 79,4 57,4 49,3 72,6 62,3
151–200 84,1 80,3 77,6 83,3 82
Понад 201 97 96,7 95,5 97,6 96,7
З лівим розташуванням ножів
Менше 50 12.4 11 13 10,5 15,9
51–100 36.5 26 37 32,9 41,3
101–150 60.6 37 60 52,6 63,5
151–200 84.1 63 85 76,3 85,7
Понад 201 97.3 89 - 96,1 98,4
Таблиця 4
Узагальнені результати досліджень розподілення фракцій решток соняшнику котком-подрібнювачем із довантаженням 600 кг
Фракція 7,45 км/год 10,08 км/год 13,6 км/год 18,6 км/год 22 км/год відсоток відсоток відсоток відсоток відсоток
З правим розташуванням ножів
Менше 50 12,9 18,6 12,7 16,4 12,6
51–100 38,7 50,4 37,2 43 38,6
101–150 51,6 72,6 60,8 67,0 62,2
151–200 74,2 88,5 83,3 86,0 85,0
Понад 201 93,5 98,2 98,0 97,5 99,2
З лівим розташуванням ножів
Менше 50 14,5 21 18,8 20,6 31,6
51–100 30,3 50 50,6 53,2 43,0
101–150 56,6 69 75,3 72,3 67,1
151–200 81,6 88 90,6 89,4 88,0
Понад 201 96,1 98 98,8 - 98,7
Збільшення швидкості як за рівнем довантаження 600 кг так і 800 кг приз- вело до відповідного зростання відсотку подрібнених стебел соняшнику.
У діапазоні 51–100 мм з довантаженням котка 600 кг найбільші відсотки подрібнених стебел встановлено на рівні 50,6 % за швидкості руху 13,6 км/год.
За умов довантаження 800 кг – на рівні 41,3 % за швидкості 22 км/год.
For
reading
only
Приріст відсотків подрібнених стебел від діапазону менше 50 мм до 51–
100 мм коливався в межах 15–25,4 %. Найбільший 25,4 % приріст відсотку подрі- бнених стебел встановлено за довантаження 800 кг за швидкості 22 км/год. За цим значенням довантаження приріст відсотку подрібнених стебел склав за швидкості 7,45 км/год – 24,1 %, швидкості 10,08 км/год – 15 %, 13,6 км/год – 24 %, 18,6 км/год – 22,4 %, 22 км/год – 25,4 %. Довантаження котка масою 600 кг приз- водило до відповідного підвищення показників на усіх швидкостях, що досліджу- валися. Так за швидкості 7,45 км/год ці значення складали 15,8 %, 10,08 км/год – 29 %, 13,6 км/год – 31,8 %, 18,6 км/год – 32,6 %, 22 км/год – 11,4 %.
У діапазоні до 150 мм (сума відсотків подрібнених стебел діапазонів мен- ше 50 мм, 51–100 мм, 101–150 мм) найбільші (на рівні 75,3 %) значення відсот- ків подрібнених стебел встановлено за довантаження 600 кг та швидкості 13,6 км/год. Цей показник перевищував найбільше значення відсотку подрібне- них стебел за довантаження 800 кг і швидкості руху 22 км/год у 1,19 рази. Вар- то відзначити домінуюче перевищення накопиченого відсотку подрібнених сте- бел у діапазоні 0–150 мм у котка подрібнювача з довантаженням 600 кг над ві- дповідними значеннями показників за умов 800 кг довантаження.
Аналізуючи рівномірність зростання відсотку подрібнених стебел за вста- новленими діапазонами в залежності від швидкості переміщення, то ці показ- ники характеризувалися такими величинами: за довантаження 600 кг і швидко- сті руху 7,45 км/год – 15,8 %, 26,3 %, 25 %, 14,5 %. За швидкості 10,08 км/год – 29 %, 19 %, 19 %, 10 %; швидкості 13,6 км/год – 31,8 %, 24,7 %, 15,3 %, 8,2 %;
швидкості 18,6 км/год – 32,6 %, 19,1 %, 17,1 %; швидкості 22 км/год – 11,4 %, 24,1 %, 20,9 %, 10,7 %, відповідно.
Встановлено зростання відсотку подрібнених стебел соняшнику в залеж- ності від швидкості переміщення за умов довантаження котка 800 кг масою. За швидкості 7,45 км/год це збільшення склало 24,1 %, 24,1 %, 23,5 %, 13,2 %. За швидкості 10,08 км/год, відповідно 15 %, 11 %, 26 %, 26 %. Швидкості 13,6 км/год – 24 %, 23 %, 25 %. Швидкості 18,6 км/год – 22,4, 19,7 %, 23,7 %, 19,8 %. Швидкості 22 км/год – 25,4 %, 22,2 %, 22,2 %, 12,7 %, відповідно. Від- значимо виражену певну рівномірність збільшення відсотку подрібнених стебел у діапазонах до 200 мм за довантаження 800 кг на усіх швидкостях, що дослі- джувалися. За такого рівня довантаження відсоток подрібнених стебел у діапа- зоні понад 201 мм значно менший ніж відсоток подрібнених стебел за дованта- ження 600 кг. Тобто збільшення маси довантаження уможливлює відповідне зростання сумарного середнього значення відсотку подрібнених стебел у діапа- зоні 0–201 мм у 1,5 рази у порівнянні з відповідними показниками за умов до- вантаження 600 кг.
Проведено аналіз результатів досліджень подрібнення стебел соняшнику котком подрібнювачем за різних варіантів встановлення ножів (лівого та право- го). Відзначено, що у діапазоні менше 50 мм коток з лівим розташуванням но- жів з довантаженням масою 600 кг мав вищі значення відсотку подрібнених стебел на усіх швидкостях (табл. 3, 4).
За швидкості 7,45 км/год ці показники перевищували відповідні значення показників котка з правим розташуванням ножів на 12 %. За швидкості
Not
a reprint
10,08 км/год на 13 %, швидкості 13,6 км/год на 48 %. За швидкості 18,6 км/год на 26 %, швидкості 22 км/год на 151 %, відповідно. У цьому ж діапазоні 0–
50 мм за довантаження 800 кг перевищення відсотку подрібнених стебел за лі- вого розташування ножів відзначено за швидкості руху 13,6 км/год у 2,2 рази, та швидкості 22 км/год у 1,07 рази.
Найбільше сумарне значення відсотку подрібнених стебел діапазону 0–
100 мм встановлено за правого розташування ножів, довантаження 800 кг за швидкості 18,6 км/год – 53,6 %.
У діапазоні 0–150 мм встановлено перевищення сумарних (накопичених) значень відсотку подрібнених стебел за довантаження котка масою 800 кг за правого розташування ножів на усіх (за винятком швидкості 13,6 км/год) швид- костях, що досліджувалися. За довантаження 600 кг ця картина суттєво зміни- лася. Вже коток з лівим розташуванням ножів у діапазоні 0–150 мм характери- зувався більшими значеннями сумарних відсотків подрібнених стебел на майже усіх (крім швидкості 10,08 км/год) швидкостях експериментальних досліджень.
У діапазоні 0–200 мм за умов 600 кг маси довантаження коток з лівим роз- ташуванням ножів також характеризувався вищими сумарними відсотками по- дрібнених стебел у порівнянні з правим розташуванням ножів. Так за швидкос- ті руху 7,45 км/год накопичене значення відсотку подрібнених стебел у діапа- зоні 0–200 мм перевищувало відповідні показники з правим розташуванням ножів у 1,09 рази. За швидкості 13,6 км/год – у 1,09 рази, швидкості 18,6 км/год – у 1,04 рази. За швидкості 22 км/год зазначене співвідношення склало 1,04 рази, відповідно.
За швидкості руху 10,08 км/год ці показники майже однакові (88 % у ліво- го та 88,5 % у правого).
Довантаження котка масою 800 кг змінило картину відмінностей розподілу відсотків подрібнених стебел соняшнику для правого та лівого розташування ножів. Яскраво вираженої закономірності домінування напрямку встановлення ножа на картину змінення відсотку подрібнених стебел не встановлено. За швидкості 7,45 км/год сумарне значення відсотку подрібнених стебел однакове (84,1 %). За швидкості 10,08 км/год та 18,6 км/год більшими сумарними зна- ченнями відсотків характеризувалися котки з правим розташуванням ножів. Це співвідношення відповідно складало 80,3 % проти 63 % на швидкості 10,08 км/год, 83,3 % проти 76,3 % на швидкості 18,6 км/год. На швидкості 13,6 км/год та 22 км/год вищі показники сумарного відсотку подрібнених сте- бел мали котки з лівим розташуванням ножів. Відповідно на швидкості 13,6 км/год – 75 % проти 77,6 %, та на швидкості 22 км/год 85,7 % проти 82 % з правим.
Визначення енергетичних витрат за умов різного встановлення ріжучої кромки не здійснювали.
5. 3. Результати досліджень з визначення впливу розташування ріжу- чої кромки ножа на показники якості подрібнення стебел соняшнику
Аналізуючи отримані результати (табл. 3, 4) відмітимо, що за умов лівого розташування ножа барабану котка на всіх інтервалах, що досліджувалися, спо-
For
reading
only
стерігалося збільшення відсотку подрібнених фракцій. Так у діапазоні 0–50 мм середнє значення відсотку подрібнених фракцій за лівого розташування ножа складало 12,46 % проти 10,52 % у правого. У інтервалі 51–100 мм зазначений показник складав 34,7 % у лівого і 30,2 % правого, а у інтервалі 101–150мм, ві- дповідно, 62,4 % і 52,9 %. Перевищення відсотку подрібнених частинок за умов лівого розташування ножа у порівнянні з правим у інтервалі 0–150мм склало близько 18 %.
Встановлено, що відсоток подрібнених на фракції стебел соняшнику за лі- вого розміщення ножа на усіх інтервалах, що досліджувалися, перевищувало на 4 % значення за правого розміщення ножа. Відмітимо, що ці значення встанов- лено за умов довантаження котка вертикальною силою 7,8 кН (маса 800кг) за швидкості руху 7,45 км/год.
5. 4. Результати досліджень з визначення впливу швидкості руху на показники якості подрібнення стебел соняшнику
Встановлено (рис. 4, а), що для правостороннього розміщення ножа відсо- ток подрібнених стебел фракції до 50 мм за швидкості 7,45 км/год складав 12,5 %, на швидкості 10,08 км/год – 13,1 %, 13,6 км/год – 5,9 %, 18,6 км/год – 20,2 %, 22 км/год – 14,8 %, відповідно.
Для діапазону подрібнення 51–100 мм відсоток подрібнених стебел на швидкості 7,45 км/год – 34,7 %, 10,08 км/год – 37,7 %, 13,6 км/год – 23,9 %, 18,6 км/год – 53,6 %, 22 км/год – 41 %.
Діапазону 101–150 мм відсоток подрібнених стебел для швидкості 7,45 км/год складав – 79,4 %, швидкості 10,08 км/год – 57,4 %, 13,6 км/год – 49,3 %, 18,6 км/год – 72,6 %, 22 км/год – 62,3 %.
Діапазону 151–200 мм відсоток подрібнених стебел для швидкості 7,45 км/год складав – 84,1 %, швидкості 10,08 км/год – 80,3 %, 13,6 км/год – 77,6 %, 18,6 км/год – 83,3 %, 22 км/год – 82 %, відповідно.
Діапазону 201 – 250 мм (понад 201 мм) відсоток подрібнених стебел для швидкості 7,45 км/год складав – 97 %, швидкості 10,08 км/год – 96,7 %, 13,6 км/год – 95,5 %, 18,6 км/год – 97,6 %, 22 км/год – 96,7 %, відповідно.
Аналізуючи результати досліджень (рис. 4, 5) відмітимо, що збільшення швидкості призводить до відповідного зростання відсотка подрібнених стебел у всіх визначених діапазонах. Особливо це спостерігається на швидкостях 18,6 км/год та 22 км/год. Найбільше значення (20,2 %) відсотку подрібнених стебел фракції до 50 мм встановлено на швидкості 18,6 км/год, що перевищує показники швидкості 7,45 км/год (12,5 %) у 1,61 рази, швидкості 13,6 км/год (5,9 %) – у 3,42рази.
У діапазоні 51–100 мм найбільше значення відсотку подрібнених стебел швидкості 18,6км/год (53,6 %) перевищує аналогічні показники швидкості 7,45 км/год у 1,54 рази, швидкості 10,08 км/год – у 1,42 рази, 13,6 км/год – 2,24 рази, 22 км/год – у 1,3рази.
У діапазоні 101–150 мм найбільше значення відсотку подрібнених стебел встановлено на найменших значеннях швидкості – 7,45 км/год (79,4 %). Ці зна- чення перевищували відповідні значення відсотку (накопиченого) подрібнен-
Not
a reprint
них стебел швидкості 10,08 км/год – у 1,38 рази, швидкості 13,6 км/год – у 1,61 рази, швидкості 18,6 км/год – 1,1 рази, швидкості 22 км/год – 1,27 рази.
0 20 40 60 80 100 120
0 50 100 150 200 250 300
Накопиченачастість, %
Діапазон подрібнення, мм
7,2 10,08 13,6 18,6 22
а
0 20 40 60 80 100 120
0 50 100 150 200 250 300
Накопиченачастість, %
Діапазон подрібнення, мм
7,2 10,08 13,6 18,6 22
б
Рис. 4. Залежність діапазону подрібнення стебел рослинних решток соняшнику від накопиченої частості за різних значень швидкості руху енергозасобу з кот- ком-подрібнювачем довантаженим масою 800 кг: а – з правим розташуванням
ножів; б – з лівим розташуванням ножів
У табл. 3, 4 наведено результати досліджень з визначення впливу швидко- сті руху енергозасобу на показники якості виконання операцій подрібнення і заробляння стебел соняшнику за умов лівого розташування ріжучої кромки по- дрібнюючого ножа котка-подрібнювача.
For
reading
only
0 20 40 60 80 100 120
0 50 100 150 200 250 300
Накопиченачастість, %
Діапазон подрібнення, мм
7,2 10,08 13,6 18,6 22
а
0 20 40 60 80 100 120
0 50 100 150 200 250 300
Накопиченачастість, %
Діапазон подрібнення, мм
7,2 10,08 13,6 18,6 22
б
Рис. 5. Залежність діапазону подрібнення стебел рослинних решток соняшнику від накопиченої частості за різних значень швидкості руху енергозасобу з кот- ком-подрібнювачем довантаженим масою 600 кг: а – з правим розташуванням
ножів; б – з лівим розташуванням ножів
За лівого розташування ріжучої кромки ножа котка-подрібнювача у діапа- зоні 0–50мм за швидкості руху 7,45 км/год середнє значення відсотку подріб- нених стебел складало 12,5 %, швидкості 10,08 км/год – 11 %, швидкості 13,6–
13 %, швидкості 18,6 – 10,5 %, швидкості 22 км/год – 15,9 %, відповідно.
Відмітимо, що за малих (7,45 км/год) значень швидкості руху за умови лі- вого розташування ножів найбільший приріст відсотку подрібнених стебел встановлено у діапазоні 101–150 мм і склав 44,7 % від загальної кількості. Для швидкості 10,08 км/год у діапазоні 151–200 і понад 201 мм зафіксовано однако-
Not
a reprint
ві значення приросту (на рівні 26 %) відсотку подрібнених стебел. Для великих значень швидкості діапазонний приріст відсотку подрібнених стебел характе- ризувався однаковою динамікою (на рівні 22,4–25,4 %).
6. Обговорення результатів з визначення впливу додаткової ваги на показники якості подрібнення стебел соняшнику
Проведені дослідження засвідчили значні перспективи щодо застосування котків-подрібнювачів за умов вирішенняпроблеми підвищення якості подріб- нення грубостеблових рослинних решток. За результатами досліджень котка- подрібнювача, як у моно варіанті так і в агрегаті з дисковою бороною, встанов- лено, що показники якості виконання технологічного процесу зазначеними ма- шинами є цілком придатними. Перспективним виглядає їх застосування для по- дрібнення грубостеблових рослинних решток, які залишаються після збирання кукурудзи, соняшнику, ріпаку та інших культур.
За умов механічного оброблення кукурудзяної стерні ступінь подрібнення стебел важливий показник якості виконання технологічної операції. За критерій оцінювання, переважно, використовують показник кількості не пошкоджених частин стебел завдовжки понад 5 см, у яких можуть зимувати лялечки кукуру- дзяного метелика. Із цих лялечок весною утворюються дорослі особи. Варто відзначити, що кукурудзяного метелика відносять до надзвичайно небезпечного шкідника. Технологічні прийоми боротьби з ним ще не достатньо відпрацьова- но. Тому сучасними технологіями вирощування зазначеної культури передба- чено низку операцій, направлених на до подрібнення часток стебел з наступним загортанням їх на достатню глибину (понад 10 см).
Крім сидератів, інтенсивне подрібнення рослинних решток котками- подрібнювачами у поєднанні з поверхневим обробітком дуже важливо і за умов оброблення стерні ріпаку. Тонкий шар мульчі на поверхні добре акумулює во- логу і сприятливий для виникнення швидких сходів насіння падалиці. Для гос- подарств з високою концентрацією цієї культури коток-подрібнювач такий же важливий інструмент для підтримування гідної культури землеробства, як і для надійного подрібнення стебел кукурудзи та соняшнику.
Встановлено, що збільшення довантаження котка з правим розташуванням ріжучої кромки ножів від 600 до 800 кг не призводило до відповідного зростан- ня сумарного значення відсотку подрібнених стебел. За швидкості 7,45 км/год коток довантажений масою 800 кг мав кращі показники у порівнянні з відпові- дними показниками котка, довантаженого 600 кг. Проте за абсолютними сума- рними показниками відсотку подрібнених стебел у діапазоні 0–150 мм та 0–
200 мм коток довантажений масою 600 кг за швидкості 10,08 км/год мав кращі показники. Ці показники відповідно становили 72,6 % і 88,5 %.
Відмітимо, що для швидкості 7,45 км/год, яка є найменшим значенням, що досліджувалися, відсоток подрібнених стебел у фракціях збільшувався значно динамічніше, ніж у дослідах порівняно більших значень швидкостей. Це при- родно, так як за малих значень швидкостей руху більш стабільні умови контак- ту (копіювання) ножів котка-подрібнювача рельєфу ґрунту. Тобто виконання технологічного процесу подрібнення відбувається за умов, коли відсутнє (не
