Substantiation of parameters of device for cabbage heads dispatch into vehicle body

Abstract

Design of a device for cabbage harvester intended for laying of cabbage heads into vehicle body is described; basic parameters of the device are substantiated.

Full Text

При машинной уборке кочаны капусты повреждаются в значительной степени. Как показали исследования, основная часть повреждений приходится на процесс отгрузки кочанов с элеватора в кузов транспортного средства, так как зачастую высота их падения превышает допустимую [1]. К тому же кочаны сходят с элеватора со значительной начальной скоростью [2]. В связи с этим предложено устройство [пат. РФ № 2527025] к капустоуборочному комбайну для укладки кочанов в кузов транспортного средства в щадящем режиме. Устройство (рис. 1) содержит жесткий поддон 1, установленный под горизонтальной частью элеватора 2 комбайна параллельно траектории движения его скребков 3; упругий прорезиненный лоток 4, закрепленный консольно к задней кромке поддона с возможностью свисания свободным концом; гибкий фартук 5, подвешенный сверху шарнирно в зоне выгрузки так, чтобы между фартуком и лотком образовалась клинообразная сходящаяся книзу щель. В данном устройстве кочаны, отрываясь от элеватора, сначала падают на упругий прорезиненный лоток, далее проходят через клинообразную щель, раздвигая гибкий фартук. При этом они в значительной степени теряют кинетическую энергию, совершая работу сил трения и упругих деформаций лотка и фартука. Следовательно, их укладка осуществляется при минимальной скорости падения. Эффективность работы устройства и степень снижения повреждаемости кочанов в процессе укладки в кузов зависят от конструкционных параметров устройства, в частности от угла α кривизны упругого лотка в зоне падения кочанов и от усилия прижима фартука к лотку. Эти параметры, в свою очередь, зависят от расположения задней кромки жесткого поддона (расстояния Δ2) и шарнира крепления фартука (расстояния Δ1) относительно выгрузной части элеватора. Степень повреждения кочанов также зависит от высоты выгрузки H, точнее от конечной высоты свободного падения Нʹ на дно кузова (см. рис. 1). В целях установления влияния названных параметров на степень повреждаемости кочанов при отгрузке и поиска их оптимальных значений проведены лабораторные исследования. Уровни и интервалы варьирования факторов выбраны по результатам предварительных поисковых экспериментов и приведены в табл. 1. Таблица 1 Интервалы и уровни варьирования факторов Факторы Верхний уровень +1 Основной уровень 0 Нижний уровень -1 Интервалы варьирования Х1 - размер Δ1, мм 310 230 150 50 Х2 - размер Δ2, мм 150 100 50 80 Х3 - высота Н выгрузки кочанов, мм 1100 900 700 200 Исследования проводились на опытном образце капустоуборочного комбайна МКК-1, установленном в лаборатории (рис. 2). Привод его рабочих органов осуществлялся от стационарного электродвигателя 1 через цепную передачу 2. В ходе эксперимента при выключенном электродвигателе на транспортер-обрезчик 3 укладывали кочаны капусты с шагом, равным среднему шагу между растениями капусты на поле, чтобы имитировать реальную интенсивность поступления кочанов на отгрузку. Перед этим кочаны проверяли на отсутствие видимых повреждений. Далее по команде оператора запускали электродвигатель, который приводил в действие все рабочие органы комбайна. Кочаны последовательно подавались элеватором 4 на отгрузку в тару 5 с жестким дном. Опыты проводились при конструкционных параметрах отгрузочного устройства, указанных в табл. 1, в соответствии с принятым планом эксперимента (табл. 2). Таблица 2 Матрица планирования и результаты опытов Номер опыта Х1 Х2 Х3 Y - степень повреждений (средняя длина трещин, мм) 1 - - - 0 2 + - - 10 3 - + - 10 4 + + - 30 5 - - + 30 6 + - + 40 7 - + + 30 8 + + + 40 9 -1,215 0 0 20 10 +1,215 0 0 25 11 0 -1,215 0 0 12 0 +1,215 0 0 13 0 0 -1,215 0 14 0 0 +1,215 60 15 0 0 0 20 Отметим, что эксперимент поставлен по программе центрального композиционного ортогонального планирования второго порядка, т.е. реализованные восемь опытов полного факторного эксперимента 23 и один опыт в центре плана дополнили шестью опытами в «звездных» точках. Величина «звездного» плеча в рассматриваемом случае равна 1,215. После каждого опыта повреждения кочанов оценивали визуально и с помощью замеров. Зафиксированы повреждения в слабой степени - в виде вмятин и трещин в верхних покрывающих листьях. Степень повреждения кочанов количественно оценивали по средней длине образовавшихся трещин и вмятин в слое покрывающих листьев. Данные замеров занесены в табл. 2. Результаты опытов обработаны в программе Statistica 10 и аппроксимированы уравнениями регрессии: а) при ; б) при ; в) при Проверка показала, что полученные математические модели адекватны при 5%-ном уровне значимости. Это позволяет сделать вывод с вероятностью р = 0,95, что вычисленные по уравнению регрессии значения отличаются от экспериментальных на величину, не превышающую ошибки опытов. Для более глубокого изучения характера и степени влияния факторов процесса на повреждаемость кочанов при отгрузке на жесткое дно по полученным уравнениям регрессии построены двумерные сечения поверхностей отклика (рис. 3). В указанных пределах варьирования факторов на повреждаемость кочанов существенное влияние оказывала высота выгрузки Н (параметр X3). В наибольшей степени это проявилось в верхних «звездных» точках опытов, так как при этом имел место максимум конечной высоты Hʹ свободного падения кочанов. Менее значимыми в результатах опытов оказались положения лотка и фартука (параметры Х1 и Х2). Тем не менее с уменьшением значения параметра Х2 степень повреждаемости кочанов снижалась. Однако при малых значениях Х2 наблюдалось нарушение процесса отгрузки кочанов: после падения в лоток они дольше задерживались на нем, захватывались скребками и затаскивались на жесткий поддон под элеватором, а потом падали на пол. С увеличением параметра Х2 работоспособность отгрузочного устройства восстанавливалась, но повышалась повреждаемость кочанов, поскольку они находились под воздействием лотка и фартука на малом участке. С уменьшением расстояния Δ1 (параметр Х1) сила прижима фартука к лотку увеличивалась. Это способствовало большей потере кинетической энергии кочанов в период взаимодействия с отгрузочным устройством. Отметим, что минимальное значение Δ1 ограничено тем, что концы скребков начинают касаться фартука во время работы, а это нежелательно, поскольку срок их службы снижается из-за истирания. Учитывая сказанное и раскодируя полученные экспериментальные данные, рекомендуем принять Δ1 = 240…260 мм; Δ2 = 100…130 мм; H = 750…800 мм. При этом для поддержания высоты выгрузки на указанном уровне по мере наполнения кузова кочанами необходимо периодически регулировать положение элеватора с помощью механизма его подъема и опускания.