45 / 52
МЕХАНИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
www.kormoproizvodstvo.ruͪКормопроизводствоͫ № 8, 2018
43
80 мм — не менее 60°, при этом угол резания
γ
не должен
превышать 90°.
На втором этапе изучалось влияние частоты вращения
режущего диска
n
и количества горизонтальных ножей
N
на
рабочие характеристики измельчителя. Для этого была про-
ведена серия однофакторных экспериментов при измельче-
нии корнеклубнеплодов.
Испытания проводили на картофеле диаметром 43–
45 мм. Частота вращения режущего диска составляла 1150,
1128, 880, 711 и 573 мин
-1
. Использовались два варианта ре-
жущих дисков: с одним и двумя режущими горизонтальны-
ми ножами. Работу измельчителя корнеклубнеплодов оце-
нивали тремя критериями: производительностью, удельны-
ми энергозатратами на измельчение и процентным содер-
жанием частиц фракции от 3 до 15 мм.
На основании проведённых исследований рабочего про-
цесса сделаны следующие выводы:
1) для снижения силы резания угол наклона перегород-
ки бункера
α
должен стремиться к 90°, а угол резания
горизонтальных ножей
γ
не должен превышать 50°;
2) для снижения удельных энергозатрат, увеличения
производительности и содержания фракции измель-
чённых корнеплодов размером до 15 мм необходи-
мо увеличивать количество горизонтальных ножей
и скорость резания.
После проведения однофакторных экспериментов с це-
лью установления оптимальных конструкционных параме-
тров измельчителя корнеклубнеплодов были проведены
исследования методом активного эксперимента.
Для получения математической модели и определения
степени влияния каждого фактора на процесс защемления
клубня реализован план Бокса — Бенкена для трёх факто-
ров. К исследуемым факторам относились:
х
1
— вылет гори-
зонтального ножа (
h
);
х
2
— диаметр клубня (
d
кл
);
х
3
— зазор
между наклонной перегородкой и режущим диском (
S
, мм).
За критерий оптимизации был принят угол наклонной пере-
городки
α
загрузочного бункера.
После реализации опытов и обработки эксперименталь-
ных данных получена математическая модель с доверитель-
ной вероятностью 95%:
у
= 66,46 + 11,75
х
1
– 20,5
х
2
– 12,25
х
3
+
+ 8,19
х
1
2
+ 8,5
х
1
х
2
+ 7,5
х
1
х
3
– 7,31
х
2
2
.
(1)
Оптимальные значения исследуемых факторов, обеспе-
чивающие защемление клубня, составили: вылет ножа
h
=
19 мм, зазор
S
= 28 мм. При этом минимальный размер клуб-
ней не должен превышать
S
более чем на 3–4 мм.
Для определения оптимальных значений факторов, вли-
яющих на процесс резания, был проведён полный четырёх-
факторный эксперимент 2
4
.
Скорость резания (фактор
х
5
) изменяли, основываясь на
результатах однофакторных экспериментов. Угол резания
горизонтальных ножей
γ
(фактор
х
6
) составил 25–35°. Угол
наклона вертикальных ножей
β
устанавливали, исходя из
особенностей конструкции измельчителя, при отсутствии
защемления клубней.
После проведения опытов и обработки эксперименталь-
ных данных был проведён расчёт коэффициентов регрессии
и получены следующие математические модели:
у
1
= 447,75 + 239,75
х
4
+ 33,25
х
5
+ 31,75
х
6
+ 18,25
х
5
х
6
;
(2)
у
2
= 144,99 – 62,65
х
4
– 30,22
х
5
– 17,03
х
6
+
+ 20,43
х
4
х
5
+ 16,18
х
4
х
6
– 15,84
х
5
х
6
;
(3)
у
3
= 40,99 + 2,24
х
5
+ 4,51
х
4
х
5
+ 2,21
х
4
х
5
– 3,21
х
5
х
6
.
(4)
Проведённые исследования показали, что такие пока-
затели, как количество горизонтальных ножей, скорость
резания и угол резания горизонтальных ножей, а также
большинство их парных взаимодействий оказывают су-
щественное влияние на работу измельчителя корнеклуб-
неплодов. Поэтому для описания области оптимума не-
обходимо использовать планирование второго порядка,
поскольку линейного приближения в данном случае не-
достаточно. В связи с этим была использована матрица
плана Бокса — Бенкена для трёх факторов. Количество
горизонтальных ножей
N
изменяли от одного до трёх, ско-
рость резания
V
р
— от 9 до 12,5 м/с с интервалом 1,5 м/с,
а угол резания горизонтальных ножей
γ
— от 25 до 45°
с шагом 10°.
После обработки экспериментальных данных были полу-
чены следующие математические модели в раскодирован-
ном виде:
Q
= –2211,9 + 1625,6 ∙
N
+ 165,7 ∙
V
p
– 196,5 ∙
N
2
–
– 61,2 ∙
N
∙
V
p
;
(5)
Э
= 1358 – 619,1 ∙
N
– 74,7 ∙
V
p
– 6,7 ∙
γ
+ 43,6 ∙
N
2
+
+ 26,9 ∙
N
∙
V
p
+ 3,3 ∙
N
∙
γ
;
(6)
Θ = 217,8 – 39,8 ∙
N
– 25 ∙
V
p
– 2,4 ∙
γ
+ 9,95 ∙
N
2
+
+ 0,9 ∙
V
p
∙
γ
– 0,08 ∙
γ
2
.
(7)
Рис. 1. Схема защемления клубня между горизонтальным
ножом и наклонной стенкой загрузочного бункера:
1
—режущий диск;
2
— горизонтальный нож;
3
— клубень;
4
— наклонная перегородка загрузочного бункера
Рис. 2. Схема расположения горизонтальных ножей:
γ—
угол резания
Эле тронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека