06. Красовский В. В., Гербер Ю. Б. Экспериментальное исследование и оптимизация скорости резания для повышения эффективности малогабаритного дискового измельчителя растительных остатков

Печать

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202501.084-100

УДК 631.361.6

Экспериментальное исследование и оптимизация скорости резания для повышения эффективности малогабаритного дискового измельчителя растительных остатков

Красовский Виталий Викторович
кандидат технических наук, доцент кафедры общетехнических дисциплин Агротехнологической академии Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского (295492, Российская Федерация, г. Симферополь, п. Аграрное, ул. Научная, д. 1а), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5556-9531, Researcher ID: KFB-1012-2024, SPIN-код: 4234-0138, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гербер Юрий Борисович
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологий и оборудования производства и переработки продукции животноводства Агротехнологической академии Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского (295492, Российская Федерация, г. Симферополь, п. Аграрное, ул. Научная, д. 1а), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3224-6833, Researcher ID: B-6690-2019, SPIN-код: 2810-6112, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Утилизация растительных остатков в садоводстве является важной задачей, а малогабаритные измельчители – эффективным ее решением. Существующие малогабаритные измельчители веток и лозы часто демонстрируют низкую производительность и высокое энергопотребление, что ограничивает их широкое применение в малых хозяйствах. Влияние скорости резания на производительность и энергопотребление таких измельчителей остается недостаточно изученным, а имеющиеся сведения противоречивы. Данное исследование направлено на выявление оптимальных режимов работы дискового измельчителя, минимизирующих энергозатраты при достижении необходимой производительности.
Цель исследования. Обосновать конструктивные и режимные параметры малогабаритного измельчителя путем определения зависимостей влияния скорости резания рабочего органа на производительность и энергозатраты.
Материалы и методы Исследования проводились на специально разработанной лабораторной установке, представляющей собой малогабаритный дисковый измельчитель. Перед началом каждого эксперимента подготавливалось 15 образцов веток яблони диаметром от 10 до 50 мм. Ветки были разделены на три группы: до 20 мм, 20–30 мм и 30–50 мм. Массовая доля влаги в образцах составляла 45–50 %, а температура древесины не опускалась ниже 20 °C. При каждом опыте фиксировались следующие показатели: время измельчения каждого образца, время холостого хода установки, масса измельченной древесины, энергопотребление в процессе измельчения. Эксперименты проводились для каждой из трех групп веток при трех различных скоростях вращения рабочего органа и трех вариантах его массы. Всего было проведено 135 экспериментов. Полученные данные анализировались с помощью программ Excel, STATISTICA 10 и Matcad. Для оценки статистической значимости результатов использовался t-критерий Стьюдента, для определения нормальности распределения – критерий Шапиро-Уилка. Корреляционную зависимость между показателями установили с помощью коэффициента корреляции Пирсона для нормально распределенных данных.
Результаты исследования. Получена регрессионная модель, описывающая взаимосвязь между производительностью и энергозатратами с учетом скорости резания. Установлены зависимости для различных диаметров веток, что позволило оптимизировать параметры работы измельчителя.
Обсуждение и заключение. Экспериментальные данные подтвердили важность оптимизации малогабаритных измельчителей для повышения их эффективности и снижения энергозатрат. Результаты работы могут быть использованы для разработки более экономичных и эффективных моделей измельчителей, что окажет положительное влияние на эколого-экономическую ситуацию в сельском хозяйстве.

Ключевые слова: дисковый измельчитель, малогабаритный измельчитель, скорость резания, оптимизация параметров, регрессионный анализ

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Красовский В.В., Гербер Ю.Б. Экспериментальное исследо- вание и оптимизация скорости резания для повышения эффективности малогабаритного дискового измельчителя растительных остатков. Инженерные технологии и системы. 2025;35(1):84–100. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202501.084-100

Заявленный вклад авторов:
В. В. Красовский – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор данных; применение статистических, математических, вычислительных и других формальных методов для анализа данных исследования; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.
Ю. Б. Гербер – контроль, лидерство и наставничество в процессе планирования и проведения исследования; формулирование идеи исследования, целей и задач; разработка методологии исследования.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 18.10.2024;
поступила после рецензирования 01.11.2024;
принята к публикации 08.11.2024

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Прокопьев М.Г. Продовольственная безопасность: анализ проекта доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации (часть II). Региональные проблемы преобразования экономики. 2018;(10):7–12. https://doi.org/10.26726/1812-7096-2018-10-7-12 Prokopiev M.G. Food Security: Analysis of a Draft of the Doctrine of Food Security of the Russian Federation (Part II). Regional Problems of Economic Transformation. 2018;(10):7–12. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.26726/1812-7096-2018-10-7-12

2. Брагинец С.В., Бахчевников О.Н., Алферов А.С. Результаты экспериментальных исследований измельчения высушенных волокнистых растительных материалов. Инженерные технологии и системы. 2021;31(4):591–608. https://doi.org/10.15507/2658-4123.031.202104.591-608 Braginets S.V., Bakhchevnikov O.N., Alferov A.S. Experimental Data of Grinding Dried Fibrous Plant Materials. Engineering Technologies and Systems. 2021;31(4):591–608. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.15507/2658- 4123.031.202104.591-608

3. Фокин С.В., Медведева П.Ю., Фомина О.А. Изучение эффективности работы дисковой рубильной машины. Аграрный научный журнал. 2024;(9):147–154. https://doi.org/10.28983/ asj.y2024i9pp147-154 Fokin S.V., Medvedeva P.Yu., Fomina O.A. Study of the Effi Ciency of Disk Chopping Machines. The Agrarian Scientific Journal. 2024;(9):147–154. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.28983/ asj.y2024i9pp147-154

4. Pari L., Suardi A., Del Giudice A., Scarfone A., Santangelo E. Influence of Chipping System on Chipper Performance and Wood Chip Particle Size Obtained from Peach Prunings. Biomass and Bioenergy. 2018;112:121–127. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.01.002

5. Малюков С.В., Аксенов А.А., Малюкова М.А. Анализ конструкций и режимов работы дисковых рубительных машин. Лесотехнический журнал. 2021;11(4):139–149. https://doi.org/10.34220/ issn.2222-7962/2021.4/12 Malyukov S.V., Aksenov A.A., Malyukova M.A. Analysis of Designs and Operating Modes of Disc Chipping Machines. Forestry Journal. 2021;11(4):139–149. (In Russ., abstract in Eng.) https:// doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.4/12

6. Фокин С.В., Медведева П.Ю., Попиков В.П. Анализ конструктивных особенностей привода рубильных машин для измельчения энергетического древесного сырья. Лесотехнический журнал. 2024;14(1):95–115. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.1/6 Fokin S.V., Medvedeva P.Yu., Popikov V.P. Analysis of Design Features of Chipper Drive for Chopping Energy Wood Raw Materials. Forestry Journal. 2024;14(1):95–115. (In Russ., abstract in Eng.) https:// doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.1/6

7. Лумисте Е.Г., Панова Т.В., Панов М.В., Шмигирилов С.И., Лумисте К.О. Измельчитель древесно- растительных отходов. Патент 111967 Российская Федерация. 10 января 2012. EDN: RCVFJW Lumiste E.G., Panova T.V., Panov M.V., Shmigirilov S.I., Lumiste K.O. [Wood and Plant Waste Shredder]. Patent 111967 Russian Federation. 2012 January 10. (In Russ.) EDN: RCVFJW

8. Панова Т.В., Слезко Е.И., Панов М.В., Гапонова В.Е. Измельчитель древесно-растительных отходов. Патент 209643 Российская Федерация. 17 марта 2022. URL: https://i.moscow/patents/ ru209643u1_20220317 (дата обращения: 27.10.2024). Panova T.V., Slezko E.I., Panov M.V., Gaponova V.E. [Wood and Plant Waste Shredder]. Patent 209643 Russian Federation. 2022 March 17. (In Russ.) Available at: https://i.moscow/patents/ ru209643u1_20220317 (accessed 27.10.2024).

9. Виллен Н., Доней К. Измельчитель растительных материалов. Патент 2512309 Российская Федерация. 10 апреля 2014. EDN: ZNEBLY Villen N., Donay C. Grinder of Plant Materials. Patent 2512309 Russian Federation. 2014 April 10. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: ZNEBLY

10. Кашкаров К.Г. Рубительная машина для переработки древесных отходов. Патент 194214 Российская Федерация. 3 декабря 2019. EDN: ESPNTY Kashkarov K.G. [Wood Waste Chipper]. Patent 194214 Russian Federation. 2019 December 3. (In Russ.) EDN: ESPNTY

11. Капитонов А.В. Измельчитель растительных материалов. Патент 177952 Российская Федерация. 19 марта 2018. Kapitonov A.V. [Wood and Plant Waste Shredder]. Patent 209643 Russian Federation. 2018 March 19. (In Russ.)

12. Ульянов В.М., Утолин В.В., Тугеев Д.Э., Ефремов Д.Н. Критерий рабочего процесса и конструкция измельчителя растительных материалов. Вестник аграрной науки Дона. 2023;16(1):66–75. https:// doi.org/10.55618/20756704_2023_16_1_66–75 Ulyanov V.M., Utolin V.V., Tugeev D.E., Efremov D.N. Criterion of the Working Process and Design of a Feed Chopper. Vestnik Agrarnoj Nauki Dona. 2023;16(1):66–75. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.55618/20756704_2023_16_1_66–75

13. Fokin S., Shportko O., Druchinin D. On Shredding of Wood Raw Materials with Knives of Different Designs. BIO Web of Conferences. 2024;145:03012. https://doi.org/10.1051/bioconf/202414503012

14. Березников С.В., Фокин С.В. О методике исследования процесса резания порубочных остатков дисковой рубительной машиной, оснащенной различными типами ножей. Современные проблемы науки и образования. 2013;(5):93. EDN: RRJQRN Bereznikov S.V., Fokin S.V. About Research Methodology of Cutting Disk Forest Residues Chippers Equipped with Various Types of Knives. Modern Problems of Science and Education. 2013;(5):93. (In Russ., abstract in Eng.) EDN: RRJQRN

15. Фокин С.В., Фомина О.А. К обоснованию конструктивно-технологических параметров механизма выброса щепы из дисковой рубительной машины. Лесной вестник. 2021;25(2):99–107. URL: https://clck.ru/3GST9e (дата обращения: 25.10.2024). Fokin S.V., Fomina O.A. Energy Wood Prodyction by Disk Cutting Machines with Different Methods of Chip Emission. Forestry Bulletin. 2021;25(2):99–107. (In Russ., abstract in Eng.) Available at: https:// clck.ru/3GST9e (accessed 25.10.2024).

16. Бирман А.Р., Угрюмов С.А., Локштанов Б.М., Орлов В.В. Экспериментальная техноло- гия и оборудование для производства древесной муки. Известия Санкт-Петербург- ской лесотехнической академии. 2024;1(247):291–301. https://doi.org/10.21266/2079- 4304.2024.247.291-301 Birman A.R., Ugryumov S.A., Lokshtanov B.M., Orlov V.V. Experimental Technology and Equipment for the Production of Wood Flour. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotehniceskoj Akademii. 2024;1(247):291–301. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.21266/2079-4304.2024.247.291-301

17. Гербер Ю.Б. Красовский В.В. Измельчитель растительных материалов. Патент 227371 U1 Российская Федерация. 18 июля 2024. EDN: TJADIS Gerber Yu.B. Krasovsky V.V. [Shredder of Plant Materials]. Patent 227371 U1 Russian Federation. 2024 July 18. (In Russ.) EDN: TJADIS

18. Пирожков Д.Н., Лапин П.Н. Измельчители древесных отходов и растительных остатков. Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2023;8(226):84–89. https:// doi.org/10.53083/1996-4277-2023-226-8-84-89 Pirozhkov D.N., Lapin P.N. Waste Wood and Plant Residue Chippers. Bulletin of Altai State Agrarian University. 2023;8(226):84–89. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.53083/1996-4277-2023- 226-8-84-89

19. Civitarese V., Faugno S., Picchio R., Assirelli A., Sperandio G., Saulino L., et al. Production of Selected Short-Rotation Wood Crop Species and Quality of Obtained Biomass. European Journal of Forest Research. 2018;137:541–552. https://doi.org/10.1007/s10342-018-1122-3

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.