УДК 633.357.5
Дубчак Наталія Андріївна, Кирик Олег Михайлович
Відокремлений підрозділ Національного університету біоресурсів і природокористування України «Бережанський агротехнічний інститут»
вул. Академічна, 20, Бережани, Україна 

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ дослідженНЯ КОРЕНЕЗБИРАЛЬНОЇ МАШИНИ
ТА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕННЯ аналізу результатів

    Анотація. Викопування та очищення коренеплодів від домішок залежить не тільки від конструкції та параметрів робочих органів коренезбиральної машини, але й від агробіологічних і фізико-механічних характеристик коренеплодів у період їх збирання. Ефективність зрізування гички, викопування та очищення коренеплодів від домішок залежить не тільки від конструкції та параметрів робочих органів коренезбиральної машини, але й від агробіологічних і фізико-механічних характеристик коренеплодів у період їх збирання. Вибір конструкції робочих органів і налаштування параметрів і режимів роботи модуля для зрізування гички, викопувальних і очисних модулів самохідних коренезбиральних комбайнів регламентовані розмірними параметрами та формою коренеплодів і фізико-механічним станом навколоплідного ґрунтового середовища. Наведено результати експериментальних досліджень маси та товщини шару налиплого ґрунту на поверхні тіла викопаних коренеплодів залежно від їх розмірних характеристик і фізичного стану ґрунту. Встановлено, що маса налиплого ґрунту змінюється в межах від 10…220 г для кормових буряків, 35…290 г для цукрових буряків, до 90 г для столових буряків.
Ключові слова: кормові, цукрові, буряки; коренеплоди цикорію; маса налиплого грунту; товщина шару ґрунту; вологість ґрунту, технологічний процес сепарації коренеплодів КОС, ворох коренеплодів кормових буряків. 

Постановка проблеми. Сталий розвиток агропромислового комплексу України не можливий без розробки нових прогресивних підходів до створення ефективних технічних засобів збирання сільськогосподарських культур. 
Основним фактором занепаду показників галузі тваринництва в Україні є значне зниження виробництва та зменшення обсягів вживання кормових буряків, які є цінною кормовою культурою [1, 2. 
Збільшення виробництва кормових буряків стримується низьким рівнем механізації основних технологічних процесів, а особливо процесу збирання [3, на яке припадає близько половини всіх витрат праці [4.
Існуючі принципово-функціональні схеми транспортно-технологічних систем коренезбиральних машин (ТТС КМ) не повною мірою відповідають сучасним вимогам щодо показників якості очищення коренеплодів від рослинних і ґрунтових домішок у зв’язку з існуючими недоліками [5, 6. 
Одним із резервів підвищення показників якості роботи КМ є поліпшення технологічного процесу очищення вороху коренеплодів шляхом інтенсифікації процесу відокремлення ґрунту та рослинних домішок від коренеплодів з застосуванням комбінованої очисної системи (КОС).
Аналіз останніх досліджень і публікацій. Метою роботи є підвищення показників якості роботи КМ шляхом розробки конструкції та вибору раціональних параметрів КОС. Теоретичні дослідження базувалися на механіко-математичному моделюванні технологічного процесу сепарації з використанням основних положень вищої математики, теоретичної механіки, теорії машин і механізмів та математичної статистики. Експериментальні дослідження проводилися згідно методики математичного планування і проведення
багатофакторних експериментів. Виклад основного матеріалу. Лабораторна установка для дослідження ступеня пошкодження коренеплодів (рис. 1.,2.) знаходиться в 
Рис. 2. Конструктивна схема польової установки: 
1 – рама; 2 – опорні колеса; 
3 – сферичний диск; 
4 – полоз; 5 – сниця 

1

2

3

4

5

6

Рис. 1. Схема лабораторної установки: 1 – кронштейн; 2 – опора; 
3 – сферичний підшипник; 4, 5 – нижня та верхня осі; 6 – корпус; 
7 – олівець; 8 – півкульова поверхня; 9 – стояк; 10 – екран; 11 – коренеплід; 
12 – шнек; 13 – виток шнека

10

12

4

2

7

8

l

h

13

1

3

5

6

9

М

11

горизонтальній площині, розташованій на осі обертання шнека. 
У момент проходження коренеплодом нижньої точки , при відхилені маятника копра від вертикалі на фіксований кут відхилення , відбувається удар (контакт) коренеплоду з поверхнею витка шнека, який обертається назустріч руху коренеплоду з частотою обертання 
. Внаслідок зіткнення (удару) коренеплід відхиляється від шнека з сумарною швидкістю співудару , при цьому олівець пише на внутрішній частині півкульової поверхні лінію. ЇЇ довжина і напрямок залежать від кута  відхилення осі маятника копра від вертикалі (початкової швидкості співудару  коренеплоду з шнеком, або швидкості подавального транспортера 1, маси коренеплоду , виду поверхні співудару (металічна поверхня) та параметрів шнека. На позначені маркером площі налиплого ґрунту бічної поверхні тіла коренеплодів накладали прозорий папір, поверхню якого було графічно поділено на квадрати площею 0,25 см2 кожний. Підрахунок сумарної площі з налиплим ґрунтом на бічній поверхні тіла коренеплодів проводили шляхом множення загальної кількості квадратів на площу одного квадрата, тобто 
 0,25,                                  (1.1)
де  – сумарна площа з налиплим ґрунтом на бічній поверхні тіла коренеплоду, см2; 
      см2 – площа одного графічного квадрата;
     – загальна кількість квадратів, шт.
Діаметр головки , висоту розташування коренеплодів над поверхнею ґрунту  та загальну довжину коренеплодів  вимірювали штангенциркулем, при цьому загальну довжину коренеплоду вимірювали до його хвостової частини діаметром 1,5 см, а глибину залягання коренеплоду в ґрунті  визначали як різницю загальної довжини і висоти розташування коренеплодів над поверхнею ґрунту. 
Загальну площу підземної бічної поверхні тіла коренеплоду , розташованого у ґрунті на глибині залягання, визначали за відомою формулою, визначивши перед цим штангенциркулем діаметр коренеплоду  на рівні поверхні ґрунту (по лінії маркера). 
Масу коренеплоду визначали зважуванням на вагах з точністю до 0,1 кг.
У першому випадку поправочний коефіцієнт  визначали як відношення сумарної площі з налиплим ґрунтом на бічній поверхні тіла до загальної площі підземної бічної поверхні тіла коренеплоду, тобто

,                                            (1.2)
де  – загальна площа підземної бічної поверхні тіла коренеплоду, см2.
З усього напрацьованого експериментального масиву даних утворювали вибірку даних одного конкретного значення загальної довжини та глибини залягання коренеплодів у ґрунті. 
При експериментальному дослідженні поправочного коефіцієнта  використовували вибірку великого об’єму, тобто кількість вимірів параметра оптимізації була більше 50 [143].
Для отримання регресійної моделі параметрів оптимізації, вибирали відповідний умовний план багатофакторного експерименту, реалізацію якого проводили у наступній послідовності.
Незалежними змінними факторами приймали: коефіцієнт пропорційності відношення глибини залягання коренеплоду у ґрунті , який кодували індексом  і загальну довжину коренеплоду , який кодували індексом .
Двофакторний експеримент провели на трьох рівнях варіювання змінними факторами, тобто реалізували експеримент типу ПФЕ 32. 
Нульовий рівень, або середнє значення кожного вхідного фактора, визначали за формулою [144, 145]:
,                                                 (1.3)
де  –  числове значення нульового рівня вхідного фактора; 
     –  числове значення верхнього рівня вхідного фактора; 
     –  числове значення нижнього рівня вхідного фактора. 
Визначали інтервали варіювання факторами [144, 145]:
                                                 (1.4)
де  – числове значення інтервалу варіювання і-го фактора.
Результати кодування змінних факторів та рівні їх варіювання наведено у табл. 1.1.
Таблиця 1.1
Результати кодування факторів та рівні їх варіювання ПФЕ 32

Фактори	Позначення 	Інтерв.
варіюв.	Рівні варіювання,
натур./кодовані	
	Натур.	Код.			
Коефіцієнт пропорційності, 			0,1	0,5/-1	0,6/0	0,7/+1	
Загальна довжина коренеплоду, , см			5,0	15,0/-1	20,0/0	25,0/+1	

Зв’язок між кодованими  та натуральними  значеннями змінних факторів встановлювали за залежністю [147]:
,                                          (1.5)
де  – числове значення і-го фактору на нульовому рівні; 
     – натуральне позначення і-го фактору. 
Обробку отриманого експериментального масиву даних проводили за загальновідомими методиками та методами статистичної обробки з використанням загальновідомих методик кореляційного і регресійного аналізу експериментальних даних для отримання у кінцевому результаті емпіричних рівнянь регресії [148, 149], які характеризують закономірність зміни маси налиплого ґрунту  на бічній поверхні тіла кормових буряків від їх розмірних характеристик. 
Перевірку відтворюваності дослідів, вибраної апроксимуючої математичної моделі  при однаковому числі повторюваності кожного досліду (точок композиційного плану двофакторного експерименту типу ПФЕ 32), проводили за критерієм Кохрена [144, 147]:

,                                                 (1.6)
де  – розрахункове значення критерію Кохрена; 
     – числове значення максимальної дисперсії в u-й точці; 
     – дисперсія, яка характеризує розсіювання результатів в u-му досліді;
     – загальна кількість дослідів.
	Дисперсію відтворюваності апроксимуючої математичної моделі визначали за формулою [144, 147]:
;                                       (1.7)

,                                            (1.8)
де  – середньоарифметичне значення відгуку u-го досліду;
      – числове значення j-го відгуку u-го досліду;
 – число повторності дослідів;
     – число дослідів в плані однієї повторності;
      – число ступеня вільності;
     =1, 2,..., ;
Знайдені розрахункові значення критерію Кохрена порівнювали з табличним [65], при цьому табличне значення критерію Кохрена  визначали за заданим рівнем значимості  і двома степенями відповідності  та  [144, 147].
Умову адекватності вибраної математичної моделі  перевіряли згідно з нерівністю
<.                                                     (1.9)
,                                            (1.10)
де  – загальне число вимірів в плані при трьох повторностях.
Коефіцієнти апроксимуючої математичної моделі , при умові ортогональності і симетрії композиційного плану ПФЕ32, визначали за відповідними загальними формулами [149]:
- вільний член  і коефіцієнти  -го фактора 
;                                      (1.11)
-	коефіцієнти взаємодії  і 
; ,                    (1.12)
де  – значення кодованої змінної у відповідному стовпчику плану експерименту; 
     – середній результат -го досліду; 
     – порядковий номер досліду; 
     – номер фактора; 
    , – номер фактора, відмінного від -го.
Статистичну значимість коефіцієнтів рівняння регресії  апроксимуючої математичної моделі  проводили за - критерієм Ст’юдента та визначали у такій послідовності [144, 147]:
- визначали умову значимості коефіцієнтів  рівняння регресії 
                                                 (1.13)
де  – табличне значення коефіцієнта Ст’юдента, яке вибирається з таблиці залежно від ступеня відповідності  та рівня значимості  [144, 147];
     – похибка відтворення,
;                                     (1.14)
.                                            (1.15)
.                                                  (1.16)
За результатами розрахунків будували залежності поверхонь відгуку зміни маси налиплого ґрунту на бічній поверхні тіла викопаних коренеплодів як функції  та двомірний переріз поверхонь відгуку для наочного зображення результатів проведених експериментальних досліджень, які проводили за допомогою пакета прикладних статистичних програм обробки і аналізу результатів експериментальних досліджень для ПК “Statistica” та “MathCad”.
Аналіз випадковості процесу оцінювали за стандартними методиками, при цьому визначали математичне сподівання М, дисперсію випадкової величини D та коефіцієнт варіації V [144, 147]. 
Висновки
 Вперше вирішено наукове завдання підвищення показників якості роботи КМ шляхом розробки і обґрунтування параметрів КОС. Підвищення показників якості роботи КМ досягнуто за рахунок інтенсифікації процесу відокремлення домішок від коренеплодів робочими органами КОС із її обґрунтованими раціональними параметрами.  Під час аналізу уточнення маси налиплого ґрунту на бічній поверхні тіла коренеплодів встановлено, що максимальні значення маси грунту на коренеплодах конічної та циліндричної форми ймовірно знаходяться у межах 80…125 та 480…500 г. Із врахуванням поправочного коефіцієнта  ці значення будуть значно меншими. У процесі аналізу співудару коренеплоду з витком шнека встановлено, що значення коефіцієнта технологічної взаємодії  1,0 забезпечується при діаметрі шнека 0,5…0,8 м, його частоти обертання 65,0…115,0 об/хв і значенні кута підйому гвинтової лінії 350. Якщо кут підйому гвинтової лінії більший 450, відбувається інтенсивне зменшення коефіцієнта ( << 1,0), що призводить до значного збільшення сумарної швидкості удару коренеплодів, або підвищення їх пошкоджень. У процесі аналізу руху коренеплоду після його взаємодії з витком шнека встановлено, що умова забезпечення мінімальних пошкоджень коренеплодів, або напрямок вектора сумарної швидкості співудару співпадає з напрямком осьового переміщення витків шнека, функціонально виконується при значеннях діаметра шнека 0,5; 0,6 і 0,7 м та відповідної частоти обертання шнека 90, 70 і 60 об/хв. 
Інформаційні джерела
1.	Барановський В. М., Соломка В. О., Онищенко В. Б. Вибір параметрів при конструюванні гвинтового конвеєра. Вісник ХДТУСГ. 2001. Т. 8(2). С. 209–215. 
2.	Барановський, В. М. Конструктивно-технологічні принципи застосування адаптивного викопувального робочого органу коренезбиральних машин. Науковий вісник НАУ. 2005. № 73(1). С. 249–255. 
3.	Барановський В. М., Паньків М. Р., Дубчак Н. А. Очисна система вороху коренеплодів. Механізація сільськогосподарського виробництва. 2007. № 1(59). С. 33–36.
4.	Барановський В. М., Дубчак Н. А., Онищенко В. Б., Паньків М. Р. Математичні моделі маси налиплого грунту на коренеплодах кормових буряків. Вісник Львівського національного аграрного університету: агроінженерні дослідження. 2008. № 12(2). С. 314–326. 
5.	Барановський В. М. Результати теоретично-експериментальних досліджень секундної подачі вороху коренеплодів. Механізація сільськогосподарського виробництва. 2008. № 1. С. 111–120.
6.	Барановський В. М. Транспортно-технологічні системи очисних робочих органів адаптованої коренезбиральної машини. Сільськогосподарські машини. 2013. Вип. 24. С. 18–29.
7.	Барановський В. М., Паньків М. Р., Теслюк В. В., Онищенко В. Б. Результати експериментальних досліджень коефіцієнта проходження коренеплодів. Вісник Львівського національного аграрного університету : агроінженерні дослідження. 2017. № 21. С. 58–69. 
8.	В. Барановський, М. Паньків, М. Підгурський. Технологічні аспекти розробки модулів транспортно-технологічних систем коренезбиральних машин. Вісник Львівського національного аграрного університету : агроінженерні дослідження. 2018. № 22. С. 65–76. 

Dubchak Natalia Andreevna
Separate subdivision of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine "Brzezany Agrotechnical Institute"street Akademichna, 20, Berezhany, Ukraine

EXPERIMENTAL RESEARCH OF ROOT HARVESTING MACHINE
AND METHODS OF ANALYSIS OF RESULTS

Abstract. Digging and cleaning of root crops from impurities depends not only on the design and parameters of the working bodies of the root harvesting machine, but also on the agrobiological and physical and mechanical characteristics of root crops during their harvest. The efficiency of pruning, digging and cleaning of root crops from impurities depends not only on the design and parameters of the working organs of the root harvesting machine, but also on the agrobiological and physico-mechanical characteristics of roots during harvesting. The choice of design of working bodies and adjustment of parameters and modes of operation of the module for cutting the buds, digging and cleaning modules of self-propelled root harvesters are regulated by dimensional parameters and shape of roots and physical and mechanical condition of amniotic soil. The results of experimental studies of the mass and thickness of the layer of sticky soil on the body surface of excavated roots depending on their dimensional characteristics and physical condition of the soil are presented. It is established that the mass of sticky soil varies from 10… 220 g for fodder beets, 35… 290 g for sugar beets, to 90 g for table beets.
 Key words: fodder, sugar, beets; chicory roots; mass of sticky soil; the thickness of the soil layer; soil moisture, technological process of separation of KOS root crops, heap of fodder beet roots