Обгрунтування конструктивно–технологічних параметрів вертикального доочисника головок коренеплодів цукрових буряків

Глеваха - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Провідна установа: Харківський державний технічний університет сільського господарства Міністерства аграрної політики України, кафедра сільськогосподарських машин.

Захист відбудеться ”12” лютого 2003 р. о 15⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.27.358.01 в Національному науковому центрі ”Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631 Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн.614.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру ”Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631 Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн.102.

Автореферат розісланий ”10” січня 2003 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В.Адамчук

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - підвищення показників якості доочищення головок коренеплодів від залишків гички та зниження енергетичних показників шляхом розробки нової конструкції та обґрунтування раціональних конструктивно-технологічних параметрів доочисника вертикального типу.

Для досягнення поставленої мети передбачались наступні задачі:

- провести аналіз технічного рівня існуючих доочисників головок коренеплодів та розробити конструктивно-технологічну схему нового очисника головок коренеплодів;

- скласти розрахункову модель взаємодії очисної лопаті з поверхнею головки коренеплоду буряків;

- визначити конструктивні, силові і енергетичні параметри робочого органу очисників головок коренеплодів;

- скласти еквівалентну схему та розрахункову модель руху начіпного доочисника; доочисник коренеплід агротехнічний

Об'єкт дослідження - технологічний процес та технічні засоби доочищення головок коренеплодів від залишків гички на корені та показники якості його роботи.

Предмет дослідження - механіко-математичне та експериментальне обгрунтування вертикального доочисника головок коренеплодів і його конструктивних і кінематичних параметрів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились на підставі основних положень вищої математики, теоретичної і аналітичної механіки, опору матеріалів. Експериментальні дослідження проводились відповідно до прийнятої методики і галузевих стандартів у лабораторних і польових умовах на розробленій експериментальній установці з використанням планування багатофакторного експерименту. Обробка результатів експериментальних досліджень здійснювалась на ПЕОМ за допомогою прикладних програм.

Наукова новизна одержаних результатів. Обґрунтовано вдосконалений технологічний процес доочищення головок коренеплодів від залишків гички на корені методом зчісування, який передбачає розробку нової конструктивно-технологічної схеми доочищувального пристрою і отримання нових аналітичних залежностей для визначення раціональних параметрів та режимів роботи доочисного пристрою.

Розроблена математична модель процесу взаємодії очисної лопаті з поверхнею головки коренеплоду, розв'язування якої дозволило визначити раціональні параметри робочих органів доочисників на етапі проектування.

Новизна технічних рішень підтверджена 2 патентами України на винахід, один з яких безпосередньо захищає конструкцію доочисника головок коренеплодів вертикального типу.

Практичне значення одержаних результатів Розроблена математична модель взаємодії очисної лопаті з головкою коренеплоду дозволяє на етапі проектування обгрунтовано вибирати структуру технологічного процесу і машини, визначати раціональні параметри їх робочих органів з урахуванням умов експлуатації.

На основі теоретичних розрахунків розроблено дослідний зразок робочого органу для доочищення головок коренеплодів від залишків гички на корені, який при проведені експериментальних досліджень показав такі характеристики якості очищення: повнота очищення головок коренеплодів від залишків гички - 95,9%; повнота видалення гички очисником за межі зони рядку становить - 99,6%; відсоток пошкоджених коренеплодів не перевищує 1...1,5%.

Особистий внесок здобувача. У дослідженнях за темою дисертації здобувачем самостійно одержані такі результати: обгрунтовано технологічний процес доочищення головок коренеплодів методом зчісування залишків гички на корені та розроблено принципову конструктивно-технологічну схему пристрою для його реалізації; встановлені раціональні параметри робочого органу очисника і на їх основі за аналітичною залежністю визначено його конструктивні параметри; проаналізовано характер взаємодії лопатей очисника з коренеплодом і визначені умови відриву черешків гички від головки коренеплоду; досліджено рух робочого органу, а саме - гумової лопаті по поверхні головки коренеплоду; у польових умовах досліджено вплив параметрів та режимів роботи доочищувального пристрою на якість очищення; на основі проведених досліджень розроблено однорядну доочищувальну машину і проведено її виробничу перевірку; визначені раціональні параметри технології доочищення головок коренеплодів від залишків гички та визначено її економічну ефективність.

У друкованих працях за темою дисертації, опублікованих у співавторстві, особистий науковий внесок здобувача складає 75-80% (основні наукові положення та результати досліджень), а у патентах запропоновані здобувачем окремі конструктивно-технологічні рішення становлять 85% від загального обсягу розробок.

Апробація результатів досліджень. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на щорічних науково-практичних конференціях факультету механізації сільського господарства Національного аграрного університету (1998-2001 рр.); на міжнародній науково-практичній конференції НАУ "Стан та перспективи розвитку механізації сільського господарства на рубежі сторіч" (Київ, 1999 р.); на міжнародній науковій конференції НАУ "Сучасні проблеми землеробської механіки", яка присвячена 100-річчю з дня народження академіка П.М.Василенка (Київ, 2000 р.); на міжнародній конференції: "Current problems of agricultural engineering in an aspect of integration of Poland with European Union: Jubilee international scientific conference XXX years of Agricultural Engineering Faculty at Agricultural University of Lublin", (2000 р. Lublin, Poland); на міжнародній конференції: 9^th International Conference "New Leading Technologies in Machine Building" (2000 р., Rybachie Ukraine). У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась, обговорювалась і рекомендована до захисту на засіданні наукового семінару Навчально-наукового технічного інституту Національного аграрного університету (2001 р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи та результати досліджень опубліковані у 10 друкованих працях загальним обсягом 2,06 умовних аркушів, які опубліковані у фахових виданнях, в тому числі 4 одноосібні. Отримано два патенти України на винахід.

Структура та обсяг роботи. Основний зміст дисертаційної роботи викладено на 158 сторінках друкованого тексту і складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, який нараховує 112 найменувань (з них 8 на іноземних мовах), додатків, містить 11 таблиць і 92 рисунки.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи, визначено мету і задачі досліджень, наведено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі проведено аналіз технологій та машин для збирання цукрових буряків, які пов'язані з видаленням і доочищенням гички з головок коренеплодів на корені, а також огляд результатів досліджень робочих органів доочисників та фізико-механічних властивостей цукрових буряків.

Основні положення теоретичних і експериментальних досліджень по обгрунтуванню конструктивних схем і розрахунку доочисників подані в працях вчених: Л.В.Погорілого, М.В.Татянка, В.О.Дубровіна, М.А.Мішина, В.А.Грозубінського, В.М.Булгакова, В.Я.Аниловича, А.Ф.Завгороднього, В.Я.Мартиненка, М.М.Хелемендика, В.В.Дудки, Л.В.Карабана, Г.Д.Петрова, Ф.Л.Роденка і інших.

Питанням дослідження агротехнічних характеристик та фізико-механічних властивостей цукрових буряків присвячені праці Л.В.Погорілого, А.О.Василенка, В.Ф.Зубенка, М.М.Зуєва, Г.А.Хайліса, В.С.Глуховського, М.М.Хелемендика, Р.Б.Гевка, В.Я.Мартиненка та інших.

З проведеного аналізу літературних джерел встановлено, що в подальшому необхідно проводити додаткові дослідження перспективних робочих органів доочисників головок коренеплодів, які є менш енергоємними, технологічно нечутливими та мають ощадливий режим роботи. Зокрема, не достатньо досліджені конструктивні та кінематичні параметри доочисників головок коренеплодів вертикального типу.

У другому розділі проведене теоретичне обґрунтування раціональних конструктивно-кінематичних параметрів вертикального доочисника залишків гички, який являє собою вертикальний вал з встановленим диском , по периферії якого шарнірно закріплені двоплечеві важелі, нижні кінці яких мають жорстко встановлені осі, на яких змонтовані еластичні консольні лопаті. Верхні кінці важелів за допомогою шарнірних ланок 6 звязані з повзуном , який встановлено на валу з можливістю пересування та фіксації на ньому болтом.

Розглянуто аналітично процес взаємодії одиничної очисної лопаті з поверхнею головки коренеплоду цукрових буряків. При цьому вважалось, що основна частина гички з головки буряку вже зрізана гичкозбиральною машиною, тобто моделюється коренеплід як нерухоме тіло, верхня частина якого уявляє собою півсферу певного радіусу r. Одинична лопать при взаємодії з головкою коренеплоду торкається півсфери в точці С і в подальшому, згинаючись в двох площинах, оббігає півсферу і ковзає по ній

Зі сферичною поверхнею головки коренеплоду зв'язана нерухома система декартових координат OXYZ, початок якої (точка О) розміщений в центрі півсфери.

Розглянуті сили, які виникають в точці С контакту лопаті з головкою коренеплоду. Внаслідок дії обертального моменту приводу лопаті, а також поступального руху доочисної машини очисна лопать зазнає деформації згину і кручення, що обумовлюється дією сили , яку можна вважати корисною робочою силою зчісування залишків гички з головки коренеплоду. У точці С діє сила тяжіння , яка спрямована вертикально вниз, а також прикладений вектор сили тертя з напрямом, який протилежний напрямку швидкості руху точки С по головці коренеплоду. Відцентрова сила , яка також діє в точці С, відхиляє лопать в радіальному напрямку її обертання. В цілому вважалось, що взаємодію очисної лопаті з поверхнею головки коренеплоду цукрового буряку можна розглядати як рух матеріальної точки С під дією сил: , , , , де - нормальна реакція в'язі.

У векторній формі рівняння руху лопаті по поверхні головки коренеплоду має такий вигляд

,(1)

де m - маса, кг, W - прискорення лопаті, м/с.

Оскільки очисна лопать рухається у просторі, то було одержано систему диференціальних рівнянь, яка описує рух точки контакту С лопаті по сферичній поверхні головки коренеплоду буряка під дією сил з боку лопаті такого вигляду

(2)

де - коефіцієнт тертя ковзання лопаті по поверхні буряка; - кутова швидкість робочого органу, рад/с;  - кут, на який повертається лопать за час, t, рад;

R - радіус траєкторії руху точки контакту лопаті, м; V - поступальна швидкість, м/с; f - градієнт функції, яка є лівою частиною рівняння сфери; r - радіус сферичної поверхні головки коренеплоду, м.

Після обчислення частинних похідних та градієнта функції, які входять у праві частини рівнянь (2), та відповідних перетворень отримали кінцеву систему рівнянь, яка характеризує рух точки контакту С по сферичній поверхні головки коренеплоду

(3)

де - радіус головки буряка, м.

Для розв'язання системи диференціальних рівнянь (3) була визначена за окремою моделлю сила , під дією якої відбувається відділення черешків гички від головки коренеплоду. Цю силу знайдено згідно принципу незалежності дії сил згину і кручення лопаті.

З врахуванням значення сили розрахункова математична модель взаємодії очисної лопаті з поверхнею головки коренеплоду цукрового буряка має вигляд

де - жорсткість лопаті; - товщина лопаті, м; - ширина лопаті, м; l - довжина лопаті, м; - кут кручення лопаті, рад.; V - поступальна швидкість руху точки контакту, м/с; - кут повороту перерізу лопаті, рад.

Для розв'язання системи диференціальних рівнянь застосовано чисельний метод Рунге-Кутта, з реалізацією на ПЕОМ.

Аналіз залежності сили зчісування від часу взаємодії лопаті з головкою коренеплоду (рис. 3,4) показує, що при достатній силі зчісування () черешків гички раціональні конструктивні параметри лопаті перебувають у межах: довжина лопаті - 20...25 см, ширина - 4,0...5,0 см.

Для математичного моделювання технологічного процесу доочищення залишків гички з головок коренеплодів у складі агрегату складено еквівалентну схему руху доочисника, яка наведена на рис. 5. Розглянуто рух одного із двох копіюючих коліс радіусом r, при цьому припускалось, що в процесі копіювання колесо рухається у міжрядді буряків по поверхні грунту синусоїдального поперечного профілю. У площині обертання на копіююче колесо діють: сила ваги машини і тягове зусилля .

Під дією вказаних сил в точці контакту К₁ копіювального колеса з грунтом, виникають нормальна і дотична реакції. Точка прикладання нормальної і дотичної реакцій К₁ визначається кутом б. Кут між силою тяги Р і напрямком пересування позначено через в, який визначає характер вертикальних коливань очищувальної машини у повздовжньо-вертикальній площині. Центр осі підвісу рами машини позначено точкою В, висоту підвісу рами - через Н. Приймалось, що шарнір В не пересувається у вертикальній площині, тобто процес копіювання відбувається тільки за рахунок копіюючих коліс машини. Швидкість пересування машини дорівнює V_м..

Динамічну систему, що розглядається, віднесемо до нерухомих декартових координат КХУ, припускаючи, що всі точки системи пересуваються тільки в цій площині. Центр відліку координатних осей К розташовуємо у точці контакту копіюючого колеса з грунтом, тоді положення центра копіювального колеса (точка С₁) визначається координатами х і у.

Масу всієї очищувальної машини позначено через М, масу копіювальних коліс через m=m₁+m₂ (де m₁ - маса першого колеса, m₂ - маса другого колеса). Вагу дослідної машини, прикладену в її центрі мас (точка С) - через G. Вагу копіювальних коліс прикладено в точці С₁. Пневматичні копіювальні колеса представлено у вигляді пружно-демпфіруючих моделей з коефіцієнтом жорсткості с і коефіцієнтом демпфірування . Оскільки копіюючих коліс два, то вказані коефіцієнти будуть подвоюватися.

Оскільки центр мас пневматичних копіюючих коліс здійснює незалежні коливальні рухи (точка С₁) і ординати висот нерівності поверхні ґрунту y значно менші, ніж довжина x, можна вважати, що ці коливання можуть визначатися незалежною координатою y. Тоді положення центра мас очищувальної машини (точка С), у повздовжньо-вертикальній площині повністю визначаються незалежною координатою в. Таким чином, дана коливальна система має два ступеня вільності і може бути зведена до двох незалежних узагальнених координат

(5)

де: в - узагальнена кутова координата у поздовжньо-вертикальній площині, м; y - узагальнена лінійна координата, м.

Для складання диференціальних рівнянь руху використано вихідні рівняння у формі Лагранжа ІІ-го роду

, (6)

де: Т - кінетична енергія системи; Q_i - узагальнена сила; П - потенціальна енергія системи; R - дисипативна функція.

Для визначення узагальненої сили по незалежній координаті у використано вираз елементарної роботи сил на можливому переміщенні ду. Матимемо

(7)

З рівняння (7) було визначено узагальнену силу по узагальненій координаті у

(8)

Для визначення узагальненої сили по координаті в було складене рівняння

(9)

де М_пов. - момент сил, які повертають машину навколо осі, що проходить крізь точку підвісу В; М_оп.пов. - момент сил опору повороту машини.

Для визначення вказаних моментів сил розглянуто окремо схему силової взаємодії робочого органа доочисника з головкою коренеплоду у момент наїзду на нерівність поверхні грунту (рис.6).

Було визначено, що сумарний момент від сил: реакції поверхні грунту , та опору на робочому органі F_оп. буде дорівнювати

(10)

де - плече сили , яке дорівнює

(11)

- плече сили , яке дорівнює

(12)

де Н - висота підвісу рами, м.

Після підстановки виразів (11) і (12) в залежність (10) отримано

(13)

де l₁ - відстань від осі підвісу машини до осі копіюючих коліс, м.

Момент сили опору повороту доочисника від сили G дорівнює

(14)

де l₂ - відстань від осі підвісу машини до центру ваги машини, м.

З врахуванням виразів (9), (13) і (14) узагальнена сила по кутовій координаті в має такий вигляд

(15)

де г - кут, який утворений прямими АВ і ВС₁.

З врахуванням виразів, що входять у (6), та відповідних перетворень було отримано розрахунково-математичну модель (16) руху доочисної машини, по нерівностях поверхні грунту такого вигляду

(16)

Після підстановки в (16) значень величин, що входять в праві частини за допомогою ПЕОМ отримано залежності кута повороту в рами машини від часу

Аналіз отриманих графічних залежностей засвідчує, що найбільш сприятливий режим технологічного процесу роботи доочисної машини спостерігається при поступальній швидкості руху, що дорівнює 2 м/с. Стабілізація зміни амплітуди коливання кута повороту в рами машини наступає приблизно через 1,5 сек. від початку руху доочисної машини. Таким чином, при поступальній швидкості руху доочисної машини 2 м/с, технологічний процес доочищення головок коренеплодів протікає без відриву очисної лопаті від поверхні головки (відсутнє галопування рами машини), що забезпечує підвищення ефективності процесу видалення залишків гички. Крім того, у даному випадку забезпечується узгодження поступальних швидкостей руху розробленого доочисника головок коренеплодів і базових гичкозбиральних і коренензбиральних машин (оптимальна швидкість руху яких близька до 2 м/с), що не дозволить гальмувати процес збирання коренеплодів цукрових буряків.

У третьому розділі наведено програму та методику експериментальних польових досліджень очисника з використанням галузевих та розроблених методик. Описано розроблену експериментальну установку для проведення польових досліджень.

Загальною програмою досліджень передбачалось: розробка та виготовлення нової експериментальної установки для випробування нових зразків робочих органів у польових умовах; експериментальне дослідження ступеню очищення головок коренеплодів від залишків гички на корені з широкою зміною конструктивних параметрів і режимів роботи доочисника головок коренеплодів під час випробувань; визначення характеру взаємодії робочих органів доочисника з коренеплодом; проведення порівняльного аналізу роботи (за ступенем очистки головок коренеплодів) різних типів доочисників головок коренеплодів; проведення статистичного аналізу за результатами експериментальних досліджень для визначення найбільш важливих факторів, які впливають на ступінь доочищення головок коренеплодів, вибір раціональних параметрів і режимів роботи доочисників головок коренеплодів; визначення якісних показників робочих органів доочисників вертикального типу.

З метою оптимізації параметрів і режимів роботи доочисника використано стандартні математично-статистичні методи планування і обробки результатів проведення повнофакторного експерименту.

Для дослідження технологічних і енергетичних параметрів доочисника була розроблена експериментальна установка, яка дозволяє у польових умовах моделювати роботу одиничного зразка різних типів доочисників головок коренеплодів від залишків гички на корені.

Конструкція універсальної експериментальної установки складається з основної рами, яка начіплюється позаду на трактор за допомогою начіпного пристрою. До основної рами може кріпитись поворотна рама за допомогою поворотної балки, яка необхідна для начіплювання на неї горизонтальних робочих органів, причому вона має можливість встановлюватись, під різними кутами до поверхні поля. Робота установки здійснюється у плаваючому положенні гідросистеми задньої начіпки трактора, а пересування відбувається на пневматичних копіювальних колесах, які мають гвинтові пристрої для регулювання висоти встановлення робочих органів над рівнем поверхні грунту.

Схема експериментальної установки з встановленим вертикальним доочисним робочим органом 6, який приводиться в дію за рахунок карданної передачі від ВВП трактора через конічний редуктор . Потім від нього за допомогою ланцюгової передачі приводиться в дію редуктор , завдяки якому через ланцюгову передачу приводиться в дію робочий орган .

Слід відзначити, що завдяки зємному кріпленню і карданним передачам робочі органи можна встановлювати не тільки чітко вздовж або поперек рядка, але і під кутом до напрямку руху в обох випадках, що дає більш широкі можливості для експериментальних досліджень.

Для експериментальних досліджень енергетичних характеристик розробленого очисника експериментальна установка додатково обладнувалась тензометричними датчиками і шляховимірювальним колесом.

Експериментальні дослідження проводились на трьох поступальних швидкостях руху агрегату - 0,8; 1,3 і 1,9 м/с при зміні кутової швидкості обертання вала доочисника в межах 46,0...77,0 рад/с і висоти розташування очисної лопаті над рівнем поверхні грунту 0; 2; 4 см. Всі досліди проведені у п'ятикратній повторності.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних польових досліджень показників якості виконання та енергосилових характеристик технологічного процесу доочищення головок коренеплодів буряків на корені.

Одержано рівняння регресії (17), що характеризує зміну залишків гички на головках коренеплодів у залежності від: Х₁ - поступальної швидкості руху доочисного агрегату, м/с; Х₂ - кутової швидкості очисного вала, рад/с;
Х₃ - висоти розташування очисної лопаті над поверхнею грунту, м.

Y = 412,838 - 190,669Х₁ + 24,648Х₂ - 8,562Х₃ + 0,144Х₁Х₁ - 0,895Х₁Х₂ +

+ 3,033Х₁Х₃ + 3,394Х₂Х₂ - 0,453Х₂Х₃ + 0,035Х₃Х₃. (17)

Аналіз отриманого рівняння (17) показує, що основними складовими величинами, які впливають на параметр оптимізації є кутова швидкість обертання і поступальна швидкість руху робочого органу. Із збільшенням висоти розташування очисної лопаті над поверхнею ґрунту збільшується загальна кількість залишків гички на головках коренеплодів.

Y_1.1 = 30, 817 -58,533Х₁ +10,34Х₂ + 30,687Х₁Х₁ + 1,445Х₁Х₂ - 2,883Х₂ Х₂, (18)

Y_2.1 = 559,575 - 156,264Х₁ - 13,743Х₂ + 3,475Х₁Х₁ + 2,265х₁х₂ + 0,081Х₂Х₂, (19)

Y_3.3 = - 430,304 + 1,745Х₁ + 13,756Х₂ + 1,283Х₁Х₁ - 0,156Х₁Х₂ - 0,102Х₂Х₂. (20)

Аналіз квадратичних поверхонь відгуку показує, що оптимальним режимом роботи очищувальної машини за умови мінімізації показника якості доочищування - залишків гички, (г/м) є: швидкість руху доочисного агрегату у діапазоні 1,5...2,0 м/с. (робота очищувача за межами такого діапазону у бік зменшення призводить до погіршення якості доочищення; у бік збільшення - до руйнування коренеплодів цукрового буряку); кутова швидкість робочого органу доочисника у діапазоні 57...85 рад/с. Порушення меж діапазону кутової швидкості також призводить до погіршення якості доочищення або до руйнування коренеплодів цукрового буряку. Висота встановлення робочої лопаті над рівнем поверхні ґрунту суттєво не впливає на якісні показники процесу доочищення головок коренеплодів від залишків гички. Найбільш раціональні параметрами встановлення лопаті є параметри у діапазоні 0...2 см.

Для проведення тензометричних досліджень було складено агрегат з колісного трактора МТЗ-80 та експериментально-польової установки для доочищення головок коренеплодів з дослідним робочим органом, з'єднаним з тензостанцією, яка рухалась поруч з агрегатом.

За результатами проведених тензометричних досліджень були побудовані залежності, які наведені на рис. 13, 14, 15, 16, що характеризують зміну енергетичних показників роботи очисного агрегату у залежності від зміни його поступальної швидкості руху.

Аналіз графічних залежностей показує, що із збільшенням поступальної швидкості руху агрегату від 0,75 до 1,1 м/с крутний момент зменшується поступово з 6,0 до 4,25 Нм (крива 1) та з 7,5 до 5,95 Нм (крива 2) при відповідних кутових швидкостях очисного вала 78,6 та 56,5 рад/с. При подальшому збільшенні поступальної швидкості руху до 2,0 м/с спостерігається значне збільшення крутного моменту, відповідно до 19,0 і 15,5 Нм. При кутовій швидкості обертання очисного вала 46,9 рад/с, крутний момент збільшується на протязі всього діапазону зміни поступальної швидкості руху від 3,5 до 10,5 Н м.

Аналогічно зростає сила опору переміщенню доочисного агрегату (рис. 14), але приріст сили опору незначний - від 0,047 до 0,06 кН (крива 1) і від 0,063 до 0,073 кН (крива 2), відповідно при = 78,6 рад/с і = 56,5 рад/с.

Зміна тягової потужності від швидкості руху відбувається майже за лінійним законом при чому зниження кутової швидкості доочисного органу у діапазоні 78,6...56,5 рад/с не призводить до суттєвих змін тягової потужності (криві 1,2).

Проаналізувавши дані тензометричних досліджень, можна зробити висновок, що раціональними режимами роботи доочисника є: поступальна швидкість руху агрегату - 1,5 м/с, кутова швидкість обертання робочого органу - у межах 60,0…63,0 рад/с.

Енергетична оцінка використання розробленого доочисника головок коренеплодів була проведена в порівнянні з показниками серійної базової машини ОГД-6(Б) при умовному його віднесенні до 6-рядного варіанту, при цьому тяговий опір, тягова потужність і потужність на ВВП дослідного доочисника зменшується у 1,5 - 1,8 рази, а крутний момент - у 1,5 - 1,8 рази в порівнянні з базовими машинами.

В результаті проведення польових випробувань було встановлено, що повнота очищення головок коренеплодів від залишків гички становить 95,9%, ступінь вимітання гички і рослинних залишків за межі рядка складає 99,96%, що задовольняє (або перевищує) агротехнічним вимогам процесу доочищення головок коренеплодів цукрових буряків.

У п'ятому розділі наведено розрахунок показників оцінки економічної ефективності використання вертикального доочисника головок коренеплодів буряків у порівнянні з базовою машиною та результати впровадження виконаних досліджень.

Виконаний розрахунок економічної ефективності розробленого вертикального доочисника свідчить про доцільність його використання у сільськогосподарських підприємствах, а розрахунковий річний економічний ефект становить 9188,73 грн.

Висновки

- при прикладанні занадто великого зусилля до головок коренеплодів з боку робочих елементів доочисників відбувається їх значне пошкодження, а при зменшені - спостерігається їх неповне доочищення;

- невелика довговічність роботи очисних елементів доочисників, які необхідно замінювати фактично через кожні 15-20 га, що обумовлюється неякісним матеріалом, з якого виготовлені очисні елементи та недоліками їх конструкцій;

- незадовільне вимітання залишків гички і рослинних решток за межі робочої зони рядка, при цьому залишок решток у межах рядка іноді становить 45...65% ;

- більшість існуючих доочисників головок коренеплодів на корені є занадто енергоємними.

2. З метою поліпшення якісних показників процесу доочищення головок коренеплодів буряків на корені та зменшення енергоємності процесу був розроблений та досліджений новий очисний робочий орган, що являє собою вертикальний вал, на якому радіально встановлені еластичні очисні лопаті з механізмом регулювання їх положення відносно осі обертання робочого органу.

3. Складені диференціальні рівняння дозволяють дослідити рух очисної лопаті по головці коренеплоду з урахуванням їх фізико-механічних властивостей та характер руху очисного агрегату по нерівностях поверхні ґрунту вздовж рядків.

4. Теоретично обґрунтовано, що мінімальна ширина очисної лопаті залежить від кута між лопатями, радіуса їх обертання та висоти залишків гички. Для реальних умов ширина очисної лопаті повинна бути в межах b = 0,01...0,107 м.

5. Аналіз графічних залежностей сили зчісування від часу дії очисних елементів та конструктивних параметрів робочого органу, побудованих на основі розрахунково-математичної моделі процесу доочищення залишків гички у вигляді системи диференціальних рівнянь взаємодії лопаті з головкою коренеплоду, дозволив встановити, що:

? сила зчісування залишків гички з головок коренеплодів залежить, в основному від модуля пружності Е матеріалу лопаті, довжини і ширини лопаті;

? довжина та ширина робочої лопаті доочисника визначаються в залежності від модуля пружності Е матеріалу, з якого виконана лопать, і повинні знаходитись у межах l = 0,2...0,25 м та b = 0,04...0,05 м.;

6. Аналіз одержаної математичної розрахункової моделі процесу копіювання нерівностей поверхні грунту доочисником при взаємодії робочого органу з головками коренеплодів у процесі руху дозволив встановити, що раціональна поступальна швидкість руху агрегату становить 1,5 - 2,0 м/с.

7. За результатами теоретичного аналізу та експериментальних досліджень обгрунтовані такі раціональні конструктивно-кінематичні параметри технологічного процесу доочищення головок коренеплодів від залишків гички:

? кутова швидкість обертання робочого органу повинна знаходитись у
межах - 73,2...78,5 рад/с;

? лінійна швидкість пересування доочисника повинна бути не більшою
ніж - 1,5...2,0 м/с;

? висота встановлення робочого органу (лопатей) відносно поверхні
грунту - 0...2,0 см.

8. Порівняльний енергетичний аналіз застосування дослідного доочисника свідчить, що його тягова потужність і потужність на ВВП знижується приблизно в 1,5...1,8 рази в порівнянні з серійним базовим доочисником.

9. За результатами польових випробувань встановлено, що повнота очищення головок коренеплодів від залишків гички становить 95,9%, ступінь вимітання гички і рослинних залишків за межі рядка становить 99,96%.

10. Розрахунковий економічний ефект від застосування розробленої конструкції вертикального робочого органу для доочищення головок коренеплодів становить 9188,73 грн.

Впровадження результатів досліджень здійснено в к.с.п. "Нива" Полтавської області, а також в СКБ Дніпропетровського комбайнового заводу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Орехівський В.Д. Пристрій для експериментально-польових досліджень роботи очисників головок коренеплодів // Зб. наук. праць НАУ. "Механізація с.-г. виробництва" Т.IV К.: Видавництво НАУ, 1998, с. 319-321.

2. Орехівський В.Д., Зиков П.Ю. Конструктивна схема експериментальної установки та дослідження показників роторного очисника головок коренеплодів від залишків гички // Зб. наук. праць НАУ. "Механізація сільськогосподарського виробництва", т.V. К.: Видавництво НАУ, 1999, с. 349-352. (Особистий внесок - розробка конструктивної схеми).

3. Орехівський В.Д. Програма і методика проведення експериментальних досліджень очисників головок коренеплодів // Зб. наук. праць ЛДТУ "Сільськогосподарські машини", Вип. 5. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 1999, с.170-176.

4. Булгаков В.М., Орехівський В.Д. Результати експериментальних досліджень роторного очисника коренеплодів буряків від залишків // Зб. наук. праць НАУ. "Механізація сільськогосподарського виробництва", т. VI К.: Видавництво НАУ, 1999, с. 346-348. (Особистий внесок - проведення експериментального дослідження, аналіз статистичних даних).

5. Ореховский В.Д., Березовий Н.Г., Гурченко А.П. Теоретическое обоснование параметров лопастного очистителя головок корнеплодов свеклы от ботвы // Зб. наук. праць НАУ. "Механізація сільськогосподарського виробництва", т. VIІ К.: Видавництво НАУ, с.279-286. (Особистий внесок - аналіз руху очисної лопаті по головці коренеплоду).

6. V. Bulgakov, W. Orechiwski, E. Krasowski, Z. Burski. Експериментальні дослідження нового рабочого органу для доочистки головок коренеплодів цукрових буряків. - Current problems of agricultural engineering in an aspect of integration of Poland with European Union: Jubilee international scientific conference XXX years of Agricultural Engineering Faculty at Agricultural University of Lublin. - Lublin: WAR. 2000, P. 399-410. (Особистий внесок - розробка програми і статистична обробка даних експерименту).

7. Орехівський В.Д. Статистичний обробіток експериментальних даних роботи нового робочого органу для доочищення голівок коренеплодів цукрових буряків // Зб. наук. праць НАУ. "Механізація сільськогосподарського виробництва", т. VІІІ. К.: Видавництво НАУ. 2000 с. 428-434.

8. Орехівський В.Д. Механіко-математична модель руху очисної лопаті по головці коренеплоду // Зб. наук. праць НАУ. "Механізація сільськогосподарського виробництва", т. ІХ. К.: Видавництво НАУ. 2000 с. 21-24.

9. Булгаков В.М., Єременко О.І., Орехівський В.Д. Аналітичне дослідження взаємодії лопаті очисника з головкою коренеплоду // Труды государственного аэрокосмического университета им. Н.Е.Жуковского "ХАИ". "Авиационно-космическая техника и технология", выпуск 18. Харьков: Государственный аэрокосмический университет им. Н.Е.Жуковского "ХАИ". 2000 с. 173-183. (Особистий внесок - визначення параметрів контактної поверні коренеплоду).

10. V. Bulgakov, I. Golovach, W. Orechiwski, М. Wesoіowski. Construction of a calculation model of a cleaning spade with the surface of a beet crown. Determination of the optimum parameters of a working spade // Commission of Motorization and Energetics in Agriculture: Polish Academy of Sciences Branch in Lublin. - Lublin: WAR, 2001. - Vol. I.- P.38-50. (Особистий внесок - визначення конструктивних параметрів лопаті).

11. Пат. № 30528А України Очисник головок коренеплодів / Булгаков В.М., Зиков П.Ю., Войтюк Д.Г., Орехівський В.Д., Березовий М.Г., Сіпливець О.О., Саєнко А.В., Подоляка Р.В. Опубл. 2000. - Бюл. № 6-ІІ. (Особистий внесок - обгрунтування конструктивної схеми).

12. Пат. № 30529А України Очисник головок коренеплодів від залишків гички / Булгаков В.М., Зиков П.Ю., Войтюк Д.Г., Орехівський В.Д., Березовий М.Г., Сіпливець О.О., Саєнко А.В., Подоляка Р.В. Опубл. 2000. - Бюл. № 6-ІІ. (Особистий внесок - обгрунтування руху робочого органу).

АнотаціЇ