Обґрунтування параметрів вертикального робочого органу гичковидаляючого пристрою

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВЕРТИКАЛЬНОГО РОБОЧОГО ОРГАНУ ГИЧКОВИДАЛЯЮЧОГО ПРИСТРОЮ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

КРАВЧЕНКО ІВАН ЄВГРАФОВИЧ

Вінниця - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному аграрному університеті

Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: доктор економічних наук,

Калетнік Григорій Миколайович,

Вінницький державний аграрний університет,

в.о. ректора.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

член-кореспондент УААН,

заслужений винахідник України

Булгаков Володимир Михайлович,

Українська академія аграрних наук,

академік-секретар відділення механізації та електрифікації

кандидат технічних наук, професор

Кобець Анатолій Степанович,

Дніпропетровський державний аграрний університет,

ректор.

Захист відбудеться 14 січня 2010 р. в 12³⁰ на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.854.02 у Вінницькому державному аграрному університеті, за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна 1, ауд. м. 4

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Вінницького державного аграрного університету за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна 1, корпус 3

Автореферат розісланий 07 грудня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Цуркан О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

гичковидаляючий пристрій режим конструктивний

Актуальність роботи. Механізоване збирання цукрових буряків є найбільш енергозатратним у сільськогосподарському виробництві. Однією з основних операцій при збиранні коренеплодів є видалення гички. Нині розроблено значну кількість робочих органів, способів відокремлення та технологій збирання гички. Однак відомі гичкозбиральні машини не можуть повною мірою задовольнити агротехнічні вимоги, які висуваються Держстандартом України, особливо при роботі машин в екстремальних умовах їх експлуатації.

До основних їх недоліків можна віднести: несумісність між робочими швидкостями гичкозбиральних та коренезбиральних машин; неякісне зрізання гички копіюючими робочими органами при швидкостях понад 1,5 м/с; пошкодження коренеплодів; втрати гички, та нерівномірність її розподілу по поверхні поля.

Застосування безкопірного зрізання гички робочими органами з горизонтальною та вертикальною осями обертання, з одного боку призводить до підвищених повздовжніх габаритних розмірів та матеріаломісткості машин, а з іншого - до ускладнення елементів їх приводу, технології виготовлення робочих органів та підвищених енерговитрат при виконанні технологічного процесу.

В зв'язку з цим розробка та обґрунтування раціональних параметрів гичковидаляючих робочих органів з похилими плоскими поверхнями та вертикальною віссю обертання із застосуванням гідроприводу дозволить підвищити показники якості виконання технологічного процесу та знизити загальні енерговитрати, що нині є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано згідно із “Національною програмою розробки і виробництва комплексів машин і обладнання для сільського господарства, харчової та переробної промисловості”, затвердженої Кабінетом Міністрів України 07.03.1996 р. та відповідно до наукової тематики Вінницького державного аграрного університету

та Інституту кормів УААН (№ державної реєстрації 0106U009958), які реалізуються в рамках Постанови Кабінету Міністрів України №1341 “Про розвиток сільськогосподарського машинобудування і забезпечення агропромислового комплексу конкурентоздатною технікою”.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - підвищення технологічної і енергетичної ефективності процесу видалення гички цукрових буряків шляхом розробки конструкції та обґрунтування раціональних параметрів гичковидаляючого робочого органу з похилими плоскими поверхнями та вертикальною віссю обертання.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- здійснити аналіз сучасних технологічних процесів та робочих органів для видалення гички і визначити напрями їх вдосконалення;

- розробити математичні моделі процесів переміщення гички по робочих поверхнях і у вільному русі та провести їх аналіз;

- провести комплексні експериментальні дослідження для визначення раціональних параметрів робочих органів та режимів роботи гичковидаляючого пристрою;

- провести польові випробування розробленого гичковидаляючого пристрою з визначенням показників технологічної та енергетичної ефективності виконання процесу видалення гички.

- вивести аналітичні залежності для вибору конструктивних параметрів ножа та похилих плоских пластин робочого органу гичковидаляючого пристрою та зробити порівняльну оцінку його економічної ефективності.

Об'єкт дослідження - технологічний процес видалення гички та показники його виконання.

Предмет дослідження - гичковидаляючі робочі органи з похилими плоскими лопатками, компоновка гичковидаляючого пристрою, обґрунтування раціональних параметрів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження здійснювалися з використанням основних положень вищої математики, теоретичної механіки, теорії машин і механізмів, диференціального та інтегрального числення, а також за допомогою спеціально розроблених прикладних програм для ПЕОМ.

Експериментальні дослідження проводились в лабораторно-польових умовах відповідно до розроблених та стандартних методик на спеціально спроектованих і виготовлених комплектах гичкозрізувальних турбін та експериментальній моделі гичковидаляючого пристрою з гідроприводом робочих органів, який агрегатувався з коренезбиральною машиною КС-6Б.

Наукова новизна отриманих результатів:

Обґрунтовано технологічний процес видалення гички цукрових буряків і основні параметри вертикального гичкоріза на основі аналізу переміщення гички по робочих поверхнях турбіни залежно від умов і режимів роботи машини. На цій підставі вперше одержано оптимізаційні детерміновані математичні моделі:

- залежності зміни результуючої швидкості руху гички по поверхні лопаті та її кута вильоту від поступальної швидкості та параметрів турбіни;

- залежності зміни траєкторії та миттєвих швидкостей руху гички після її сходження з лопаті з урахуванням впливу сили опору та напряму руху повітряного потоку від поступальної швидкості, параметрів та режимів роботи турбіни;

- залежності взаємозв'язку дальності польоту гички та ширини смуги її розкидання на зібрану поверхню поля від конструктивних та кінематичних параметрів турбіни.

Одержано аналітичні залежності для визначення:

- мінімальної кутової швидкості обертання турбіни, яка забезпечує транспортування гички по поверхні лопаті;

- раціональних значень конструктивних параметрів ножа та похилих плоских робочих поверхонь турбіни.

Практичне значення отриманих результатів. За результатами досліджень розроблено конструкцію робочого органу та компонувальну схему гичковидаляючого пристрою. Встановлено раціональні параметри та режими роботи гичковидаляючого пристрою, які забезпечують ефективне виконання технологічного процесу. Наведено розрахункові аналітичні залежності для визначення раціональних конструктивних та кінематичних параметрів робочих органів. На основі проведеного багатофакторного експерименту встановлено вплив конструктивних і кінематичних параметрів гичковидаляючого робочого органу на пошкодження коренеплодів.

Окремі результати роботи впроваджено в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр за спеціальністю 6.091902 “Механізація сільського господарства” для викладання дисциплін “Сільськогосподарські машини” та “Машиновикористання в землеробстві” у Вінницькому державному аграрному університеті.

Технічну новизну виконаних розробок захищено трьома патентами України на корисні моделі.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні положення дисертаційної роботи та результати експериментальних досліджень отримані автором особисто, а саме: здійснено аналіз робочих органів та технологій для видалення гички, обґрунтовано параметри похилих лопаток турбіни та ножів. У працях, опублікованих у співавторстві, визначено параметри руху гички після її зрізання; встановлено раціональні конструктивні, кінематичні та технологічні параметри гичковидаляючого пристрою; проведено комплекс експериментальних досліджень з визначення показників якості виконання технологічного процесу; здійснено порівняльну оцінку ефективності застосування гідроприводу, та визначено техніко-економічні показники роботи гичковидаляючого пристрою. Частка авторів в отриманих патентах України на корисні моделі є однаковою.

Апробація роботи. Основні наукові положення та результати досліджень доповідались на щорічних науково-практичних конференціях Вінницького державного аграрного університету (1995 - 2009 рр.), Всеукраїнській науковій конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (Тернопіль, 2009 р.), Х Міжнародній НТК «Сучасні проблеми землеробської механіки» (Дніпропетровськ, 2009 р.), на спільному розширеному засіданні наукового семінару кафедри технології машинобудування ТДТУ і кафедри інженерного менеджменту ТНЕУ (Тернопіль, 2009 р.), на розширеному засіданні наукового семінару кафедри експлуатації машинно-тракторного парку та ремонту машин ВДАУ (Вінниця, 2009 р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано у 10 працях, з яких 6 статей - у фахових виданнях, 1 - у матеріалах наукової конференції та отримано 3 патенти України на корисні моделі.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 142 найменувань, з них 13 іноземною мовою та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 169 сторінок, у тому числі 150 основного тексту, 48 рисунків і 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, визначено мету та задачі дослідження, викладено наукову новизну й практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі здійснено аналіз агрофізичних характеристик коренеплодів та технологічних процесів видалення гички. Здійснено огляд гичковидаляючих робочих органів та їх компоновок, а також теоретичних і експериментальних досліджень з питань обґрунтування їх оптимальних конструктивних, кінематичних і динамічних параметрів.

Значний внесок у формування наукових основ процесів видалення гички та оптимізації конструктивних, кінематичних і динамічних параметрів відповідних робочих органів зробили відомі вчені: П.М. Василенко, Л.В. Погорілий, В.М. Булгаков, М.В. Татьянко, М.А. Мішин, В.А. Грозубінський, Б.П. Шабельник, Р.Б. Гевко, В.Я. Мартиненко, О.М. Кобець, М.М. Зуєв, М.М. Хелемендик та ін.

Розробці нових конструкцій гичковидаляючих робочих органів, вибору їх параметрів на основі здійснених теоретичних і експериментальних досліджень присвячені роботи Я.І. Козіброди, А.С. Кобця, В.М. Барановського, С.В. Синього, В.М. Осуховського, Л.П. Середи, Я.А. Павлова, М.М. Бориса, О.О. Герасимчука, В.Д. Орехівського, М.Г. Березового, О.П. Гурченка та ін.

Аналіз існуючих робочих органів і компонувальних схем гичковидаляючих пристроїв показав, що гичкорізи з вертикальною віссю обертання є менш габаритними і матеріаломісткими у порівнянні з гичкорізами з горизонтальною віссю обертання, однак характеризуються складністю виготовлення та приводу робочих органів і потребують обґрунтування раціональних параметрів для забезпечення якісного видалення гички.

У другому розділі здійснено теоретичне обґрунтування раціональних параметрів робочих поверхонь вертикального турбінного гичкоріза.

Його основу становить вертикальний вал, до якого під кутом закріплені плоскі лопаті. У нижній частині валу, який обертається з кутовою швидкістю щ та переміщується з поступальною швидкістю , кріпляться ножі. Схему для розрахунку характеру руху гички по похилій поверхні плоскої лопаті наведено на рис.1.

Для встановлення закону руху точкової маси зрізаної гички по поверхні плоскої лопаті та складання динамічних диференціальних рівнянь руху системи в основних (узагальнених) координатах скористаємося рівнянням Лагранжа другого роду. На точкову масу діють сила тяжіння , реакція лопаті, яка направлена перпендикулярно до площини лопаті, сила тертя .

У цьому випадку кінцевий вигляд рівняння Лагранжа другого роду визначається кінетичною енергією точкової маси гички від узагальнених координат і абсолютної швидкості та силою і , яка діє на неї

; (1)

; , (2)

де D - діаметр обертання лопаті, м; d - діаметр вала турбіни, м; - довжина проекції траєкторії руху гички на вісь Z.

Отримано рівняння для визначення узагальнених координат

,(3)

звідки визначимо мінімальну кутову швидкість обертання лопаті, яка забезпечує транспортування зрізаної гички у вертикальному напрямку

. (4)

Наведено залежності зміни мінімальної кутової швидкості обертання від та кута . Транспортування гички по поверхні лопаті забезпечується при > 11,5…13,8 (рад/с) та зміні 2,0…2,5 (м/с) і 5⁰…20⁰.

Для отримання аналітичних залежностей параметрів руху точкової маси зрізаної гички по поверхні лопаті і на їх основі визначення раціональних конструктивно-кінематичних параметрів робочих органів гичковидаляючого пристрою вважаємо, що точкова маса гички опирається на цю поверхню та ковзає по ній.

У наведеному випадку точкова маса гички бере участь: у горизонтальному переміщенні - у напрямі руху турбіни зі швидкістю ; у відносному русі - вздовж поверхні лопаті турбіни зі швидкістю ; у переносному русі - разом із лопаттю зі швидкістю . Таким чином, точкова маса має складний рух, при цьому було визначено її абсолютну та результуючу швидкості

, (5)

. (6)

де , - миттєвий радіус (діаметр) вертикальної турбіни, м; - кут між векторами та переносної швидкостей, град.

Залежність, яка характеризує зміну кута нахилу вектора результуючої швидкості переміщення точкової маси гички відносно горизонтальної площини від конструктивно-кінематичних параметрів лопаті турбіни, має вигляд

. (7)

За початкових умовах діаметра вала м та діаметра турбіни м, згідно з одержаним рівнянням (6), побудовано залежності зміни результуючої швидкості, як функції ,

Аналіз залежності показує, що при одночасному збільшенні кута результуюча швидкість також зростає, причому інтенсивність приросту відбувається при збільшенні кута у межах ⁰. Так, при значенні рад/с приріст становить 3,4 м/с, а при рад/с - 6,3 м/с; при швидкості = 2,0 м/с і відповідно 3,2 м/с та 6,1 м/с при = 2,5 м/с.

Середня інтенсивність приросту залежно від збільшення у межах зміни кута становить: при зміні 0 30⁰ - 2,0…3,2 (м/с), а при 30⁰ 90⁰ - 4,0…8,0 (м/с) незалежно від зміни .

Після сходу точкової маси гички з лопаті вона рухається у повітряному просторі з наступним приземленням на зібране поле. При цьому рух гички розглянемо як рух тіла, кинутого під кутом до горизонту з початковою результуючою швидкістю (рис. 5).

У наведеному випадку можливі два варіанти впливу швидкості повітряного потоку на дальність польоту гички: у першому випадку напрямок вектора швидкості збігається з вектором швидкості повітряного потоку , у другому - вектори і протилежно направлені.

Було одержано фізико-математичну модель, яка характеризує траєкторію руху точкової маси гички після її сходження з лопаті з урахуванням впливу сили опору повітряного потоку та напряму його швидкості руху:

- для випадку, коли вектор дотичної швидкості збігається з вектором швидкості повітряного потоку

; (8)

- для випадку, коли вектор дотичної швидкості і вектор швидкості протилежно направлені

. (9)

Відповідно, миттєві швидкості руху точкової маси гички вздовж осей та у фазі підйому точкової маси гички вгору набудуть вигляду:

; (10)

. (11)

Побудовані системи рівнянь (8-11) є фізико-математичними моделями, які характеризують, відповідно, траєкторію руху точкової маси та миттєві швидкості руху гички після її сходження з лопаті турбіни з урахуванням впливу сили опору та напрямку швидкості повітряного потоку.

Визначивши максимальну висоту підйому та загальний час польоту гички, одержали залежності та їх графічне відображення для визначення дальності польоту точкової маси після її сходу з лопаті з початковими швидкістю руху і кутом вильоту

. (12)

Аналіз поверхонь показує, що дальність польоту точкової маси змінюється прямо- пропорційно зміні та загальному часу польоту гички до рівня поверхні ґрунту .

У першому випадку із збільшенням і швидкості дальність польоту збільшується, при цьому межі її зміни знаходяться в діапазоні (м) при м/с та (м) при м/с. У другому випадку із збільшенням дальність польоту зменшується із збільшенням швидкості , при цьому межі її зміни знаходяться в діапазоні (м) при м/с та (м) при м/с.

Ширина смуги розкидання зрізаної гички для обох випадків буде

; (13)

де ; ; ;

; .

Різниця значень дальності польоту та (рис. 7) показує, що ширина смуги розкидання гички на зібране поле знаходиться в межах (м) залежно від величини та напряму та знаходиться в раціональних межах (м) при супроводжувальному напрямі швидкості повітряного потоку (м/с) і м/с при зустрічному напрямку . Зазначені твердження цілком підтверджуються графічними залежностями,

У третьому розділі наведено програму, методику та результати експериментальних досліджень. Розроблено конструкцію турбінного робочого органу, який зображено на рис. 9. Він містить гідродвигун 1, фланець 2, який кріпиться до рами машини. Вертикальне переміщення гички обмежене суцільним горизонтальним диском 3. До вертикального валу закріплені три плоскі лопатки, перша 6 з яких розташована похило біля основи турбіни. Другу частину 5 виконано трикутної форми і розташовано між першою і третьою лопаткою 4, яка закріплена паралельно до осі валу. У нижній торцевій поверхні, з можливістю кутового і колового зміщення та фіксації, встановлено сегментні похилі ножі 7.

У процесі роботи вертикально розташований гичкоріз, обертаючись, ножами зрізає гичку, яка подається на похилу лопатку 6. Далі гичка переводиться на лопатки 5 і 4 і в подальшому транспортується в поперечному напрямі в зону вивантаження.

На рис.10 зображено схему компоновки гичкоріза з коренезбиральною машиною КС-6Б. Він містить раму 4 з опорними колесами 1, на якій закріплені вертикальні робочі органи 5, попереду та позаду яких розташовані передній 2 і задній 6 щитки. Передній щиток виконано меншої висоти і встановлено з більшим зазором відносно поверхні обертання робочих органів, ніж задній. Привід кожного турбінного гичкоріза здійснюється від окремого гідродвигуна 3.

У процесі роботи коренезбиральна машина разом з гичкозрізувальним пристроєм переміщається вздовж рядків коренеплодів. Робочі органи видаляють гичку і по передньому щитку транспортують її у поперечному напрямі з подальшим розкиданням по поверхні поля. Залишки гички можуть потрапляти на задній щиток і по ньому транспортуються у протилежний бік, де крайній гичкоріз переводить їх на передній щиток.

Згідно з розробленою методикою проводили лабораторно-польові дослідження з визначення впливу кута підйому похилих лопаток в, частоти обертання турбіни n та зміщення її осі відносно осі рядка коренеплодів на ширину розкидання гички. Поступальна швидкість машини становила 2 м/с, а похилі пластини виготовляли з такими кутами нахилу в = 10⁰; 15⁰; 20⁰. Величині надавали такі значення: = - 100мм; - 50мм; 0мм; 50мм; 100мм.

Як лабораторну установку використовували раму та привід гичковидаляючого пристрою і один крайній робочий орган, який забезпечував зрізання гички та її викидання похилою лопаткою на поверхню поля.

Загальний вигляд турбінного гичкоріза зображено на рис.11. Графічні залежності ширини розкидання гички b однією турбіною від кута нахилу в похилої пластини зображено на рис.12.

З аналізу наведених залежностей можна зробити висновок, що зростання кута нахилу похилих пластин сприяє зменшенню ширини розкидання гички.

При цьому, зміна кута в від 10⁰ до 15⁰ спричиняє незначне зменшення величини b і для різних частот обертання турбіни не перевищує 3%.

Зміна кута в від 15⁰ до 20⁰ призводить до зменшення величини b на 8,4% - 16,7%.

Це пояснюється тим, що при збільшенні кута нахилу пластини понад 15⁰ відбувається зростання вертикальної складової викидання гички, що призводить до зменшення абсолютного значення b.

Встановлено, що максимальна ширина розстилання гички спостерігається при збігу осі обертання турбіни з віссю рядка.

При визначенні ширини розкидання гички b та енерговитрат Р на виконання технологічного процесу для шестирядного гичковидаляючого пристрою змінювали такі параметри: поступальну швидкість машини V, частоту обертання турбін n, а також кут нахилу секційних ножів до горизонту б.

При проведенні досліджень врожайність гички цукрових буряків становила 230 ц/га. Дослідження проводили на трьох швидкостях: 1,5м/с; 2м/с; 2,5м/с. Кути нахилу секційних ножів становили: б = 12⁰; 16⁰; 20⁰, а частота обертання турбін: 450об/хв; 600об/хв; 800об/хв.

Застосування гідроприводу робочих органів (рис.13), з одного боку дозволяє знизити конструктивну складність і матеріаломісткість елементів приводу, а з іншого, регулювати оберти турбінних гичкорізів для їх синхронізації з поступальною швидкістю бурякозбирального комбайна.

Ефективну потужність на виконання технологічного процесу визначали за відомою методикою, враховуючи покази манометрів для визначення перепаду тиску, витрату гідронасосу; робочий об'єм гідродвигунів, частоту обертання турбін, об'ємний та гідромеханічний ККД.

Загальний вигляд розташування видаленої гички на полі після проходження коренезбиральної машини наведено на рис.14.

На рис. 15 і 16 зображено графічні залежності впливу поступальної швидкості машини V та частоти обертання турбін n на ширину розкидання гички b та витрати потужності Р. Встановлено, що при зростанні величини V від 1,5 до

2,0 м/с падіння ширини розкидання гички b становить 7,1 - 8,0%, а при подальшому збільшенні V від 2,0 до 2,5 м/с величина b зменшується на 22 - 24%, незалежно від частоти обертання турбін.

Водночас збільшення частоти обертання турбін спричиняє різке збільшення ширини розкидання гички. Так, у діапазоні зростання частоти обертання турбін від 450 об/хв до 600 об/хв величина b збільшується на 25 - 35%, а від 600 об/хв до 800 об/хв приріст b становить 42 - 45% залежно від швидкості коренезбиральної машини.

Щодо зміни енерговитрат, то збільшення величин V і n спричиняє зростання затраченої потужності. Так зміна V від 1,5 до 2,5 м/с призводить до збільшення витрат потужності на 21 - 28%, а при зміні n діапазоні 450 - 800 об/хв вони збільшуються в 2,07 - 2,44 рази.

Кут нахилу ножів до горизонту б мінімально впливає на ширину розкидання гички b та витрати потужності Р. У діапазоні зміни величини б від 12⁰ до 20⁰ зменшення величини b і зростання величини Р не перевищує 9%.

На основі проведеного багатофакторного експерименту отримано регресійну залежність з визначення впливу V, n, б на сколи головок коренеплодів

С = -3,4625 + 2,005V - 0,0076n + 1,0225б. (14)

Встановлено, що максимально на даний показник впливає кут нахилу ножів. Далі за інтенсивністю впливу є частота обертання турбін і поступальна швидкість машини. Факторне поле визначалося таким діапазоном зміни параметрів 1,5 < V < 2,5 (м/с); 400 < n < 800 (об/хв); 10⁰ < б < 20⁰.

Наведено поверхню відгуку та її двомірний переріз зміни ступеня сколів головок коренеплодів від одночасної зміни двох факторів: а - ; б - ; в - за відповідного постійного третього фактора, тобто = 10⁰; = 600 об/хв.; = 2,5 м/с.

У четвертому розділі наведено результати виробничої та економічної оцінка гичковидаляючого пристрою, а також рекомендації для вибору його параметрів.

За результатами проведених експериментальних випробувань встановлено такі показники якості виконання технологічного процесу при швидкості коренезбиральної машини 2 м/с і ширині захвату 2,7м.

Якість зрізання коренеплодів по висоті, %: з нормальним зрізом - 93,1; з низьким зрізом - 6,2.

Кількість зв'язаної гички на коренеплодах, % - 1,1.

Характер зрізу коренеплодів, %: із гладкою поверхнею зрізу - 98,7; зі сколотою поверхнею зрізу - 1,2.

Кількість вибитих коренеплодів, % - 0,3%.

За результатами порівняльних випробовувань з визначення енергетичних показників роботи турбінного гичковидаляючого пристрою з похилими плоскими поверхнями (Р = 12,56 кВт) та гичковидаляючого пристрою зі шнековими робочими поверхнями (Р = 17,2 кВт) встановлено, що загальні енерговитрати при застосуванні турбінного гичковидаляючого пристрою з похилими плоскими поверхнями менші на 27%.

Виведено аналітичні залежності та запропоновано рекомендації для вибору конструктивних параметрів сегментних ножів за умови унеможливлення взаємодії зовнішньої периферії ножів з гичкою. Встановлено, що збільшення частоти обертання робочого органу сприяє зменшенню перепаду радіуса периферії ножа, а зростання поступальної швидкості гичкозбиральної машини призводить до його збільшення.

Проведений теоретичний розрахунок дозволив встановити взаємозв'язок між конструктивними параметрами похилих лопаток залежно від їх розташування відносно осі валу.

Побудовано графічні залежності відстані від центру кріплення лопатки до валу та кута нахилу лопатки від миттєвої ширини лопатки, що дозволяє вибрати їх раціональні значення.

Очікуваний економічний ефект від застосування турбінного гичкозрізувального пристрою становитиме 176,3 грн/га.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. На основі проведеного аналізу встановлено, що існуючі технічні засоби для видалення гички цукрових буряків не повною мірою відповідають агротехнічним та енергетичним вимогам. У дисертаційній роботі вперше наведено теоретичне узагальнення та вирішення нової науково-прикладної задачі, яка полягає у підвищенні технологічних показників видалення гички при зниженні енерговитрат шляхом розробки та обґрунтування раціональних параметрів нової конструкції гичковидаляючого пристрою, виконаного на базі вертикально розташованих робочих органів з похилими плоскими лопатями.

2. Мінімально-допустима кутова швидкість обертання лопаті, яка забезпечує транспортування зрізаної гички по поверхні лопаті турбіни вертикального гичкоріза повинна бути більшою 11,5…13,8 рад/с залежно від зміни поступальної швидкості турбіни 2,0…2,5 (м/с) або зміни кута нахилу лопаті у межах 5⁰…20⁰.

3. Уперше виведено теоретичні залежності для визначення зміни результуючої швидкості руху гички по поверхні плоскої лопаті та кута вильоту гички, межі зміни якої становлять 2,0…18,0 м/с, при цьому максимальний приріст відбувається при куті встановлення лопаті відносно осі вала турбіни 10⁰…15⁰.

4. Уперше теоретично обґрунтовано та наведено математичні моделі, які характеризують зміну траєкторії та миттєвих швидкостей руху гички після її сходження з лопаті з урахуванням впливу сили опору та напряму руху повітряного потоку. Встановлено, що дальність польоту гички змінюється прямопропорційно зміні напряму руху повітряного потоку та загального часу польоту гички до рівня поверхні ґрунту та знаходиться у межах 2,8-5,7 і 0,6-2,1 м при швидкості вильоту 15,0 та 6,0 м/с при супроводжувальному напрямі повітряного потоку і, відповідно 1,4…4,0 та 0,05…0,8 м при зустрічному напрямі, а раціональна межа ширини смуги розкидання гички 2,7…3,0 м забезпечується при супроводжувальному напрямі руху повітряного потоку м/с і м/с при зустрічному напрямі .

5. На основі проведених експериментальних досліджень для однієї турбіни встановлено, що зростання кута нахилу похилих пластин в у межах від 10⁰ до 20⁰ призводить до зменшення ширини розкидання гички b. При цьому, раціональними за умови ефективності роботи кут в вибирати в межах 10⁰ - 12⁰. Також встановлено, що максимальна ширина розстилання гички спостерігається при збігу осі обертання турбіни з віссю рядка.

6. Встановлено, що зростання поступальної швидкості V машини призводить до зменшення ширини розкидання гички b. Так, при зростанні величини V від 1,5 до 2,0 м/с значення b зменшується на 7,1 - 8,0%, а при подальшому збільшенні V від 2,0 до 2,5 м/с величина b спадає на 22 - 24%. Збільшення частоти обертання турбін n спричиняє різке зростання ширини b. Так, у діапазоні зростання n від 450 об/хв до 600 об/хв величина b збільшується на 25 - 35%, а від 600 об/хв до 800 об/хв приріст значення b становить 42 - 45%. Кут нахилу ножів до горизонту б мінімально впливає на величину b і в діапазоні зміни б від 12⁰ до 20⁰ зменшення величини b не перевищує 9%.

7. Встановлено, що збільшення величини V спричиняє пропорційне зростання енерговитрат. Так, зміна V від 1,5 до 2,5 м/с призводить до збільшення витрат потужності Р на 21 - 28%. Зростання n в діапазоні 450 - 800 об/хв призводить до збільшення Р в 2,07 - 2,44 рази, а зміна величини б від 12⁰ до 20⁰ спричиняє зростання величини Р до 9%. Раціональними можна вважати наступні межі параметрів: V = 1,8...2,2 м/с; n = 550...650 об/хв.; б = 14⁰ - 16⁰.

За результатами проведеного багатофакторного експерименту з визначення впливу V, n, б на ступінь сколів коренеплодів встановлено, що максимально на поданий показник впливає кут б. Далі за інтенсивністю впливу є частота обертання турбін n і поступальна швидкість V. Факторне поле визначалось таким діапазоном зміни параметрів: 1,5 < V < 2,5 (м/с); 400 < n < 800 (об/хв); 10⁰ < б < 20⁰.

8. Здійснені експериментальні випробування гичковидаляючого пристрою показали, що якість зрізання головок коренеплодів по висоті становить: з нормальним зрізом - 93,1%, з низьким зрізом - 6,2%, а відсоток коренеплодів зі сколеною поверхнею становить 1,2%. Кількість вибитих коренеплодів з ґрунту не перевищує 0,3%. На основі порівняльних виробничих випробувань розробленого гичковидаляючого пристрою з аналогом встановлено, що загальні енерговитрати на виконання технологічного процесу зменшилися на 27%. Виведено аналітичні залежності для визначення раціональних конструктивних параметрів похилих пластин залежно від кута їх нахилу відносно осі обертання турбіни та сегментних ножів за умови унеможливлення взаємодії їх зовнішньої периферії з гичкою. Технічну новизну виконаних розробок захищено 3-ма патентами України на корисні моделі. Очікуваний економічний ефект від застосування турбінного гичковидаляючого пристрою становитиме 176,3 грн/га.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Кравченко І.Є. Результати експериментальних досліджень турбінного гичкоріза коренезбиральної машини / Л.П.Середа, І.Є.Кравченко, А.В.Спірін, В.М.Осуховський // Промислова гідравліка і пневматика. - 2008. - № 4(22). - С.108-109. (Автором проведено експериментальні дослідження та аналіз показників якості виконання технологічного процесу).

2. Кравченко І.Є. Обґрунтування параметрів ножа вертикального гичкозрізувального пристрою / І.Є.Кравченко // Вісник інженерної академії України. - 2009. -№ 1. - С. 173 - 176.

3. Кравченко І.Є. Методика проведення та результати експериментальних досліджень роботи гичковидаляючого пристрою / І.Є.Кравченко // Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету (Серія: технічні науки). - Вінниця, 2009. - № 2. - С. 55-59.

4. Кравченко І.Є. Обґрунтування конструктивних параметрів робочих поверхонь турбіни вертикального гичкозрізувального пристрою / І.Є.Кравченко // Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету (Серія: технічні науки). - Вінниця, 2009. - № 3. - С. 20-23.

5. Кравченко І.Є. Результати експериментальних досліджень гичкозрізувального пристрою з гідроприводом турбін / Л.П.Середа, І.Є.Кравченко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. - 2009. - Випуск 79. - С.124-130. (Автором здійснено експериментальні дослідження та їх аналіз).

6. Кравченко І.Є. Теоретичне дослідження переміщення гички похилою лопаткою вертикального турбінного гичкоріза / Г.М Калетнік, І.Є. Кравченко // Вібрації в техніці та технології. - 2009. - № 4 (56). - С. 161-165. (Автором здійснено аналіз руху гички по похилій лопаті турбіни).

7. Кравченко І.Є. Обґрунтування параметрів ножа вертикального гичкозрізувального пристрою // Матеріали всеукраїнської наукової конференції Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, 13 - 14 травня 2009 р. - Тернопіль, 2009. - С.143.

8. Патент України на корисну модель № 41456, МПК А01D 23/02. Ніж гичкоріза / Середа Л.П., Кравченко І.Є., Осуховський В.М.; заявники і власники патенту Середа Л.П., Кравченко І.Є., Осуховський В.М. - № u200814229; Заявл. 10.12.2008; Опубл. 25.05.2009, Бюл. №10. - 4 с.

9. Патент України на корисну модель № 41457, МПК А01D 23/02. Турбіна гичкоріза / Осуховський В.М., Кравченко І.Є.; заявники і власники патенту Осуховський В.М., Кравченко І.Є.- № u200814233; Заявл. 10.12.2008; Опубл. 25.05.2009, Бюл. №10. - 4 с.

10. Патент України на корисну модель № 41451, МПК А01D 23/02. Гичкозрізувальний пристрій / Середа Л.П., Кравченко І.Є., Осуховський В.М.; заявники і власники патенту Середа Л.П., Кравченко І.Є., Осуховський В.М.- № u200814219; Заявл. 10.12.2008; Опубл. 25.05.2009, Бюл. №10. - 4 с.

АНОТАЦІЇ

Кравченко І.Є. Обґрунтування параметрів вертикального робочого органу гичковидаляючого пристрою: - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва, - Вінниця, 2009.

Дисертаційну роботу присвячено вирішенню наукової задачі підвищення технологічної та енергетичної ефективності технологічного процесу видалення гички та обґрунтування раціональних параметрів вертикального робочого органу гичковидаляючого пристрою. Теоретично обґрунтовано характер зміни траєкторії та миттєвих швидкостей руху гички після сходження з лопаті та визначено дальність її польоту і ширину смуги розкидання. На основі проведених експериментальних досліджень встановлено межі раціональних параметрів та режимів роботи гичковидаляючого пристою, які забезпечують якісне виконання технологічного процесу за мінімальних енерговитрат. Проведено виробничі випробування розробленого гичковидаляючого пристрою, та встановлено техніко-економічні показники його роботи.

Ключові слова: похила лопать, гичка, турбіна, дальність польоту, ширина розкидання, гичкозрізувальний робочий орган, гичковидаляючий пристрій.

Кравченко И.Е. Обоснованире параметров вертикального рабочего органа ботвоудаляющего устройства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Винницкий государственный аграрный университет, Винница 2009.

Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической задачи, которая направлена на повышение технологической и энергетической эффективности удаления ботвы сахарной свеклы путем разработки конструкции и обоснования рациональных параметров вертикального рабочего органа ботвоудаляющего устройства.

Анализ конструкций ботвоудаляющих устройств и теоретических исследований по обоснованию параметров и режимов их работы показал, что существующие технические средства для удаления ботвы сахарной свеклы не в полной мере соответствуют агротехническим и энергетическим требованиям.

Теоретически обоснована минимально допустимая угловая скорость вращения турбины, которая обеспечивает транспортирование срезанной ботвы по поверхности наклонной лопатки.

Проведено математическое моделирование процесса движения ботвы при ее подъеме по лопатке турбины и свободном движении к поверхности убранной части поля. В итоге, установлены рациональные конструктивные и кинематические параметры рабочего органа.

На основании теоретических исследований разработана конструкция и изготовлены рабочие органы лабораторно-полевой установки. Проведенными экспериментальными исследованиями установлены границы рациональных параметров и режимов работы ботвоудалящего устройства, которые обеспечивают качественное выполнение технологического процесса удаления ботвы при минимальны энергозатратах.

При проведении многофакторного эксперимента в процессе производственных испытаний опытного образца ботвоудаляющего устройства установлены зависимости качества работы от конструктивных и технологических параметров рабочих органов. Также, при проведении производственных испытаний, определены технико-экономические показатели работы ботвоудаляющего устройства при компоновке его с корнеуборочной машиной КС-6Б.

Конструктивная новизна разработок защищена патентами Украины.

Ключевые слова: наклонная лопатка, ботва, турбина, дальность полета, ширина разбрасывания, ботвоудалящий рабочий орган, ботвоудалящее устройство.

Kravchenko I.Y. Substantiation of parameters of a vertical working organ of sugar-beet tops removing device: - Manuscript.

Thes is submitted for the scientific degree of a Candidate of technical science on speciality 05.05.11 - machines and means of mechanization of agricultural production, - Vinnytsia, 2009.

Dissertation is devoted to solving the scientific problem of quality improvement of sugar-beet tops removing process, to energy supply decrease for the given technological process and to developing the vertical working organs of tops-removing device and its rational parameters substantiation. The character of pats change and momentary velocities of tops movement after their going down the blade is theoretically substantiated and their flight distance and delivery range is established.

On the basic of the conducted experimental research limits of rational parameters and working conditions of tops-removing device were also established, what provided quality accomplishment of technological process with minimal energy supply. Field test of the developed tops-removing device was conducted and its technical and economic parameters were defined.

Key words: inclined blade, sugar-beet tops, flight distance, delivery range, tops-cutting working organ, tops- removing device.

Размещено на Allbest.ru