Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький державний аграрний університет

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Обґрунтування параметрів навісних коренезбиральних пристроїв

05. 05. 11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Солтисюк Віктор Іванович

Вінниця - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відокремленому структурному підрозділі Національного аграрного університету Бережанському агротехнічному інституті

Науковий керівник: Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Гевко Богдан Матвійович, Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, завідувач кафедрою "Технологія машинобудування", Заслужений винахідник України доктор технічних наук, професор Булгаков Володимир Михайлович, Українська академія аграрних наук, академік-секретар Відділення механізації та електрифікації, член-кореспондент УААН, Заслужений винахідник України кандидат технічних наук, доцент Пришляк Віктор Миколайович, Вінницький державний аграрний університет, доцент кафедри "Сільськогосподарські машини".

Захист відбудеться "04” червня 2009 р. о 12³⁰ на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05. 854. 02 Вінницького державного аграрного університету за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна, 3, ауд. 4.

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

Автореферат розісланий "30” квітня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради____________ О.В. Цуркан

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розробка нових технологічних процесів викопування і очищення коренеплодів та створення відповідних високоефективних навісних пристроїв для збирання цукрових, кормових і столових буряків з розширеними технологічними можливостями для фермерських господарств сприяє: підвищенню продуктивності праці, зменшенню втрат врожаю, якості зібраної маси, зменшенню транспортних видатків з перевезення та збереженню родючості ґрунту, а також збільшення коефіцієнта використання машин.

Враховуючи те, що фермерські господарства України вирощують 70-90% кормових буряків, 80…95% столових і 20…30% цукрових, а зайняті під ними ділянки мають відносно малі площі, то використання малогабаритної техніки є доцільним.

Завдання підвищення технічного рівня бурякозбиральних машин, основним критерієм оцінки яких є втрати, забрудненість та пошкодження коренеплодів залишається особливо важливою в плані подальшого розвитку вітчизняної коренезбиральної техніки і розширення їх технологічних можливостей, особливо у фермерських господарствах.

Тому одним із актуальних завдань, спрямованих на покращення показників якості виконання технологічного процесу, є розробка нових конструкцій та обґрунтування раціональних параметрів робочих органів для викопування і очищення коренеплодів від ґрунту з підвищеними функціональними можливостями, а також збільшення коефіцієнта використання машини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконана відповідно до державної науково - технічної програми відокремленого структурного підрозділу Національного аграрного університету Бережанського агротехнічного інституту та СКБ ВАТ "Тернопільський комбайновий завод" "Механіко-технологічні основи проектування транспортно-технологічних систем коренезбиральних машин" (номер державної реєстрації 0102U002302), яка реалізовувалася в рамках Постанови Кабінету Міністрів України "Про розвиток сільськогосподарського машинобудування і забезпечення агропромислового комплексу конкурентноспроможною технікою”.

Мета та задачі досліджень. Мета роботи - підвищення якості збирання цукрових, кормових і столових буряків у фермерських господарствах шляхом розробки удосконалених конструкцій навісних коренезбиральних пристроїв і вибору їх раціональних параметрів та режимів роботи, а також збільшення коефіцієнта використання машини.

Для досягнення мети були поставлені наступні задачі:

на основі проведеного аналізу процесу викопування і сепарації вороху цукрових буряків розробити нові більш удосконалені навісні коренезбиральні пристрої з розширеними технологічними можливостями для збирання цукрових, кормових і столових буряків;

провести теоретичне обґрунтування технологічних, кінематичних і конструктивних параметрів очисних роторних сепараторів за умови мінімізації втрат і травмування коренеплодів при виконанні технологічного процесу;

теоретично обґрунтувати параметри навісних викопуючих і очисних коренезбиральних пристроїв при взаємодії з коренеплодами за умови мінімізації їх пошкоджень і забруднення;

на базі розробленої математичної моделі визначити технологічні параметри процесу сепарації коренеплодів очисним роторним диском з метою покращення якості роботи;

розробити динамічну модель навісного коренезбирального пристою з виведенням диференційних рівнянь, що описують рух копача в процесі викопування коренеплодів і визначити силові та динамічні навантаження;

коренезбиральний пристрій машина навісна

розробити програму та методику проведення експериментальних досліджень, а також виготовити експериментальні зразки навісних коренезбиральних пристроїв;

розробити і виготовити стенд для дослідження конструктивних і технологічних характеристик очисних роторних дисків з очисною сіткою;

експериментально дослідити процес викопування і очищення коренеплодів в залежності від величини та кількості імпульсних навантажень і вивести рівняння регресії в залежності від конструктивних та технологічних факторів;

провести комплекс лабораторних та польових досліджень для визначення втрат, пошкодження і забрудненості коренеплодів, уточнити раціональні параметри навісних коренезбиральних пристроїв та дати практичні рекомендації щодо їх проектування;

на основі теоретичних і експериментальних досліджень розробити інженерну методику проектування навісних коренезбиральних пристроїв з розширеними технологічними можливостями і визначити очікуваний економічний ефект від впровадження розроблених конструкцій.

Об'єкт дослідження - навісні коренезбиральні пристрої з очисними роторними робочими органами.

Предмет досліджень - процес викопування і сепарації коренеплодів навісними коренезбиральними пристроями.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з використанням методів теоретичної механіки, математичного аналізу та статистики. Для обґрунтування раціональних конструктивно-технологічних параметрів коренезбиральних машин використовувалось комп'ютерне моделювання, методи дослідження операцій і інженерної творчості, вибору раціональних технічних рішень. Апробація розроблених алгоритмів, програм і методик проводилася методом комп'ютерного моделювання. При проведенні експериментальних досліджень застосовувався метод математичного планування експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів:

проведено теоретичне обґрунтування конструктивних і кінематичних параметрів очисних роторних систем за умови мінімізації втрат і пошкодження коренеплодів при виконанні технологічного процесу;

вперше розроблено структурну модель навісного викопуючого пристрою і проведено теоретичне обґрунтування процесу сепарації коренеплодів за умови мінімізації їх втрат і пошкоджень;

на базі розробленої математичної моделі встановлені технологічні параметри процесу сепарації коренеплодів очисними роторними дисками;

Практичне значення отриманих результатів:

запропоновано нові конструктивні схеми навісних коренезбиральних пристроїв з розширеними функціональними можливостями для операцій викопування і очищення цукрових, кормових і столових буряків та визначено основі конструктивно-кінематичні та технологічні параметри викопувально-очисних робочих органів;

на основі проведеного комплексу теоретичних досліджень розроблено та виготовлено дослідний зразок машини у двох конструктивних виконаннях з пасивними і активними робочими органами;

за результатами експериментальних досліджень виведені рівняння регресії ступеня пошкодження, втрат коренеплодів і сепарації вороху в залежності від конструктивних, кінематичних і технологічних параметрів;

розроблено і виготовлено лабораторну установку для дослідження характеристик очисних роторних дисків коренезбиральних пристроїв з очисною сіткою.

Отримані результати частково впроваджені на ВАТ "Ковельсільмаш" і СКБ ВАТ "Тернопільський комбайновий завод”, а також в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр за спеціальністю 7. 091902 "Механізація сільського господарства" та використовуються для викладання дисциплін: "Сільськогосподарські машини”, "Машиновикористання в землеробстві”, "Технологія механізованих робіт в сільському господарстві” у відокремленому структурному підрозділі Національного аграрного університету Бережанському агротехнічному інституті. Технічну новизну розроблень захищено чотирма деклараційними патентами України на корисні моделі.

Особистий внесок здобувача.

Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно [1, 2, 3, 4, 5]. У працях, опублікованих у співавторстві [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16], здобувачем виведено аналітичні залежності для визначення технологічних, конструктивних і кінематичних параметрів коренезбиральних пристроїв. Здобувачем також запропоновано основні елементи конструкції навісних коренезбиральних пристроїв і стендове обладнання для дослідження характеристик вузлів машини [17-20], які захищені патентами України.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і обговорювались на науково-технічних семінарах і наукових конференціях: відокремленого структурного підрозділу Національного аграрного університету Бережанському агротехнічному інституті; Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя "Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино - та приладобудуванні" (2006-2008 рр.); Міжнародних науково-практичних конференціях: "Проблеми землеробської механіки” у Харківському Національному технічному університеті сільського господарства імені П.М. Василенка (2007-2008 рр.); Луцькому національному технічному університеті (2007-2008), Кіровоградському національному технічному університеті (2007), Вінницькому державному аграрному університеті (2008).

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 20 наукових працях, з яких 6 одноосібних, 4-х деклараційних патентах України на корисні моделі, трьох тезах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 131 найменувань, з них 7 іноземною мовою та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 185 сторінок, в тому числі 186 сторінок основного тексту, 36 рисунків і 7 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, подана загальна характеристика дисертації та основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі проведений аналіз навісних коренезбиральних пристроїв та процесів механізованого збирання коренеплодів, а також визначені основні напрямки підвищення їх технічного рівня. На основі проведеного аналізу існуючих методик визначення ступеня пошкодження та сепарації коренеплодів встановлено, що вони є досить трудомісткими і можуть застосовуватися лише в сезон збирання врожаю, що обмежує терміни проведення пошукових досліджень щодо підвищення технічного рівня нових машин.

Вагомий внесок в розробку нових робочих органів для викопування і очищення коренеплодів і методик їх дослідження, а також визначення їх оптимальних конструктивно-кінематичних та динамічних параметрів внесли відомі вчені: П.М. Василенко, Л.В. Погорілий, В.М. Булгаков, М.В. Татьянко, В.С. Глуховський, О.О. Василенко, В.В. Брей, Б.М. Гевко, Б.П. Шабельник, М.М. Хелемендик, Ю.Б. Аванесов, С.А. Топоровський, І.М. Серебряков, Г.Д. Петров, В.А. Хвостов, А.Г. Цимбал, П.В. Савич, І.П. Сичов, А.К. Сарапулов, Р.Б. Гевко, Я.І. Козіброда, В.Я. Мартиненко, В.М. Пришляк., В.М. Барановський, Н. Є. Влас, М.Р. Паньків та ін.

Аналіз відомих досліджень навісних коренезбиральних пристроїв показав, що в багатьох випадках ці пристрої не відповідають вимогам агротехніки: сильні механічні пошкодження коренеплодів виникають у зв'язку з недосконалістю викопувальних і очисних схем, їх розташування в конструктивно-компонувальних схемах машин, а також неправильним вибором їх конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи, що особливо стосується малогабаритних машин для фермерських господарств.

В другому розділі проведено обґрунтування технологічних, кінематичних і конструктивних параметрів викопуючих робочих органів і очисних роторних дисків. Для кращого подрібнення пласта ґрунту встановлено, що викопуючий леміш доцільно виконувати з кутом нахилу ріжучої кромки . За лемешом, по ходу пристрою жорстко закріплені піднімальні сепаруючі полиці з кутом нахилу . Таке співвідношення кутів і забезпечує утворення лінії розлому пласта ґрунту з коренеплодами і створює сприятливі умови сепарації вороху для кращого його подрібнення, які виконані відповідного поперечного перерізу.

Встановлено, що в процесі роботи запропонованої схеми очисного роторного диска повинно відбуватись бокове відведення викопаних коренеплодів без їх втрат. Згідно запропонованої схеми очисний роторний диск встановлений до осі рядка ОУ під кутом атаки , а до вертикальної осі ОХ під кутом розвалу .

На основі проведених розрахунків визначено технологічну відстань Нґ між краями спиць з урахуванням найбільш несприятливого розташування кондиційних коренеплодів, яка визначається з залежності:

H = 2 R_с sin (180 /n) - r_к, (1)

де R_c - радіус спиць, мм; n - кількість спиць; r_к - радіус головки кондиційного коренеплоду, мм.

Залежності впливу параметрів n, R_с і r_к на величину переміщення спиці H, з яких можна встановити, що максимальний вплив на технологічну відстань H має кількість спиць n, а далі радіус R_с.

Також встановлено осьове переміщення роторного диска S за час, який відповідає часу провертання спиць на кут ц, що визначається величиною хорди Н.

, (2)

де - поступальна швидкість пристрою, м/с; - кутова швидкість руху обертання очисного роторного диска, рад/с.

Аналіз даних залежностей показує, що домінуючий вплив на величину S мають кінематичні параметри роторного диску: і V_а. В меншій мірі впливають на величину S конструктивні параметри очисного роторного диска n і R_с.

Оскільки взаємодія з коренеплодами здійснюється периферійною частиною спиць диска то кут розвалу не має суттєвого впливу на можливий процес проходження коренеплодів між ними.

Тому, враховуючи, що в центральних точках перетину графіків, які зображені на рис. 2 і 3 відношення Н/S 6, то реальний зазор S_p, між яким можуть проходити кондиційні коренеплоди, із врахуванням кута атаки б, визначається за формулою

Размещено на http://www.allbest.ru/

. (3)

На основі проведених досліджень параметри очисного роторного диска слід вибирати із наступної умови

(4)

У першому випадку буде досягнуто розташування коренеплодів між кінцями спиць, що найменше двох крупних коренеплодів, що забезпечить гарантоване відведення коренеплодів із вкладанням їх у валок, а в другому випадку забезпечиться умова не проходження між спицями кондиційних коренеплодів і відповідно їх втрат. Таким чином, раціональними можна вважати наступні межі параметрів: n=8…14; = 12…18 рад/с; = 1,8…2,4 м/с; R_с = 300…400 мм при r_к = 25 мм. Розрахункову схему очисного роторного диска, який забезпечує відведення коренеплодів у центральний валок і траєкторію руху його спиць.

Розглянемо рух очисного роторного диска в системі координат xyz, а за початок координат приймаємо точку О контакту спиць диска із ґрунтом, в якій знаходиться зовнішній радіус спиці.

Рівняння руху кінця спиці в параметричній формі мають такий вигляд:

x=sin (щt) R+V_аtcos;

y= R (1-cos (щt)) sin+V_аtsin; (5)

z=R (1-cos (щt)) cos,

де t - час руху очисного диска, с; R - радіус очисного роторного диска, м; V_а - лінійна швидкість руху машини, м/с.

Абсолютну швидкість обертання кінця спиці визначали із залежності

. (6)

Кількість спиць на диску визначають за умови забезпечення захоплення коренеплодів, тобто відстань між cпицями на зовнішньому діаметрі повинна бути меншою від мінімального габаритного розміру коренеплоду і при цьому повинна виконуватись умова:

; ; (7)

де n - кількість спиць очисного роторного диска; Н₁ - відстань між спицями на зовнішньому діаметрі очисного роторного диска, мм; Н_min - мінімальний габаритний розмір коренеплоду, мм.

Тоді кількість спиць в диску повинна бути більшою відповідної умови:

. (8)

Для дослідження процесу відведення коренеплодів із зони очищення розглянуто кінематичну модель їх взаємодії з спицями роторного очисника.

Напрямок удару співпадає з напрямком вектора швидкості руху спиці, яка складається із векторної суми переносної швидкості руху пристрою та відносної швидкості обертання роторного диска

, (9)

де - відповідно поступальна швидкість руху пристрою та лінійна швидкість обертання диска, м/с.

Напрямок результуючої швидкості (кут до напрямку руху пристрою) визначається із залежності

. (10)

Швидкість при нецентральному ударі визначають за формулою .

Якщо розглянути удар спиці по коренеплоду в напрямку перпендикулярному до площини обертання очисного роторного диска, то спиця контактує з ним по лінії нахиленій під кутом до вертикалі, що забезпечує певну вертикальну складову швидкості коренеплоду.

. (11)

Час вільного польоту коренеплоду визначають через подвійний час його підйому з початковою вертикальною швидкістю

. (12)

За цей час коренеплід подолає відстань . Тоді довжина доочисної сітки повинна бути не меншою за величину .

Враховуючи конструктивні міркування вибираємо: кут , радіус сепаратора , радіус коренеплоду .

Результати розрахунку очисної системи для вказаних параметрів в залежності від зміни кутів і , радіуса коренеплоду та кутової швидкості.

Розглянуто також динамічну модель процесу ударної взаємодії коренеплоду із спицями роторного очисника.

Для розрахункової моделі контактних напружень прийняли, що коренеплід представляє собою частину сфери радіусом , а спиця має циліндричну контактну поверхню радіусом .

Згідно із теорією контактних деформацій сила у місці контакту кулі з циліндром визначається за залежністю

. (13)

Як видно з формули, сила удару очисної спиці коренеплоду залежить від геометричних розмірів тіл, їх матеріалів та контактного зближення.

Максимальне значення сили удару визначали за формулою:

. (14)

Найбільшу зацікавленість становить визначення контактних напружень при ударі, які викликають пошкодження коренеплоду. Максимальне значення контактних напружень при взаємодії очисника з коренеплодом визначали за такою залежністю:

, (15)

де - середня густина коренеплоду, кг/м³.

З аналізу даної залежності випливає, що напруження удару в більшій мірі залежать від геометричних параметрів (радіусів) та механічних властивостей коренеплоду та спиці, збільшення жорсткості якого (зменшення коефіцієнта ) значно збільшує напруження при ударі.

Очисні спиці мають довжину 300.. 400 мм, в кількості 8.. 14 штук, а віддаль між ними складає 50.. 80 мм, яка не повинна бути більшою мінімального діаметра коренеплодів.

На першому етапі рух копача наближено можна описати рівнянням руху сепаруючого ротора:

, (16)

де М - сумарна вага коренеплоду і грунту, Н; с - зведена жорсткість сепаруючого елемента грунту та коренеплоду; в - зведена в'язкість в системі; х - деформація грунту, Н/мм².

Зусилля, які виникають під час удару коренеплоду в сепаруючий роторний диск визначають за формулою

, (17)

де ; .

Перша стадія удару завершиться, коли забезпечиться умова , тобто зусилля перевищить границю пластичності, а решта енергії удару перетвориться на енергію пластичного деформування.

Для виведення аналітичних залежностей з визначення динамічних характеристик пристрою з вібраційними копачами розглянуто його рух під дією зусиль, що виникають у процесі викопування. Для спрощення моделі вважаємо, що привідний механізм (трактор) рухається рівномірно, прямолінійно і має достатньо велику масу.

Рівняння обертового руху вібраційного копача відносно точки кріплення до трактора можна записати у вигляді рівняння моментів відносно точки обертання

, (18)

де І - момент інерції копача відносно осі, що проходить через точку приєднання до трактора (точка обертання), кг·мм²; R_і - відстань, від точки обертання до і-го лемеша, мм; (ц_і - кут, на який повернута лінія, що сполучає і-й леміш із віссю обертання відносно осі копача, град; R_і - відстань від точки обертання до місця прикладання зусилля очисників, мм.

В узагальненому вигляді зусилля, які діють на вібраційний копач, залежать від кута повороту агрегату , . В найпростішому випадку ця залежність може бути записана у такому вигляді:

; . (19)

Значення залежить від швидкості обертового руху:

, (20)

де - коефіцієнт пропорційності, що залежить від форми лемеша та властивостей ґрунту; п - показник степеня, який залежить від фізико-механічних властивостей ґрунту.

Розв'язок складеного диференціального рівняння неможливо виконати аналітично, тому використано чисельні методи розв'язку. Найбільш доцільно застосувати метод Рунге-Кутта, для чого зведено це рівняння до системи двох рівнянь першого порядку:

. (21)

; ;

; .

Імовірність виникнення випадкових впливів ударів F, що діють на копач визначається характеристиками ґрунту, нерівністю поверхні поля, процесом викопування коренеплодів та іншими факторами. Кожен з них виводить копач із рівноваги, а коли частота вимушуючої сили буде близька до частоти коливань системи може виникнути явище резонансу. Тому кращими, з точки зору стійкості (параметра F_i) пристрою в цілому, буде така конструкція, що збільшує бокові сили опору F. В цьому випадку затухання коливань наступить значно швидше і рух пристрою буде стійким.

В третьому розділі розроблено програму і методику проведення експериментальних досліджень.

Розроблено також лабораторну установку для дослідження очисних систем коренезбиральних пристроїв.

Розроблена програма і методика проведення експериментальних досліджень з визначення пошкоджень, втрат і ступеня сепарації коренеплодів з виведенням рівнянь регресійних залежностей. Повнофакторний експеримент проводили з одночасною зміною двох залежних параметрів в наступних межах: кутова швидкість очисного роторного диска, щ=15. 25 рад/с; швидкість руху пристрою, V_а=1,4. 1,8 м/с.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень навісних коренезбиральних пристроїв. Дослідження проводили за трьома основними показниками: пошкодженню, втратами і ступінню сепарації ґрунту. Крім цього при значній вологості грунту понад 23% пристрій доцільно використовувати виключно в режимі підкопування коренеплодів.

Відповідно у натуральних величинах (координатах) рівняння регресії приймають вигляд:

для пошкоджень коренеплодів

, (22)

для ступеня сепарації ґрунту

. (23)

для втрат коренеплодів

(24)

На рис. 13 представлена поверхня відгуку та двомірний переріз поверхні відгуку залежності пошкоджень коренеплодів при викопуванні від швидкості обертання очисного роторного диска і лінійної швидкості пристрою.

На рис. 14 зображено поверхню відгуку та двомірний переріз поверхні відгуку залежності ступеня сепарації коренеплодів при викопуванні від швидкості обертання очисного роторного диска і лінійної швидкості руху пристрою.

В п'ятому розділі розглянуті питання технологічності конструкції малогабаритної агротехніки, інженерні методики проектування робочих органів коренезбиральних пристроїв з визначенням раціональних конструктивних і технологічних параметрів, а також конструктивно-компонувальна схема пристрою. Розглянуто питання доочищення коренеплодів з використанням пруткового транспортера з гвинтовим подаючим робочим органом, а також розрахунок економічної ефективності пристрою. Розроблена інженерна методика проектування навісних коренезбиральних пристроїв для фермерських господарств з очисними роторними дисками. При цьому встановлено, що очікуваний річний економічний ефект складає 70,71 грн. на 1га.

Загальні висновки

1. У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача, яка полягає у розробленні та визначенні конструктивних, кінематичних і технологічних параметрів навісних коренезбиральних пристроїв для викопування коренеплодів цукрових, кормових і столових буряків в приватних і фермерських господарствах, де вирощують 70…90% кормових, 80…95% столових і 20…30% цукрових буряків з метою покращення показників якості виконання технологічного процесу. Вирішення цієї задачі дозволить покращити технічні та експлуатаційні параметри коренезбиральних пристроїв, збільшити сезонний час її експлуатації з можливістю переобладнання в різні конструктивно-компонувальні варіанти.

2. На підставі проведених теоретичних розрахунків процесу роботи очисного роторного диску, за умови виключення втрат кондиційних коренеплодів, виведені аналітичні залежності для визначення його технологічних, конструктивних і кінематичних параметрів і встановлено межі їх раціональних значень: кількість спиць ротора n = 8. 14, кутова швидкість обертання ротора ? = 12…18 рад/с; поступальна швидкість диска V_д = 1,8…2,4 м/с; радіус спиць R_с = 300…400 мм.

3. Вперше розроблено математичну модель сепарації маси вороху з забезпеченням розломування пласта ще на стадії викопування, коли на першому етапі викопування коренеплодів леміш встановлюють під кутом 25?…27?, а на другому етапі - під кутом 20?…22? до площини грунту. Таке співвідношення кутів забезпечує утворення лінії розлому пласта з коренеплодами і створює сприятливі умови сепарації вороху, а також наданням 2-3 імпульсних навантажень, при використанні вібраційних копачів. Процес доочищення здійснюють з використанням очисної сітки.

4. В результаті теоретичних досліджень процесу сепарації коренеплодів роторними очисними дисками розроблена динамічна модель ударної взаємодії спиць роторів з коренеплодами, яка враховує жорсткість контактної зони з виведенням диференційного рівняння і визначення сили удару, контактних напружень, при врахуванні радіуса спиці, швидкості удару і модуля пружності коренеплодів в залежності від їх геометричних розмірів та контактного зближення. Встановленою, що ударні контактні напруження у коренеплодів збільшуються із збільшенням їх радіуса, його модуля пружності, швидкості руху спиць і зменшуються зі зменшенням радіуса спиці. При цьому максимальні значення швидкостей взаємодії не повинні перевищувати 2 м/с, а кут встановлення очисних роторних дисків доцільно вибирати в межах 120-150^о до напрямку руху пристрою, що дало можливість теоретично визначити допустимі ударні контактні напруження та силу удару, а також умову викидання коренеплодів в зону накопичення.

5. Теоретично обґрунтовано значення величини шляху переміщення коренеплодів і довжини очисної сітки. Встановлено, що суттєвий вплив на технологічний процес сепарації коренеплодів має кут встановлення очисних роторних дисків до горизонту, який складає 15.20?, і напрямку руху коренезбирального пристрою, із збільшенням якого довжина очисної сітки зменшується і збільшується швидкість викидання коренеплодів. При цьому кут встановлення доочисної сітки до горизонту доцільно вибирати в межах 60.. 75^о. Вперше виведено аналітичну залежність для визначення часу взаємодії спиці диска з коренеплодами і залежності питомої енергії пластичного деформування від початкових напружень пластичної деформації і від зведеної жорсткості спиць очисного роторного диска системи та коренеплоду.

6. Розроблено і виготовлено навісні коренезбиральні пристрої зі змінними активними і пасивними робочими органами - вібраційними лемешами продуктивністю до 0,9 га/год, які агрегатуються з трактором МТЗ-82. Програмою експериментальних досліджень передбачено проектування і виготовлення експериментально-дослідних зразків навісних коренезбиральних пристроїв з їх переобладнанням в різні конструктивно-компонувальні варіанти. Перший варіант - навісний коренезбиральний пристрій з пасивним копачем і пасивними очисними роторними дисками і другий варіант навісний коренезбиральний пристрій з вібраційними копачами і активними очисними роторними дисками.

7. Розроблено пакет прикладних програм для проведення машинного експерименту знаходження залежностей зміни основних параметрів навісних коренезбиральних пристроїв від величини кута встановлення очисних роторних дисків, як до горизонту так і до напряму руху агрегату, швидкості руху пристрою і роботи очисних роторних дисків. Встановлені раціональні значення кінематичних, конструктивних і технологічних параметрів розроблених пристроїв: радіус очисного роторного диска R_d=300мм; кількість спиць роторного очисника n=12. В результаті проведеного повнофакторного експерименту виведені рівняння регресії якості очищення, пошкодження коренеплодів і їх втрат в залежності від конструктивних та технологічних факторів.

8. В результаті проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що очищення і пошкодження коренеплодів розробленими навісними коренезбиральними пристроями знаходяться в допустимих межах згідно державного стандарту. При цьому загальна кількість налиплого на коренеплодах ґрунту складає 0,9%, а їх травмування - 2,5%. Встановлено, що очисні роторні диски доцільно встановлювати під кутом 120? до напрямку руху коренезбирального пристрою, а швидкість їх обертання повинна бути рівною n=140-160об/хв, а кут встановлення очисної сітки повинен бути в межах 60-75? при максимальній швидкості руху пристрою V_а=2,1 м/с. Розроблена інженерна методика проектування навісних коренезбиральних пристроїв з роторними очисниками. Технічна новизна розробок захищена 4 деклараційними патентами України на корисні моделі. Розробки частково впроваджені на ВАТ "Ковельсільмаш" і передані СКБ "Тернопільський комбайновий завод" для впровадження. Очікуваний економічний ефект від використання одного пристрою склав 70,71 грн. на один гектар.

Список основних праць, опублікованих за темою дисертації

1. Солтисюк В. Технологічні основи сепарації коренеплодів / В. Солтисюк // Техніка АПК. - К.: №11-12, 2007. - С. 26-27.

2. Солтисюк В. Результати експериментальних досліджень трьохрядної навісної коренезбиральної машини / В. Солтисюк // Вісник Тернопільського державного технічного університету: зб. наук. праць. - Тернопіль: ТДТУ, 2008. - Том 13. №1. - С. 125-130.

3. Солтисюк В.І. Конструктивно-технологічні методи забезпечення надійності малогабаритної сільськогосподарської техніки / В. Солтисюк // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка: зб. наук. праць. - Харків: ХНТУСГ, 2007. - Вип. 51. - С. 146-151.

4. Солтисюк В.І. До питання очищення коренеплодів гвинтовими сепаруючими елементами. / В. Солтисюк // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка: зб. наук. праць. - Харків: ХНТУСГ, Вип. 59, Т. 1.2007. - С. 137-142.

5. Солтисюк В.І. Обґрунтування параметрів навісної трьохрядної коренезбиральної машини / В. Солтисюк // Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. - Луцьк: ЛДТУ, 2007. - Вип. 15. - С. 264-268.

6. Солтисюк В.І. Результати експериментальних досліджень сепарації коренеплодів / В. Солтисюк // Перспективна техніка і технології - 2008: ІV міжнародна наук. - практ. конф. студентів і молодих вчених, 24-26 травня 2008р.: матеріали. - Миколаїв, 2008. - С. 269-273.

7. Солтисюк В.І. Результати експериментальних досліджень сепарації коренеплодів / Р.В. Комар, В.І. Солтисюк // Перспективна техніка і технології - 2008: ІV міжнародна наук. - практ. конф. студентів і молодих вчених, 24-26 травня 2008р.: матеріали. - Миколаїв, 2008. - С. 412-414. (Автором проведено експериментальні дослідження та аналіз технологічних показників на якість сепарації).

8. Солтисюк В.І. Дослідження динамічних навантажень при очищенні коренеплодів дисками пальцевого очисника / Ю.Б. Гладьо, В.І. Солтисюк // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка: зб. наук. праць. - Харків: ХНТУСГ, 2007. - Вип. 59, Т. 1.2007. - С. 142-149. (Автором запропоновано динамічну модель процесу сепарації очисними роторними дисками).

9. Солтисюк В. Теоретичне обґрунтування процесу сепарації коренеплодів роторними очисниками / Ю. Гладьо, В. Солтисюк // Вісник Тернопільського державного технічного університету: зб. наук. праць. - Тернопіль: ТДТУ, 2007. - Том 12. №4. - С. 78-85. (Автором розроблено математичну модель сепарації коренеплодів очисними роторними дисками).

10. Солтисюк В. Методологія розрахунку і компонування трирядної навісної коренезбиральної машини / А. Матвійчук, В. Солтисюк, І. Казюка // Вісник Тернопільського державного технічного університету: зб. наук. праць. - Тернопіль: ТДТУ, 2006. - Том 11. №4. - С. 87-92. (Автором запропоновано компонувальну схему коренезбиральної машини).

11. Солтисюк В. Обґрунтування конструктивних і кінематичних параметрів очисних роторних дисків / Р. Гевко, В. Солтисюк, М. Клендій // Вісник Тернопільського державного технічного університету: зб. наук. праць. - Тернопіль: ТДТУ, 2009. - Том 14. №1. - С. 56-61. (Автором обґрунтовано кінематичні параметри очисних роторних дисків).

12. Солтисюк В.І. Обгрунтування параметрів стендів для дослідження параметрів характеристик транспортно-технологічних систем сільськогосподарських машин / І.Б. Гевко, В.І. Солтисюк, І.В. Фльонц // Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. - Луцьк: ЛДТУ, 2007. - Вип. 16. - С. 24-29.

13. Солтисюк В. Стенд для дослідження очисних характеристик коренезбиральних машин. / В. Солтисюк // Природничі та гуманітарні науки. Актуальні питання: дванадцята наук. конф. 14-15 травня 2008р.: матеріали. - Тернопіль, 2008. - С. 65.

14. Солтисюк В.І. До питання забезпечення ндійності технологічного процесу очищення коренеплодів / В. Солтисюк // Природничі та гуманітарні науки. Актуальні питання: дванадцята наук. конф. 16-17 травня 2007р.: матеріали. - Тернопіль, 2007. - С. 61

15. Солтисюк В.І. Компонувальна схема начіпної трьохрядної коренезбиральної машини / В.І. Солтисюк // Проблеми створення та технічної експлуатації машин та обладнання: друга всеукраїнська конференція-семінар докторантів, аспірантів та пошукачів у галузі аграрної інженерії. 7-8 червня 2007р.: матеріали. - Кіровоград, 2007 - С. 26-27.

16. Солтисюк В.І. Конструктивно-технологічні схеми зменшення пошкоджень та покращення якості доочистки коренеплодів / А.В. Матвійчук // Природничі та гуманітарні науки. Актуальні питання: дванадцята наук. конф.

14-15 травня 2008р.: матеріали. - Тернопіль, 2008. - С. 136.

17. Декл. пат. на кор. модель №30263 Україна, МПК (2006) А01D17/00. Сепаруючий диск коренезбиральної машини / Солтисюк В. І.; заявник і власник патенту ТДТУ. - №200707856; заявл. 12. 07.2007; опубл. 25. 02.2008, Бюл. №4.

18. Декл. пат. на кор. модель №31051 Україна, МПК (2006) В65G 33/00. Стенд для дослідження очисних характеристик коренезбиральних машин / Гевко Р.Б., Солтисюк В.І., Фльонц О.В., Білик С. Г; заявник і власник патенту ТДТУ. - №2007712455; заявл. 09. 11.2007; опубл. 25. 03.2008, Бюл. №6.

19. Декл. пат. на кор. модель №23519 Україна, МПК (2006) А01D 17/00. Навісна коренезбиральна машина / Гевко Б.М., Білик С.Г., Солтисюк В. І.; заявник і власник патенту ТДТУ. - №200700831; заявл. 26. 01.2007; опубл. 25. 05.2007, Бюл. №7.

20. Декл. пат. на кор. модель №36646 Україна, МПК (2006) А01D 25/02. Вібруючий леміш коренезбиральної машини / Солтисюк В. І.; заявник і власник патенту Солтисюк В.І. - №200705866; заявл. 25. 05.2007; опубл. 10. 11.2008, Бюл. №21.

Анотація

Солтисюк В.І. Обґрунтування параметрів навісних коренезбиральних пристроїв: - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидат технічних наук за спеціальністю 05. 05. 11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Вінниця 2009.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової задачі покращення якості викопування і очищення коренеплодів роторним очисником з розробленням конструкції навісних коренезбиральних пристроїв з розширеними технологічними можливостями для викопування цукрових, кормових і столових буряків. Теоретично обґрунтовані і експериментально уточнені параметри викопувального і очисного робочих органів при взаємодії їх поверхонь з коренеплодами за умови мінімізації їх пошкоджень і забруднення. На базі розробленої математичної моделі сепарації коренеплодів роторним очисником визначено кінематичні, конструктивні і технологічні параметри. Розроблено динамічну модель роботи навісного коренезбирального пристрою з пасивними очисними дисками і активними вібраційними копачами з виведенням диференційного рівняння Рунге-Кутта, що описує рух копачів в процесі викопування коренеплодів з визначенням динамічних навантажень.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень обґрунтовані раціональні конструктивні, кінематичні і технологічні параметри навісних коренезбиральних пристроїв з розширеними технологічними можливостями. Виведені рівняння регресії пошкодження, втрат коренеплодів і ступеня сепарації ґрунту залежно від різних факторів. Результати досліджень використовуються організаціями при розробленні навісних коренезбиральних пристроїв і їх робочих органів.

Ключові слова: навісні коренезбиральні пристрої; коренеплоди, технологічний процес викопування; сепарація, роторний очисник, ударна взаємодія.

Аннотация

Солтисюк В.И. Обоснование параметров навесных корнеуборочных приспособлений: - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидат технических наук за специальностью 05. 05. 11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Винница 2009.

Диссертационная работа посвящена решению научной задачи улучшения качества выкапывания и очистки корнеплодов роторным очистителем с разработкой конструкции навесных корнеуборочных приспособлений с расширенными технологическими возможностями для выкапывания сахарной, кормовой и столовой свеклы. Теоретически обоснованные и экспериментально уточнены параметры выкапываемого и очистительного рабочих органов при взаимодействии их поверхностей с корнеплодами при условии минимизации их повреждений, потерь и загрязнения. На базе разработанной математической модели сепарации корнеплодов роторным очистителем определенно кинематические, конструктивные и технологические параметры. Разработана динамическая модель роботы навесного корнеуборочного приспособления с пассивными очистительными дисками и активными вибрирующими копачами с выведением дифференциального уравнения Рунне-Кутта, которое описывает движение копача в процессе выкапывания корнеплодов с определением динамических нагрузок.

На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рациональные конструктивные, кинематические и технологические параметры навесных корнеуборочных приспособлений с расширенными технологическими возможностями. Выведены уравнения регрессии повреждений, потерь и степени сепарации корнеплодов в зависимости от разных факторов. Результаты исследований используются организациями при проектировании навесных корнеуборочных приспособлений и их рабочих органов.

Разработана структурная модель роторного очистителя корнеуборочного приспособления и приведено теоретическое обоснование процесса сепарации корнеплодов с условием минимального их повреждения с определением рациональных конструктивных и технологических параметров. Выведены аналитические зависимости для определения энергосиловых параметров роторного очистителя с определением соответствующих коэффициентов процесса сепарации корнеплодов. Изготовлены два варианта экспериментальных образцов навесных корнеуборочных приспособлений: с пассивными сепарирующими дисками и активными вибрирующими копачами, и с активными сепарирующими дисками и пассивными копачами. Также разработан стенд для исследования характеристик роторных очистительных систем. Экспериментально исследованы процессы выкапывания и сепарации корнеплодов в зависимости от величины и количества импульсных нагрузок и их влияние на качество очистки и повреждения корнеплодов и выведены уравнения регрессии зависимости повреждений, потерь и качества сепарации от различных факторов.

Разработана инженерная методика проектирования навесных корнеуборочных приспособлений с расширенными технологическими возможностями для уборки сахарной, столовой и кормовой свеклы.

Ключевые слова: навесных корнеуборочные приспособления; корнеплоды, технологический процесс выкапывания; сепарация, роторный очиститель, ударное взаимодействие.

Annotation

Soltysiuk V.I. Substation of the mounted root-harvesters parameters. - A manuscript.

Dissertation for the candidate of technical science degree in specialty 05. 05. 11 - Machines and means of mechanization in the agricultural production. - Vinnytsya, 2009.

The dissertation is devoted to the problem of improvement the quality of digging out and cleaning the root-crops with the rotor cleaner. it also deals with the development of the construction of the mounted root-harvesters with the expanded technological capabilities for sugar but, mangle and red beet excavating.

The parameters of the digging and cleaning operating element during interaction of their with the roots under the condition of their damages and clogging minimization are theoretically proved and experimentally specified. On the basis of the elaborated mathematical model of the root separation with the rotor cleaner, kinematics, constructive and technological parameters have been defined.

The dynamic model of the function of the mounted root-harvesters with the the passive cleaning disc and active vibratory diggers' movement in the process of digging out the roots with the dynamic loading calculator has been developed.

On the basis of theoretical and experimental investigations the rational, constructive, kinematic and technological parameters of the mounted root-harvesters with the expanded technological parameters have been proved. The regression equations of the damaging, loss of the roots and the ground separation level that are dependent on many factors have been deduced. The results of the investigation are used during the mounted root-harvesters and their parts elaboration.

Key words: mounted root-harvesters, roots, technological process of digging out, separation, root - cleaners, impact interactive.

Размещено на Allbest.ru