Обґрунтування параметрів та режимів руху пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Коробко Микола Миколайович

УДК 631.358

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування парамерів та режимів руху пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин

05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Ловейкін Вячеслав Сергійович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри конструювання машин.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, членкор УААН Булгаков Володимир Михайлович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри механіки та теорії механізмів і машин;

кандидат технічних наук, доцент Хомик Надія Ігорівна, Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, доцент кафедри технічної механіки і сільськогосподарського машинобудування.

Провідна установа - Національний науковий центр „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства УААН”, Київська обл., Васильківський р-н, с.м.т. Глеваха-1

Захист відбудеться “22” травня 2007 р. о 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус №3, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус №4, к. 28.

Автореферат розісланий “16” квітня 2007року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Войтюк Д.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення надійності конструкцій транспортуючих механізмів та інших елементів, зниження металомісткості, покращення експлуатаційних показників, розширення функціонально-технічних можливостей є пріоритетним напрямком роботи з удосконалення існуючих та розробки нових машин для буряківництва.

Практика експлуатації бурякозбиральних машин підтверджує, що близько 30% усіх відмов припадає на пруткові конвеєри. Конвеєри деяких машин іноді не забезпечують навіть сезонного напрацювання і потребують ремонту чи заміни під час експлуатації, що призводить до збільшення витрат на відновлення роботоздатності машин, зниження продуктивності агрегатів і невиправданим втратам врожайності.

В існуючих теоретичних та експериментальних дослідженнях пруткових конвеєрів обґрунтовано їхні конструктивні параметри, продуктивність, пошкоджуваність коренебульбоплодів та сепаруючу здатність. Разом з тим, не достатньо уваги приділено дослідженню діючих динамічних навантажень, їхньому характеру зміні в часі та впливу на елементи приводу конвеєрів, робоче полотно та пошкоджуваність коренів.

У період неусталених режимів роботи тягові елементи, а також елементи приводу перебувають під дією динамічних навантажень. Найбільші динамічні навантаження виникають при пуску конвеєра, виходу його на робочі швидкості, а також при зупинці чи заклинюванні полотна. Такі навантаження є явищем небажаним і відносяться до суттєвих факторів, що прискорюють зношування полотна конвеєра і елементів приводу, а також впливають на пошкоджуваність коренів при взаємодії з робочими елементами конвеєрів.

Дослідження динамічних процесів при роботі конвеєрів є актуальною задачею, вирішення якої дозволить оцінити динамічні навантаження, що діють на його елементи та привід під час перехідних процесів, а також здійснити на основі цього модернізацію існуючих конструкцій та розробку нових, які забезпечать високу ефективність роботи бурякозбиральних машин.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертаційної роботи виконувалися згідно з науково-дослідною тематикою кафедри конструювання машин Навчально-наукового технічного інституту Національного аграрного університету при виконанні ініціативної теми: “Оптимізація режимів руху механізмів ПТМ, що використовуються при механізації виробничих процесів у тваринництві і рослинництві на 2005-2010рр.” (номер держреєстрації 0105U007502).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення ефективності роботи бурякозбиральних машин шляхом зниження динамічних навантажень, що діють на елементи приводу пруткового конвеєра та робочі органи полотна.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- виконати аналіз існуючих досліджень у напрямку підвищення ефективності роботи пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин, встановити фактори, що на неї впливають і визначити шляхи її поліпшення;

- розробити динамічну та математичну моделі руху пруткового конвеєра в складі бурякозбиральної машини;

- дослідити динаміку руху пруткового конвеєра при різних режимах пуску та визначити характер зміни динамічних характеристик найбільш навантажених елементів конвеєра;

- розробити фізичну модель пруткового конвеєра та експериментально в лабораторних умовах дослідити динаміку її руху та вплив на пошкоджуваність коренів залежно від режимів пуску;

- розробити методику проведення експериментальних досліджень і визначити динамічні навантаження, що діють на елементи приводу і сам конвеєр у польових умовах за різних режимів пуску;

- на основі проведених досліджень розробити удосконалені конструкції приводу, тягових органів та полотен пруткових конвеєрів машин для буряківництва.

Об'єкт дослідження - процес транспортування коренеплодів прутковим конвеєром.

Предмет дослідження - динаміка руху пруткового конвеєра та її вплив на робочий процес.

Методи дослідження - теоретичні дослідження виконано із застосуванням методів теоретичної механіки, теорії механізмів і машин, диференціального та інтегрального числення, методів математичного моделювання та статистики. Обчислення проводились у підпрограмному пакеті “Simulink” програмного продукту “Мatlab Math works v6.1.0.405” і “Statistica Stat Soft, Inc. (2001). V.6”. Для теоретичних розрахунків також використано програми “Мathcad Math Soft Engineering & Education, Inc. (2001i Professional)” та MS “Excel”. Експериментальні дослідження проводились в лабораторних умовах на спроектованому і виготовленому стенді та в польових умовах при збиранні врожаю КП “Бужанське” Лисянського району Черкаської області із застосуванням високотехнологічного вимірювального обладнання лабораторії надійності сільськогосподарської техніки УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі розробленої математичної моделі динаміки руху пруткового конвеєра з коренеплодами, аналізу її розв'язку, а також проведених експериментальних досліджень на фізичній моделі та реальній бурякозбиральній машині:

1) оцінено вплив параметрів приводу та жорсткості тягових елементів полотна на динамічні навантаження, що діють на елементи конвеєра;

2) встановлено вплив режимів пуску конвеєра на динамічні характеристики руху робочого полотна при різній його жорсткості та ефективність роботи конвеєра, а також пошкоджуваність коренів;

3) обґрунтована доцільність застосування систем керованого пуску пруткових конвеєрів, як одного із способів зниження динамічних навантажень;

4) встановлено характер зміни динамічних навантажень, що діють на елементи приводу та робочого полотна бурякозбиральної машини в польових умовах за різних режимів пуску та з різними за зносом полотнами.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження дозволили рекомендувати систему керованого пуску пруткового конвеєра, яка дає можливість значно зменшити динамічні навантаження: коефіцієнт динамічності у 2,4…2,6 рази, коефіцієнт нерівномірності руху на 10-15%, пусковий момент в 1,8…2,2 рази, а пошкоджуваність коренеплодів - у 1,4…1,6 рази.

На основі проведених досліджень запропоновано і впроваджено в навчальний процес НАУ ефективну методику розрахунку динамічних навантажень, яка дозволяє в повній мірі визначити динаміку руху конвеєра, проводити проектний розрахунок та досліджувати динамічні характеристики приводу і робочого полотна на сучасному рівні.

На основі результатів досліджень запропоновано конструкції керованих муфт, робочого полотна та приводних елементів конвеєра, захищених деклараційними патентами України на корисну модель (10 патентів). Результати досліджень впроваджені на ВАТ “Уманьферммаш”, ВАТ “Лисянське РТП” та ВАТ “Медвинське РП” при модернізації пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин та їх приводів.

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи отримані автором особисто. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачем розроблено динамічні та математичні моделі руху пруткового конвеєра та складено алгоритми розв'язку диференціальних рівнянь цих моделей. За допомогою розроблених програм досліджено характер зміни динамічних навантажень, що діють на елементи приводу, тягового органу та робочого полотна. Спроектовано і виготовлено фізичну модель для проведення лабораторних досліджень, розроблено методику та підібрано вимірювальне обладнання для експериментального визначення динамічних навантажень у лабораторних і польових умовах. Експериментально досліджено характер зміни динамічних навантажень, що діють на елементи пруткового конвеєра за різних режимів пуску. Встановлено вплив жорсткостей приводу та тягового органу на характер зміни динамічних навантажень в елементах конвеєра. Визначено вплив динаміки руху робочого полотна конвеєра на пошкоджуваність коренеплодів. Обґрунтовано доцільність застосування системи керованого пуску і розроблено необхідні конструкції приводних механізмів.

Апробація результатів роботи. Основні положення наукових досліджень, що містяться в дисертації, доповідались і отримали позитивну оцінку на: наукових конференціях професорсько-викладацького складу ННТІ НАУ (м. Київ, 2003...2007 рр.), науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу КНУБА (м. Київ, 2004…2007 рр.), Міжнародній науково-практичній конференції “Підйомно-транспортні машини” (м. Одеса, 2004р.), 7-му Міжнародному симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові (м. Львів, 2005р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Перспективи застосування технологій точного землеробства” (м. Київ, 2006р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми механізації виробничих процесів в АПК” (м. Луганськ, 2006р.), VII міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (Мелітополь, 2006р.), І-й Всеукраїнській конференції-семінарі докторантів, аспірантів та здобувачів у галузі аграрної інженерії (с.м.т. Глеваха, 2006р.), науково-технічній конференції “Перспективи розвитку агропромислового комплексу в Поліському регіоні України” (м. Ніжин, 2007р.), науковому семінарі “Проблеми та перспективи розвитку підйомно-транспортних машин” (м. Тернопіль, 2007). Дисертаційна робота в повному обсязі була заслухана на розширеному засіданні кафедри конструювання машин та науковому семінарі навчально-наукового технічного інституту НАУ (м. Київ, 2006р.).

Публікації. Основні положення та результати дисертаційних досліджень опубліковано у 21 науковій праці, з яких 8 статей у фахових наукових виданнях, 3 тезах доповідей на конференціях, 10 патентах України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи 209 сторінок, на 177 з яких викладено основний зміст, на 18 - додатки. Дисертація містить 14 таблиць, 86 ілюстрацій. До списку використаних джерел увійшло 161 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету, задачі досліджень, висвітлено наукову новизну й практичне значення роботи.

У першому розділі „Стан питання й задачі досліджень” проведений огляд транспортно-сепаруючих робочих органів бурякозбиральних машин, а також аналіз відомих досліджень з визначення їх оптимальних конструктивних, кінематичних та динамічних параметрів.

Фундаментальні основи дослідження технологічних процесів сепарації коренеплодів транспортно-очисними робочими органами бурякозбиральних машин та визначення їх оптимальних параметрів викладені в працях відомих вчених П.М. Василенка, Л.В. Погорілого, Ю.Б. Аванесова, В.С. Глуховського, В.М. Булгакова, М.В. Татьянка, Б.П. Шабельника, Б.М. Гевка, Р.М. Рогатинського, Г.Д. Петрова, В.А. Хвостова, А.Г. Цимбала, Г.А. Хайлiса та iн.

Дослідженню конвеєрів з ланцюговим тяговим органом присвячено значну кількість робіт вітчизняних та закордонних вчених. Головну увагу в них приділено питанням зношування та міцності ланцюгового тягового органу, теорії та розрахунку ланцюгового зачеплення, кінематичному та динамічному розрахунку, а також розробці нових конструктивних схем конвеєрів, що працюють в усталеному режимі.

Найбільш широко ці питання висвітлено в роботах Н.В. Воробйова, І.П. Глущенка, А.А. Долголенка, В.К. Дьячкова, І.І. Івашкова, П.С. Козміна, Д.М. Решетова, А.О. Співаковського, І.Г. Штокмана, А.И. Тимофеєва, В.Я. Даниловича, А.Б. Лурье, М.П. Александрова, В.І. Плавинського Р.Л. Генкова, Г.В. Корнєєва, М.Л. Ізрайлевича, Б.О. Скородумова, Ю.І. Михайлова, Г.В. Вишневецького, В.А. Будішевського та інших.

Комплексним динамічним критеріям оцінки режимів руху механізмів та їх динамічному моделюванню присвячені роботи І.І. Артоболевского, І.І. Вульфсона, С.М. Кожевнікова, В.Л. Вейца, М.З. Коловського, М.С. Комарова, Д.М. Голубенцева, В.С. Ловейкіна та інших.

В роботах А.М. Фанлейба, М.В. Молодика, В.Л. Литвиненка, Н.Ф. Діденка, В.А. Хвостова, А.А. Сорокіна, Н.Ф. Буханька, Ш.Р. Галіуліна, Ю.О. Чурсінова, О.А. Саржанова, О.Б. Павелчак, Н.І. Хомик, О.О. Дерези розглядаються основи взаємодії коренеплодів з робочими органами, процеси функціонування технологічних вузлів бурякозбиральних машин, методики їх проектування та дослідження з визначенням оптимальних конструктивних, технологічних, експлуатаційних та інших параметрів.

Дослідженням динаміки руху пруткового полотна бурякозбиральних машин присвячено незначну кількість наукових робіт. Не встановлено характер зміни динамічних навантажень залежно від режимів пуску та його вплив на ефективність та якість роботи пруткових конвеєрів. З аналізу досліджень про зносостійкість і засобів випробувань робочих органів пруткових конвеєрів, а також конструктивних рішень з підвищення зносостійкості пруткових полотен визначено напрямки подальшого удосконалення існуючих конструкцій пруткових конвеєрів. На основі проведеного аналізу вибрано напрям і сформульовано задачі дисертаційного дослідження.

В другому розділі “Теоретичні дослідження динаміки руху пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин” подано розробку обґрунтування дослідження динамічних навантажень пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин залежно від пульсуючого руху ланцюга при усталеному обертанні приводної зірочки, а також дослідження динаміки приводного механізму та робочого полотна при різних режимах пуску. Для проведення цих досліджень розроблено систему динамічних та математичних моделей пруткового конвеєра бурякозбиральної машини.

Динаміка пруткових конвеєрів від пульсуючого руху ланцюга досліджувалась на одномасовій динамічній моделі, в якій всі маси і діючі сили зведені до приводного валу зірочки. За узагальнену координату в цій моделі прийнято кутова координата повороту зірочки між сусідніми зубцями, яка відраховується від бісектриси кута між зубцями і змінюється в межах від - ц₀ до ц₀, тобто -ц₀?ц?ц₀. Центральний кут між зубцями можна визначити ц₀=р/z, де z - кількість зубців приводної зірочки.

Кутова координата зірочки б розділяється на n ділянок. На нульовій ділянці 0?б?2ц₀, а -ц₀?ц?ц₀. На першій ділянці 2ц₀?б?4ц₀, а -ц₀?ц?ц₀. На к-ій ділянці кутові координати б і ц змінюються в таких межах:

2k ц₀?б?2(k +1)ц₀; -ц₀?ц?ц₀, k=0, 1, 2, ...., n. (1)

Для складання рівнянь руху необхідно мати механічну характеристику приводного двигуна і статичну складову сил опору F_о, яка включає в себе: опір на підйом вантажу, опір на підтримуючих роликах, опір від сил тертя в опорах зірочок, опір на подолання жорсткості ланцюга під час перегинань на зірочках. Динамічна складова навантажень в полотні тим більша, чим більша довжина ланки ланцюга та швидкість його руху, чим менша кількість зубців приводної зірочки і чим більша рухома маса вантажу та самого конвеєра. Оскільки ланцюг не є жорстким елементом, то його маса та маса вантажу представляються зведеною масою, яка визначається залежністю , де q_в - погонна маса вантажу; q₀ - погонна маса рухомих частин конвеєра; L - довжина конвеєра; ш - коефіцієнт зведення маси, який враховує ту обставину, що не вся маса ланцюга рухається з однаковим прискоренням, а також враховує вплив його пружності та провисання.

Зірочка з початковим радіусом повертається з кутовою швидкістю , а її колова швидкість визначається відомою залежністю . Тоді горизонтальна складова швидкості ланцюга змінюється за законом .

Для визначення динамічних навантажень, що діють на ланцюг, необхідно знати закон руху тягової зірочки на всіх ділянках руху в процесі пуску конвеєра і під час усталеного руху.

Рівняння руху конвеєра для одномасової динамічної моделі має вигляд

.(2)

При заміні нескінченних величин на кінцеві різниці: , . Отримаємо розв'язок рівняння (2) у вигляді

.(3)

Тут щ_і, І_р(ц_і), М_і - кутова швидкість, зведений до осі повороту приводної зірочки момент інерції конвеєра і рушійний момент двигуна в і-му положенні приводної зірочки, яке визначається координатою ц_і.

Рух конвеєра в процесі пуску починається з положення ц_і =-ц₀, при якому щ_і=щ₀=0. Для цього положення визначаються I_p(ц_і), I_p(ц_і+1), М_і і підставляються в залежність (3), з якої визначається щ_і+1. Розрахунки щ_і+1 проводяться до тих пір, поки ц_і не стане рівною ц₀. Після чого розрахунки здійснюються для наступної ділянки руху 2ц₀?б?4ц₀ з повтором усіх процедур, що здійснювались на попередній ділянці. За початкове значення швидкості щ₀ на цій ділянці приймається значення швидкості, що було знайдене в кінцевій точці попередньої ділянки, тобто щ₀=щ_n. В результаті розв'язку рівняння (3) отримаємо залежності зміни кутової швидкості щ і прискорення , а також рушійного моменту М від координати ц. Використовуючи отримані залежності щ і е, визначають динамічні навантаження в тяговому ланцюгу

.(4)

Вплив кількості зубів приводної зірочки на динамічні характеристики конвеєра показує таблиця 1, в якій прийнято такі позначення: - коефіцієнт нерівномірності руху; - коефіцієнт динамічності; - узагальнений коефіцієнт, який враховує комплексну оцінку двох попередніх коефіцієнтів. Для забезпечення нормальної роботи такого пруткового конвеєра достатньо використовувати приводну зірочку з кількістю зубів Z=11.

Таблиця 1.Динамічні характеристики усталеного руху конвеєра

Кількість зубів приводної зірочки, Z
	12	11	9	6
д	0,02364	0,02414	0,04777	0,06156
КД	2,58743	2,59174	2,84853	3,31817
К	2,58797	2,59645	2,84154	3,32287

Дослідження динамічних навантажень з врахуванням впливу приводу на характеристики замкнутого контуру конвеєрного полотна здійснювались за допомогою повної і спрощеної моделей.

Спрощена динамічна модель представлена як голономна механічна система з трьома ступенями вільності. За узагальнені координати прийняті кутові координати ц₁, ц₂, ц₃ - обертальні координати зведених мас, відповідно елементів приводу, приводного валу конвеєра та половини полотна конвеєра з вантажем, другої половини полотна конвеєра з вантажем.

На основі рівнянь Лагранжа другого роду складені рівняння руху для розробленої моделі прутковий конвеєр буряківництво

;

=; (5)

.

Для розв'язку диференційних рівнянь (5) можуть бути використані різні початкові умови руху залежно від ділянки руху. Для пуску системи із стану спокою початкові умови визначаються наступним чином.

Перший етап - здійснюється обертання маси з моментом інерції І₁ з моменту часу t=0 при ц₁=0 і цм₁=0 до моменту t=t₁, при якому врівноважиться пружна сила між масами І₁ та І₂ з моментом опору М₂. У цей момент координата ц₁ досягне значення ц₁₁=М₂/С₁₂, яке буде початковою умовою для другого етапу пуску. На цьому етапі використовується лише перше рівняння системи, оскільки ц₂=0 протягом всього проміжку руху першої маси.

Другий етап - обертаються маси І₁ і І₂ при нерухомій масі І₃ з моменту часу t=t₁ при ц₁=ц₁₁, цм₁=цм₁₁, ц₂=0 і цм₂=0 до моменту t₂, при якому врівноважиться пружна сила між масами І₂ та І₃ з рушійним моментом М₃. В цей момент координата ц₁ досягне значення ц₁₂, координата ц₂=ц₂₂, а їхні похідні цм₁=цм₁₂, а цм₂=цм₂₂. Тут ц₁₂, ц₂₂, цм₁₂, цм₂₂ - кінцеві значення координат ц₁ і ц₂ та їхніх швидкостей другого етапу пуску, які є початковими умовами третього етапу пуску. На другому етапі пуску використовується система з двох перших диференціальних рівнянь системи (5). При цьому протягом усього другого етапу пуску координата ц₃=0.

Третій етап пуску розпочинається в той момент часу, коли пружна сила між масами І₂ та І₃ з моментом опору М₃ врівноважиться. На третьому етапі використовується система з трьох диференціальних рівнянь системи (5).

Закінчується процес пуску в момент часу, коли робоче полотно конвеєра досягне усталеної швидкості руху.

Розв'язок рівнянь (5) для конвеєра з параметрами І₁=5,06кг·м²; І₂=3,57кг·м²; І₃=1,07кг·м²; М₂=400Н·м; М₃=200Н·м проводиться із використанням програмного продукту „Мatlab V6.1”, безпосередньо із застосуванням моделюючого підпакету „Simulink”.

У даному алгоритмі за допомогою блоків здійснюється послідовний розв'язок рівнянь системи (5). Блок а алгоритму дозволяє задавати та змінювати параметри вхідного моменту М в систему (5). Блоки б, в і г відповідають за чисельний розв'язок відповідно першого, другого та третього рівнянь системи. Блок Д - це блок підключених осцилографів, що дозволяє візуально оцінювати та порівнювати контрольовані параметри при розгоні конвеєра. Змінюючи параметри вхідного моменту М за допомогою блоку а, було здійснено записи плавного і різкого режимів пуску пруткового конвеєра для різних параметрів жорсткості С₂₃, в результаті чого отримані оціночні коефіцієнти динаміки руху пруткового конвеєра (табл. 2).

Таблиця 2. Результати впливу жорсткості С23 моделі (жорсткості полотна пруткового конвеєра) на динаміку усталеного руху пруткового конвеєра

Різкий пуск	Плавний пуск	Різкий пуск	Плавний пуск	Різкий пуск	Плавний пуск	Різкий пуск	Плавний пуск
С23=2653Н·м/рад	С23=2940Н·м/рад (нове полотно)	С23=3259Н·м/рад (зношене полотно)	С23=3610Н·м/рад
КД=2,81	КД=1,68	КД=2,95	КД=1,81	КД=3,08	КД=1,98	КД=3,24	КД=2,08
д=0,11	д=0,1	д=0,11	д=0,10	д=0,11	д=0,1	д=0,11	д=0,1
Ку=2,84	Ку=1,7	Ку=2,96	Ку=1,83	Ку=3,09	Ку=2,0	Ку=3,25	Ку=2,09

Встановлено, що при зростанні жорсткості показники, які характеризують динамічні навантаження, також зростають.

У третьому розділі “Методика експериментальних досліджень” викладено методику та програму досліджень.

Використовуючи принципи теорії подібності, розраховано параметри фізичної моделі для полотна пруткового конвеєра вивантажувальної секції бурякозбиральної машини СПС-4,2, виходячи з співвідношення між коефіцієнтами подібності реального об'єкту і моделі , де , , , - коефіцієнти подібності відповідно кутових координат, часу, моментів інерції та моментів сил. При цьому задавались трьома коефіцієнтами =1, , , а четвертий визначався за попередньою залежністю, звідки .

Враховуючи отримані коефіцієнти подібності та задачі досліджень виготовлено фізичну модель пруткового конвеєра.

Для визначення ступеня пошкодження коренеплодів скребками під час їх взаємодії в лабораторних умовах використано методику розроблену О.Б. Павелчак, яка полягає в застосуванні імітатора коренеплоду буряка. Він складається з гумового тіла коренеплоду, яке охоплюють внутрішня і зовнішня обгортки з копіювальним папером між ними.

Обгортка, що контактує з тілом імітатора має білий колір, а копіювальний папір своєю фарбуючою стороною направлений до неї. Обгортки виготовляються із спеціальних розгорток, з аналітично розрахованими параметрами форми, які при охопленні тіла коренеплоду щільно прилягають краями без перекриття або утворення зазору. Це дозволяє отримувати точні відбитки на білому папері при взаємодії імітатора із скребками.

Для визначення жорсткості тягових ланцюгів запропоновано використовувати методику розроблену проф. І.П Глущенком. Для цього виготовлено стенд, в який закріплюється ланцюг з декількома ланками і розтягується за допомогою важільного гвинта. Видовження ланцюга та прикладене зусилля фіксуються за допомогою індикаторів.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” представлено результати визначення жорсткості приводних роликових ланцюгів, що є необхідною складовою для розрахунку динамічних навантажень, що виникають в робочих елементах конвеєрів та їх приводі. Визначено основні характеристики жорсткості нових і зношених приводних ланцюгів пруткових конвеєрів типу ПРЛ-38,1-10000. Жорсткість цих ланцюгів представлена параболічною залежністю.

Експериментальним шляхом встановлено значення сумарного опору переміщенню полотна з вантажем при різних кутах нахилу конвеєра до горизонту. Встановлено, що значення опору нового і зношеного полотен не значно відрізняються, проте є відхилення експериментальних даних від теоретично розрахованих, тому для розрахунків використано значення опору отримані експериментальним шляхом, які враховують більш повно реальні умови експлуатації конвеєра.

Згідно з розробленою методикою та схемою вимірювань отримано значення дійсних динамічних навантажень, що діють на привід та елементи вивантажувального пруткового конвеєра очисника-навантажувача СПС-4,2 в польових умовах під час різкого та плавного режимів пуску. Застосування плавного режиму пуску дозволило знизити коефіцієнт динамічності у 2,4-2,6 рази, а коефіцієнт нерівномірності руху на 10-15%. При розрахунках з'ясовано, що застосування плавного режиму пуску дозволяє знизити середні показники потужності.

Лабораторними дослідженнями визначено динамічні навантаження для різних типів конвеєрів з можливістю поєднання різноманітних факторів впливу на динаміку конвеєра. Проведено вимірювання кутової швидкості і крутного моменту на приводному валу (найбільш навантаженому елементі конвеєра) та зусилля, що виникає під час руху в тягових ланцюгах полотна конвеєра.

Проводився запис навантажень для комбінацій: застосування демпфера на приводному валу; при режимі пуску конвеєра без навантаження та з навантаженням; при різному розташуванні полотна конвеєра до горизонту. Здійснено різні режими пуску, а саме: плавний; різкий пуск; пуск у режимі приводного електродвигуна; при певних швидкостях усталеного руху конвеєра.

Встановлено, що динамічні навантаження залежать від усіх врахованих факторів. Найнижчі показники коефіцієнту динамічності спостерігаються в режимі пуску конвеєра приводним електродвигуном у горизонтальному положенні, а найвищі - при різкому пуску в положенні конвеєра під кутом 25⁰ до горизонту. Із збільшенням кута нахилу конвеєра динамічні навантаження зростають, а різкий пуск збільшує динамічні навантаження у порівнянні з плавним пуском та пуском через приводний електродвигун більш ніж у 2,5 рази.

Максимальні зусилля, що виникають у тяговому ланцюгові полотна конвеєра, також зростають із збільшенням кута нахилу конвеєра до горизонту і не залежать від типу пуску конвеєра. Плавний режим пуску дозволяє значно зменшити динамічні навантаження, незалежно від швидкості руху полотна конвеєра та його завантаженості. Показники максимального моменту на приводному валу конвеєра для всіх усталених швидкостей та положень полотна до горизонту змінюються в межах від 131,3Нм до 204,3Нм для режиму без навантаження та від 156,8Нм до 311,2Нм при пуску під навантаженням.

Застосування демпфера на приводному валу дозволяє в середньому знизити значення максимального крутного моменту на 30% у порівнянні з валом без демпфера. Значення максимального крутного моменту для пуску нового і зношеного полотен значно відрізняються. Менші значення показників крутного моменту характерні при пуску зношеного полотна, а більші - для нового.

За реалізацією планового експерименту визначено вплив кута нахилу конвеєра до горизонту (x₁) швидкості його руху (x₂) та коефіцієнта динамічності (x₃), на пошкоджуваність коренеплодів (y) при їх взаємодії з робочими органами пруткового конвеєра. Дані експерименту оброблено за допомогою програмного продукту Statistica 6.0 та представлені у вигляді поверхонь відгуку, описаних рівнянням регресії

.(6)

У п'ятому розділі “Розробка рекомендацій з удосконалення конструкцій пруткових конвеєрів” за результатами досліджень на основі системного аналізу представлено рекомендації щодо:

- удосконалення приводу конвеєра з метою зниження динамічних навантажень під час перехідних режимів роботи пруткових конвеєрів та елементів їх приводу шляхом застосування системи керованого пуску чи керованих муфт, що забезпечують необхідний режим виходу конвеєра на усталений режим руху з найменшими динамічними навантаженнями (рекомендації захищено деклараційними патентами України на корисну модель);

- удосконалення пруткового конвеєра з метою підвищення сепарувальної здатності полотна та зменшення пошкоджень коренеплодів (рекомендації захищено деклараційними патентами України на корисну модель);

- удосконалення тягового органу, що сприяє підвищенню ефективності роботи, зниженню трудомісткості виготовлення за рахунок уникнення механічної обробки кожного прутка з обох боків, здешевленню конструкції за рахунок використання дешевших конструкційних матеріалів, що також дає можливість подальшого використання полотна у випадку зношування тягових елементів для виготовлення нових чи ремонту зношених полотен (рекомендації захищено деклараційними патентами України на корисну модель).

Розрахунковий річнийекономічний ефект від підвищення ефективності роботи, покращення процесу сепарації та зменшення пошкоджень коренеплодів розробленими робочими органами очисників складає 1975грн. на один підбирач-навантажувач СПС-4,2 на рік.

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

У дисертаційній роботі приведено теоретичне обґрунтування та принципово нове вирішення наукової задачі, що ґрунтується на комплексному удосконаленні приводу і робочого полотна пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин на основі застосування системи їх керованого пуску.

1. З аналізу транспортно-сепаруючих систем бурякозбиральних машин встановлено низьку ефективність роботи, пруткових конвеєрів та фактори, що впливають на їх роботу. Підвищення ефективності роботи та якості виконання технологічного процесу запропоновано досягти шляхом зменшення негативної дії динамічних навантажень.

2. Одержала подальший розвиток методика теоретичного розрахунку динамічних навантажень, що виникають при різних режимах експлуатації пруткових конвеєрів, з урахуванням впливу пускових характеристик приводу, жорсткості тягових елементів, а також нерівномірності руху ланцюгового тягового органу залежно від кількості зубів приводної зірочки. Створено систему моделей, які дозволяють проводити теоретичний розрахунок динамічних характеристик руху конвеєра та проводити оцінку руху за прийнятими критеріями.

3. У результаті проведених теоретичних досліджень встановлено, що динамічні навантаження в реальних конструкціях пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин в ряді випадків перевищують 3-4 рази статичні навантаження. Вибір раціонального режиму пуску дозволяє значно знизити ці навантаження. Плавний режим пуску у порівнянні з існуючим режимом пуску дозволяє знизити динамічні навантаження в 1,8…2,2 рази.

4. Розроблено ефективну методику експериментального визначення динамічних навантажень, що виникають у найбільш навантажених елементах пруткового конвеєра: приводі та тягових ланцюгах робочого полотна, що базується на тензометричних дослідженнях з використанням високоточного сучасного обладнання на базі ЕОМ.

5. Здійснено експериментальне визначення жорсткості тягових роликових ланцюгів нового і зношеного конвеєрів, що є необхідною складовою для теоретичного розрахунку динамічних навантажень. Жорсткість нового полотна менша за жорсткість спрацюваного та значно впливає на динаміку руху пруткового конвеєра, коефіцієнти динамічності зростають при збільшенні жорсткості полотна пруткового конвеєра. При зниженні жорсткості полотна в 1,35 рази коефіцієнт динамічності знижується в 1,25 рази.

6. Розроблено фізичну модель пруткового конвеєра, з допомогою якої встановлено вплив різних факторів на динамічні характеристики руху та ступінь пошкоджуваності коренеплодів елементами пруткового конвеєра: встановлено, що із збільшенням кута нахилу пруткового конвеєра динамічні навантаження зростають; застосування керованого режиму пуску дозволяє зменшити коефіцієнти динамічності та знизити пошкодження коренеплодів, при цьому досягнуто зменшення коефіцієнта динамічності у 2,4…2,6 рази, коефіцієнта нерівномірності руху на 10-15%, пускового моменту в 1,8…2,2 рази, а пошкоджуваність коренеплодів - у 1,4…1,6 рази.

7. На підставі отриманих у дисертаційній роботі результатів теоретичних та експериментальних досліджень розроблені рекомендації з удосконалення системи приводу з метою зменшення негативного впливу динамічних навантажень на елементи пруткового конвеєра та його приводу. Розроблено нові конструкції полотна пруткового конвеєра, що забезпечить ефективну сепарацію коренеплодів від ґрунту та зменшить пошкоджуваність коренеплодів при їх взаємодії, а також запропоновано нові типи тягових органів для підвищення ефективності роботи конвеєра. Річна економічна ефективність від впроваджень запропонованих удосконалень складає 1975 грн. на одне полотно вивантажувальної секції підбирача-навантажувача СПС-4,2.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. Дискретна модель динаміки руху пруткового конвеєра // Науковий вісник Національного аграрного університету. - Вип.73. - Київ, 2004. - С. 292-296. (Здобувачем розроблено восьмимасову динамічну і математичну модель пруткового конвеєра).

2. Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М., Пилипенко А. П. Експериментальне визначення жорсткості тягових роликових ланцюгів пруткових конвеєрів // Науковий вісник Національного аграрного університету. - Вип.91. - Київ, 2005. - С.201-204. (Здобувачем визначено параметри жорсткості тягових ланцюгів нового і зношеного конвеєра).

3. Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. Експериментальне визначення опору переміщенню пруткових конвеєрів // http://www.nbuv.gov.ua/e-journals/Nd/2006-1/06lvsstc.pdf. (Здобувачем визначено опір переміщенню нового і зношеного пруткового конвеєра).

4. В.С. Ловейкін, М.М. Коробко, В.В. Заєць. Експериментальне визначення динамічних навантажень приводного валу пруткового конвеєра // Техніка АПК. 2006. - №4. - С.10-11. (Здобувачем проведено польові вимірювання динамічних навантажень пруткового конвеєра).

5. Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. Аналіз режимів пуску ланцюгових конвеєрів сільськогосподарських машин // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип.40. - Мелітополь, 2006. - С. 221-230. (Здобувачем теоретично обґрунтовано характер динамічних навантажень у тяговому ланцюгу полотна конвеєра).

6. Ловейкін В.С., Коробко М.М., Корчемний М.О. Результати теоретичного дослідження динаміки пруткового конвеєра // Праці Луганського державного аграрного університету. - Вип. 68/91. - Луганськ, 2006. - С.142-148. (Здобувачем розроблено спрощену тримасову динамічну, математичну модель і алгоритм її розв'язку).

7. Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. Результати експериментального дослідження динаміки пруткового конвеєра // Науковий вісник Національного аграрного університету. - Вип. 102. - Київ, 2006. - С. 190-198. (Здобувачем проведено лабораторне визначення динамічних навантажень пруткового конвеєра).

8. В.С. Ловейкін, М.М. Коробко, В.В. Заєць. Методика визначення динамічних навантажень, що діють на елементи пруткового конвеєра та їх привід // Техніка АПК, 2006. - №12. - С. 8-9. (Здобувачем розроблено методику визначення динамічних навантажень конвеєра).

9. Ловейкін Вячеслав, Коробко Микола. Моделювання динаміки руху пруткового конвеєра // Проблеми та перспективи розвитку підйомно-транспортних машин: Матеріали наукового семінару (02-05 квітна 2007р). - Тернопіль: Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, 2007. - С. 3.

10. Коробко Микола. Визначення ступеня пошкодження коренеплодів під час різних режимів руху // Проблеми та перспективи розвитку підйомно-транспортних машин: Матеріали наукового семінару (02-05 квітна 2007р). - Тернопіль: Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, 2007. - С. 7.

11. Ловейкін Вячеслав, Коробко Микола, Ярошенко Володимир. Аналіз конструкцій і режимів руху пруткових конвеєрів сільськогосподарських машин. // XIII-X секції. Матеріали 65-ї науково-практичної конференції викладачів та аспірантів КНУБА (20-22 квітня 2004р.). - К.: Київський національний університет будівництва і архітектури, 2004. - частина 3. - С. 237.

12. Пат. на корисну модель 8233, Україна, МКВ А01D17/00. Ланцюгово-прутковий транспортер / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №u200501432; Заявл. 16.02.2005; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7 - 2с.

13. Пат. на корисну модель 4274, Україна, МКВ А01D17/10. Ланцюгово-прутковий транспортер / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №2004032404; Заявл. 31.03.2004; Опубл. 17.01.2005, Бюл. №1 - 2с.

14. Пат. на корисну модель 4380, Україна, МКВ А01D17/10. Ланцюгово-прутковий транспортер / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №2004042536; Заявл. 05.04.2004; Опубл. 17.01.2005, Бюл. №1 - 2с.

15. Пат. на корисну модель 4485, Україна, МКВ А01D17/10. Ланцюгово-прутковий транспортер / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №20040503738; Заявл. 19.05.2004; Опубл. 17.01.2005, Бюл. №1 - 2с.

16. Пат. на корисну модель 8238, Україна, МКВ F16D43/20. Запобіжна муфта / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №u200501437; Заявл. 16.02.2005; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7 - 2с.

17. Пат. на корисну модель 15811, Україна, МКВ F16D13/00. Керована фрикційна муфта / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №200600732; Заявл. 27.01.2006; Опубл. 17.07.2006, Бюл. №7 - 2с.

18. Пат. на корисну модель 8234, Україна, МКВ А01D17/00. Полотно ланцюгово-пруткового транспортера / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №u200501433; Заявл. 16.02.2005; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7 - 2с.

19. Пат. на корисну модель 8231, Україна, МКВ А01D17/10. Полотно ланцюгово-пруткового транспортера / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №u200501430; Заявл. 16.02.2005; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7 - 2с.

20. Пат. на корисну модель 8232, Україна, МКВ А01D17/00. Полотно ланцюгово-пруткового транспортера / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №u200501431; Заявл. 16.02.2005; Опубл. 15.07.2005, Бюл. №7 - 2с.

21. Пат. на корисну модель 4956, Україна, МКВ А01D17/10. Ланцюгово-прутковий транспортер / Ловейкін В.С., Ярошенко В.Ф., Коробко М.М. - №20040604217; Заявл. 02.06.2004; Опубл. 15.02.2005 , Бюл. №2 - 2с.

АНОТАЦІЇ

Коробко М.М. Обґрунтування параметрів та режимів руху пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет. - Київ, 2007.

У дисертації наведено дослідження, направлені на підвищення ефективності роботи бурякозбиральних машин та зменшення пошкоджуваності коренеплодів шляхом зниження динамічних навантажень, що діють на елементи приводу пруткового конвеєра та робочі органи полотна.

Розроблено динамічну та математичну моделі руху пруткового конвеєра, які враховують механічні характеристики приводу та їхній зв'язок з динамікою руху пруткового полотна з коренеплодами. Проведено аналіз розв'язку даної моделі, який дозволив реально оцінити вплив жорсткості приводу та жорсткості тягових елементів полотна на динаміку системи. Встановлена і запропонована доцільність застосування систем керованого пуску пруткових конвеєрів, як одного із методів зниження динамічних навантажень. Досліджено режими пуску та вплив динамічних характеристик руху полотна конвеєра на ефективність роботи конвеєрів та пошкоджуваність коренеплодів. Визначено закономірності зміни динамічних навантажень для різних режимів пуску конвеєра з різними за зносом полотнами та для різних комбінацій приводу, а також проведено їх порівняльний аналіз. Встановлено характер зміни динамічних навантажень, що діють на елементи приводу і прутковий конвеєр бурякозбиральних машин у польових умовах за різних режимів пуску.

На основі результатів досліджень запропоновано конструкції системи керованого пуску, керованих муфт, полотна та приводних елементів конвеєра, захищених 10 деклараційними патентами. Результати досліджень і отриманих рекомендацій можуть бути використані при проектуванні, розробці і модернізації конструкцій пруткових конвеєрів бурякозбиральних машин, а також при виборі режимів експлуатації.

Ключові слова: прутковий конвеєр, динамічні навантаження, привід конвеєра, модель, коренеплоди, режими руху.

Коробко М.М. Обоснование параметров и режимов движения прутковых конвейеров свеклоуборочных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Национальный аграрный университет. - Киев, 2007.

В диссертации представлены исследования, направленные на повышение эффективности работы свеклоуборочных машин и уменьшения повреждаемости корнеплодов путем снижения динамических нагрузок, которые воздействуют на элементы привода пруткового конвейера и рабочие органы полотна.

Теоретическое исследование динамики движения прутковых конвейеров свеклоуборочных машин проводили с использованием разработанных динамических и математических моделей.

Динамика прутковых конвейеров в зависимости от пульсирующего движения цепи оценивалась с помощью одномасовой динамической модели, в которой все массы и действующие силы были приведены к приводному валу звездочки. С помощью данной модели установлено влияние количества зубьев приводной звездочки на динамические нагрузки в тяговых цепях конвейера.

Исследование динамических нагрузок с учетом влияния жесткости привода и жесткости тяговых элементов на характеристики движения замкнутого контура конвейерного полотна проводились на разработанной динамической модели с тремя степенями свободы, в которой для сложения уравнений движения использовались уравнения Лагранжа второго рода. Установлено, что повышение жесткости значительно влияет на изменение динамических нагрузок, которые по мере увеличения жесткости также возрастают.

Экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях определено влияние режимов пуска на динамические характеристики движения полотна конвейера, эффективность работы конвейеров и повреждаемость корнеплодов. Установлена закономерность изменения динамических нагрузок для разных режимов пуска конвейера с разными по износу полотнами и для разных комбинаций привода, а также проведено их сравнительный анализ.

Исследованиями в полевых условиях установлен характер изменения динамических нагрузок, которые действуют на элементы привода и прутковый конвейер свеклоуборочных машин при разных режимах пуска. В результате доказано, что управляемый режим пуска позволяет значительно снизить динамические нагрузки действующие на элементы привода и тяговых цепей конвейера.

Установлена и предложена целесообразность применения систем управляемого пуска прутковых конвейеров, как один из методов снижения динамических нагрузок.

На основании результатов исследований предложены конструкции систем управляемого пуска, управляемых муфт, полотна и приводных элементов конвейера, защищенных 10 декларационными патентами. Результаты исследований и предложенные рекомендациии могут быть использованы при проектировании, разработке и модернизации конструкций прутковых конвейеров свеклоуборочных машин, а также при выборе режимов эксплуатации.

Ключевые слова: прутковый конвейер, динамические нагрузки, привод конвейера, модель, корнеплоды, режимы движения.

Korobko M.M. Parameters and modes substantiation of rod conveyors movement in beet-harvesting machines. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of Candidate of technical sciences on a speciality 05.05.11 - Machines and means of an agricultural production mechanization. National Agricultural University. - Kyiv, 2007.

In the dissertation represented researches that are directed on increasing of performance effectiveness in beet-harvesting machines and reduction of damageability of root crops by decreasing of dynamic loadings that influence on elements of a drive of rod conveyor and working bodies of a cloth.

Developed dynamic and mathematical models of rod conveyor movement which take into account mechanical characteristics of a drive and their connection with dynamics of rod cloths movement with root crops. Made the analysis of the given model decision which let to estimate really influence of rigidity of a drive and rigidity of traction elements of a cloth on the dynamics of a system. Established and offered expediency of systems application of operated start-up of rod conveyors, as one of the methods of dynamic loadings decreasing. Investigated modes of start-up and influence of dynamic characteristics of the conveyor cloth movement on conveyors work effectiveness and damageability of root crops. Defined the law of dynamic loadings change for different modes of start-up of the conveyor with different deterioration cloth and for different combinations of a drive, made their comparative analysis. Established the character of dynamic loadings change that act on elements of a drive and conveyor of beet-harvesting machines in field conditions at different modes of start-up.

On the basis of research results offered the designs of systems of the operated start-up, operated coupler, cloths and приводных elements of the conveyor, that are protected by 10 patents. Results of research and received recommendations can be used at designing, development and modernization of rod conveyor designs in beet-harvesting machines, and also at choosing of operation modes.

Keywords: rod conveyor, dynamic loadings, a drive of the conveyor, model, root crops, modes of movement

Размещено на Allbest.ru