Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ТА ПАРАМЕТРІВ РОБОЧОГО ОРГАНУ ДЛЯ ВІДОКРЕМЛЕННЯ ГИЧКИ ЦУКРОВИХ БУРЯКІВ

БОРИС МИКОЛА МИХАЙЛОВИЧ

ВІННИЦЯ - 2009

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В структурі європейських обсягів виробництва цукру з цукрових буряків Україна посідає одне з провідних місць. Виробництво власної сировини та цукру є необхідною умовою незалежності від імпортних поставок та коливань цін на світовому ринку.

Важливою операцією при збиранні цукрових буряків є відокремлення гички. Наявність гички у сировині цукрових буряків погіршує процес різання стружки з коренеплодів. Низька якість стружки та азотисті речовини гички знижують вихід цукру під час цукроваріння.

У результаті вивчення літературних джерел і вимог стандартів виявлено наступні суперечності процесу збирання цукрових буряків:

- існує несумісність за робочими швидкостями між машинами для відокремлення гички та машинами для викопування коренеплодів: якісне відокремлення гички можливе шляхом копірного зрізу з наступним доочищенням залишків на коренеплодах при швидкості поступального руху не більше 1,5 м/с, тоді як коренезбиральні машини працюють при швидкостях більших в 1,2…1,5 рази;

- застосуванням безкопірного зрізу основної маси гички з наступним пасивним дообрізанням головок коренеплодів з рештками гички можна досягти швидкості 2 м/с, але при цьому втрачається до 8% цукроносної маси, що перевищує вимоги стандарту;

- машини для безкопірного зрізу можуть працювати при швидкості поступального руху до 4 м/с, що перевищує швидкість процесу викопування коренеплодів, але оптимальна висота зрізу науково не обґрунтована та відсутні конструкції робочих органів, що здатні відокремлювати рештки гички на швидкості понад 1,5 м/с.

Подолання цих суперечностей шляхом обґрунтування оптимальної висоти безкопірного зрізу гички та розроблення нового робочого органу для доочищення головок коренеплодів від решток гички дасть змогу знизити втрати цукроносної маси та підвищити робочу швидкість машин для відокремлення гички, що є актуальним науковим і виробничим завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана згідно завдань «Національної програми розробки і виробництва комплексів машин і обладнання для сільського господарства, харчової та переробної промисловості», затвердженої Кабінетом міністрів 07.03.1996 р. та відповідно до наукової тематики Інституту механізації і електрифікації Подільського державного аграрно-технічного університету, державний реєстраційний номер 0109U004119 і відповідає вимогам паспорту наукової спеціальності 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва.

Об'єкт дослідження - технологічний процес та механічні засоби для відокремлення гички, система «посів-коренеплід-гичка».

- удосконалено методику синтезу конструкцій ОГК;

- подальшого розвитку набули математичне моделювання агрофізичних характеристик посівів, коренеплодів і гички та методика визначення технологічних параметрів ОГК залежно від перепаду висот виступання головок коренеплодів над рівнем ґрунту.

Новизна технічних рішень захищена авторським свідоцтвом СРСР та патентом України на корисну модель.

Практичне значення отриманих результатів. Математична модель технологічного процесу безкопірного зрізу дозволяє згідно агрофізичних характеристик посівів і коренеплодів та необхідних показників якості процесу провести практичне налаштування гичкорізального апарату на висоту безкопірного зрізу, оцінити придатність сорту до відокремлення гички безкопірним зрізом. На основі математичної моделі робочого органу обґрунтовано конструкцію та параметри ОГК, що дало змогу: збільшити робочу швидкість машин для відокремлення гички до 2 м/с; у порівнянні з серійною машиною покращити якість очищення коренеплодів від гички в 1,5 рази, знизити пошкодження коренеплодів на 40%, а вибивання коренеплодів зменшити у 3…4 рази. Результати досліджень взяті до впровадження конструкторськими бюро підприємств сільгоспмашинобудування: ВАТ «Шепетівський завод культиваторів» і ВАТ «Кам'янець-Подільськсільмаш».

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні положення дисертаційної роботи та результати експериментальних досліджень отримані автором особисто. Розроблено математичну модель процесу безкопірного зрізу [1, 2], проаналізовано технології відокремлення гички [5], систематизовано конструкції робочих органів для відокремлення решток гички після зрізу та запропоновано методику синтезу нових конструкцій [6]. У спільно опублікованих роботах внесок автора полягає в наступному: [3, 10] - запропоновано конструктивну схему і обґрунтовано математичну модель функціонування робочого органу; [4] - проведено експериментальні дослідження ОГК; [7, 8] - складено диференціальні рівняння коливань очисного елемента.

У виготовленні та лабораторно-польових випробуваннях експериментальної машини для відокремлення гички особистий внесок автора - 70%.

Апробація роботи. Основні наукові положення і результати досліджень доповідалися на щорічних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу Подільського державного аграрно-технічного університету (1992-2008 рр.), міжнародній науково-практичній конференції «Перспективні технології вирощування та збирання цукрових буряків» (Київ, 1997 р.), а також IX міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні проблеми землеробської механіки», присвяченій 108-й річниці з дня народження академіка Петра Василенка (Львів, 2008 р.).

Публікації. Основні матеріали досліджень за темою дисертаційної роботи опубліковано у 8 працях, з яких 4 одноосібні. Отримано авторське свідоцтво СРСР на винахід та патент України на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, що включає 135 найменувань, в тому числі 8 іноземних, та 8 додатків. Основна частина роботи викладена на 180 сторінках друкованого тексту і містить 83 рисунки та 20 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету, задачі, об'єкт, предмет досліджень, визначено зв'язок роботи з науковими програмами і темами, зазначено новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі “Аналіз сучасного рівня технологічного процесу та технічних засобів відокремлення гички цукрових буряків” проведено аналіз агрофізичних характеристик посівів та механіко-технологічних властивостей коренеплодів і гички цукрових буряків.

Приведено характеристику відомих функціональних схем процесу відокремлення гички та конструкцій ОГК. На підставі систематизації конструкцій ОГК виявлено причинно-наслідкові зв'язки їх ознак, що дозволило розробити схему синтезу. Згідно схеми синтезу ОГК виокремлено основні конструкції та проаналізовано їх функціональну придатність до процесу відокремлення решток гички. Розглянуто основні теоретичні дослідження процесу відокремлення гички.

Агрофізичні властивості посівів та механіко-технологічні властивості коренеплодів розглянуто у роботах А.О. Василенка, Л.В. Погорілого, В.М. Булгакова, М.М. Зуєва, П.Ф. Вовка, М.В. Татьянка, Г.А. Хайліса, М.М. Хелемендика, Р.Б. Гевка, В.Я. Мартиненка, М.О. Гандзюка, С.А. Топоровського та ін. Дослідження технологічного процесу відокремлення гички відображено у роботах Л.В. Погорілого, П.В. Савича, В.М. Булгакова, М.М. Зуєва, С.А. Топоровського та ін. Над створенням конструкцій робочих органів для відокремлення гички та їх теоретичним обґрунтуванням в різні роки працювали А.О. Василенко, Л.В. Погорілий, М.В. Татьянко, В.М. Булгаков, В.Я. Мартиненко, О.П. Гурченко, Р.Б. Гевко, М.М. Хелемендик, М.І. Пилипець, В.Р. Ярошовець, В.Д. Орехівський, Л.П. Середа, О.О. Сипливець, М.Г. Березовий, А.С. Кобець, М.А. Мішин, В.М. Мартинов та ін.

Відокремлення гички від коренеплодів ґрунтується на різниці агрофізичних характеристик посівів та механіко-технологічних властивостей цукрових буряків. При безкопірному зрізі використовується різниця висоти розташування гички та цукроносної маси відносно поверхні ґрунту. Копірний зріз ґрунтується на різниці міцності та відносному розміщенні гички і коренеплоду. Відокремлення решток гички після зрізу базується на розміщенні коренеплодів відносно поверхні ґрунту і різниці міцності головки коренеплоду та гички. Машини для безкопірного зрізу можуть працювати при швидкості поступального руху до 4 м/с, але недостатньо обґрунтовано технологічні параметри процесу. Найпростішими та функціонально придатними є ОГК з горизонтальною віссю обертання, що встановлена перпендикулярно або під кутом до рядків. Дотичне навантаження до головки коренеплоду є найбільш раціональним при відокремленні решток гички, що обумовлює необхідність створення відповідного робочого органу.

У другому розділі “Теоретичні передумови процесу відокремлення гички” проведено математичне моделювання процесу безкопірного зрізу, запропоновано конструкцію робочого органу для відокремлення залишків гички, теоретично обґрунтовано його конструктивні та кінематичні параметри. Дослідженнями А.О. Василенка, П.Ф. Вовка, М.М. Зуєва, Л.В. Погорілого, М.В. Татьянка доведено, що між висотою виступання головки і розмірними параметрами коренеплоду існують лінійні залежності. Основна частина головок коренеплодів має форму зрізаного конуса. Максимальний діаметр понад 80% коренеплодів знаходиться нижче рівня ґрунту. Біля головки гичка розміщена настільки щільно, що її можна моделювати однорідним циліндричним тілом. При відомій відстані від вершини до основи зелених листків можна визначити діаметр циліндра гички. За відомим законом розподілу висоти виступання головок коренеплодів над рівнем ґрунту та функціональними залежностями параметрів головки і гички від висоти виступання головки коренеплоду можна описати закономірності розподілення їх мас відносно поверхні ґрунту. Це уможливлює побудову математичної моделі технологічного процесу безкопірного зрізу гички з подальшим обґрунтуванням оптимальної висоту зрізу. Модель головки наведено на рис. 1.

Залежності параметрів головки коренеплоду та гички мають наступний вигляд:

(1)

де h_зл - відстань від вершини головки до основи зелених листків; h - висота виступання головки; d₁ - діаметр вершини головки коренеплоду; d_зл - діаметр пучка гички; б - половина кута конусності головки; a, b, m, n - постійні величини.

Аналізуючи розміщення коренеплодів відносно поверхні ґрунту, виділено шість груп характерного розташування гички та головок коренеплодів (рис. 2).

Аналітичні залежності для визначення розташування коренеплоду і гички відносно поверхні ґрунту, проходження площини зрізу відносно вершини головки та основи зелених листків, висот зрізу головки і гички, об'ємів втрат цукроносної маси та залишків гички.

Втрати цукроносної маси та залишки гички для коренеплодів заданого інтервалу висот виступання визначаємо за формулою:

(2)

де F(h_i;h_з) - втрати цукроносної маси або залишки гички, для коренеплоду F(h_i;h_з) = V_к•с, для гички F_с(h_i;h_зг)= V_г•с_г, де V_к, с і V_г, с_г - відповідно об'єм і густина коренеплоду та гички; N_i - кількість коренеплодів заданого інтервалу на одиниці площі; P(h_i;h_i+1) - ймовірність появи даного інтервалу висот виступання головок коренеплодів, що визначається за формулою:

.(3)

Інтеграл у виразі 3 не визначається в квадратурах, тому ймовірність появи коренеплодів заданого інтервалу висот виступання визначимо чисельним інтегруванням за формулою Сімпсона. Просумувавши залишки гички та втрати цукроносної маси для всіх інтервалів висот виступання, отримаємо сумарні залишки гички та втрати цукроносної маси на одиниці площі:

,(4)

,(5)

де m - кількість інтервалів: m = 2U; U=1,2,3,4,...; c_j - коефіцієнт при значеннях підінтегральної функції у відповідних точках, c_j = 1,2,3,4,2,4,…,2,4,1.

На підставі вищенаведених залежностей складено алгоритм та програму розрахунку для ПК. Варіант розрахунку втрат цукроносної маси та залишків гички в залежності від висоти безкопірного зрізу при відповідних агрофізичних характеристиках посіву та коренеплодів наведено на рис. 3.

Для відокремлення залишків гички запропоновано робочий орган (рис. 4) у вигляді горизонтального валу 1 із жорстко закріпленими на ньому дисками з отворами, в яких розміщені осі 3. На осях шарнірно закріплені радіальні спарені очисні елементи (OE) 4. Між спареними OE закріплені опорні ролики 5, концентрично ротору шарнірно встановлено дугоподібні пера - копіри 6, відхилення їх від осі ротора обмежується упором - направляючою 7. При наїзді на коренеплід перо-копір відхиляється. Спарений ОЕ, що ковзає по ньому за допомогою опорного ролика, відхиляється від радіального положення і наносить удар в зону зелених листків по дотичній до головки коренеплоду, що є раціональним видом навантаження для відокремлення гички. Основними конструктивно-технологічними параметрами ОГК з горизонтальною віссю обертання та шарнірно закріпленими радіальними очисними елементами є радіус осі підвісу r, конструктивна довжина ОЕ l_к та кількість ОЕ z (рис. 5). Раціональні значення цих параметрів залежать від технологічного показника - максимальної висоти виступання головок коренеплодів над рівнем ґрунту після зрізу. Використовуючи розрахункові схеми (рис. 5, 6), знайдено залежність між конструктивними параметрами ОГК і максимальною висотою виступання головок коренеплодів:

; ; (6)

Кінематичними параметрами ОГК є поступальна швидкість руху V_n, кутова швидкість обертання ротора щ та кількість взаємодій ОЕ з коренеплодом k. В залежності від висоти виступання головки коренеплоду кількість взаємодій визначається за формулою:

.(7)

Очевидно, що частина взаємодій буде направлена у зону головки, де розміщені зелені листки. Решта взаємодій буде направлена у нижню частину головки коренеплоду, втратить частково кінетичну енергію, а потім буде взаємодіяти із зоною зелених листків. Ефективність таких взаємодій буде значно нижчою. Раціональну кількість взаємодій k_р визначимо з виразу:

(8)

де k₃ - кількість взаємодій із зоною зелених листків.

,(9)

де h₃=h-h_зл.

Звідси, раціональна кількість взаємодій:

.(10)

Графічний аналіз кількості взаємодій наведено на рис. 7. Як видно з графічного аналізу, для серійного ОГК кількість контактувань із зоною зелених листків зростає, а потім спадає до певних меж, не змінюючись із зростанням висоти виступання головок коренеплодів. Це явище зумовлено розташуванням гички відносно головки коренеплоду та поверхні ґрунту. Як видно з графічного аналізу, в копірного ОГК всі контакти ОЕ з коренеплодом будуть проходити у зоні зелених листків.

Для опису руху ОЕ по копірові необхідно визначити кут відхилення ОЕ від радіального положення б (рис. 8):

.(11)

Складові виразу (11) визначаються як функції:

; ; ;

; ;

де г₀ - кут повороту ротора ОГК; г_к - кут контакту ОЕ з копіром; б - кут відхилення ОЕ від радіального положення; ц - кут між віссю Ox та прямою О₁О₂; Y_o1 - координата центра копіра.

Необхідною умовою функціонування робочого органу, що характеризує стабільність виконання технологічного процесу, є невідривність ОЕ від копіра і копіра від коренеплоду. Згідно розрахункової схеми (рис. 9) складено рівняння динамічної рівноваги копіра, що і є рівнянням функціонування даного механізму:

,(13)

де J_к - момент інерції копіра відносно точки підвісу; M_к - момент нормальної реакції головки коренеплоду на копір; M_G - момент сили ваги; M_L - момент сили тиску лопаті на копір.

Складові залежності рівності (13) мають наступний вигляд:

(14)

де J, J_к - моменти інерції відповідно лопаті та копіра відносно точок підвісу; R₁ - відстань від центра копіра до точки підвісу; c, a, b, d₁, p₁ - відповідно плечі сил G, N_к, F_к, N_L, F_L відносно осі підвісу копіра; d, e - плечі сил нормальної реакції та сил тертя копіра і ОЕ відносно його осі підвісу.

Підставивши значення виразів (14) у рівняння (13), визначено силу нормальної реакції, що діє в контакті коренеплоду з копіром:

.(15)

При русі копіра по головці можливе вибивання з ґрунту та пошкодження коренеплоду. Умовою невибивання коренеплоду є:

,(16)

де [P_Г] - гранична горизонтальна складова сили зв'язку коренеплоду з ґрунтом; б₁ -кут між віссю Оy та силою N_к.

Прийнявши б₁ = 38?, що відповідає початку контакту копіра з коренеплодом висотою виступання над рівнем ґрунту h = 80 мм, визначено допустиме значення нормальної реакції [N_к] = 100...120 H. Експериментально визначено, що гичка руйнується пером копіра при зусиллі 50...70 Н, а головка - 150...200 Н. Тому, сила нормальної реакції в контакті копір-коренеплід повинна знаходитись в межах 70...100 Н. Для аналізу взаємодії ОЕ з копіром та копіра з коренеплодом за отриманими залежностями складені програми розрахунку для ПК. Результати розрахунків наведені на рис. 10.

Враховуючи максимальну висоту виступання головок коренеплодів над рівнем ґрунту 60 мм визначено конструктивно-технологічні параметри ОГК: довжина ОЕ l_к = 0,11 м, діаметр ротора D = 0,45...0,85 м, максимальна кількість ОЕ z = 4-12, радіус осі підвісу очисника r = 210...420 мм, відстань від осі підвісу ОЕ до центру опорного ролика - 60 мм. При поступальній швидкості V_п = 1...3 м/с, кутовій швидкості ротора щ = 90...105 с^-1, кількості ОЕ z = 4-6 і діаметрі ротора очисника D = 0,55...0,65 м забезпечується раціональна сила нормальної реакції в контакті копір-коренеплід - N_к = 60...100 Н.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень, описано прилади, лабораторну установку, методи проведення та опрацювання результатів експериментальних досліджень. Програма польових досліджень передбачала визначення характеристик культури та вихідних умов, перевірку роботоздатності лабораторно-польової установки, дослідження впливу робочої швидкості руху машини та кутової швидкості ротора ОГК на показники якості роботи, математичне опрацювання отриманих результатів з наступним аналізом та узагальненнями. Виготовлено лабораторну установку (рис. 11), на якій передбачено регулювання конструктивно-технологічних параметрів ОГК, висоти виступання головки коренеплоду та поступальної швидкості переміщення. З метою визначення раціональних параметрів і режимів роботи ОГК проведено лабораторні дослідження, у яких використовувалися натуральні коренеплоди з гичкою. Відібрані коренеплоди за своїми розмірними і масовими характеристиками були близькими до середньостатистичних коренеплодів.

З метою оптимізації параметрів і режимів роботи ОГК використано стандартні математично-статистичні методи та прикладні програми для опрацювання результатів багатофакторних експериментів і отримання емпіричних регресійних залежностей.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” наведено результати експериментальних досліджень, агрофізичні та механіко-технологічні характеристики посівів та коренеплодів. Експериментально підтверджено математичну модель безкопірного зрізу. Проведено лабораторні дослідження впливу кінематичних параметрів ОГК і висоти виступання головок коренеплодів на показники якості процесу відокремлення решток гички. В результаті лабораторно-польових досліджень отримано емпіричні залежності залишків гички на коренеплодах, пошкодження та завалювання коренеплодів від кінематичних режимів роботи ОГК.

На процес відокремлення решток гички впливає морфологія, форма та міцність головки коренеплоду і гички. Черешок значно змінює форму свого перерізу на відстані 0...30 мм від вершини головки коренеплоду. Він різко переходить від ребристого сегмента до шестикутника, один з кутів якого направлений вершиною всередину перерізу. Сегментна форма черешків біля основи створює досить щільний і міцний пакет, який важко зруйнувати. Площа поперечного перерізу крайніх і середніх черешків біля головки максимальна. У внутрішніх черешків площа перерізу на відстані 0…20 мм від головки зростає, а потім знову спадає. Поверхневий шар черешка характеризується концентрацією судинно-волокнистих тканин, що підвищує його міцність. У зоні зелених листків волокнисто-судинна структура гички плавно переходить у головку, що є причиною невеликої різниці міцності черешків та головки у зоні їх розмежування. Визначено твердість головки і черешків в залежності від відстані до поверхні головки (рис. 12). Заміри твердості внутрішньої частини проводилися у напрямку перпендикулярному до площини поперечного перерізу. Твердість головки у зоні зелених листків у шарі 5…10 мм максимальна і становить 10,3...11,1 мм, мінімальна - на вершині головки у шарі 0…5 мм. Твердість поверхні гички на відстані 0...5 мм від головки коренеплоду становить 7,8 мм, що лише на 20...30% відрізняється від твердості поверхні головки коренеплоду у зоні зелених листків та сплячих вічок і майже дорівнює твердості вершини головки. Це свідчить про обмежені можливості способу відокремлення гички за властивостями міцності без пошкодження тіла коренеплоду. Твердість внутрішнього шару складає 2,5...4,6 мм і він є менш міцним.

На відстані 20…30 мм твердість поверхні черешків знижується від 7,8 мм до 5,0 мм, що у два рази менше твердості зон зелених листків і сплячих вічок.

Результати математичного моделювання процесу безкопірного зрізу в порівнянні з експериментальними дослідженнями наведені на рис. 13, а, б.

Теоретична модель в цілому відображає тенденції експериментальних залежностей втрат цукроносної маси та залишків гички від висоти безкопірного зрізу. В інтервалі висот безкопірного зрізу 20...60 мм відхилення результатів теоретичних досліджень від експериментальних не перевищує 0,7% для залишків гички і 0,9% для втрат цукроносної маси. Тому запропоновану математичну модель можна використовувати при прогнозуванні втрат цукроносної маси та залишків гички для різних сортів цукрових буряків.

За результатами лабораторних досліджень отримано регресійні залежності показників якості процесу відокремлення залишків гички від поступальної швидкості V_п, частоти обертання ротора n і висоти виступання головок коренеплодів h:

залишки гички на коренеплодах, %:

; (17)

глибина пошкоджень коренеплодів робочими органами, мм:

(18)

За регресійними залежностями побудовано поверхні відгуку (рис. 14, 15).

Аналіз двомірного перерізу (рис. 14, б) показує, що на якість очищення суттєво впливає частота обертання ротора. ОГК з діаметром ротора 600 мм та частотою обертання n = 800…1500 хв^-1 якісно очищає коренеплоди, що виступають над рівнем ґрунту більше 35 мм.

Аналіз двомірного перерізу (рис. 15) показує, що домінуючим фактором впливу на пошкодження коренеплодів є частота обертання ротора n_р.

Виходячи з допустимої за агровимогами глибини пошкоджень - 10 мм, частота обертання ротора n не повинна перевищувати 1000 хв^-1.

Лабораторно-польові дослідження робочих органів проводилися на базі спроектованої та виготовленої експериментальної трирядної машини для відокремлення гички (рис. 16).

За результатами математичного опрацювання експериментальних даних побудовано поверхні відгуків та отримано рівняння регресії залежності якості очищення коренеплодів від частоти обертання вала ротора n та робочої швидкості руху машини v_п у межах зміни факторів: 800 n 1200 хв^-1; 1,5 V_п 2,5 м/с.

Залишки гички на коренеплодах, %:

.(19)

Пошкодження коренеплодів, %:

(20)

Вибивання коренеплодів, %:

(21)

На перетині зон агротехнічних вимог до показників якості процесу відокремлення гички (рис. 17) визначено інтервали оптимальних режимів роботи ОГК: поступальна швидкість руху машини V_п = 1,9...2,0 м/с та частота обертання ротора n = 850...970 хв^-1.

У п'ятому розділі “Виробнича перевірка та економічна ефективність впровадження результатів наукових досліджень” наведено результати виробничої перевірки та розрахунок показників оцінки економічної ефективності використання експериментальної машини для відокремлення гички у порівнянні з базовою машиною БМ-6Б.

Обґрунтовано економічну доцільність впровадження технологічного процесу відокремлення гички. Розрахунковий річний економічний ефект становить 145 грн. на 1 га, або 27603 грн. за рік.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що розмірно-масові характеристики коренеплодів і гички функціонально залежать від висоти виступання головок коренеплодів над поверхнею ґрунту. Висота виступання головок коренеплодів описується нормальним законом розподілу. Максимальний діаметр коренеплодів знаходиться нижче рівня ґрунту. Отже, існують передумови для створення математичних моделей коренеплодів, гички та посівів. Машини для безкопірного зрізу можуть працювати при швидкості поступального руху до 4 м/с, але недостатньо обґрунтовано технологічні параметри процесу. Найпростішими та функціонально придатними є очисники головок коренеплодів з горизонтальною віссю обертання, що встановлена перпендикулярно або під кутом до рядків. Дотичне навантаження до головки коренеплоду є найбільш раціональним при відокремленні решток гички, що обумовлює необхідність створення відповідного робочого органу.

2. Розроблено математичну модель процесу відокремлення основної маси гички шляхом безкопірного зрізу та алгоритм, що дозволяє визначити оптимальну висоту встановлення гичкорізального апарату над рівнем ґрунту відповідно до мінімально допустимих втрат цукроносної маси та агрофізичних характеристик посівів і коренеплодів. В результаті досліджень виявлено, що для існуючих агрофонів (у = 10...30 мм, m = 40...60 мм) головки коренеплодів повинні зрізатись не вище 60 мм відносно рівня ґрунту.

3. Розроблено конструкцію копірного очисника головок коренеплодів із спрямуванням дії робочих органів у зону зелених листків, що дозволяє прикладати зусилля по дотичній до головки коренеплоду. При максимальному виступанні зрізаних головок над рівнем ґрунту 60 мм визначено конструктивно-технологічні параметри очисника головок коренеплодів: довжина l_к = 0,11 м, діаметр ротора D = 0,45...0,85 м, максимальна кількість очисних елементів z = 4-12, радіус осі підвісу r = 210...420 мм, відстань від осі підвісу до центру опорного ролика - 60 мм. При поступальній швидкості V_п = 1...3 м/с, кутовій швидкості ротора щ = 90...105 с^-1, діаметрі ротора D = 0,55...0,65 м і кількості очисних елементів z = 4-6 забезпечується раціональна сила нормальної реакції в контакті копір-коренеплід - N_к = 60...100 Н.

4. Встановлено функціональні залежності діаметра вершини коренеплоду та висоти зони зелених листків від висоти виступання головок коренеплодів. Визначено, що твердість поверхні гички на відстані 0...5 мм від головки коренеплоду лише на 20...30% відрізняється від твердості поверхні головки коренеплоду у зоні зелених листків та сплячих вічок і майже дорівнює твердості вершини головки. Це свідчить про обмежені можливості способу відокремлення гички за властивостями міцності без пошкодження тіла коренеплоду.

5. Визначено експериментальним шляхом залежність втрат цукроносної маси та залишків гички від висоти безкопірного зрізу. При порівнянні з теоретичними розрахунками встановлено, що в інтервалі висот зрізу 20-60 мм над рівнем ґрунту відхилення результатів теоретичних досліджень від експериментальних даних не перевищує 0,7% для залишків гички і 0,9% - для втрат цукроносної маси. Тому, запропоновану математичну модель можна використовувати для обґрунтування раціональної висоти зрізу.

6. Визначено, що очисник головок коренеплодів з діаметром ротора 0,6 м і частотою обертання до 1000 хв^-1 якісно очищає коренеплоди з висотою виступання головки більше 50 мм, проте із збільшенням частоти обертання ротора настають сильні пошкодження коренеплодів на глибину більше 10 мм.

7. Експериментально визначено поступальну швидкість машини для відокремлення гички V_п = 1,9...2,0 м/с та відповідну до неї частоту обертання ротора n = 850...970 хв^-1 очисника головок коренеплодів, при яких задовольняються агротехнічні вимоги за вмістом зв'язаної гички, пошкодженнями та вибиваннями коренеплодів.

8. Обґрунтовано економічну доцільність ефективності впровадження технологічного процесу відокремлення гички. Розрахунковий річний економічний ефект становить 145 грн. на 1 га, або 27603 грн. за рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

цукроносний коренеплід гичка продуктивність

1. Борис М.М. Моделювання процесу зрізу гички від коренеплодів цукрових буряків / Борис М.М // Перспективні технології вирощування та збирання цукрових буряків: зб. наук. праць / НАУ. - К.:, 1997. - Том 2. - С. 77-80.

2. Борис М.М. Обґрунтування закону розподілення висот виступання головок коренеплодів / Борис М.М. // Зб. наук. праць Подільської держ. аграрно-тех. академії. // [за редакцією М.І. Самокиша] - Кам'янець-Подільський, 2000. - C. 409 - 411.

3. Бендера І.М. Обґрунтування способу та конструкції машини для відокремлення гички від коренеплодів цукрових буряків / Бендера І.М., Борис М.М.,

Борис А.М.// Вісник Львівського національного аграрного університету: агроінженерні дослідження. - Львів: Львів. нац. аграр. ун-тет, 2008. - № 12(2). - С. 364-368 (здобувачем обґрунтовано математичну модель процесу безкопірного зрізу та конструктивну схему машини).

4. Зуев Н.М. Пути снижения потерь урожая сахарной свеклы при механизированной уборке / Зуев Н.М., Борис М.М. // Механизация технологических процессов в свекловодстве - К., ИСС. 1994. - С. 73-93 (здобувачем проведено дослідження ОГК).

5. Борис М.М. Аналіз технологій відокремлення гички цукрових буряків від коренеплодів / Борис М.М. // Збірник наукових праць співробітників інституту, присвячений 75-річчю з дня заснування / Кам'янець-Подільський державний сільськогосподарський інститут. - Кам'янець-Подільський. - 1995. - С. 178 - 179.

6. Борис М.М. Класифікація очисників головок коренеплодів від гички / Борис М.М. // Аграрна наука селу: МІЖВП. 35 - Чернівці, 1997. - Вип 3. - С. 110 - 116.

7. Борис М.М. Динамика упругих элементов рабочих органов во вращательном движении / Борис М.М., Андреев А.А. // Совершенствование технологии производства корнеплодов и семян сахарной свеклы: сб научн. трудов ВНИС/ - К., 1987. - С. 33…39 (здобувачем розраховано частоту власних коливань лопаті).

8. Борис М.М. Упруго-крутильные колебания упругой лопасти ботвоудаляющих устройств: / Борис М.М., Андреева Л.М. // Труды КСХИ - Кишинев: СХИ, 1989. - С. 72 (здобувачем отримано диференціальне рівняння коливань лопаті).

9. А. с. 1134129.МКИ³ A 01 D 23/02. Очиститель корнеплодов от ботвы на корню / Борис М.М., Самокиш М.И. (СРСР). - № 3637684З / 30-15; заявл. 31.08.83; опубл. 15.09.84, Бюл. №2 (здобувачем запропоновано конструктивну схему робочого органу).

Пат. № 22343 Україна МПК А 01 D 23/02 Очисник головок коренеплодів / Борис М.М., Борис А.М., Бончик В.С. - № u200611045; заявл. 19.10.2006; опубл. 25.04.2007, Бюл. № 5 (здобувачем запропоновано поєднання операцій копіювання та очищення головок).

Размещено на Allbest.ru