Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
21
ТЕРНОПІЛЬСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ
ПАСАМАН БОРИС ФЕДОРОВИЧ
УДК 631.356.4
ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЛЕМІШНО-РОТОРНОГО КАРТОПЛЕКОПАЧА
05.05.11 –машини і засоби механізації
сільськогосподарського виробництва
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ТЕРНОПІЛЬ –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті, Міністерство освіти і науки України
Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України,
доктор сільськогосподарських наук,
|
Глуховський Владіслав Станіславович, |
Луцький державний технічний університет, професор кафедри сільськогосподарського машинобудування
Офіційні опоненти: Заслужений винахідник України,
доктор технічних наук, професор
Гевко Богдан Матвійович,
Тернопільський державний технічний університет
імені Івана Пулюя,
завідувач кафедри технології машинобудування;
кандидат технічних наук
Бончик Віталій Семенович,
Подільський державний аграрно-технічний університет,
доцент кафедри ремонту машин та енергообладнання
Провідна установа: Національний аграрний університет,
Кабінету Міністрів України, м. Київ
Захист відбудеться “27” червня 2006 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 58.052.02 у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд.79.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, навчальний корпус 2, ауд. 56.
Автореферат розісланий “25” травня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доц. Попович П.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність дослідження. Механізація збирання картоплі, яка широко вирощується в Україні, зокрема у фермерських і приватних господарствах, залишається актуальною проблемою, що потребує розробки нових ефективних, простих за будовою і надійних у роботі машин.
Якщо у спеціалізованих КСП на великих площах є можливість механізувати всі технологічні операції і довести затрати праці до 0,5…0,2 люд.-год/ц продукції, то на малих присадибних ділянках застосування існуючих засобів механізації малоефективне, оскільки затрати праці зростають до 12…15 люд.год/ц, тобто у 25…75 разів.
Найбільш перспективним у цьому напрямку є розробка та дослідження робочих органів, здатних активно розпушувати ворох на всіх стадіях технологічного процесу викопування бульбоносного шару. Вирішити поставлене завдання можна за рахунок створення активних викопуючих пристроїв у яких інтенсифікація технологічного процесу відбувається шляхом додаткового динамічного впливу на компоненти вороху обґрунтованої робочої поверхні лемеша та встановленого над ним лопатевого ротора.
У зв’язки з цим розробка та дослідження викопуючих робочих органів картоплезбиральних машин є актуальною народногосподарською задачею.
Зв’язок із науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що складають основу дисертаційної роботи, виконані згідно положень цільової комплексної програми: “Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості”, затвердженої Кабінетом Міністрів України 7.03.1996 року. Основні положення роботи є складовими частинами досліджень за темою: „Дослідження взаємодії механізмів сільськогосподарсь-
ких машин з матеріалами” (№ держреєстрації 01 00 U 000 258).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення продуктивності сепарації картопляного вороху лемішно-роторним картоплекопачем.
Для досягнення поставленої мети було вирішено наступні задачі:
- на основі проведеного аналізу розробити та обґрунтувати технологічну схему та конструкцію картоплекопача з використанням роторного робочого органа;
- обґрунтувати геометрію робочої поверхні та раціональні параметри викопуючого лемеша на основі дослідження характеру руху бульбоносного пласта по його робочих поверхнях;
- визначити основні конструктивно-кінематичні параметри роботи лопатевого ротора на основі характеру процесу взаємодії бульби з робочою поверхнею лопаті;
- теоретично визначити енергетичні затрати процесу роботи картоплекопача;
- розробити та виготовити дослідний зразок лемішно-роторного картоплекопача, визначити основні показники ступеня сепарації картопляного вороху в лабораторних умовах залежно від конструктивно-кінематичних параметрів картоплекопача та фізико-механічних властивостей ґрунту;
- провести порівняну оцінку ефективності використання лемішно-роторного копача у польових умовах;
- розробити методику інженерного розрахунку основних параметрів розробленого картоплекопача та визначити економічну ефективність його застосування;
Об’єкт дослідження. Технологічний процес роботи роторного картоплекопача, роторний картоплекопач, картопляний ворох.
Предмет дослідження. Конструктивно-технологічні параметри та показники якості роботи лемішно-роторного картоплекопача.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження ґрунтувались на механіко-математичному моделюванні технологічного процесу викопування з використанням основних положеннях теоретичної механіки, вищої математики та математичної статистики. Експериментальні дослідження проводились на розробленій лабораторній установці із застосуванням відомих методик планування багатофакторних експериментів, проведення випробувань та обробки і аналізу результатів експериментів. Теоретичні розрахунки і статистична обробка експериментальних даних проводилися з використанням прикладних програм для ПК.
Наукова новизна одержаних результатів. Обґрунтовано технологічний процес сепарації картопляного вороху та основні параметри лемішно-роторного картоплекопача на основі досліджень характеру руху бульбоносного пласта по робочих поверхнях лемеша та процесу взаємодії бульби з робочою поверхнею лопаті. На цій підставі вперше одержано: залежності для обґрунтування геометричної форми робочої поверхні лемеша активної дії; математичну модель яка характеризує відносний взаємозв’язок переміщення елементів вороху по поверхні лемеша та особливостей його руху по поверхні лопаті ротора; залежності впливу конструктивно-кінематичних параметрів лопаті ротора на процес руйнування грудок у перфорованій частині лемеша та дальності польоту бульби.
Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано і експериментально обґрунтовано нову конструкцію викопуючого пристрою та визначено основні раціональні конструктивно-кінематичні параметри лемішно-роторного картоплекопача. На базі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено конструкторську документацію та виготовлено дослідний зразок лемішно-роторного картоплекопача і проведено польові випробування. За результатами багатофакторного експерименту одержано регресійні залежності ступеня сепарації картопляного вороху від частоти обертання і кута повороту лопаті ротора та відносної вологості грунту. Запропоновано рекомендації для вибору раціональних параметрів картоплекопача. Результати теоретичних і експериментальних досліджень використовуються спеціалістами конструкторських бюро ВАТ “Ніжинсільмаш”та Луцького авторемонтного заводу. Конструктивна новизна технічного рішення підтверджена двома деклараційними патентами України на винаходи №№ 44456 А, 59024 А.
Особистий внесок здобувача. Запропоновано конструктивно-технологічну схему картоплекопача з використанням лемеша та встановленого над ним активного лопатевого ротора [3, 4, 8, 9]. Обґрунтовано основні конструктивно-технологічні параметри лемішно-роторного картоплекопача при цьому вперше одержано: залежності для обґрунтувати геометричної форми робочої поверхні лемеша та обґрунтування його раціональних параметрів [3, 5, 6]; математичну модель взаємозв’язку переміщення компонентів вороху по поверхні лемеша та по поверхні лопаті ротора [4, 6]; залежності процесу взаємодії компонентів вороху з робочою поверхнею лопаті ротора [7].
Одержано регресійні залежності для визначення ступеня сепарації картопляного вороху від частоти обертання і кута повороту лопаті ротора та відносної вологості грунту [1, 2].
Розроблено методику інженерного розрахунку основних параметрів картоплекопача. Основні результати роботи отримані автором самостійно, постановка задач, аналіз і трактування результатів досліджень виконано спільно з науковим керівником та, частково, із співавторами публікацій, у яких особиста частка складає у середньому 60 %. У технічних рішеннях частка всіх співавторів однакова.
Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних досліджень, що містяться в дисертації, доповідались і обговорювались на науково-технічних конференціях Луцького державного технічного університету (2000-2005 рр.), II-ій Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (ЛДТУ, м. Луцьк 2001р.), VI-ій Міжнародній науково-практичній конференції ”Сучасні проблеми землеробської механіки” (НАУ, м. Київ, 2005 р.), розширеному засіданні наукового семінару кафедри сільськогосподарського машинобудування Луцького державного технічного університету (м. Луцьк, 2005 р.).
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 9 наукових праць, з них 2 –у фахових журналах, 6 –у фахових збірниках наукових праць та 2 –деклараційних патенти України на винахід. Одна наукова стаття є одноосібною.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 73 найменувань та 9 додатків. Основний зміст дисертації викладений на 147 сторінках, містить 64 рисунки і 7 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформовано мету, об’єкт, предмет, методи досліджень, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.
У першому розділі розглянуто існуючі конструкції картоплезбиральних машин, їх робочих органів для розпушення картопляного вороху і часткового подрібнення залишкової маси грудок у воросі механічними способами, а також визначені основні фактори, які впливають на міцність грудок та пошкодження бульб картоплі.
Дослідженню технологічних процесів і робочих органів викопування картоплі та сепарації викопаного вороху із визначенням їх конструктивно-технологічних параметрів присвячені праці видатних вчених П.М. Василенка, В.П. Горячкіна, Л.В. Погорілого, П.М. Настенка, Г.Д. Петрова. Вагомий внесок у розробку та удосконалення робочих органів картоплезбиральних машин внесли вчені Б.М. Гевко, В.С. Глуховський, Я.С. Гуков, М.Е. Мацепуро, Б.О. Козаченко, М.М. Шумило, Г.А. Хайліс, І.Р. Розмислович, З.В. Ловкіс, В.Я. Мартиненко, Т.І. Рибак, Р.М. Рогатинський та ін.
Аналіз існуючих способів механічного розпушення пласта ґрунту відомими робочими органами картоплезбиральних машин показав, що низька ступінь сепарації та механічні пошкодження бульб картоплі спричинені недосконалістю грудкоподрібнюючих пристроїв, схем їх розташування та компонування машин.
У результаті проведеного аналізу літературних джерел встановлено основні недоліки роботи існуючих конструкцій робочих органів та визначено основні положення подальшого удосконалення технологічного процесу викопування картопляного вороху за рахунок одночасної динамічної інтенсифікації на компоненти вороху викопуючого лемеша та встановленого над ним лопатевого ротора, які забезпечують активне руйнування пласта ґрунту. Основою для подальших досліджень є встановлення потенцій них можливостей нового картоплекопача, що зумовили вибір теми дисертації, її мету і завдання.
У другому розділі наведено теоретичне обґрунтування раціональних конструктивно-кінематичних параметрів запропонованого лемішно-роторного картоплекопача, технологічна схема якого наведена на рис. 1. Лопаті 4 роторного робочого органа виконують знімання викопаного лемешем 2 вороху, проходячи при цьому крізь його пази 3, виконані у кінцевій частині лемішного робочого органа. Викопаний ворох, який потрапляє на лопаті, здійснює обертовий рух разом із лопаттю і одночасний рух відносно лопаті. Після повороту лопаті із ворохом на деякий кут відбувається кидок маси на викопану ділянку поля. За рахунок удару лопаті по грудках грунту, які концентруються в кінцевій частині лемеша, покращується подрібнення цих грудок, а отже й підвищується степінь сепарації. Робочі органи копача встановлені на рамі 1.
Для забезпечення максимальної розпушую-
чої здатності лемеша за рахунок форми його робо-
чої поверхні, проведені теоретичні дослідження впливу характеру взаємо-
дії лемеша із пластом грунту та особливостей пересування викопаного масиву по поверхні леме-
ша. При роботі леміш долає опір тертя грунту по його поверхні (зверху і знизу).
На рис. 2 зображено сили, які діють на леміш: у точці А відбувається зрізання пласта ґрунту, у точці Е на прогині проходить деформація нижньої частини пласта, у точці Н деформується пласт і з верхньої сторони. За точкою Н розміщено прорізі через які починається початкова сепарація частинок вороху які менші за їх ширину.
Сила опору Р (Н), що приймає леміш, визначається залежністю:
де Р - сила опору різанню, Н; F - сила тертя ґрунту до нижньої частини лемеша, Н; F - сума сил тертя ґрунту до верхньої поверхні лемеша, Н.
Після визначення складових (1) отримано залежність для розрахунку сили опору Р, яку долає леміш при роботі
де Кр - питомий опір різання, Н/м; ℓ - довжина леза, м; ѓ -коефіцієнт тертя леза по грунті; Qл –сила тиску леза на грунт, Н; ѓ- коефіцієнт тертя вороху по поверхні
При виборі форми поверхні лемеша важливе значення має його здатність максимально ефективного руйнувати пласт без пошкодження бульб. Для цього поверхня лемеша спроектована із зміною площею поперечного перерізу, яка зменшується у напрямку від ріжучої кромки, що спонукає пласт підніматись вгору із розпушенням знизу вверх. Поряд з цим, необхідно ефективно вико-
ристовувати форму бокових стінок лемеша з метою спрямування примикаючої до неї частини пласта по випуклій лінії. Спрямовуючи вказану частину робочої маси криволінійною поверхнею лемеша, створюємо умови для меншого налипання на поверхні лемеша аж до повного виключення цього явища.
При русі лемеша в зоні ріжучої фаски відбувається активний силовий вплив на ґрунт. У результаті відбувається наповнення русла лемеша робочою масою, в яку входить і картопля. На ґрунт, який знаходиться перед фронтальною площиною лемеша, сили передаються на площі S поперечного перерізу А - А, який потрапляє на леміш (рис.3.).
Розподіл сил у пере-
різі а-а не є однорідним по висоті. Відомо, що при стисканні ґрунту відбу-
вається його сколювання, причому, це сколювання зміщується у напрямку підйому по визначеній площині.
Встановлена сумарна сила тертя F (Н) переміщення вороху вздовж осі лемеша на одиницю довжини у площині перерізу а - а
де f - коефіцієнт тертя грунту по лемешу; - сила тиску лемеша на ґрунт, Н; L - периметр поперечного перерізу лемеша, м; б –кут нахилу днища лемеша до горизонту, град.; S - площа поперечного перерізу пласта по лінії а-а, м.
У результаті проведеного аналізу залежності швидкості переміщення вороху Vпер по поверхні лемеша від швидкості руху картоплекопача Vмаш .встановлено, що для даного типу лемеша максимально допустима швидкість руху вороху дорівнює 0,4 м/с при куті нахилу лемеша б = 12. При збільшенні Vмаш і кута б зростає небезпека скупчення ґрунту перед площиною лемеша.
Одержано умову підйому пласта по поверхні лемеша при рсі машини, яка має вигляд:
де - сила просування пласта, Н; G - сила ваги пласта, Н; вi - кут нахилу лемеша до горизонту у і- ій точці, град.
Обґрунтовано форму поверхні ле-
меша (рис. 4, 5), геометричні параметри яко складають: ширина лемеша спере-
ду а = 415 мм; ширина лемеша ззаду в = 361 мм; довжина лемеша l = 475 мм; висота лемеша h = 150 мм.
Розпущення підкопаного пласта при його переміщенні по поверхні лемеша являє собою складне явище і є результатом впливу поверхні лемеша на пласт, що переміщується по ньому і сили тяжіння, які впливають на нього. При таких умовах під дією сил ваги частин пласта і реакції поверхні лемеша створюються моменти згинання пласта, внаслідок чого відбувається його розпушення.
Встановлено (рис. 6), що верхня частина стискається на величину, яка не перевищує 7%, тобто
де - ширина блоку до згину, м; - ширина блоку після згину, м; - радіус ввігнутої поверхні, град; - висота зрізаного шару ґрунту (вороху), м; - висота шару в якому відсутнє видовження чи стискання, м.
Відповідно по радіусу ширина блоку має видовження (розширення
Ворох проходить перший прогин А-А і розширює об’єм у перерізі на 36%, що ефективно діє на деформацію грунту при змінному знакові кривини робочої поверхні.
Ворох рухається по лемешу до другого поперечного перегину, який знаходиться у перерізі Б-Б, де плавно змінюється напрямок пересування на 10…15. На цьому перегині проходить розрив верхньої частини і дефор-
мація пласта грунту із зовнішньої сторони.
Крім того, ворох рухається із ширшої сторони лемеша, ширина якого складає 415 мм до вужчої, ширина якого 361 мм. У перерізі леміш має еліпсоподібну форму. Ворох рухається із більшого розміру напів-
еліпса на менший, де розривається його низ і він піднімається на лемеші, оскільки його кінець вужчий на 9%. Крім того відбувається рух вороху і в поперечному напрямку по бокових стінках лемеша.
Для обґрунтування параметрів лопатевого ротора досліджено відносний рух бульби С (рис. 7) по поверхні лопаті ротора. У певний момент, положення лопаті ротора ОК визначається кутовим параметром ш = шо + щt, де шо- початкове положення ротора при t = 0; щ - кутова швидкість обертального руху ротора, рад/с; t - інтервал часу, с.
Векторне рівняння руху бульби картоплі по поверхні лопаті має вигляд:
де - маса бульби , кг; - вектор прискорення руху бульби по поверхні лопаті, м/с; - сила тяжіння бульби, Н; - нормальна реакція поверхні лопаті, Н; т - си-
ла тертя ковзання бульби по повер-
хні лопаті, Н; - відцентрова сила інерції бульби відносно осі оберта-
ння О, Н; - сила інерції Коріоліса, Н.
Рівняння руху бульби по лопаті у проекціях на осі нерухомої системи координат Оxyz;
, (8)
де - кут тертя кочення, град.; cos(,x), cos (,y) - направляючі косинуси, при цьому
де - радіус бульби, м; - біжучий радіус положення центра С бульби відносно осі О, м.
Тоді з врахуванням (8), (9) і (10) отримаємо
.(11)
При усталеному русі бульби проекції прискорення точки С будуть , . Із врахуванням цього отримаємо
.(12)
Після спрощення системи (12) отримаємо залежність для визначення нормальної реакції N (Н) поверхні лопаті
(13)
Рівняння моментів обертального руху бульби навколо своєї осі буде
(10)
де Іб –момент інерції бульби відносно її центру, кг м; - кутове прискорення обертального руху бульби, рад/с; Mr –момент сили тертя кочення бульби, Н м.
Із рівняння (10) було визначено
(11)
Враховуючи, що ш = ш + щt, а V = Rб та після відповідних перетворень (11) було одержано
(12)
де.
Розв’язком рівняння (12) проведемо числовим методом, але спершу визначимо умову відриву бульби від лопаті
(13)
d0. 8. f8e2 f9: 1, 2, 3, 4 - Re1 = 0,06; 0,04; 0,25; 0,01 ()
З врахуванням того, що при від-
риві нормальна сила N = 0, тобто вираз (13) буде щRб - gcosш - 2 mщV >0, а = було одержано залежність кута відриву бульби від лопаті
(14)
Тоді розв’язок рівняння (12) має вигляд
. (15)
Продиференціювавши у MathCadі символічно вираз (15) для о одержимо залежність для визначення кутової швидкості бульби від часу:
. (16)
На рис. 8 наведено залежності кута відриву шВ від кутової швидкості і радіуса бульби (виходячи з рівності .
Встановлено, що при радіусі бульби Rб=0,06м і кутовій швидкості оберта-
ння лопаті = 9…11 рад/с кидок відбувається при шв = 70...75.
Розглянуто динаміку руху бульби при сходженні її з лопаті ротора (рис. 9).
Початкова швидкість при відриві бульби від поверхні ротора становить
, (17)
де , - відповідно швидкість відносного та переносного руху бульби, м/с;
Політ бульби описується векторним рівнянням
(18)
у проекціях на осі декартової системи координат одержимо
, (19)
при цьому функційні зміни координат дальності польоту х і висоти y:
; (20)
, (21)
де х, у - початкові координати точки відриву.
Швидкість центру бульби в польоті визначимо за залежностями:
;
. (22)
Тоді дальність і висота польоту становитиме:
; (23)
. (24)
На рис. 10 наведено траєкторію руху бульби при її кидку лопаттю ротора, яка побудована згідно рівнянь (23), (24).
Для даної конструкції картопле-
копача ефективна робота забезпе-
чується, якщо дальність польоту бульб картоплі перевищуватиме 0,8 м. Максимальна дальність польоту, картоплин, виходячи із вищенаведе-
них даних, може складати 1,1 м (при максимальній швидкості V=3,0 м/c і довжині лопаті l=0,44 м).
Важливими показниками робо-
ти картоплекопача є енергетичні затрати, зокрема, загальна потужність, яка витрачається на переміщення лемешів із підкопаним пластом і його розпушення, та на привод лопатей ротора.
Потужність, що використовується при цьому, визначається за формулою:
, (24)
де - поступальна швидкість агрегату, м/с; - середній опір різанню пласта і його деформації при проходженні по поверхні лемеша, Па; - площа поперечного перерізу пласта у зоні різання, м; - кількість рядків картоплі, які збираються за один прохід картоплекопача; - коефіцієнт, який враховує сепарацію ґрунту на кінцевій частині лемеша; - кутова швидкість ротора, рад/с; - прискорення вільного падіння, м/с; r - радіус ротора, м; - коефіцієнт корисної дії робочого органа; - об’ємна маса ґрунту грядки Н/м
На рис. 11 наведено залеж-
ність затрат загальної потужності при роботі картоплекопача від куто-
вої швидкості обертання ротора. Основними факто-
рами, які впливають на затрати загальної потуж-
ності є площа S і частота обертання ротора , при цьому коефіцієнт, прий-
мали рівним 0,75.
Встановлено, що із збільшенням частоти обер-
тання ротора потужність збільшується, причому максимальне значення не повинно перевищувати 100 об./хв., а потужність, яка необхідна для подолання опору ґрунту при різанні лемешем, перевищує потужність, яка затрачається на привод ротора. Співвідношення між цими величинами складає 10:6 за умови, що 100 об./хв.
У третьому розділі наведена програма та методика експериментальних досліджень картоплекопача у лабораторних та польових умовах, описано розроблені експериментальні установки, прилади та апаратура, які використо-
вувались, методики планування експериментів та обробки отриманих експери-
ментальних даних.
Програма експериментальних досліджень передбачала проведення лабораторних досліджень: ступеня розпушення пласта ґрунту при його пересуванні по лемешу та подрібнення грудок наявних у воросі на перфорова-
ному кінці лемеша; дослідження процесу взаємодії прутків лопаті ротора з ворохом, який перебуває на лемеші, залежно від числа обертів ротора; ступеня сепарації вороху при послідовному провертанні лопаті ротора на кут 20; дослідити дальність польоту бульб залежно від їх маси і парусності компонентів вороху.
Експериментальні дослідження проводились у ґрунтових каналах Луцького державного технічного університету, Рівненського державного технічного університету і господарстві “Заповіт” с. Лище Луцького р-ну Волинської області.
У четвертому розділі наведено отримані результати лабораторно-польових експериментальних досліджень лемішно-роторного картоплекопача.
У результаті обробки отриманого експериментального масиву було отримано кінцеві рівняння регресії в кодованих величинах, які характеризують ступінь сепарації домішок картопляного вороху у залежності від зміни трьох основних факторів –відносної вологості грунту W, частоти обертання лопаті ротора n, кута повороту лопаті г для відповідного типу грунту.
де х - відносна вологість грунту W, % (16; 21; 26%); х, - частота обертання лопаті ротора n об./хв. (60; 85; 110 об./хв.); х - кут повороту лопаті ротора г, град. (30; 50; 70◦).
Аналіз результатів досліджень показує, що найвища ступінь сепарації домішок досягається при зміні вологості грунту у межах 19…23 % (рис. 12), а при зміні W від цих меж на ±3 % ступінь сепарації зменшується на 2,5 %. При збільшенні кута повороту лопаті г від 30 до 70 ступінь сепарації збільшується у середньому на 12 %.
За результатами лабораторних експериментальних досліджень, які проведено на установці (рис. 13) побудовано залежність дальності польоту бульби l від зміни частоти обертання лопаті ротора n при вологості грунту W = 22%, які наведені на рис. 14.
При збільшені частоти обертання лопаті ротора від 25 до 100 об/хв. дальність польоту бульби збільшується від 0,4 до 1,04 м. Оскільки теоретична раціональна дальність польоту становить 0,8 м то результати експеримен-
тальних досліджень підтвердили достовірність теоретичних досліджень, з яких випливає, що частота обертання ротора повинна бути n ≥ 65 об./хв.
Порівняльний аналіз результатів, одержаних експериментально (рис. 14) і теоретично за формулою (23) показав, що різниця між цими значеннями не перевищує 2,5%. Це свідчить про те, що математична модель, яка описує процес кидка є адекватною.
В результаті обробки експериментальних даних були одержані графічні залежності, які визначають траєкторію польоту бульби при відповідному значенні частоти обертання лопаті ротора (рис. 15).
Аналіз результатів отриманих експериментальних і теоретичних досліджень показав, що різниця між цими значеннями знаходиться в межах 2,5…3,7 %. Таким чином, встановлена теоретична математична модель адекватно описує процес кидка бульби лопаттю ротора.
Дослідження роботи лемеша за допомогою цифрової відео-
зйомки дозволили вивчити дина-
міку процесу розпушення вороху лемешем. Встановлено, що раціональне заглиблення лемеша знаходиться у межах 13 < hзг < 23 (см), при цьому через прорізі на кінці лемеша просівається грунт розмірами до 28 мм.
Польові випробування роз-
робленого картоплекопача (рис. 15) показали ефективну та надій-
ну роботу його робочих органів - найвище розпушення ґрунту спостерігається при куті входження лемеша в грунт у межах 10…12, ступінь сепарації домішок складає 81%, що на 6% більше ніж у серійної машини при пошкодженні бульб рівному 2,9% та збільшенні продуктивності роботи машини на 0,1 га/год. або 10,6%.
У п’ятому розділі наведено методику інженерного розрахунку раціональних параметрів лемішно-роторного копача та їх рекомендовані значення, перспективні напрямки подальшого вдосконалення копача та визначено економічну ефективність його використання.
Визначено основні розміри обґрунтованої форми робочої поверхні лемеша: ширина передньої частини 0,415м; ширина задньої частини 0,361м, висота лемеша 0,15 м.
Довжину лопаті ротора рекомендовано визначити за формулою:
(28)
де l –довжина паза лемеші, м; 0,05 –зазор для вільного проходу лопаті над поверхнею поля, м; b –радіус вала ротора, м; dл –діаметр лопаті ротора, м.
Відхилення від основи прямолінійності лопаті ротора слід приймати у межах 0,03...0,05 м, а їх частоту обертання 60...100 об./хв.
Для встановлення коор-динат розташування формува-чів стрічки запропоновано наступну формулу:
(29)
де - початкова швидкість польоту бульби, м/с; - висота розміщення центра ротора відносно поверхні грунту, м; - висота розміщення бульби відносно осі ротора, м; - прискорення, м/с.
Розрахунок економічної ефективності від впровадження розробленого картоплекопача у порівнянні із копачем КСТ 1,4 показав, що річний економічний ефект становить 8631грн. на одну машину.
1. У дисертаційній роботі вперше вирішено наукову задачу підвищення технологічного процесу сепарації домішок вороху картоплі шляхом розробки і обґрунтування параметрів лемішно-роторного картоплекопача.
Технологічний процес викопування картоплі із застосуванням традиційних робочих органів не забезпечує ефективного руйнування підкопаного бульбоносного пласта по всьому його об’єму в умовах підвищеної вологості грунту –робочі органи залипають грунтом, що значно знижує ступінь сепарації домішок вороху.
. Підвищення якості роботи картоплезбиральних машин досягається інтенсифікацією дії на ворох робочих органів лемішно-роторного картоплекопача –активного ротора, встановленого над лемешем з обґрунтованими їх раціональними конструктивними параметрами і кінематичними режимами.
3. Вперше виведено аналітичні залежності для визначення сили опору Р переміщення лемеша у грунті та сумарної сили тертя F руху вороху по його поверхні від технологічних параметрів процесу, при цьому було встановлено, що раціональна швидкість переміщення вороху становить 0,4 м/с при куті нахилу лемеша = 12 та відповідної швидкості руху Vмаш картоплекопача. При збільшенні Vмаш і кута б зростає небезпека скупчення ґрунту перед площиною лемеша.
4. На основі змодельованого руху бульбоносного пласта вперше одержано теоретичну залежність умови його підйому по поверхні лемеша, що дало можливість обгрунтувата геометричну форму поверхні лемеша та його параметри: ширина лемеша спереду а = 415 мм; ширина лемеша ззаду в = 361 мм; довжина лемеша l = 475 мм; висота лемеша h = 150 мм. Було встановлено, що інтенсивне руйнування пласта по всьому об’єму відбувається при довжині першої ділянки 110 мм, другої –мм та перепаді першого кута підйому від 10 до 12, а другого від 12 до 30 та звуження ширини русла у поперечному перерізі до 9%.
5. Вперше одержано математичну модель яка характеризує відносний взаємозв’язок переміщення елементів вороху по поверхні лопатей ротора в результаті аналізу якої встановлено, що необхідна дальність польоту бульби знаходиться у межах 0,8…1,1 м та досягає максимально можливого значення при коловій швидкості лопаті V = 3 м/с і довжині лопаті =0,44 м.
. У результаті проведення повнофакторного експерименту отримано рівняння регресії залежності ступеня сепарації домішок картопляного вороху від зміни відносної вологості грунту W, частоти обертання лопаті ротора n, кута повороту лопаті г для відповідного типу грунту. Встановлено, що найвища ступінь сепарації домішок досягається при зміні вологості грунту у межах 19…23 % при частоті обертання ротора 75…100 об./хв. та кута установки лопаті г = 70. При зміні W від встановлених меж на ±3 % ступінь сепарації зменшується на 2,5 %, а при збільшенні кута повороту лопаті г від 30 до 70 ступінь сепарації збільшується у середньому на 12 %.
. Дослідження роботи лемеша за допомогою цифрової відеозйомки дозволили вивчити динаміку процесу розпушення вороху лемешем. Встановлено, що раціональне заглиблення лемеша знаходиться у межах 13 < hзг < 23 (см), при цьому через прорізі на кінці лемеша відбувається інтенсивне просіювання частинок грунту розміром до 28 мм.
. За результатами польових досліджень встановлено, що ступінь сепарації домішок вороху складає 81%, що на 6% більше ніж у серійної машини при пошкодженні бульб рівному 2,9% та збільшенні продуктивності роботи машини на 0,1 га/год. або 10,6%. Раціональне значення кута входження лемеша у грунт становить при цьому 10…12.
9. Приведено методику інженерного розрахунку основних конструктивно-технологічних параметрів лемішно-роторного картоплекопача та рекомендовано раціональні значення для їх вибору, конструктивна новизна якого підтверджена деклараційними патентами України на винаходи. Річний економічний ефект від використання розробленого лемішно-роторного картоплекопача складає 8631 грн. на кожну машину. Результати одержаних теоретичних і експериментальних досліджень використовуються спеціалістами конструкторських бюро ВАТ “Ніжинсільмаш”та Луцького авторемонтного заводу.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1. Пасаман Б.Ф. Результати досліджень роботи картоплекопача в польових умовах // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст., вип. 10. - Луцьк: ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2002. - С. 121-124.
. Гунько Ю.Л., Пасаман Б.Ф. Результати досліджень роботи роторного картоплекопача // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст., вип. 10. - Луцьк: ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2002. - С. 30-33.
3. Пасаман Б.Ф., Трейман Є.О. Про взаємодію лемеша картоплезби-
ральної машини з ґрунтом // ЛДТУ “Сільськогосподарські машини”. Збірник наукових статей. –Луцьк. Випуск 9, 2001.- С. 114-119.
4. Шведик М.С., Гунько Ю.Л., Пасаман Б.Ф. Результати теоретичних досліджень процесу передачі порції пласта з лемеша на ротор картоплекопача // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямом ”Інженерна механіка”). Випуск 8. –Луцьк, 2001. - С. 264-269.
5. Шведик М.С., Пасаман Б.Ф., Сай В.А., Довгополюк В.Ф. Аналіз основних конструктивно-кінематичних параметрів роторного картоплекопача // Науково-технічний журнал „Техніка АПК”. –Київ. - №4. - 1999. - С. 12-13.
6. Б.Ф. Пасаман, Ю.Л. Гунько, О.Б. Пасаман. Особливості взаємодії лемеша змінної форми із бульбоносним пластом // ЛДТУ „Сільськогос-
подарські машини”. Зб. наук. ст. –Луцьк. Випуск ІІ, 2003. - С. 79-82.
. Пасаман Б.Ф., Гунько Ю.Л., Пасамон О.Б., Смолінський C.В. Теоретичне дослідження руху бульби картоплі по поверхні робочого органа картоплекопача // „Сільськогосподарські машини” Зб. наук. ст., вип. 13. - Луцьк: ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2005. -С. 147-152.
8. Деклараційний пат. 44456 А Україна, МПК А 01D 19/04. Роторний копач для картоплі та коренеплодів / Пасаман Б.Ф., Пасаман А.Б. Опубл. 15.01.2002. Бюл. № 2.
9. Деклараційний пат. 59024 А Україна, МПК А 01D 19/04. Роторний копач для картоплі та коренеплодів з регульованою шириною захвата / Пасаман Б.Ф., Пасаман А.Б., Пасаман О.Б. Опубл. 15.08.2003. Бюл. № 8.
АНОТАЦІЯ
Пасаман Б.Ф. Обґрунтування параметрів лемішно-роторного картоплекопача. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 –машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. –Луцький державний технічний університет, Луцьк, 2006.
Дисертація присвячена вирішенню наукової задачі покращення якості викопування бульбоносного пласта шляхом розробки та обґрунтування параметрів лемішно-роторного картоплекопача, виконаного у вигляді підкопуючого лемеша та встановленого над ним у передній частині активного лопатевого ротора, поєднання яких інтенсифікує процес сепарації домішок вороху картоплі. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень обґрунтовано геометричну форму і раціональні параметри лемеша та лопатевого ротора. Розроблено методику інженерного розрахунку основних параметрів картоплекопача та рекомендовано раціональні значення для їх вибору. Результати досліджень використовуються проектно-конструкторськими організаціями при розробці картоплезбиральних машин.
Ключові слова: бульба, технологічний процес, сепарація, лемішно-роторний картоплекопач, конструктивно-технологічні параметри, ворох, бульбоносний пласт, затрати потужності, показники якості роботи.
Pasaman B.F. Grounding parameters of potato digger. - Manuscript.
Dissertation on the receipt of scientific degree of candidate of engineering sciences after speciality 05.05.11 – machines and facilities of mechanization of agricultural production. state technical university of Lutsk, Lutsk, 2006.
Dissertation is devoted to the decision of scientific task of improvement of internalss of excavation of potato heap layer by developmentand the drounding parameters of ploughshare-rotor potato digger executed as an undermining ploughshare and set above him in the forehand of active blade rotor, combination of which intensifies the process of separating of admixtures to the lots of potato. On the basis of the conducted theoretical and experimental researches grounding geometrical form and rational parameters of ploughshare and blade rotor. The method of engineering calculation of basic parameters of potato digger potato digger is developed and recommended the rational values for their choice. It is drawn on results of researches by project-designers organizations at development of the slotted share machines.
Keywords: tuber, technological process, separating, ploughshare-rotor potato digger, structurally-technological parameters, lots, бульбоносний layer, expenses of power, indexes of internalss of work.
АННОТАЦИЯ
Пасаман Б.Ф. Обоснование параметров лемешно-роторного картофелекопателя. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11. –машины и средства механизации сельскохо-
зяйственного производства. –Луцкий государственный технический университет, Луцк, 2006.
Диссертационная работа посвящена улучшению сепарирующей способности картофелекопателей путем разработки конструкции и обоснования параметров лемешно-роторного рабочего органа при работе которого активный ротор снимает картофеленосный пласт с лемеха, имеющего сменную по длине форму поверхности, а также выполненные в концевой части прорези для прохождения лопастей ротора.
На основании проведенного анализа конструкций рабочих органов картофелекопателей обоснована необходимость разработки подкапывающего лемеха пассивного типа, рабочая поверхность которого максимально измельчает поступающую почву.
По результатам теоретических исследований взаимодействия лемеха с пластом почвы произведен расчет сил, которые действуют на лемех.
Получена рациональная форма лемеха, которая обеспечивает необходимую измельчающую способность.
Разработана математическая модель движения картофеля по лопасти ротора на оснований которой обоснованы параметры лопасти ротора.
Теоретически исследован процесс бросания картофеля лопастями ротора. Получено дифференциальные уравнения, которые позволяют определить дальность и время полета картофеля.
С учетом программы экспериментальных исследований разработаны две экспериментальные лабораторные установки и один опытный образец картофелекопателя.
Основываясь на результатах экспериментальных лабораторно-полевых исследований, проведенных на стандартном и специально разработанном оборудовании, определено влияние конструктивно-технологических параметров на основные качественные показатели работы –сепарирующую способность, потери, повреждения картофеля.
Полевые испытания разработанного картофелекопателя роторного типа показали надежную и эффективную работу машины.
Разработана методика определения основных конструктивно-кинематических параметров роторного картофелекопателя, приведены их рекомендованные значения.
В работе определены перспективные направления усовершенствования конструкции роторных картофелекопателей, в частности, приводится схема картофелекопателя-укладчика.
Конструктивная новизна разработок защищена патентами Украины на изобретения.
Ключевые слова: клубень, технологический процесс, сепарация, лемешно-роторный картофелекопатель, конструктивно-технологические параметры, ворох, клубненосный пласт, затраты мощности, показатели качеств работы.
Підписано до друку 27.04.2006 р. Формат 145х215 мм (60х84/16)
Папір офсетний. Гарнітура Таймс.
Обсяг: 0,75 ум.-друк. арк., 0,75 ум. обл.-вид. арк.
Тираж 100 прим. Зам 2287
Редакційно-видавничий відділ ЛДТУ
, м. Луцьк вул. Львівська, 75