Кіровоградський державний технічний університет

Марченко Костянтин Миколайович

УДК 631.311.5

Обгрунтування параметрів та режимів роботи обладнання меліоративної машини зі змінною шириною фрезерування

Спеціальність 05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кіровоград – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Сільськогосподарського машинобудування" Кіровоградського державного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Петренко Микола Миколайович, Кіровоградський державний технічний університет, проректор з навчальної роботи.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Дубровін Валерій Олександрович, Українська академія аграрних наук, завідуючий сектором нової техніки;

кандидат технічних наук, професор Шмат Костянтин Іванович, Херсонський державний технічний університет, професор кафедри "Технологія машинобудування".

Провідна установа:

Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, м. Київ, кафедра "Сільськогосподарського машинобудування".

Захист відбудеться 20.04.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 у Кіровоградському державному технічному університеті за адресою: 25006, м. Кіровоград, просп. Університетський, 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою: 25006, м. Кіровоград, просп. Університетський, 8.

Автореферат розісланий 16.03.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради________________ Каліч В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При створенні зрошувальних систем значна частина земляних робіт припадає на риття траншей під напірні трубопроводи розподільчої мережі. Порівняно з траншеями під магістральні та міжгосподарські трубопроводи траншеї під розподільчі трубопроводи характеризуються більш щільним та регулярним розміщенням, малими розмірами поперечного профілю. За таких умов використання потужних траншейних екскаваторів низькоефективне, а іноді й неможливе.

Широка номенклатура поливної техніки та розбіжність у величині площ зрошення для окремих господарств зумовлюють різницю у потрібних витратах води, отже, типорозмірах напірних трубопроводів та траншей, що під них відриваються.

Існуючі способи отримання траншей з різними розмірами недостатньо ефективні. Робоче обладнання меліоративних машин, що використовується в теперішній час, не забезпечує заданих діапазонів геометричних параметрів траншей. Відсутність обладнання, яке б дозволяло приводити його параметри у точну відповідність до заданих параметрів траншеї, викликає перевищення об?ємів розробленого грунту над мінімально необхідними. Простої техніки, викликані необхід-ністю переналагодження робочого обладнання у відповідності до потрібних параметрів траншей, приводять до зниження її змінної продуктивності.

Тому розробка та дослідження робочого обладнання меліоративних машин для риття траншей з різними параметрами під трубопроводи розподільчої мережі зрошувальних систем є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано згідно тематич-ному планові науково - дослідної роботи Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування на 1998 р. та Кіровоградського державного технічного університету на 1999 – 2000 рр.

Мета роботи і задачі дослідження.

Метою роботи було зниження вартості траншейних робіт під час створення зрошувальних систем за рахунок оперативного й точного приведення параметрів робочого обладнання меліоративних машин у відповідність до заданих геометричних параметрів траншей.

Задачі дослідження:

1. Визначити пріоритетний спосіб отримання траншей з різними геометричними пара-метрами під напірні трубопроводи розподільчої мережі та знайти технічне рішення, що його реалізує.

2. Дослідити процес фрезерування траншей та установити залежності його силових і енергетичних показників від розмірів траншеї, параметрів робочого обладнання та режимів його роботи.

3. На основі теоретичних та експериментальних досліджень визначити оптимальні значення конструктивних параметрів та режимів роботи обладнання для фрезерування траншей різної ширини.

4. Обгрунтувати конструкцію робочого обладнання меліоративної машини для фрезерування траншей різної ширини.

5. Дати техніко-економічну оцінку ефективності впровадження робочого обладнання меліоративної машини зі змінною шириною фрезерування.

Об'єктом дослідження є робоче обладнання меліоративних машин для утворення траншей під напірні трубопроводи зрошувальних систем, що переналагоджується у відповідності із заданими розмірами траншей.

Предметом дослідження є параметри та режими роботи фрезерного робочого обладнання меліоративних машин, що переналагоджується у відповідності із заданими розмірами траншей.

Методи дослідження. Для пошуку пріоритетного рішення робочого обладнання застосовано морфологічний аналіз-синтез у сполученні з експертно-аналітичним методом. При дослідженні робочого процесу застосовано метод системного аналізу. Значення критеріїв якості робочого процесу обладнання в залежності від геометричних та режимних параметрів отримані шляхом імітаційного моделювання. Силові показники в лабораторних та польових умовах визначались тензометруванням. Пошук раціональних параметрів обладнання виконано шляхом компромісної оптимізації на основі комплексного критерію якості.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Досліджені закономірності впливу ширини фрезерування двохфрезерним робочим обладнанням із змінним положенням фрез на лобовий опір фрезеруванню, амплітуду коливань лобового опору та енергоємність розробки грунту.

2. Установлені залежності між параметрами суміщених грунторозробного і транспортуючого шнекового органів із вертикальною віссю обертання.

3. Визначені умови мінімуму амплітуди коливань навантаження на робоче обладнання зі змінною шириною фрезерування за рахунок оптимального розміщення ріжучих елементів.

4. Розв'язана задача компромісної оптимізації параметрів та режимів роботи двохфрезерного робочого обладнання меліоративної машини для заданого діапазону зміни ширини фрезерування.

Практична значення одержаних результатів.

1. Розроблено конструкцію та виготовлено дослідний зразок робочого обладнання, що дозволяє отримувати траншеї з різними геометричними параметрами (ширина та глибина) під трубопроводи зрошувальних мереж.

2. Рекомендовані оптимальні значення конструктивних та режимних параметрів робочого обладнання зі змінною шириною фрезерування.

Особистий внесок здобувача. Особисто здобувачем визначений пріоритетний спосіб отримання траншей з різними геометричними параметрами. Побудовані математичні моделі основних складових робочого процесу меліоративної машини та імітаційна модель, що врахо-вують змінність ширини фрезерування. Проведені експериментальні дослідження запропоно-ваного робочого обладнання та обгрунтовані його оптимальні параметри.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи були заслухані й обговорені на ХХІХ науковій конференції викладачів, аспірантів та співробітників Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування 1998 р. та ХХХІ науковій конференції Кіровоградського державного технічного університету 2000 р., на двох міжнародних наукових конференціях: "65 ani ai Universitaюii Agrare de Stat din Moldova", ?. ?ишинів, Державний аграрний університет Молдови, 1998 р., ІІ міжнародна науково-практична конференція, м. Кіровоград, Кіровоградський держав-ний технічний університет, 1999 р.

Публікації. За результатами досліджень опубліковані 7 статей, у тому числі 4 статті у наукових фахових виданнях, 1 тези конференції.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку літературних джерел, додатків. Матеріал, представлений на 195 сторінках машинописного тексту, включає 154 сторінки основного тексту, 61 рисунок, 25 таблиць, список використаних джерел із 115 найменувань, 8 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, розглянуто стан питання, сформульовані мета й задачі дослідження.

У першому розділі виконано аналіз способів отримання траншей з різними геометричними параметрами та техніки, що використовується.

Установлено, що ширина траншей під трубопроводи розподільчої мережі знаходиться у межах 0.23…0.42 м, глибина - 0.85…1.0 м. Коефіцієнт зміни ширини траншей kB = 0.42/0.23 = 1.83, коефіцієнт зміни глибини - kH= 1/0.85 = 1.25.

Аналіз конструкцій робочого обладнання меліоративних машин показав, що для отримання траншей з різними параметрами доцільно використовувати комбіновані робочі органи, які виконуються з окремих частин, що мають привід для переналагодження.

Закономірностям роботи ротаційних робочих органів меліоративних машин присвячені дослідження А.Д. Даліна, В.Д. Абезгауза, І.С. Полтавцева, С.Г. Солопова, М.В. Мурашова, А.А. Мащенського, В.Л. Баладінського, І.І. Мєра та інших учених. Дослідження двохфрезерних робочих органів виконані в роботах В.Д. Мусійко та В.Ю. Дончука. Проте, аналіз теоретичних джерел показав, що залежності силових та енергетичних показників процесу фрезерування траншей від їх геометричних параметрів досліджені недостатньо.

У другому розділі на основі порівняльного аналізу існуючих траншеєкопачів вибрано прототип - траншейний екскаватор ЕТЦ-165А.

Пошук пріоритетного технічного технічного рішення робочого обладнання меліоративної машини для риття траншей з різними геометричними параметрами здійснено шляхом морфологічного аналізу-синтезу з притягненням експертно-аналітичного методу:

, де (1)

де – оцінка, дана усіма експертами кожному варіанту технічного

рішення з урахуванням ваги критеріїв;

qei – середня оцінка, дана е-технічному рішенню усіма експертами по

i-критерію;

Ui – середня оцінка, дана усіма експертами і-критерію;

e – порядковий номер варіанта технічного рішення;

i – порядковий номер часткового критерію;

n – число часткових критеріїв оцінки.

На основі аналізу конструкцій робочого обладнання машин, що дозволяють отримувати траншеї з різними параметрами, за його класифікаційні ознаки були прийняті форма поверхні робочого органу, просторове положення осі обертання, спосіб переналагодження відповідно до розмірів траншеї та тип транспортуючого грунт механізму.

Вибране робоче обладнання (рис. 1) складається з однотипних кінцевих фрез із верти-кальними осями обертання, які при зміні положення в горизонтальній площині дозволяють змінювати ширину фрезерування, а при переміщенні у вертикальній площині - глибину. Управлін-ня положенням фрез може здійснюватись за допомогою, наприклад, гідроциліндрів, у тому числі і безперервно під час робочого процесу. Винос розробленого грунту здійснюється гвинтовими поверхнями, установленими на корпусах фрез.

За критерії оптимізації параметрів та режимів робочого обладнання прийняті питомий лобовий опір фрезеруванню Тп (відношення лобового опору до ширини траншеї), амплітуда коливань лобового опору DT й енергоємність розробки грунту W.

Рисунок 1. Схеми технічного рішення робочого обладнання (а), робочого органу (б) та установки фрез при зміні ширини фрезерування (в): 1 – двигун; 2 – привід; 3 – робочі органи; 4 – рама; 5 – гідроциліндри управління положенням робочих органів; 6 – корпус; 7 – різець; 8 – гвинтова поверхня; 9 - кожухи

Геометричними параметрами, що визначають конструкцію робочого обладнання, є міжосьова відстань фрез Аф, довжина фрез Lф, радіус різання (радіус за вершинами різців) R , кут q установки фрез відносно фронтальної площини, діаметр корпусу фрези dк, кутовий крок різців dj, ширина різця bр, лінійний крок різців lр, кут різання різця d, кут зміщення фаз при роботі суміжних фрез jс, крок гвинтової лінії шнекового транспортера t, кут підйому гвинтової лінії g.

Режимними параметрами, що впливають на показники робочого процесу, є швидкість руху машини vм, подача робочого обладнання на оберт фрез сz, кутова швидкість фрез wф та напрямок їх обертання (зустрічний або побіжний).

Технологічними параметрами, що впливають на показники робочого процесу при визначеній конструкції обладнання є глибина Нф та ширина Вф фрезерування, а також грунтові умови.

Розглянемо взаємодію різця фрези з грунтом (рис. 2). Елемент стружки в момент, попередній сколюванню, знаходиться у стані рівноваги під дією системи активних сил та сил реакції масиву грунту. Зусилля різання на різці, яке є результуючою від дії сили Fні, перпендикулярної до лобової грані різця, і сили тертя стружки грунту об поверхню лобової грані Fті, визначалось як Ppi = k Ч bp Ч cz Ч sin ji, де k – питомий опір грунту різанню, МПа, ji - кутова координата і – різця, град.; і - номер різця, який відраховується від контрольного. Зусилля різання можна розкласти на дві проекції ­ дотичну силу різання Pкi = Ppi Ч sin(d + m1) та нормальну Pнi = Ppi Ч cos(d + m1), де d - кут різання, град., m1 – кут тертя грунту об сталь, град.

Лобовий опір визначався як сума проекцій складових сил різання на всіх різцях на напрямок руху машини :

або , (2)

Рисунок 2. Сили, що діють на різець (переріз по валу фрези)

де zpз - кількість різців, що знаходяться в забої, zpз = (zp Ч jк Ч Нф)/(360 Ч Lф), де zp - загальна кількість різців фрези; jк - кут контакту різця з масивом грунту, град.

При міжосьовій відстані Aф = const та діаметрові фрези за вершинами різців Dф= const ширина траншеї залежить від кута установки фрез q (рис. 3):

, (3)

де R = Dф/2 – радіус різання фрези, м.

В залежності від перекриття кіл різання фрез, величина якого D = (Аф – 2 Ч R)/2, величини кутів контакту фрез із масивом грунту, град.:

при D < 0 Ю

при D і 0 Ю . (4)

Рисунок 3. До визначення кутів контакту фрез із масивом грунту

Величина амплітуди коливань лобового опору визначалась як різність максимального та мінімального значення лобового опoру за оберт фрези ?Т = Тmax - Tmin, де Тmax і Tmin - відповідно максимальне та мінімальне значення лобового опору на протязі оберту фрез, Н.

Енергоємність, кВтЧгод./м3, визначається як відношення потужності, яка витрачається на здійснення робочого процесу, до продуктивності машини:

. (5)

Потужність різання на валові j – фрези, кВт, визначалась як добуток кількості різців фрези, кутової швидкості wф та інтегралу сили різання за кут контакту jк: Npj =zpЧ wф Ч. Після перетворень отримано

, (6)

де vф – швидкість різання.

Аналогічним шляхом визначалась потужність, що витрачається на долання лобового опору фрезеруванню:

(7)

Потужність транспортування грунту визначено з урахуванням сумарного yS та часткових yj коефіцієнтів заповнення шнекових транспортерів

, (8)

де kp – коефіцієнт розпушування грунту,

. (9)

Подача робочого обладнання на оберт фрез cz = 60Чvм/nф. При зміні ширини фрезерування шляхом зміни положення фрез їхні подачі сz1 ? сz2 і складають

, (10)

де Dq - величина зміни кута установки фрез при зміні ширини фрезерування на протязі робочого ходу довжиною L. Знак “+” відповідає збільшенню подачі, “-“ – зменшенню.

Коефіцієнт заповнення шнека на глибині фрезерування hi, що відповідає і - різцеві, для j - фрези становитиме (рис. 4)

. (11)

Рисунок 4. Знаходження коефіцієнта заповнення транспортера

Оскільки кутова швидкість розробленого грунту, що транспортується, менша за кутову швидкість робочого органу, різці проходять через потік грунту в побіжному напрямку. Сила, необхідна для долання опору розробленого грунту і-різцем, виходячи з суми проекцій діючих сил на ось ОХ

, (12)

де Рнi - сила, прикладена до передньої грані i - різця, Н;

Fтгi - сила тертя маси грунту, що переміщується, об найближчі до неї шари грунту, Н;

Fтбi - сила тертя бічних граней різця об найближчі шари грунту, Н;

Fтсi - сила тертя маси грунту, що переміщується i - різцем, об стінку забою й кожух, Н;

Fтлi - сила тертя грунту об лобову грань різця, Н;

Pлі – зосереджена сила опору розробленого грунту, адекватна розподіленому навантаженню, Н;

b - кут нахилу ніжки різця відносно радіуса.

Потужність перемішування грунту різцями фрези, кВт, Nпер = МперЧwф/ /1000. Обертальний момент при перемішуванні, НЧм, Мпер = Рн Ч Rў, де Rў - приведене плече системи сил.

На основі математичних моделей показників робочого процесу (критеріїв оптимізації) по-будовано імітаційну модель, яка передбачає залежність критеріїв оптимізації від часу робочого ходу. Процес риття траншеї здійснюється з постійною робочою швидкістю Vм = const, отже, відрізок часу, на протязі якого здійснюється зміна параметрів траншеї, (час робочого ходу) tpx = Lpx/Vpx, де Lрх - довжина робочого ходу. Початкове В1 та кінцеве В2 значення ширини траншеї пов?язані з початковим q1 та кінцевим q2 значеннями кутів установки фрез. Кутова швидкість зміни кута установки фрез wп = (q2 - q1) Ч tpx. Тоді в точці робочого ходу L = Vм Ч t, де t О [t0, tpx] кут установки фрез складатиме q(t) = q0 + wЧп Ч t, ширина фрезерування Вф(t) = 2 Ч R + Aф Ч сos(q0 + wЧп Ч t).

У третьому розділі розроблено програму та методику експериментальних досліджень.

Дослідження робочого обладнання в лабораторних умовах здійснювалось на експеримен-тальній установці, створеній шляхом дообладнання серійного вертикально-фрезерного верстату 6Р12. Двохфрезерний робочий орган приводився в обертання від шпинделя верстата. Зразок грунту поміщувався у піддон, який установлювався на робочому столі верстата. Для проведення досліду використовувався цільник грунту, вирізаний у польових умовах. Як робоче середовище використано легкий суглинок, характерний для грунтів ІІ категорії, розповсюдження яких на Україні становить 71% від загального об'єму мінеральних грунтів.

Лобовий опір фрезеруванню вимірювався при зсуванні піддону з грунтом відносно робочого столу під час його подачі та різання грунту робочим органом за допомогою тензометричного упору. Витрати потужності реєструвалися лічильником електроенергії. Енергоємність процесу обчислювалась як відношення витраченої потужності до об'єму розробленого грунту. Амплітуда коливань лобового опору фрезеруванню визначалася за висотою зубців осцилограм лобового опору.

За результатами попереднього експерименту відібрані фактори, що найбільш впливають на критерії оптимізації: радіус різання R (x1), кут установки фрез q (x2), величина подачі сz (x3), коефіцієнт розміщення різців за довжиною фрези kb (x4), кутовий крок різців dj (x5). Фактори варіювалися на трьох рівнях, в якості плану експерименту використано план Хартлі (На5).

Задачами польових досліджень була перевірка працездатності робочого обладнання, а також перевірка результатів лабораторних досліджень. Дослідний зразок був установлений на тракторі МТЗ-82. Величина лобового опору вимірювалась тензометруванням. Енергоємність робочого процесу визначалась як відношення потужності, що витрачалася під час досліду, до продук-тивності. Потужність, що витрачалась на долання лобового опору фрезеруванню та переміщення агрегату, визначалась множенням ординати осцилограми лобового опору на тарувальний модуль та на швидкість руху машини. Потужність на валах фрез, кВт, визначалась як N2 = DРЧQ, де DР - різниця між тиском робочої рідини в напірній та зливній магістралях гідроприводу, кН/м2, Q - витрати робочої рідини, м3/с.

У четвертому розділі виконано обробку та аналіз результатів експериментальних досліджень.

Отримані рівняння регресії критеріїв оптимізації у кодованій формі факторів мають вигляд:

питомий лобовий опір фрезеруванню –

(13)

амплітуда коливань лобового опору –

(14)

енергоємність розробки грунту –

(15)

На рис. 5 представлені графіки залежностей критеріїв оптимізації від найбільш впливових факторів. Аналіз отриманих залежностей дозволив прийти до таких висновків.

а) б)

в) г)

Рисунок 5 - Графіки залежності питомого лобового опору фрезеруванню, амплітуди коливань лобового опору та енергоємності розробки грунту від радіуса різання (а), подачі на оберт фрез (б), коефіцієнта лінійного розміщення різців (в) та кутового кроку різців (г)

При збільшенні радіуса різання (рис. 5 (а)) зменшується кут контакту одної із фрез із грунтом (вираз (4)), отже, і кількість різців, що знаходяться у контакті з масивом грунту, а також збільшується ширина фрезерування, що приводить до зниження питомого опору фрезеруванню. При збільшенні радіуса різання від 0.085 до 0.115 м при різних кутах установки фрез ширина фрезерування збільшується на 14...26%, кут контакту фрези зменшується на 0...26%, питомий опір зменшується на 14...26%. Разом із тим спостерігається зростання енергоємності різання грунту, викликане більш швидким зростанням моменту опору різанню при збільшенні радіуса різання порівняно із збільшенням продуктивності (ширини фрезерування).

При збільшенні коефіцієнту лінійного розміщення різців на інтервалі від 1.0 до 2.5 (рис. 5 (б)) питомий лобовий опір зменшується. Це викликано зростанням частини грунту, що руйнується у бічних поширеннях прорізу, в яких опір руйнуванню менший, ніж перед лобовою гранню різця. На інтервалі від 2.5 до 3.0 питомий лобовий опір починає збільшуватись, оскільки при такій відстані між різцями залишаються проміжки нерозробленого грунту, які зрізаються шнеком. При цьому горизонтальна складова від опору різання шнеком додається до опору фрезеруванню різцями. Аналогічний характер має крива енергоємності. На інтервалі від 2.5 до 3.0 енергоємність зростає за причиною тертя поверхні шнеку об поверхню масиву грунту.

При зростанні подачі на оберт фрез (рис. 5 (в)) збільшується площа контакту різців із масивом грунту, отже, і опір різанню, що викликає підвищення питомого лобового опору фрезеруванню та амплітуди його коливань. Разом із тим, спостерігається зниження енергоємності розробки грунту, оскільки зменшується загальна поверхня руйнування грунту при різанні його різцями.

При кутовому кроці різців dj = 126° (рис. 5 (г)) амплітуда коливань лобового опору фрезеруванню досягає мінімуму, що пояснюється найбільш рівномірним розміщенням проекцій різців на горизонтальну площину на інтервалі, що досліджувався.

Вплив ширини фрезерування на показники робочого процесу (рис. 6) полягає в тому, що при її зменшенні кут контакту однієї із фрез із масивом грунту зменшується від 180° до 0°, і, відповідно, зменшується кількість різців у забої, що приводить до зниження лобового опору фрезеруванню до 50%. Разом із тим, збільшується відношення максимальної кількості різців у забої до мінімальної кількості з 1.2 до 1.5, що викликає збільшення амплітуди коливань лобового опору на 13%. При рівномірній зміні кута установки фрез q ширина фрезерування змінюється за законом косинуса, що викликає відповідний характер зміни енергоємності розробки грунту.

Рисунок 6 – Графіки залежності критеріїв оптимізації від кута установки фрез та ширини фрезерування

Оскільки характер впливу окремих факторів на часткові критерії оптимізації різний, оптимальні значення параметрів та режимів робочого обладнання визначені на основі комплекс-ного критерію якості шляхом компромісної оптимізації з використанням методу Бокса. Графічну інтерпретацію поверхні відгуку приведено на рис. 7.

Рисунок 7 - Поверхня відгуку комплексного критерію якості та її двохмірні перерізи

П'ятий розділ присвячено реалізації результатів виконаних досліджень. Обгрунтовано конструкцію робочого обладнання меліоративної машини зі змінною шириною фрезерування.

Дослідний зразок випробувано в Кіровоградському управлінні зрошувальних систем. Роботоздатність машини перевірено при роботі на легкому суглинку (міцність за числом ударів ударника ДорНДІ С = 5 - 8), глині (С = 9 - 16) та супіску (С = 1 - 4). Імовірність розподілу мінеральних грунтів інших категорій для України порівняно низька.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень впроваджені в колективному підприємстві “Кіровоградський ремонтно-механічний завод імені В.К. Таратути”.

Економічну ефективність від використання робочого обладнання зі змінною шириною фрезерування досягнуто за рахунок підвищення змінної продуктивності й зниження металоємності порівняно з базовою технікою. Оперативність регулювання параметрів робочого обладнання у відповідності із заданими розмірами траншеї дозволило підвищити коефіцієнт використання машини за змінним часом порівняно з прототипом із 0.71 до 0.89. Експлуатаційна продуктивність запропонованого робочого обладнання складає 192 м3/год., що на 110 м3/год. більше за продуктивність прототипу. Масу робочого обладнання зменшено порівняно з прототипом на 1415 кг. Досягнуто зниження приведених витрат на одиницю продукції із 0.16 грн./м3 до 0.11 грн./м3.

Річний економічний ефект від використання одиниці робочого обладнання зі змінною шириною фрезерування становить 10667 грн./рік.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз даних за параметрами траншей під напірні трубопроводи різних категорій, що входять до зрошувальних систем, показав значність питомої ваги траншей під трубопроводи розподільчої мережі (0.6 від загальної довжини траншей та 0.21 від загального об'єму розробленого грунту). Аналіз даних за траншейними екскаваторами, що використовуються при створенні зрошувальних систем, показав, що такі машини низькоефективні при створенні розподільчої напірної мережі.

2. Номенклатура типорозмірів напірних трубопроводів розподільчої мережі вимагає коефіцієнта зміни ширини траншей kB = 1.83, коефіцієнта зміни глибини - kH = 1.25. Існуючі способи отримання траншей з різними розмірами недостатньо ефективні і приводять до підвищення вартості робіт. Як показав аналіз конструкцій робочого обладнання меліоративних машин, пріоритетним способом отримання траншей з різними параметрами є використання комбінованих робочих органів, що виконуються з окремих частин, які мають привід для переналагодження.

3. В результаті дослідження процесу фрезерування траншей установлені функціональні залежності лобового опору фрезеруванню (13), амплітуди коливань лобового опору (14) та енергоємності розробки грунту (15) від розмірів траншеї, конструктивних параметрів робочого обладнання та режимів його роботи.

4. Виконані дослідження впливу ширини фрезерування на показники робочого процесу показали, що при її зменшенні кут контакту однієї з фрез із масивом грунту зменшується від 180° до 0°, і, відповідно, зменшується кількість різців у забої, що приводить до зниження лобового опору фрезеруванню до 50%. Разом із тим, збільшується відношення максимальної кількості різців у забої до мінімальної кількості з 1.2 до 1.5, що викликає збільшення амплітуди коливань лобового опору на 13%. При рівномірній зміні кута установки фрез q ширина фрезерування змінюється за законом косинуса, що викликає відповідний характер зміни енергоємності розробки грунту.

5. В результаті теоретичних та експериментальних досліджень установлено, що на критерії якості роботи обладнання в найбільшій мірі впливають радіус різання R, кут установки фрез q, подача на оберт фрез сz, коефіцієнт лінійного розміщення різців kb та кутовий крок різців dj. Оскільки перераховані фактори по різному впливають на часткові критерії якості, їх оптимальні значення знайдені за допомогою компромісної оптимізації і складають:

- радіус різання R = 0.1 м;

- коефіцієнт розміщення різців kb = 2.5;

- кутовий крок різців dj = 126°;

- подача на оберт фрез cz = 0.01 м/об;

6. Установлено, що для зменшення лобового опору та амплітуди його коливань обертання суміжних фрез слід асинхронізувати з кутом зміщення фаз, рівним півсумі кутів різання та тертя грунту по лобовій грані різця. При побіжному напрямкові обертання порівняно із зустрічним лобовий опір фрезеруванню менший на 1.25 кН при максимальній глибині фрезерування, а робота різця за оберт фрез менша на 50 Дж.

7. В результаті польових досліджень установлено, що найвища продуктивність та найменша потужність на валах фрез досягаються при швидкості руху машини vм = 540 м/год.

8. Обгрунтовано конструкцію робочого обладнання меліоративної машини зі змінною шириною фрезерування, що складається з однотипних кінцевих фрез із вертикальними осями обертання, які при зміні їх положення в горизонтальній площині дозволяють змінювати ширину, а при переміщенні у вертикальній площині - глибину фрезерування.

9. Річний економічний ефект від використання одиниці робочого обладнання зі змінною шириною фрезерування, досягнутий за рахунок підвищення коефіцієнту використання часу зміни з 0.71 до 0.89, зниження маси порівняно з базовою технікою на 1415 кг, зниження приведених витрат на одиницю продукції із 0.16 грн./м3 до 0.11 грн./м3 складає 10667 грн./рік.

ДРУКОВАНІ ПРАЦІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Марченко К.М., Зухба А.Г., Коновалова О.Я. Методика створення робочих органів землерийних машин для відривки траншей зі змінними геометричними параметрами // Підвищення технічного рівня сільськогосподарського виробництва та машинобудування: Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. – Кіровоград: КІСМ. - 1996. – С. 21 - 26.

2. Марченко К.М., Головченко О.О., Зухба А.Г. Дослідження двохфрезерного грунто-розроблюючого органу зі змінною шириною фрезерування // Підвищення технічного рівня сільськогосподарського виробництва та машинобудування: Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. – Кіровоград: КІСМ. - 1996. – С. 16 - 21.

3. Марченко К.М., Коптєва Л.І., Берневек Т.П., Лисенко С.В. Дослідження процесу перемішування грунту двохфрезерним робочим органом // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування, вип. 1. – Кіровоград. - 1997. – С. 83 - 86.

4. Петренко Н.Н., Василенко Ф.И., Марченко К.Н. Создание трансформируемого фрезерного рабочего оборудования мелиоративных машин // Тезисы международной конференции "65 ani ai Universitatii Agrare de Stat din Moldova". - ?ишинев: ГАУМ. - 1998. – С. 108.

5. Петренко М.М., Федунець А.Д., Василенко Ф.І., Марченко К.М. Особливості визначення потужності транспортування грунту двохфрезерним робочим органом // Техніка в сільськогоспо-дарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету, вип. 5. – Кіровоград: КДТУ. - 1999. – С. 65 - 69.

6. Марченко К.М. Імітаційне моделювання трансформуємого фрезерного робочого обладнання меліоративних машин // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету, вип. 5. – Кіровоград: КДТУ. - 1999. – С. 69 - 74.

7. Петренко М. М., Марченко К. М. Визначення параметрів та режимів роботи фрезерного робочого обладнання меліоративної машини із змінною шириною фрезерування // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник, вип. 28. - Кіровоград: КДТУ. - 1999. – С. 99 - 107.

8. Петренко М.М., Марченко К.М. Експериментальне дослідження фрезерного робочого обладнання меліоративної машини із змінною шириною фрезерування // Зб. наук пр. КДТУ, вип. 6. – Кіровоград. - 2000. - С. 53 - 57.

АНОТАЦІЯ

Марченко К.М. Обгрунтування параметрів та режимів роботи обладнання меліоративної машини зі змінною шириною фрезерування – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 2001.

Дисертація присвячена розширенню технологічних можливостей робочого обладнання меліоративних машин для риття траншей під зрошувальні трубопроводи зональної категорії. У дисертації за допомогою методів морфологічного аналізу-синтезу та експертних оцінок, отримано технічне рішення фрезерного робочого обладнання, яке складається з двох кінцевих фрез, положення яких змінюється відносно забою в залежності від необхідних геометричних параметрів траншеї. Отримані залежності лобового опору фрезеруванню, амплітуди коливань лобового опору та енергоємності від параметрів траншеї, конструктивних та режимних параметрів робочого обладнання. Обгрунтовані оптимальні значення параметрів робочого обладнання. Проведені експлуатаційні випробування. Отримані результати, рекомендовані до застосування.

Ключові слова: зрошувальна система, робоче обладнання меліоративних машин, ширина фрезерування, параметри та режими робочого обладнання, оптимізація.

SUMMARY

Marchenko K.N. Basing of parameteres and operation modes of the equipment for land-reclamation machine with the transformable milling width. – Manuscript.

Thesis for a candidate's degree of technical sciences on speciality 05.05.11 – Machines and means for mechanization of agricultural manufacture. Kirovograd State Technical University, Kirovograd, 2001.

The dissertation is devoted to the expansion of technological possibilities of the working equipment for land-reclamation machines to form the trenches for irrigating pipes of zone categories. With the help of morphological analysis – synthesis methods and expert evaluations it has been obtained a technical decision concerning milling working equipment that consist of two snank cutters; the position of these cutters varies relative to the face, depending on the necessary geometrical parameters of a trench. It has been obtained head resistance relationship to milling, amplitude oscillations of head resistance and power capacitance to trench parameters, constructive and condition parameters of the working equipment. Optimum parameters of the working equipment are also grounded. Operation trials has been carried out. Тhe results of the work have been recomended to be utilized.

Key words: irrigation system, working equipment for land-reclamation machines, milling width, working-equipment parameters and conditions, optimization.

АННОТАЦИЯ

Марченко К.Н. Обоснование параметров и режимов работы оборудова-ния мелиоративной машины со сменной шириной фрезерования – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 2001.

Диссертация посвящена расширению технологических возможностей рабочего оборудования мелиоративных машин за счет рытья траншей под оросительные трубопроводы зональной кате-гории с различными геометрическими параметрами. Установлено, что перспективным способом получения траншей с различными параметрами является использование комбинированных рабо-чих органов, которые выполняются из отдельных частей и переналаживается в соответствии с параметрами траншеи с помощью привода. С помощью методов морфологического анализа-синтеза и экспертных оценок, получено техническое решение фрезерного рабочего оборудования, которое представляет собой две концевые фрезы, положение которых изменяется в зависимости от необходимых геометрических параметров траншеи. В диссертации построены математические модели основных составляющих рабочего процесса - резания, перемешивания и транспорти-рования грунта, которые учитывают изменяемость ширины и глубины фрезерования. В качестве метода теоретического исследования рабочего оборудования использовано имитационное модели-рование, которое позволило получить данные о силовых и энергетических показателях рабочего процесса при изменении параметров траншеи. Полученны зависимости лобового сопротивления фрезерованию, амплитуды колебаний лобового сопротивления и энергоемкости от параметров траншеи, конструктивных и режимных параметров рабочего оборудования. Обоснованы опти-мальные параметров рабочего оборудования.

Проведены эксплуатационные испытания. Полученные результаты рекомендованы к применению.

Ключевые слова: оросительная система, рабочее оборудование мелиоративных машин, ширина фрезерования, параметры и режимы рабочего оборудования, оптимизация.