ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Саржанов Олександр Анатолійович

УДК 631.356.2

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВИСОКОПРОДУКТИВНОГО КОНВЕЙЄРА ТА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОЧИЩЕННЯ КОРЕНЕПЛОДІВ ВІД ҐРУНТУ

05.05.11 – Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства та в Сумському національному аграрному університеті

Науковий керівник –заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор ШАБЕЛЬНИК Борис Петрович, Харківський державний технічний університет сільського господарства, професор кафедри механізації тваринницьких ферм

Офіційні опоненти –доктор технічних наук, професор СИЧОВ Іван Петрович – професор кафедри технічної експлуатації Харківського державного технічного університету сільського господарства;

кандидат технічних наук, професор ПАЩЕНКО Володимир Филимонович – завідувач кафедри механізації і електрифікації Харківського державного аграрного університету

Провідна установа –Тернопільський державний технічний університет ім. Івана Пулюя Міністерства освіти України

Захист відбудеться “ 14 ” березня 2002 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.832.01 при Харківському державному технічному університеті сільського господарства за адресою: 61002, м. Харків вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою: м. Харків вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий “ 13 ” лютого 2002 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої Ради Скобло Т.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В технологічному процесі вирощування коренеплодів цукрових та кормових буряків найбільш трудомісткою операцією є збирання врожаю, частка якої складає більш як 50% всіх витрат праці.

На сучасному етапі розвитку механізованого збирання коренеплодів, однією з основних залишається проблема очищення їх від ґрунту після викопування. Очищувачі повинні інтенсивно відділяти ґрунт, не пошкоджувати коренеплоди, не забиватися рослинними рештками.

Найбільш повно, з відомих робочих органів, відповідають вимогам експлуатації ротаційні кулачкові очищувачі. Проте, основними недоліками цих пристроїв залишаються: значні пошкодження коренеплодів та обмеження при збільшенні продуктивності конвейєрів-очищувачів пов’язані з необхідністю постійного контакту коренеплодів і поверхні робочого органу.

У зв’язку з цим був розроблений кулачковий конвейєр-очищувач з гумовими кулачками і встановленою обмежуючою пружною поверхнею над робочими секціями. При цьому без збільшення пошкодження коренеплодів підвищується кутова швидкість обертання секцій кулачків, що дозволяє значно збільшити продуктивність очищувача і збирального агрегату в цілому.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась у рамках держбюджетної та госпрозрахункової тематики науково дослідних робіт кафедри механізації тваринницьких ферм ХДТУСГ (раніше ХІМЕСГ), починаючи з 1985р. Тематика була складовою частиною зведених координаційних планів науково-дослідних робіт у галузі сільського господарства. А також пов’язана з тематичним планом НДДКР кафедри тракторів та сільськогосподарських машин СНАУ „Вдосконалення технології вирощування коренеплодів і підвищення ефективності використання тракторів, автомобілів і сільськогосподарських машин в складі агрегатів для умов Сумської області”.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є підвищення продуктивності кулачкового конвейєра-очищувача і збирального агрегату в цілому шляхом вдосконалення конструкції конвейєра-очищувача та застосування сучасних матеріалів робочих органів. Для цього були поставлені та вирішені такі задачі:

- розробка математичної моделі руху коренеплоду в міжлопатевій зоні для визначення параметрів і режимів роботи кулачкового конвейєра-очищувача;

- проведення теоретичних і лабораторних досліджень з метою визначення основних закономірностей роботи нового очищувача і перевірки адекватності отриманих результатів;

- виконання польових випробувань з метою перевірки якісних показників, а також ефективності розробленого конвейєра-очищувача та запропонованих параметрів його роботи.

Об’єкт дослідження: технологічний процес транспортування та очищення коренеплодів від ґрунту.

Предмет дослідження: розробка високопродуктивного конвейєра-очищувача і визначення параметрів його технологічного процесу.

Методика досліджень. Теоретичні дослідження проводились з використанням методів теоретичної механіки, математичного аналізу і моделювання. При проведенні досліджень застосовувались методи багатофакторного експерименту. Попередні дослідження технологічного процесу проводились методами моделювання за допомогою сучасних інформаційних технологій. Результати експериментальних досліджень оброблено методами математичної статистики з використанням ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

обґрунтуванні кінематичних параметрів конвейєра-очищувача із підвищеною інтенсивністю виконання технологічного процесу;

створенні математичної моделі руху коренеплодів в робочій зоні при ударному їх обробітку;

обґрунтуванні граничного режиму роботи кулачкового очищувача та визначенні межі його продуктивності із умови неушкодження коренеплодів;

шляхом експериментальних досліджень виявлено вплив основних геометричних та кінематичних параметрів запропонованого конвейєра-очищувача на технологічні показники його роботи.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці конвейєра-очищувача коренеплодів з встановленою обмежуючою поверхнею, що забезпечує підвищення його продуктивності і бурякозбирального агрегату в цілому.

Результати наукових досліджень прийняті до впровадження ВАТ “Дніпропетровський комбайновий завод”.

Річний економічний ефект від впровадження у виробництво розробленої конструкції пристрою для транспортування та очищення коренеплодів становить 225,79грн на машину, що при річній програмі випуску 2500 штук складає 564492 грн.

Особистий внесок здобувача полягає в участі у постановці задач досліджень; складанні розрахункових моделей, алгоритму і програми розрахунків, їх виконанні; проведенні лабораторних досліджень та польових випробовувань, обробці результатів та їх аналізі.

Апробація результатів дисертації. Основні матеріали роботи доповідались на щорічних (1997 – 2001р.р.) наукових конференціях у Харківському державному технічному університеті сільського господарства та Сумському державному аграрному університеті.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 6 друкованих праць та отримано деклараційний патент на винахід.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертації складає 178 сторінок. Основний зміст дисертації викладений на 148 сторінках та містить 108 рисунків, 10 таблиць. Список використаних літературних джерел включає 96 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі розглянуті матеріали літературних джерел і було визначено, що дослідженням робочих органів очищувачів коренеплодів від ґрунту займалися відомі вчені Василенко А.А., Василенко П.М., Погорілий Л.В., Шабельник Б.П., Портянко А.І., Татьянко М.В., Юхин Г.П., Гевко Р.Б., Сичов І.П. та інші. Проте деякі питання залишаються не висвітленими і потребують додаткового вивчення. Зокрема, це стосується підвищення продуктивності конвейєрів-очищувачів.

В результаті аналізу цих робіт та проведення патентних досліджень була розроблена конструкція кулачкового конвейєра-очищувача, яка дозволяє збільшити його продуктивність без зміни геометричних параметрів та із збереженням якісних показників роботи в порівнянні з існуючими моделями кулачкових конвейєрів-очищувачів.

В описі розглянутих конструкцій кулачкових конвейєрів-очищувачів не відмічається, що з метою меншого пошкодження коренеплодів можливо використовувати для рухомих елементів неметалеві матеріали, наприклад, гуму.

В другому розділі розглянуті теоретичні основи опису технологічних процесів в конвейєрі-очищувачі коренеплодів нової конструкції. Аналіз існуючих конструкцій у першому розділі доводить до висновку про необхідність інтенсифікації процесу сепарації коренеплодів із вороху та очистки їх поверхонь від грудок ґрунту з метою збільшення пропускної спроможності та підвищення якості обробітку.

Можливості існуючих конструкцій, як показують дослідження, майже вичерпані, тому що дотримання режиму перетирання ґрунту обмежене величиною швидкості відносного руху вороху та елементів очищувача. Єдиним шляхом інтенсифікації процесу є збільшення швидкості руху коренеплодів, що призводить до переходу від детермінованого опису руху коренеплодів до імовірнісного. Стохастичний характер руху коренеплодів зумовлений імовірним характером розподілу їх розмірів та форми. Також випадковими є значення величини швидкості та напрямку руху коренеплодів на вході до очищувача.

В повному обсязі опис руху кожного коренеплоду із врахуванням шести ступенів свободи є дуже складним. З деякими спрощеннями цей математичний апарат реалізований в комп’ютерних програмах динамічного моделювання, наприклад, „3D STUDIO MAX”.

Для виявлення найбільш загальних закономірностей руху коренеплодів нами розглянуто плоский рух модельного тіла, що являє собою плоский диск із заданим діаметром, а його маса зосереджена в центрі. Переміщення модельного тіла зображено на рис. 1. Поки швидкість руху модельного тіла знаходиться в межах до 2м/с його переміщення відносно робочих органів очищувача були досить незначними, в межах 0,2...0,4м. Але при збільшенні швидкості руху до 4м/с величина вільного переміщення стає більше 1,5м. Тому зменшення габаритів робочого об’єму очищувачів за рахунок введення обмежуючих площин є актуальним.

Для математичного опису руху центра мас модельного тіла в полі сил тяжіння застосовано диференціальні рівняння після інтегрування яких і визначення постійних інтегрування отримані рівняння, які представлені в табл. 1.

При різних початкових умовах з допомогою розв’язання цих рівнянь було вирішено низку задач узгодження конструктивних елементів очищувача.

Таблиця 1

Розв’язок рівнянь руху модельного тіла |

Рух тіла до направляючої площини | Рух тіла після взаємодії з направляючою площиною

Початкові умови | t=0 |

t=0

Рівняння руху

Рівняння траєкторії руху

де ; ; ; хТ, уТ – координати центра барабана транспортера; R – радіус центра барабана транспортера; d – діаметр модельного тіла; б – кут нахилу транспортера; Vo – швидкість вильоту тіла з транспортера; хз, уз – координата зустрічі центра тіла та направляючої площини; , – горизонтальна та вертикальна проекції швидкості модельного тіла після зустрічі з площиною.

Однією з них є розташування направляючої площини 5 (рис. 1). Із умови непошкодження коренеплодів навколо барабана транспортера встановлюється кругова захисна зона шириною е, яка повинна перевищувати розміри найбільших коренеплодів. Рівняння обмежуючого кола:

. (2)

Задаючись величиною кутового коефіцієнта k складаємо рівняння дотичної до цієї зони:

, (3)

і, вирішуючи його сумісно із рівнянням траєкторії руху коренеплоду до направляючої площини (1), знаходимо координати зустрічі, та величини швидкості модельного тіла в момент зустрічі. Ці дані є початковими для вирішення другої задачі визначення параметрів руху модельного тіла після взаємодії із направляючою площиною.

Рис.1 Переміщення модельного тіла в експериментальному конвейєрі-очищувачі: Vк – початкова швидкість модельного тіла; Vа – поступальна швидкість машини; - кутова швидкість обертання секцій кулачків; 1 – транспортер; 2 – модельне тіло; 3 – траєкторія руху тіла при Vк=2м/с; 4 - траєкторія руху тіла при Vк=4м/с; 5 – направляюча площина; 6 – обмежуюча площина; 7 – секції кулачків

Перед ударом центр маси модельного тіла має швидкість , в проекціях на координатні осі: та (рис. 2). Після взаємодії із направляючою площиною проекції швидкості руху модельного тіла на осі XOY мають такі значення:

; (4)

, (5)

де – коефіцієнт відновлення швидкості при ударі.

При взаємодії модельного тіла та направляючої площини (рис. 2) слід зважати на те, що нормальна складова швидкості руху тіла до площини, зменшується на величину коефіцієнта відновлення швидкості . В результаті такої взаємодії із зменшенням коефіцієнта , величина дотичної складової швидкості тіла після удару наближається до величини його швидкості відносно очищувача після удару. І при 0 тіло починає ковзати по поверхні направляючої площини. Розрахунок показує, що раціональний кут нахилу направляючої площини =60о при якому розліт центрів мас коренеплодів мінімальний і є можливість направити потік коренеплодів до очищувача в заздалегідь намічену точку над першим валом.

Рис. 2 Схема взаємодії модельного тіла та направляючої площини

Отримані значення координат зустрічі модельного тіла із направляючою площиною та його швидкості після удару з першої та другої задач є початковими умовами для вирішення третьої задачі руху тіла після взаємодії із направляючою площиною (табл. 1). Розв’язання рівнянь траєкторії його руху (1) та робочої поверхні очищувача , де уоч – координата розташування осі секції очищувача, дає значення координат попадання тіла до робочої зони очищувача.

Модельне тіло (коренеплід), що знаходиться в робочій зоні очищувача, переміщується вздовж осі ОХ та виконує зворотно-поступальний рух вздовж вертикальної осі OY (рис. 3).

Рис. 3 Схема взаємодії модельного тіла та обмежуючої площини

Якщо кут вильоту тіла із очищувача в, то проекції швидкостей відповідно вертикальної та горизонтальної будуть: та . Співвідношення між часом підйому та опускання, або ж між дальністю польоту тіла до і після удару із вирішення рівнянь руху буде:

. (6)

Із зменшенням коефіцієнта відновлення швидкості (зменшується величина пружності матеріалу обмежуючої площини) зростає значення t2, а значить і дальність польоту тіла після удару, що зменшує ефективність роботи очищувача.

Якість роботи очищувача при заданих швидкісних режимах, в першу чергу, залежить від кількості взаємодій коренеплоду та робочих органів. У попередніх дослідженнях це питання зовсім не висвітлювалось. В проведених нами експериментах було виявлено досить широкий діапазон зміни середньої швидкості переміщення об’єктів вздовж очищувача від 0,3 до 1,4м/с при обертанні секцій кулачків з кутовою швидкістю 10,5 рад/с.

Для встановлення зв’язку часу перебування коренеплодів в очищувачі із його параметрами нами запропонована секційна модель для визначення часу перебування матеріалу в апараті із змішуванням. Параметром такої моделі є кількість умовних ємностей, пов’язаних із кількістю активних зон очищувача. Розподіл часу перебування визначається за таким співвідношенням:

, (7)

де С – відносна концентрація об’єктів;

K – кількість секцій;

ф – час перебування об’єкта в робочій зоні;

фо – середнє значення часу перебування об’єктів у робочій зоні, визначене із рівняння витрати.

При дотриманні умови незалежного обробітку кожного коренеплоду в робочому об’ємі продуктивність очищувача визначається за виразом:

, (8)

де Vср – середня швидкість переміщення коренеплодів, м/с;

S – площа поперечного перерізу робочого об’єму очищувача, м2;

– щільність рухомого шару коренеплодів, кг/м3;

L – довжина робочої камери, м;

– середній час знаходження коренеплодів в очищувачі.

В цій залежності середня швидкість руху коренеплодів визначається із умови неушкодження коренеплодів при заданій конфігурації робочої камери.

Щільність незв’язаного рухомого шару коренеплодів складає 1/4...1/5 частину від щільності нерухомого вороху, коли шлях вільного польоту коренеплодів (модельних тіл) до їх взаємного зіткнення стає більшим за відстань між поверхнею секцій кулачків та обмежуючою площиною очищувача.

Таблиця 2

Характеристики робочих камер очищувачів

Позначення | Тип очищувача | Робочий об’єм, м3 | Кількість умовних секцій, K | Продуктивність,

т/год | Середній час перебування фо, с

А | Одноярусний з плоскою обмежуючою поверхнею | 0,12 | 5 | 96,41 | 0,90

Б | Одноярусний з фігурною обмежуючою

поверхнею | 0,10 | 9 | 86,07 | 0,84

В | Двоярусний з плоскою обмежуючою

поверхнею | 0,18 | 9 | 79,16 | 1,65

Г | Двоярусний з фігурною обмежуючою

поверхнею | 0,16 | 12 | 74,46 | 1,55

Розрахункові значення максимальної продуктивності очищувача, при кутовій швидкості кулачків 10,5 рад/с, та кількості умовних секцій K за секційною моделлю наведені в табл. 2.

В цій же таблиці приведені значення середнього часу перебування коренеплодів в очищувачі. Фактичний розподіл часу перебування коренеплодів в очищувачах з різною конфігурацією робочого об’єму наведено на рис. 4.

Рис. 4 Розподіл часу перебування коренеплодів в очищувачі.

Позначення А, Б, В, Г – відповідають позначенням в табл. 2

Із збільшенням складності конструкції робочих зон, збільшується співвідношення між довжиною траєкторії та висотою робочого каналу очищувача L/H, тобто спостерігається збільшення кількості умовних секцій. Це спричиняє більшу однорідність обробітку коренеплодів, тому що зростає та їх частка, що має час перебування в очищувачі близький до середнього. Але водночас зменшується середня швидкість переміщення коренеплодів через співударяння з похилими ділянками обмежуючої поверхні. Тим самим зменшується і максимальна продуктивність конвейєра-очищувача.

В третьому розділі наведена програма та методика експериментальних досліджень. Під час лабораторних досліджень вивчалися та визначалися наступні показники – вплив обмежуючої поверхні на поступальну швидкість руху коренеплодів по очищувачу при підвищенні частоти обертання робочих секцій; зміна продуктивності кулачкового конвейєра-очищувача з встановленою обмежуючою поверхнею при підвищенні частоти обертання кулачків; конструктивні параметри кулачкового конвейєра-очищувача (висота розташування обмежуючої поверхні над віссю обертання кулачків, форма обмежуючої поверхні, матеріал виготовлення обмежуючої поверхні та кулачків); оптимальна частота обертання секцій кулачків конвейєра-очищувача при встановленні обмежуючої поверхні; співвідношення часу знаходження коренеплодів у контакті з робочими поверхнями конвейєра-очищувача до часу їх знаходження у вільному польоті при переміщенні по очищувачу.

В процесі проведення попередніх експериментів виникають труднощі пов’язані з необхідністю створення дослідних установок, які при проведенні таких досліджень досить часто потребують по декілька разів зміни конструкції, що призводить до додаткових витрат часу та коштів. Окрім того, специфіка розробки сільськогосподарських машин, яка полягає в сезонності проведення польових дослідів, суттєво подовжує час, що витрачається на доведення конструкції. Проте сучасні інформаційні технології дають можливість майже повністю відмовитися від необхідності створення натурних моделей для проведення попередніх експериментів. Даний етап досліджень можна провести скориставшись можливостями сучасних комп’ютерів та відповідним програмним забезпеченням.

Було розроблено декілька комп’ютерних моделей, які відрізнялися взаємним розташуванням валів суміжних секцій по одноярусній та двоярусній схемі, а також встановленням обмежуючої поверхні різної форми.

Проведення експерименту з використанням комп’ютера дало можливість отримати наочну картину руху коренеплоду по очищувачу, а також побудувати графіки впливу незалежних факторів на вихідні параметри конвейєра-очищувача (рис.5, рис.6)

Рис. 5 Залежність швидкості руху (V) Рис. 6 Залежність часу контакту

коренеплодів від кутової швидкості коренеплодів з робочими поверхнями

() секцій кулачків очищувача від кутової швидкості

секцій кулачків

На основі проведених попередніх досліджень була створена експериментальна лабораторна установка – очищувач з обмежувачем підйому коренеплодів. На зварній рамі змонтовані секції з трилопатевими кулачками. Секція очищувача являє собою вал на якому набрані комплекти робочих елементів (кулачків). Між трилопатевими кулачками, виготовленими з гуми, встановлені розпірні втулки. Зміною довжини розпірних втулок забезпечується різна відстань між сусідніми кулачками. Кріплення секцій до рами забезпечує можливість зміни відстані між суміжними секціями конвейєра-очищувача як по горизонталі так і по вертикалі. Вали робочих секцій кріпляться за допомогою пари підшипникових опор.

Над поверхнею секцій з трилопатевими кулачками встановлюється обмежувач підйому коренеплодів. Спосіб кріплення до рами забезпечує можливість зміни відстані від секцій з кулачками до обмежувача.

При випробуваннях кулачкового конвейєра-очищувача з встановленим обмежувачем підйому коренеплодів було вирішено реалізувати багатофакторний експеримент. При плануванні експерименту реалізували план, близький до D – оптимального досліду В4. За вихідні фактори – критерії оптимізації - були прийняті: швидкість переміщення коренеплодів по поверхні очищувача V, час коли коренеплід під час руху знаходився в контакті з робочими поверхнями конвейєра-очищувача .

В якості незалежних факторів, що впливають на продуктивність конвейєра-очищувача, взяті параметри: х1 – кутова швидкість кулачків ; х2 – відстань між горизонтальними площинами, що проходять крізь осі суміжних секцій кулачкового конвейєра-очищувача l; х3 – кут нахилу робочої поверхні обмежувача до горизонту ; х4 – діаметр коренеплоду dк.

На основі таких умов та обмежень були визначені рівні варіювання факторів (табл. 3).

Таблиця 3

Розрахунок рівнів варіювання факторів

Рівні варіювання факторів | ,

рад/с | l,

м |

град. | dк,

м | Умовні позначення | Вихідні параметри

Основний рівень

Інтервал варіювання

Верхній рівень

Нижній рівень | 15,7

5,2

20,9

10,5 | 0,05

0,05

0,1

0 | 22,5

22,5

45

0 | 0,09

0,05

0,14

0,04 | 0

+1

-1 |

V

м/с |

%

Кодове значення змінних | Х1 | х2 | х3 | х4 | у1 | у2

За результатами реалізації матриці експерименту математична модель процесу може бути представлена поліномом другого порядку:

(9)

(10)

Під час польових досліджень оцінювались наступні агротехнічні показники: ступінь очистки коренеплодів від ґрунту, гички, та інших домішок; відділення ґрунту зв’язаного з коренеплодами; пошкодження коренеплодів робочими органами конвейєра-очищувача; продуктивність конвейєра-очищувача.

В четвертому розділі наведено аналіз результатів експериментального дослідження. За результатами лабораторних досліджень були отримані залежності, що характеризують зміну вихідних параметрів від зміни одного із факторів процесу при фіксації інших на постійних рівнях.

Аналіз залежності поступальної швидкості руху коренеплодів V від кутової швидкості кулачків конвейєра очищувача показав, що із збільшенням кутової швидкості кулачків конвейєра-очищувача, швидкість переміщення коренеплодів по поверхні очищувача збільшується. При підвищенні кутової швидкості кулачків від 10,5рад/с до 21рад/с (рис. 7) швидкість переміщення коренеплодів зростає в 2,11...2,63 рази, причому, при зміні кутової швидкості кулачків у межах 10,5...16,8рад/с спостерігається більш інтенсивне зростання поступальної швидкості переміщення коренеплодів, ніж при зростанні кутової швидкості кулачків у межах 16,8...21рад/с. Зміна інших факторів: l - відстань між горизонтальними площинами, що проходять крізь осі обертання суміжних секцій; - кут нахилу обмежуючої поверхні до площини робочих органів очищувача та d - діаметр коренеплодів суттєво не впливають на характер зміни поступальної швидкості коренеплодів в межах розглянутої кутової швидкості кулачків. На зміну абсолютного значення їх поступальної швидкості найбільший вплив має розташування суміжних секцій кулачків. При зміні відстані по вертикалі між сусідніми секціями кулачків від 0 м (крива 1 рис.7) до 0,1м (крива 4 рис.7) поступальна швидкість коренеплодів зменшується в середньому на 30% в усьому діапазоні зміни кутової швидкості кулачків.

Рис.7 Залежність швидкості руху корене- Рис.8 Вплив кутової швидкості ку-

плодів по очищувачу від кутової швидкості лачків на час контакту коренеплодів

кулачків: 1 - ; з робочими поверхнями очищувача:

2- ; 1 -;

3 - ; 2 - ;

4 - ; 3 - ;

5 – теоретична залежність 4 - ;

5 – теоретична залежність

Теоретична крива 5 (рис.7) була отримана в результаті моделювання технологічного процесу роботи кулачкового конвейєра-очищувача за допомогою комп’ютера.

Вивчення впливу кутової швидкості кулачків на контактування коренеплодів з робочими поверхнями (рис. 8) показує, що із збільшенням кутової швидкості в межах 10,5…16,8рад/с час зростає в 1,12…1,26 рази, а при підвищенні кутової швидкості кулачків понад 16,8 рад/с час поволі зменшується. Інші фактори не впливають на характер зміни від . Найбільший вплив на час знаходження коренеплодів в контакті з робочими поверхнями конвейєра-очищувача має кут встановлення обмежувача підйому коренеплодів. Так, при куті =0о максимальний час контакту коренеплодів з робочими поверхнями конвейєра-очищувача буде становити 56,2% (крива 1 рис. 8), тоді як при =45о ця величина становить 67,4% (крива 4 рис 8).

Для проведення польових досліджень було побудовано експериментальний конвейєр-очищувач (рис. 9).

Польові випробовування кулачкового конвейєра-очищувача коренеплодів проводилися в період збирального сезону вересень – жовтень 2000р. на виробничих ділянках Українського державного центру по випробовуванню та прогнозуванню техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва (УкрЦВТ).

Рис. 9 Експериментальний конвейєр-очищувач

За результатами проведення польових досліджень були побудовані графічні залежності основних агротехнічних показників. Деякі з них розглянуті нижче.

На рис. 10 приведена залежність вмісту вільного ґрунту у коренеплодах на виході з очищувача від частоти обертання секцій кулачків при різній поступальній швидкості руху машини.

Рис. 10 Залежність вмісту вільного ґрун- Рис. 11 Залежність процентного вмісту

ту у коренеплодах від частоти обертання сильно пошкоджених коренеплодів

кулачків очищувача при різній посту у вихідному воросі від частоти обер-

пальній швидкості руху машини: тання кулачків очищувача при різній

1 – v=1,08м/с; 2 - v=1,87м/с; 3 - v=2,66м/с поступальній швидкості руху машини:

1– v=1,08м/с; 2- v=1,87м/с; 3- v=2,66м/с.

Кількість вільного ґрунту у вихідному воросі коренеплодів при зміні частоти обертання секцій конвейєра-очищувача в значній мірі залежить від його завантаження, тобто від поступальної швидкості руху машини.

Характер залежностей представлених на рис. 11, демонструє вплив кутової швидкості секцій кулачків при фіксованих на трьох рівнях значеннях поступальної швидкості руху машини на пошкодження коренеплодів після проходження конвейєра-очищувача. Так, при мінімальній швидкості руху машини (v=1,08 м/с) відсоток сильно пошкоджених коренеплодів зменшується від 6,05% до 3,3% при зміні кутової швидкості робочих секцій від 8 рад/с до 15 рад/с тобто в 1,8 рази. При подальшому зростанні кутової швидкості до 16 рад/с відсоток сильно пошкоджених коренеплодів збільшується в 1,08 рази.

Проведення досліджень на швидкості 1,87 м/с показали, що в діапазоні зміни кутової швидкості секцій кулачків 8…11,5 рад/с відсоток сильно пошкоджених коренеплодів зменшується в 1,4 рази, а в діапазоні кутової швидкості 11,5…16 рад/с збільшується в 1,5 рази. Максимальний відсоток сильно пошкоджених коренеплодів становить 4,25% при 16 рад/с. У випадку поступального руху машини зі швидкістю 2,66 м/с (крива 3, рис. 11) пошкодження коренеплодів збільшується в усьому діапазоні зміни кутової швидкості секцій кулачкового конвейєра-очищувача. При цьому максимальне значення сягає 6,55%, що в 2,62 рази більше ніж мінімальне.

За результатами проведеного експерименту отримані залежності впливу на продуктивність кулачкового конвеєра-очищувача кутової швидкості секцій кулачків при встановленні обмежувача підйому коренеплодів (рис. 12). Як видно з даного графіку експериментально отримана залежність (крива 2) підтверджує теоретичні розрахунки (крива 1).

Рис. 12 Залежність продуктивності кулачкового конвеєра-очищувача з встановленою обмежуючою поверхнею від кутової швидкості секцій кулачків: 1 – теоретична; 2 - експериментальна

Деяке зменшення продуктивності конвеєра-очищувача отримане під час експериментальних досліджень в порівнянні з теоретичним значенням можна пояснити тим, що в реальних умовах відбувається співударяння між коренеплодами яке призводить до зниження поступальну швидкість їх руху. Ці результати отримані для випадку встановлення плоскої обмежуючої поверхні розташованої на відстані 0,3 м від осі обертання кулачків.

При польових дослідженнях виявлено, що основні агротехнічні показники конвейєра-очищувача при підвищеній продуктивності – ступінь очистки вороху коренеплодів від ґрунту, гички та інших домішок; відділення ґрунту зв’язанго з коренеплодами; пошкодження коренеплодів робочими органами конвейєра-очищувача навіть при максимальних режимах роботи відповідають вимогам, що пред’являються до бурякозбиральних машин. Так пошкодження коренеплодів в залежності від режиму роботи очищувача коливається в межах 2,5...6,5%. Наявність вільного ґрунту на виході з конвейєра-очищувача не перевищує одного відсотку. Кількість ґрунту, що залишився зв’язаним з коренеплодами сягає 2,7%.

Річний економічний ефект від впровадження у виробництво розробленої конструкції пристрою для транспортування та очищення коренеплодів становить 225,79грн на машину.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Існуючі кулачкові очищувачі не в повному обсязі задовольняють вимогам, що пред’являються до них по очищенню буряків від ґрунту і мають порівняно незначну продуктивність, що негативно впливає на термін збирання урожаю в обмежений осінній період.

2. Вдосконалений технологічний процес і підвищена продуктивність кулачкового очищувача без зміни його основних габаритів і збереження якості виконання технологічного процесу способом встановлення над очищаючими кулачками обмежувача вильоту коренеплодів.

3. Розроблена конструкція нового кулачкового пристрою для транспортування та очищення коренеплодів дозволила при дотриманні агротехнічних вимог відокремлення ґрунту з мінімальним пошкодженням коренеплодів майже в 1,3 рази підвищити його продуктивність.

4. Проведеними теоретичними дослідженнями з використанням сучасних інформаційних технологій встановлено, що продуктивність кулачкового конвейєра-очищувача при наявності обмежуючої поверхні можна підвищувати при збільшенні кутової швидкості кулачків до 20 рад/с з дотриманням агротехнічних вимог.

5. Розроблена математична модель взаємодії коренеплодів з лопатями кулачків і обмежуючою поверхнею при переході від детермінованого до стохастичного опису руху коренеплодів, що пов’язує основні параметри очищувача з його технологічними показниками.

6. Раціональна відстань обмежуючої поверхні від крайніх точок обертання кулачків повинна дорівнювати максимальному діаметру коренеплодів в робочій зоні очищувача.

7. Річний економічний ефект від впровадження у виробництво розробленої конструкції пристрою для транспортування та очищення коренеплодів становить 225,79грн на машину, що при річній програмі випуску 2500 штук складає 564492 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

АНОТАЦІЯ

Саржанов О.А. Обґрунтування параметрів високопродуктивного конвейєра та технологічного процесу очищення коренеплодів від ґрунту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Харківський державний технічний університет сільського господарства, Харків, 2002.

Проведеними теоретичними дослідженнями та комп’ютерним моделюванням підтвердженими експериментально встановлені раціональні параметри і режими роботи кулачкового конвейєра-очищувача, що відрізняється від існуючих наявністю обмежуючої поверхні встановленої над робочими секціями. Це дозволило збільшити частоту обертання секцій кулачків, що підвищило поступальну швидкість переміщення коренеплодів, а отже його продуктивність.

Лабораторні дослідження, шляхом реалізації матриці і побудови поліномів статистичних моделей дали можливість адекватно підтвердити теоретичні дослідження.

Польові випробування показали, що основні показники задовольняють вимогам які пред’являються до очищувачів буряків.

Ключові слова: продуктивність, конвейєр-очищувач, математична модель, граничні режими роботи.

АННОТАЦИЯ

Саржанов A.А. Обоснование параметров высокопроизводительного конвейера и технологического процесса очистки корнеплодов от почвы – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, Харьков, 2002.

Рассмотренные материалы из литературных источников показали, что вопрос повышения пропускной способности очистителей корнеплодов до сих пор не рассматривался.

На основе патентных исследований разработана конструкция высокопроизводительного кулачкового конвейера-очистителя и предложены неметаллические материалы для изготовления рабочих органов.

Объектом исследования является часть технологической схемы, которая включает узел перегрузки корнеплодов из транспортера в очиститель с направляющей поверхностью и, собственно, кулачковый конвейер-очиститель с ограничивающей поверхностью.

Теоретическое описание технологических процессов для моделей разной степени сложности совмещает чисто детерминистский и вероятностный подходы. В качестве модели для выявления наиболее общих закономерностей рассмотрено плоское движение диска с заданным диаметром и массой сосредоточенной в центре.

Математическое описание движения центра масс модельного тела в поле сил тяжести представлено дифференциальными уравнениями описывающими соударение упруго-пластичных тел.

Стохастический характер перемещения корнеплодов определяется случайными характеристиками распределения размеров и случайными начальными параметрами их движения, что приводит к значительному разбросу скорости их перемещения в очистителе. Распределение времени пребывания корнеплодов в очистителе описывается ячеечной моделью, единственный параметр которой – число условных ячеек – связано с соотношением длины и высоты рабочей зоны.

Из анализа математической модели намечены пути повышения производительности очистителя через уменьшение времени пребывания корнеплодов в очистителе при заданной степени неповреждаемости и качества очистки.

На этапе предварительной разработки лабораторной установки созданы компьютерные модели функционирования очистителя с различной конфигурацией рабочей зоны. При проведении компьютерного эксперимента получены наглядные картины движения корнеплодов по конвейеру-очистителю и зависимости влияния различных факторов на выходные параметры.

Полевые испытания проведены на конвейере-очистителе с ограничивающей поверхностью. На сварной раме смонтированы секции с трехлопастными резиновыми кулачками набранными на четырех валах. Оси секций во время испытаний имели возможность перемещаться как в вертикальной так и в горизонтальной плоскостях. Также изменялось расстояние между ограничивающей поверхностью и кулачками.

Планирование многофакторных исследований базировалось на составлении плана близкого к D – оптимальному плану В4. В результате реализации матрицы эксперимента составлены уравнения в виде полиномов 2-го порядка для нахождения зависимостей скорости перемещения корнеплодов и времени их контакта с рабочими поверхностями очистителя от величины угловой скорости кулачков, расположения их валов, угла наклона отражающей фигурной поверхности, размеров корнеплодов.

Результаты полевых испытаний показывают, что основные агротехнические показатели – степень очистки корнеплодов от почвы, ботвы и прочих примесей, повреждение корнеплодов рабочими органами конвейера-очистителя соответствуют требованиям предъявляемым к очистителям.

Результаты научных исследований приняты к внедрению на ОАО „Днепропетровский комбайновый завод” с ожидаемым годовым экономическим эффектом 564 492 грн.

Ключевые слова: производительность, конвейер-очиститель, математическая модель, предельные режимы работы.

SUMMARY

Sarzhanov A.А. The motivation parameter large powered conveyor and technological process peelings cortex of the beet from ground - Manuscript.

The dissertation on competition degree candidate of the technical sciences on professions 05.05.11 - a machines and facility to mechanizations agricultural production. - Kharkiv state technical university of agriculture, Kharkiv, 2002.

The called on basic researches and computer modeling confirmed experimental are installed rational parameters and state of working fist conveyor-defogger, which differs from existing presence limiting surfaces installed on workers section. This has allowed to enlarge the frequency of the rotation section fist that raises the onward velocity of the displacement cortex beets.

The laboratory studies, way to realization of the matrix and buildings multinomial statistical models enabled adequately to confirm the basic researches.

Field test have shown that main agrarian technical to factors meet the requirements presented to defogger.

Key words: productivity, a conveyor - cleaner, mathematical model, limiting modes of operation.