ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Дюндик Сергій Михайлович

УДК 631.354.2

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ОЧИЩЕННЯ ПЛОСКИХ РЕШІТ ЗЕРНООЧИСНИХ МАШИН ТА ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ОЧИСНИКІВ З КОМБІНОВАНИМИ РОБОЧИМИ ОРГАНАМИ

Спеціальність 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства (ХДТУСГ).

Науковий керівник- кандидат технічних наук, доцент ЗАВГОРОДНІЙ О.І. Харківський державний технічний університет сільського господарства, доцент кафедри вищої математики.

Офіційні опоненти: Член-кореспондент УААН, доктор технічних наук, професор КУШНАРЬОВ А.С., Таврійська державна агротехнічна академія, завідуючий кафедрою теоретичної механіки;

кандидат технічних наук, доцент МІНЯЙЛО А.В., Харківський держав-ний технічний університет сільського господарства, доцент кафедри деталей машин та стандартизації.

Провідна організація - Український науково-дослідний інститут сільсько-господарського машинобудування (м. Харків).

Захист відбудеться " 26 " листопада 1998 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К64.832.01 у Харківському державному технічному університеті сільського господарства за адресою: 310002, м. Харків-2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ХДТУСГ.

Автореферат розісланий " 24 " жовтня 1998 року.

Вчений секретар спеціалізованої ради

доктор технічних наук, професор П.І.Савченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. В технологічних процесах післязбиральної обробки зерна значну долю роботи виконують зерноочисні машини. За останній час парк таких машин в значній мірі поповнився новими зразками. Створені сучасні повітряно-решітні установки, зернові сепаратори, насіннє-очисні машини (ЗВС-20А, МВО-20, СВУ-10 та ін.). Однак, більшість з них за своїми експлуатаційними показниками - продуктивності, ефективності обробки, надійності в роботі не завжди відповідають зростаючим потребам сільсько-господарського виробництва. Однією з причин вказаних недоліків є незадо-вільне очищення отворів решіт від застрялих зернин.

Використовувані на практиці очисні пристрої мають ряд недоліків: складність та металоємкість конструкцій, висока динамічна напруженість роботи, низька технологічна ефективність та ін. Тому в комплексі заходів, націлених на підвищення показників роботи зерноочисних машин, значна роль відводиться вишукуванню раціональних способів та засобів очищення решіт.

Таким чином, питання дослідження технологічного процесу й засобів очищення решіт зерноочисних машин актуальні і мають велике народно-господарське значення.

МЕТА РОБОТИ. Метою дисертаційної роботи є удосконалення процесу очищення плоских решіт шляхом розробки та дослідження математичної моделі процесу очищення, створення нової конструкції очисника й обгрунтування параметрів його роботи.

ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕНЬ. Об'єктом досліджень є очисник плоских решіт з комбінованими робочими органами (РО), а також процеси забивання решіт та їх очищення.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ. Поставлені питання вивчені шляхом теоретичного та експериментального досліджень. Дослідження проводились з використанням основних положень теоретичної механіки, вищої математики, теорії процесів забивання й очищення решіт, методів математичного планування експериментальних досліджень і статистики, стандартних та спеціально розроблених методик і установок для проведення досліджень. Розрахунки та обробка результатів експериментальних досліджень проводились з використанням сучасних засобів обчислювальної техніки.

НАУКОВА НОВИЗНА. Розроблені конструктивні схеми очисників решіт, на які одержані авторські свідоцтва та позитивні рішення на винаходи [8-16]. Досліджена кінематика й динаміка ударних РО очисника з канатним приводом. Виявлено вплив деформації волосин щіток на ефективність роботи очисника. Визначено час технологічних циклів роботи очисника та середнє потрібне число проходів щіток з урахуванням деформації волосин. Розроблені методики й визначені технологічні властивості зернових сумішів по відношенню до процесів забивання й просіювання. Одержана математична модель функціонування очисника плоских решіт з комбінованими РО.

ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ. Визначено вплив деформації щіток на показ-ники якості роботи очисника. Встановлено час технологічних циклів роботи очисника - закритого й відкритого стану отворів для кожної точки решета з урахуванням деформації волосин щіток. Вивчені технологічні властивості найбільш поширених зернових сумішів по відношенню до процесів забивання й просіювання. Розроблена модель процесу очищення решіт, яка дозволяє проводити проектування принципово нових очисників в режимі обчис-лювального експерименту на ЕОМ. Розроблено очисник з комбінованими РО, який дозволяє збільшити живий переріз решіт. Виконана порівняльна оцінка ефективності роботи очисника модернізованої та базової зерноочисних машин.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Основні положення дисертаційної роботи допо-відались на щорічних (1993-1998 рр.) науково-методичних конференціях та семінарах ХДТУСГ, на республіканській "Енергозберігаючі технології та технічні засоби для виробництва сільськогосподарської продукції" у 1993 р. (ІМЕСГ УААН. - Глеваха) і міжнародній - "Перпективи розвитку механизації, елекрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва" у 1996 р. (ІМЕСГ ІТС УААН. - Глеваха) наукових конференціях.

Дослідження за темою дисертаційної роботи виконувались за розділом комплексної теми 1-4 наукових досліджень ХДТУСГ.

ПУБЛІКАЦІЇ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ. За результатами досліджень опубліковано 7 наукових статей, 9 авторських свідоцтв та пози-тивних рішень на винаходи.

РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ. Результати досліджень реалізовані в УкрНДІСГОМ (м. Харків) при розробці очисника решіт з комбінованими РО та виготовленні його на заводі інституту; виробничому випробуванню очисника при обробці зернових матеріалів в умовах підприємств Харківського виробничого об'єднання мукомольної та зернопереробної промисловості, а також в учбовому процесі ХДТУСГ при виконанні розрахункових завдань в курсі "Вища математика".

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ. Дисертаційна робота викладена на 157 сторінках комп'ютерного тексту, містить 10 таблиць, 20 малюнків. Текс-това частина складається з вступу, чотирьох розділів й висновків. Список літе-ратури включає 94 найменування. Допоміжний матеріал подано в 9 додатках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми, мета досліджень, викла-дається наукова новизна та практична цінність роботи, а також основні положення, які виносяться на захист.

В першому розділі "Стан питання й задачі дослідження" виконано аналіз методів й засобів очищення решіт зерноочисних машин. Запропоновані удосконалені конструктивні схеми очисників решіт.

Існуючі конструкції очисників відрізняються великою різноманітністю. До числа найбільш поширених належать: очисники інерційного типу, часто використовувані в мукомольній промисловості; очисники циліндричних вібра-ційних решіт (ролікові, кільцеві, роторно-кільцеві та ін.); для очищення плос-ких решіт розповсюджені щіткові з кривошипно-шатунним приводом. Наяв-ність недоліків вказаних очисників, таких, як низька якість очищення решіт, висока динамічна напруженість роботи, призводить до того, що очисники постійно модифікуються, розробляються нові конструкції й способи очищення.

У відповідності з відомою методикою проведена оцінка технологічного резерву щіткового очисника плоских решіт з кривошипно-шатунним приводом. Дослідження показали, що технологічний резерв РО при обробці зернових сумішів (пшениці, проса, гороху та гречки) складає в середньому 7,8 %, а технологічний резерв привода - 2,0 %. Це вказує на доцільність зміни в першу чергу РО і що ефективність зміни їх привода значно менша.

В ХДТУСГ за участю інженерів УкрНДІСГОМ розроблена удосконалена конструкція очисника решіт, для якого застосовані комбіновані РО (мал. 1).

Мал. 1. Схема очисника решіт з комбінованими РО:

1 - решітний стан; 2 - решето; 3 - очисний пристрій;4 - привід; 5 - рамка; 6 - перегородки рамки;7 - допоміжне решето; 8 - очисник ударної дії; 9 - напрямні; 10 - щітки; 11 - ланцюгова передача;12 - кільце; 13 - шатун

В технічному рішенні очищення решіт виконується при сумісній дії щіткових й ударних РО. При цьому ударні РО розклинюють і вибивають пере-важну більшість слабо застрялих частинок, а щіткові РО, рухаючись з невели-кою частотою, виштовхують незначну долю сильно заклинюваних зернин.

Конструктивна схема очисника, встановленого в решітному стані, зображена на мал. 2. В пристрої для ударних РО застосовані металеві кільця, покриті шаром гуми. Кільця вільно розміщуються на сталевих канатах, протягнутих з провисанням уздовж решітного стану між решетом і щітками.

Мал. 2. Конструктивна схема очисника, встановленого в решітному

стані зерноочисної машини:

1 - решітний стан; 2 - щіткові РО; 3 - ударні РО; 4 - решето; 5 - вал привода щіток; 6 - канат; 7 - кронштейн; 8 - рама; 9 - демпфер; 10 - регулювальний пристрій

Під час руху щіток силами тертя по решету волосся періодично зміщується в бік, протилежний їхньому згину. При цьому вільні ділянки волосин упираються в крайки отворів й протинають їх наскрізь. Одночасно коливаннями решітного стану здійснюється періодичне натягування й послаблення канатів. При натягуванні кільця підкидаються й ударяють по решету, що сприяє розклинюванню застрялих зернин.

У відповідності з загальною метою досліджень в роботі розв'язувались такі задачі:

1. Провести порівняльну оцінку якісних показників існуючих методів й засобів очищення решіт;

2. Обгрунтувати необхідність застосування очисника плоских решіт з комбінованими РО;

3. Провести теоретичні дослідження впливу основних конструктивних і кінематичних параметрів очисника на ефективність очищення решіт, внаслідок чого одержати математичну модель функціонування очисника;

4. Виконати експериментальні дослідження технологічних властивостей зернових сумішів по відношенню до процесів забивання й просіювання;

5. Визначити технологічний резерв щіткового очисника плоских решіт з кривошипно-шатунним приводом;

6. Провести експериментальні дослідження з оптимізації параметрів очисника з комбінованими РО і виконати перевірку адекватності його функціонування;

7. Обгрунтувати техніко-економічну ефективність застосування модернізованої зерноочисної машини.

У другому розділі " Теоретичні дослідження" вивчається: кінематика й динаміка ударних РО з канатним приводом; вплив деформації волосин щіток на середнє потрібне число циклів роботи очисника; час технологічних циклів роботи очисника - закритого й відкритого стану отворів з урахуванням дефор-мації волосин щіток. Обгрунтована доцільність застосування комбінованих РО для очищення решіт очисниками з кривошипно-шатунним приводом.

Динамікою й кінематикою РО очисників решіт займались Файбу-шевич Г.З., Гортинський В.В., Гончаров Є.С., Заїка П.М., Рідний В.Ф., Завгородній О.І. та ін. Однак, в дослідженнях не містяться відомості з динаміки ударних РО з канатним приводом.

Принципова схема очисника решіт з ударним РО й канатним приводом зображена на мал.3.

Мал. 3. Схема очисника решіт з ударним РО і канатним приводом

Під решетом 1 між опорами-щітками А і С - провисає канат 2 з вільно одягненим на нього кільцем 3. Канат одним кінцем нерухомо закріплено на рамі машини (точка D), а другим - на коливальному решітному стані. Коливаннями стану здійснюється періодичне натягування й послаблення канату. В момент натягування кільце залучається до сумісного руху, під час якого відбувається його переміщення у вертикальній площині. При досягненні певної висоти відбувається відрив кільця від поверхні каната, після чого воно рухається вільно вгору до моменту удару по решету. В момент удару решету передається частина кінетичної енергії кільця, що викликає пружні коливання решета. В результаті решето струшується, що сприяє розклиняванню застрялих зернин. Після удару кільце відскакує від поверхні решета і рухається вниз до моменту зіткнення з канатом.

Виходячи з геометричних співвідношень, визначено початкове прови-сання каната при перебуванні решітного стану в крайньому лівому положенні: . Тут: - максимальна зміна довжини каната між опорами-щітками за період коливань решітного стану; - амплітуда коливань решета; - число опор-щіток; - відстань між опорами-щітками.

Поточне значення провисання каната визначається виразом:

(1)

де - максимальна довжина каната (при найбільшому провисанні).

На основі (1) можна одержати також вирази для визначення швидкості й прискорення кільця:

(2)

(3)

Проведенні дослідження показали, що достатня швидкість кільця при ударі досягається в тому випадку, коли початкове провисання каната буде трохи менше припустимого з геометричних умов. Це потребувало включити в конструкцію очисника проміжний елемент - демпфер, який компенсує подов-ження каната в крайньому положенні решітного стану. Як показують резуль-тати розрахунків та експериментальні дані, теоретична зміна швидкості руху кільця без урахування демпфіювання каната відрізняється від експери-ментального тим, що швидкості в крайньому положенні решітного стана не зростають нескінченно, а мають кінцеві значення. Встановлено, що ефективна робота очисника досягається при початковому провисанні каната =0,0293 м.

Процесам забивання та очищення решіт приділяється в дослідженнях значна увага, що знайшло відображення у багатьох роботах, в тому числі роботи Цециновського В.М., Гончарова Є.С., Волошина М.І., Заїки П.М., Рідного В.Ф., Завгороднього О.І. та ін. Однак, в роботах не містяться відомості про вплив деформації волосин щіткових РО на показники якості роботи очисника: коефіцієнтів забивання - та ефективності живого перерізу - G. Не вивчено вплив деформації волосин щіток на тривалість технологічних циклів очищення відкритого й закритого стану отворів решета, а також ефект вилучення застрялих частинок із отворів при циклічній деформації щіток. Крім того, відомі математичні моделі, які описують процеси забивання й очищення решіт, не враховують наявність комбінованих РО очисника.

Вплив деформації волосся на якість очищення решіт можна врахувати внесенням належних змін у вираз для середнього потрібного числа циклів роботи щіток. Для цього розглянута взаємодія щіток очисника з решетом на простій кінематичній схемі: плоске решето здійснює в повздовжному напрямку гармонійні коливання, а щітки рухаються вздовж решета в одному й тому ж напрямку з постійною швидкістю (мал. 4).

Мал. 4. Схема кінематичних характеристик руху щітки й решета

Аналіз кінематичних характеристик руху показує, що можливі два варіанти взаємодії щіток з застрялими частинками: ковзання волосин по решету при максимальному їх відхиленні від нейтрального положення (мал. 5, а); циклічна деформація нерухомих у відносному русі волосин (мал. 5, б).

Припустимо, що контакт щітки з частинками припадає на проміжок часу - перший варіант взаємодії (див. мал. 4). Тоді дія щітки на застрялі частинки обмежується впливом сил тертя й пружності волосин. Зазначені сили не залежать від швидкості руху щіток, тому в цьому варіанті взаємодії в кожному циклі роботи очисника вноситься одна й та ж доля роботи - . Якщо решето нерухоме, то цей варіант взаємодії лишається єдиним і величину за змістом доцільно вважати середнім потрібним числом циклів роботи (проходів) очисника при нерухомому решеті.

Мал. 5. Деформація волосин щітки при взаємодії з решетом

Якщо час контакту частинок зі щіткою включає проміжок - це другий варіант взаємодії, то ковзання волосин по решету відсутнє. Лінія відносного руху волосин по решету горизонтальна (див. мал. 4). Але і в цьому випадку робота по вилученню застрялих частинок із отворів решета також виконується. Зміщення кінців волосин з крайнього положення (найбільшого відхилення ) до нейтрального на величину (див. мал. 5, б) призводить до спроби пронизати отвори решета наскрізь. В цих умовах особливий ефект надається для тих частинок, які неглибоко западають в отвори решета (наприклад, дрібнозернисті суміші). Такий ефект для першого варіанта взаємодії взагалі відсутній.

Як бачимо, розглянуті варіанти взаємодії щіток очисника з застрялими частинками і якісно і кількісно різні. При цьому другий варіант залежить від динаміки руху решета і щіток очисника. Ефект очищення отворів решета в другому варіанті взаємодії будемо оцінювати деяким середнім потрібним числом коливань волосин щіток при умові, що за одне коливання кінці волосин вертаються точно в нейтральне положення, тобто: . У реаль-ному процесі ця умова виконується рідко. Крім того, час контакту частинок зі щіткою залежить від наведеної ширини щітки і може включати декілька інтервалів, подібних тільки-но розглянутому: . Все це можна урахувати множниками і . Отже, сумарна доля роботи за один прохід щітки з урахуванням обох варіантів дорівнює: , де . Математичне сподівання числа можна одержати, виходячи з природнього припущення, що зрушення фаз руху щітки і решета розподілено рівномірно: де: - ціла частина числа ; - наведена ширини щітки; - переміщення кінців волосин щітки за період коливання решета; - моменти часу (див. мал. 4), які визначаються з трансцендентних рівнянь, одержуваних із законів руху РО очисника та решета. Проведені дослідження надали змоги записати поновлений вираз для середнього потрібного числа роботи щіток, що враховує як прохід деформованої щітки уздовж решета, так і циклічну деформацію волосин за час їх контакту з застрялими частинками:

(4)

Число використовується для визначення показників якості роботи очисника: коефіцієнтів забивання - та ефективності живого перерізу - G.

На мал. 6 для прийнятої кінематичної схеми руху щіток за результатами розрахунків побудовані графіки залежності коефіцієнтів , G та середнього потрібного числа циклів роботи - (4) від швидкості руху очисника. Пунктирні лінії належать до випадку, коли вплив деформації щіток на процес очищення отворів не враховувався: =0.

Мал. 6. Зміна показників якості роботи очисника в залежності від швидкості руху щіток з урахуванням (суцільна лінія) та без ураху-вання (пунктирна) деформації волосин щіток при: А=0,0075 м; =42 с-1; Впр=0,02 м; =0,008 м; =0,0212 с-1; nн=2,5; nк=5; tз=0,02 с; tо=0,025 с

Як бачимо, при зменшенні швидкості щіток за межею =0,315 м/с середнє потрібне число циклів роботи щіток зменшується і настпає момент, коли воно досягає мінімального значення: =1. Це приводить також до зміни показників якості роботи очисника: коефіцієнт ефективності живого перерізу - G збільшився і одночасно зменшився коефіцієнт забивання отворів решета - . Порівнюючи значення цих показників з урахуванням (суцільна лінія) і без урахування (пунктирна) деформації щіток можна виявити, що нехтування деформації щіток при розрахунках може призвести до значних помилок.

На очищуваному решеті (мал. 7) можна виділити ділянки, де рухомі щітки за період роботи очисника один (), два (, ), три () і навіть чотири () рази перекривають отвори, отже й очищення решета на несхожих його ділянках відбувається по-різному.

Мал. 7. Розбивка решета на ділянки з урахуванням деформації волосин щіток

У зв'язку з цим виникає необхідність уточнення часу відкритого й закритого стану отворів на кожній ділянці решета з урахуванням деформації волосин щіток, на що потрібно зважати при моделюванні процесу очищення. Для цього записано закон руху лівої і правої границь зони контакту деформованої щітки з решетом:

(5)

де , - відповідно амплітуда й кругова частота коливань щіток;

- одно із значень: або середнього часу занурення частинок в отвори решета відповідно на граничну глибину при забиванні й просіюванні.

Час відкритого стану отворів визначався як різниця часу залишення і часу наступного прибуття щітки до обраної точки решета, а час закритого стану - як різниця часу залишення й часу попереднього прибуття щітки до обраної точки. Для зазначених ділянок решета записані аналітичні залежності відкритого-закритого стану отворів з урахуванням деформації волосин щіток.

На основі проведених досліджень виконувалась побудова математичної моделі функціонування очисника з комбінованими РО.

Математичні моделі, що описують зміну коефіцієнтів забивання й ефективності живого перерізу для щіткового очисника з кривошипно-шатунним приводом, мають вигляд:

(6)

Підинтегральні функції являють собою вирази відповідних коефіцієнтів для випадку очищення зі складним періодом:

(7)

(8)

де (9)

(10)

(11)

Для того, щоб показники і G оцінювали роботу очисника з комбіно-ваними РО, виконано перетворення підинтегральних функцій (7)-(11). При дослідженнях ураховувалось, що період Т роботи очисника розбивається на кілька інтервалів , число яких відповідає числу перекривань отворів щітками. Кожний інтервал роботи щіткового очисника складається з часу відкритого й закритого стану. Удари по решету в заданій зоні наносяться, коли вона не закрита щітками, тобто за час відкритого стану. Тому час відкритого стану вважався новим інтервалом, на якому відбувається очищення решета ударними РО. Час закритого стану вважався інтервалом, віднесеним до щіткових РО. Таким чином, якщо включити до розгляду додаткові ударні РО, число інтер-валів, ураховуваних математичною моделлю, подвоїться і стане рівним .

Не подвоюючи верхні індекси підсумування й добутку в підинтегральних функціях (7)-(11), під знаком кожної суми записано два доданки, а під знаком добутку - два множники:

; (12)

При цьому підинтегральні функції зміняться і математична модель (6) буде описувати роботу очисника з комбінованими РО. В результаті перетворень одержані аналітичні залежності, що описують процеси забивання й зміни живого перерізу решета для загального випадку, коли параметри очисника з однотиповими або комбінованими РО можуть приймати довільні значення:

(13)

(14)

де (15)

(16)

Для чисельної реалізації одержаних моделей (13), (14) розроблені алгоритм й програма розрахунків на ЕОМ.

Розрахунки показують, що на відміну від щіткового (див. мал. 6) - при очищенні решета очисником з комбінованими РО - зупинка щіток (=0) приводить лише до часткової втрати живого перерізу решета. В цілому, якісна картина зміни показників для обох варіантів очисників залишається такою ж. Однак, максимальне значення коефіцієнта ефективності живого перерізу приблизно на 3 % вище й спостерігається воно при значно меншій частоті коливань щіток (?1с-1).

У третьому розділі "Експериментальні дослідження" викладено: характеристика об'єктів дослідження й умови експериментів; опис експериментальних установок, приладів й апаратури, застосованих у дослідженнях; схеми дослідів й техніка виконання експериментів; методика проведення дослідів й обробки експериментальних даних.

Програмою експериментальних досліджень передбачалось: дослідження технологічних властивостей найбільш поширених зернових сумішів по відношенню до процесів забивання й просіювання; визначення технологічного резерву щіткового очисника плоских решіт з кривошипно-шатунним приводом; проведення оптимізації параметрів очисника з комбінованими РО.

Для проведення експериментальних досліджень була виготовлена лабораторна установка на базі зерноочисної машини СВУ-5 зі змінною кінематичною схемою привода механізму очищення.

У дослідженнях були використані зернові суміші, які інтенсивно забивають отвори решіт: пшениця сорту "Мироновская-808"; просо сорту "Солнечное"; горох сорту "Капитал"; гречка сорту "Богатырь".

У ході досліджень були вивчені такі властивості: а) початкова швидкість забивання неочищуваного решета; б) середнє потрібне число циклів роботи (проходів) щіток; в) середнє потрібне число коливань волосин щіток; г) середнє потрібне число струсів решета; д) середній час занурення зернин в отвори решета при забиванні й просіюванні .

При визначенні зазначених властивостей використовувались як відомі, так і спеціально розроблені методики й установки для проведення досліджень.

Технологічні властивості використовувались в математичних моделях (13), (14) для визначення раціональних конструктивних і кінематичних параметрів розробленої конструкції очисника, при яких досягається максимальне значення коефіцієнта ефективності живого перерізу. Крім того, вказані значення параметрів були визначені експериментальним шляхом. Для цього був поставлений факторний експеримент і одержана модель другого порядку у вигляді такого полінома:

(17)

Функцією оптимізації була прийнята пропускна здатність решета. Дослідження моделі (17) проводилось на екстремум на ЕОМ за допомогою па-кета прикладних програм "Math lab". В результаті оптимізації одержані значен-ня досліджуваних параметрів: ширина щітки =19,2 мм; частота коливань щіток =0,89 с-1; маса ударного РО =18,5 г; число ударних РО між щітками =2.

На мал. 8 зображені характеристики роботи очисника, одержані за допомогою математичних моделей (13), (14) для коефіцієнтів забивання - й ефективності живого перерізу - G , а також рівняння (17) регресії для пропускної здатності - Q.

а) б)

Мал. 8. Характеристики роботи очисника з комбінованими РО при обробці зернової суміші пшениці "Мироновская-808":

а) коефіцієнт ефективності живого перерізу - G, пропускна спро-можність - Q; б) коефіцієнт забивання отворів -

Як бачимо, розрахункові й експериментальні дані по коефіцієнту забивання співпадають з достатньою точністю. Якісна відповідність поведінки кривих пропускної здатності й коефіцієнта ефективності живого перерізу вказує на правомірність теоретичного проведення оптимізації за коефіцієнтом ефективності живого перерізу.

У четвертому розділі "Виробничі випробування й техніко-економічна ефективність застосування модернізованої зерноочисної машини, обладнаної очисником решіт з комбінованими робочими органами" наводиться: опис та робота зерноочисної машини, обладнаної очисником з комбінованими РО; результати виробничих випробувань і техніко-економічна ефективність застосування модернізованої зерноочисної машини.

Для оцінки ефективності застосування модернізованої зерноочисної машини при очищенні й сортуванні зернових сумішів у виробничих умовах були проведені виробничі випробування. Випробування проводились за угодою про творче співробітництво з КСП "Перше Травня" Харківської області.

Робота машини оцінювалась за такими показниками: а) якість очищення зерна від засмічувачів та домішків; б) продуктивність; в) пропускна здатність решіт. Показники роботи модернізованої установки досліджувались у порівнянні з базовим варіантом зерноочисної машини.

Як показали порівняльні випробування, застосування очисника з комбінованими РО дозволило зменшити частоту коливань щіток приблизно в чотири (3,9) рази і тим самим знизити динамічну напруженість роботи майже в шістнадцать разів. Крім того встановлено, що продуктивність зерноочисної машини, обладнаної очисником з комбінованими РО, зросла на 0,12 т/хв, при цьому забезпечується мінімально гарантоване підвищення пропускної здатності решіт на 2,6 % (при відносній похибці не більше 0,13 %). Це дало господарству річну економію експлуатаційних затрат 209,66 грн при строку окупності додаткових капіталовкладень менше одного року. Річний економічний ефект склав 193,94 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Дослідженнями багатьох авторів показано, що решета зерноочисних машин в процесі роботи інтенсивно забиваються, причому режими, сприятливі самоочищенню отворів, не співпадають з режимами, забезпечуючими найбільшу продуктивність. Тому вказані машини не можуть ефективно працювати без очисників решіт. Техніко-економічні показники існуючих очисників не завжди відповідають сучасним потребам, а саме: не забезпечують задовільної якості очищення отворів, мають значну динамічну напруженність роботи, низьку технологічну ефективність та інше.

2. Проведені дослідження технологічного резерву щіткового очисника плоских решіт показали, що технологічний резерв РО при обробці зернових сумішів (пшениці, проса, гороху та гречки) складає в середньому 7,8 %, а технологічний резерв привода - 2,0 %. Це вказує на доцільність зміни в першу чергу РО і що ефективність зміни їх привода значно менша.

3. В результаті досліджень запропоновані удосконалені конструкції очис-ників решіт на рівні винаходів. Встановлено, що перспективним напрямком у розвитку засобів очищення решіт є використання очисника з комбінованими (ударними й щітковими) РО.

4. Встановлено, що деформація волосин щіток справляє суттєвий вплив на ефективність роботи очисника. Вплив деформації враховано при визначенні часу технологічних циклів роботи очисника й середнього потрібного числа проходів щіток. Це дозволило підвищити точність теоретичних досліджень процесу очищення рещіт очисником з комбінованими РО.

5. Розроблені математичні моделі, що описують процеси забивання й зміни живого перерізу решіт для загального випадку, коли параметри очисника з однотиповими або комбінованими РО можуть приймати довільні значення.

6. Проведене чисельне моделювання процесів забивання й очищення решіт виявило можливість зменшити частоту коливань щіток очисника, в порівнянні з відомою конструкцією, приблизно в чотири (3,9) рази і як наслідок - понизити динамічну напруженість роботи майже в шістнадцять разів, та підвищити коефіцієнт живого перерізу решіт більш ніж на 3 %.

7. Розроблені методики і установки для проведення досліджень. Вивчені технологічні властивості найбільш поширених зернових сумішів по відношенню до процесів забивання й просіювання. Це надало змоги використати одержані математичні моделі для оптимізації параметрів очисника з комбінованими РО при обробці конкретних зернових сумішів.

8. На основі планового експерименту побудована модель другого порядку, що описує пропускну здатність решіт від основних конструктивних і кінематичних параметрів очисника з комбінованими РО. В результаті оптимізації одержані близькі до теоретичних значення шуканих параметрів: ширина щітки =19,2 мм; частота коливань щіток =0,89 с-1; маса ударного РО =18,5 г; число ударних РО між щітками =2.

9. Виробничі випробування очисника підтвердили результати експериментальних досліджень. Встановлено, що використання очисника з комбінованими РО при обробці зернових матеріалів забезпечує мінімально гарантоване підвищення пропускної здатності решіт більш ніж на 2,6 %, що дало господарству річну економію експлуатаційних затрат 209,66 грн при строку окупності додаткових капіталовкладень менше одного року. Річний економічний ефект склав 193,94 грн.

Основні положення дисертаційної роботи викладені в таких опублікованих роботах:

1. Дюндик С.М., Завгородний А.И., Новиков С.Е. Теоретическое исследование геометрии самотранспортирующих рабочих органов // Совершенствование технологического процесса и конструкций рабочих органов с. х. техники: Сб. науч. тр. / Харьк. гос. аграр. ун-т. - Харьков, 1992.-с.78-85. - 0,32 (0,11) п. л.

2. Дюндик С.М. Исследование кинематики ударных рабочих органов очистителя решет с канатным приводом // Вопросы механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. / ХГТУСХ. - Харьков, 1996. - с.192-198. - 0,28 п. л.

3. Завгородний А.И., Дюндик С.М., Романов В.А. О влиянии рабочих органов очистителей на пропускную способность решет // Технология производства и конструирование сельскохозяйственных машин: Сб. науч. тр. / Харьк. гос. аграр. ун - т. - Харьков, 1996. - с.70-78. - 0,52 (0,17) п.л.

4. Козаченко А.В., Завгородний А.И., Дюндик С.М. Оценка технологической эффективности и резерва усовершенствования очистителей решет // Технология производства и конструирование сельскохозяйственных машин: Сб. науч. тр. / Харьк. гос. аграр. ун-т. - Харьков, 1996. - с.78-83. - 0,35 (0,1) п. л.

5. Завгородній О.І., Зефіров В.М., Дюндик С.М. Деформація щіток очисника при взаємодії з рухомим решетом // Механізація сільськогосподарського виробництва: Сб. наук. праць національного аграрного університету, Т. 4. - Київ: Вид-во НАУ, 1998. - с.213-216. - 0,25(0,08) др. ар.

6. Завгородній О.І., Зефіров В.М., Дюндик С.М. Вплив деформації щіток очисника на якість очищення решіт зернообробних машин // Механізація сільськогосподарського виробництва: Сб. наук. праць національного аграрного університету, Т.4.-Київ: Вид-во НАУ, 1998. - с.216-220. - 0,37 (0,12) др. ар.

7. Завгородний А.И., Дюндик С.М. Об очистке отверстий решет очистителем с комбинированными рабочими органами // Механізація сільсь-когосподарського виробництва: Сб. наук. праць національного аграрного університету, Т.4. - Київ: Вид-во НАУ, 1998. - с.278-282. - 0,37 (0,18) п. л.

8. Щеточный очиститель плоских решет: А. с. № 1808422, МКИ5 ВО7В 1/52 / А.И. Завгородний, С.М. Дюндик, А.П. Горбанев и др. // Б. И.-1993.- № 14.

9. Очиститель плоских решет: А. с. № 1816518, МКИ5 ВО7В 1/54 / А. И. Завгородний, С.М. Дюндик, А.В. Богомолов и др. // Б. И. - 1993. - № 19.

10. Способ разделения зерновых материалов по крупности и устройство для его осуществления: А. с. № 2014910, МКИ5 ВО7В 1/52 / А.И. Завгородний, С.М. Дюндик, А.П. Горбанев и др. // Б. И. - 1994. - № 12.

11. Устройство для разделения сыпучих материалов: А. с. № 2022664, МКИ5 ВО7В 1/04, 1/54 / А.И. Завгородний, С.М. Дюндик, А.В. Богомолов и др. // Б. И. - 1994. - № 21.

12. Завгородний А.И., Дюндик С.М., Горбанев А.П. и др. Механизм очистки решет зерноочистительных машин с колебательным движением решетного стана. Пол. реш. ВНИИГПЭ по заявке № 5005822/03 (070838), 1991.

13. Завгородний А.И., Дюндик С.М., Горбанев А.П. и др. Механизм очистки решет зерноочистительных машин с колебательным движением решетного стана. Пол. реш. ВНИИГПЭ по заявке № 5009734/03 (068846), 1991.

14. Завгородний А.И., Дюндик С.М., Горбанев А.П. Очиститель отверстий плоских решет. Пол. реш. ВНИИГПЭ по заявке № 5018455/03, 1991.

15. Завгородний А.И., Дюндик С.М., Горбанев А.П. и др. Решето. Пол. реш. ВНИИГПЭ по заявке № 5037306/03, 1992.

16. Завгородній О.І., Дюндик С.М., Олійников В.П., Заіка О.П. Спосіб очистки решіт, що встановлені в решітному стані, та пристрій для його здійснення. Позитивне рішення НДЦПЕ України по заявці № 93006954, 1995.

Дюндик С.М. Дослідження процесу очищення плоских решіт зерноочисних машин та обгрунтування параметрів очисників з комбінованими робочими органами.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва. Хар-ківський державний технічний університет сільського господарства. Харків, 1998.

У роботі наведені теоретичні дослідження процесів забивання та зміни живого перерізу решіт, очищуваних очисником з комбінованими робочими органами, а також результати експериментальних досліджень. Розроблена модель процесу очищення, що дозволяє проводити перспективне проектування нових очисників у режимі обчислювального експерименту на ЕОМ. Внаслідок чисельного моделювання визначені раціональні значення параметрів очисника, які підтверджені експериментально. Здійснено виробниче впровадження розробленої конструкції очисника, дається оцінка економічної ефективності його застосування.

Ключові слова: комбіновані робочі органи, деформація щіток, забивання, живий переріз решета, технологічні властивості.

Дюндик С.М. Исследование процесса очистки плоских решет зерноочистительных машин и обоснование параметров очистителей с комбинированными рабочими органами.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства. Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства, Харьков, 1998.

В работе приведены теоретические исследования процессов забиваемости и изменения живого сечения решет, очищаемых очистителем с комбинированными рабочими органами, а также результаты экспериментальных исследований. Разработана модель процесса очистки, позволяющая проводить перспективное проектирование новых очистителей в режиме вычислительного эксперимента на ЭВМ. В результате численного моделирования определены рациональные значения параметров очистителя, которые подтверждены экспериментально. Осуществлено производственное внедрение разработанной конструкции очистителя, дается оценка экономической эффективности его применения.

Ключевые слова: комбинированные рабочие органы, деформация щеток, забиваемость, живое сечение решета, технологические свойства.

Duendik S.M. Investigation of the cleaning process of flat sieves for winnowing machines and parameter substantiation for cleaning units with combined working organs.

Masters thesis in speciality 05.20.01 - mechanization of agricultural production. Kharkov State Technical University of Agriculture, Kharkov, 1998.

This work deals with the theoretical investigations of the clogging process and alteration of the sieve real section, winnowing by means of cleaning units with the combined working organs. There are some experimental investigation. The winnowing model is elaborated. It allows to make perspective projects for new cleaning units and use PC for numerical experiments. Cleaning unit rational parameters are determined with the aid of numerical experiments. They agrees with the experimental data. There is an adoption of scientific achievements in industry.

Key words: combined working organs, brush deformation, the clogging process, the sieve real section, technological properties.