ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Демидюк Микола Анатолійович

УДК 631.35: 633.521

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ОБМОЛОТУ ЛЬОНУ ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ

ПЛЮЩИЛЬНО - МОЛОТИЛЬНОГО АПАРАТА

05.05.11 – машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Хайліс Гедаль Абрамович, Луцький державний технічний університет, професор кафедри обладнання переробних виробництв.

Лінник Микола Кіндратович, Українська академія аграрних наук, заступник академіка _ секретаря відділення механізації та електрифікації;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Коваль Сергій Миколайович, Український науково-дослідний інститут з випробовування та прогнозування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Л. В. Погорілого, перший заступник директора.

Провідна установа: Харківський національний технічний університет сільського господарства ім. П. М. Василенка, кафедра сільськогосподарських машин,

Міністерства аграрної політики України, м. Харків.

Захист відбудеться ” 6 ” грудня 2005 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 80381, Львівська обл., Жовківський р-н, м. Дубляни, вул. Володимира Великого 1, корпус факультету механізації сільського господарства, ауд. 34М.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Львівського державного аграрного університету за адресою: 80381, Львівська обл., Жовківський р-н, м. Дубляни, вул. Володимира Великого 1, головний корпус.

Автореферат розісланий „ 4 ” листопада 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ковалишин С. Й.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У зв’язку з необхідністю активізації льоновиробництва та з метою зниження собівартості продукції в Україні виникла потреба у розробці принципово нових технологій обмолоту льону.

На даний час для механізованого процесу збирання цієї культури використовуються комбайни ЛК-4А і ЛК-4Т, які відокремлюють насіннєві коробочки від стебел методом обчісування. Такий метод обмолоту не є ефективним через високу енергомісткість процесу транспортування, сушіння та руйнування коробочок. Тому його варто вдосконалити шляхом поєднання трьох операцій: плющення, очищення і вичісування стрічки стебел льону. З огляду на удосконалення цього процесу та обґрунтування параметрів нового плющильно-молотильного апарата для льонокомбайна є актуальною задачею, оскільки вона спрямована на підвищення якості обмолоту стебел і зниження відходу їх в плутанину.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано згідно з програмою науково-дослідних робіт (№ д/р: 01 02 U 000 255 „Теоретичні основи роботи льонозбиральних машин”) Луцького державного технічного університету.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи _підвищення ефективності обмолоту льону завдяки використанню комбінованого робочого процесу, що здійснюється на основі розробки конструкції та обґрунтування параметрів плющильно_молотильного апарата.

Для досягнення мети необхідно було вирішити такі задачі:_

проаналізувати стан механізації та способи обмолоту льону, а також конструкції наявних молотильних та обчісувальних пристроїв і з’ясувати їх недоліки;_

обґрунтувати доцільність поєднання, змісту і послідовності операцій комбінованого процесу обмолоту стрічки льону та запропонувати нову конструкцію плющильно_молотильного апарата;_

розробити моделі операцій підрівнювання стрічки льону з плющенням насіннєвих коробочок, її очищення від насіння та вичісування з неї залишків насіння і коробочок;_

розробити теоретичні основи функціонування плющильного механізму та обґрунтувати умови його роботоздатності;_

обґрунтувати програму та методику експериментальних досліджень, виконати експерименти, а також визначити головні параметри плющильно-молотильного апарата та режим його роботи;_

провести польові випробовування та розрахувати економічну ефективність від використання комбайна з новим плющильно-молотильним апаратом.

Об’єкт дослідження _процес обмолоту льону, плющильно-молотильний апарат, стрічка стебел льону-довгунця.

Предмет дослідження _ системний вплив параметрів і режимів роботи механізмів комбінованого плющильно-молотильного апарата на якість обмолоту стрічки льону.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились з використанням структурно_системного аналізу та синтезу, положень вищої математики, теоретичної механіки, теорії механізмів і машин. Аналіз математичної моделі повноти обмолоту стеблової стрічки льону здійснювався за допомогою прикладних програм на ПЕОМ. Експериментальні дослідження проводились на основі статистичного опрацювання інформації, планування багатофакторного експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:_

удосконалено процес обмолоту стрічки льону на основі синтезу процесів її плющення, очищення та вичісування;_

розроблено конструкцію нового апарата, що уможливлює реалізацію комбінованого процесу обмолоту льону;_

вперше системно обґрунтовано головні параметри плющильного, очисного і вичісного пристроїв плющильно_молотильного апарата;_

вперше розроблено теорію плющення насіннєвих коробочок з одночасним підрівнюванням лляної стрічки;_

вперше встановлено залежність якості обмолоту стрічки льону від вологості, товщини стеблової стрічки та кутової швидкості обертання барабана розробленого плющильно_молотильного апарата.

Практичне значення отриманих результатів полягає у вдосконаленні технологічного процесу обмолоту льону льонокомбайнами ЛК-4А та ЛК-4Т. На підставі теоретичних та практичних досліджень розроблено експериментальний зразок плющильно-молотильного апарата, обґрунтовано головні параметри його пристроїв. Цей плющильно-молотильний апарат був встановлений на льонокомбайні ЛК-4А й успішно пройшов випробовування на полях Волинського інституту агропромислового виробництва УААН. Результати досліджень використані ВАТ „Ковельсільмаш”. Технічна новизна виконаних розробок підтверджена патентом України на винахід (46541А від 15. 05. 2002 р.).

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження у дисертації були виконані особисто автором. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачем розроблена методика та експериментально досліджено процес плющення стрічки льону за допомогою виготовленого плющильного пристрою [5]; обґрунтовано конструкцію плющильного пристрою [6]; розроблено методику та експериментально досліджено процес плющення стрічки льону за допомогою вальцевого механізму та підпружиненої поверхні [7].

Апробація результатів дисертації. Результати та основні положення дисертацій доповідались і отримали позитивну оцінку на: ІІ-ій Міжнародній науково-практичній конференції „Сучасні проблеми землеробської механіки” (ЛДТУ, м. Луцьк, 2001р.); І-й Міжнародній науково-практичній конференції „Проблеми застосування технологій точного землеробства в АПК” (НАУ, м. Київ, 2002р.); IV  ій Міжнародній науково-практичній конференції „Механізація і енергетика сільського господарства Motrol – 2003” (НАУ, м. Київ, 2003 р.); на розширеному засіданні наукового семінару кафедри сільськогосподарського машинобудування (ЛДТУ, м. Луцьк, 2004 р.); розширеному науково-методичному семінарі факультету механізації сільського господарства (ЛДАУ, м. Львів, 2005 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 наукових праць, з них 5 - у фахових виданнях. Чотири наукові праці – є одноосібними, отримано патент України на винахід. Загальний обсяг публікацій становить 3,57 друк. арк., з яких 2,77 друк. арк. є особистим доробком автора.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 150 найменувань, з яких шість іноземною мовою та 10 додатків. Повний обсяг роботи становить 184 сторінки, містить 52 рисунки і 15 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, завдання, об’єкт, предмет, методи досліджень, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі „Стан питання в теорії та практиці” розглянуто особливості вирощування та способи збирання льону-довгунця; проаналізовано засоби для механізації його збирання та відокремлення насіннєвих коробочок від стебел і видалення насіння; виявлено переваги та недоліки наявних апаратів для обмолоту стрічки льону; проведено огляд досліджень фізико-механічних властивостей льону та насіннєвих коробочок у період збирання, а також пристроїв для відокремлення насіннєвих коробочок від стебел та обмолоту стрічки льону з порівняльним аналізом різних варіантів обмолоту; визначено задачі дослідження, вирішення яких дозволить досягти поставленої мети.

Найвагоміший внесок у теорію та практику досліджуваних питань був зроблений такими науковцями, як М. І. Шликов, Г. А. Хайліс, М. Н. Биков, М. М. Ковальов І. В. Крагельський, Б. П. Можаров, П. А. Сторц, Л. В. Родіонов, С. Г. Порфір’єв та ін. Вони встановили теоретичні закономірності відокремлення насіннєвих коробочок від стебел стрічки льону. Проте багато питань залишаються невирішеними, а робота молотильних апаратів за багатьма критеріями не відповідає агротехнічним вимогам. Зокрема, мають місце пошкодження стебел і відхід їх у плутанину, втрати насіння. Це вимагає розробки конструкції нового апарата, теоретичного й експериментального дослідження його робочих органів та системного обґрунтування їх параметрів.

У другому розділі „Теоретичне обґрунтування параметрів плющильно-молотильного апарата” розглянуто питання удосконалення робочого процесу обмолоту стебел стрічки льону та особливості конструкції розробленого апарата для його реалізації. Проведено аналіз операцій підрівнювання, плющення стеблової стрічки та насіннєвих коробочок вальцями, очищення стеблової стрічки від насіння та її вичісування. Обґрунтовано параметри пристроїв плющильно-молотильного апарата, проаналізовано взаємодію плоскої пружини плющильного пристрою з еліпсною втулкою та визначено силу тиску пружини на втулку. Запропоновано форму опорної поверхні, досліджено особливості її роботи і визначено необхідну силу тиску вальця на стебла. Проведено кінематичний розрахунок ланок апарата та визначено кутову швидкість обертання вальця, а також розраховано силові фактори, що діють на кронштейни. Визначено показник кінематичного режиму й обґрунтовано радіус бокового диска.

Проведено аналіз різних варіантів послідовності виконання елементарних операцій у робочому процесі обмолоту стрічки стебел льону, описано їх переваги та недоліки. Обґрунтовано, що найбільш ефективним є трьохопераційний робочий процес, який виконується в такій послідовності: плющення, виділення насіння, вичісування стебел. До елементарних операцій запропонованої моделі робочого процесу обмолоту льону ввійшли:_

підрівнювання стеблової стрічки, що виражається нерівностями та де   - ширина виступу до плющення; - ширина виступу після плющення; - ширина виступу до плющення; - коефіцієнт поперечної деформації (рис. 2);_ 

плющення насіннєвих коробочок, що виражене нерівністю: де - сила тиску вальця на стеблову стрічку; - довжина вальця з урахуванням його конічної частини; - радіус вальця; - сила, яка необхідна для руйнування однієї коробочки; - радіус коробочки;_

очищення стеблової стрічки гумовим очисником, що виражається нерівністю де - сила, з якою очисник ковзає по стеблах; - коефіцієнт тертя ковзання гуми по стеблах; - сила тиску стрічки на нижні краї очисника;_

вичісування насіння та насіннєвих коробочок вичісником, що виражається нерівністю: де - сила, з якою зуби долають опір роз’єднання стебел і відриву насіннєвих коробочок; - результуюча сил опору роз’єднання стебел і відриву насіннєвих коробочок, направлена у протилежний бік руху зуба.

Для реалізації процесу обмолоту льону розроблено плющильно-молотильний апарат (рис. ), який складається із трьох пристроїв – плющильного, очисного, вичісного.

а) |

в)

Рис. . Плющильно- молотильний апарат (а – вид спереду; б _його вальцева частина; в _кронштейн кріплення вальців вздовж перерізу А-А): 1-затискний транспортер; 2 _барабан; 3 _вал барабана; 4, 5 і 6 _диски; 7 _ексцентриковий механізм; 8 _вісь гребеня; 9 _кронштейн; 10-очисник; 11-гребінь; 12-лопать; 13-камера обмолоту; 14-рама; 15-піддон; 16 _опорна поверхня; 17 і 18 _опори вала барабана; 19 і 20-вальці 21-зуби; 22-штир; 23-напрямна; 24 _пружина; 25 _обмежувач підйому; 26-плоска пружина, 27-опори пружини, 28-еліпсна втулка |

б) | Кожен з пристроїв характеризується конструктивними параметрами, спільними для яких є: діаметр бокових дисків і відстань між ними ; число гребенів – 3 одиниці; відстань від вала барабана до точки кріплення гребеня на дискові . До параметрів плющильного пристрою відносяться: відстань між осями кріплення вальців ; відстань між віссю гребеня та лінією, що з’єднує центри осей вальців ; відхилення між віссю вальця до вертикалі, проведеної через вісь гребеня ; ширина та довжина опорної поверхні. Для очисного і вичісного пристроїв спільним є ширина лопаті . Очисний пристрій характеризується: довжиною ділянки дії очисника ; шириною і товщиною очисника. Вичісний пристрій має такі параметри: довжину ділянки дії ; кількість зубів і відстань між ними; висоту зубів. До режимів роботи апарата належить кутова швидкість обертання барабана.

Цей апарат має в своїй будові ексцентриковий механізм, внаслідок чого кожна вісь 8 гребеня (рис. 1), з якою жорстко зв’язаний кронштейн 9, очисник 10, гребінь 11 і лопать 12, здійснює поступальний рух, а самі точки цієї ланки і вказаних деталей рухаються по колу радіусом (=300 мм – відстань від осі вала барабана до центра осі кріплення пристроїв).

Діаметр бокових дисків та відстань між ними визначаються з ескізного компонування плющильно-молотильного апарата з урахуванням допустимих його габаритів та ширини розміщення насіннєвих коробочок на стебловій стрічці, а також необхідного числа впливів на стрічку і становить відповідно 700 мм та 600 мм.

Число пристроїв і число вальців у ньому встановлюється залежно від необхідної кількості впливів вальців на стеблову стрічку з метою плющення (роздавлювання) насіннєвих коробочок. У цьому апараті пропонується встановити три пристрої та шість вальців.

Діаметр вальця визначається з умови запобігання намотування квітконосів на вісь вальця і становить 100 мм. Довжина вальця визначається з урахуванням необхідної кількості впливів на стеблову стрічку, кількості вальців на кронштейні, швидкості затискного транспортера та кутової швидкості обертання барабана і дорівнює 200 мм. Відстань між осями двох вальців у кронштейні (рис. 1 б, в) підбирається із конструктивних міркувань і повинна бути більша за діаметр вальця, щоб між поверхнями сусідніх вальців був достатній проміжок, при якому вальці не заважатимуть один одному обертатися і тиснути на насіннєві коробочки. Ця відстань становить 130 мм. Відстань від осі гребеня до лінії, яка з’єднує центри вальців у плющильному пристрої , встановлюється так, щоб обидва вальці під час дотику до стебел тиснули на них і не проверталися разом з кронштейном навколо осі гребеня і дорівнює 90 мм. Довжина очисника повинна бути менша за відстань з урахуванням необхідності його кріплення з країв і становить 120 мм. Ширина очисника встановлюється з урахуванням того, що його нижні краї мають притискатися до поверхні стеблової стрічки та ковзати по ній і становить 70 мм. Довжина лопаті повинна бути менша за суму довжин і , що видно із схеми (рис. 1,а) і дорівнює 320 мм. Ширина лопаті встановлюється така, щоб, з одного боку, барабан міг обертатися, а з іншого боку, стебла не обмотували гребінь із очисником і вичісником більше ніж на 1,5 оберти для запобігання утворення намоток. Внаслідок цього ширина становить 150 мм. Довжина області розміщення зубів вичісника на гребені дорівнює 220 мм. Найбільша довжина зубів повинна бути такою, щоб забезпечити прочісування стеблової стрічки усієї її товщини. Розміщення зубів на гребені показано на рис. , а.

Ширина опорної поверхні дорівнює довжині вальця, а її довжина повинна бути більшою за ширину області розміщення насіннєвих коробочок на стебловій стрічці та становитиь 250 мм.

Кутова швидкість обертання барабана встановлюється з урахуванням необхідності забезпечення продуктивності апарата та збереження його міцності і дорівнює 25 рад/с.

Забезпечення підрівнювання стеблової стрічки вальцями зображено на рис. , і , де показано схему кочення вальця стрічкою нерівномірної товщини з відігнутими квітконосами. Відігнуті квітконоси підрівнюються вальцем (для цього його радіус має бути більшим довжини квітконоса). Одночасно валець розплющує виступаючі частини стеблової стрічки, верхні з яких опускаються, а самі виступи розширюються, заповнюючи простір між ними до повного вирівнювання товщини стрічки.

Аналіз цього явища проведено з такими припущеннями:

а) в момент плющення виступаючих квітконосних частин стрічки вальцем, нижня її частина, яка лежить на опорній поверхні, мало деформується, внаслідок чого нехтуємо цією деформацією;

б) найвищі точки кожного виступу на початку плющення однакові і можна вважати, що січення виступів мають форму прямокутників (рис. 2, в).

На схемі (рис. 2, ) показані дві виступаючі частини січення стеблової стрічки. Поверхню лівого виступу до початку плющення позначимо . Під час процесу плющення виступу стрічки висота січення зменшиться на =, а ширина січення зменшиться до .

в) | Рис. 2. Схеми кочення вальця під час плющення стеблової стрічки: а) вид збоку; б) вид ззаду на валець і стебла у вертикально - поперечній площині; в) схема для аналізу явища підрівнювання товщини стрічки під час руху вальця |

Як видно, абсолютна деформація виступу за висотою буде , відносна поздовжня деформація виступу =, а відносна поперечна деформація =. Із рівності , де _коефіцієнт поперечної деформації стеблової стрічки (коефіцієнт Пуассона), знаходимо ширину виступу після одноразового плющення:

. (1)

За допомогою цієї рівності визначимо, за якої ширини деформація буде дорівнювати . Підставивши в (1) замість величину , отримаємо. Якщо за даного значення , величина (за умови ) виявиться рівною , то стрічка повністю вирівняється. Також вирівняється стрічка і за умови . Однак, якщо ширина більша і , то одного проходу вальця буде недостатньо для вирівнювання, а тому конструкцією апарата передбачається забезпечення необхідної кількості проходів вальця, що уможливить вирівнювання стрічки. В запропонованому апараті це число проходів за один оберт барабана дорівнює шести.

Необхідний тиск () на стеблову стрічку під час її обмолоту створюють вальці та пружини () опорної поверхні. Силу тиску вальця на стеблову стрічку визначаємо за формулою:

, (2)

де _ зусилля, необхідне для руйнування однієї коробочки, Н; _діаметр вальця, мм; _довжина вальця, мм; _число коробочок; _кут, за яким матиме місце контакт вальця із стеблами, рад; _ діаметр коробочки, мм.

Враховуючи те, що вальці працюють парами, то на пружини опорної поверхні передається сила, яка дорівнює . Якщо біля поверхні будуть встановлені чотири пружини, то на кожну пружину під час роботи барабана діятиме сила . На основі цього та враховуючи результати експериментів стосовно величини деформації коробочки, через яку відбувається руйнування, визначено мінімальне допустиме значення жорсткості пружини: , Н/м.

Довжину плющильних вальців, очисника і вичісника обґрунтовано за критерієм забезпечення якісної роботи апарата. Для її визначення виведено рівність:

, (3)

де - число пристроїв в апараті; - число впливів, яке має забезпечити кожен пристрій; - швидкість пасів затискного транспортера, м/с; - кутова швидкість обертання барабана, рад/с.

У результаті кінематичного аналізу плющильно-молотильного апарата було обґрунтовано кінематичні характеристики (швидкість та прискорення) основних його елементів: плющильного, очисного та вичісного. Проаналізовано характер і траєкторії їх руху, визначено напрями та прискорення точок ланок апарата, на підставі чого отримані величини і напрями сил інерції ланок. Знаючи сили інерції і сили тяжіння, для загального випадку (точка А2) проведений силовий аналіз пристрою (рис.3), в результаті якого було встановлено результуючий момент, що діє на плющильний пристрій апарата під час знаходження осі гребеня у верхньому положенні:

Рис. . Розміщення кронштейна за наявності в нього можливості повороту навколо осі гребеня та сили, які діють на нього в різних положеннях

На основі цього теоретичного дослідження була встановлена залежність для визначення показника () кінематичного режиму апарата:

, (6)

де _прискорення вільного падіння.

Підставивши рівності (6) в рівність (5) отримаємо:

, (7)

де _маса пристрою; _відстань від центра осі барабана до точки кріплення осі гребеня; _час обертання; _кут відхилення від вертикалі.

Із збільшенням значення момента зменшується надійність і міцність апарата. Для визначення максимального значення функцію (7) досліджено на максимум. Якщо поділити на , то отримаємо величину, яка показує у скільки разів момент більший добутку . Таким чином:

. (8)

На основі проведених розрахунків плющильно _ молотильного апарата побудовано графічні залежності відношення від кута і показника рис. 4). |

Рис. 4. Залежність відношення від кута для різних значень | З графіка видно, що під час обертання вальців у повітрі (контакт із стрічкою відсутній), важливим є значення моменту , через що можливий поворот пристрою навколо осі гребеня, що є недопустимим. Якщо ж вальці доторкаються до стебел і здійснюється їх плющення, то дія результуючих сил моменту сприймається опорною поверхнею апарата і повороту кронштейнів навколо осі гребеня не буде.

Для визначення максимальних і мінімальних значень відношення проведено диференціювання функції (8) і отримані перша та друга похідні:

(9)

Після цього визначені умови максимуму і мінімуму. Потім із рівності (6) з урахуванням допустимого значення коефіцієнта (значення, за якого забезпечується якість обмолоту та надійність роботи апарата) знаходимо необхідне значення радіуса диска : .

У третьому розділі „Програма і методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень та описано прилади, обладнання, експериментальну установку і методики проведення дослідження.

Програма передбачає дослідження фрикційних властивостей стебел, насіннєвих коробочок льону та процесу їх плющення між пластинами і вальцями на опорній поверхні. Нею також передбачено дослідження процесу очищення і вичісування із стебел коробочок і насіння очисником та зубами вичісника, вивчення впливу параметрів апарата на повноту відділення насіння від стебел льону, відходу стебел у плутанину і пошкодження стебел. Обґрунтована методика польових випробовувань льонокомбайна ЛК-4А з експериментальним зразком плющильно _молотильного апарата.

Для проведення експериментів використовувалось стандартизоване і розроблене самостійно обладнання, яке найбільш відповідало умовам досліджуваних процесів. Були спеціально виготовлені: пристрій для плющення насіннєвих коробочок на опорній поверхні; лабораторна установка плющильно-молотильного апарата з приводом від електродвигуна. Польові випробовування здійснювались з використанням льонокомбайна ЛК-4А, обладнаного експериментальним плющильно-молотильним апаратом замість обчісувального апарата.

Дослідження фрикційних властивостей стебел і насіннєвих коробочок льону проводилось з метою встановлення коефіцієнта тертя свіжозібраних і сухих стебел льону, насіннєвих коробочок, внаслідок чого було підібрано матеріал для виготовлення вальців, очисника та зубів вичісника.

Дослідження повноти обмолоту стеблової стрічки проводили із застосуванням математичного методу планування трьохфакторного експерименту. Регульованими факторами були: частота обертання барабана плющильно-молотильного апарата (14 рад/с, 22 рад/с, 30 рад/с), товщина стеблової стрічки (0,2 см, 0,4 см і 0,6 см) і вологість насіннєвих коробочок (1316і 19

З метою перевірки теоретичних та експериментальних досліджень були проведені польові випробовування експериментального зразка плющильно-молотильного апарата.

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень” наведені результати лабораторних досліджень плющильно-молотильного апарата.

Відповідно до програми та методики експериментальних досліджень отримано значення коефіцієнтів тертя ковзання і спокою насіннєвих коробочок по сталі і гумі (табл. ). На їх основі було підібрано матеріал для виготовлення очисника (пластина І, лист, ТМКЩ _С – 5х20х100 – 9,9 ГОСТ ); зубів вичісника (сталь 45 ГОСТ 1050 з термообробкою струмом високої частоти). Встановлено, що коефіцієнти тертя спокою і ковзання коробочок більші по гумі, ніж по сталі та більші у вологих коробочках і коробочках більшого діаметра (табл. 1).

Таблиця 1

Результати дослідження фрикційних властивостей насіннєвих коробочок

Варіанти поверхонь тертя | Відносна вологість, % | Діаметр насіннєвих коробочок, мм | Коефіцієнт тертя | ковзання | спокою | Насіннєва коробочка по сталі | 16...19 | 5,0...5,8 | 0,298 | 0,32 | 6,0...6,9 | 0,452 | 0,473 | Насіннєва коробочка по гумі | 16...19 | 5,0...5,8 | 0,401 | 0,423 | 6,0...6,9 | 0,486 | 0,548 | З метою визначення необхідної сили тиску для руйнування насіннєвих коробочок різної стиглості та діаметра були проведені дослідження закономірностей плющення їх між пластинами. За результатами досліджень отримані графічні залежності відносної деформації від тиску . Аналіз отриманих даних показує, що на початку деформація росте пропорційно тиску, потім починається плющення коробочки, що має місце при невеликій зміні тиску. Значення тиску, необхідного для повного плющення коробочки, більше під час навантаження збоку, ніж з торця. Максимальний тиск для руйнування коробочки перебуває в межах 75...150 кПа, а максимальна сила, необхідна для повного плющення коробочки, перебуває в межах 2,12...7,59 Н.

Згідно з методикою дослідження закономірностей процесу плющення насіннєвих коробочок вальцями на опорній поверхні, встановлено, що показник відділення насіння залежить від числа проминів вальцями та товщини стеблової стрічки (кількості стебел на довжину вальця). Результати процесу плющення насіннєвих коробочок повної стиглості (вологість коробочок 16вальцями подані в таблиці .

Таблиця 2

Дослідження процесу плющення насіннєвих коробочок вальцями на опорній поверхні

Число стебел у стрічці | Число проминів вальцями | Маса насіння , г | Маса насіння , г | Загальна маса насіння

, г | Показник виділення насіння

, %

200 | 2 | 28,03 | 15,14 | 43,17 | 65

4 | 33,84 | 8,13 | 41,97 | 80,6

6 | 38,94 | 0,53 | 39,47 | 98,6

400 | 2 | 53,2 | 31,25 | 84,45 | 63

4 | 61,55 | 21,47 | 83,02 | 74

6 | 75,1 | 2,35 | 77,45 | 97

У результаті проведення експериментальних досліджень роботи гумового очисника встановлено необхідну кількість впливів та товщину гумової пластини, з якої виготовлено очисник. Під час досліджень використовувались пластини товщиною в 4, 5, 6 мм. Для кожного варіанта роботи очисника (число впливу його на стебла) встановлено чистоту виділення насіннєвих коробочок і насіння, які легко виводяться після плющення вальцями у відсотковому відношенні до загальної кількості насіння. Найкращі показники отримано з гумовим очисником товщиною 5 мм.

Для дослідження процесу роботи вичісного пристрою під час видалення насіння та залишків насіннєвих коробочок із стебел використовувалися зразки вичісників з різними відстанями між зубами. В результаті досліджень було встановлено, що якісна робота вичісного пристрою забезпечується вичісником з відстанню між зубами 14-10-6 мм.

Математичним методом планування експерименту отримано регресійну залежність повноти обмолоту стеблової стрічки молотильним апаратом від частоти обертання барабана (рад/с), товщини стеблової стрічки (см) і вологості насіннєвих коробочок (%):

. (10)

Із рівняння видно, що найбільший вплив на чистоту відокремлення насіння барабаном має товщина стеблової стрічки, менший _частота обертання барабана і вологість насіннєвих коробочок.

Під час дослідження впливу параметрів апарата на відхід стебел у плутанину змінювали стиглість льону, частоту обертання барабана, кількість стебел на один метр довжини стрічки. Результати досліджень показали, що відхід стебел у плутанину під час роботи плющильно-молотильного апарата незначний (менше 1-гоі зростає із збільшенням частоти обертання барабана.

У результаті проведення досліджень пошкодження стебел під час роботи плющильно-молотильного апарата виявлено, що пошкодження стебел льону ланками апарата незначні, а їх виникнення не характеризується особливою закономірністю.

У п’ятому розділі „Результати польових випробувань льонокомбайна з новим апаратом і розрахунок його економічної ефективності” викладено результати випробовувань експериментального зразка плющильно-молотильного апарата, які проводились на полях Волинського інституту агропромислового виробництва УААН (смт. Рокині) під час збирання льону (сезон 2003 року) та розрахунок економічної ефективності льонозбирального комбайна з новим плющильно_молотильним апаратом (рис. ). |

Рис. 5. Експериментальний зразок плющильно-молотильного апарата |

Польові випробування проведені відповідно до розробленої методики, показали, що кінцевий продукт роботи експериментального зразка плющильно-молотильного апарата, встановленого на льонокомбайні ЛК  А, відповідає агротехнічним вимогам: продуктивність роботи становить 0,75...0,85 га/год; пошкодження, що впливають на вихід волокна не перевищує 1,5Розрахунковий річний економічний ефект від використання апарата становить 1236 грн.

ВИСНОВКИ

1.  У дисертації проведено теоретичне узагальнення та запропоновано нове вирішення науково-прикладної задачі, що стосується підвищення ефективності обмолоту льону завдяки використанню комбінованого робочого процесу на основі розробки нової конструкції та обґрунтування параметрів плющильно-молотильного апарата.

На основі аналізу технологій та технічних засобів для обмолоту стрічки льону виявлено їх недоліки, а також відсутність науково_теоретичних засад удосконалення процесу обмолоту завдяки синтезу декількох операцій, що реалізуються одним апаратом.

2. Аналіз робочого процесу обмолоту стебел льону дав змогу з’ясувати, що ефективним варіантом є такий, за якого елементарні операції процесу виконуються у такій послідовності: плющення коробочок, очищення верхньої частини стрічки від насіння, вичісування зруйнованих коробочок і насіння, що залишилися між стеблами. Запропонована конструкція плющильно-молотильного апарата уможливлює реалізацію цих операцій і є основою для обґрунтування головних його параметрів.

Теоретичний аналіз робочого процесу обмолоту льону на основі синтезу елементарних операцій дав можливість обґрунтувати їх математичні моделі: підрівнювання товщини стрічки, плющення стебел, очищення стрічки від насіння, вичісування насіння і залишків коробочок.

3. Виходячи з теорії плющення стеблової стрічки з насіннєвими коробочками, аналізу конструктивних особливостей плющильного пристрою та системного узгодження параметрів з режимами його роботи, обґрунтовано головні параметри: довжина вальця; число вальців одного пристрою; діаметр вальця; відстань між осями вальців; відстань від центра осі кріплення пристрою до лінії, яка з’єднує центри вальців; відстань між віссю заднього вальця пристрою і вертикаллю, проведеною через центр осі гребеня.

4. На основі узгодження довжини очисника та вичісника з режимами роботи апарата, необхідним числом впливів на стеблову стрічку, довжиною вальців плющильного пристрою та відстанню між боковими дисками плющильно-молотильного апарата обґрунтовано довжину очисника (110...130 мм) та довжину вичісника (190...210мм).

5. Аналіз взаємодії вальцевого пристрою, стеблової стрічки та підпружиненої опорної поверхні дав змогу вивести залежність (2) необхідної сили тиску вальця на коробочки від параметрів вальця, режимів роботи льонозбирального комбайна та зусилля руйнування насіннєвої коробочки, на підставі якої обґрунтовано необхідну силу тиску вальців (Н) на насіннєві коробочки, кількість встановлених пружин () під опорною поверхнею та жорсткість (18...36 Н/мм) кожної з них.

6. Дослідження показали, що під час обертання барабана з кронштейнами і вальцями на кронштейни діють сили інерції, під дією яких кронштейн намагається повернутися навколо своєї осі. Моменти сили інерції і сил тяжіння кронштейна навколо осі гребеня тим більші, чим більший показник кінематичного режиму (6). Встановлено, що допустиме значення цього показника для розробленого апарата не повинне перевищувати 5,0.

7. У результаті силового аналізу плющильного апарата встановлені залежності (7) і (8) між результуючим моментом, масою плющильного пристрою, конструктивними його параметрами та кутовою швидкістю барабана, які є основою для обґрунтування умов працездатності апарата.

8. Програма експериментальних досліджень обґрунтована на основі теоретичних досліджень явищ і процесів, що забезпечують визначення головних параметрів апарата, і складається з восьми пунктів. Обґрунтовані методики стосовно окремих пунктів програми дали змогу експериментально визначити початкові дані: 1) коефіцієнти тертя насіннєвих коробочок по гумі перебуває в межах 0,45...0,48, а по сталі _0,3...0,43, що є основою для вибору матеріалу очисника та зубів вичісника; 2) необхідне зусилля для руйнування насіннєвих коробочок, залежно від їх стиглості, вологості та діаметра, перебуває в межах 2,12...7,59 Н, а деформація коробочок при цьому перебуває в межах 0,08...0,62; 3) показник виділення насіння залежить від прикладеного зусилля на вальцях, необхідного для плющення коробочок, стиглості льону, товщини стеблової стрічки та числа її проминів (табл. 2), що є підставою для обґрунтування кількості вальців у плющильно-молотильному апараті.

9. На основі лабораторних та польових досліджень процесу обмолоту льону за допомогою розробленого плющильно_молотильного апарата встановлено: 1) повнота виділення насіння залежить від кутової швидкості обертання барабана, товщини стеблової стрічки, вологості насіннєвих коробочок (10); 2) відхід стебел у плутанину зростає із збільшенням частоти обертання барабана і в загальному випадку складає до 1 %, а це менше, ніж в обчісувальному барабані льонокомбайна ЛК_А; 3) ланки розробленого апарата під час роботи пошкоджують стебла льону, однак число пошкоджень незначне, а їх виникнення не характеризується особливою закономірністю; на виникнення цих пошкоджень, крім роботи ланок апарата, впливають такі чинники, як перекос стебел в стрічці, розтягнутість стебел та нерівномірність товщини стеблової стрічки.

10. У результаті польових випробовувань льонокомбайна, обладнаного експериментальним зразком плющильно-молотильним апарата, підтверджено працездатність машини та відповідність якості обмолоту стрічки льону агротехнічним вимогам. За продуктивності 0,8 га/год річний економічний ефект від експлуатації льонокомбайна з плющильно-молотильним апаратом становить 1236 грн. Розроблений плющильно-молотильний апарат може застосовуватись як в комбайновому, так і в роздільному способах збирання льону.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Демидюк М. А. Про стан механізації відокремлення насіннєвих коробочок від стебел льону // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. . – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2001. – С. 118-121.

2. Демидюк М. А. Про взаємодії пружини кронштейна з еліпсною втулкою гребеня молотильного барабана // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 10. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2002. – С. 97-99.

3. Демидюк М. А. Про відділення насіннєвих коробочок льону із попередньо продавленої між вальцями стеблової стрічки // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 12. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2004. – С. 56-60.

4. Демидюк М. А. Розрахунок сил і моментів сил, які діють на кронштейни кріплення вальців в молотильно _плющильному апараті // Збірник наукових праць Національного аграрного університету „Механізація сільськогосподарського виробництва”. Том XV. – Київ: НАУ, 2003. – С.352 – 359.

5. Хайліс Г. А., Демидюк М. А. Плющення стрічки льону різної товщини // Техніка АПК, 2004. _№ . – С.12 (автором розроблена методика та експериментально досліджено процес плющення стрічки льону за допомогою виготовленого плющильного пристрою).

6. Пат. 46541А України, МКИ A01D45/06. Апарат для обмолоту стебел льону / Хайліс Г. А., Демидюк М. А., Федорусь Ю. В. (Україна) _№2001085636; Заявл. 08.08.2001; Опубл. 15. 05. 2002. Бюл. №7 (автором обґрунтовано конструкцію плющильного пристрою).

7. Хайліс Г., Демидюк М. Плющення стрічки льону несталої товщини // VI Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові. (21 – 23 травня 2003 р.). – Львів, 2003. – С. (автором розроблено методику та експериментально досліджено процес плющення стрічки льону за допомогою вальцевого механізму та підпружиненої поверхні).

АНОТАЦІЯ

Демидюк М. А. Удосконалення процесу обмолоту льону та обґрунтування параметрів плющильно-молотильного апарата. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Львівський державний аграрний університет. – Львів, 2005.

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності обмолоту льону завдяки використанню комбінованого робочого процесу, що здійснюється на основі розробки нової конструкції та обґрунтування параметрів плющильно_молотильного апарата. Для вирішення поставлених завдань проаналізовано стан механізації та способи обмолоту льону, а також конструкції наявних молотильних пристроїв і з’ясовані їх недоліки. Обґрунтовано доцільність поєднання, зміст і послідовність операцій комбінованого процесу обмолоту льону та запропоновано нову конструкцію молотильного апарата, а також обґрунтовано головні його параметри. Розроблено теоретичні основи функціонування плющильного механізму та обґрунтовано умови його роботоздатності. Проведено польові випробовування і розраховано економічну ефективність використання льонозбирального комбайна з плющильно-молотильним апаратом запропонованого зразка.

Ключові слова: плющильно-молотильний апарат, вальцевий пристрій, очисний пристрій, вичісний пристрій, стрічка льону, обмолот, плющення.

Демидюк Н. А. Усовершенствование процесса обмолота льна и обоснование параметров плющильно-молотильного аппарата. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Львов. – 2005.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности обмолота льна путём использования комбинированного рабочего процесса, что реализуется на основе разработки конструкции и обоснования параметров плющильно-молотильного аппарата. Анализ способов и технических средств для уборки льна показал, что существующие конструкции аппаратов не обеспечивают необходимое качество обмолота льна: повреждение стеблей, потери семян, отход стеблей в путанину.

Для решения поставленных задач обоснована целесообразность, содержание и последовательность операций комбинированного процесса для обмолота льна и предложена новая конструкция молотильного аппарата. Разработаны теоретические основы функционирования плющильного механизма и обоснованы условия его работоспособности.

Изложены программа и методики проведения экспериментальных исследований, а также описание оборудования, приборов, экспериментальной установки. Для проведения экспериментов использовалось стандартизированное оборудование, а также разработанное и изготовленное самостоятельно, которое наиболее соответствовало условиям исследуемых процессов.

Экспериментальным путем исследовалась полнота обмолота стеблей льна и установливались факторы, влияющие на качество обмолота льна.

Разработан и изготовлен экспериментальный образец плющильно_молотильного аппарата. Результаты полевых испытаний показали целесообразность использования разработанного аппарата, поскольку показатели качества выполнения процесса обмолота льна высоки.

Определён годовой эффект от использования льнокомбайна с предложенным плющильно-молотильным аппаратом, который составляет 1236 гривен на одну машину.

Ключевые слова: плющильно-молотильный аппарат, вальцевое устройство, устройство очистки, вычесывающее устройство, стебельная лента, лён, обмолот, плющение.

Annotation

Demidyuk M. A. The improvement of the flax threshing process and the substantiation of parameters of flattering and threshing machine. – Manuscript.

Dissertation standing for a degree of candidate of technical sciences on specialty 05.05.11 – machines and means of mechanization of agricultural production. – Lviv State Agrarian University. – Lviv, 2005.

The thesis is devoted to the questions of flax threshing effectiveness increase thanks to using of the combined operation which is performed on the basis of the new construction working out and the foundation of the parameters of flattening and threshing mechanism. The state of mechanization and the means of flax threshing are analysed for the decision of given tasks, and the constructions of the existing threshing mechanisms are also analysed and their lacks are founded; the expediency of operations combination, maintenance and sequence of the given combined flax threshing process is founded and the new construction of threshing mechanism is suggested and also its main parameters are founded. Theoretical bases of flattening mechanism functioning are investigated and the conditions of its efficiency are founded; field testings are done and economic efficiency of flax-gathering combine usage with flattening and threshing mechanism of the suggested mode is calculated.

Key words: flattening and threshing mechanism, roller, cleaning machine combing, flax ribbon, thrashing, flattening.

_________________________________________________________

Підписано до друку 28.10. 2005 р.

Формат 6090/16 арк. Папір друк.

Наклад 100 прим. Ум. друк. арк. 0,9. Зам. 1626

Віддруковано у РВВ ЛДТУ

43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75