ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ШЕЙЧЕНКО ВІКТОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 631.358:633.521

Обґрунтування параметрів та режимУ роботи льонобрального апарата з ПОПЕРЕЧНИМИ РІВЧАКАМИ

05.05.11 – машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті випробування та прогнозування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Леоніда Погорілого (УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Хайліс Гедаль Абрамович, Луцький державний

технічний університет, професор кафедри обладнання

переробних виробництв.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, член-кореспондент УААН Булгаков Володимир Михайлович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри механіки і теорії механізмів і машин;

кандидат технічних наук, доцент
Гошко Зіновій Орестович, Львівський державний аграрний університет, доцент кафедри сільськогосподарських машин.

Провідна установа: Кіровоградський національний технічний університет, кафедра сільськогосподарського машинобудування, Міністерство освіти і науки України, м. Кіровоград.

Захист відбудеться “ 11 ” липня 2006 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 80381, Львівська область, Жовківський район,

м. Дубляни, вул. Володимира Великого, 1, корпус факультету механізації сільського господарства, аудиторія 34 М.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського державного аграрного університету за адресою: 80381, Львівська область, Жовківський район, м. Дубляни, вул. Володимира Великого, 1, головний корпус.

Автореферат розісланий “ 10 ” червня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ковалишин С.Й.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Удосконалення технологій вирощування льону, підвищення їх ефективності та покращення якості кінцевого продукту - є важливим і актуальним завданням сучасного рентабельного рослинництва.

Якість льону - функція багатьох параметрів, важливим із яких є якість технологічної операції брання льону, яка визначається техніко-технологічними характеристиками брального апарату льонозбиральної машини. Ефективність роботи брального апарату і якість вибраного льону значною мірою визначається шириною захвату бральної секції, висотою рослин льону, характером посівів, швидкістю руху льонозбиральної машини тощо. Проте із названих параметрів найважливішою є ширина захвату, тобто відстань між носиками подільників. У наявних машинах вона встановлена в межах 38 см. Практика використання подільників із такою шириною захвату характеризується випадками виникнення значної розтягнутості стебел (особливо на полеглому льоні) та великими втратами під час збирання низькорослих рослин, що є суттєвим недоліком відомих конструкцій бральних апаратів.

Тому дослідження особливостей функціонування механізмів брального апарату, обґрунтування та оптимізація його параметрів і режимів роботи є важливим і актуальним завданням і, безумовно, буде сприяти підвищенню якості та ефективності виконання процесу брання стебел льону із грунту.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті по випробуванню та прогнозуванню техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Л.Погорілого відповідно до цільової комплексної програми “Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості”, затвердженої Кабінетом Міністрів України від 7 березня 1996 р., постанови Кабінету Міністрів України від 22 квітня 1996 р. За № 378 “Про заходи щодо стабілізації та збільшення обсягів виробництва льоно– та коноплепродукції” і згідно з програмою договору № 20-06/2004 юр між УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого та Міністерством аграрної політики України „Розробка та виготовлення дослідного зразка льонокомбайна з удосконаленими бральними і обчісуючими апаратами” на створення (передачу) науково-технічної продукції.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – підвищення якості і повноти брання стебел льону за рахунок використання льонобрального апарата з раціональними параметрами та режимами роботи, обгрунтуваними на основі дослідження процесу брання льону. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

- проаналізувати стан досліджень процесу брання льону та чинні методи обгрунтування параметрів і режимів роботи льонобральних апаратів, а також їх техніко-технологічні характеристики;

- дослідити складові операції брання льону, а також обґрунтувати конструктивні особливості бральних апаратів з поперечними рівчаками;

- теоретично дослідити операцію формування пучків льону під час брання апаратом з поперечними рівчаками. Обгрунтувати граничну висоту брання, за якої відсутнє плющення насіннєвих коробочок, залежно від конструктивних параметрів цього апарата, а також ширину захвату бральної секції, діаметри шківа та ролика;

- теоретично дослідити взаємодію стебел льону із рухомим пасом і нерухомим притискним прутком в зоні ролика та встановити умови, за яких забезпечується довибирання невибраних стебел та транспортування стеблової стрічки;

- теоретично дослідити сили інерції стеблової стрічки при криволінійному русі в бральному апараті та визначити допустиму швидкість брального паса, за якої відсутній відрив насіннєвих коробочок внаслідок дії цих сил;

- експериментально дослідити відгин стеблової стрічки за умови дії згинальних моментів та їх вплив на відрив насіннєвих коробочок, встановити залежність поздовжнього кута відхилення стебел, основи яких знаходяться посередині площин симетрії подільників, від щільності стебел, ширини захвату бральної секції та швидкості руху агрегату;

- на основі багатофакторного експерименту дослідити процес брання стебел льону експериментальною установкою та встановити залежність чистоти брання від щільності стебел, швидкості руху агрегату і висоти брання;

- виготовити вдосконалений бральний апарат, провести його випробування та визначити економічний ефект від впровадження.

Об’єкт дослідження - льонобральний апарат та процес його взаємодії зі стеблами.

Предмет дослідження – системний вплив параметрів та режимів роботи брального апарату на показники якості виконання операції брання стебел льону із грунту.

Методи дослідження – теоретичні дослідження проводились з використанням положень вищої математики, теоретичної механіки, теорії механізмів і машин. Аналіз математичних моделей проводився за допомогою програм на ПЕОМ. Експериментальні дослідження проводились із застосуванням сучасних методів вимірювання, математичного методу планування експерименту, зокрема кореляційного та регресійного аналізів.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- уперше отримано теоретичну залежність розтягнутості стеблової стрічки від ширини захвату бральної секції, висоти брання та щільності стебел, яка уможливлює аналітичне

обґрунтування головних параметрів брального апарату;

- уперше отримано граничне мінімальне значення висоти стебел льону, за якої можливе їх машинне брання;

- уперше отримано умови транспортування та довибирання стебел льону в зоні брального рівчака, утвореного пасом та притискним прутком;

- отримало подальший розвиток теоретичне обґрунтування режимів роботи (швидкість руху брального пасу) за критерієм недопущення відриву насіннєвих коробочок через дію сил інерції під час руху стебел по криволінійних рівчаках.

Практичне значення отриманих результатів полягає у розробленні конструкції льонобрального апарата із шириною захвату секції 32 см, обґрунтуванні головних параметрів та режимів його роботи. Запропонований льонобральний апарат був встановлений на льонокомбайні ЛК-4У й успішно пройшов польові випробування на дослідних полях Львівської державної зональної машино-випробувальної станції. Результати досліджень передано для впровадження ВАТ „Ірпіньмаш”. Технічна новизна виконаних розробок підтверджена патентом України на винахід (№ 13219U від 15.03.2006 р.).

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертації отримані автором самостійно. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачем розроблено теоретичні основи зменшення розтягнутості стебел льону під час їх брання [2, 3], обґрунтовано конструкцію брального апарата, розроблено методику та експериментально досліджено сили та момент сил інерції стебел під час їх руху по криволінійних рівчаках брального апарата [1, 4]. У технічному рішенні [8], новизна якого захищена патентом України на винахід, частка всіх співавторів однакова.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації заслуховувались і отримали позитивну оцінку на: V Міжнародній науково-технічній конференції “Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій” (УкрЦВТ, смт Дослідницьке, 2003 р.); Міжнародній науково-технічній конференції присв?яченій пам?яті та з нагоди 70-річчя від дня народження академіка УААН, РАСГН та АІНУ Л.В.Погорілого “Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій” (УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого, смт Дослідницьке, 2004 р.); VI Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки”, присв?яченої пам?яті академіка П.М.Василенка (НАУ,
м. Київ, 2005 р.); V Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (КНТУ, м. Кіровоград, 2005 р.); Міжкафедральному науковому семінарі факультету механізації сільського господарства ЛДАУ (м. Львів, 2006 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 8 наукових праць, з них 4 – у фаховому журналі, 3 – у фахових збірниках наукових праць, 1 патент України на корисну модель. Загальний обсяг публікацій становить 1,22 друк. арк., з яких 0,97 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 136 найменувань та 11 додатків. Повний обсяг роботи становить 173 сторінки, містить 38 рисунків і 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі „Стан питання, мета та задачі дослідження” розглянуто ботанічні особливості льону-довгунця, способи його збирання та засоби механізації. Всі ці питання були предметом досліджень М.І. Шликова, Г.А.Хайліса, М.Н.Лєтошнєва, А.С.Маята, І.В.Крагельського, В.М.Булгакова, О.В.Сидорчука, М.Н.Бикова, М.М.Ковальова, В.Н.Рябцева, Ю.Г.Морозова, А.В.Писарчика, О.О.Налобіної, С.Ф.Юхимчука, Г.В.Макарової, О.О.Ужегової та інших, якими встановлено низку закономірностей процесів брання льону і обґрунтовано параметри бральних апаратів із поздовжніми та поперечними рівчаками.

У результаті проведеного аналізу літературних джерел і патентної інформації встановлено низку питань, які потребують вивчення. Зокрема, не досліджено: формування розтягнутості стебел льону під час брання з урахуванням зчеплення між стеблами стеблостою льону; залежність найменшої висоти стебел, за якої можливе їх брання, від параметрів льонозбирального апарата; взаємодію рухомих пасів та притискних прутків брального апарата із стеблами; вплив сил та моментів сил інерції стебел льону під час їх криволінійного руху в процесі брання на вигін стеблової стрічки. Наведені аргументи зумовили вибір теми дисертації, визначили її мету та завдання.

У другому розділі „Теоретичні передумови до визначення параметрів та режимів роботи льонобрального апарата поліпшеної конструкції” розглянуто утворення розтягнутості стебел та шляхи її зменшення; вплив висоти стебел льону на розтягнутість та найменшу висоту стебел, за якої можливе їх машинне брання; основні параметри розробленого апарата та його компонування; аналіз переміщення стебел в зоні нерухомих зігнутих прутків; розрахунок сил інерції стебел під час їх руху в криволінійних бральних рівчаках; особливості операції брання стебел льону із ґрунту та умови її надійного виконання.

Розтягнутість стебел, як один із головних показників якості виконання робочого процесу льонозбиральної машини, виникає під час брання льону із ґрунту. Ця операція характеризується одночасним затисканням пасами брального апарата кількох стебел, корені яких знаходяться від місця затискання на різних відстанях. Внаслідок цього у стебел рослин, що збираються в пучок, коріння зсунуто один від одного. Різниця довжин між найменше та найбільш зсунутим коренем льону в пучку і є абсолютною розтягнутістю стебел. Подільники льонобрального апарата під час руху машини на полі формують потоки стебел у пучки. Кількість рослин, що потрапили у пучок значною мірою визначається шириною захвату секції льонобрального апарата. Утворення розтягнутості проаналізуємо на прикладі пучка із трьох стебел АК1К?, ВК1К? і ЕК1К? (рис. 1). Площина Н2ВАН1К1' являє собою горизонтальну поверхню поля, з якою жорстко пов’язана система координат xOy з початком в точці О. Вертикально вгору із точки О проведена вісь Oz. В точках A, B і E знаходяться основи зазначених стебел. Бральний апарат з подільниками рухається вздовж осі Оx (за стрілкою), при цьому носики подільників проходять від нерухомої осі y шлях s, здійснюючи нахил вертикально стоячих в точках А і В стебел до положень АК1 і ВК1 їх нижніх частин. Правий та лівий подільники для спрощення схеми не показано, вказано лише їх проекції D2?H2D2 і H1?H1D1 на площину землі (рис. 1). На стебла AK1K? і ВK1K? діють прутки подільників, проекції яких позначені D2H2 і D1H1. За умови нахилу цих стебел одночасно схиляється і стебло ЕK1K?, що обумовлено зчепленням насіннєвих коробочок поруч стоячих рослин. Зона K0K? являє собою зону зчеплення цих трьох стебел насіннєвими коробочками. В точці K1 починається їх затискання бральними пасами, оскільки точка K1 є нижньою точкою початку брального рівчака.

Якщо всі три стебла витягнути із ґрунту та скласти, забезпечивши їх стискання одне із іншим в точці К1, то отримаємо пучок (рис. 1, б). Утворене при цьому зміщення коренів стебел і є абсолютною розтягнутістю, що дорівнює АК1-ЕК1=ВК1-ЕК1.

Стебла АК1 і ВК1, основи яких знаходяться в поздовжніх вертикальних площинах і співпадають з лініями ВН2 і АН1 (площини симетрії подільників), називаються крайніми. Стебла ЕК1, основи яких знаходяться по лінії ОСЕК (вісь Ох), називаються центральними.

Процес розтягнутості було проаналізовано на основі теорії роботи подільника, розробленої професором М.Н. Лєтошнєвим і вдосконаленої професором Г.А. Хайлісом. Нами виведено залежність для абсолютної розтягнутості стебел :

Рис. 1. Схеми до визначення розтягнутості стебел льону під час їх брання: а – положення стебел та прутків подільника;

б – елементарний пучок стебел

, (1)

де - ширина захвату бральної секції АВ (рис. 1); - кут відхилення проекції АК1? частини стебла АК1 на горизонтальну площину від поперечної горизонтальної лінії АСВ; - висота брання, тобто висота точки К1 над горизонтальною площиною АК1?ВС; - кут відхилення лінії К1Е центрального стебла від вертикалі.

За формулою (1) здійснено розрахунки та визначено значення розтягнутості залежно від ширини захвату бральної секції при = 15° і різних значеннях та (рис. 2). Таким чином, абсолютна розтягнутість стебел збільшується із підвищенням ширини захвату бральної секції і кута та зменшенням висоти брання . Проте зменшення ширини захвату секції, яке призводить до зменшення розтягнутості, значно ускладнює конструкцію брального апарата, збільшує його матеріаломісткість та ускладнює технічне обслуговування. Загальноприйнята ширина захвату секції брального апарата становить 38 см. Це є досить велике значення. Проведені дослідження свідчать, що воно обумовлює значну розтягнутість стебел. Одним із шляхів її зменшення є зменшення ширини захвату брального апарата до 30-32 см, але не менше мінімально допустимого значення bmin = 30 см. Хоча за такої ширини захвату конструкція брального апарата ускладнюється, проте в апараті з поперечними рівчаками такі ускладнення будуть незначними.

Працюючи над вдосконаленням конструкції брального апарата з поперечними рівчаками, ми одночасно вирішували задачу збирання низькорослого льону (довжиною менше 50 см).

Проте опущення брального апарата якомога нижче до землі не завжди забезпечує повне брання стебел.

Через низьке розташування насіннєвих коробочок вони можуть бути затиснуті пасами брального апарата і розплющуватися, а насіння буде висипатися. Із рис. 1 видно, що при підведенні стебел подільниками в бральний рівчак основи А і В крайніх стебел АК1 і ВК1 більш віддалені від початку К1 брального рівчака, ніж основа Е центрального стебла ЕК1. У зв’язку з цим при бранні низькорослого льону в найменш вигідних умовах знаходяться крайні стебла, верхні частини яких можуть бути недостатньо захвачені пасами, чи можуть бути затиснуті у верхніх частинах, де знаходяться насіннєві коробочки.

Це може призвести до непередбачених втрат. Водночас, якщо при збиранні низькорослого льону забезпечено брання крайніх стебел без плющення коробочок, це є гарантією брання і центральних стебел. Виходячи із цього, нами виведено такі умови для повного брання стебел без затискання насіннєвих коробочок між пасами:

, (2)

де - ширина брального пасу; - технічна довжина стебла льону, тобто відстань від місця прикріплення насіннєдольних листків до початку розга-луження рослини.

З умови (2) визначаємо мінімально допустиме значення висоти стебла льону, що придатне для механізованого комбайнового збирання

, (3)

Рис. 2. Залежність розтягнутості стебел від ширини захвату бральної секції при = 15° та різних параметрах ,

де - коефіцієнт, що визначає співвідношення висоти стебла з її технічною довжиною, = 1,05-1,15.

Для того, щоб бральний апарат здійснював якісне брання низькорослого льону, значення висоти стебел повинно бути не менше правої частини рівняння (3). Для цього потрібно зменшити ширину b захвату бральної секції.

Таким чином, отримати кращі показники за достатністю брання та розтягнутості стебел можна при ширині захвату бральної секції зменшеної до 30–32 см.

Досвід проектування і використання льонобральних апаратів довів, що найбільш раціональною конструкцією є апарат з поперечними рівчаками, який обраний нами для вдосконалення шляхом зменшення ширини захвату секції. Фрагмент такого апарата з двома повними секціями і частиною третьої наведено на рис. 3. Він містить один довгий нескінчений пас, що отримує рух від ведучих шківів, низку ведених гумових бральних шківів з центрами О1, О2, О3 і т. д. і низку гумових роликів з центрами та ін. Пас приводить в рух шківи та ролики. В зонах А1В1С1 і А2В2С2 пас щільно прилягає до шківа, внаслідок чого стебла в цих зонах витягуються із ґрунту. Напроти кожного ролика встановлено нерухомі зігнуті прутки D1E1 і D2E2, які притискують стебла, що транспортуються, до поверхонь роликів. Під час роботи такого апарата стебла підводяться подільниками в точки К1, К2, К3 бральних рівчаків, захоплюються пасами та шківами і передаються в бральні ділянки рівчаків А1В1С1 і А2В2С2 та ін., де вони затискаються, витягуються із ґрунту і транспортуються в наступну секцію або до виходу з машини.

Рис. 3. Схема фрагмента брального апарата із поперечними рівчаками

Необхідна ширина захвату апарата залежить від технології під час збирання льону. Ширина захвату однієї бральної секції, як зазначено вище, має бути 30–32 см. Визначення діаметрів шківів та роликів секції здійснюється за умови забезпечення повного брання стебел льону, тобто з урахуванням того, що дуга А1В1С1 має дорівнювати необхідній довжині бральної ділянки sб.д, значення якої відоме з літературних джерел. Знаючи цю довжину, за формулою визначається радіус шківа rш

, (4)

де ka - коефіцієнт, що дорівнює 0,8–0,9; - кут, що відповідає дузі А1В1С1
(в радіанах).

Радіус ролика rр визначається за формулою

, (5)

де , - товщина відповідно шару стебел льону в рівчаку та брального паса.

У зоні А1В1С1 рівчака стебла переміщуються завдяки руху паса і шківа, а в зоні D1E1 рухається лише пас, який і захоплює їх за собою. Нами проведено аналіз руху стебел в зоні нерухомих зігнутих прутків D1E1.

Нами розглянута система із рухомого паса, нерухомого прутка і стебел, що розташовані між ними. При цьому нерухомий пруток розташований знизу, невагоме стебло має можливість рухатися спільно із пасом, який розташований зверху. В результаті аналізу цього явища із застосуванням законів теоретичної механіки встановлено, що за такої взаємодії спільний рух стебла разом із пасом буде у випадку, коли коефіцієнт тертя паса по стеблу буде більшим чи дорівнювати коефіцієнту тертя прутка по стеблу.

Якщо ж на стебло ще діє горизонтально спрямована сила в напрямку, протилежному руху паса, то рух стебла разом з пасом можливий у випадку, коли коефіцієнт тертя паса по стеблу більший чи дорівнює коефіцієнту тертя прутка по стеблу плюс відношення значень горизонтальної складової діючої на стебло сили до вертикальної. Рух стебел буде ще мати місце завдяки існуванню так званого штовхального ефекту.

На ділянці D1E1 закінчується процес довибирання стебел із ґрунту.

Під час витягування з ґрунту стебло спочатку розпрямляється і натягується, після чого починається обрив його побічних корінців, а потім лише обривається головний корінь, при цьому розвивається найбільше зусилля брання. Завершується процес обривом дрібних корінців, що залишилися.

Зазначимо, що довжина шляху дії сили витягування стебла для різних стебел різна (від 2 до 6 см). В одних випадках сила брання росте до максимуму на початку процесу, а в інших її значення зростають повільно і досягають максимального значення наприкінці брання. Значення сили Р мало залежать від кута нахилу стебла до горизонту при бранні.

Найбільш важко вибрати стебло у тому положенні, коли для його витягування з ґрунту потрібно подолати силу Р, що досягла максимального значення. Судячи з характеру проаналізованих кривих, максимальне значення сили Рmax може бути на початку брального рівчака, в середині бральної ділянки, або наприкінці. Оскільки за зовнішнім виглядом стеблостою в полі неможливо визначити, як стебла на цьому полі протидіють витягуванню з ґрунту, необхідно, щоб за всією довжиною бральної ділянки був забезпечений достатньо великий тиск, що дозволяє так затиснути стебла, щоб подолати цю максимальну силу Рmax.

Раніше була виведена умова брання стебел: , де q – тиск у рівчаку; dc – діаметр стебла; fл – коефіцієнт тертя льону по льону. Наведена нерівність справедлива за умови брання всіх стебел в рівчаку (у тому числі й тих, у яких сила Р досягла максимального значення Рmax). Через це умова витягування стебел із ґрунту набуде такого вигляду:

. (6)

Занадто збільшувати тиск q не доцільно, так як це може привести до розплющування стебел. Позначимо через [q] допустимий тиск на стебла в рівчаку, при якому стебла не розплющуються. Згідно літературних даних тиск [q] складає 190 кПа. Виходячи з цього нерівність (2.33) прийме вигляд

(6?)

Тиск q згідно з літературними даними дорівнює , де S – сила натягу паса. Підставляючи це значення замість q в ліву частину нерівності (2.33) і розв’язуючи отримане рівняння щодо сили натягу паса S, одержимо:

. (7)

Під час руху стебел в бральних рівчаках по дугах окружності шківів та роликів у них виникають відцентрові сили інерції. Визначимо величини цих сил інерції, що припадають на одиницю довжини рівчака, позначивши їх в зоні шківа як :

, (8)

де - щільність стеблостою (кількість рослин на 1 м2 поля); j - номер бральної секції; - маса одного стебла; - показник швидкісного режиму апарата (відношення швидкості руху машини до швидкості паса ).

У зоні ролика ця сила інерції буде

. (9)

Сила інерції спрямована протилежно прискоренню. На рис. 4 побудовано епюри відцентрових сил інерції стебел в площині брального апарата (рис. 4, а) та в площинах, перпендикулярних до брального апарата, за всією висотою шару стебел в зоні шківа (рис. 4, б) і ролика (рис. 4, в).

На рис. 4, б, в епюри показано рівномірно розподілене навантаження за всією висотою стебел, оскільки ми зробили припущення, що маса стебла рівномірно розподілена за його висотою. Сили інерції більші в зоні ролика, оскільки . Для одного стебла () формули (8) і (9) трансформуються в Під дією сили інерції верхня та нижня (коренева) частина стебла відхиляються. Верхівка відхиляється під дією сили інерції на ділянках Н3Н4 і L3L4 стебел, а нижні частини відхиляються під дією сили інерції на ділянках Н1Н2 і L1L2 (рис. 4). Наслідки відгину верхньої частини більш небезпечні, оскільки при цьому, крім розтягнення стеблової

Рис. 4. Схема напрямку сил інерції точок стебел льону під час руху в бральному рівчаку: а – вигляд зверху; б – вигляд збоку в перерізі B1B'1 ; в – вигляд збоку в перерізі E'1 E1

стрічки з насіннєвими коробочками, що може призвести до відриву та їх втрати, спостерігається пошкодження (надлом) деревини стебла. Момент сил, який зумовлює відгин верхівки в зоні шківа, дорівнює добутку рівнодійної сили інерції на ділянці Н3Н4 на відстань :

(10)

У зоні ролика момент сил інерції дорівнює

(11)

Якщо , то <. Щоб запобігти значному відхиленню стеблової стрічки, можливому відриву та втраті насіннєвих коробочок значення моменту має бути обмеженим.

Нами проведенj досліди з визначення найбільшого критичного кута відгину стрічки, за якого насіннєві коробочки ще не відриваються. Користуючись одержаними значеннями кута та літературними даними, визначено допустимий згинальний момент стебла [МВ], який дорівнює
25·10-3 Н·м.

Враховуючи цей момент, знаходимо швидкість брального паса :

. (12)

За такої швидкості брального паса стеблова стрічка суттєво не відігнеться.

У дисертації також теоретично проаналізовано процес брання льону поперечною бральною секцією і визначено закономірність зміни довжини частини стебла під бральною секцією залежно від сили, необхідної для витягування кореня стебла з ґрунту, і деформаційних властивостей стебла під час його розтягання. Для цього складено диференційне рівняння в загальному вигляді, яке описує даний процес, і здійснено його розв’язання:

dl = d [ц1(Р)] + d [ц2(Р)], (13)

де ц1(Р) – функція, що визначає залежність частини кореня, який витягається з ґрунту, від сили опору стебла бранню; ц2(Р) – функція подовження стебла від сили розтягу. Функції ц1(Р) і ц2(Р) визначено в дисертації.

Крім того, наведено результати досліджень з визначення необхідного тиску в бральних рівчаках для надійного затискання стебел та їх витягування із ґрунту, а також визначено необхідну силу натягу брального паса.

У третьому розділі „Програма та методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень та описано прилади, обладнання, експериментальні установки і методика проведення досліджень.

Програмою досліджень передбачалось визначення кута відгину вперед центральних стебел при дії на них прутків рухомих подільників у завершальній стадії підведення стебел до початку брального рівчака, дослідження відхилень необмолоченої стеблової стрічки та умов відриву при цьому насіннєвих коробочок від стебел, визначення залежності розтягнутості вибраних стебел від ширини захвату бральної секції, щільності стебел і висоти брання, дослідження впливу швидкості руху агрегату, щільності стеблостою і висоти брання на чистоту брання та випробування вдосконаленого брального апарата в польових умовах.

При проведені експериментів, крім стандартної вимірювальної апаратури, використовували спеціально виготовлений прилад, кутомір, стенд для дослідження відгину необмолоченої стрічки, лабораторну бральну установку, створену на базі бральної частини льонокомбайна ЛК-4У з набором змінних подільників, експериментальний бральний апарат.

Математичним методом планування експерименту досліджували вплив швидкості руху агрегату, щільності стеблостою льону та висоти брання на чистоту брання.

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень” проаналізовано результати експериментальних досліджень.

Кут відхилення центральних стебел визначався під час руху машини та дії на них рухомих прутків подільника. Експериментально встановлено, що він дорівнює 3–22є. Із збільшенням швидкості руху агрегату, щільності стебел та ширини захвату бральної секції він зростає, а із зростанням висоти брання - зменшується.

Відгин стеблової стрічки, що зчеплена насіннєвими коробочками і затиснена в середній частині рівчаком циліндричної форми, супроводжуються розтягом цієї стрічки. Починаючи з деякого значення кута відгину, спостерігається відрив насіннєвих коробочок. Значення цього кута знаходиться в межах від 22 до 31°. За більшої головчастості стебел та їх щільності в стрічці кут відгину насіннєвих коробочок буде мати менше значення. З метою запобігання відриву насіннєвих коробочок від стебел при їх русі в рівчаках циліндричної форми, необхідно підібрати швидкість руху брального паса таким чином, щоб кут відгину стрічки був не більше 10°.

Дослідні дані розтягнутості стебел залежно від щільності стеблостою, висоти брання та ширини захвату бральної секції, одержані в ході польових досліджень, підтверджують правильність теоретичних закономірностей, відповідно до яких розтягнутість стебел зменшується із збільшенням висоти брання та зменшенням ширини бральної секції. Часткове відхилення теоретичних та експериментальних даних пояснюється тим, що теорія розроблена для випадку рівного поля, чого на практиці досягти надзвичайно складно.

Швидкість руху агрегату майже не впливає на розтягнутість стебел, встановлено лише деяке незначне збільшення їх розтягнутості із збільшенням швидкості агрегату.

За допомогою математичного методу планування експерименту отримано регресійну залежність чистоти брання льону ? (%) від швидкості руху агрегату X1 (м/с), щільності стеблостою льону X2 (шт./м2) та висоти брання льону X3 (см)

? = 100,3 – 0,68X1 + 0,00012X2 – 0,028 X3 (14)

Аналізуючи рівняння регресії (11) та побудовані за ним поверхні відгуку (рис.5), можна дійти висновку, що найбільше на чистоту брання льону ? впливає швидкість руху агрегату та висота брання льону (? зростає із зменшенням та ).

Рис. . Поверхня відгуку для чистоти брання льону ? Х3 – 36 см

У п’ятому розділі „Результати польових випро-бувань та ефективність роз-робленого апарата” викладено результати випробувань апарата та розрахунок економічної ефективності. Випробування проводили на Львівській державній зональній маши-новипробувальній станції.

Апарат встановлено на льонокомбайні ЛК-4У, який працював в агрегаті з трактором МТЗ-80. Під час випробувань апарат здійснював брання льону з чистотою 99,2%, а абсолютна розтягнутість стеблової стрічки становили 9 см, тоді як у льонобралки ТЛН-1,5 вона була 16 см. Зменшення розтягнутості стебел значно підвищило якість льонопродукції.

Річний економічний ефект від експлуатації льонозбирального комбайна з удосконаленим бральним апаратом становить 4080 грн.

ВИСНОВКИ

1. Робота присвячена розв’язанню актуальної наукової задачі підвищення якості вибирання стебел льону шляхом вдосконалення конструкції льонобрального апарата, обгрунтування параметрів і режимів його роботи.

Аналіз науково-методичних засад процесу брання льону та визначення параметрів брального апарата з поперечними рівчаками дав змогу встановити, що в чинних бральних апаратах недостатньо обгрунтовано ширину захвату секції, через що не забезпечується необхідна якість брання стебел. Покращення якості брання стебел (в тому числі полеглого та низькорослого льону) можливе завдяки розробці та обгрунтуванню параметрів і режимів роботи льонобрального апарата з поперечними рівчаками.

2. Аналітичні дослідження брання стебел льону бральним апаратом з поперечними рівчаками дозволили визначити взаємозв?язок між складовими операціями цього процесу (нахил стебел і формування пучка подільником, брання стебел бральним апаратом, транспортування до розстиляючого пристрою) та встановити залежність (1) розтягнутості стрічки від висоти брання стебел, ширини захвату бральної секції, параметрів подільників та кута відхилення стебел, що зчеплені насіннєвими коробочками.

3. Теоретично обгрунтована залежність мінімальної висоти стебел льону, за якої можливе його машинне брання, від ширини захвату бральної секції, ширини брального паса і висоти брання дала змогу встановити, що при ширині захвату секції 30-32 см і опущеному бральному апараті до висоти вибирання 3-6 см можна збирати льон завдовжки 30-35 см.

4. На основі дослідження та аналізу руху в бральному рівчаку стебел, що притискаються прутками до рухомого паса в зоні ролика, теоретично обгрунтовано умови транспортування і довибирання невибраних стебел льону, які забезпечуються дією притискних прутків на стебла.

5. На основі моделювання динамічних явищ при транспортуванні стебел бральним апаратом з криволінійними рівчаками виведено умови (6) та (7) недопущення відриву насіннєвих коробочок та обґрунтовано нерівність (12), на основі якої встановлено режими роботи брального паса (2,6 – 2,7 м/с) і відповідні значення швидкості руху машинно-тракторного агрегату (до 10 км/год).

6. Виконані експериментальні дослідження дали змогу встановити допустиме значення кута (10°) відгину стеблової стрічки, затиснутої в криволінійних рівчаках та зчепленої насіннєвими коробочками, до якого унеможливлюється відрив насіннєвих коробочок, а також значення кута відгину центральних (рівновіддалених від вертикальних площин симетрії сусідніх подільників) стебел, значення якого (до 22°) залежить від щільності стеблостою, ширини захвату бральної секції, висоти брання та швидкості руху агрегату.

7. Завдяки моделюванню процесу брання льону та виконанню експериментальних досліджень обгрунтовано раціональну ширину захвату бральної секції 30 – 32 см, а також діаметри шківа 18 – 19 см та ролика 10 – 11 см, і на цій основі вдосконалено конструкцію брального апарата.

8. Виконання за допомогою дослідного зразка брального апарата багатофакторного експерименту дало змогу встановити залежність (14) чистоти брання льону від щільності стебел, швидкості руху агрегату і висоти брання та підтвердити адекватність моделі реальному процесу брання стебел та формування стрічки.

9. Виготовлення та польові випробування вдосконаленого брального апарата з обгрунтованими параметрами підтвердили його працездатність та економічну ефективність. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження однієї розробки становить 4080 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шейченко В.О. О некоторых особенностях движения стеблей льна в зонах неподвижных прутков теребильных ручьев // Зб. наук. пр. УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого. – Вип. 8 (22). – Кн. 1. – Дослідницьке, 2005. - С. 234-240.

2. Шейченко В. Про найменшу висоту стебел льону, при якій можливе їхнє машинне брання // Техніка АПК. – 2006. – № 4. – С. 27-28.

3. Хайліс Г., Шейченко В. О путях уменьшения растянутости стеблей льна при их тереблении // Наук. вісник Нац. аграр. ун-ту. – К.: Вид-во НАУ, 2005. – Вип. 92. – Част. 2. – С. 315-322 (автором виведено теоретичну залежність для визначення абсолютної розтягнутості).

4. Хайліс Г., Шейченко В. Класифікація мобільних льонозбиральних машин в залежності від напрямків руху стеблевої маси // Сільськогосподарські машини: Зб. наук. статей. – Вип. 13. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2005. – С. 227-231 (автором уточнена класифікація мобільних льонозбиральних машин в залежності від напрямку руху стеблової маси).

5. Сидорчук О., Залужний В., Шейченко В. Аналіз стану та перспективи технологій і машин для збирання льону-довгунця // Техніка АПК. – 2004. - № 3. – С. 10-11 (автором проведено аналіз технічних характеристик машин для збирання льону подільним та комбайновим способами).

6. Макаєв В.І., Гілязетдінов Р.Н., Шейченко В.О. Приготування лляної трести способом розстилу на стелищі // Техніка АПК. – 2005. - № 10-11, – С. 22-23 (автором розроблена методика проведення експериментів).

7. Макаєв В.І., Гілязетдінов Р.Н., Шейченко В.О. Технології одержання льонопродукції // Техніка АПК. – 2006. - № 1-2, – С. 30-31 (автором розроблена методика дослідження якості насіння при збиранні льону комбайновою технологією).

8. Патент України на винахід, № 3219. Напівнавісна льонобралка з боковою навіскою / Г.А.Хайліс, В.О.Шейченко, В.Ф.Довгополюк, В.І.Залужний, М.М.Толстушко. – №u20509523; Заяв. 12.10.05; Опубл. 15.03.2006; Бюл. № 3.

АНОТАЦІЇ

Шейченко В.О. Обґрунтування параметрів і режиму роботи льонобрального апарата з поперечними рівчаками. – 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, 2006.

Дисертаційна робота присвячена розробці та теоретичним і експериментальним дослідженням льонобральних апаратів із поперечним розташуванням бральних рівчаків з метою підвищення якості і повноти брання стебел льону. Для вирішення поставлених завдань проаналізовано діючі конструкції льонобральних апаратів, досліджено агротехнічні показники їх роботи, побудовано математичні моделі формування горсток стебел та визначено шляхи зменшення розтягнутості стебел, найменшу їх висоту, при якій машинне брання є доцільним. Проаналізовано динаміку переміщення стебел льону в бральних рівчаках. Визначено сили інерції і величину моментів сил та їх вплив на розтягнутість стебел. Теоретично і експериментально визначено оптимальну ширину захвату бральної секції. Проведено польові випробування і розраховано економічну ефективність використання льонобрального апарата з покращеними агротехнічними показниками.

Ключові слова: льонобральний апарат, горстка стебел льону, бральна ділянка, розтягнутість, льонобральна машина.

Шейченко В. А. Обоснование параметров и режима работы льнотеребильного аппарата с поперечными ручьями. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11. – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Львовский государственный аграрный университет. - Львов, 2006.

Диссертация посвящена разработке и теоретическим, а также экспериментальным исследованиям льнотеребильных аппаратов с поперечным размещением теребильных ручьев с целью повышения качества и полноты теребления стеблей льна. Анализ существующих способов уборки льна и технических средств для их реализации показал, что качество льна – функция многих параметров, важным из которых есть качество технологической операции теребления, которая определяется технико-технологическими характеристиками теребильного аппарата льноуборочной машины. Проведенный анализ научно-методических основ определения параметров теребильного аппарата с поперечными ручьями дал возможность определить, что в нем недостаточно обоснована ширина захвата секции, вследствие чего не обеспечивается необходимое качество теребления стеблей. Улучшение качества теребления стеблей (в том числе полеглого и низкорастущего льна) возможно благодаря разработке и обоснованию параметров и режимов работы льнотеребильного аппарата с поперечными ручьями.

Для решения поставленных задач проведены исследования формирования пучка стеблей льна, а также их движения по криволинейным ручьям льнотеребильного аппарата. В результате выведены теоретические зависимости и получены математические модели рабочего процесса теребления льна, которые позволили установить зависимость растянутости ленты от высоты теребления стеблей, ширины захвата теребильной секции, параметров делителей и сцеплености стеблей семенными коробочками.

Теоретически обоснована зависимость минимальной высоты стеблей, при которой возможно их машинное теребление, от ширины захвата теребильной секции, ширины теребильного ремня и высоты теребления. Определено, что при ширине захвата секции 30-32 см и опущенном теребильном аппарате до высоты теребления 3-6 см вполне возможно убирать лен высотой 30-35 см.

Изложены программа и методика проведения экспериментальных исследований, а также дано описание оборудования, экспериментальной установки.

Для проведения экспериментов использовали стандартизованное, а также оборудование, разработанное и изготовленное самостоятельно, которое наиболее близко соответствовало условиям исследуемого процесса.

Экспериментальное исследование динамического