ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

РОМАНЧЕНКО ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 631.31

Обґрунтування параметрів процесу і

розробка механізму копіювання

гичкозбиральної машини

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2008 Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Козаченко Олексій Васильович,

Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка,

завідувач кафедри технічної експлуатації машин та устаткування.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Гарькавий Анатолій Дмитрович,

Вінницький державний аграрний університет,

завідувач кафедри ЕМТП і РМ;

кандидат технічних наук, доцент

Поляшенко Сергій Олексійович

Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка,

кафедра тракторів і автомобілів.

Захист відбудеться "12" червня 2008 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий "7" травня 2008 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради О.Д. Черенков

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У технології виробництва цукрового буряку збирання врожаю є важливою технологічною операцією. Найбільш поширений двофазний спосіб збирання передбачає викопування коренеплодів з ґрунту після попереднього зрізання гички. Існуючі гичкозбиральні машини не повністю задовольняють зростаючим вимогам виробництва через значні втрати. Так, при роботі серійної гичкозбиральної машини БМ-6Б, яка обладнана механізмом копіювання полозкового типу (МКПТ), відбувається вибивання з ґрунту та пошкодження до 20% коренеплодів.

Проведеним аналізом досліджень збирання цукрового буряку встановлено, що перспективним напрямком підвищення його ефективності є вдосконалення взаємодії МКПТ з голівками коренеплодів. Але у відомих роботах відсутні дослідження стійкості коренеплодів різних геометричних форм при зміні зусилля, що спричиняється механізмом копіювання; для виключення вибивання коренеплодів з ґрунту не встановлено рівень навантаження на копірі. Таким чином, обґрунтування параметрів процесу копіювання голівок коренеплодів з урахуванням їх стійкості в ґрунті та розробка нових технічних засобів, які підвищують його ефективність, є актуальним науково-прикладним завданням для розвитку цукрової галузі України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертаційної роботи покладено теоретичні дослідження та практичні розробки, які виконані за науково-дослідною темою №30/2-96 «Підвищення ефективності і роботоздатності робочих органів бурякозбиральних машин», що виконана за господарчим договором з ВАТ «Тернопільський комбайновий завод». Робота є складовою частиною регіональної програми «Найважливіші проблеми АПК на 2004-2008 роки», зареєстрованої в УкрІНТЕІ під №0108U003062.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності процесу копіювання та зменшення втрат коренеплодів при роботі гичкозбиральних машин шляхом зниження навантаження на коренеплоди. Для досягнення поставленої мети намічені такі завдання:

? проаналізувати технології та технічні засоби копіювання голівок коренеплодів цукрового буряку та обґрунтувати концепцію раціонального удосконалення механізму копіювання серійних гичкозбиральних машин типу БМ-6;

? розробити математичну модель стійкості коренеплодів в ґрунті при дії на них МКПТ;

? розробити методику теоретичного розрахунку навантаження на копірі за умови зниження його на коренеплоди від механізму копіювання;

? обґрунтувати конструктивні параметри розробленого МКПТ, що забезпечують зниження навантаження на коренеплоди, які розташовані високо над ґрунтом;

? провести експериментальні дослідження впливу конструктивних параметрів створеного механізму на якісні показники процесу копіювання коренеплодів;

? провести порівняльні з серійними виробничі випробування розробленого МКПТ, визначити техніко-економічну ефективність його застосування;

? впровадити розроблений МКПТ гичкозбиральної машини у серійне виробництво.

Об’єкт дослідження: процес копіювання коренеплодів цукрового буряку гичкозбиральною машиною, та його зв'язок з конструктивними параметрами механізму копіювання, геометричними характеристиками коренеплодів.

Предмет дослідження: обґрунтування параметрів процесу і розробка механізму копіювання гичкозбиральної машини.

Методи дослідження: основою досліджень є розрахунково-експериментальні методи з використанням чисельного моделювання досліджуваних параметрів процесу копіювання коренеплодів цукрового буряку на базі положень землеробської механіки, теорії ймовірності, математичної статистики із застосуванням програми «MathCAD». Аналіз розроблених математичних моделей здійснено за допомогою прикладних програм для ПК. Лабораторно-польові дослідження проведені за галузевими та розробленими методиками на спеціально спроектованих і виготовлених установках.

Наукова новизна одержаних результатів:

? для оцінки впливу створеного механізму на процес копіювання розроблено математичну модель стійкості коренеплодів в ґрунті, яка вперше враховує залежність горизонтальної складової сили, що діє на коренеплоди, від зміни їх геометричних характеристик, конструктивні параметри розробленого механізму копіювання гичкозбиральної машини [1,8];

? для керування і розрахунку технологічних показників ефективності процесу вперше теоретично визначена можливість зниження навантаження на копірі механізму копіювання при взаємодії з коренеплодами [5,6];

? отримала подальший розвиток теорія обґрунтування конструктивних параметрів механізму копіювання, що забезпечує зниження горизонтальної складової навантаження механізму копіювання на коренеплоди [2,4];

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджено застосуванням законів землеробської механіки, адекватністю розроблених математичних моделей реальним процесам копіювання, позитивними результатами дослідно-виробничої перевірки запропонованої конструкції механізму копіювання та його впровадженням.

Наукове значення роботи полягає в подальшому розвитку теорії стійкості коренеплодів у ґрунті, процесу копіювання МКТП, що дозволило встановити нові закономірності залежності горизонтальної складової сили, що діє на коренеплід, від зміни геометричних параметрів коренеплодів та визначити конструктивні параметри створеного механізму копіювання.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено і виготовлено експериментальний механізм копіювання голівок коренеплодів гичкозбиральної машини, який пройшов виробничі випробування у навчально-дослідному господарстві Липковатівського аграрного коледжу Ново-Водолажського району Харківської області. Дослідження показали перевагу створеного механізму копіювання над серійним за рахунок зменшення кількості вибитих коренеплодів, розташованих високо над ґрунтом. Техніко-економічний ефект від впровадження розробленого механізму копіювання складає 878,6грн на гектар цукрового буряку. Техніко-економічний ефект за рахунок підвищення якості роботи механізму копіювання гичкозбиральної машини та зниження втрат коренеплодів.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи здобувачем одержані особисто. У наукових працях, які виконані у співавторстві, особистий внесок такий: [5] – розроблено математичну модель нелінійної динаміки розробленого механізму копіювання гичкозбиральної машини; [6] – проведено дослідження механізму копіювання гичкозбиральної машини, теоретично обґрунтовано параметри механізму копіювання коренеплодів; [8] – виконано дослідження стійкості коренеплодів у грунті з урахуванням форми та діючого на них навантаження; [9] – приймав безпосередню участь у розробці нової конструкції механізму копіювання голівок коренеплодів і впровадженні у виробництво результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і отримали позитивну оцінку на міжнародних науково-практичних конференціях (МНПК) ХНТУСГ (м. Харків, 1999-2007рр.); на МНПК «Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених» (ХНУ, м. Харків, 2001р.); на МНПК «Технологічне забезпечення сільськогосподарського виробництва»(ТДАТА, м. Мелітополь, 2004р.); на МНПК «Сучасні проблеми землеробської механіки» (ВДАУ, м. Вінниця, 2004р.); на МНПК «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (ДДАУ, м. Дніпропетровськ, 2007р.).

Публікації. Основні результати дисертаційного дослідження опубліковано у 8 публікаціях фахових наукових видань, з яких - 5 одноосібні, одержано патент України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 141 найменувань, з яких 11 іноземною мовою. Основна частина викладена на 166 стор. комп’ютерного тексту і містить 83 рисунки, 16 таблиць та додатків на 68 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів

У першому розділі «Стан та задачі дослідження» проаналізовано технології збирання цукрового буряку та конструкції механізмів копіювання голівок коренеплодів, які використовуються на вітчизняних та зарубіжних машинах, проведено порівняльний аналіз їх якісних показників роботи, визначено мету і завдання роботи.

Аналітичним оглядом літератури встановлено, що існуючі способи і технічні засоби копіювання голівок коренеплодів із застосуванням пасивних МКПТ не повністю відповідають сучасним агротехнічним вимогам. Однією з основних причин цього є надмірне зусилля, що виникає в процесі взаємодії механізму копіювання з голівками коренеплодів і зумовлює вибивання їх з ґрунту.

Вирішенню вказаної проблеми присвячені роботи таких відомих вітчизняних вчених: Ю.Б. Аванесова, Л.В. Погорєлого, П.Ф. Вовка, В.Я. Мартиненка, М.А. Мішина, І.П Сичова, В.Я. Татьянка, В.М. Булгакова, А.Д. Гарькавого, Л.П. Середи О.В. Ямкова, С.В. Чернявського, А.А. Василенко, Є.С. Босого, Б.П. Шабельника, М.М. Зуєва та інш. Дослідженнями агрофізичних властивостей коренеплодів та оптимізацією параметрів гичкозрізуючих апаратів займався В.Я. Татьянко. Дослідженнями В.М. Булгакова створено теорію вільних поперечних коливань у ґрунті коренеплоду за вібраційного його викопування. Однак теоретичних досліджень визначення рівня навантаження на копірі з урахуванням геометричних характеристик форми коренеплодів проведено недостатньо. Разом з тим, є важливим дослідження фізико-механічних властивостей цукрового буряку, що пов’язані з копіюванням голівок коренеплодів в напрямку зменшення навантаження на коренеплоди.

На основі проведеного аналізу відомих робіт сформульовано напрямки подальших досліджень. Доцільно провести дослідження в напрямку удосконалення процесу взаємодії механізму копіювання з коренеплодами, з метою зменшення зусилля на коренеплоди для запобігання їх вибивання з ґрунту.

У другому розділі «Теоретичні дослідження впливу фізико-механічних характеристик коренеплодів на конструктивні параметри механізму копіювання гичкозбиральної машини» досліджено вплив фізико-механічних характеристик коренеплодів на їх стійкість у ґрунті. Розроблена математична модель стійкості коренеплодів у ґрунті дозволила дослідити залежність горизонтальної складової сили навантаження в широкому діапазоні зміни геометричних параметрів коренеплодів.

При дослідженні впливу фізико-механічних характеристик на стійкість, коренеплід розглянуто як жорстке тіло обертання, що розташоване в ґрунті (рис. 1).

Рис. 1. Розрахункова схема коренеплоду у вигляді тіла обертання: ? довжина коренеплоду; ? довжина, відповідно, надземної і підземної частин; ? координата перерізу (в підземній частині змінюється від 0 до); ? радіус перерізу при; ? система координат, яка пов’язана з коренеплодом; ? точка на поверхні буряка; ? нормаль на поверхні; ? циліндричні координати; ? кут між дотичною до твірної та віссю; ? кут відхилення коренеплоду при зміщенні

При прикладанні навантаження з боку механізму копіювання гичкозбиральної машини коренеплід відхиляється від вертикального положення на величину при, залишаючись нерухомим на початку координат. Кожен вищерозташований переріз коренеплоду відхиляється на величину, яка пропорційна. Форма підземної частини задається функцією. Довільно взята т. поверхні коренеплода задається декартовими координатами або циліндричними, причому:

при (1)

Рівняння поверхні задається виразом. Як вектор нормалі до поверхні прийнято одиничний вектор , який визначається за формулою:

, (2)

де, в загальному випадку, у випадку конічної форми поверхні коренеплоду -, де,.

Елементарна площа поверхні поблизу т. обчислюється за формулою:

. (3)

Під дією сили, яка прикладена в т. А в напрямку осі, коренеплід обертається навколо осі на кут. Вектор переміщення в рухомій системі задається такими координатами:

. (4)

Для розрахунків сил, які діють на елементарну площадку, прийнято такі припущення: 1) коренеплід не деформується; 2) т. є нерухомою; 3) переміщення елементарної площадки є поступальним; 4) розподільче навантаження, що діє на елементарну площину, можна представити у вигляді суми нормальної та дотичної складових; 5) щільність нормального напруження складається з попереднього напруження та напруження, яке обумовлене деформацією ґрунту при переміщенні коренеплоду; 6) напруження пропорційне проекції вектора переміщення на нормаль до елементарної площини в деформованому стані; 7) дотичні напруження пропорційні нормалям з коефіцієнтом тертя. Вектор дотичних напружень лежить в площині векторів, і перпендикулярний вектору нормалі; 8) нормальні напруження не можуть мати від’ємних значень.

В силу зроблених припущень, вектор розподіленого навантаження, який діє на поверхню коренеплоду, визначається за формулою:

, (5)

де.

Момент сили відносно осі визначається як. Момент розподіленого по поверхні коренеплоду навантаження відносно осі розраховується за формулою:

. (6)

Форму підземної частини коренеплоду прийнято конічною, тому припускаємо, що, де зумовлює відхилення від форми конуса. Для апроксимації використані наступні функції: і,. Проведено теоретичні дослідження впливу відхилення поверхонь обертання від конічної форми на горизонтальну складову сили згідно з означеною класифікацією (рис.2).

На підставі досліджень (6) виявлено вплив зміни форми коренеплодів на горизонтальну складову сили і побудовано графічні залежності вказаної сили від коефіцієнтів форми - та - при різних значеннях відхилення (рис. 3). Аналізом отриманих залежностей встановлено, що випукла форма коренеплодів призводить до збільшення горизонтальної складової сили (рис. 3,а). При збільшенні параметра збільшується довжина вгнутої частини, а горизонтальна сила зменшується (рис. 3,б).

Якщо поверхня підземної частини коренеплодів має конічну форму, то взявши суму навантажень на поверхні коренеплоду відносно осі , з

рівняння моментів навколо т. О визначено залежність горизонтальної сили від відхилення, яка після перетворень має такий вигляд:

. (7)

Якщо припустити, що і у всіх точках поверхні коренеплоду не є від’ємними, то інтеграл (7) можна визначити у замкнутому вигляді. Враховуючи складові вектора розподіленого навантаження:

; (8)

одержано залежність для розрахунку горизонтальної сили , яка діє на елементарну площадку:

, (9)

де, Н/м2 ;, Н/м3– коефіцієнти, що визначаються за експериментальними даними; ? коефіцієнт тертя ковзання; ? коефіцієнт пружності ґрунту, Н/м2;.

Реалізацією одержаної математичної моделі (рис. 4) встановлено,

що найбільш впливовими показниками стійкості коренеплодів є їх висота розташування над поверхнею ґрунту та довжина. Так, при збільшенні показника до 0,10м горизонтальна складова сила зменшується від 400 до 150Н, при збільшенні довжини коренеплодів до 0,5м горизонтальна складова сила змінюється в межах 90Н до 490Н, що зумовлює відхилення коренеплодів S від вертикального положення в межах від 0,01 до 0,06м.

Встановлено, що в розглянутому діапазоні зміни параметрів коренеплодів відносна похибка при використанні (9) не перевищує 2%. Закономірність зміни сили в функції відхилення верхівки коренеплоду, визначена згідно з (9), відрізняється від експериментальної на 5?8% (рис. 5), що є припустимим з урахуванням широкого діапазону зміни характеристик коренеплодів.

Необхідно відмітити, що теоретично при горизонтальна складова сили не може дорівнювати 0. За аналогією з тілом, яке переміщається по поверхні, його рух починається тільки після того, коли рушійна сила перевищує силу тертя спокою.

При дослідженні залежності від висоти розташування коренеплодів над поверхнею ґрунту відносна похибка складає 1,2% і зростає при збільшенні. В цьому випадку довжина підземної частини коренеплоду зменшується, параметр (відношення радіуса конуса до його висоти) зростає, а це призводить до збільшення впливу нелінійних ефектів. При дослідженні від радіуса коренеплоду відносна похибка складає 1,1% і зростає при збільшенні внаслідок збільшення впливу нелінійного ефекту. Враховуючи вище сказане слідує вимога до механізму копіювання про зниження бокового зусилля при копіюванні високо розташованих коренеплодів без зниження якості копіювання.

У третьому розділі «Програма і методика експериментальних досліджень» » викладено програму експериментальних досліджень, наведено методику їх проведення з описом приладів та розробленого обладнання.

Програмою експериментальних досліджень було передбачено:

? визначення залежності зміни горизонтальної складової сили дії механізму копіювання на коренеплоди від довжини зменшення верхньої тяги чотириполюсника механізму копіювання;

? визначення залежності зміни горизонтального та вертикального зазорів між копіром та ножем від довжини зменшення верхньої тяги чотириполюсника механізму копіювання;

? визначення відхилення коренеплодів від вертикального положення при дії на них механізму копіювання;

? порівняння результатів отриманих при теоретичному і експериментальному дослідженнях механізму копіювання.

Лабораторні дослідження проведено в ґрунтовому каналі (рис. 6) з використанням запропонованого стенда (рис. 7).

Рис. 6. Загальний вигляд ґрунтового каналу з обладнанням

За допомогою силового пристрою 10 каретка 1 рухається з робочою швидкістю машини 2,2 м/с по ґрунтовому каналу. Копір 3, який знаходиться на каретці, з початковим кутом атаки 24° взаємодіє з імітатором коренеплоду 6. Рухомий важіль 8 імітатора коренеплоду при допомозі вертикальної стойки 11 і болтового з’єднання 12 встановлюється на висоті від 0,01м до 0,12м з шагом 0,01м відносно ґрунту в ґрунтовому каналі. Висота підйому копіра і значення відхилень важеля 8 від вертикального положення при навантаженні на нього зі сторони копіра фіксується тензодатчиками 4. Сигнал від тензодатчиків через перетворювачі передаються до персонального комп’ютера.

Програмою польових досліджень передбачено методом порівняння кількості вибитих та похилених коренеплодів визначити ефективність роботи серійного і розробленого механізмів копіювання.

У четвертому розділі «Результати експериментальних дослідження розробленого механізму копіювання на базі гичкозбиральної машини БМ-6Б» проведено кінематичний аналіз серійного та розробленого механізмів копіювання. Дослідженнями кінематики руху копіра і ножа встановлена залежність - горизонтального «а» та вертикального «в» зазорів і кута атаки копіра від параметрів механізму копіювання (рис. 8). Розроблено математичну модель навантаження коренеплоду горизонтальною силою копіра залежно від висоти його підйому і величини зменшення довжини верхньої тяги чотириполюсника механізму копіювання.

Дослідженнями кінематики руху копіра і ножа серійного механізму копіювання встановлено, що з підйомом копіра до =0,12м горизонтальний зазор змінюється від 0,05м до 0,045м, а вертикальний зазор ? від 0,005м до 0,034м. Кут атаки копіра зі збільшенням висоти підйому механізму є незмінним. При зміні показника в розробленому механізмі копіювання в межах від 0,01м до 0,03м при підйомі копіра забезпечується зміна горизонтального зазору «а» від 0,05м до 0,07м, а вертикального «в» - від 0,005м до 0,04м. При цьому кут атаки копіра при =0,12м та =0,03м зменшується від 24° до 18° (рис. 9).

Отримані розрахункові дані кута атаки копіра апроксимовані залежністю:

, (10)

де ? кут атаки копіра у вихідному положенні, рад.; А=4,42 – зрівнювальний коефіцієнт (отримано методом найменших квадратів); ? величина зменшення довжини верхньої тяги чотириполюсника, м; ? висота підйому копіра, м.

Виходячи з (10), горизонтальну складову сили, яка сприяє вибиванню коренеплодів із ґрунту, отримано у вигляді:

, (11)

де ? динамічний коефіцієнт копіювання коренеплодів, м-1; ? приведена до копіра вага рухомих частин апарата, Н·с2/м; ? швидкість руху машини, м/с.

Дослідженнями (11) встановлено, що зміна параметра на 0,03м при переміщенні копіра у верхнє положення (=0,12м) при зменшенні кута атаки копіра на 6° дозволяє зменшити горизонтальну складову навантаження на коренеплід з боку механізму копіювання на 68Н. Це дало можливість понизити тиск пасивного полозкового копіра на коренеплід, що запобігає вибиванню коренеплодів, які високо розташовані над рівнем ґрунту.

Встановлено, що при підйомі копіра у верхнє положення (м) горизонтальна складова сили зменшується з 368Н до 299,6Н при зменшенні параметра до 0,03м (рис. 10). Збільшення параметра з кроком 0,01м зумовлює зміну горизонтальної складової сили від 10,2Н до 17,1Н на кожні 0,03м підйому копіра.

Значення горизонтальної складової сили, одержані експериментальним шляхом, співпадають з результатами теоретичних досліджень з розбіжністю 3?5%, що підтверджує адекватність (11).

Експериментально встановлено, що відхилення коренеплодів від вертикального положення залежить від висоти розташування коренеплодів над рівнем ґрунту (рис. 11). Відхилення коренеплодів від вертикального положення при дії на них механізму копіювання змінюється в межах від 0 до 0,06м при висоті розташування коренеплодів над рівнем ґрунту до 0,12м. Розташування коренеплодів над рівнем ґрунту в межах від 0,06 до 0,08м зумовлює їх відхилення від вертикального положення 0,05…0,06м. Зменшення кількості вибитих і похилених коренеплодів поліпшило якість процесу їх викопування коренезбиральною машиною.

У п’ятому розділі «Практична реалізація досліджень» запропоновані технічні рішення з підвищення ефективності роботи механізму копіювання гичкозбиральної машини БМ-6Б. Проведено розрахунок економічної ефективності від впровадження розробленого механізму копіювання.

Створений механізм копіювання [9] виготовлено на ВАТ «Тернопільський комбайновий завод». Він пройшов виробничі випробування у навчально-дослідному господарстві Липковатівського аграрного коледжу Харківської області. Сумарне напрацювання механізму склало 200га. За результатами виробничих випробувань з 2004р. розроблений механізм копіювання впроваджено в серійне виробництво ВАТ «Тернопільський комбайновий завод».

Дослідженнями роботи розробленого механізму копіювання коренеплодів в польових умовах підтверджено його ефективність ? відсутність вибивання із ґрунту високо розташованих коренеплодів та зменшення на 2,4% кількості похилених коренеплодів на гектар у порівнянні з серійним.

Економічний ефект, одержаний за рахунок зниження втрат вибитих і похилених коренеплодів, складає 878,6грн/га.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в створеному математичному моделюванні процесу копіювання розробленим механізмом як процесу нелінійної динаміки регульованого навантаження коренеплодів копіром гичкозбиральної машини. Це дозволило впровадити його в серійне виробництво ВАТ «Тернопільський комбайновий завод».

1. Проведеним аналізом результатів досліджень технології та засобів збирання цукрового буряку встановлено, що існуючі гичкозбиральні машини призводять до значних втрат через вибивання коренеплодів з ґрунту. Одним із перспективних напрямків скорочення втрат є зменшення горизонтальної сили дії механізму копіювання гичкозбиральної машини на коренеплоди. При виконанні функції призначення це сприяє зменшенню вибивання коренеплодів з ґрунту і збільшенню повноти збирання врожаю.

2. Для встановлення закономірностей взаємодії механізму копіювання гичкозбиральної машини з коренеплодами різних геометричних форм побудовано математичну модель стійкості їх в ґрунті, якою визначено горизонтальну силу навантаження від копіра. Дослідженнями створеної математичної моделі, встановлено, що найбільший вплив на стійкість здійснює довжина коренеплоду та висота його розташування над ґрунтом. При збільшенні до 0,10м горизонтальна складова сила навантаження зменшується від 400 до 150Н. При збільшенні до 0,5м сила змінюється в межах від 90Н до 490Н, що зумовлює відхилення коренеплодів S від вертикального положення від 0,01 до 0,06м. Визначено вимоги до механізму копіювання коренеплодів щодо необхідності зниження горизонтальної складової сили копіра на розташовані високо коренеплоди шляхом зміни конструкції серійної паралелограмної підвіски.

3. Дослідженнями розробленої математичної моделі залежності горизонтальної складової сили від зміни довжини верхньої тяги чотириполюсника та висоти підйому механізму копіювання встановлено закономірності зміни навантаження на копірі при виконанні технологічного процесу. Визначено конструктивні параметри механізму, що забезпечують зменшення горизонтального зусилля на коренеплоди: діапазон змін становить 0,01…0,03м; кут атаки копіра =24°…18°.

4. За результатами експериментальних досліджень копіювання коренеплодів цукрового буряку визначено оптимальні параметри механізму, що забезпечують зменшення вибивання з ґрунту розташованих високо коренеплодів: зменшення довжини верхньої тяги підвіски =0,03м; кут атаки копіра =18°; горизонтальний зазор 0,05м; вертикальний зазор між ножем і копіром 0,005м. Цим значенням відповідає зменшення горизонтальної сили дії копіра на коренеплід ?=68Н. Підтверджено адекватність математичних моделей процесу копіювання та стійкості коренеплодів у ґрунті.

5. Виробничі випробування розробленого механізму копіювання, встановленого на серійній гичкозбиральній машині БМ-6Б, підтвердили його функціональну роботоздатність при виконанні технологічного процесу, а також зменшення дії горизонтальної складової сили копіра відсутністю вибитих коренеплодів з ґрунту та зменшення на 2,4% кількості похилених.

6. За результатами проведених досліджень та виробничих випробувань розроблений механізм копіювання впроваджено у серійне виробництво гичкозбиральних машин БМ-6Б на ВАТ «ТеКЗ».

Економічний ефект при збиранні цукрового буряку із застосуванням створеного механізму копіювання в навчально-дослідному господарстві Липковатівського аграрного коледжу Харківської області склав 878,6грн/га.

Список Основних опублікованих праць

за темою дисертації

1. Романченко В. Н. Исследование факторов, влияющих на устойчивость в почве корнеплодов сахарной свеклы //Вестник Харьковского государственного политехнического университета. –Харьков: ХГПУ. 1999. Вып. 75. ? С. 121-123.

2. Романченко В.М. Шляхи удосконалення робочих органів гичкозбиральних машин //Вісник Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна.: Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених. – Харків: ХНУ, 2001. ? Ч, 1. №506 - С. 324-327.

3. Романченко В.М. Підвищення функціональної здатності механізму копіювання гичкозбиральних машин //Вестник Харьковского национального технического университета "ХПИ". - Харьков: НТУ «ХПИ», 2002. Т. 2, №6– С. 56-60.

4. Романченко В.М. Удосконалення механізму копіювання гичкозбиральної машини БМ-6Б //Вісник ХДТУСГ: Механізація сільськогосподарського виробництва. – Харків: ХДТУСГ, 2003. Вип.21. – С. 399-402.

5. Козаченко О.В., Сичов І.П, Романченко В.М. Аналіз динаміки удосконаленого механізму копіювання гичкозбиральної машини // Праці Таврійської державної аграрної академії. – Мелітополь: ТДАА, 2004. Вип. 21. –С.82-88.

6. Козаченко О.В., Романченко В.М. Обґрунтування параметрів і розробка механізму копіювання гичкозбиральної машини: //Вісник ХНТУСГ. – Харків: ХНТУСГ, 2006. Вип.41. – С. 52-56.

7. Романченко В.М. Результати господарських випробувань дослідного зразка копіювального механізму гичкозбиральної машини БМ-6Б //Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка: Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні. – Харків, ХНТУСГ, 2005. Вип. 40. – С. 300-303.

8. Козаченко О.В., Романченко В.М. Теоретичні дослідження стійкості коренеплодів у ґрунті з урахуванням форми та діючого на них навантаження //Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка: Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні:. – Харків: ХНТУСГ, 2007. Т. 2, Вип. 67. – С. 184-190.

9. Пат. 53349А Україна, МКВ А01Д23/02. Механізм копіювання голівок коренеплодів /Маланчин А.М., Козаченко О.В., Сичов І.П., Романченко В.М. (Україна). – №2002053715; заявл. 07.05.2002; опубл. 15.01.2003, Бюл. №1.

Анотації

Романченко В.М. Обґрунтування параметрів процесу і розробка механізму копіювання гичкозбиральної машини. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка. Харків, 2008.

У дисертації вирішено наукове завдання, яке спрямоване на підвищення ефективності збирання цукрових буряків шляхом зниження втрат цукрової сировини в процесі роботи гичкозбиральних машин за рахунок зниження кількості пошкоджених та вибитих розташованих високо коренеплодів. Для встановлення закономірностей взаємодії механізму копіювання гичкозбиральної машини з коренеплодами різних геометричних форм побудовано математичну модель стійкості коренеплодів у ґрунті, яка дозволяє визначати горизонтальну силу навантаження копіру для широкого діапазону зміни їх геометричних параметрів. Розроблено математичну модель залежності горизонтальної складової сили від зміни довжини верхньої тяги чотириполюсника механізму копіювання та висоти його підйому. Встановлено закономірності зміни навантаження на копірі за умови зниження його на коренеплоді при виконанні технологічного процесу. Визначено параметри механізму, що забезпечують зменшення горизонтального зусилля на коренеплоди ?=68Н: діапазон змін довжини верхньої тяги підвіски становить 0,01…0,03м; кут атаки копіра =24°…18°. Технічні розробки впроваджено у серійне виробництво на ВАТ «Тернопільський комбайновий завод». Економічна ефективність від впровадження удосконаленого механізму складає 878,6грн/га.

Ключові слова: гичкозбиральна машина, коренеплоди, грунт, процес та механізм копіювання, ефективність.

Романченко В.Н. Обоснование параметров процесса и разработка механизма копирования ботвоуборочной машины. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко. Харьков, 2008.

В диссертации решена научная задача, направленная на повышение эффективности уборки сахарной свеклы путем снижения потерь в процессе работы ботвоуборочных машин за счет снижения количества поврежденных и выбитых высокорасположенных корнеплодов.

Системный анализ научно-технических, патентно-лицензионных литературных источников показал, что существующие способы и механизмы копирования корнеплодов ботвоуборочных машин, которые оснащены механизмом копирования полозкового типа, не обеспечивают требованиям современных агротехнических стандартов относительно потерь и повреждения корнеплодов сахарной свеклы во время уборки.

Анализом математических зависимостей, которые описывают процесс копирования корнеплодов, определена многофункциональная связь конструктивных параметров механизма копирования с режимом его работы, а также с физико-механическими свойствами корнеплодов.

Потери сахарной массы при уборке урожая свеклоуборочноми комбайнами отечественного производства превышают 8-10%, а при неблагоприятных погодных условиях 15-20%. По статистическим данным около 79,5% корнеплодов сахарной свеклы в процессе выращивания располагаются выше уровня грунта. Радиус корнеплодов изменяется в пределах 0,03…0,06м. Одним из основных эксплуатационных недостатков механизма копирования полозкового типа, которыми оснащены серийные ботвоуборочные машины есть то, что при увеличении неравномерности высоты их расположения над уровнем грунта, работа указанных механизмов усложняется, вызывая потери урожая в результате того что, горизонтальная составляющая сила превышает 360-370Н.

Проведена оценка влияния геометрических параметров корнеплодов на горизонтальную составляющую силы, которая воздействует на корнеплод со стороны пассивного копира. Разработана математическая модель стойкости корнеплода в почве, которая позволяет исследовать зависимость горизонтальной составляющей силы в широком диапазоне изменения параметров корнеплодов. На основании существующих экспериментальных данных обоснована адекватность разработанной модели, в которой учтена широкая вариация размерных характеристик корнеплодов. Предложен переход от паралелограмной подвески механизма копирования к подвеске с регулируемой длиной верхней тяги. Разработана математическая модель влияния горизонтальной составляющей силы копира на корнеплод, которая учитывает факторы: угол атаки копира к горизонту, изменения длины верхней тяги подвески механизма копирования, высоту корнеплода над уровнем почвы. Проведены экспериментальные исследования взаимодействия горизонтальной составляющей силы на корнеплоды, которые указывают, что уменьшение угла атаки копира от 24° до 18° обеспечивает снижение силы действия на корнеплод со стороны копира на 68Н, при уменьшении длины верхней тяги механизма подвески на 0,03м.

Экспериментально определено, что отклонение корнеплодов от вертикального положения зависит от высоты расположения корнеплодов над уровнем почвы. Отклонение корнеплодов от вертикального положения при воздействии на них механизма копирования изменяется в пределах 0…0,06м, при высоте размещения корнеплодов над уровнем почвы до 0,12м. Размещение корнеплодов над уровнем почвы в пределах от 0,06…0,08м обуславливает их отклонение от вертикального положения 0,05…0,06м. Исследованиями работы предложенного механизма копирования корнеплодов в полевых условиях подтверждена его эффективность ? отсутствие выбивания из почвы высоко расположенных корнеплодов и уменьшение на 2,4% количества наклоненных корнеплодов на гектар в сравнении с серийным. Технические разработки внедрены на ОАО «Тернопольский комбайновый завод». Экономический эффект при использовании усовершенствованного механизма копирования составляет 878,6грн/га.

Ключевые слова: ботвоуборочная машина, корнеплоды, грунт, процесс и механизм копирования, эффективность.

Romanchenko V. M. A substantiation of parameters of process and development of the copying mechanism of the haulm gatherer. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.05.11 - machine and means of mechanization of agricultural manufacture. - Kharkov national technical university of an agriculture, named Peter Vasilenko. - Kharkov, 2008.

In the dissertation the scientific problem directed on increase to efficiency of gathering of sugar-beet by reduction of losses during work of the haulm gatherer at the expense of decreasing of number of damaged and dislodged highly located edible roots is solved. The system analysis of scientific and technical, patent sources has shown, that existing ways and the mechanisms of root copying of haulm gatherer with the mechanism of copying such as skid do not provide the agrotechnical standards concerning losses and damages of root of sugar-beet during harvesting. The mathematical model of process of root copying, acting above a surface of ground is constructed. The multifunctional relation of design data of the mechanism of copying and mode of its work with physics and mechanical of root parameters is determined. The influence of root geometrical parameters on a horizontal component of force is established which influences on root on the part of passive replica mechanism. The laws of change of loading on replica from conditions of its incidence on root are established. The parameters of the mechanism are proved which provide reduction of horizontal effort on root P=68 N: a range of change of lengths of the top draft of a suspension bracket makes 0.01.. 0.03 m; a corner of an inclination =24 .. 18. The technical development are introduced into serial manufacture in OAO "Ternopol combine factory". The economic efficiency from introduction of the advanced mechanism has made 878.6 grn on hectare. Key words: haulm gatherer, sugar-beet root, ground, process of copying, mechanism of copying, efficiency.