ЛУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПАВЕЛЧАК Ольга Богданівна

УДК 631.356.2

РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЙ ТА ОБГРУНТУВАННЯ

ПАРАМЕТРІВ ОЧИСНИКІВ КОРЕНЕПЛОДІВ

05.05.11 – Сільськогосподарські машини

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луцьк – 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Тернопільській академії народного господарства,

Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент,

ГЕВКО Роман Богданович–

Тернопільська академія народного

господарства, завідувач кафедри

машини і обладнання АПК.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

ГАРЬКАВИЙ Анатолій Дмитрович,

Вінницький державний сільськогосподарський

інститут, завідувач кафедри експлуатації МТП і ремонту машин;

кандидат технічних наук, доцент,

КОЗІБРОДА Ярослав Іванович,

Тернопільський державний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка,

доцент кафедри загальнотехнічних дисциплін.

Провідна установа: Львівський державний аграрний університет,

кафедра сільськогосподарських машин,

Міністерство освіти і науки України,

м. Дубляни.

Захист відбудеться 22.12.2000 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 32.075.01 при Луцькому державному технічному університеті за адресою: 43018, м.Луцьк, вул.Львівська,75.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Луцького державного технічного університету за адресою: 43018, м.Луцьк, вул.Львівська,75.

Автореферат розісланий 20.11.2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ДІДУХ В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розробка сучасних бурякозбиральних машин пов'язана з підвищенням їх експлуатаційних показників при високому рівні якості виконання технологічного процесу, що в основному визначає технічний рівень коренезбиральної техніки, розвиток і виробництво якої в Україні за останні десять років ведеться надзвичайно повільно. Вітчизняні машини, в номінальних умовах експлуатації, за показниками роботи, поступаються зарубіжним, а в екстремальних – допускають значні пошкодження та забруднення коренеплодів. Зарубіжна техніка, яка не пристосована до важких грунтів і умов збирання в Україні, в екстремальних умовах досить часто працює незадовільно.

Підвищення показників якості роботи очисників, які разом з копачами є основними робочими органами бурякозбиральних машин, повинно вирішуватись комплексно, на основі аналізу процесів взаємодії коренеплодів з поверхнями елементів очисників, що дозволить на більш високому науково-практичному рівні здійснювати вибір раціональних параметрів нових робочих органів.

Тому розробка конструкцій очисників та обгрунтування їх раціональних параметрів дозволить підвищити технічний рівень бурякозбиральних машин, що на даний час є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роз-робка робочих органів очисників і обгрунтування їх параметрів проведені у відповідності з темами Тернопільської академії народного господарства та СКБ ВАТ "Тернопільський комбайновий завод", а також цільової комплексної програми "Національна програма розробки і виробництв технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості", затвердженої Кабінетом Міністрів від 7.03.1996р.

Мета роботи. Покращення якості сепарації та зниження рівня пошкоджень коренеплодів шляхом розробки конструкцій та обгрунтування раціональних параметрів очисників-транспортерів бурякозбиральних машин.

Завдання досліджень. Проведення комплексних досліджень для визначення глибини пошкоджень тіла коренеплодів при їх сепарації, розробка нових методик проведення експериментальних досліджень, а також обгрунтування раціональних параметрів очисників-транспортерів.

Об'єкт дослідження. Робочі органи бурякозбиральних машин та процеси їх взаємодії з коренеплодами цукрових буряків.

Предмет дослідження. Очисники коренеплодів і вибір їх конструктивно-кінематичних параметрів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження виконувались з використанням основних положень вищої математики, теоретичної механіки, математичної статистики та теорії ймовірності. Аналіз математичних моделей здійснювався за допомогою розроблених програм на ЕОМ. Експериментальні дослідження проводились в лабораторних і польових умовах при застосуванні спеціально розробленого імітатора коренеплоду, а також на спроектованому та виготовленому стенді. Досліди проводились за планом повнофакторного експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів. Визначено розподіл ймовірності виникнення центральних і бокових ударів на поверхні тіла цукрових буряків при їх взаємодії з робочими органами очисників від контакту окремих поверхонь коренеплодів, їх розмірних характеристик із врахуванням налиплого грунту. Встановлено межі раціональних конструктивно-кінематичних параметрів скребкового очисного транспортера з криволінійною траєкторією руху полотна шляхом розв'язку диференціальних рівнянь переміщення коренеплодів по поверхні скребків та їх взаємодії з прутковим полотном. Визначено раціональні конструктивні параметри модернізованих скребків очисних транспортерів. Встановлена залежність глибини пошкоджень тіла коренеплода від їх маси, швидкості ударної взаємодії з робочим органом, а також форми сепаруючої поверхні. Встановлено закономірності зміни кількості відсепарованих домішок від параметрів очисного транспортера.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами досліджень розроблена конструкція очисного скребкового транспортера з криволінійною трасою розташування скребкового полотна та наведені табличні значення його раціональних конструктивно-кінематичних параметрів. На основі реалізації повнофакторного експерименту виведена регресійна залежність, яка дає змогу оцінити глибину пошкодження тіла коренеплода від параметрів його ударної взаємодії з робочим органом. Для практичного використання розроблена принципово нова методика визначення ступеня пошкодження коренеплодів на основі розробленого їх імітатора, яка дозволяє проводити дослідження параметрів машин в процесі їх модернізації не залежно від сезону збирання цукрових буряків. Технічна новизна розроблених конструкцій очисників підтверджена 3-ма рішеннями НДЦПЕ про видачу патентів України на винаходи. Конструкція пруткового полотна (заявка №98105211 від 02.10.1998р.), впроваджена у вивантажувальному транспортері коренезбиральної машини КБ-6, яку виготовляє ВАТ "ТеКЗ".

Особистий внесок здобувача. У теоретичних дослідженнях визначено ймовірності виникнення центральних і бокових ударів на окремих поверхнях тіла цукрових буряків при їх взаємодії з робочими органами. Складені диференціальні рівняння руху коренеплодів по поверхні скребків очисного транспортера. Виведені аналітичні залежності для визначення раціональних конструктивних параметрів модернізованих скребків очисних транспортерів. В розроблених методиках автором запропонована схема розташування обгорток імітатора, ідея дослідного стенда, а також спосіб визначення ступеня пошкодження коренеплодів (на основі застосування імітатора) при робочому та холостому режимі роботи коренезбиральної машини. Експериментальні дослідження та обробка їх результатів здобувачем проведено самостійно. В двох технічних рішеннях, які розроблені на рівні винаходів, частка кожного автора є рівноцінною. Дві статті у фахових виданнях, а також одне рішення НДЦПЕ про видачу патенту України на винахід є одноосібними.

Апробація роботи. Основні положення виконаних досліджень доповідались і обговорювались: на науково-практичних конференціях факультету механізації сільського господарства Національного аграрного університету (1999, 2000рр.); на засіданні науково-технічної ради СКБ ВАТ "ТеКЗ" (2000р.); на 4-й науково-технічній конференції Тернопільського державного технічного університету (2000р.); на розширеному засіданні кафедри "Земельних відносин і технологічних дисциплін" Тернопільської академії народного господарства (2000р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 друкованих праць, з яких п'ять статей у фахових виданнях. Технічна новизна розробок підтверджена 3-ма рішеннями НДЦПЕ про видачу патентів України на винаходи по заявках (№98094907 від 18.09.1998р., №98105212 від 02.10.1998р., №98105211 від 02.10.1998р.).

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел з 145 найменувань і додатків. Повний обсяг дисертації складає 166 сторінок. Основний зміст дисертації викладений на 148 сторінках та містить 10 таблиць і 43 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, подана загальна характеристика дисертації та основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі проведений аналіз процесів і машин для механізованого збирання коренеплодів, а також визначені основні напрямки підвищення їх технічного рівня. На основі проведеного аналізу існуючих методик визначення ступеня пошкодження та сепарації коренеплодів встановлено, що вони є досить трудомісткими і можуть застосовуватися лише в сезон збирання врожаю, що обмежує терміни проведення пошукових досліджень щодо підвищення технічного рівня нових машин.

Вагомий вклад в розробку нових робочих органів очисників коренеплодів, методик дослідження, а також визначення їх оптимальних конструктивно-кінематичних параметрів внесли відомі вчені П.М.Василенко, Л.В.Погорілий, М.В.Татьянко, В.С.Глуховський, О.О.Василенко, В.В.Брей, Б.М.Гевко, Б.П.Шабельник, В.М.Булгаков, М.М.Хелемендик, Ю.Б.Аванесов, С.А.Топоровський, І.М.Серебряков, Г.Д.Петров, В.А.Хвостов, А.Г.Цимбал, П.В.Савич, П.І.Сичов, А.К.Сарапулов, Р.М.Рогатинський, Р.Б.Гевко, Я.І.Козіброда, В.Я.Мартиненко, І.Г.Ткаченко та ін.

Аналіз відомих досліджень процесів роботи збиральних машин показав, що сильні механічні пошкодження коренебульбоплодів виникають у зв'язку з недосконалістю очисників, схем їх розташування в компоновках машин, а також неправильним вибором їх конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи.

Для покращення процесів роботи очисників коренеплодів сформульовані наступні завдання досліджень:

-провести теоретичні дослідження для визначення ймовірності взаємодії найбільш травмонебезпечних поверхонь коренеплодів з робочими органами, відносно яких необхідно здійснювати вибір оптимальних конструктивно-кінематичних параметрів очисників;

-теоретично обгрунтувати конструктивно-кінематичні параметри скребкового транспортера з криволінійною траєкторією руху пруткового полотна;

-розробити прості методики для визначення ступеня пошкодження коренеплодів робочими органами машин;

-провести комплекс лабораторних і польових досліджень для визначення раціональних параметрів очисників коренеплодів.

У другому розділі проведено теоретичне обгрунтування розподілу ймовірностей виникнення центральних і бокових ударів на поверхні тіла цукрових буряків при їх взаємодії з робочими органами очисників від контакту окремих поверхонь коренеплодів, їх розмірних характеристик і з врахуванням налиплого грунту. На основі проведеного аналізу встановлено, що ймовірність виникнення центрального удару в незахищену конусну поверхню тіла коренеплода з довжиною твірної від 0 до L/4 від вершини конуса є найбільшою та визначається за залежністю

, (1)

де R – радіус коренеплода; r – радіус меншої основи зрізаного конуса;
H – довжина конусної частини коренеплода; Zс – відстань від центру ваги коренеплода до його головки; L – твірна конуса.

Визначено, що ймовірність виникнення такого центрального удару для різних розмірних характеристик коренеплодів становить 0,07. Найбільша ймовірність бокових ударів (0,18…0,2) виникає на півсферичній та нижній конусних частинах буряка з довжиною твірної від L/4 до 3L/4.

Відносно даних поверхонь коренеплодів необхідно проводити експериментальні дослідження для визначення раціональних конструктивно-кінематичних параметрів різних типів очисників.

Розглянуто процес руху коренеплодів по поверхні скребків розробленого очисного транспортера та їх взаємодії з прутковим полотном, розташованим по криволінійній трасі (рис.1). При переміщенні, коренеплоди здійснюють складний рух і скребками викидаються на прутки полотна, що покращує процес їх очищення при низькому рівні пошкоджень.

Умовні позначення на рисунку: - кут нахилу скребка до поверхні полотна транспортера; - кут між полотном і лінією, що з’єднує осі обертання активізуючих роликів; - кут нахилу полотна транспортера до горизонту; n і к – відповідно початковий і кінцевий кути охоплення полотном ролика; l – відстань між роликами; Rp – радіус ролика; Rк – радіус коренеплода; S0 – висота розміщення коренеплода над поверхнею полотна; – товщина несучої стрічки; Фі – сила інерції обертового руху; Фкор – сила Коріоліса; Fт– сила тертя коренеплоду від контакту з несучою поверхнею скребка; N1 – сила реакції скребка на коренеплід. При проходженні полотна через зону активізації коренеплід рухається по дузі кола радіусом
R = Rp + + Rk + S0 в межах кута n к; = – .

Рух коренеплода по несучій поверхні скребка після його відриву від полотна описується системою рівнянь

. (2)

Розв’язок системи рівнянь (2) з врахуванням початкових умов при t=0:

, та рівняння поверхні транспортера Y=X tg дає залежність для визначення часу польоту коренеплода до моменту зіткнення з полотном

, (3)

при

Відстань вільного переміщення кореня в рухомій системі координат

(4)

Швидкість співудару коренеплода з полотном

(5)

Для оцінки впливу параметрів на показники ефективності роботи скребкового транспортера-очисника розроблена програма для ЕОМ, аналіз якої дозволив встановити залежність впливу швидкості транспортера Vт; висоти H розташування коренеплода над полотном; і приведеного коефіцієнта тертя f в парі скребок-коренеплід, та параметрів Rк; Rp; l; ; на швидкість Vk коренеплода в момент його відриву від скребка; кут вильоту коренеплода по відношенню до полотна транспортера; довжину Lp вільного польоту коренеплода до його контакту з прутками полотна та швидкість Vy ударної взаємодії з полотном транспортера. Результати аналізу для основних факторів представлені у вигляді графічних залежностей на рис. 2.

При проведенні досліджень першочерговим завданням було встановлення рівня впливу кожного з параметрів на значення Vк; ; Lp; Vy. Тому при аналізі впливу кожного з них, інші залишались незмінними і їх абсолютні значення становили: Vт = 1,5м/с; Rк = 0,05м; Rp = 0,07м; l = 0,3м; = 450; = 200; H = 0м; f = 0,4.

При виборі раціональних параметрів очисного транспортера враховувались обмеження, які накладались на дальність польоту коренеплодів, а також швидкість їх ударної взаємодії з прутками полотна (L0,4 м, Vy 1,5 м/с), для запобігання пошкоджень тіла буряків.

На підставі проведених досліджень встановлено межі раціональних параметрів елементів очисного транспортера: радіус роликів, які формують технологічне русло Rр = 0,035…0,08 м; відстань між роликами l = 0,2…0,3 м; кут нахилу лінії, що з'єднує осі роликів до площини полотна = 100…250; поступальна швидкість полотна Vт = 1,5…2,0 м/с, для діапазону зміни
= 200…600.

Для зменшення навантажень на елементи з’єднання прутків з пасами полотна при проходженні модернізованих скребків очисного транспортера колового сектора виведені аналітичні залежності для визначення зазору К між наступним, по ходу руху, від скребків прутком та скобоподібними пластинами.

При , (6)

при

(7)

де – кут, який визначає сектор між двома прутками, розташованими на поверхні ролика; – кут охоплення полотном ролика; h – крок між прутками; – кут розташування лінії, що з’єднує центри роликів до горизонту.

На основі аналізу рівнянь (6) і (7) встановлено, що збільшення радіуса ролика Rp від 50 до 70 мм призводить до зменшення величини зазору К від 11 до 9 мм. Для міжроликової відстані до 240 мм, а також кута нахилу > 230, величина К повинна вибиратись в межах 10 мм. Для круто нахилених транспортерів ( > 500) величина К починає різко зменшуватись від 10 до 7мм при зміні від 50 до 650.

В третьому розділі представлена програма, методика та результати експериментальних досліджень. Для прогнозування ступеня пошкодження коренеплодів робочими органами збиральних машин під час їх модернізації в лабораторних умовах запропонована методика, яка полягає в застосуванні розробленого імітатора коренеплода цукрового буряка. Він складається з гумового тіла коренеплоду, яке охоплюють внутрішня 1 і зовнішня 3 обгортки з копіювальним папером 2 між ними (рис. 3). Обгортка 1, що

контактує з тілом імітатора має білий колір, а копіювальний папір своєю фарбуючою стороною направлений до неї. Обгортки виготовляються зі спеціальних розгорток, з аналітично розрахованими параметрами форми, які при охопленні тіла коренеплода щільно прилягають краями без перекриття або утворення зазору. Це дозволить отримувати точні відбитки на білому папері при взаємодії імітатора з робочими поверхнями коренезбиральної машини.

Методика проведення досліджень здійснюється наступним чином. Підготовлений імітатор, перед проходом бурякозбиральної машини, закопується в рядок коренеплодів. Під час переміщення імітатора по робочих органах машини при його викопуванні, сепарації та транспортуванні, кількість і величина ударних взаємодій за допомогою копіювального паперу відбивається на поверхню внутрішньої обгортки. Сила удару, з врахуванням площі контакту, визначається за інтенсивністю фону плями контакту, який характеризує глибину пошкодження тіла коренеплода. Далі імітатор подають на копачі машини, робочі органи якої працюють в холостому режимі.

На основі порівняльної оцінки фонів плям, залишених копіювальним папером на поверхні внутрішньої обгортки від взаємодії імітатора з робочими органами встановлюється відносний коефіцієнт ступеня пошкодження коренеплодів при їх проходженні по технологічних вузлах дослідної машини при її робочому та холостому режимах роботи. Реальний відсоток пошкоджених коренеплодів визначається згідно загальновідомих методик, що дає можливість порівняти ступінь сильно пошкоджених коренеплодів із кількістю та фоном плям контакту, залишених на поверхні обгортки імітатора.

Така методика дозволяє проводити експериментальні дослідження модернізованих робочих органів, незалежно від сезону збирання буряків, в лабораторних умовах і прогнозувати їх ступінь агресивності від змінних параметрів, які досліджуються.

Для проведення досліджень розроблений та виготовлений експериментальний стенд (рис.4), що містить основу 3, до якої закріплено вертикальну пластину 4 з масштабним папером. На кронштейні 11 шарнірно закріплений важіль 8, плечі якого регулюються за допомогою пальця 12, розташованого в отворах бокових пластин 10. На важелі встановлена втулка 6 з, підтиснутим пружиною 7, олівцем 5, заточена сторона якого контактує з масштабним папером. Важіль притягнутий до основи пружиною 9, інший кінець якої, через регульовану гвинтову тягу 1, закріплений в
П-подібному кронштейні 2. На важелі, за допомогою проміжних пластин 13, закріплені змінні елементи 14, які повторюють форму основних робочих органів бурякозбиральних машин. Під змінними елементами на підвісці 15 розташовуються тягарці 16 для проведення тарування стенду.

В процесі експериментальних досліджень коренеплоди різної маси
та з різної висоти кидають на змінні елементи, які імітують форму робочих поверхонь очисників. Фіксуючи висоту h вільного падіння коренеплодів визначають швидкість їх ударної взаємодії з робочим органом: . Жорсткість основи очисника імітується зусиллям натягу пружини, місцем її розташування, а частка енергії удару, яку поглинає основа робочого органу фіксується на масштабному папері при провертанні важеля.

Тарування фонів плям контакту внутрішніх обгорток імітатора здійснюють його киданням в певній орієнтації з фіксованої висоти на змінний елемент. Після цього знімають внутрішню обгортку імітатора, на якій є відбиток певної площі та інтенсивності, що відповідає параметрам його ударної взаємодії з робочим органом.

Розроблений стенд і методика досліджень дозволяють підібрати раціональні конструктивно-кінематичні параметри робочих органів з врахуванням максимальної глибини пошкоджень коренеплодів, а також загального фону плям контакту на обгортках імітатора.

Оскільки характер ударів, що сприймає коренеплід від робочих органів, різний, а тіло коренеплода не однорідне то експериментальні дослідження проводились для різних типів ударів і найбільш травмонебезпечних зон коренеплодів, які визначені в другому розділі. Прямий удар характеризується прямим кутом між дотичною до поверхні тіла коренеплода в зоні його взаємодії з робочим органом до нормалі, яка проходить через центр радіуса кривизни сепаруючої поверхні та віссю її обертання. При косому ударі кут між дотичною та нормаллю знаходиться в межах 450...600. При центральному ударі сила взаємодії робочого органу з коренеплодом направлена в область його центра ваги, а при боковому –суттєво зміщена.

Результати досліджень пред-ставлені на рис. 5. Аналізуючи дані залежності можна констатува-ти, що виникнення прямого удару при швидкості взаємодії з робочим органом V = 4,23 м/с призводить до збільшення глибини пошкод-жень тіла коренеплода в 3,17... 3,56 разів в порівнянні з косим ударом. Для швидкості взаємодії 5,42 м/с таке співвідношення ста-новить 1,07...1,28 разів. Виник-нення центральних ударів в порів-нянні з боковими, характеризує збільшення глибини пошкодження коренеплодів в 1,12...1,28 разів.

Результатами досліджень вста-новлено, що жорсткість основи робочих органів в реальних межах їх конструктивного виконання практично не впливає на ступінь травмування коренеплодів.

Для визначення закономір-ностей впливу основних факторів, які впливають на ступінь пошкод-ження коренеплодів проведений повнофакторний експеримент за планом ПФЕ 23. Встановлено вплив швидкості ударної взаємодії коренеплодів з робочим органом, яка визначається висотою h (м) вільного падіння буряка на поверхню очисника, форми поверхні робочого органу, яка характеризується мінімальним радіусом кривизни r (м) його периферійної зони та маси коренеплодів m (кг) на глибину їх пошкоджень =Y (мм). При обробці результатів експерименту отримано рівняння лінійної регресії

Y = - 3,73 + 4,37h + 57,37r + 13,13m - 930,83rm. (8)

Факторне поле визначалось таким діапазоном зміни параметрів

0,5 < h < 1,5; 0,005 < r < 0,011; 0,4 < m < 1,2.

Здійснено оцінку ступеня пошкодження коренеплодів технологічними органами коренезбиральної машини КС-6Б в робочому та холостому режимах. На основі аналізу фонів плям контакту на обгортках імітатора встановлено, що ступінь пошкодження коренеплодів при холостому режимі роботи машини КС-6Б в 1,35...1,4 рази є вищим, ніж в робочому. Встановлено, що на копач та шнековий очисник припадає 70...80% сильних механічних пошкоджень коренеплодів. Порівняльна оцінка ступеня пошкоджень коренеплодів стосується виключно коренезбиральної машини КС-6Б, а при аналізі агресивності робочих органів інших машин необхідно проводити дослідження з використанням імітаторів для їх робочих і холостих режимів функціонування.

Результати експериментальних досліджень з визначення кількості відсепарованих домішок Д під робочою гілкою пруткового полотна очисного транспортера від змінних конструктивних параметрів представлено на рис. 6. Проби відбирались на довжині гону 10 м з площею поперечного перерізу коробки під полотном для збирання відсепарованих домішок 0,32 м2.

Статистична обробка резуль-татів досліджень показала, що коефіцієнт варіації параметра Д в серії експериментів знаходився в межах 11,15... 28,7%.

Аналіз залежностей (рис.6) підтвердив теоретичні розрахунки, які вказують на те, що збільшення кута в межах від 100 до 300 призводить до зменшення довжини польоту Lр коренеплодів перед контактом з прутками полотна, а також до зменшення швидкості їх ударної взаємодії Vу. Це призводить до зниження струшуючого ефекту і відповідно зменшення сепаруючої здатності очисного транспортера. Аналогічно підтверджені розрахунки щодо впливу відстані між роликами l, збільшення якої характеризується зниженням кількості відсепарованих домішок.

В четвертому розділі приведені напрямки подальших досліджень параметрів очисників коренеплодів і запропоновані їх конструктивні схеми. Розроблено рекомендації для вибору параметрів очисних транспортерів і розраховано їх економічну ефективність.

Узагальнюючи результати відомих і проведених нами досліджень для розрахунку конструктивно-кінематичних параметрів очисників, в загальному випадку складено систему рівнянь для визначення переміщення коренеплода (глибина його пошкодження) та поверхні робочого органа під час їх динамічної взаємодії

(9)

де m1 і m2 – відповідно маса коренеплода та робочого органа, який не жорстко зв’язаний з вузлом приводу; r1 і r2 – відповідно радіуси заокруглення поверхні органа у взаємноперпендикулярних площинах; 1 і 2, Е1 і Е2– відповідно коефіцієнти Пуасона та модулі пружності тіла коренеплода і поверхні робочого органа; у1 і у2 – координати центрів мас коренеплода та робочого органа в процесі їх зближення; уn2 – початкова координата центру мас робочого органа до удару; U – величина жорсткого зближення, яка характеризує глибину пошкодження коренеплода; - кут нахилу між векторами сил від удару та земного тяжіння, що діє на коренеплід.

Система рівнянь (9) є вихідною для розрахунків процесів ударної взаємодії коренеплодів при їх центральних і прямих ударах. Однак для її застосування в практичних цілях необхідно провести комплекс досліджень, які в першу чергу пов’язані із визначенням коефіцієнту Пуасона тіла цукрових буряків, уточнення модуля пружності його різних частин, характеру зміни жорсткості сепаруючих поверхонь різних типів очисників.

Для зменшення пошкоджень коренеплодів в зоні переходу між очисними роторами розроблений робочий орган трироторного очисника (рис.7), який складається з двох передніх роторів-підбирачів 1, та встановленого під ними з перекриттям передавального ротора 2. Ротори виконані у вигляді основи, до якої кріпляться радіальні шприхи 3, охоплені по периферії решітками 4. Підбирання, транспортування та очищення коренеплодів здійснюється за допомогою роторів підбирачів. Далі ворох подається на передавальний ротор, який транспортує його в зону вивантаження.

Для зменшення пошкоджень коренеплодів в зоні переходу між роторами лінійна швидкість їх шприх повинна співпадати. Тому передаточне відношення між роторами визначається через його конструктивні параметри

, (10)

де d1 і d2 - діаметри роторів; - величина перекриття між роторами; x - висота середньої зони переходу коренеплодів між роторами.

На основі проведених експериментальних досліджень встановлено, що одним з основних факторів, який впливає на сильні механічні пошкодження коренеплодів є форма (активна площа) периферійних зон очисників. Збільшення площ сепаруючих поверхонь робочих органів при зменшенні їх матеріаломісткості запропоновано в конструктивній схемі шнекового очисника (рис.8). Він містить трубчатий вал 1 з цапфами 2, на якому закріплена гвинтова спіраль ступінчатої форми. Каркасна частина 3 у поперечному перетині має вигляд смугової спіралі та закріплена до трубчастого валу, а до її зовнішньої поверхні кріпиться робоча спіраль 4 круглого поперечного перетину, діаметр “d” якої є більшим ніж товщина “t” каркасної смугової спіралі. Це дозволяє суттєво знизити контактні напруження на поверхні коренеплодів і зменшити їх пошкодження.

Наведено рекомендовані табличні значення параметрів очисного транспортера з криволінійною трасою розташування пруткового полотна.

Розрахунковий економічний ефект від покращення процесу сепарації та зменшення пошкоджень коренеплодів розробленими робочими органами очисників складає 9524,26 грн.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз процесів роботи коренезбиральних машин і їх очисників показав, що вони не в повній мірі задовільняють агровимогам, а існуючі методики щодо визначення раціональних параметрів очисних робочих органів є трудомісткими і, як правило, можуть застосовуватись лише в обмежені терміни, в сезон збирання врожаю. У дисертації вирішується наукова задача, яка полягає в комплексній оцінці процесів взаємодії коренеплодів цукрових буряків з робочими органами очисників, що дозволяє на більш високому науково-практичному рівні здійснювати вибір їх раціональних параметрів для покращення ступеня сепарації коренеплодів і зниження рівня їх пошкоджень.

2. Аналіз взаємодії різних зон поверхонь коренеплодів з робочими органами, з врахуванням характеру удару, налиплого грунту на тіло буряків і їх розмірних характеристик, дозволив виявити найбільш травмонебезпечні ділянки на поверхні тіла коренеплодів, відносно яких необхідно проводити вибір раціональних параметрів робочих органів. Встановлено, що ймовірність виникнення центрального удару в незабруднену поверхню тіла буряка становить 0,07 і такий удар припадає на конусну поверхню, в зоні його власного центру ваги. Найбільша ймовірність бокових ударів (0,18…0,2) виникає на півсферичній та нижній конусних частинах буряка з довжиною твірної від L/4 до 3L/4.

3. На підставі реалізації моделі руху коренеплодів по поверхні скребків очисних транспортерів та їх взаємодії з прутками полотен, які розташовані по криволінійній траєкторії здійснена комплексна оцінка впливу різних факторів на довжину шляху та інтенсивність доочищення коренеплодів. Встановлено такі межі їх раціональних значень: радіус роликів, які формують технологічне русло Rр = 0,035…0,08 м; відстань між роликами l = 0,2…0,3 м; кут нахилу лінії, що з'єднує осі роликів до площини полотна = 100…250; поступальна швидкість полотна Vт = 1,5…2,0 м/с, для зміни кута нахилу полотна до горизонту = 200…600;

4. Проведений розрахунок конструктивних параметрів розробленої основи скребків очисного транспортера показав, що зазор між скобоподібними пластинами та наступним від скребків прутком повинен знаходитись в межах К 0,01 м, при l = 0,2 м і Rр = 0,06 м. При збільшенні кута нахилу очисного транспортера від 500 до 650, зазор К необхідно зменшувати до 0,007 м.

5. Аналіз результатів експериментальних досліджень проведених з використанням розробленого стенду показав, що виникнення прямого удару при швидкості взаємодії з робочим органом 4,23 м/с призводить до збільшення глибини пошкодження тіла коренеплодів масою 500…700 гр в 3,17…3,56 разів в порівнянні з косим ударом. На основі проведеного повнофакторного експерименту виведена регресійна залежність, за якою встановлено, що основними факторами, котрі впливають на глибину пошкодження коренеплодів є форма поверхні робочого органу, швидкість ударної взаємодії з нею коренеплода, а також його маса.

6. За результатами проведених польових досліджень встановлено, що раціональні параметри розробленого очисного транспортера, при яких сеперуючий ефект є максимальним знаходяться в межах: Vт = 1,4…1,6м/с;
l = 0,2…0,22 м; Rр =0,05…0,06 м; = 100…120 при = 600. За допомогою розробленого імітатора коренеплода встановлено, що ступінь агресивної дії сепаруючих поверхонь на цукрові буряки в 1,35…1,4 є вищий у випадку, коли коренеплід переміщається одноосібно в порівнянні з його проходженням в потоці вороху. Це необхідно враховувати при модернізації та попередній оцінці параметрів робочих органів в лабораторних умовах, застосовуючи розроблений імітатор.

7. Розроблені конструкції робочих органів очисників, які направлені на зменшення пошкоджень коренеплодів, технічна новизна яких підтверджена 3-ма рішеннями НДЦПЕ про видачу патентів України на винаходи. Запропоновані перспективні напрямки теоретичних і експериментальних досліджень параметрів робочих органів, які грунтуються на розроблених математичних моделях їх взаємодії з продуктом обробки. Вибір параметрів очисного транспортера рекомендується проводити за наведеними табличними даними. Економічна ефективність від впровадження нових робочих органів у виробництво складає 9455 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Павелчак О.Б. Напрямки зниження ступеня пошкодження коре-неплодів при їх механізованому збиранні бурякозбиральними машинами // Сільськогосподарські машини: Збірник наукових статей Луцького державного технічного університету. Вип.5.- Луцьк.- 1999.- С.176-179.

2. Павелчак О.Б. Результати експериментальних досліджень ударної взаємодії коренеплодів з робочими органами бурякозбиральних машин // Сільськогосподарські машини: Збірник наукових статей Луцького державного технічного університету. Вип.6.- Луцьк.- 2000.- С.112-114.

3. Павелчак О.Б., Ткаченко І.Г., Гладьо Ю.Б., Гевко Р.Б. Вибір раціональних параметрів транспортера-сепаратора// Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том 8.- Київ.- НАУ.- 2000.- С.41-47.

4. Булгаков В.М., Павелчак О.Б., Гевко Р.Б., Ткаченко І.Г. Методика оцінки ступеня пошкодження коренеплодів коренезбиральною машиною// Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том 7.- Київ.- НАУ.- 2000.- С.14-19.

5. Ткаченко І.Г., Гладьо Ю.Б., Гевко Р.Б., Павелчак О.Б. Обгрунтування параметрів транспортера-сепаратора// Міжвузівський збірник: Наукові нотатки.- Вип.7.- Луцьк: ЛДТУ.- 2000.- С.260-266.

6. Гевко Р.Б., Павелчак О.Б. Аналіз принципів конструювання та тенденції розвитку робочих органів коренезбиральних машин// Збірник наукових статей Тернопільської академії народного господарства.-Вип.2.- Тернопіль.- ТАНГ.- 1998.- С.74-82.

7. Ткаченко І.Г., Гевко Р.Б., Павелчак О.Б. Підвищення якісних показників роботи транспортерів-сепараторів коренезбиральних машин // Тези доповідей четвертої науково-технічної конференції "Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні".- Тернопіль: ТДТУ.- 2000.- С.6.

АНОТАЦІЇ

Павелчак О.Б. Розробка конструкцій та обгрунтування параметрів очисників коренеплодів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – сільськогосподарські машини. Луцький державний технічний університет. Луцьк, 2000.

У дисертаційній роботі проведена комплексна оцінка процесів взаємодії цукрових буряків з робочими органами очисників, що дозволяє на більш високому науково-практичному рівні здійснювати вибір їх раціональних параметрів. На основі аналізу взаємодії робочих органів з коренеплодами виявлено їх найбільш травмонебезпечні зони. Теоретично обгрунтовано раціональні параметри очисного транспортера з криволінійною траєкторією переміщення полотна, а також експериментально визначено його сепаруючу здатність. Встановлено залежності глибини пошкоджень тіла коренеплодів від їх маси, швидкості ударної взаємодії з робочим органом, а також форми сепаруючої поверхні.

Ключові слова: імітатор коренеплода; внутрішня обгортка; очисний робочий орган; ударна взаємодія; криволінійна траєкторія.

Pavelchak O.B. Elaboration of construction and basis of parameters of root purifiers. -Manuscript.

Thes is for candidate of science (engineering) degree on speciality 05.05.11 - agricultural machines. Lutsk State Technical University, Lutsk, 2000.

En this dissertation work a complex evaluation of processes of interaction of sugar beets with working organs of purifiers is brought. It helps to choose their rational parameters onahiger scientific-practical level. On the basis of analysis of interaction of working organs with roots the most traumadangerous areas are revealed. Rational parameters of a puri tying conveyer with a curvilinear trajectory of blade travel are theoretically grounded as well as its separative possibility is experimentally brought. Dependences of depth of root injuries from their masses from the speed of percussive interaction with working organs and also from the form of separating surface are set up.

Key words: a root mimic; inner cover; a purifying working organ; percussine interaction; a curvilinear trajectory.

Павелчак О.Б. Разработка конструкций и обоснование параметров очистителей корнеплодов. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – сельскохозяйственные машины. - Луцкий государственный технический университет, Луцк, 2000.

Диссертационная работа посвящена вопросам комплексной оценки процессов взаемодействия корнеплодов сахарной свеклы с рабочими органами очистителей, что позволяет на более высоком научно-практическом уровне осуществлять выбор их рациональных параметров. Определено распределение вероятностей возникновения центральных и боковых ударов на поверхности тела корнеплодов сахарной свеклы при их взаимодействии с рабочими органами в зависимости от отдельных зон контакта, размерных характеристик корнеплодов, а также с учётом налипшей почвы. Определены границы рациональных конструктивно-кинематических параметров скребкового очистительного транспортёра с криволинейной траекторией движения полотна путём расчёта дифференциальных уравнений перемещения корнеплодов по поверхности скребков и их взаимодействия с прутковым полотном. Предложена новая схема выполнения скребков очистительного транспортера и произведён расчет их параметров.

Разработан имитатор корнеплода, который позволяет определять степень повреждения корнеплодов сахарной свеклы при их перемещении по технологических узлах в рабочем и холостом режимах работы машины. Предложена новая методика определения агресивности очистительных рабочих органов, которая может быть использована при модернизации новых машин в лабораторных условиях, не ограничеваясь сезонностью уборки корнеплодов.

Разработан и изготовлен опытный стенд с помощью которого осуществлены экспериментальные исследования для определения влияния скорости взаимодействия корнеплодов с рабочими органами, геометрических характеристик сепарирующих поверхностей, а также массы корнеплодов на глубину их повреждений.

Произведена модернизация скребкового транспортера для повышения его сепарирующих возможностей и экспериментальным путём определено влияние конструктивных параметров его елементов на количество отсепарируемой почвы под рабочей ветвью полотна.

Экспериментальным путём определено, что степень повреждения корнеплодов при их перемещении в потоке вороха и отдельно по рабочих органах машины в 1,35…1,4 раза больше в том случае, когда корнеплод перемещается отдельно в сравнении с его движением в потоке вороха. Это необходимо учитывать при модернизации и предварительной оценки параметров рабочих органов в лабораторных условиях, используя разработаный имитатор корнеплода.

Разработаны конструкции рабочих органов очистителей которые направленны на повышения качества сепарации и уменьшения повреждений корнеплодов. Определены перспективные направления теоретических и экспериментальных исследований рабочих органов очистителей.

Ключевые слова: имитатор корнеплода; внутренная оболочка, очисти-тельный рабочий орган, ударное взаимодействие, криволенейная траектория.