Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський державний аграрний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва

Обґрунтування параметрів і режимів роботи інерційних лінійних струшувачів яблук

Гошко Маркіян Орестович

Львів 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі сільськогосподарських машин Львівського державного аграрного університету Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Рибарук Василь Якимович, Львівський державний аграрний університет, завідувач кафедри сільськогосподарських машин

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, академік ІАУ Хайліс Гедаль Абрамович, Луцький державний технічний університет, проректор з наукової роботи;

кандидат технічних наук, Бабій Василь Павлович, Національний аграрний університет, доцент кафедри експлуатації машинно-тракторного парку.

Провідна установа: Інститут механізації і електрифікації сільського господарства УААН, відділ механізації виробництва овочів та коренебульбоплодів с.м.т. Глеваха, Київська обл.

Захист відбудеться “29” серпня 2000р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 80381, м. Дубляни Жовківського району Львівської області.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського державного аграрного університету.

Автореферат розісланий “24” липня 2000р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доцент Чухрай В.Є.

1. Загальна характеристика роботи

струшувач яблуко інерційний плід

Актуальність теми. Більші обсяги виробництва садових плодів створюють господарствам певні труднощі в догляді садів, особливо в період збирання, оскільки майже половина трудових затрат припадає на збиральні роботи. До того ж вони збігаються з напруженими періодами проведення інших важливих сільськогосподарських робіт, тому через нестачу потрібної кількості робітників, терміни збирання вимушено подовжуються, знижується якість плодів і втрачається значна частина врожаю. Одним із чинників, що стримують подальше зростання виробництва плодів, є відсутність у достатній кількості спеціальних машин для механізованого збирання врожаю.

Найперспективнішими, на думку більшості дослідників, вважаються спеціальні машини, обладнані струшувачами, що мають відповідні технологічні можливості.

Огляд застосування плодозбиральних машин, дає підставу стверджувати, що вони достатньо забезпечують агротехнічні вимоги для більшості дерев діапазону використання конкретної плодозбиральної машини. Аналіз їх роботи виявив низку недоліків, зокрема: пошкодження кори штамба дерева, вихитування його кореневої системи, неохоплення всього діапазону діаметрів штамбів плодових дерев, зокрема з діаметром понад 300 мм. Плодозбиральні машини, в основному, мають власну енергоустановку, річне завантаження якої не перевищує 17 % (період збирання до 60 днів в рік), що суттєво впливає на собівартість плодів (підвищення на 22 %).

Майже четверта частина дерев діапазону використання плодозбиральних машин струшується на занадто жорсткому режимі, що призводить до пошкодження кори і значних енергетичних перевитрат. Водночас для дерев з діаметром штамбу, близьким до граничного, має місце неповне зняття плодів за браком потужності. Не передбачено налаштування машини на оптимальні для конкретного дерева режими струшування, відсутній індивідуальний вибіру режиму залежно від розміру крони і діаметра штамба, через що спостерігається як пошкодження кори, так і надлишкові енерговитрати.

Одним з перспективних напрямків підвищення ефективності плодозбиральної техніки є її модернізація і встановлення найбільш сприятливих режимів її роботи. Актуальність роботи підтверджується тим, що в значній мірі вказані задачі вирішені.

Звґязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводились згідно з науково-технічними програмами, що входять до Національної тематики наукових програм “Агропродкомплекс” з розвитку плодоовочевого комплексу та відновлення садівництва, виноградарства, розсадництва і виноробної промисловості України до 2005 року і відповідають темі з досліджень процесів механізованого збирання, зареєстрованій у лютому 1995 року за N% 0193V023627.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є обгрунтування параметрів і режимів роботи інерційних лінійних струшувачів яблук на підставі розкриття явища їх відриву від плодової гілочки за допомогою вібраційного, ударного і віброударного видів збурень.

Відповідно до мети дослідження були поставлені такі завдання: визначити фізико- механічні властивості плодів і плодових дерев; розробити і дослідити аналітичні моделі "опорна поверхня - плодозбиральна машина - дерево" і "плодова гілочка -плодоніжка - плід"; розробити експериментальний стенд для генерування різних видів коливань для визначення параметрів відриву плода від плодової гілочки; дослідити передатні функції крони дерева за частотами та амплітудами коливань; визначити передатну функцію системи “опорна поверхня - плодозбиральна машина - дерево”; встановити передатну функцію “плодозбиральна машина - плід”; встановити залежності для визначення раціональних амплітудно-частотних режимів роботи при вібраційному, ударному і віброударному видах коливань; провести економічний аналіз механізації збирання плодів.

Обґєкт дослідження - агрофон багаторічних насаджень; плодозбиральні машини струшувального типу (вібраційної, ударної, віброударної дії).

Предмет дослідження: фізико-механічні показники систем “плодова гілочка - плодоніжка - плід” і “плодозбиральна машина - дерево”; амплітудно-частотні характеристики процесу зняття; закономірності впливу розмірно-масових показників багаторічних насаджень і фізико-механічних властивостей плодів на експлуатаційні показники процесу струшування.

Методи дослідження. Процес знімання плодів досліджувався за допомогою методів: аналізу і синтезу, математичного моделювання, планового експериментування в лабораторних і польових умовах.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в: запропонованій аналітичній моделі системи “плодова гілочка-плодоніжка-плід” за умов вібраційного, ударного і віброударного коливань; дослідженні аналітичної моделі системи “енергетичний засіб-струшувач-дерево” як чотиримасової моделі з різними амплітудно-масовими характеристиками; визначенні передатної функції системи “опорна поверхня-плодозбиральна машина-дерево” при різних видах коливань; розробленні методики експерименту і отриманні результатів досліджень процесу відриву яблук від плодової гілочки.

Практичне значення одержаних результатів: розроблено конструкцію і випробувано експериментальний стенд для генерування вібраційних, ударних і віброударних коливань з частотою 0-20 Гц і амплітудою 0-40 мм, технічна новизна якого підтверджена патентом України UA 24296 A; отримано залежності параметрів відриву плода від значень амплітуди і частоти коливань; запропоновано номограму для вибору оптимальних параметрів і режимів роботи струшувачів для заданої сорто-вікової групи; вдосконалено інерційний лінійний струшувач плодозбиральної машини ВУМ-15 з можливістю розширення діапазону знімання яблук з дерев діаметром до 280 мм; запропоновано модифіковані адаптивні накладки, завдяки низькому коефіцієнту внутрішнього тертя яких досягається рівномірний розподіл напружень у зоні охоплення, що підвищує більше ніж на 70% коефіцієнт корисної дії порівняно зі стандартними накладками ВУМ-15; розроблено і запропоновано до використання модульну автоматизовану систему керування частотою струшувача.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертації отримані автором самостійно. Суттєві здобутки досягнуто у співавторстві з колективами кафедр сільськогосподарських машин та тракторів і автомобілів ЛДАУ. В роботах, опублікованих в співавторстві, автору належить: складання і розв'язок аналітичних моделей систем “плодова гілочка-плодоніжка-плід” і “енергетичний засіб-струшувач-дерево” [8]; розробка методики визначення режимів знімання яблук з дерев різних діаметрів при віброударному, ударному і вібраційному видах збурювального зусилля [14], а також розробка конструкції та виготовлення дослідної установки для генерування різних видів збурювального зусилля; експериментальні випробування з опрацюванням їх результатів [3, 4, 6, 7, 9, 12] та формулювання висновків і рекомендацій стосовно параметрів струшувачів та вибору оптимальних режимів знімання яблук [10, 11, 17]; удосконалення інерційного лінійного струшувача [5] та його накладок; розробка автоматизованої системи керування процесом знімання яблук [13]. В опублікованих у співавторстві працях частка автора складає 42%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації обговорювались на: Всеросійській нараді “Молоді вчені - садівництву Росії” (Всеросійський селекційно-технологічний інститут садівництва і розсадництва, Москва, 1995 рік); наукових конференціях Львівського ДАУ (1995-2000 р.); наукових конференціях Луцького індустріального інституту (1997-1998 р.); схвалені комісією Львівської державної зональної машиновипробувальної станції та Львівської державної станції садівництва.

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладений в 17 опублікованих наукових працях, патенті України на винахід. Загальний обсяг опублікованих праць становить 4,64 друк. арк., в тому числі частка автора - 2,49 друк. арк.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 210 сторінках, з них 117 сторінок машинописного тексту, 17 таблиць (9 сторінок), 73 рисунки (36 сторінок), список використаних літературних джерел (9 сторінок) включає 105 найменувань, 3 додатки (39 сторінок).

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначені мета і завдання дослідження, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проведено аналіз способів і засобів збирання плодів, а також досліджень, присвячених цій проблемі, ряду дослідників: Г.П. Варламова, М.О. Демидка, Б.Х. Кульчієва, Г.А. Хайліса, В.А. Чернікова, В.П. Бабія, Х.А. Хачатряна, Р.С. Шевчука, Н.Г. Різаханова, О.М. Крупича, Р.І. Паславського, А.В. Четвертакова, О. Драного, В. Котиська, Р. Ранда, Р.Фрідлі, Ж. Діпаола та ін.

На даний час більшість плодозбиральних машин обладнано інерційними лінійними струшувачами (ІЛС). Плодозбиральні машини ВУМ-15, ВУМ-15А, МПУ-1, МПУ-1А комплектуються штамбовими інерційними лінійними струшувачами, перевагами яких вважаються: висока продуктивність і повнота зняття плодів, менша маса струшувача, мінімальна передача коливання на енергетичний засіб. До недоліків можна віднести: пошкодження кори, вихитування кореневої системи дерева, обмеження висоти штамба оброблюваного дерева (не менше 70 см), крони дерева, яка повинна бути без провисаючих гілок, допустимих нахилу агрофону (до 8), і відстані від нижніх гілок дерева до ґрунту для забезпечення доступу до штамба.

На основі проведеного аналізу літературних джерел обґрунтовано доцільність визначення режимів зняття яблук при різних видах збурювального зусилля і параметрів струшувача, які б забезпечували агротехнічні вимоги, що дало змогу сформулювати мету роботи з вибором завдань щодо її реалізації.

У другому розділі наведено теоретичні дослідження аналітичних моделей систем "плодова гілочка-плодоніжка-плід" і "енергетичний засіб-струшувач-дерево" та обґрунтовано параметри і режими роботи струшувачів.

Для вибору оптимального режиму роботи струшувача необхідно дослідити достатньо складну механічну систему взаємодії струшувача з плодовим деревом, передачу збурювального зусилля від місця захвату штамба (гілки) дерева до точки підвісу плода і коливання самого плода в процесі знімання. Проведення таких досліджень лише експериментальними методами є трудомістким і дорогим. Для цього була розроблена фізична модель системи "плодова гілочка-плодоніжка-плід" і системи "енергетичний засіб-струшувач-дерево".

В першому випадку розглядається плід, плодоніжка і гілка як взаємозв'язана система, в якій плід 1 пружно з'єднаний з плодоніжкою 2, яка в свою чергу пружно зв'язана з гілкою 3. Гілка 3 здійснює коливальний рух, переміщаючись при цьому поступально, а точка А, де гілка з'єднується з плодоніжкою, рухається по криволінійній траєкторії а-а. Рух системи відбувається у вертикальній площині. В нерухомій декартовій системі координат xОy координати x і y точки А будуть залежати від часу t, тобто вони будуть функціями часу x=x(t) і y=y(t).

Плід характеризується масою m і моментом інерції І_с відносно осі, яка проходить через його центр мас С перпендикулярно до площини креслення. Плодоніжка характеризується довжиною . Плід і гілка розглядаються як тверді недеформівні тіла, а плодоніжка - як тверде деформівне тіло. В місцях А і В закріплення плодоніжки при її згині зґявляються зусилля реакції, які характеризуються константами s і k.

Положення системи буде повністю описаним, якщо будуть відомі кути відхилення плодоніжки від вертикалі і кут відхилення відрізка ВС від вертикалі.

Початок нерухомої декартової системи координат суміщено з точкою кріплення плодоніжки з гілкою, коли плід перебуває в стані спокою. Вибравши за полюс точку А, зведемо рівняння руху гілочки до вигляду:

,

де -описують поступальну частину руху разом з полюсом,

- описує зворотньо-обертальний рух навколо полюса.

Плодоніжка, крім повороту, зазнає ще деформації згину. У цьому разі мають місце кінематичні залежності:

(1)

Умовно відокремимо плодоніжку від гілочки і плода, замінивши дію в'язей відповідними реакціями.

Скориставшись загальними рівняннями рівноваги, матимемо сили, що діють на стержень плодоніжки:

(2)

;

(3)

де - кут повороту поперечного перерізу плодоніжки в точці В або кут нахилу між дотичною до зігнутої плодоніжки і віссю Аz, w-прогин плодоніжки в даній точці, z-біжуча координата по осі Аz.

Плоскопаралельний рух плода опишемо наступною математичною моделлю:

; ;

.

Диференційне рівняння зігнутої осі плодоніжки має вигляд:

, (4)

. (5)

Для визначення невідомих (x_c,y_c,складаємо наступну систему рівнянь:

(6)

(7)

(8)

, (9)

Рівняння (6)…(9) розв'язується за допомогою методу Рунге-Кутта. Це дало змогу встановити режими (частоту і амплітуду коливань) знімання плодів яблук для різних видів збурювальних зусиль: 1) при віброударних зусиллях збільшення часу віброудару в два рази призводить до дворазового зменшення сили відриву; збільшення частоти коливань в два рази спричиняє, відповідно, подвійне збільшення сили, дворазове збільшення амплітуди призводить до 25 % росту сили; 2) при ударному збуренні для збільшення сили відриву необхідно зменшувати тривалість удару і збільшувати амплітуду коливання точки підвісу плодоніжки плода; 3) при вібраційному збуренні збільшення частоти коливань від 5 до 15 Гц призводить до швидкого зростання сили від 28 до 275 Н, при збільшенні амплітуди коливань з 0,008 до 0,016 м сила відриву зростає від 25 до 322 Н.

Для системи "енергетичний засіб-струшувач-дерево" складено і розв'язано диференційні рівняння, що визначають закономірності коливань центрального провідника дерева внаслідок дії віброударного, вібраційного і ударного механізмів.

Оскільки геометричні і механічні параметри суттєво відрізняються для кожного конкретного дерева, під час вибору розрахункової моделі надземної частини плодових дерев враховувались параметри, властиві основній масі дерев, такі як: модуль пружності деревини, діаметр і висота штамба, діаметр, довжина і кут відхилення скелетної гілки від центрального провідника.

Систему “енергетичний засіб-струшувач-дерево” вигідно звести до чотиримасової моделі, де -маса рухомої частини струшувача, що зв'язана з деревом, -приведена маса дерева, -маса рами струшувача, -приведена маса енергетичного засобу. Додатково зауважимо, що дерево характеризується жорсткістю , коефіцієнтом в'язкого опору і зв'язане з рухомою частиною струшувача через накладки, що мають жорсткість і коефіцієнт в'язкого опору . Рухома частина струшувача зв'язана з рамою за допомогою кривошипно-шатунного механізму, який характеризується кутовою швидкістю . Рама струшувача зв'язана з енергетичним засобом за рахунок сили тертя . Енергетичний засіб характеризується також жорсткістю і коефіцієнтом в'язкого опору .

За теоремою про рух центру мас системи маємо:

(10)

Видно, що між (переміщення маси від початкового положення) і (переміщення маси від початкового положення) має місце залежність:

(11)

З урахуванням (12) із (11) одержимо рівняння руху:

а) захвата

б) дерева ,

в) трактора .

Проведений розв'язок наведених рівнянь чисельним методом дає змогу стверджувати, що для підвищення ефективності роботи інерційного лінійного струшувача його модифікацію потрібно звести до збільшення частоти коливань і маси рами струшувача. Залежність амплітуди коливань дерева від маси за мінімальної 8Гц і максимальної 20Гц робочих частот і з діаметром штамба 100мм. Для висоти прикладання 0,5 м амплітуда коливань штамба при мінімальній і максимальній частотах не повинна бути менша 20 мм (для забезпечення належної повноти знімання), і не повинна перевищувати 35 мм (перевищення призводить до вихитування штамба).

Видно, що робочі маси для дерев з діаметром штамба 100 мм лежатимуть у діапазоні від 36 до 60 кг.

Як випливає з графічної залежності, маса рами струшувача 60 кг є робочою для дерев з діаметром штамба від 100 до 160 мм. Зокрема струшувач з масою , яка дорівнює 60 кг, комплектується з плодозбиральною машиною ВУМ-15, рекомендованою для знімання плодів з дерев діаметром до 150 мм (машини першого класу). Струшувачі наступного класу повинні забезпечувати перекривання частини діапазону 1-го класу і забезпечувати роботу в якомога ширшому діапазоні. Для забезпечення перекриття вибираємо найменший допустимий діаметр, який дорівнює 140 мм. Виходячи з цієї умови, підбираємо масу струшувача, яка дорівнює 90 кг. Струшувачі з такими параметрами забезпечують коливання з амплітудою 33,5 мм для штамба діаметром 140 мм. Подальше збільшення маси струшувача призведе до вихитування штамбу на високих частотах. Струшувачі даного класу забезпечують струшування плодів з дерев діаметром від 140 до 260 мм.

Наступний клас струшувачів повинен забезпечувати струшування з дерев з діаметром штамба не менше 240 мм (умова перекриття). Виходячи з цих умов, за третій клас прийняли струшувачі масою 160 кг. Вони забезпечують знімання плодів з дерев з діаметром штамба від 240 до 320 мм.

Для збирання плодів в садах, які не відповідають вимогам для інерційних лінійних струшувачів, користуються тросовими віброударними струшувачами.

З метою уникнення стоячих хвиль в кроні частота коливань має змінюватися від 0 до 20 Гц. Верхній поріг лімітується граничною частотою обертів двигуна енергетичного засобу і є достатній для забезпечення бажаної повноти зняття плодів.

У третьому розділі описано програму і методику експериментальних досліджень. З метою доповнення та експериментальної перевірки теоретичних досліджень, і у зв'язку з тим, що деякі процеси не підлягають точному аналітичному описанню, програмою експериментальних досліджень поставлено задачу визначення обґємно-вагових параметрів плодів, які характеризують умови роботи в саду та впливають на кінематичні параметри агрегату (ширина міжряддя, висота і діаметр штамба, кут нахилу штамба вздовж і впоперек ряду, ширина крони вздовж і впоперек ряду, відстань між нижніми гілками і поверхнею землі, зусилля відриву плода від гілки, довжина і діаметр плодоніжки, коефіцієнт передачі амплітуди і прискорення коливань кроною дерева) і на техніко-експлуатаційні параметри (амплітуда і частота коливання струшувача і штамба дерева залежно від маси довантаження струшувача, типу накладок, висоти захвату, повнота зняття, продуктивність, витрата палива, умови роботи оператора, тиск на штамб в зоні захвату, площа контакту в місці захвату, коефіцієнт корисної дії накладок за амплітудою).

У процесі дослідження скористались відомими методиками для визначення обґємно-вагових показників плодів і дерев, економічної оцінки агрегату, умов роботи оператора. Була розроблена методика визначення параметрів відриву плодів від плодової гілочки на експериментальному стенді з різними видами коливань.

Під час дослідів користувалися наступним обладнанням: двопроменевий осцилограф С8-17 з акселерометрами АНС-014-03 та давачами ДУ-5С, віброграф ручний ВР-1, прилади ДСД-519, ДСД-509, МП-66, пристрій для визначення зусилля відриву плодів, координатор. Результати дослідів опрацьовувались методами математичної статистики.

У четвертому розділі подано результати досліджень умов росту і розмірних показників надземної частини дерев та обґємно-вагових параметрів плодів.

Оскільки розмірно-обґємні харатеристики дерев переважно залежать від їх віку, обмірювались дерева сортів:Кальвіль сніговий, Мекспур'є, Слава переможцям і Антонівка віком 12-26 років, що досягнули пори максимального плодоношення. Схема садіння дерев 4 м_*6м.

Дерева яблуні досягають висоти 3,7; 5,6; 4,5; 5,5м за діаметра крони 4,4; 5,8; 5,5; 6,5 м відповідно до сортів. Середні розміри окружності, висоти штамба і крони у яблунь однієї сорто-вікової групи коливаються в незначних межах (до 10%). Середня висота штамбів яблуні 0,495; 0,631; 0,776; 0,656 м відповідно. Максимальне значення висоти штамба відповідно 0,667; 1,071; 1,314; 1,271 м, мінімальне - 0,368; 0,31; 0,504; 0,403 м. Загальний відсоток дерев, плоди з яких не можна знімати штамбовими струшувачами, становить 10-15%.

Середні значення відхилення дерев вздовж і впоперек ряду для відповідних сортів становлять: вздовж ряду - 12,1 , 7,2 , 7,97, 6,5 ; поперек ряду - 6,8, 9,1, 5,0, 4,9. Проаналізувавши криві розподілу кутів нахилу дерев вздовж і поперек ряду, прийшли до висновку, що до 37% дерев яблуні сорту Слава переможцям мають кути відхилення понад 8 (що робить їх непридатними для машинного збирання плодів), для Кальвілю снігового - 25, для Мекспур'є - 27, Антонівки - 30 відсотків.

Середні значення діаметрів штамбів досліджуваних сорто-вікових груп дерев відповідно дорівнюють 164, 196, 201, 206 мм. За допомогою ВУМ-15А можна зняти урожай з 5-30% дерев, а комбайном МПУ-1А - до 80%. Решта ж дерев непридатні для зняття плодів відомими машинами.

Статичне зусилля відриву плодів коливається відповідно для сортів у межах 1,8-4,7 Н, 0,3-19,6 Н, 0,2-12,1 Н, 0,3-21,9 Н. В разі збільшення кута відхилення плоду від нормалі плодоніжки зусилля відриву стрімко падає.

За результатами вимірів встановлено, що маса плодів відповідно у сортів коливається в межах 39-80 г, 62-234 г, 41-93 г, 52-204 г; висота плодів - в діапазоні 41-55 мм, 53-85,2 мм, 41,1-60,9мм, 37-71,8 мм; середній діаметр плодів - 45-59, 55,2-91,6, 48,4-60,8 і 54-81,2мм.

У п'ятому розділі подано результати експериментальних досліджень процесу знімання плодів.

Визначено параметри відриву плода на експериментальному стенді; польовими випробуваннями визначено коефіцієнт передачі (Кп) крони дерева для різних видів збурювального зусилля та параметрів взаємодії струшувача з плодовим деревом.

Під час дослідів визначено робочі параметри подушок струшувачів; розроблено електронний блок керування режимом роботи струшувача; визначено ергономічні параметри роботи оператора; випробувано модифікований інерційний лінійний струшувач в польових та виробничих умовах.

Дослідженнями процесу відокремлення плода від плодової гілочки на експериментальному стенді встановлено, що в разі віброударного збурювального зусилля плід відокремлюється за амплітуди коливань, яка перевищує 10мм. Починаючи з цієї амплітуди, мінімальна частота відриву фактично не змінюється і становить 169 хв^-1.

Аналізуючи залежності зміни коефіцієнта передачі Кп від відстані, зґясували, що він лежить в інтервалі значень 0,15-3,0, а це означає, що для зняття всіх плодів з дерев потрібно, щоб удар викликав амплітуду коливання у точці прикладання збурювального зусилля в 6,7 раза більшу, ніж амплітуда знімання плодів у точці підвісу.

Під час вібрації коливання передаються по кроні у вигляді хвилі і амплітуда коливань точок змінюється від 3 мм до 30 мм, тим часом як коефіцієнт Кп змінється від 0,31 до 3,0. Отже в кроні за даної фіксованої частоти коливань утворюються точки з амплітудним резонансом і стоячі хвилі, до яких коливання фактично не доходять.

Аналіз залежності амплітуди коливань від діаметра штамба показав, що зміна діаметра гілки (штамба) від 5 до 170 мм призводить до зміни амплітуди в межах 1-30мм. Тобто, чим менший діаметр гілочки, тим більший діапазон варіації амплітуди, і частина точок перебуває фактично в нерухомому стані, а, отже, плоди з них не будуть зніматись.

Для гілок малого діаметра в разі малої відстані від точки підвісу до місця прикладання збурювальних зусиль значення коефіцієнта передачі є максимальними, а до тонких гілочок, розташованих далеко від точки прикладання збурення, коливання фактично не передаються. Механізове збирання плодів можна здійснювати у садах з кроною без гілочок вищих порядків, що звисають.

Інерційний лінійний струшувач удосконалено в напрямі: полегшення конструкції (усунуто транспортер і конічний редуктор), що підвищило к.к.д. приводу; розроблення механізму довантаження рами струшувача; заміни накладок захватів на адаптивні; введення телескопічного карданного вала між валом відбору потужності і струшувачем, що покращило позиціонування останнього відносно дерева; модифікації механізмів, які генерують, крім вібраційних, ще й віброударні коливання.

Експериментальними дослідженнями інерційного лінійного струшувача встановлено, що оптимальними частотами можна вважати 8-20 Гц і амплітуду коливань 9-20 мм, які забезпечують знімання 95-98 % яблук.

Модифікація накладок полягала в наповненні гумових подушок сумішшю графітного мастила УссА і машинного масла з поліамідом 610, яка має малий коефіцієнт тертя, що сприяє рівномірному розподілу напружень в зоні охоплення і підвищенню к.к.д. Випробуваннями встановлено, що передача амплітуди коливань від струшувача на штамб сягає 66 % (в серійних - 50 %), к.к.д. - 75 % проти 40% (ВУМ-15).

Механізм довантаження інерційного лінійного струшувача масою рами дає змогу розширити діапазон діаметрів дерев для знімання від 100 до 280 мм.

У результаті теоретичних та експериментальних досліджень пропонується методика вибору параметрів процесу знімання яблук з допомогою номограми зміни маси струшувача і частоти коливань залежно від діаметра дерева, висоти прикладання і амплітуди коливань.

Розроблена в роботі модульна автоматизована система керування уможливлює плавне, в заданому режимі, регулювання частоти коливання струшувача для конкретно взятого дерева, зменшує його пошкодження і вплив вібрації на механізатора.

У шостому розділі відображено результати виробничих випробувань модифікованого інерційного лінійного струшувача вібраційної дії і визначення його економічної ефективності.

Під час збирання врожаю пошкодження кори в місці захвату на деревах з діаметром менше 210 мм не спостерігались, а з діаметром штамба 210-280 мм незначні; плоди знімались з плодоніжками. Оптимальному режимові роботи струшувача відповідають амплітуда коливань 20 мм і частота 8-20 Гц, за яких забезпечується знімання 95% яблук, пошкодження крони і кори відсутні.

Продуктивність струшувача на збиранні яблук у садах з шириною міжрядь 4-6 м за середньої врожайності 40 кг яблук з дерева становила 25-44 дерева за годину основного часу, що відповідає 0,06-0,084 га. Годиння витрата пального плодозбиральним агрегатом не перевищувала 2,23 кг.

Заміна машини ВУМ-15 на збиранні яблук машиною, обладнаною інерційним лінійним струшувачем, дає змогу отримати річний економічний ефект в розмірі понад 3000 гр. Прямі затрати зменшуються вдвоє.

Результати досліджень впроваджено у Львівській дослідній станції садівництва, Львівській машиновипробувальній станції тощо.

Висновки та пропозиції

Аналіз виробництва продукції плодівництва показав, що підвищення рівня механізації збирання плодів є важливою народногосподарською проблемою, яку доцільно вирішувати в напрямку удосконалення плодозбиральних машин, що обладнані інерційними лінійними струшувачами.

Отримана в роботі технічна інформація про обґємно-вагові параметри і фізико-механічні властивості плодів і дерев стала підставою для розрахунку режиму роботи і конструктивних параметрів струшувачів.

Розгляд аналітичної моделі системи “плодова гілочка-плодоніжка-плід” дав змогу визначити залежності зусиль відриву від способу збурення і параметрів коливань (амплітуда і частота). Встановлено, що мінімально потрібна для відриву частота повинна бути на 38% менша від тієї, що береться для розрахунку.

Розвґязок моделі взаємодії елементів системи “енергетичний засіб-струшувач-дерево” розкрив залежність амплітуди і прискорень коливань струшувача, енергетичного засобу і штамбу від конструктивних параметрів агрегату, режимів роботи струшувача і фізико-механічних властивостей дерев, що значно зменшує обсяг експериментальних досліджень.

Аналізом аналітичних моделей встановлено, що агротехнічні вимоги знімання плодів забезпечуються інерційним лінійним струшувачем : для дерев з діаметром штамба від 100 до 160 мм - струшувач з масою m₃ =60 кг; від 140 до 260 мм - масою 90 кг; від 240 до 320 мм - масою 160 кг, частота коливань 8-20 Гц. Тросові струшувачі віброударної дії забезпечують відповідні вимоги на частоті коливань 1-20 Гц з амплітудою 33-34 мм.

Перевірка аналітично визначених параметрів (амплітуди і частоти) відриву плода була проведена на спроектованому і виготовленому експериментальному стенді (Патент України UA 24296 A), який генерує вібраційні, ударні, віброударні збурення з частотою 0-20 Гц і амплітудою 0-40 мм.

Установлено значення коефіцієнтів передачі амплітуди кроною дерева, які становлять при ударі 0,15-3,0, вібрації - 0,31-3,0, віброударі - 0,28-3,0.

нові адаптивні гумові накладки, порожнина яких наповнена сумішшю поліаміду 610, графітного мастила УСсА, машинного мастила, завдяки низькому коефіцієнту внутрішнього тертя, уможливлюють рівномірний розподіл напружень у зоні охоплення штамбу. Коефіцієнт корисної дії запропонованих накладок на 75% більший, ніж у стандартних накладок ВУМ-15. Максимальний тиск зменшується вдвічі проти стандартних накладок.

Обґрунтовано потребу вдосконалення інерційного лінійного струшувача в напрямі: полегшення конструкції (усунуто транспортер і конічний редуктор), що дало змогу підвищити к.к.д. приводу; розроблення механізму довантаження рами струшувача; замінення накладок захватів на адаптивні; введення телескопічного карданного вала між валом відбору потужності і струшувачем, що покращило позиціонування останнього відносно дерева; модифікації механізмів, які генерують, крім вібраційних, ще й віброударні коливання, з метою збирання плодів з дерев діаметром від 100 до 280 мм.

Основні результати даної роботи передані ВАТ “Львівагромашпроект” як рекомендації для конструювання плодозбиральних машин. Рекомендації щодо конструктивних параметрів струшувача і режимів знімання плодів схвалено і прийнято Львівською дослідною станцією садівництва ІС УААН. Виробничими випробуваннями встановлено, що продуктивність модифікованого інерційного лінійного струшувача на збиранні яблук в садах з шириною міжрядь 4-6 м за середньої врожайності 40 кг з дерева становить 25-44 дерева (0,06-0,084 га) на годину.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Гошко М.О. Дослідження передатної функції крони плодового дерева при різних видах коливань //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Волинське відділення інженерної академії України. - 1996. Вип.2. - С.116-119. - 0,25 друк.арк.

Гошко М.О. Дослідження передатної функції крони плодового дерева при віброударному виді коливань //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Волинське відділення інженерної академії України. - 1996. Вип.2. - С.120-123. - 0,25 друк.арк.

Рибарук В.Я., Гошко М.О. Результати досліджень процесу відриву плода від гілки //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Волинське відділення інженерної академії України. - 1996. Вип.2. - С.44-47. - 0,25 друк.арк., в т.ч. автора - 0,13 друк.арк.

Гошко М.О., Крупич О.М., Гошко З.О. Визначення передачі коливань від місця нанесення удару до точок підвісу плодів //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Луцький державний технічний університет. - 1998. Вип.4. - С.24-26. - 0,19 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Гошко З.О., Гошко М.О, Синій С.В., Бавдик Я.М. Удосконалення інерційного лінійного струшувача плодів //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Луцький державний технічний університет. - 1998. Вип.4. - С.21-23. - 0,19 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Синій С.В., Гошко З.О., Гошко М.О. Залежність зусилля струшування дерева від попереднього натягу троса //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Луцький державний технічний університет. - 1998. Вип.4. - С.127-130. - 0,25 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Гошко З.О., Крупич О.М., Гошко М.О. Економічний ефект механізованого збирання яблук //Вісник Львівського державного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. - Львів. - 1998. - №2. - С.52-55. - 0,25 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Рибарук В.Я., Гошко М.О. Теорія робочого процесу відривання плоду від гілки // Вісник Львівського державного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. - Львів. - 1997. - №1. - С.9-14. - 0,38 друк.арк., в т.ч. автора - 0,19 друк.арк.

Рибарук В.Я., Крупич О.М., Гошко М.О., Гошко З.О., Паславський Р.І. Дослідження процесу відриву плода від гілки в лабораторних умовах //Механізовані процеси сільськогосподарського виробництва.- Львів. - 1996. - С.18-22. - 0,31 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Шевчук Р.С., Крупич О.М., Гошко З.О., Гошко М.О. Тросовий віброударний струшувач плодів //Інформаційний листок Львівського ЦНТЕІ. - Львів. - 1993. - С.1-5. - 0,25 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Шевчук Р.С., Крупич О.М., Котыско В.И., Гошко З.О., Гошко М.О. Хозяйственные испытания усовершенствованного тросового стряхивателя плодов виброударного действия //Плодоводство и ягодоводство России./ Труды РАСН и ВСТИСП. - Москва. - 1995. - т.2.- С.256-261. - 0,38 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Гошко З.О., Гошко М.О. Визначення статичної міцності плодів//Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Волинське відділення інженерної академії України. - 1995. - С.191-194. - 0,25 друк.арк., в т.ч. автора - 0,13 друк.арк.

Дмитрів В.Т., Шевчук Р.С., Крупич О.М., Гошко М.О. Розробка пристрою для управління роботою струшувача//Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Волинське відділення інженерної академії України. - 1997. - Вип.3. - С.42-48. - 0,44 друк.арк., в т.ч. автора - 0,2 друк.арк.

Шевчук Р.С., Крупич О.М., Гошко З.О., Гошко М.О. Методика дослідження передатної функції крони плодового дерева//Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Волинське відділення інженерної академії України. - 1997. - Вип.3. - С.299-302. - 0,25 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Гошко М.О. Визначення ефективності роботи подушок струшувачів //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Луцький держ. техн. ун-т. - 1999. - Вип.5. - С.66-68. - 0,19 друк.арк.

Гошко М.О. Фізична та математична моделі “енергетичний засіб - струшувач - дерево” //Сільськогосподарські машини. - Луцьк: Луцький держ. техн. ун-т. - 1999. - Вип.5. - С.73-76. - 0,25 друк.арк.

Рибарук В.Я., Ніщенко І.О., Паславський Р.І., Гошко М.О. Взаємодія комбінованого агрегату з деревом //Механізовані процеси сільськогосподарського виробництва.- Львів. - 1996. - С.14-18. - 0,31 друк.арк., в т.ч. автора - 0,1 друк.арк.

Анотація

Гошко М.О. Обґрунтування параметрів і режимів роботи інерційних лінійних струшувачів яблук. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва. - Львівський державний аграрний університет, Львівська обл., Жовківський р-н, м. Дубляни, 2000.

Дисертацію присвячено питанням підвищення ефективності механізації знімання яблук на підставі визначення та обґрунтування оптимальних параметрів і режимів роботи струшувачів. Для вирішення даних завдань визначено обґємно-вагові параметри і фізико-механічні властивості плодів і плодових дерев; розроблено і досліджено аналітичні моделі для встановлення залежностей амплітудно-частотних режимів зняття яблук; запропоновано методику і створено стенд для генерування вібраційних, ударних, віброударних збурень; запропоновано номограму для вибору оптимальних параметрів і режимів роботи струшувачів; модифіковано інерційний лінійний струшувач; запропоновано модифіковані адаптивні накладки; розроблено і запропоновано до використання модульну автоматизовану систему керування частотою струшувача.

Ключові слова: інерційний лінійний струшувач, плід, плодоніжка, дерево, амплітуда, частота, маса.

Summary

Hoshko M.O. The substantiation of parameters and operational modes of inertial linear shakers of pomes.

Dissertation is submitted for candidate degree of technical sciences, specialty 05.20.01 - machanization of agricultural production - Lviv State Agrarian University. - Lviv region, Zhovkva district, Dubliany, 2000.

The thesis is devoted to the problems of increase of apple gathering mechanization effectiveness by means of both optimum parameters grounding and work regime of tree knocker and also determination the typesizes of tree knocker. To determine a foresaid problems the mass-sizes and physic and mechanical properties of both fruits and fruit trees have been decided, the analitical models for the functions determinations of amplitude-frequency regimes of fruit gathering have been proposed and the stend for generation of oscillative, vibrative-percussive, percussive and spatial sorts of vibration have been worked out; nomogramm for selection of both optimum parameters and regimes of tree knocker work have been proposed; the inertia-type line shaker has been improved; the new adaptive cover plates have been worked out; the module automatized system of frequency shaker control has been worked out and is proposed to use.

Key words: inertia-type line shaker, fruit, fruit-stalk, tree, frequency, mass.

Аннотация

Гошко М.О. Обоснование параметров и режимов работы инерционных линейных стряхивателей яблок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства. - Львовский государственный аграрный университет, Львовская обл., Жовковский р-н, г. Дубляны, 2000.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности механизации снятия яблок путем обоснования оптимальных параметров и режимов роботы стряхивателей. Изучение размерно-массовых и физико-механических свойств плодов и деревьев стало основой для расчета режимов работы и параметров стряхивателей (по массе). Теоретическими исследованиями модели системы “плодовая ветка-плодоножка-плод” установлены зависимости усилия отрыва плода от вида (удар, вибрация, виброудар) и параметров (амплитуда и частота) возбуждающего усилия. Установленные значения параметров на 38% ниже от известных. Установлено, что агротехнические требования уборки плодов обеспечиваются: для деревьев с диаметром штамба от 100 до 160 мм - стряхивателем массой 60 кг; от 140 до 260 мм - массой 90 кг; от 240 до 320 мм - массой 160 кг с частотой 8…20 Гц.

Для проверки теоретических зависимостей усилия отрыва плода от режимных параметров разработан экспериментальный стенд (патент Украины UA 24296A), позволяющий генерировать вибрационные, ударные, виброударные и пространственные колебания с частотой 0…20 Гц и амплитудой 0…20 мм. Установленные значения частоты колебаний - 3…7 Гц. Вибрация, создаваемая возбуждающим устройством, передается от стряхивателя к плоду. Проведены эксперименты для определения коэффициента передачи амплитуды кроной дерева.

Установлены значения коэффициентов передачи амплитуды кроной дерева, которые равны: при ударе 0,15-3,0, вибрации - 0,31-3,0, виброударе - 0,28-3,0.

С целью уменьшения повреждения коры дерева в месте захвата разработаны и предложены новые адаптивные накладки, резиновая оболочка которых наполнена смесью наполнителя и графитной смазки УСсА с машинным маслом.

Благодаря низкому коэффициенту внутреннего трения достигается равномерное распределение напряжений в зоне охвата и высокий коэффициент полезного действия предлагаемых накладок, который на 75% выше, чем у стандартных накладок ВУМ-15. Максимальное давление уменьшается вдвое по сравнению со стандартными накладками. Испытаниями во время уборки плодов установлено, что повреждения коры в месте захвата на деревьях с диаметром штамба меньше 210мм не наблюдались, а с диаметром штамба 210-280мм - незначительные; плоды снимались с плодоножками.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований удалось модифицировать инерционный линейный стряхиватель в сторону уменьшения массы плодоуборочной машины ВУМ-15. С плодоуборочной машины сняты транспортер и конический редуктор, что увеличило к.п.д. привода; разработан механизм догружения рамы стряхивателя; заменены накладки захвата; введен телескопический карданный вал между валом отбора мощности и стряхивателем, что улучшило позиционирование последнего относительно дерева.

В результате увеличения активной массы стряхивателя на 30 кг расширен диапазон его применения на деревьях диаметром до 280 мм.

С целъю управления режимом работы стряхивателя разработана модульная автоматизированная система, которая плавно, в заданном режиме, регулирует частоту колебания стряхивателя для избранного дерева, уменьшает повреждение плодов.

Ключевые слова: инерционный линейный стряхиватель, плод, плодоножка, дерево, амплитуда, частота, масса.

Размещено на Allbest.ru

...