Обґрунтування технологічних параметрів ротаційно-вібраційного сепаратора картоплезбиральної машини

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

УДК 631.358

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ РОТАЦІЙНО-ВІБРАЦІЙНОГО СЕПАРАТОРА КАРТОПЛЕЗБИРАЛЬНОЇ МАШИНИ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

ТКАЧУК ВАСИЛЬ СЕРГІЙОВИЧ

Мелітополь - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійській державній агротехнічній академії (ТДАТА) та Подільській державній аграрно-технічній академії (ПДАТА) Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник:

Шевченко Ігор Аркадійович, кандидат технічних наук, доцент, Таврійська державна агротехнічна академія, завідувач кафедри "Сільськогосподарські машини".

Офіційні опоненти:

Гуков Яків Серафимович, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Національний центр "Інститут механізації і електрифікації сільського господарства", директор;

Грубий Валерій Павлович, кандидат технічних наук, доцент, Подільська державна аграрно-технічна академія, доцент кафедри "Машиновикористання сільськогосподарської техніки і охорона праці".

Провідна установа: Дніпропетровський державний аграрний університет, кафедра "Сільськогосподарські машини", Міністерства аграрної політики України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться "16" травня 2001 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 18.819.01 Таврійської державної агротехнічної академії, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18, ауд. 8.209.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійської державної агротехнічної академії, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18.

Автореферат розісланий 23.11.2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.Ю. Черкун.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Якість картоплі і її собівартість в значній мірі визначається збиральним процесом, так як на нього приходиться 45…50 % всіх затрат праці, а збиральної техніки для фермерів, що могла би працювати на невеликих ділянках розробляється і випускається досить мало. Тому пошук нових, малогабаритних, недорогих конструкцій для фермерських і присадибних господарств є важливим і актуальним питанням в механізації сільського господарства.

Головним резервом скорочення фактичних втрат урожаю і зменшення собівартості продукції при задовільній якості є удосконалення збирання. Технічні труднощі, що виникають при цьому, пов'язані в значній мірі з особливостями самої культури. При підкопі клубненосного шару в картоплезбиральну машину попадає з кожного гектару біля 1 тис. т ґрунту. Процес сепарації ускладнюється ще й тим, що клубненосний шар (технологічна маса), який містить всього 1,5…2 % клубнів картоплі, містить рослинні домішки, кореневища, каміння і інші тверді домішки, і тим, що властивості ґрунту не постійні а клубні картоплі досить відчутні до пошкоджень. Тому удосконаленню існуючих і створенню нових методів сепарації і побудові на їх основі нових картоплезбиральних машин є досить актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконувалась згідно цільової комплексної програми "Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин для сільського господарства, харчової та переробної промисловості" разом з СКБ ВАТ "Тернопільський комбайновий завод" по вдосконаленню транспортуючих і сепаруючих робочих органів. Автором виконувались роботи по вдосконаленню сепаруючих робочих органів картоплезбиральних машин.

Мета і задачі дослідження полягає в підвищення продуктивності роботи картоплезбиральних машин, зменшення пошкодження клубнів картоплі за рахунок інтенсифікації вторинної сепарації технологічної маси в ротаційно-вібраційному сепаруючому робочому органі.

Об'єкт дослідження - ротаційно-вібраційний сепаруючий робочий орган.

Предмет дослідження - обґрунтування геометричних параметрів і режимів роботи ротаційно-вібраційного сепаруючого робочого органу.

Методи досліджень. Теоретичне обґрунтування параметрів і режимів роботи ротаційно-вібраційного сепаратора проводилось з використанням математичного моделювання та базувалося на положеннях механіки суцільних середовищ, теоретичної механіки, теорії ймовірності та математичної статистики.

Експериментальні дослідження проводились як згідно з загально прийнятими, так і згідно із розробленими методиками, та передбачали використання планування багатофакторного експерименту.

Обробка вихідних даних здійснювалась на ЕОМ з використанням теорії ймовірності, регресивного та кореляційного аналізів.

Для досягнення вказаної мети необхідно вирішити такі задачі:

обґрунтувати місце і роль ротаційних робочих органів у сепарації технологічної маси в картоплезбиральних машинах;

розробити аналітичні методи та модель для визначення основних технологічних та економічних показників;

розробити інженерний метод розрахунку і проектування ротаційно-вібраційного сепаруючого робочого органу;

розробити методику проведення експериментальних та лабораторно-польових досліджень для перевірки достовірності технологічних і економічних показників.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

розроблені принципи створення ротаційного-вібраційного робочого органу з використанням зворотно-поступальних коливань;

проаналізовані емпіричні закони впливу зворотно-поступальних коливань на сепарацію клубненосної технологічної маси;

отримані математичні залежності, які дозволяють оптимізувати конструктивні параметри сепаруючого робочого органу в залежності від конкретних умов роботи;

отримано математичні залежності повноти сепарації від кінематичних та технологічних параметрів. Побудовано номограму і розроблено алгоритм для визначення основних технологічних параметрів запропонованого сепаратора;

на основі теоретичних та експериментальних досліджень створений ротаційно-вібраційний сепаратор, розроблений алгоритм для розрахунку його технологічних параметрів.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблений інженерний метод розрахунку і проектування ротаційного робочого органу для сепарації ґрунту. В КСП ім. Котовського Кам'янець-Подільського району Хмельницької області впроваджено у виробництво експериментальна картоплезбиральна машина із запропонованим сепаратором.

Згідно з результатами порівняльних досліджень запропонована конструкція ротаційного-вібраційного сепаратора дозволяє зменшити енерговитрати на 14,5 %, зекономити 23,1 % палива і зменшити затрати живої праці на 25,5 % у порівнянні з серійним копачем КТН-2В.

Особистий внесок здобувача полягає в одержані таких результатів:

аналіз емпіричних законів впливу зворотно-поступальних коливань на сепарацію клубненосної технологічної маси;

проведення теоретичних і експериментальних досліджень впливу на процес сепарації ґрунту ротаційно-вібраційного робочого органу;

розроблення та дослідження конструкції експериментального ротаційно-вібраційного сепаруючого робочого органу;

дослідження повноти сепарації ґрунту, необхідної потужності на привід сепаратора і енерговмістимості сепарації;

методи розрахунку і проектування ротаційного робочого органу з використанням зворотно-поступальних коливань.

Апробація результатів дисертації. Основні результати доповідалися на науково-технічній конференції присвяченій 80-річчю заснування ПДАТА (м. Кам'янець-Подільський,1999 р.), на науково-технічних конференціях, що проводились в К-ПСГІ і ПДАТА протягом 1990...2000 р.р., на міжнародній конференції Національного аграрного університету до 70-річчя заснування факультету Механізації сільського господарства (м. Київ, 1999 р.), на міжнародній конференції "Екологічні аспекти механізації внесення добрив, захисту рослин, обробітку ґрунту, збирання і переробки продукції", співзасновники ТДАТА та ІВМЕR (Варшавський інститут будівництва, механізації і електрифікації в сільському господарстві) (м. Мелітополь, 2000 р.).

Публікації. За результатами досліджень надруковано 7 наукових праць загальним обсягом 1,8 умовного друкованого аркушу (всі у наукових фахових виданнях), отримано позитивне рішення Держпатенту України по заявці № 2000042290 "Ротаційний сепаруючий робочий орган картоплезбиральної машини" від 17.07.2000 р. (співавтори Шевченко І.А., Курко А.М.).

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, висновків, переліку посилань та додатків. Обсяг роботи становить 138 сторінок машинописного тексту, на 124 із них викладено текст роботи та список використаних джерел, на 14 додатки. Вона містить 43 ілюстрацію (31 графіки і схеми, 8 рисунків, 4 фотографії), 11 таблиць. Усього використаних джерел 103 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі подана загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми, сформульована мета досліджень та основні положення, що виносяться на захист.

В першому розділі "Огляд літературних джерел з досліджень по збільшенню сепарації ґрунту" приводиться огляд конструкцій для руйнування грудок і сепарації ґрунту в картоплезбиральних машинах, проведено аналіз методів руйнування ґрунтових грудок, а також факторів, що впливають на руйнування міцних ґрунтових грудок і пошкодження клубнів картоплі.

Вивчення різних типів сепараторів доводить, що найбільш високі показники за якістю роботи і технологічністю виготовлення у пруткових елеваторів. Аналіз методів руйнування і сепарації технологічної маси, показав, що руйнування ґрунтових грудок в умовах статичного навантаження малоефективні, не забезпечують необхідного кришення грудок і затрачують в 5,5...19 раз більше енергії ніж при кришенні динамічним способом. В роботах М.Е. Мацепуро, Г.Д. Петрова, И.Р. Размисловича, З.В. Ловкіса,

М.Б. Угланова, П.Е. Сорокіна, П.К. Белевича і др. запропоновані різні методи динамічної дії на клубненосний шар і вказується на доцільність досягати максимальної сепарації на робочих органах первинної сепарації, де клубні захищені шаром ґрунту від пошкоджень. Визначені основні тенденції розробок і використання допоміжних грудкорозбиваючих робочих органів. Крім того, ряд досліджень направлено на вивчення сепарації при складному русі прутків. Також визначено, що на робочих органах вторинної сепарації доцільно зосередити увагу по кришенню міцних грудок, які не пройшли первинної сепарації. Використання динамічних навантажень для руйнування грудок ґрунту можливе, не перевищуючи при цьому допустимого рівня пошкодження клубнів картоплі. З другого боку, як показали результати досліджень, на підвищення первинної і вторинної сепарації значно впливає характер руху технологічної маси, зокрема рух маси на палерних робочих органах. Виходячи з цього, виникає необхідність більш ретельного вивчення поведінки технологічної клубненосної маси на сепараторі, що в значній мірі нагадує палерний і руйнує грудки динамічним способом.

В другому розділі "Теоретичні обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів ротаційно-вібраційного сепаруючого робочого органу" обґрунтована конструкція, технологічна схема і режими роботи ротаційного сепаруючого робочого органу з використанням зворотно-поступальних коливань.

Ротаційно-вібраційний сепаруючий робочий орган (рис. 1) який виконано у вигляді батареї ротаційних елементів який включає послідовно розташовані на рамі 1 ротаційні елементи 2, кулачковий механізм 4, приводу циліндричних твірних поверхонь барабанів в осьовий зустрічний зворотно-поступальний рух, механізм регулювання кута нахилу площини сепаратора до поверхні поля 3. Кожний ротаційний елемент складається з двох суміщених співвісних циліндричних барабанів 5 і 6 з твірною прутковою поверхнею однакового діаметру. Діаметр барабанів вибрано достатнім, щоб виключити намотування на них рослинних залишків. ротаційні елементи виготовлені таким чином, що прутки одного барабану розташовані між прутками другого з постійним кроком і можливістю відносного осьового переміщення за рахунок з'єднання поступальною парою.

Для вивчення процесу сепарації на такому робочому органі необхідно:

- вивчити поведінку всіх складових технологічної маси при складному русі прутків;

- обґрунтувати принцип інтенсифікації;

- теоретично обґрунтувати технологічні параметри роботи ротаційно-вібраційного сепаратора;

- експериментально дослідити агротехнічні показники роботи запропонованого сепаратора;

- провести порівняльну оцінку ефективності роботи запропонованого сепаратора і серійного.

Ефективність робочого процесу сепарації визначається його сепаруючою здатністю, яка характеризується коефіцієнтом сепарації h. Найбільш близьким математичним виразом просівання ґрунту на ротаційному сепараторі є формула для сепарації на прутковому елеваторі:

, (1)

де Le - довжина елеватора;

а - коефіцієнт, що характеризує швидкість просівання ґрунту в залежності від його фізичного стану;

b - коефіцієнт, що залежить від завантаження і місця розташування робочого органу в технологічній схемі.

Відсутність універсальної формули для розрахунку сепаруючого робочого органу і технологічних параметрів його роботи пояснюється також їх різноманітністю і нестабільністю фізико-механічних властивостей ґрунту.

Складний рух пруткових поверхонь барабанів, обертальний навколо осі і зворотно-поступальний поздовж осі, інтенсифікує взаємодію компонентів технологічної маси між собою та з сепаруючою поверхнею, постійно переорієнтовує їх, активізуючи сепарацію.

а)



б)

Рис. 1. Ротаційно-вібраційний сепаруючий робочий орган: а) - технологічна схема; б) - схема ротаційного елементу: 1 - рама; 2 - ротаційні елементи; 3 - механізм регулювання куту нахилу площини сепаратора до поверхні поля; 4 - кулачковий механізм; 5 і 6 - барабани

Для теоретичного вивчення динамічних властивостей як елементів робочого органу, так і ґрунтових макроагрегатів задамося такою схемою роботи ротаційно-вібраційного сепаратора. На перших двох барабанах відбувається в основному інтенсивне руйнування технологічної маси за рахунок зміни швидкості, перепаду висот, хвилевидного руху і сепарація ще непросіяної і маси що утворилася. На третьому барабані відбувається в основному сепарація технологічної маси і часткове руйнування. На четвертому барабані відбувається в основному сепарація технологічної маси.

Зворотно-поступальний рух прутків спричиняє інтенсивне перемішування технологічної маси, переорієнтування, що сприяє очистці прутків від налипання ґрунту і виключає можливість защемлення грудок між прутками. В якості робочої гіпотези приймаємо такі припущення:

на ділянці первинної сепарації (прутковий елеватор) просіялось 50 % технологічної маси. Маса, що просіялась мала розміри менші ніж відстань між прутками (до 28 мм). На перший барабан приходить технологічна маса яка орієнтовно має такий фракційний склад: 5…8 % - картопля, 5…10 % грудки розміром більшим за 50 мм, 25…30 % грудки розміром 28…50 мм, технологічна маса розміром менше 28 мм (за даними Г.Д. Петрова). Слід відмітити, що даний фракційний прийнято як за результатами теоретичних досліджень так і експериментальних і він може змінюватися в значних межах в залежності від типу ґрунту, обробітку ґрунту, ґрунтово-кліматичних, погодних умов і т. і.;

руйнування грудок відбувається в основному (біля 60 %) за рахунок зміни швидкості, перепаду висот, хвилевидного руху і часткового удару, близько 40 % грудок руйнується у міжпрутковому просторі як результат защемлення грудки (під дією ваги шару, що лежить зверху) між двома прутками, які зворотно-поступально рухаються, і переміщають її під дією сил тертя. При цьому руйнування внутрішніх зв'язків в грудках відбувається за рахунок поелементного зсуву. Враховуючи, що міцність грудок на стиск більша ніж при поелементному зсуві процес відбувається при менших затратах енергії і дає кращий результат (слід відмітити, що форма клубнів і грудок частіше за все суттєво відрізняються, а коефіцієнт зовнішнього тертя ґрунту має на 10…20 % більше ніж клубні картоплі);

задача полягає в тому, щоб за допомогою запропонованого технічного рішення зменшити кількість грудок розміром більшим ніж проміжок між прутками і під час роботи очищувати "живий" переріз сепаруючої робочої поверхні.

Для теоретичного вивчення динамічних властивостей як елементів пристрою, так і ґрунтових макроагрегатів задамося такими моделями складових що взаємодіють в досліджуваній проблемі. Прутки "білячих коліс" доцільно в нульовому наближенні моделювати циліндричними пружними стержнями, жорстко закріпленими на більш масивних кільцях (рис. 1). Ґрунтові макроагрегати доцільно моделювати однорідними твердими тілами з характерними розмірами L і межею міцності [s]. Барабани обертаються зі швидкістю W, частота коливань w. Механізм взаємодії між прутками і ґрунтовими агрегатами в нульовому наближенні можна прийняти як кулонівське тертя, хоча в умовах значних частот коливань слід врахувати залежність сили тертя від швидкості.

Відстань між прутками вибираємо за умови не просівання середніх бульб і приймаємо рівним S (по хорді). Розглядається взаємодія з грудками, які також не просіваються, тобто такі, для яких виконується умова L > S. Приймаємо також, що підкопуючі пристрої і попереднє транспортування виключають клубненосний шар від грудок, розміри яких перевищують 2S (великі глиби). Остання передумова дозволяє розглядати взаємодію ґрунтових макроагрегатів з двома пружними прутками, що виконують зворотно-поступальні коливання.

Рис. 2. Розрахункова схема моделі сепаруючого елементу

Розглянемо ґрунтовий макроагрегат з розмірами 2S > L > S, який знаходиться на двох прутках. Площина, що проходить через поздовжні паралельні осі нахилена під кутом a до горизонту. Розглянемо спочатку випадок коли можна знехтувати поперечними коливаннями прутків. Введемо систему координат x y z, зв'язану з центром мас грудки в точці С, направивши вісь Сх - поздовж вісі прутків, вісь Сy - перпендикулярно в площині, нахиленій під кутом a до горизонту і вісь Сz - перпендикулярно (рис. 2).

Вибираємо несиметричне розміщення грудки на прутках, тобто приймаємо що в загальному випадку виконується умова S>So. Умова стійкості грудки на перекидання є S < LЧsina. Запишемо динамічне рівняння повного руху грудки:

(2)

де - маса і момент інерції грудки відносно осі z;

- реакції прутків;

- сили тертя;

- складові сил тертя поздовж осі x.

Для визначення в стійкому стані використовуємо принцип можливих переміщень. Надамо можливого переміщення точці В і складемо рівняння віртуальних робіт:

. (3)

Потужність переміщень дозволяє отримати:

(4)

Підставивши отримані вирази в друге і третє рівняння і вводячи ступінчату функцію, відповідальну за зворотно-поступальний рух прутків, отримаємо:

 (5)

Для подальшого розвязання рівнянь (4) приймаємо початкові нульові умови, а також розкладемо функцію в ряд Фурьє по синусах кратних дуг:

Отримаємо розв'язок:

; (6)

. (7)

Із виразів (6...7) можна зробити наступні висновки:

1. Амплітуда коливного руху грудки поздовж прутків пропорційна . Для того, щоб рух поздовж осі х можна використовувати для кришення, частота w не повинна бути великою.

2. Амплітуда не залежить від симетрії розміщення грудки на прутках.

3. Грудки, розміщенні на верхній частині барабану виконують більш інтенсивні коливання, ніж ті, які розміщенні на бокових.

4. На верхній частині барабану обертальний рух відсутній, але він суттєвий на бокових частинах.

5. Амплітуда обертального руху залежить від симетричності розміщення грудок на прутках.

6. На верхніх ділянках барабана () всі грудки виконують однаковий рух, втрачається залежність від L.

7. З`являється постійна складова швидкості поздовж осі х.

8. На бокових ділянках з`являється рівномірне обертання грудок.

Для випадку коли на барабані дві грудки з розмірами L1 i L2 із отриманих виразів (6...7) випливає що на горизонтальних ділянках можливий удар грудок. Розглянута задача відповідає нерухомому барабану. Із виразу (6) можливо оцінити граничну частоту коливань прутків. Якщо прийняти що при грудки розбиваються, то вище цієї швидкості мати немає сенсу.

. (8)

. (9)

Грудка і клубні мають різні коефіцієнти тертя до прутків і, можливо різні розміри (Lk i kk - розмір і коефіцієнт для клубнів). Тоді швидкість удару:

(10)

. (11)

Якщо клубні не допустимо ударяти із швидкістю більше , тоді виникає обмеження на частоту:

. (12)

Із розглянутих задач можна зробити висновок, що найбільш активною зоною кришення грудок може бути зона на похилих частинах барабану. На горизонтальній частині виникає інтенсивна взаємодія грудок і клубнів, що спричиняє їх доочистку.

Зрозуміло, що в реальній ситуації, коли на сепаруючий пристрій поступають велика маса ґрунту і клубнів, розглянути одиничні акти у взаємодії досить проблематично. Тому слід застосувати деякі інтегральні підходи, які б усереднювали ті чи інші фізико-механічні властивості технологічної маси.

На підставі теоретичних досліджень визначені межі, в яких запропонований пристрій може працювати, і в яких слід проводити експериментальні дослідження для визначення оптимальних режимів роботи. Для більш повного вивчення різних методів інтенсифікації процесу сепарації, перевірки і оптимізації робочих параметрів сепаруючого пристрою, за допомогою експериментальних досліджень слід вирішити такі задачі:

вивчити характер взаємодії прутків барабанів ротаційних елементів, що виконують зворотно-поступальні коливання, з грудками і клубнями різних розмірів, твердості, вологості і орієнтації;

експериментально визначити вплив на технологічний процес сепарації таких факторів: швидкості руху агрегату, амплітуди коливань, частоти коливань, поздовжнього кута установки площини батареї ротаційних елементів до поверхні поля;

дати порівняльну агротехнічну і енергетичну оцінку роботи запропонованого сепаруючого пристрою;

визначити економічну ефективність запропонованого сепаруючого пристрою.

В третьому розділі "Програма і методика експериментальних досліджень" вирішено наступне:

попереднє дослідження сепаруючих робочих органів;

розроблення методики проведення окремих етапів досліджень;

вибір необхідного стандартного обладнання;

проектування і виготовлення спеціальних приладів і пристроїв, лабораторного стенду і лабораторно-польового стенду;

проведення дослідів у відповідності з методикою планування;

проведення порівняльних випробувань серійного і запропонованого сепаратора.

Агротехнічна оцінка проводилась шляхом відбору на брезентах проб технологічної маси за сепаратором з наступним зважуванням картоплі і технологічної маси.

Експерименти проводились по ортогональному центральному композиційному плану ПФЕ-23 (лабораторні досліди) і за планом Хартлі для чотирьох факторів (польові, науково-виробничі).

Енергетична оцінка проводилась шляхом вимірювання робочих параметрів безпосередньо під час роботи машини.

В четвертому розділі "Результати експериментальних досліджень" проведено обробку експериментальних досліджень та аналіз отриманих даних, обґрунтовані оптимальні технологічні режими роботи запропонованого ротаційно-вібраційного сепаратора для картоплезбиральної машини. Науково-виробничі випробування проводились на полях КСП ім. Котовського Кам'янець-Подільського району Хмельницької області (умови експерименту: ґрунти - легко суглинисті, середня твердість - 1 мПа, вологість 19 %, сорт картоплі - "Темп", спосіб посадки - гребеневий, глибина залягання нижнього клубня - 12 см, урожай картоплі - 150 ц/га, середній розмір клубнів 50…60 мм, середня вага клубнів 50…80 г) згідно матриць планування за планом Хартлі для чотирьох факторів.

Фактори і рівні їх зміни наведені в таблиці. Основні показники ротаційного сепаратора (повнота сепарації, потужність на привід сепаратора і енерговмістимість сепарації) в основному залежать від частоти і амплітуди коливань, подачі технологічної маси і куту установки батареї ротаційних елементів. За результатами експерименту отримані рівняння регресії повноти сепарації yh, потужності на привід yN і енерговмістимості сепарації yz. Перевірка за критерієм Кохрена дозволяє зробити висновок що дисперсії в моделях однорідні. Перевірка за критерієм Фішера дозволяє зробити висновок, що гіпотеза про адекватність моделей при 5 % рівні значимості не відкидається.

(13)

(14)

(15)

Отримані рівняння (13), (14) і (15) досліджувались методом двомірних перерізів, для чого два із показників фіксувалися на заданому рівні. Визначені оптимальні параметри для повноти сепарації: кут установки площини батареї ротаційних елементів б 11 град, частота коливань f 21 Гц, амплітуда коливань А 15,2 мм, швидкість руху агрегату v 0,45 м/с. Зразок графічної інтерпретації результатів досліджень представлено на рис. 3.

Для визначення оптимальних технологічних режимів роботи в польових умовах і для більш наочного представлення взаємозв'язку між робочими параметрами побудовано номограму рис. 4.



За допомогою номограми можливо визначати як повноту сепарації в залежності від робочих параметрів так і робочі параметри при заданій повноті сепарації. ротаційний сепаратор картоплезбиральна конструкція

Потужність, що потрібна на привід ротаційного сепаратора при оптимальному режимі роботи знаходиться в межах 10…12 кВт, що в межах допустимої для гідросистеми тракторів класу 14: МТЗ - 80, ЮМЗ - 6Л.

В п'ятому і шостому розділах представлено розрахунок економічної ефективності запропонованого сепаратора. В порівнянні з базовим варіантом річний економічний ефект складає 2257 грн. (на 15.03.2000 р.), енерговитрати зменшуються по різних показниках в середньому на 20...25 % за рахунок підвищення інтенсивності сепарації і продуктивності роботи.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що використання на важких ґрунтах в конструкціях картоплезбиральних машин інтенсифікаторів сепарації дозволяє підвищити продуктивність на 10…15 %. Аналіз факторів, що впливають на сепарацію, показав що з точки зору ефективності руйнування ґрунтових грудок і витрат енергії динамічний метод більш оптимальний ніж статичний, так як зворотно-поступальні коливання, ударні і вібраційні навантаження спричиняють деформацію зсуву і руйнування ґрунтових грудок.

2. На основі досліджень встановлено, що підвищити повноту сепарації без травмування картоплі можна шляхом надання технологічній масі складного руху (нерівномірного, хвилеподібного, коливального). Запропонована схема ротаційного сепаратора з зворотно-поступальним рухом барабанів.

3. Обґрунтована технологічна схема і розроблена конструкція простого копача з ротаційним сепаратором, який підкопує клубненосний шар підбирає його і ефективно просіює, вкладає клубні позаду копача, показала себе здатною до роботи на всіх технологічних режимах роботи.

4. Отримані аналітичні залежності, що описують процес сепарації на ротаційно-вібраційному робочому органі, які дозволяють визначити його конструктивно-технологічні та кінематичні параметри.

5. Геометричні і кінематичні параметри ротаційного сепаратора:

діаметр барабанів - Dб = 300 мм;

довжина барабанів - Lб = 1200 мм;

кількість барабанів - чотири;

відстань між сусідніми барабанами - lс = 325 мм;

кут установки площини батареї;

ротаційних елементів до поверхні поля - a = 0..15 град;

швидкість обертання барабанів - wб =50 хв-1;

лінійна швидкість прутків барабанів - vб = 0,75 м/с;

розмір площини сепаруючої поверхні - 1200 х 1250 мм.

6. В результаті експериментальних досліджень обґрунтовані оптимальні технологічні режими роботи запропонованого сепаратора:

швидкість руху агрегату - v = 0.7…1,2 м/с;

частота коливань - f 21 Гц;

амплітуда коливань - A 15 мм;

кут установки площини батареї;

ротаційних елементів до поверхні поля - a 11 град.

Кут установки і швидкість агрегату залежить від типу і стану ґрунту і коректуються під час роботи, так щоб сепаруюча поверхня була завантажена на 75…80 % при максимально можливій, для даного ґрунту, швидкості.

7. За результатами досліджень побудовано номограму для визначення оптимальних режимів роботи ротаційно-вібраційного сепаратора.

8. За результатами випробувань сепаратора у виробничих умовах досягнуто повноту сепарації 97,5 % при допустимих пошкодженнях, що відповідає агротехнічним вимогам для конструкцій такого типу.

9. Запропонована конструкція ротаційно-вібраційного сепаратора дозволяє зменшити енерговитрати на збиранні картоплі на 14.5 %, зекономити 23.1 % палива і зменшити витрати живої праці на 25.5 % у порівнянні з серійним картоплекопачем КТН - 2В.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ткачук В.С. Динаміка прутків "білячого колеса" батареї ротаційних елементів що коливаються антипаралельно. // Зб. наук. праць Національного аграрного університету "Механізація сільськогосподарського виробництва", том 5 "Сучасні проблеми механізації сільського господарства" К.: НАУ,1999.

2. Ткачук В.С. Динаміка ґрунтових макроагрегатів на пружних стержнях, що коливаються антипаралельно. // Зб. наук. праць Подільської державної аграрно-технічної академії "Аграрна наука - селу", вип. 7. - м. Кам'я-нець-Подільський, 1999, - 276. табл. рис.

3. Ткачук В.С., Андрєєв О.А. Динаміка кришення ґрунтових макроагрегатів імпульсним високочастотним впливом. //Зб. наук. праць Подільської державної аграрно-технічної академії "Аграрна наука - селу", вип.7-м. Кам'я-нець-Подільський, 1999, - 276. табл. рис. (доля здобувача 60 % - динаміка кришення ґрунтових макроагрегатів).

4. Ткачук В.С. Використання пруткової циліндричної поверхні для інтенсифікації сепарації ґрунту. // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Вип.1, т.12. - Мелітополь, ТДАТА, 2000.

5. Ткачук В.С. Дослідження технологічних параметрів ротаційно-вібраційного сепаратора картоплезбиральної машини. // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Вип.2, т.15. - Мелітополь, ТДАТА, 2000.

6. Ткачук В.С., Андрєєв О.А. Теоретичне обґрунтування роботи пристроїв для активізації сепарації ґрунтової суміші. // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Вип.2, т.15. - Мелітополь, ТДАТА, 2000. (доля здобувача 40 % - теоретичне обґрунтування сепарації)

7. Шевченко І.А., Ткачук В.С. Фізико-механічні властивості ґрунту і картоплі, які визначають технологічний процес роботи картоплезбиральних машин. // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Вип.1, т.16. - Мелітополь, ТДАТА, 2000. (доля здобувача 60 % - дослідження фізико-механічних властивостей ґрунту і картоплі).

АНОТАЦІЯ

Ткачук В.С. Обґрунтування технологічних параметрів ротаційно-вібраційного сепаратора картоплезбиральної машини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і механізми механізації сільськогосподарського виробництва. Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2001.

Дисертація присвячена питанням технологічного процесу руйнування ґрунту ротаційним робочим органом. В дисертації проведений огляд конструкцій для руйнування грудок і сепарації ґрунту. Зроблено висновок про те, що руйнування грудок ґрунту статичним навантаженням потребує в 5,5...19 раз більше енергії ніж при руйнуванні динамічним способом. На цій основі розроблені принципи створення ротаційного сепаратора з використанням зворотно-поступальних коливань, що руйнують грудки ґрунту в основному динамічним способом, розроблені математичні моделі кришення ґрунту. Виведені розрахункові залежності для визначення оптимальних параметрів роботи ротаційного сепаратора, обґрунтована економічна і енергетична ефективність запропонованого сепаратора.

Ключові слова: картоплезбиральні машини, сепарація ґрунту, ротаційний сепаратор, зворотно-поступальні коливання.

АННОТАЦИЯ

Ткачук В.С. Обоснование технологических параметров ротационно-вибрационного сепаратора картофелеуборочной машины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и механизмы механизации сельскохозяйственного производства. - Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 2001.

Диссертация посвящена вопросам технологического процесса разрушения почвы ротационным рабочим органом.

Во вступлении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, дана общая характеристика работы.

В первом разделе приводится обзор конструкций для разрушения комков и сепарации почвы в картофелеуборочных машинах, проведен анализ методов разрушения почвенных комков, а также факторов, влияющих на их разрушаемость.

Разрушение почвенных комков в условиях статического нагружения малоэффективны, не обеспечивают необходимого крошения и потребляют в 5,5…19 раз больше энергии, чем при крошении динамическом способом.

Во втором разделе представлены теоретические исследования разрушения почвенных комков ротационным сепаратором. При этом разработаны математические модели поведения почвенных комков в различных условиях, обоснована конструкция ротационного сепаратора, определены основные геометрические и технологические параметры.

В третьем разделе изложены программа и методика экспериментальных исследований. Приведены описания лабораторных установок для определения коэффициента сепарации, потребляемой мощности на привод сепаратора, энерговместимости сепарации.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований технологического процесса сепарации почвы в лабораторных и полевых условиях. Установлено, что при оптимальных условиях работы возможно достижение коэффициента сепарации 97,5 %, при этом потребляемая мощность составляет около 12 кВт.

В пятом и шестом разделах приведена экономическая и энергетическая оценка ротационного сепаратора, из которой следует при работе данного сепаратора приведенные и другие энергетические затраты уменьшаются в среднем на 20…22,5 %.

Ключевые слова: картофелеуборочные машины, сепарация почвы, ротационный сепаратор, возвратно-поступательные колебания.

SUMMARY

Tkachuk V.S. The Motivation of technological parameters rotary-vibration separator an potato-harvester. - Manuscript.

The Thesis on competition a teaching degrees of candidate of technical sciences on professions 05.05.11 - mechanization agricultural production. - Tavriya State Agrotehnical Academy, Melitopol, 2000.

The Thesis is denoted the questions of technological process of destruction of ground rotary worker by organ. In thesises rough-cast principles of making the rotary separator with use the anti-parallel oscillation, mathematically models of cutting of ground. Disablement Accounting dependencies for determination of optimum parameters of functioning (working) the rotary separator, is motivated cost-effective and energy efficiency offered separator.

The Keywords: potato-harvester, separator of ground, rotary separator, antiparallel oscillation.

Размещено на Allbest.ru

...