Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів гичкозбиральної машини

кандидата технічних наук

Сипливець Олександр Олексійович

05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор, членкор УААН, заслужений винахідник України Булгаков Володимир Михайлович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри механіки і теорії механізмів і машин

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Демидко Михайло Омелянович, Національний аграрний університет, професор кафедри експлуатації техніки та інженерного менеджменту

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Завгородній Анатолій Федорович, Українська академія аграрних наук, провідний науковий співробітник відділу механізації та електрифікації харчової і переробної промисловості

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

Захист відбудеться “ 14 ” червня 2005 року о 1400 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус № 3, аудиторія № 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус № 4, к.41

Автореферат розісланий “ 12 ” травня 2005 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Войтюк Д.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Збирання гички є однією з складних операцій технології виробництва цукрового буряку. Враховуючи те, що вказана операція визначає якісні показники коренеплодів буряків, а також те, що в сучасних умовах гичка поки що залишається складовою частиною кормовиробництва, до технологічного процесу її збирання висуваються підвищені вимоги.

Гичкозбиральні машини іноземного виробництва в умовах вітчизняного вирощування цукрового буряку не завжди відповідають вказаним вище вимогам, оскільки взагалі не здійснюють збору гички після зрізання, а в більшості випадків її подрібнюють та розкидають по поверхні поля. Має також місце занижений зріз гички, що призводить до підвищених втрат цукроносної маси (до 8 %), яка залишається у зрізаних та втрачених головках коренеплодів.

Базові моделі гичкозбиральних машин вітчизняного виробництва - БМ-6А, БМ-6Б також не завжди забезпечують високоякісні показники роботи через складність механізмів індивідуального копіювання головок коренеплодів, особливо у випадках високо розвинутої гички та значних відхиленнях коренеплодів у рядках посівів.

А тому пошук нових конструктивних рішень по створенню робочих органів та машин, які б забезпечували якісний зріз гички з головок коренеплодів буряків, а також здійснювали її збір, очищення та завантаження у транспортні засоби є актуальною проблемою на сучасному етапі розвитку вітчизняного сільськогосподарського машинобудування. При цьому нові конструкції гичкозбиральних машин повинні не тільки забезпечувати високо якісні показники виконання цього технологічного процесу, але й мати прості конструкційні рішення, малу металомісткість, енергоємність і надійність робочого процесу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Конструкторські розробки та наукові дослідження виконувались згідно цільової, комплексної програми “Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості”, затвердженої Кабінетом Міністрів України 7.03.1996 року. Розробка нової конструкції гичкозбиральної машини проведена на замовлення Міністерства агропромислового комплексу України (Тема № 1.111/298 “Удосконалення технологічного процесу та розробка вихідних вимог на гичкозбиральну та коренезбиральну машини для фермерських господарств”, 1993 - 1999 рр.).

Мета роботи. Підвищення ефективності збирання гички з головок коренеплодів цукрових буряків, зменшення її витрат та зниження енергоемності технологічного процесу на основі розробки нової конструкції гичкозбиральної машини, вибору раціональних кінематичних параметрів і режимів її роботи.

Об'єкт дослідження. Гичкозбиральна машина, яка фронтально навішується на колісний трактор.

Предмет дослідження. Механіко-математичне моделювання та експериментальне обґрунтування конструктивних і кінематичних параметрів нової гичкозбиральної машини.

Методи досліджень. Для виконання дослідження використовувались теоретичні та експериментальні методи. В основу теоретичних досліджень було покладено метод складання диференціальних рівнянь руху, які потім були розв'язані чисельними методами за допомогою ПЕОМ. Експериментальні дослідження проведені за загальними та частковими методиками з використанням сучасних засобів тензометрування. Обробка результатів експериментальних досліджень здійснювалась статистичними методами.

Наукова новизна. Розроблена математична модель руху трирядної гичкозбиральної машини, яка фронтально навішена на колісний трактор. Аналітично визначені втрати гички цукрового буряку при коливаннях роторного гичкорізального апарату у повздовжньо-вертикальній площині. Аналітично досліджені умови, при яких копір дообрізчика не вибиває і не пошкоджує коренеплоди цукрових буряків.

Встановлені залежності втрат гички від кінематичних режимів руху та конструктивних параметрів гичкозбиральної машини. Визначені показники якості дообрізувача головок коренеплодів.

Встановлені енергетичні та експлуатаційні параметри трирядної гичкозбиральної машини, яка виконує безкопірний, безпідпірний технологічний процес зрізу гички цукрових буряків.

Конструктивні рішення, що пов'язані з механізацією збирання гички, захищені патентами України.

Практична цінність роботи. Розроблена конструкція трирядної гичкозбиральної машини, використання якої дозволяє знизити кількість залишків гички на головках коренеплодів до 1,5...3,0 %, втрати гички також знижені на 5...7 %. Енергетичні параметри процесу зрізування гички цукрових буряків також знижені в середньому в 1,5 - 1,8 рази в порівнянні з гичкозбиральними машинами, які серійно виготовляються. Річний економічний ефект складає понад 16,5 тис. грн. на одну гичкозбиральну машину.

Реалізація результатів. За результатами конструкторської та науково-дослідної роботи виготовлено на ВАТ “ТКЗ” дослідну партію (3 машини) гичкозбиральних машин даної конструкції, які пройшли попередні випробування в УкрЦВТ (1993 р.), а також широкі господарчі випробування в Чернігівській та Київській областях (1994 - 2004 рр.).

Конструкторську документацію на нову гичкозбиральну машину і дообрізувач головок коренеплодів на корені передано і впроваджено на заводах ВАТ “Борекс” і ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень також передано в СКБ ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” та СКБ ВАТ “Борекс”, де вони були використані при проектуванні нових конструкцій гичкозбиральних машин.

Апробація роботи. Основний зміст дисертаційної роботи був викладений на спільному засіданні кафедр сільськогосподарських машин, механіки і ТММ та опору матеріалів і прикладної механіки Національного аграрного університету (2001 р.) а також на засіданні кафедри сільськогосподарського машинобудування Кіровоградського державного технічного університету (2001 р.). Окремі результати проведеного дослідження доповідались на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (1993-2005 рр.), а також на міжнародній науково-практичній конференції “Проблемы и перспективы создания свеклоуборочной техники” (27-30 травня 1996 р.) г. Вінниця; Proceeding 5th international conference “New lading-edge technologies in Machine building”, Rybachie (5.09.1996); міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (3-5 листопада 1997 р.) с. Глеваха; на науково-технічній раді СКБ і відділі наукових досліджень ВАТ “Тернопільський комбайновий завод” (1997 р.); на міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки”, яка присвячена 100-річчю з дня народження академіка П.М. Василенка (Київ, 2000 р.); на наукових конференціях “Механізація виробничих процесів рибного господарства, промислових і аграрних підприємств” Керченського морського технологічного інституту (2001, 2003, 2004 рр.); на засіданні кафедри сільськогосподарського машинобудування Луцького державного технічного університету (2002 р.); на засіданні кафедри механіки і ТММ Національного аграрного університету (2003 р.); на засіданні наукового семінару Технічного ННІ НАУ (2004 р.).

Особистий внесок. Розроблена (у співавторстві) конструкція нової трирядкової гичкозбиральної машини, яка фронтально навішується на колісний трактор. Складена система нових диференціальних рівнянь руху гичкозбиральної машини у поздовжньо-вертикальній площині, яка розв'язана чисельними методами на ПЕОМ. Результати чисельного моделювання складеної математичної моделі коливань гичкозбиральної машини у повздовжньо-вертикальній площині дозволили визначити раціональні кінематичні і конструктивні параметри машини. Аналітично визначені втрати гички при коливаннях роторного гичкорізального апарату у повздовжньо-вертикальній площині. Аналітично досліджена взаємодія копіра дообрізчика з головкою коренеплоду. Знайдені аналітично умови ефективної роботи дообрізувача голівок коренеплодів на корені. Розроблена програма та методика господарчих випробувань та експериментальних досліджень гичкозбиральної машини. Проведені експериментальні дослідження технологічного процесу збирання гички цукрового буряку та проведена обробка їх результатів сучасними статистичними методами.

В наукових публікаціях по темі дисертаційної роботи, які надруковані у співавторстві, дольова участь здобувача складає від 20 до 65 %.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 27 друкованих праць, з яких 16 наукових статей у фахових виданнях, із них 2 одноосібні, 7 тез доповідей на наукових конференціях, 4 патенти України.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 149 найменувань (з них 15 на іноземних мовах) і додатків. Загальний обсяг дисертації складає 175 стор., 69 рис., 10 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі проведено аналіз технологій та технічних засобів збирання гички цукрових буряків та інших коренебульбоплодів. Проаналізовано конструктивні особливості різних механізмів для зрізання та збору гички цукрового буряку, а також попередні теоретичні та експериментальні дослідження гичкозбиральних машин.

Встановлено, що одним із перспективних напрямків збирання гички цукрових буряків є 2-х стадійний, що включає суцільний зріз основної маси роторним робочим органом, її збирання для використання (або подрібнення і розкидання по буряковій ланці) і подальше дообрізання головок коренеплодів. Причому використання простого за конструкцією роторного гичкорізального апарату з горизонтальною віссю обертання і пасивного дообрізувача з гребінчастим копіром забезпечить простоту конструкції, малу енерго- та металомісткість.

Основні положення теоретичних та експериментальних досліджень по обґрунтуванню конструктивно-технологічних схем гичкозбиральних машин і їх робочих органів представлені в чисельних працях Л.В. Погорілого, В.Я. Аниловича, М.В. Татьянко, В.М. Булгакова, М.А. Мішина, Б.М. Гевка, В.А. Грозубінського, М.О. Демидка, Ю.І. Ковтуна, П.В. Савича, В.А. Хвостова, М.М. Хелемендика, Ю.Б. Аванесова, М.М. Зуєва, І.П. Сичова, О.П. Гурченка, А.Г. Цимбала, Р.Б. Гевка, А.Ф. Завгороднього, С.В. Синього, Ф.Л. Роденко, В.С. Глуховського, С.А. Топоровського, Я.І. Козіброди та ін. З проведеного аналізу літературних джерел встановлено, що більшість попередніх досліджень не стосується аналітичного вивчення руху фронтально навішених гичкозбиральних машин, що здійснюють суцільний безпідпірний зріз гички, та обґрунтування їх параметрів на підставі теоретичних досліджень руху у повздовжньо-вертикальній площині.

У другому розділі обґрунтована та розроблена конструктивно-технологічна схема нової універсальної фронтально навішеної на трактор гичкозбиральної машини. Теоретично обґрунтовані її раціональні конструктивні і кінематичні параметри. Гичкозбиральна машина складається з основної рами 1, двох пневматичних копірувальних коліс 2 з механізмами регулювання висоти зрізу гички, роторного гичкорізального апарату 3, який являє собою привідний вал з горизонтальною віссю обертання, на якому шарнірно закріплені шаблеподібні ножі, загострені робочі кромки яких створюють (при повному обертанні вала) суцільну зону зрізу, шнекового транспортеру 4, з одного боку якого (на одному валу з транспортером) встановлено лопатеву кидалку гички, яка має завантажувальну трубу 5. Над кожним із рядків посівів коренеплодів цукрового буряку, за допомогою паралелограмних механізмів, встановлений пасивний дообрізувач головок коренеплодів 6.

Розглянуто аналітично рух гичкозбиральної машини по поверхні бурякового поля, для чого розроблена розрахункова схема руху фронтально навішеної на трактор гичкозбиральної машини у повздовжньо-вертикальній площині.

Маса всієї гичкозбиральної машини - ; маса копірувальних коліс -  =  +  (де і - відповідно маси першого і другого колеса). Маса копірувальних коліс зосереджена в точці . Сила ваги гичкозбиральної машини прикладена в її центрі мас (точка ).

Дана система віднесена до нерухомих декартових координат . При цьому площина збігається з повздовжньою площиною гичкозбиральної машини і є вертикальною площиною до поверхні поля. Оскільки початок систем координат розміщений у точці (точка підвісу гичкозбиральної машини до трактора), то повороти машини здійснюються навколо осі , що визначаються кутом і зумовлюють характер вертикальних коливань гичкозбиральної машини у повздовжньо-вертикальній площині. Поворот гичкозбиральної машини у повздовжньо-вертикальній площині навколо осі буде визначатися кутом . Пневматичні копірувальні колеса представлені у вигляді моделей, які мають сумарний коефіцієнт жорсткості і сумарний коефіцієнт демпфірування . Враховане те, що копірувальні колеса в цілому при русі у міжряддях посівів цукрового буряку зминають верхній шар поверхні ґрунту, однак рухаються по нерівностях, які мають поперечний профіль, близький до вигляду тригонометричної функції. В результаті застосування загальних рівнянь в формі Лагранжа ІІ-го роду, враховуючи, що дана коливальна система може бути приведена до двох узагальнених координат і отримана система диференціальних рівнянь руху гичкозбиральної машини у повздовжньо-вертикальній площині, яка являє собою розрахункову математичну модель руху фронтально навішеної на трактор гичкозбиральної машини наступного виду:

де С - коефіцієнт жорсткості шин коліс копірувальної системи; б - коефіцієнт демпфірування шин копіювальних коліс; Іoy - момент інерції машини відносно осі OY; l1 - відстань від осі підвісу машини до осі копірувальних коліс; m - маса копірувальних коліс; h - висота нерівності поверхні грунту.

Система (1) з заданими початковими умовами була розв'язана адаптованим методом Рунге-Кутта в системі MathCAD. За результатами чисельного моделювання на малюнках наведені залежності узагальнених координат , від часу t у перші 2 с. На всіх рисунках зміна координати зображена суцільною лінією (Zn,1), зміна кутової координати - пунктирною лінією (Zn,2). При цьому зміна кутової координати відразу переведена в лінійне переміщення координати центра ваги гичкозбиральної машини (точка ) і кінцівок ножів роторного гичкозбирального апарату, які зміщені від точки на величину радіуса ножів R. Для порівняння на всіх графіках наведений профіль ґрунту, який показано штрих-пунктирною лінією (H(n.hh)).

Якщо розглядати поведінку даної коливальної системи при задаванні різної швидкості поступального руху гичкозбиральної машини, наприклад, 2,5 м/с, то максимальні відхилення її координат центра мас показані на (рис. 4). При цьому максимальні відхилення (рис. 4) отримані за таких значень інших конструктивних параметрів: кг•м2; ; Н/м; Н•с/м; . Мінімальні ж відхилення забезпечуються такими значеннями конструктивних параметрів: кг•м2; ; Н/м; Н•с/м.

При проведенні чисельного моделювання на ПЕОМ були отримані залежності максимальних відхилень центру роторного гичкорізального апарату від зміни коефіцієнта жорсткості шин коліс копіювальної системи, коефіцієнта демпфірування шин копіювальних коліс, моменту інерції машини відносно осі OY, відстані від осі підвісу машини до осі копіювальних коліс, маси копіювальних коліс і від поступальної швидкості руху, що дало змогу аналітично визначити раціональні конструктивні і кінематичні параметри гичкозбиральної машини.

Були проведені аналітичні дослідження втрат гички при її зрізуванні роторним гичкорізальним апаратом, з врахуванням його коливань у повздовжньо-вертикальній площині, а також зміни нерівностей поверхні ґрунту з розташованими головками коренеплодів (рис. 5). Розглянуто два можливих випадки:

- нерівності поверхні ґрунту розташовані у міжряддях, а головки коренеплодів у самих рядках знаходяться у переважній більшості на однаковому рівні;

- нерівності ґрунту розташовані як у міжряддях, так і у самих рядках, а тому головки коренеплодів знаходяться на різній висоті над умовною лінією поверхні поля.

Для вказаних випадків були складені аналітичні залежності висоти незрізаної гички для коренеплодів, що знаходиться на відстані від початку відліку, наступного вигляду:

де - величина, на яку зміщена вгору косинусоїда коливань гичкорізального апарату від умовної лінії поверхні поля; - амплітуда коливань гичкорізального апарату у повздовжньо-вертикальній площині; - висота нерівностей поверхні ґрунту; - крок нерівностей.

В загальному випадку вказана аналітична залежність, при умові зміщення осьового зсуву косинусоїди коливань гичкорізального апарату, має такий вигляд:

де - значення осьового зсуву косинусоїди коливань гичкорізального апарату.

Далі були визначені висота, яка допускає розміщення роторного гичкорізального апарату над рівнем поверхні ґрунту з умов нормального зрізу гички:

і об'єм гички, що залишається після зрізання на одному погонному метрі:

де - висота розміщення коренеплоду над рівнем поверхні ґрунту; - товщина зони “сплячих вічок”; - товщина зони коронки коренеплоду - радіус нижньої основи зрізаного пучка гички; - радіус верхньої основи зрізаного пучка гички.

Відсоток гички, що залишається на одному погонному метрі після зрізання роторним гичкорізальним апаратом визначається таким чином:

де - маса пучка гички, що знаходиться на коренеплоді до його зрізання.

У кінцевому результаті проведений розрахунок на ПЕОМ дав можливість визначити мінімальне значення висоти розміщення роторного гичкорізального апарату над рівнем поверхні ґрунту з врахуванням агротехнічних вимог до збирання гички і забезпечення нормального зрізу головок коренеплоду, яке повинно бути в межах 4,0 - 6,0 см.

Залежності втрат гички від значень осьового зсуву косинусоїди коливань при зазначених висотах Н встановлення гичкорізального апарату над умовною поверхнею поля відображені на рис. 6.

Аналітично розглянута взаємодія пасивного гребінчастого копіра з головкою коренеплоду і аналітично знайдені конструктивні і кінематичні параметри дообрізувача головок коренеплодів на корені. Для цього була розроблена еквівалентна схема взаємодії копіра з головкою коренеплоду (рис. 7). Використовуючи основний закон динаміки , було знайдено значення загальної сили , яка діє на головку коренеплоду під час удару по ній копіра:

і складено диференціальне рівняння руху копіра по головці коренеплоду такого вигляду:

де - середнє значення сили на відрізку . - середнє значення сили на відрізку .

Ударна сила була описана виразом такого вигляду:

де - приведена до точки маса дообрізувача; - коефіцієнт відновлення під час удару; - поступальна швидкість руху; - кут нахилу копіра до горизонту. - число коренеплодів на одному погонному метрі.

Остаточно, після розв'язування диференціального рівняння руху копіра, було отримане значення швидкості руху дообрізувача, при якій відбувається ефективна взаємодія копіра з головкою коренеплоду при умові не вибивання коренеплодів з ґрунту:

Після складання програми на ПЕОМ і чисельного моделювання виразу (11) побудовано графік залежності кута нахилу пасивного копіра від швидкості руху дообрізувача.

Як бачимо з графіка, ефективне копіювання головок коренеплодів відбудеться за швидкості руху гичкозбиральної машини 2,0 м/с в разі значення кута нахилу до горизонту гребінчастого копіра  рад (або 17о).

На підставі конструктивних і технологічних умов роботи дообрізувача головок коренеплодів аналітично були знайдені величини інших його параметрів: довжина копіра ; перекриття ножа відносно копіра; довжина ножа дообрізувача; вертикальний зазор між ножем і копіром; кут нахилу ножа в горизонтальній площині; горизонтальний зазор між ножем і копіром.

У третьому розділі представлена програма експериментальних досліджень, завданнями яких було визначення впливу конструктивних, кінематичних і технологічних параметрів гичкозбиральної машини на показники якості її роботи; визначення показників якості роботи дообрізувача головок коренеплодів; визначення енергетичних параметрів нової гичкозбиральної машини. Наведена методика проведення і обробки результатів експериментальних досліджень.

Для експериментального дослідження технологічного процесу збирання гички новою гичкозбиральною машиною була розроблена лабораторно-польова експериментальна установка, яка давала змогу змінювати параметри і режими роботи у широких межах. Це досягалась регулюванням таких параметрів:

- висоти встановлення роторного гичкорізального робочого органу, за допомогою важільного механізму рукояткою, причому, встановлено пластину з поділками для правильного встановлення цього параметру;

- зміни частоти обертання гичкорізального ротора, шляхом заміни зірочок для відповідного передаточного відношення приводу з додатковим контролем правильності регулювання за допомогою тахометра;

- швидкості руху гичкозбиральної машини, переключенням передач з контролем швидкості при усталеному русі шляховимірювальним колесом.

Методика проведення експериментальних досліджень базувалась на загальноприйнятій методиці, яка використовується на машиновипробувальних станціях [ОСТ 70.8.6-83], та методик, розроблених науково-дослідними установами з проектування, обґрунтування та випробування різних типів збиральних машин та робочих органів (УкрЦВТ, ІЦБ УААН, ННЦ “ІМЕСХ УААН”, ВІМ, та ін.). Для вирішення окремих питань експериментального дослідження розроблялись часткові методики.

Так, для визначення залишків гички із зібраної гичкозбиральною машиною площі ( розміром 1 м2 ) збирали всі залишки (в тому числі незрізані частини гички з головок коренеплодів) і зважували їх на електронних вагах ВЛКТ-500-Н з точністю до 1,0 г. Дослідження енергетичних показників гичкозбиральної машини проводились на основі її тензометрування і обробки даних на швидкостях руху машини 3-9 км/год, що відповідає межам значень, які рекомендовані для цього типу машин.

Для статистичної обробки дослідних даних використовувався пакет “Аналіз даних” Microsoft Excel. Регресивний аналіз проводився підбором графіка для набору спостережень на основі методу найменших квадратів.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень. Згідно прийнятої методики одержано рівняння регресії (12), що характеризує зміну залишків гички після суцільного зрізування роторним гичкорізальним апаратом в залежності від поступальної швидкості руху , висоти встановлення роторного гичкорізального апарату над рівнем поверхні ґрунту і частоти обертання ножів роторного гичкорізального апарату.

Y = - 947,6563 + 1095,6125 V + 14278,7549 h - 4,3143 n h - - 432,6114 V2+ 3363,89819 V h - 41524,8477 h h, (12)

при D = 0,958, R = 0,979, s = 68,848, F = 109,685, P = 1,0000.

Аналіз отриманого рівняння регресії показує, що основними параметрами, що суттєво впливають на параметр оптимізації є поступальна швидкість руху і висота встановлення роторного гичкорізального апарату над рівнем поверхні ґрунту.

Графічні залежності (поверхні відгуків) залишків гички від швидкості руху гичкозбиральної машини, висоти встановлення роторного гичкорізального апарату над рівнем поверхні ґрунту і частоти обертання роторного гичкорізального апарату.

Аналіз квадратичних поверхонь відгуків свідчить, що оптимальними режимами роботи нової гичкозбиральної машини, за умови мінімізації втрати маси гички г/м2 є: швидкість руху, яка повинна знаходитись в діапазоні 0,58...0,82 м/с, частота обертання роторного гичкорізального апарату, що повинна бути у межах 800...960 об/хв., висота встановлення роторного гичкорізального апарату над поверхнею - 0,04...0,06 м.

На підставі отриманих даних експериментальних досліджень були побудовані графічні залежності залишків гички після зрізання роторним гичкорізальним апаратом від вказаних вище параметрів.

Також були проведені експериментальні дослідження роботи гичкозбиральної машини, що оснащена дообрізувачем головок коренеплодів. Було встановлено, що при куті нахилу пасивного копіра дообрізувача головок коренеплодів б = 15-17о і зміні швидкості руху від 1,2 до 2,0 (м/с) отримані найбільш високі показники якості дообрізування головок коренеплодів цукрових буряків. Так, втрати маси коренеплодів були не більшими ніж 2%, пошкодження поверхні - практично відсутні (0-1%), кількість нормально обрізаних головок коренеплодів - 98%.

Дослідження енергетичних показників гичкозбиральної машини були проведені в УкрЦВТ, для чого був складений агрегат з використанням колісного трактора МТЗ-80 та експериментально-польової установки. На ведучі колеса трактора, а також на привідні вали установки були наклеєні тензодатчики, які були з'єднані з пересувною тензометричною лабораторією. За результатами статистичної обробки тензометричних досліджень побудовані графічні залежності, що характеризують енергетичні показники залежно від зміни поступальної швидкості руху і числа обертів робочих органів.

Аналіз енергетичних показників нової гичкозбиральної машини за умов виконання технологічного процесу показує, що її тяговий опір, крутний момент, тягова потужність і потужність на ВВП знижується приблизно в 1,5-1,8 рази порівняно з серійною базовою машиною БМ-6А. Енергетичні показники є мінімальними за поступальної швидкості руху машини 0,48-0,69 м/с.

У п'ятому розділі наведений розрахунок економічної ефективності і матеріали по впровадженню результатів проведеного дослідження. Було розраховано, що застосування розробленої гичкозбиральної машини дає річний економічний ефект, що становить близько 16,5 тис. грн.

За результатами конструкторської та науково-дослідної роботи виготовлено дослідну партію (3 зразки) гичкозбиральних машин даної конструкції, які пройшли попередні випробування в УкрЦВТ (1993 р.), а також широкі господарчі випробування в Чернігівській та Київській областях (1994-2001 рр.). Результати наукових досліджень передано в СКБ ВАТ “Борекс” та в СКБ ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”, де вони використані у проектуванні нових конструкцій гичкозбиральних машин.

гичкозбиральний машина конструктивний буряк

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Одним із перспективних напрямків збирання гички цукрового буряку є двостадійний, що включає суцільний зріз основної маси роторним робочим органом, її збирання для використання (або подрібнення і розкидання по буряковій ланці) і подальше дообрізання головок коренеплодів. Причому використання роторного гичкорізального апарата з горизонтальною віссю обертання і пасивного дообрізувача забезпечить простоту конструкції, малу енерго- та металомісткість.

2. Встановлено, що основними найбільш раціональними конструктивними і кінематичними параметрами гичкозбиральної машини є: момент інерції машини відносно осі підвісу Ioy = 65,00...85,00 кг·м2; відстань від осі підвісу машини до осей копіювальних коліс  = 1,5 м; коефіцієнти жорсткості і демпфірування копіювальних коліс, відповідно с = 2000...2500 Н/м;  = 73...85 Н•с/м; швидкість поступального руху 2,0 м/с.

3. Розроблена методика аналітичного визначення втрат гички при її зрізанні з врахуванням коливань гичкорізального апарату у поздовжньо - вертикальній площині і нерівностей поверхні ґрунту, що дало можливість аналітично визначити мінімальне значення висоти розміщення гичкорізального апарату над рівнем поверхні ґрунту з врахуванням агротехнічних вимог до збирання гички і забезпечення нормального зрізу головок коренеплодів. Дане значення повинно бути в межах 4,0 - 6,0 см. Проведений розрахунок на ПЕОМ дав можливість також визначити залежності мінімальних втрат гички від значення осьового зсуву косинусоїди коливань роторного гичкорізального апарату. Отримані значення втрат гички q (%) в залежності від висоти Н встановлення гичкорізального апарату над умовною поверхнею поля, які змінюються від 6,0 до 12%.

4. Аналітично знайдена залежність кута нахилу пасивного гребінчастого копіра дообрізувача головок коренеплодів на корені від швидкості руху , за якої буде здійснюватись ефективне дообрізування, з урахуванням їх фізико-механічних властивостей і сили зв'язків з ґрунтом. Встановлено, що ефективне копірування головок коренеплодів відбудеться за швидкості руху гичкозбиральної машини = 2,0 м/с в разі значення кута нахилу до горизонту гребінчастого копіра (або 15о...17о). Крім цього встановлено, що раціональними конструктивними параметрами пасивного гребінчастого дообрізувача головок коренеплодів слід вважати: довжину ножа -  = 300...342 мм; кут нахилу ножа в горизонтальній площині -  = 130о...135о; перекриття ножа відносно копіра -  = 80 мм; довжину копіра -  = 250...270 мм; вертикальний зазор між ножем і копіром - = 10...50 мм; горизонтальний зазор між ножем і копіром -  = 20...80 мм.

5. За результатами проведених експериментальних досліджень технологічних і якісних показників роботи гичкозбиральної машини встановлені раціональні режими її роботи за умови мінімізації втрати маси гички г/м2: швидкість руху гичкозбиральної машини повинна знаходитись в діапазоні 0,58...0,82 м/с, частота обертання роторного гичкорізального апарату повинна бути у межах 800...960 об/хв., висота встановлення роторного гичкорізального апарату над поверхнею - 0,04...0,06 м, що в основному підтверджує результати, отримані у теоретичному дослідженні.

6. За результатами проведених експериментальних досліджень встановлено, що найбільш високі показники якості коренеплодів цукрових буряків після дообзрізання з них головок: втрати маси не більше 2%, пошкодження - практично відсутні (0...1%), кількість нормально обрізаних головок - 98% досягаються при куті нахилу пасивного копіра дообрізувача головок коренеплодів б = 15о...17о і швидкості руху до 2,0 м/с.

7. За результатами експериментальних досліджень отримано енергетичні показники нової гичкозбиральної машини. Так, потужність на виконання усього технологічного процесу збирання гички, становить 8,0...12,5 кВт. Максимальне значення потужності, яке має місце за умови швидкості руху до 3 м/с, складає біля 14,5 кВт. Максимальне значення тягової потужності за максимальної швидкості, яка забезпечує якість виконання технологічного процесу, не перевищує 4,0 кВт.

8. За результатами конструкторської та науково-дослідної роботи було виготовлено дослідну партію (3 зразки) гичкозбиральних машин даної конструкції, які пройшли попередні випробування в УкрЦВТ (1993 р.), а також широкі господарчі випробування в Чернігівській та Київській областях (1994-2001 рр.). Наукові результати дослідження, а також конструкторські розробки впроваджені на ВАТ “Борекс” та ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”. Застосування розробленої гичкозбиральної машини дає річний економічний ефект, що становить близько 16,5 тис. грн.

Публікації по темі дисертації

Статі в наукових виданнях

1. Булгаков В.М., Сипливець О.О., Березовий М.Г. Сучасні тенденції розвитку технологій зрізування гички цукрового буряку. - Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том ІІ, “Перспективні технології вирощування та збирання цукрових буряків”. - Київ, 1997. - С. 23-25. (Особистий внесок - науковий аналіз конструкцій гичкозбиральних машин).

2. Войтюк Д.Г., Цурпал І.А., Сипливець О.О., Березовий М.Г. Результати випробувань нової гичкозбиральної машини. - Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том ІІ, “Перспективні технології вирощування та збирання цукрових буряків”. - Київ, 1997. - С. 27-28. (Особистий внесок - обробка результатів експериментальних досліджень).

3. Булгаков В.М., Сипливец А.А. Березовой Н.Г., Зыков П.Ю. Разработка конструкции новой универсальной ботвоуборочной машины. - Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том ІІІ, “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - Київ, 1997. - С. 76-77. (Особистий внесок - участь у розробки нової конструкції гичкозбиральної машини).

4. Булгаков В.М., Цурпал І.А., Сипливець О.О., Березовий М.Г., Зиков П.Ю. Створення нового універсального комплексу бурякозбиральних машин для фермерських господарств. - Збірник наукових праць “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки”. - Кіровоград: КІСГМ, 1997. - С. 22-26. (Особистий внесок - участь у розробки конструкції гичкозбиральної машини).

5. Булгаков В.М., Цурпал І.А., Сипливець О.О. Технологічна схема нового комплексу бурякозбиральних машин для фермерських господарств. - Вестник СевГТУ. - 1997, № 8. - С. 107-109. (Особистий внесок - технологічна проробка робочих органів гичкозбиральної машини).

6. Булгаков В.М., Войтюк Д.Г., Сипливец А.А. и др. Конструктивно-технологические предпосылки усовершенствования ботвосрезающих устройств. - Науковий вісник Національного аграрного університету, 1998, № 9. - С. 183-187. (Особистий внесок - конструктивна проробка робочого органу гичкозбиральної машини).

7. Булгаков В.М., Сипливець О.О. Побудова математичної моделі руху фронтально навішеної гичкозбиральної машини. - Техніка АПК, 1999, № 5. - С. 8-9. (Особистий внесок - участь у розробки математичної моделі руху гичкозбиральної машини).

8. Булгаков В.М., Сипливець О.О., Березовий М.Г. Аналітичне дослідження руху машинного агрегату. - Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”, Том V. “Сучасні проблеми механізації сільського господарства”, Київ, 1999. - С. 321-326. (Особистий внесок - складання диференціальних рівнянь руху гичкозбиральної машини).

9. Сипливець О.О. Теоретичне дослідження руху начіпної гичкозбиральної машини. - Науковий вісник НАУ, вип.33, Київ, 2000. - С. 234-241.

10. Булгаков В.М., Сипливец А.А. Силовое взаимодействие копира с корнеплодом свеклы. - Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”, Авиационно-космическая техника и технология. Выпуск 24, Харьков, 2001. - С. 32-40. (Особистий внесок - складання рівнянь руху пасивного копіра по головкам коренеплодів цукрових буряків).

11. Булгаков В.М., Головач І.В., Сипливець О.О., Гурченко О.П. Розробка конструктивної схеми вдосконаленого дообрізчика головок коренеплодів цукрових буряків. - Сборник Научных трудов Керченского морского технологического института “Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий”.- Керчь: Изд.- во КМТИ, Вып. 1, 2001. - С. 177-180. (Особистий внесок - розробка конструкції дообрізчика головок коренеплодів цукрових буряків на корені).

12. Сипливець О.О. Експериментальні дослідження нової гичкозбиральної машини. - Сільськогосподарські машини. Збірник наукових статей. Вип. 8, Луцьк, 2001. - С. 223-233.

13. Булгаков В.М., Сипливець О.О., Головач І.В. Силова взаємодія пасивного копіра з коренеплодом цукрового буряка. - Праці Таврійської державної агротехнічної академії. Випуск 1, Том 25, Мелітополь, 2001. - С. 26-33. (Особистий внесок - складання силової схеми взаємодії пасивного копіра з головкою коренеплоду).

14.V. Bulgakov, M. Berezovyy, O. Syplyvietz, J. Wasilewski. ANALYTICAL RESEARCH OF THE MOVEMENT OF A HINGED MACHINE UNIT. - Polish Academy Of Sciences Branch In Lublin. COMMISSION OF MOTORIZATION AND ENERGETICS IN AGRICULTURE. Volume II. LUBLIN. Poland, 2002. - p. 24-30. (Особистий внесок - складання і рішення диференціальних рівнянь руху гичкозбиральної машини).

15. Булгаков В.М., Головач І.В., Сипливець О.О., Гурченко О.П. Дослідження взаємодії пасивного копіра з коренеплодом. - Вісник аграрної науки, 2002, № 12. - С. 41-44. (Особистий внесок - складання диференціальних рівнянь руху пасивного копіра).

16. Булгаков В.М., Сипливець О.О. Математичне моделювання руху гичкозбиральної машини, фронтально навішеної на колісний трактор. - Сільськогосподарські машини. Збірник наукових статей. Вип. 10, Луцьк, 2002. - С. 35-50. (Особистий внесок - чисельне моделювання на ПЕОМ складених диференціальних рівнянь руху гичкозбиральної машини).

Авторські свідоцтва та патенти на винаходи

17. Очисник головок коренеплодів. - Патент України № 29337 А, 2000, Опубл. в бюл. № 5-11, Булгаков В.М., Войтюк Д.Г., Сипливець О.О. та ін. (Особистий внесок - розробка конструкції очисника).

18. Очисник головок коренеплодів. - Патент України № 30528 А, 2000, Опубл. в бюл. № 6-11, Булгаков В.М., Войтюк Д.Г., Сипливець О.О. та ін. (Особистий внесок - розробка конструкції доочисника головок коренеплодів).

19. Очисник головок коренеплодів. - Патент України № 30529 А, 2000, Опубл. в бюл. № 5-11, Булгаков В.М., Войтюк Д.Г., Сипливець О.О. та ін. (Особистий внесок - розробка конструкції доочисника).

20. Гичкоріз. - Патент України № 37421 А, 2001, Опубл. в бюл. № 4, Булгаков В.М., Войтюк Д.Г., Сипливець О.О. та ін. (Особистий внесок - розробка конструкції зрізаючого робочого органу).

Тези доповідей

21. Войтюк Д.Г., Сипливець О.О., Булгаков В.М. Технологічні показники нової універсальної гичкозбиральної машини КПФ-1,5. - В кн.: Матеріали доповідей наукової конференції професорсько-викладацького складу та аспірантів “Проблеми агропромислового комплексу: пошук, досягнення”. Механізація, електрифікація та автоматизація сільськогосподарського виробництва, Київ, НАУ, 1994. - С. 37. (Особистий внесок - дослідження технологічних показників роботи гичкозбиральної машини).

22. Булгаков В.М., Сипливець О.О. Про диференційні рівняння руху агрегату з фронтально навішеною гичкозбиральної машиною. - Тези доповідей ювілейної наукової конференції викладачів, наукових співробітників та аспірантів, присвяченої 65 - річчю факультету МСГ. - Київ, НАУ, 1994. - С. 15. (Особистий внесок - складання диференціальних рівнянь руху гичкозбиральної машини).

23. Булгаков В.М., Войтюк Д.Г., Сипливец А.А. Конструктивно-технологическая схема новой универсальной ботвоуборочной машины. - Материалы международной научно-практической конференции “Проблемы и перспективы создания свеклоуборочной техники”, 27-30 мая 1996 г. Винница-1996. - С. 25-27. (Особистий внесок - технологічна проробка гичкозбиральної машини).

24. Цурпал І.А., Сипливець О.О. Підвищення надійності і зменшення ваги бурякозбиральних комбайнів з використанням композитів. - Материалы международной научно-практической конференции “Проблемы и перспективы создания свеклоуборочной техники”, (27-30 мая 1996 г.), Винница, 1996. - С. 83-84. (Особистий внесок - розробка умов для використання композиційних матеріалів в конструкції гичкозбиральної машини).

25. W. Bulgakov, I. Tsurpal, O. Siplivets. Increasing of reliability and decreasing of weight for beetroot-harvesting combines by using composites. - Kharkov: Proceeding 5th international conference “New lading-edge technologies in Machine building”, Rybachie, (5.09.1996). - p. 178. (Особистий внесок - розробка умов для зміцнення конструкції рами гичкозбиральної машини).

26. Булгаков В.М., Войтюк Д.Г. Сипливец А.А. К вопросу создания новой универсальной ботвоуборочной машины. - В кн.: “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві”. Міжнародна науково - технічна конференція. Секція 2. “Технічний прогрес у рослинництві” (3-5 листопада 1997 р.). Глеваха, 1997. - С. 70-71. (Особистий внесок - розробка нового робочого органу гичкозбиральної машини).

27. Войтюк Д.Г., Сипливець О.О., Булгаков В.М., Березовий М.Г. Універсальна косарка-подрібнювач для фермерських господарств. - В кн.: “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві”. Міжнародна науково-технічна конференція. Секція 3. “Технічний прогрес у тваринництві” (3-5 листопада 1997 р.). Глеваха, 1997. - С. 14-16. (Особистий внесок - результати господарчих випробувань нової гичкозбиральної машини).

Сипливець О.О. Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів гичкозбиральної машини. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет, Київ, 2005.

Дисертація присвячена розробці нової універсальної гичкозбиральної машини, яка фронтально навішується на колісний трактор та обґрунтуванню її раціональних конструктивних та кінематичних параметрів, які забезпечують покращання якісних показників збирання гички коренеплодів цукрових буряків. На підставі аналізу сучасного світового стану механізованих технологій і технічних засобів для збирання гички цукрових буряків та теоретичних і експериментальних розробок в цієї галузі розроблена нова конструкція гичкозбиральної машини. Проведені аналітичні дослідження руху фронтально навішеної на трактор гичкозбиральної машини, визначені втрати гички при коливаннях роторного гичкорізального апарату у повздовжньо-вертикальній площині і умови якісної роботи пасивного дообрізувача головок коренеплодів та всебічні експериментальні дослідження її роботи в польових умовах дозволили покращити якісні показники збирання гички цукрового буряку. Так, зокрема кількість залишків гички на головках коренеплодів знизилась до 1,5 ... 3,0 %, втрати гички знижені на 5...7 %.

Результати проведеного дослідження впроваджені на ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”, ВАТ “Борекс”, а також у господарствах Чернігівської, Київської областей та дослідному господарстві ННЦ “ІМЕСГ” УААН (Київська обл.).

Ключеві слова: цукровий буряк, гичка, гичкозбиральна машина, гичкозрізальний апарат, диференціальні рівняння руху, якість збирання, втрати енергоємність.

Сипливец А.А. Обоснование конструктивно-технологических параметров ботвоуборочной машины. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Национальный аграрный университет, Киев, 2005.

Диссертационная работа посвящена разработке конструкции новой трехрядной ботвоуборочной машины, которая фронтально навешена на колесный трактор. При этом, теоретические исследования, посвящены составлению, на основании исходных уравнений в форме Лагранжа ІІ-го рода, системы дифференциальных уравнений движения фронтально навешенной на колесный трактор ботвоуборочной машины. Полученная система дифференциальных уравнений, которая была решена численным методом на ЭВМ, позволила исследовать отклонения ботвосрезающего аппарата машины в продольно-вертикальной плоскости. При подстановке в эту систему уравнений различных значений конструктивных и кинематических параметров ботвоуборочной машины найдены технические решения, позволяющие снизить амплитуду отклонений ботвосрезающего аппарата в вертикальной плоскости, а это, в свою очередь, позволило существенно повысить качество среза ботвы с головок корнеплодов. Аналитически определены потери ботвы при колебаниях роторного ботвосрезающего аппарата в продольно-вертикальной плоскости и условия качественной работы дообрезчика головок корнеплодов.

Экспериментальные исследования посвящены изучению влияния различных конструктивных и кинематических параметров ботвоуборочной машины, которая фронтально навешена на колесный трактор, на качество среза ботвы с головок корнеплодов. При этом была проведена серия полевых исследований энергетических показателей ботвоуборочной машины при различных режимах ее движения и нагружения. В полевых условиях проведено также тензометрирование ботвоуборочной машины, что позволило исследовать энергетические параметры машины.

Результаты проведенного исследования внедрены на АО “Тернопольский комбайновый завод”, АО “Борекс”, а также в хозяйствах Черниговской, Киевской областей и опытном хозяйстве ННЦ “ИМЭСХ” УААН (Киевская обл.).

Ключевые слова: Сахарная свекла, ботва, ботвоуборочная машина, ботвосрезающий аппарат, дифференциальные уравнения движения, качество уборки, потери, энергоемкость.

Syplyvets O.O. The Substantiation of Constructive-technological Parameters of Vegetable Top Cutting Machines. - The Manuscript. Dissertation on competition of a Scientific Degree of Candidate of Technical Science on specialty 05.05.11. - machines and Devices of Mechanization of Agricultural Production. National Agricultural University, Kiev, 2005.

Dissertation is devoted to a design development of a new three-row vegetable top cutting machine which is attached at the front part of a wheel tractor. Thus theoretical research is devoted to drawing up the system of differential equations of vegetable top cutting machine movement. Above mentioned differential equations are compiled on the basis of the initial equations in Lagrangian form of type II. The received system of differential equation which has been solved by a numerical method on a computer allowed investigating the deviation of vegetable top cutting device of the machine in a longitudinal-vertical plane. The technical decisions are found by substitution of various values of constructive and kinematics parameters of the vegetable top cutting machine. It allows lowering the amplitude of vegetable top cutting device in a vertical plane and, in its turn, it allows to raise essentially the quality of cutting vegetable tops from the root crops.

Experimental research is devoted to final studying of the influence of various constructive and kinematics parameters of the vegetable top cutting machine attached at the front part of a wheel tractor on quality of cutting vegetable tops from root crops. Thus a series of field research of power parameters of vegetable top cutting machines has been carried out at various models of its movement and loading. Strain measuring of vegetable top cutting machines has been carried out and it allowed to investigate power parameters of the machine.

Results of the research are introduced on “Ternopil Combine Harvester” Public Corporation, “Boreks” Public Corporation and also in facilities of the Chernigiv and Kiev Regions.

Key words: sugar beet, vegetable tops, vegetable top cutting machine, vegetable top cutting device, differential equations of movement, quality of cleaning, loss, power consumption.

Размещено на Allbest.ru