Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧА АКАДЕМІЯ

УДК 631.171: 631.541

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РОБОЧИХ ОРГАНІВ

ПРИСТРОЮ ДЛЯ ЩЕПЛЕННЯ ПЛОДОВИХ РОСЛИН ЖИВЦЕМ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

БОЙКО Олег Валентинович

Мелітополь - 2006



Дисертацією є рукопис

Дисертація виконана в Таврійській державній агротехнічній академії Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Караєв Олександр Гнатович завідуючий відділом зрошення та механізації Інституту зрошувального садівництва ім. М.Ф. Сидоренко, м. Мелітополь

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Фришев Сергій Георгійович, Національний аграрний університет професор кафедри “Експлуатація техніки та інженерного менеджменту”;

- кандидат технічних наук , доцент Стручаєв Микола Іванович, Таврійська державна агротехнічна академія, доцент кафедри “Гідравліка та теплотехніка”

Провідна установа - Дніпропетровський державний університет, м. Дніпропетровськ

Захист дисертації відбудеться ” 4 ” липня 2006р. о 10-00 годині на засіданні вченої ради К18.819.01 Таврійської державної агротехнічної академії за адресою: 72312 Запорізька область., м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького 18, навчальний корпус 1, конференцзал.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Таврійської державної агротехнічної академії (72312 Запорізька область, м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького 18).

Автореферат розісланий “ 2 ” червня 2006р.

Учений секретар

спеціалізованої ради В.Т. Діордієв



АНОТАЦІЯ

Бойко О.В. Обґрунтування параметрів робочих органів пристрою для щеплення плодових рослин живцем.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і способи механізації сільськогосподарського виробництва. Таврійська державна агротехнічна академія. - Мелітополь, 2006. щеплення ніж протиріз крайка

Дисертація присвячена розробці робочих органів пристрою для зимового щеплення плодових рослин способом поліпшеної копуліровки.

Встановлено залежності, характер зміни коефіцієнта ковзання при різанні плодової деревини ножами з формами ріжучих крайок, виконаних у вигляді кола з ексцентричною віссю обертання, архимедової спіралі та евольвенти, розроблено графоаналітичні моделі оптимізації параметрів ріжучої крайки відрізного ножа та поверхні протирізу, проведена експериментальна оптимізація параметрів ножа для виконання язичкового зарізу на компонентах щеплення та експериментальні дослідження ступеня їх травмування в процесі різання.

Розроблені моделі оптимізації забезпечили отримання оптимальних параметрів форм та положення основних елементів пристрія для щеплення, які впливають на якість щеплень. Виконані теоретико-експеріментальні дослідження підтвердили можливість поліпшення якості саджанців за рахунок підвищення якості зрізів на компонентах щеплення засобами механізації

Ключові слова: щеплення, поліпшена копуліровка, компонент щеплення, коефіцієнт ковзання, відрізний ніж, різальна крайка, протиріз, додатковий ніж, зріз, язичковий заріз.



АННОТАЦИЯ

Бойко О.В. Обоснование параметров рабочих органов устройства для прививки плодовых растений черенком.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата техничных наук по специальности 05.05.11 - машины и способы механизации сельскохозяйственного производства. Таврическая государственная агротехническая академия. - Мелитополь, 2006.

Диссертация посвящена, вопросам обоснования и разработки рабочих органов устройства для зимней прививки плодовых растений способом улучшенной копулировки.

На основании проведенного анализа существующих способов и средств механизации прививки плодовых растений выбран способ зимней прививки, который реализуется способом улучшенной копулировки, отличающийся от других способов высокой приживаемостью компонентов прививки и тип режущего аппарата с лезвийным рабочим органом, позволяющий снизить травмирование тканей.

На основании проведенного анализа была принята вогнутая форма режущей кромки отрезного ножа устройства для прививки.

По результатам теоретических исследований определены: зависимости коэффициента скольжения от основных параметров форм кривых, часто используемых в проектировании режущей кромки отрезных ножей (окружность с эксцентрической осью вращения, архимедова спираль, эвольвента), и на основании этих зависимостей определены рациональные участки резания на этих кривых.

Для снижения травмирования тканей и уменьшения явления прокручивания компонента прививки теоретическими методами обоснована режущая кромка отрезного ножа, состоящей из двух кривых взаимодействующих с компонентом прививки совместно, что позволило одновременно его фиксировать и призводить срез одновременно. Разработана графоаналитическая модель оптимизации режущей кромки отрезного ножа. На основании этой модели получены оптимальные параметры формы и положения отрезного ножа.

Также разработана графоаналитическая модель поверхности противореза, на основании которой определено, что поверхность состоит из трех составляющих: наклонный эллиптический цилиндр, прямой круглый цилиндр и фронтально-проецирующая плоскость. Данная модель позволяет определять параметры формы и положения поверхностей, а также производить изготовление поверхности на станках с ЧПУ.

Методами экспериментальной оптимизации получены параметры дополнительного ножа для выполнения язычкового зареза.

По результатам полевых испытаний подтверждена возможность получения стандартных саженцев в технологических схемах, включающих процесс зимней прививки.

Ключевые слова: прививка, улучшенная копулировка, коэффициент скольжения, отрезной нож, противорез, дополнительный нож, компонент прививки, срез, язычковый зарез.



ABSTRACT

Bojko O.V. Parameters substantiation for working organs of the device for fruit plants grafting by cutting.

Thesis on competition for candidate's degree on the specialty of 05.05.11 - Machines and means of mechanization for agricultural production. - Tavria State Agritechnical Academy. - Melitopol, 2006.

The work is devoted to working organs of the device for fruit plants winter grafting by cutting by means of occulation improvement.

The interrelations of the coefficient of sliding under fruit timber cutting with knives having cutting edges made in the form of circle with eccentric rotation axle, Archimedes' spiral and evolvent

were defined. Graph and analytical models for cutting knife cutting edge parameters optimization and counter cutting part surface were worked out. Experimental optimization for additional knife parameters for uvula cutting on grafting components as well as their researching as for damage degree while cutting were conducted.

Optimization models having been worked out have provided optimal parameters for forms and position of principal elements of grafting device effecting the quality. The above mentioned enabled to work out technical documents for grafting devices production output.

Key words: grafting, occulation improvement, grafting component, sliding coefficient, cutting knife , cutting edge, counter cutter, additional knife, cutting, uvula cutting.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Одним з основних напрямків інтенсифікації розвитку галузі садівництва в Україні є виробництво садивного матеріалу для закладання нових і реконструкції існуючих насаджень. За даними держкомстату в Україні діють 134 плодово-розсадницьких господарства, які за рік виробляють приблизно 3500 тис. шт. саджанців, що є недостатнім для задоволення потреб виробників в плодової продукції у садивному матеріалі. Одним з перспективних способів вирощування саджанців плодових культур вважається зимове щеплення. Переваги такого способу полягають у тому, що процес щеплення, здійснюється в період, коли всі основні технологічні операції у садах і розсадниках вже закінчені, що дозволяє більш раціонально й рівномірно використовувати працю робітників. При цьому умови роботи, та якість її виконання значно поліпшуються, оскільки всі процеси проходять у приміщенні при температурі 18-20С, і праця робітників стає більш продуктивною.

Впровадження даного способу у виробництво стримується через відсутність ефективних засобів механізації процесу щеплення, які забезпечують відповідну якість щеп. Тому розробка засобів механізації процесу щеплення, які забезпечують встановлену якість щеп є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дана робота виконана в ТДАТА за тематичним планом “Розробка гнучких технологічних систем, що адаптовані до умов керованого землеробства”(Програма 6),“Моделювання технологічних процесів у землеробстві та садівництві”(Підпрограма № 6.3).

Мета і завдання досліджень

Метою досліджень є підвищення якості зрізів на компонентах щеплення шляхом зменшення травмування їх тканин при поліпшеному копуліруванні за рахунок мінімізації зусиль у процесі різання засобами механізації.

Для досягнення мети досліджень вирішувалися такі завдання:

- обґрунтувати конструктивно-технологічну схему пристрою для щеплення;

- отримати залежності коефіцієнтів ковзання для ріжучих крайок, які мають форму кола з ексцентричною віссю обертання, евольвенти, архімедової спіралі від їх основних параметрів форм і положення, та визначити раціональні ділянки різання для досліджуваних кривих;

- розробити робочу математичну модель оптимізації параметрів відрізного ножа;

- обґрунтувати параметри поверхні протирізальної частини пристрою для щеплення;

- визначити параметри форми та положення додаткового ножа;

- розробити макетний зразок пристрою, провести лабораторні дослідження і дати оцінку отриманим результатам.

Об'єкт дослідження: процес щеплення плодових культур способом поліпшеної копуліровки.

Предмет досліджень: утворення зрізів на компонентах щеплення лезоподібними робочими органами.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження виконані за допомогою математичного і геометричного моделювання процесу утворення копулірувальних зрізів на компонентах щеплення, з подальшою розробкою прикладних програм. Експериментальні дослідження проведені на макетних зразках у лабораторних та польових умовах. Для визначення значень параметрів експериментальним методом застосовувалися тензометричні вимірювання. Результати досліджень оброблено методом варіаційної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше розроблено графоаналітичні моделі оптимізації різальної крайки відрізного ножа та поверхні протирізу, що дозволило одержати їх оптимальні параметри;

- вперше обґрунтовано форму різальної крайки відрізного ножа пристрою для щеплення у вигляді двох ділянок, взаємодіючих з компонентом щеплення спільно, що знижує тиск на протирізі і, як наслідок, зменшує травмування тканин, а також усуває прокручування компонентів щеплення в процесі різання;

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в розробці алгоритмів і програм розрахунків та візуалізації параметрів робочих органів пристрою для щеплення плодових культур як на стадії їх проектування так і виготовлення на сучасних обробних центрах з ЧПК.

Особистий внесок здобувача

Дисертантом особисто:

- отримано залежності коефіцієнта ковзання від різних параметрів форм та положення різальної крайки відрізного ножа [6];

- розроблена графоаналітична модель розрахунку параметрів різальної крайки відрізного ножа, що дозволяє зменшити травмування тканин на компонентах щеплення [7];

- розроблена графоаналітична модель утворення поверхні протирізу, яка забезпечує її автоматизоване проектування;

- розроблено макетний зразок пристрою для щеплення плодових культур [7].

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів, співробітників і магістрів ТДАТА у 1996-2005 роках.

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 наукових праць обсягом 1,4 д.а. (усі в наукових фахових виданнях), отримано патент України Пат. № 32124А. Прищеплювальний секатор / О.Г. Караєв, О.В.Бойко (Україна;). - Заявл. 25.12.1998 . - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7-11.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку посилань і додатків. Обсяг роботи складає 220 сторінок машинного тексту, з якого на 113 сторінках викладено текст роботи і список використаних джерел, на 107 сторінках - додатки. Робота містить 70 ілюстрацій (30 графіків і схем, 24 малюнки, 16 фотографій), 10 таблиць. Список літературних джерел складається з 84 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

“Вступ” містить обґрунтування актуальності роботи, мету і завдання досліджень.

У першому розділі “Аналіз існуючих способів і засобів механізації штучного розмноження рослин” на підставі раніше виконаних досліджень і літературних даних проведено аналіз способів щеплення плодових культур, а також машин та пристроїв для їх реалізації.

Окулірування є найбільш розповсюдженим способом щеплення за рахунок високої приживлюваності. Проблемами окулірування займалися багато вчених, такі, як М.П. Бірюков, В.П. Беспалова, Б.Н. Анзіна, А.С. Ільїнський, Л.О. Бондарєва, Б.Н. Агєєв, Х.Т. Гартман.

Розмноження плодових культур окуліруванням має ряд недоліків: пошкодження щеп у зимовий період, щеплення пов'язане з великою кількістю технологічних операцій, а також з важкими умовами праці.

Наукові дослідження, виконані вченими В.Н. Земляновим, А.І. Колесниковим, Ю.А. Гнездиловим, Т.І. Макаренко, С.Н. Степановим, З.А. Метлицьким, Б.Н. Анзіним, Н.Н. Тихоновим, Г.Г. Баришвилі, вказують на те, що дедалі більшого поширення одержує зимове щеплення. Воно має ряд переваг над окуліруванням: поліпшуються умови праці робітників, більш раціонально використовується їх робочий час у зимовий період, знижуються витрати ручної праці, збільшується вихід стандартних саджанців з гектара.

Виробничий досвід і дослідження вчених А.Н. Татаринова, Г.И. Березовського і Д.М. Щербатка показали, що найбільший вихід якісного садивного матеріалу дає спосіб поліпшеної копуліровки. Якість зимового щеплення, виконаного поліпшеною копуліровкою, значною мірою залежить від правильного підбору компонентів щеплення та якісного виконання косих зрізів і язичкових зарізів.

Рядом вчених проведено розробку нових прищеплювальних машин у залежності від типу робочих органів. Так, наприклад, машини з фрезерними робочими органами розроблено в Молдавському НДІ садівництва і виноградарства (МП-6, МП-7), напівавтомат ППЧ в НПО “Плодсельхозмаш”, спосіб щеплення і машина для щеплення - у ННЦ “Інститут виноградарства і виноробства” ім. В.Я. Таїрова. Випробування машини з фрезерними органами, проведені І.М. Васильченком у Харківському СГІ, в умовах півдня України не дало позитивних результатів при щепленні плодових культур. Основні недоліки - травмування й опіки тканин компонентів щеплення та їх нещільне з'єднання. Розробку й досліджування прищеплювальних машин з лезоподібними робочими органами проведено Р.М. Агєєвим, Г.І. Папава, Н.М. Мироновим, С.К. Чабану, В.К. Кукушкіним, В.П. Корсунем, конструкторським бюро ДСКБ ПО “Плодсельхозмаш” та іншими вченими й організаціями. Ними доведено, що даний тип машин є найбільш прийнятним для механізації прищеплювальних робіт способом поліпшеної копуліровки, але ці ж дослідження виявили ряд конструктивних недоліків щодо ріжучих пристроїв.

Приведені дослідження свідчать про те, що питання механізації щеплення плодових культур недостатньо розглянуті і потребують вивчення, особливо щодо впливу параметрів робочих органів на якість виконання процесу.

У підсумковій частині сформульовано мету та завдання досліджень.

У другому розділі “Обґрунтування параметрів пристрія для щеплення” наведено результати обґрунтування елементів пристрою для щеплення, а саме: параметрів відрізного ножа, поверхні протиріза, напрямного кронштейна та додаткового ножа.

У результаті аналізу конструкцій пристроїв встановлено, що пристрій для щеплення повинен забезпечувати процес різання, при якому відрізний ніж переміщується впродовж осі компонентів щеплення і створює мінімальний деформуючий вплив на провідні судини кори та камбій живця.

На основі цієї гіпотези обґрунтовано конструктивно-технологічну схему пристрою для щеплення (рис.1). Ознакою якості щеплення є геометричні параметри зрізів на компонентах, регламентовані нормативами агротехнічних вимог: довжина косого зрізу L?3d, де d - діаметр живця; розташування язичкового зарізу на косому зрізі L1=1/4·L або L1=1/3 d; глибина язичкового зарізу L2?1/2(L - L1).

Обґрунтування параметрів робочих органів пристрою, що забезпечують задані нормативні вимоги, проводилося із застосуванням теоретичних частних методів оптимізації на основі інженерних розрахунків з використанням нормативів, у яких оціночним критерієм є задоволення нерівності:

, (1)

де Ц - цільова функція

Popt- оптимальний параметр;

- елемент із множини невизначеностей;

- рівень задоволення (норматив).

Цільову функцію пристрою для щеплення можна записати у вигляді:

, (2)



де d - діаметри компонента щеплення (від 6 до 12мм);

F1- параметри відрізного ножа;

F2- параметри протиріза;

F3- параметри додаткового (язичкового) ножа;

F4- параметри напрямного кронштейна.

Задача оптимізації зводиться до обґрунтування геометричних параметрів форми і положення (F1,F2,F3,F4) елементів пристрою для щеплення, при яких виконується умова цільової функції, щодо забезпечення заданих нормативів.

Обґрунтування параметрів відрізного ножа F1

Відповідно до рівняння (1) цільова функція для відрізного ножа буде мати вигляд:

, (3)

де: fвн - параметри форми;

pвн - параметри положення;

ц - травмування тканин;

г - відхилення поверхні зрізу від площини.

Для обґрунтування параметрів форми та положення відрізного ножа розглянуто типи кривих, часто застосовуваних при моделюванні робочих органів сільськогосподарських машин, а саме: коло з ексцентричною віссю обертання, евольвента та архімедова спіраль. Найкращим виявився ніж з ріжучою крайкою, виконаною у вигляді кола з ексцентричною віссю обертання, але величина відхилення поверхні зрізу від площини щеплення становить г=0,8-1,0мм, що перевищує допустимі нормативи. Причина цього явища зумовлена тим, що в процесі різання напрямки складових тиску від швидкості, точки на різальної крайки ведуть до прокручування компонента щеплення в момент виконання зрізу.

Розробка графоаналітичної моделі оптимізації форми різальної крайки відрізного ножа

На підставі проведених досліджень прийнято робочу гіпотезу формоутворення різальної крайки відрізного ножа, а саме: відрізний ніж, крім функції різання, повинен забезпечувати функцію фіксації компонента щеплення, що усуває його прокручування навколо своєї осі в процесі різання.

Тому реалізація цільової функції (3) у процесі різання розглянута з позиції двох умов:

1) модуль коефіцієнта ковзання повинен задовольняти такій нерівності:

, (4)

де Tmin, Tmax - граничні значення коефіцієнта ковзання;

2) зниження впливу явища прокручування компонента щеплення на якість процесу різання можливо за рахунок того, що на модельованій кривій є точки, для яких кут між радіусом - вектором точки і вектором дотичної менше 90, та є точки, для яких цей кут більше 90. Це означає, що множини повинні бути непорожніми.

(5)

. (6)

Можна довести, що якщо крайка ножа описується в полярних координатах функцією r=f(), то тангенс кута різання у довільній точці (f(0),0) обчислюється за формулою:

. (7)



Через те що тангенс кута різання у будь-якій точці є обмеженим за модулем (умова (4)), то f/()0. Внаслідок цього крива розпадається принаймні на дві частини (тому що на ній присутні точки, у яких похідна f/() приймає значення як більше, так і менше 0). Точки однієї з частин задовольняють умові (5), другої - (6).

Побудуємо частину різальної крайки для точок, де виконується умова (5). На рисунку 3 зображений еліпс, що є площиною перерізу компонента щеплення, та крива різальної крайки, яка задана функцією r=f().

Функцію f() будемо шукати серед неперервно диференційованих функцій таким чином, щоб кут К-min приймав мінімальне значення (конструктивне обмеження).

Прийнявши до уваги, що f/()>0, умову (4) можна записати у вигляді

. (8)

Припустимо, що виконується нерівність

Ця нерівність означає, що на початку різання контакт різальної крайки з поверхнею компонента щеплення відбувається на верхній його частині. Задача зводиться до визначення параметрів кривої, які забезпечують найкоротшу відстань між точкою К на еліпсі та точкою М на колі радіусу r0, центр якого співпадає з центром обертання О. З рисунку 3 видно, що ОК зменшується зі зменшенням кута різання . Криву МК апроксимуємо ламаною із вершинами у точках Mi, i=1,…, n, для якої OMi=ri, |ri+1-ri|< (де - мале число). Визначимо, при якому куті приріст полярного кута на відрізку Мi-1Мi приймає найменше значення. Зважаючи на малі лінійні розміри відрізка Мi-1Мi у порівнянні з відстанню ОМi приріст полярного кута дорівнює

та приймає найменше значення при . Внаслідок довільності вибору ламаної та відрізка на ній, умова різання повинна виконуватися у кожній точці кривої. Розв'язавши рівняння

,

, (9)

тобто ця крива є логарифмічною спіраллю.

Із конструктивних міркувань другу частину ріжучої крайки доцільно виготовити у вигляді кола з ексцентричною віссю обертання. Конструктивно - технологічну схему відрізного ножа наведено на рисунку 4. Вихідними параметрами для побудови математичної моделі були прийняті: координати (hx, hy) вісі обертання, довжини осей (d, D) площини перерізу компонента щеплення, O/S.

Алгоритм визначення параметрів положення різальної крайки ножа полягає у наступному:

1) Визначаємо координати точок Р та К з рівняння:



,

де знак “+” - відповідає точці К, “-” - точці Р.

2) Визначаємо параметри положення кола:

радіус за формулою

,

;

координати центру

,

3) Визначаємо параметри положення частини у вигляді логарифмічної спіралі:

полярний кут точки К: ,

радіус - вектор точки К: .

Тоді рівняння логарифмічної спіралі матиме вигляд:



.

4) Параметри початкового та остаточного положення усієї крайки відрізного ножа визначимо таким чином. Спочатку знайдемо на нижній половині еліпсу координати точки М/ таким чином, щоб її радіус - вектор дорівнював O1O//+R. Це можна зробити методом дихотомії. Мінімальний та максимальний кути різання обчислюємо за формулами:

,

.

Кут , на який повертається ніж у процесі різання, дорівнює

У процесі різання в компонентах щеплення виникають сили тиску від дії складових VД швидкості V. Ці сили призводять до травмування тканин компонентів та підвищують енергоємність процесу різання. З іншого боку, параметри ножа повинні забезпечувати обмежене значення параметра граничних положень різальної крайки (“кутова амплітуда різання”), а також необхідну глибину проникнення елемента у вигляді кола у компонент щеплення. Для мінімізації зусиль різання розв'язано таку задачу оптимізації по координатах осі. Знайти такі значення координат hx, hy з області:

, (10)

для яких би виконувалися умови



, (11)

та критерій

(12)

прийняв би найменше значення.

Ця задача може бути вирішена таким чином.

1) В області значень (10) будується прямокутна сітка значень параметрів (hx, hy) із заданим кроком по кожному параметру (величина кроку встановлює точність, з якою визначається положення осі обертання).

2) Для кожного вузла сітки визначаються параметри положення елементів відрізного ножа та перевіряється виконання умов (11). Якщо умови виконано, обчислюється критерій оптимізації (12) і його значення записується у масив даних.

3) З усіх обчислених значень з масиву даних обирається мінімальне значення та визначаються ті значення параметрів, яким відповідає мінімальне значення критерію (12). Ці значення і будуть шуканими.

На підставі графоаналітичної моделі оптимізації різальної крайки відрізного ножа, розроблено програму та обґрунтовано розрахунки таких параметрів.

Параметри положення коло: координати центра О// .

Параметри положення логарифмічної спіралі: .

Отриманим параметрам відповідає мінімальне значення критерію оптимізації L1/L2=3,12. Положення осі обертання : .

Динаміка процесу різання зображена на рис. 5.

Обґрунтування параметрів протирізальної частини пристрою для щеплення F2. Для протирізальної частини цільова функція має вигляд:

Ц(fп, pп) ? ф( ц, г, з, е),

де fп - параметри форми;

pп - параметри положення;

ц - травмування тканин;

г - відхилення поверхні зрізу від площини (не повинно перевищувати 0,5мм);

з - довжини косого зрізу (?3d);

е - кут між площиною зрізу та пощиною язичкового зарізу (16-18є).

Протирізальна частина складається з трьох конструктивних елементів: поверхня протиріза; напрямний кронштейн; протирізальна пластина. Основним завданням протирізальної поверхні є забезпечення орієнтира компонентів щеплення в просторі при виконанні косих зрізів.

Для визначення параметрів форми поверхні протирізу розроблено геометричну модель, за допомогою якої встановлено, що поверхня складається з похилого еліптичного циліндра, прямого круглого циліндра і площини, що фронтально проектує.

На підставі даної моделі складено рівняння поверхні протирізу:



де r - радіус прямого циліндра (відповідає радіусу компонента щеплення);

h - ширина поверхні на горизонтальній проекції;

- кут похилого циліндра.

За допомогою даного рівняння розроблено програму та побудовано поверхню протиріза.

У третьому розділі “Методика проведення експериментальних досліджень” на підставі отриманих результатів теоретичних досліджень та обраних конструктивно-технологічних схем виготовлено макетні зразки з відрізними ножами, різальні крайки яких виконані у вигляді кола з ексцентричною віссю обертання, евольвенти, архімедової спіралі, а також ріжучої крайки, виконаної у вигляді двох часток, що взаємодіють з компонентом щеплення спільно. Для проведення досліджень розроблено й виготовлено експериментальну установку.

Під час досліджень було з'ясовано, що на виконання язичкового зарізу на компонентах щеплення додатковим ножем F3 витрачається до 30% загальної енергоємності процесу виготовлення зрізу. З метою мінімізації цих затрат було проведено експериментальні дослідження по визначенню впливу геометричних параметрів цього ножа на енергоємність процесу з використанням методу математичного планування експерименту.

За математичну модель процесу утворення зрізу з язичковим зарізом на компонентах щеплення взято рівняння регресії другого порядку. Для здійснення експерименту обрано основні фактори й область факторного простору.

У четвертому розділі “Експериментальні дослідження робочих органів пристрою для щеплення” наведено результати експериментальних досліджень робочих органів пристрою для щеплення.

На підставі обробки результатів експерименту отримано математичну модель процесу виготовлення копулірувального зрізу з язичковим зарізом, яка має вигляд

У=48,79+6,68Х1+5,47Х2+12,73Х3+7,61Х12+12,00Х22+8,68Х32+

+4,46Х1Х2+7,39Х1Х2-2,26Х1Х3+16,46Х1Х2Х3.

Аналіз цієї залежності дозволив отримати такі натуральні значення незалежних факторів геометричних параметрів додаткового ножа, які забезпечують мінімальні зусилля при виготовленні копулірувального зрізу: кут загострення в=6,8?, кут входження и=19,7?, товщина ножа b=1,2мм.

Для підтвердження цільової функції (3) з отриманими параметрами F1, F2, F3, F4 (параметри F4 прийнято за а.с. № 4942728 (15)) розроблено макетний зразок пристрою для щеплення та проведено лабораторні дослідження.

Макетний зразок пристрою для щеплення випробовувався у лабораторних дослідженнях на приживлюваність компонентів та вихід стандартних саджанців.

Найкращі результати показав макетний зразок, різальна крайка якого виготовлена у вигляді двох ділянок, що взаємодіють з компонентом щеплення спільно. Зусилля на утворення зрізу на компонентах щеплення не перевищувало 70 Н, а глибина травмування тканин вимірювалась за допомогою мікротома МС-2 (методика вирощування саджанців черешні способом поліпшеної копуліровки ), та знаходилась в межах 50-60 мкм.

За результатами досліджень (методика вирощування саджанців черешні способом поліпшеної копуліровки) встановлено, що приживлюваність склала 81,1%, а вихід стандартних саджанців - 60,4% від кількості щеплень (дослідження проводилися на підщепах черешні сортів Крупноплідна та Валерій Чкалов).

П'ятий розділ “Економічна ефективність пристрою для щеплення”. Економічні показники роботи пристрія для щеплення визначалися на підставі результатів досліджень. Розрахунок економічних показників виконано у порівнянні з даними по щепленню плодових культур ручним способом.

Отримано такі показники економічної ефективності розробленого пристрою: експлуатаційна продуктивність - 180-220 шт. год; річне виробництво 70000 шт.рік; річний економічний ефект - 1920 грн; загальний вихід стандартних саджанців - 60-80% .



ВИСНОВКИ

У результаті проведених досліджень досягнуто мету роботи - розроблено робочі моделі оптимізації параметрів робочих органів пристрою для щеплення, що забезпечують встановлену нормативну якість копуляційних зрізів. При цьому отримано результати, які мають наукову та практичну цінність:

1. Встановлено, що із умови мінімізації травмування камбіальних шарів у компонента щеплення найбільш придатною формою відрізного ножа є коло з ексцентричною віссю обертання, при застосуванні якого травмування тканини дорівнює 70 - 90 мкм, що на 25 - 70 % менше в порівнянні з різальними крайками у формі архімедової спіралі і евольвенти, але відхилення зрізу від площини перевищує нормативні значення на 0,3 - 0,5 мм.

2. Доказано, що зменшення відхилення зрізу від площини можливе за рахунок усунення крутного моменту у компонента щеплення навколо своєї вісі шляхом застосування форми різальної крайки відрізного ножа, яка складається з двох ділянок, що взаємодіють з компонентом щеплення спільно і компенсують дії крутних моментів.

3. Розроблена робоча математична модель оптимізації параметрів відрізного ножа, за допомогою якої встановлено, що одна із ділянок має бути у вигляді логарифмічної спіралі з параметрами r0=89,7мм, min=-23,80, а друга - коло з ексцентричною віссю обертання і координатами центра обертання х0=57 мм, у0=23,5 мм і R=32,7 мм.

4. Визначено, що поверхня протирізу повинна забезпечувати максимально можливий контакт з компонентом щеплення і сприяти утворенню параметрів зрізу, які відповідають нормативним значенням. Доказано, що поверхня має складатися з еліптичного і круглого циліндрів та площини, яка фронтально проектує, а отримане рівняння поверхні та програмне забезпечення дозволяє автоматизувати процес проектування з візуалізацією та виготовленням на верстатах з числовим програмним управлінням.

5. Методом експериментальної оптимізації визначено параметри додаткового ножа для виконання язичкового зарізу на компонентах щеплення, а саме кут загострення =6,80, кут між різальною крайкою додаткового ножа і віссю компонента щеплення =19,70 і товщина леза b=1,2мм.

6. Встановлено, що якість зрізів на компонентах щеплення відповідає нормативним значенням і дорівнює по глибині травмування тканин 50-60 мкм при зусиллях 60-70 Н, відхилення поверхні зрізів від площини знаходиться в межах 0,4-0,5 мм, при цьому річний економічний ефект при виході стандартних саджанців 60-80% складає приблизно 1900 грн.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пат. № 32124А. Прищеплювальний секатор / О.Г.Караєв, О.В.Бойко (Україна;). - Заявл.25.12.1998 . - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7-11.

2. Караєв О.Г., Бойко О.В. Шляхи удосконалення засобів механізації для виробництва посадкового матеріалу плодових рослин // Зб. наук. пр.: Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип. 1. - Мелітополь, ТДАТА, 1997. - С. 125-128 (Автором проведено аналіз існуючих засобів виробництва посадкового матеріалу).

3. Бойко О.В. Обґрунтування параметрів форми та положення відрізного ножа прищеплювального секатора// Зб. наук. пр.: Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип. 1 том 4. - Мелітополь, ТДАТА, 1998. - С. 110-112 (Автором визначено вплив форми відрізного ножа на травмування компонентів щеплення).

4. Бойко О.В. До питання оптимізації геометричних параметрів деяких елементів пристрою для щеплення плодових рослин. // Зб. наук. пр.: Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип. 1 том 9. - Мелітополь, ТДАТА, 1999. - С. 32- 35 (Автором запропоновано спосіб дослідження).

5. Саньков С.М., Бойко О.В. Вибір геометричних параметрів додаткового ножа для виконання язичкового зарізу на копулірувальному зрізі прищеплювального пристрою для плодових культур. // Зб. наук. пр.: Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип. 17. - Мелітополь, ТДАТА, 2004. - С. 47- 52 (Автором визначено оптимальні параметри додаткового ножа).

6. Бойко О.В. Обґрунтування параметрів ріжучої крайки відрізного ножа пристрою для щеплення плодових культур // Зб. наук. пр.: Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип. 22. - Мелітополь, ТДАТА, 2005. - С. 48- 55 (Автором встановлено характер зміни коефіцієнтів ковзання при різанні плодової деревини).

7. Бойко О.В. Розробка графоаналітичної моделі оптимізації форми ріжучої крайки відрізного ножа пристрою для щеплення плодових рослин // Зб. наук. пр.: Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Вип. 35. - Мелітополь, ТДАТА, 2006. - С. 151-157. (Автором визначено оптимальні параметри відрізного ножа пристрою для щеплення).

8. Караєв О.Г., Бойко О.В. Секатор для щеплення фруктових дерев // Аграрна наука - виробництву: Науково-інформаційний бюлетень закінчених розробок УААН. - 1998. - №3 - С. 24.

Размещено на Allbest.ru

...