Підвищення якості роботи гичкозбиральної машини з гідрокопіювальним приводом гичкозрізувального апарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький державний аграрний університет

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Підвищення якості роботи гичкозбиральної машини з гідрокопіювальним приводом гичкозрізувального апарата

Подолянин Іван Михайлович

Вінниця 2007

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Вінницькому державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, професор Середа Леонід Павлович, Вінницький державний аграрний університет, ректор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Гевко Роман Богданович, декан факультету аграрної економіки і менеджменту Тернопільського національного економічного університету;

кандидат технічних наук, доцент, Волик Борис Анатолійович, Дніпропетровський державний аграрний університет, доцент кафедри сільськогосподарських машин.

Захист відбудеться 22 листопада 2007р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.854.02 Вінницького державного аграрного університету (21008, м. Вінниця вул. Сонячна, 3)

Із дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Вінницького державного аграрного університету за адресою: 21008, м. Вінниця, вул. Сонячна, 3.

Автореферат розіслано 16 жовтня 2007р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор

П.С. Берник

1. Загальна характеристика роботи

гідравлічний привод зрізування коренеплід

Актуальність теми досліджень. Україна займає провідне місце серед бурякосійних держав світу, чому сприяють грунто-кліматичні умови, а також великий потенціал аграрно-промислового комплексу країни. Однак за ефективністю виробництва цукру, виходом цукру з одного гектара українські виробники значно поступаються виробникам Німеччини, Франції, США, що пов'язано як з недосконалістю технології вирощування і переробки, так і з великими втратами сировини при збиранні цукрових буряків з використанням вітчизняної техніки.

Цукрова галузь у господарському комплексі України займає стратегічне місце за важливістю, її експортному потенціалу і має значну перспективу в напрямку створення умов пз виробництва етанолу. В зв'язку з цим для подолання кризових явищ вироблено цілу ниску взаємозв'язаних організаційно-економічних, науково-технічних і нормативно-правових заходів, що сконцентровані у Державній програмі розвитку бурякоцукрового виробництва до 2010 року, в якій, зокрема, передбачається поступова заміна застарілого обладнання новими високопродуктивними машинами вітчизняного виробництва.

Однією з найбільш трудомістких операцій виробництва цукрових буряків є їх збирання, важливою складовою якої є видалення гички з головок коренеплодів. Існуючі машини та гичкозрізувальні апарати (ГЗА) не в повній мірі забезпечують відповідність агротехнічним вимогам до виконання даної операції згідно з ДСТУ 2258 - якості очищення та зменшення втрат сировини, а також поступаються в продуктивності іншим машинам, які входять до складу комплексу по збиранню цукрових буряків.

Вітчизняні технології збирання цукрового буряку передбачають видалення гички із ще невикопаних буряків В результаті цього коренеплоди мають бути повністю підготовленими до транспортування на цукрові заводи та подальшої переробки. З цією метою комбайни для збирання цукрових буряків, або спеціальні гичкозбиральні машини - причіпні (БМ-6А, БМ-6Б), або самохідні (МБС, 6-ORCS) - оснащуються відповідними робочими органами для виконання операцій зрізування гички та головок коренеплодів.

На вітчизняних машинах використовуються механічні копіювальні пристрої, які при достатньо високій надійності роботи завдяки низькій якості динамічних характеристик не відповідають сучасним агротехнічним вимогам до бурякозбиральної техніки. Дотримання вимог до видалення гички та обрізування головок звичайно забезпечується при швидкості руху 1,2 - 1,5 м/с, що значно нижче, ніж робочі швидкості інших машин, які входять до бурякозбирального комплексу.

Тому актуальною є тематика досліджень, спрямованих на удосконалення ГЗА шляхом впровадження швидкодіючих, точних гідравлічних копіювальних приводів, що дозволить підвищити якість і точність видалення гички і, відповідно, зменшити втрати сировини при підвищенні робочої швидкості машини до 2,5 м/с.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Удосконалення конструкції ГЗА шляхом гідрофікації копіювального привода і обґрунтування його параметрів проведені в ході виконання науково-дослідних тем: “Розробка копіювального привода копіювального пристрою ГЗА”, “Розробка заходів щодо удосконалення гідросистем самохідних сільськогосподарських машин”, які було включено до тематичного плану науково-дослідних робіт Вінницького державного аграрного університету.

Метою даної роботи є підвищення продуктивності та зменшення втрат сировини при роботі гичкозбиральних машин шляхом використання гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

1. на підставі аналізу сучасного стану розробки, виробництва та експлуатації машин для збирання гички визначити найбільш перспективні напрями гідрофікації привода ГЗА.

2. провести моделювання роботи запропонованої схеми гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА для з'ясування оптимальних значень параметрів конструктивних елементів привода.

3. розробити та виготовити дослідний зразок гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА. Провести експериментальні перевірки якості роботи гідрофікованого ГЗА на удосконаленій машині БМ-6.Г

4 розробити заходи для максимального дотримання агротехнічних вимог на видалення гички, при використанні гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА. Дати оцінку конкурентоспроможності запропонованих заходів по гідрофікації ГЗА.

Об'єктом дослідження є гичкозбиральні машини та показники якості їх роботи.

Предметом дослідження є гідравлічний копіювальний привод переміщення ГЗА та обґрунтування його конструктивних та кінематичних параметрів.

Методи досліджень - теоретичні дослідження виконувалися методами математичного моделювання робочих процесів гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА при обрізуванні головок коренеплодів; алгоритмізація обчислень з використанням сучасних потужних пакетів прикладних програм. Експериментальні дослідження виконувалися за галузевими та розробленими методиками на спеціально спроектованих і виготовлених установках.

Наукова новизна одержаних результатів полягає тому, що вперше створено математична модель гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА, в якій враховані особливості силового навантаження робочих органів в процесі обрізування головок коренеплодів, нелінійні характеристики механічної частини та гідравлічного привода, вплив температурного режиму роботи гідросистеми, механічні втрати при роботі даного привода; досліджено умови стійкої роботи гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА, які дозволяють виключити виникнення нестійких та автоколивальних режимів роботи привода; теоретично обґрунтовано вибір параметрів гідравлічного копіювального привода, який забезпечує точне переміщення ГЗА при копіюванні головок коренеплодів; розроблено конструктивну схему та теоретично обґрунтовано алгоритм роботи гідравлічного пристрою для формування траєкторії переміщення різального ножа відповідно до вимоги плаского зрізу головки коренеплодів.

Практичне значення отриманих результатів. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено:

- адаптовану до використання в умовах причіпної гичкозбиральної машини систему гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА;

- конструктивну схему удосконаленого гідравлічного копіювального привода ГЗА з коригуючим пристроєм для отримання заданої агротехнічними вимогами форми зрізу головки коренеплода;

- комплекс програм із розрахунку параметрів гідравлічного копіювального привода ГЗА;

- за результатами експериментальних польових випробувань дослідного зразка гідравлічного копіювального привода підготовлено комплект технічної документації на виготовлення даного обладнання, що дозволяє підвищити робочу швидкість гичкозбиральної машини до 2,5 м/с.

Технічну новизну гідравлічного пристрою формування траєкторії переміщення різального ножа захищено деклараційним патентом України на корисну модель.

Результати роботи сформульовані у вигляді рекомендацій для розробки конструкції гідравлічних копіювальних приводів даного типу, а також розроблено комплект технічної документації на виготовлення елементів гідросистеми, передано ЗАТ “Будгідравліка” (м. Одеса) для розгляду можливості впровадження у виробництво при формуванні відповідного попиту. Виготовлено дослідний зразок гідрофікованої машини типу БМ-6AГ було передано до Державного підприємства Дослідного господарства “Бохоницьке” де успішно прведено його експлуатацію в 2004 р. Розробки даної дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі при викладанні та проведенні лабораторного практикуму з дисципліни “Гідропривод сільськогосподарських машин”.

Особистий внесок здобувача. Результати проведених досліджень отримані автором самостійно. Постановка задач, їх аналіз виконано з науковим керівником і частково із співавторами публікацій.

Особисто здобувачем розроблено математичну модель для дослідження динамічних процесів роботи гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА; розроблено алгоритм розрахунку процесів роботи гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА; проведено дослідження математичної моделі та дослідного зразка гідравлічного привода переміщення ГЗА; обґрунтовано необхідність введення коригуючого пристрою для удосконалення конструкції гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА та виконана розробка його конструкції.

Апробація роботи. Результати досліджень доповідалися і обговорювалися на наукових конференціях, симпозіумах і семінарах: VII-IX Міжнародних конференціях “Гідроаеромеханіка в інженерній практиці”(м.Київ, м.Черкаси, 2002, 2003, 2004 рр.); II-й Міжвузівській науково-практичній конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (м. Вінниця, 2002 р.), V Науково-технічній конференції Асоціації спеціалістів промислової гідравліки і пневматики (м. Вінниця, 2003 р.), V Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Вінниця, 2004 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи розвитку аграрної механіки” (м. Дніпропетровськ, 2005 р.).

У повному обсязі дисертаційна робота доповідалася на науково-технічному семінарі кафедр “Сільськогосподарські машини” та “Машини та обладнання сільськогосподарського виробництва” Вінницького державного аграрного університету.

Публікації. Основні положення та матеріали дисертації опубліковано в 5 статтях, які надруковано у виданнях, затверджених ВАК України як фахові, а також отримано деклараційний патент України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Основну частину роботи викладено на 153 сторінках, включаючи 30 рисунків, 6 таблиць.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і завдання роботи, визначено основні положення, які мають наукову новизну і практичну цінність, подано інформацію про рівень апробації та публікації одержаних результатів дослідження.

У першому розділі проаналізовано сучасні технології та машини для видалення гички і головок коренеплодів із застосуванням гичкозрізувальних апаратів (ГЗА), їх відповідність сучасним агротехнічним вимогам до гичкозбиральних машин. Проаналізовано результати теоретичних та експериментальних досліджень за темою, визначено перспективні напрями удосконалення засобів для очищення головок коренеплодів.

Ґрунтовні дослідження робочих органів сільськогосподарських машин та умов різання і очищення рослинних матеріалів розробили А.О. Василенко, П.М. Василенко, В.П. Горячкін, Є.С. Босой, Н.Є. Резнік, Л.В. Погорілий, Г.А. Хайліс, І.А. Цурпал, М.Н. Лєтошнєв, С.І. Рустамов, М.В. Татьянко, В.М. Булгаков, В.С. Глухівський, Б.М. Гевко, Ю.Б. Аванєсов, С.А Топоровський, Б.П. Шабельник, М.М. Зуєв, П.В. Савич, М.М. Хелемендик, Я.І. Козіброда, Г.М. Смакоуз, В.А. Грозубінський, М.Н. Мішин, В.М. Осуховський, В.Р. Ярошовець, В.М. Доманьков, Р.Б.Гевко, С.В. Синій, С.В. Чернявський, В.Я. Мартиненко, Ф.Л. Роденко, В.А. Ривлін, В.Г. Кузьмінов та інші.

Проведений аналіз літературних джерел свідчить, що найбільш розповсюджені у гичкозбиральних машинах механічні приводи переміщення ГЗА є причиною суттєвого обмеження робочої швидкості гичкозбиральних машин, що негативно впливає на продуктивність бурякозбиральних комплексів. Запропоновані очисники головок коренеплодів дозволяють підвищити швидкість гичкозбиральної машини, але їх використання обмежується складністю конструкції, невисокою надійністю, підвищеною потужністю привода та негативним впливом у деяких випадках на стан поверхневого шару грунту.

Зазначено, що підвищення рівня технічних характеристик гичкозбиральних машин можливе шляхом використання гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА.

Дослідженню та розробці гідроприводів сільськогосподарських машин, Sприсвятили увагу відомі вчені Немировський І.А., Середа Л.П., Марктварде В.М., Прокоф'єв В.М., Кальбус Г.Л., Кожевников С.М., Любімов Б.А., Антошкевич В.С., Васильєв Л.В., Резнік М.Є., Федорець В.О. та ін.

Методи аналізу та розробки нових копіювальних приводів детально розглянуті в роботах Башти Т.М., Лещенко В.А., Прокоф'єва В.М., Попова Д.М., Цуханової Є.О., Хаймовича Є.М., Струтинського В.Б., Лур'є З.Я., Гаминіна М.С., Навроцького К.Л., Дідура В.О., Дєтини А.Ф., Фрумкіса І.В. та ін.

Високий рівень статичних та динамічних характеристик гідрокопіювальних приводів переміщення ГЗА є підставою для використання їх у конструкціях гичкозбиральних машин для підвищення продуктивності та збільшення виходу сировини в результаті підвищення точності зрізування головок коренеплодів.

Другий розділ присвячено опису гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА, розробленій математичній моделі даного привода, а також результатам моделювання його роботи та обґрунтування вибору раціональних параметрів гідрокопіювального привода.

Схему запропонованого гідрокопіювального привода переміщення ГЗА показано.

Щуп 1 копіювального пристрою, шарнірно зв'язаний з рамою гичкозбиральної машини, ковзає по головках коренеплодів при поступальному русі машини із швидкістю V. З поверхнею щупа контактує хвостовик золотника слідкуючого гідророзподільника 2, установленого на пантографі, утвореному важелями, шарнірно зв'язаними з рамою машини та корпусом ГЗА 3. Живлення гідравлічної системи відбувається від насосної станції 4. Слідкуючий гідророзподільник з'єднує гідролінію нагнітання (тиск Рн) та зливну гідролінію з порожнинами виконавчого гідроциліндра 6. При переміщенні золотника слідкуючого гідророзподільника вверх зростає тиск р1 у поршневій порожнині гідроциліндра та зменшується тиск р2 у штоковій порожнині. Шток гідроциліндра переміщує ГЗА вверх разом із нижнім важелем, на якому закріплено корпус гідророзподільника, припиняючи подальший рух ГЗА. При сході копіра з головки коренеплода процес переміщення ГЗА вниз відбувається аналогічним чином.

Математичну модель гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА розроблено на основі закономірностей та характеристик, якими визначається робота гідравлічної та механічної систем.

Відповідно до складу моделі входять рівняння балансу (нерозривності) потоків робочої рідини, опору потокам рідини в гідроагрегатах, а також рівняння сил та моментів, які діють на робочі органи гичкозбиральної машини та вихідні ланки виконавчих гідродвигунів.

Математичну модель складено при врахуванні наступних припущень:

- габаритні розміри гідросистеми незначні, тому вплив хвильових процесів в гідролініях практично відсутній;

- люфти в шарнірах підвіски рами та корпуса ножа незначні і не викликають коливань;

- гідролінії, якими зв'язані апарати даної гідросистеми, достатньо короткі і мають достатньо великий поперечний переріз, тому втратами тиску в них та місцевих опорах можна знехтувати;

- пульсація подачі насоса, яка не перевищує 1 - 3 %, з урахуванням високої частоти обертання вала насоса не викликає збудження коливань тиску у гідросистемі.

Відповідно до показаної схеми рівняння балансу потоків робочої рідини мають наступний вигляд:

1. Рівняння балансу витрат рідини у напірній гідролінії

-

витрата рідини, яка споживається гідророзподільником; - витрата рідини через перше робоче вікно золотника; - витрата рідини через друге робоче вікно золотника; - витрата рідини, яка споживається акумулятором; - витрата рідини через запобіжний клапан; - витрата (об'ємна подача) насоса; - витрата рідини на витікання з напірної гідролінії.

2. Рівняння балансу рідини у поршневій порожнині гідроциліндра:

де - витрата рідини у поршневій порожнині гідроциліндра, обумовлена рухом поршня із швидкістю V; - витрата рідини через третє робоче вікно розподільника на зливання у бак; - витрати рідини, викликані деформацією порожнини, заповненою рідиною, при зміні тиску p1; - витрати рідини, пов'язані із перетіканням із порожнини, яка знаходиться під тиском p1 , до порожнини, що знаходиться під тиском p2; - витрата витікання рідини з даної порожнини під дією тиску p1.

3. Рівняння балансу витрати рідини у штоковій порожнині гідроциліндра, яка з'єднана з другим робочим вікном золотника де - витрати рідини у штоковій порожнині гідроциліндра; - витрата рідини, викликана перетіканням рідини між порожнинами гідроциліндра; - витрата, пов'язана із деформаціями заповнених рідиною штокової порожнини гідроциліндра та відповідних гідроліній при зміні тиску p2; - витрати на зливання рідини через четверте вікно у бак; - витрата на витікання рідини з даної порожнини під дією тиску p2.

Складові витрат, враховані в рівняннях (1)-(3), визначаються наступними залежностями.

Об'ємна подача насоса Qн визначається значенням робочого об'єму насоса qP та частотою обертання вала nД двигуна:

QH=qPnД.

Витрати на витікання та перетікання рідини пропорційні перепаду тиску на відповідній щілині. Відповідноде ві - ширина зазорів витікання в перпендикулярному напрямку до потоку рідини в сполученнях деталей гідроагрегатів; lі - довжина зазорів витікання в напрямку потоку рідини в насосі; ді - глибина зазорів витікання в сполученні деталей гідроагрегатів; Sі - глибина зазорів перетікання; V0 - відносна швидкість переміщення однієї із стінок, яка задає межу щілини.

Витрата рідини на компенсацію деформації порожнин, заповнених робочою рідиною визначаються залежністю

де - коефіцієнт сумарної податливості і-ої порожнини, заповненої робочою рідиною; і- сумарний об'єм порожнин гідроциліндра та приєднаних до неї гідроліній, які знаходяться під дією тиску рі.

Витрата рідини пов'язана з роботою рідинного акумулятора і визначається формулою де KАК - коефіцієнт податливості порожнини рідинного акумулятора; WAK - об'єм порожнини акумулятора.

Витрата рідини через запобіжний клапан Qк визначена наступною залежністю: де pк - тиск настройки клапана; мк - коефіцієнт витрати рідини через робоче вікно запобіжного клапана; с - густина робочої рідини; рзл - тиск у зливній гідролінії; fK - площа відкриття робочого вікна клапана, яка де - відкриття клапана;

,

площа торця клапана; - жорсткість пружини клапана; - початкова деформація пружини; dк - діаметр герметизуючої поверхні клапана.

Витрата рідини через перше робоче вікно золотника дорівнює де мз - коефіцієнт витрат робочої рідини через робоче вікно золотникового розподільника; р1 - тиск у поршневій порожнині гідроциліндра; - площа відкриття першого робочого вікна золотникового розподільника,

;

dз - діаметр золотника; h - відкриття робочого вікна відповідно до переміщення копіювального золотника відносно корпуса.

Витрата робочої рідини через друге вікно золотникового розподільника:

площа відкриття другого робочого вікна золотникового розподільника, враховуючи знак переміщення золотника.

Витрата робочої рідини через третє вікно золотникового розподільника:

площа відкриття третього робочого вікна;

Витрата робочої рідини через четверте вікно золотникового розподільника:

площа відкриття четвертого робочого вікна.

Витрати робочої рідини у поршневій та штоковій порожнинах гідроциліндра: ефективні площі поршня у поршневій та штоковій порожнинах гідроциліндра, Dn - діаметр; dшт - діаметр штока поршня; y1 - координата положення штока поршня;

Розрахункову схему із визначення сил та моментів сил, які діють на привод переміщення ГЗА гичкозбиральної машини в процесі відпрацювання керуючого сигналу, який задається переміщенням щупа, показано на рис 3.

Рівняння моментів указаних сил відносно т. А буде мати такий вигляд:

, (17)

де - момент, який розвиває гідроциліндр; - момент сил інерції; - момент сил технологічного навантаження; - момент сил тертя; - момент сил ваги.

Момент сили, яку розвиває гідроциліндр, дорівнює

; (18)

де l1 - довжина плеча - відстань між напрямком дії сили Рц та віссю повороту важеля (т. А),

Момент від сил інерції Мін в основному визначається інерційністю ГЗА

де m - маса різального апарата; l2 - відстань вектора сили інерції від вісі повороту (точка А).

Момент сили ваги відповідно дорівнює

Момент сили тертя врахований у наступному вигляді

де - коефіцієнт активного опору в'язкого тертя в шарнірах при повороті рами; - кутова швидкість повороту рами; y - переміщення корпуса ножа.

Момент сил технологічного навантаження визначено залежністю

де - вертикальна складова сили технологічного навантаження (різання) на ніж; l3 - відстань від вісі повороту важеля до напрямку вектора. .

Сила, яка визначається деформацією шару зрізуємого матеріала: де k4 - межа напруження сколу речовини коренеплода,

,

k1 і k2 - відповідно напруження розривання та стискання речовини коренеплода

Сила на відкидання обрізаної частини коренеплода

, (28)

де - середня швидкість різання.

Система рівнянь (1)-(16), (28)-(30) утворює математичну модель гідрокопіювального привода переміщення ГЗА гичкозбиральної машини, яка з достатньою повнотою враховує характеристики елементів гідросистеми, а також зовнішні силові фактори, які визначають характер процесів керування положенням різального ножа ГЗА.

Дослідженню якості роботи гідрокопіювального привода переміщення ГЗА в динамічних режимах при зрізуванні головок коренеплодів передували дослідження стійкості як системи автоматичного керування.

Для запровадження ефективних методик аналізу стійкості та визначення стійкості використана лініарізація характеристик гідроапаратів методом малих прирощень змінних та подальшому розкладенню залежностей в ряд Тейлора. Змінні в цьому випадку набувають вигляду:

; ; ; ; ; .

Вважаючи, що в процесі зрізування головки коренеплода технологічне навантаження залишається практично незмінним, з врахуванням зазначених перетворень математична модель, представлена рівняннями (1)-(16),(28)-(30), буде мати вигляд:

Система рівнянь (31) описує систему третього порядка, яка описується диференціальним рівнянням третього порядка. Лініарізована модель дозволяє використати перетворення змінних за Лапласом, що значно полегшує подальший аналіз характеристик досліджуваної системи. В результаті система рівнянь (31) набуває вигляду:

Система рівнянь (32) представляє собою систему алгебраїчних рівнянь, яка за допомогою метода Крамера приводиться до загального рівняння

На основі даного рівняння отримуємо характеристичне рівняння системи у вигляді

Дослідження стійкості гідрокопіювального привода переміщення ГЗА проведено за допомогою критерію Гурвіца, за яким система стійка, якщо

Перша умова згідно з (33) виконується завжди, тому задача дослідження стійкості роботи гідрокопіювального привода переміщення ГЗА зводиться до умов, при яких виконується друга умова (35). Розв'язання даної задачі виконувалося чисельними методами з використанням алгоритмічної мови Delphi.

За результами розрахунків побудовано області стійкої роботи копіювального гідропривода переміщення ГЗА, визначено в площі параметрів об'єм порожнин гідропривода - “W”, маса рухомих частин - “m”. Дані області показані

При розрахунку областей стійкості вихідні значення параметрів гідравлічного копіювального привода були такими: 45кг;800кг/; 1210 Н/;1,810 Н/; 0,2 м; 0,185 м; 0,14 м ; 0,45 м ; 2,510 Нс; 20 м5/Нс; 0,0008 м; 0,5; 0,610-9 м 2/Н; 0,65; 310м; 200.

Показано області стійкості, розраховані при різних значеннях параметрів гідрокопіювального привода. Значний вплив на стан стійкості даної системи мають об'єм порожнин W та маса ГЗА m. Зменшення величини указаних параметрів обмежено конструктивними вимогами до гичкозбиральної машини. Як показало дослідження, значне розширення зони стійкості може бути забезпечено зменшенням діаметра (довжини робочої кромки) золотника гідророзподільника, а також збільшенням перетікання рідини між порожнинами гідроциліндра. Застосування останнього методу, який є ефективним, може привести до інтенсивного нагрівання рідини, що є небажаним.

Точність зрізування головок коренеплодів визначається якістю динамічних характеристик гідрокопіювального привода переміщення ГЗА, які досліджувалися за допомогою частотних характеристик. З цією метою на основі рівняння (33) отримано передаточну функцію та, після підстановки в (37) , комплексний коефіцієнт передачі

Амплітуда А гармонічних коливань привода ГЗА та зсув по фазі в залежності від частоти вхідного сигнала

Розрахунок частотних характеристик копіювального гідропривода ГЗА на основі залежності (2.98), (2.99) з врахуванням (2.96), (2.97) виконувався з використанням програмного пакета MathCad, що дозволило дослідити вплив основних параметрів системи на рівень показників якості її динамічних характеристик. Показано амплітудно- та фазочастотні характеристики гідрокопіювального привода, розраховані при різних значеннях об'єму W порожнин гідросистеми та діаметра золотника dз=10мм. Інші параметри зазначено вище.

Аналіз частотних характеристик показав, що діапазон частот, при яких може працювати гідрокопіювальний привод збільшується до 50…60Гц, що втричі більше робочих частот механічного приводу.

Проведено дослідження впливу параметрів гідрокопіювального привода на його частотні характеристики. Зменшення об'єму порожнин, маси ГЗА, діаметра золотника гідророзподільника позитивно впливає на якість частотних характеристик. В той же час використання зменшеного об'єму порожнин гідросистеми та маси ГЗА має конструктивні обмеження і, таким чином, найбільш раціонально забезпечувати необхідну якість частотних характеристик шляхом вибору значення діаметра (довжини робочих кромок) золотника гідророзподільника.

Виділено реальний діапазон частот періодичних рухів гідравлічного копіювального привода та ГЗА в межах від 5 до 15 Гц, що відповідає можливому руху гичкозбиральної машини із швидкістю 1,2 - 2,5 м/с. при цьому розрахункова похибка по амплітуді переміщення ГЗА знаходиться в межах дА=3,5 - 17%, величина зсуву по фазі ?г між вхідним та вихідним сигналами становить ?г=0,14 - 0,314 рад (8...17о), що відповідає реальним умовам роботи гичкозбиральної машини.

У третьому розділі описано дослідний зразок гідрокопіювального привода переміщення ГЗА, виготовлений для проведення експериментальних досліджень в польових умовах, наведено методику проведення експериментальних досліджень.

Програмою експериментальних досліджень було передбачено:

- перевірити у польових умовах працездатність розробленої конструкції гідрокопіювального привода переміщення ГЗА в складі гичкозбиральної машини;

- визначити вплив швидкості руху гичкозбиральної машини на якість зрізування головок коренеплодів;

Для експериментального дослідження було виготовлено дослідний зразок гідрокопіювального привода переміщення ГЗА та змонтовано його на гичкозбиральній машині. Принципова схема дослідного зразка гідрокопіювального привода переміщення ГЗА показано виготовлений та змонтований на гичкозбиральній машині дослідний зразок гідрокопіювального привода переміщення ГЗА.

Екпериментальна установка складається з насоса 1, запобіжного клапана 2, фільтра 3, баку 4, термометра 5, манометрів 6, 11, 12, пневмогідроакумулятора 7, слідкуючого золотникового гідророзподільника 8, двохпозиційного гідророзподільника 9, гідроциліндра 10, важелів підвіски 13, 19, ГЗА 14, рами машини 15, тяги 16, важеля 17, на якому закріплено вильчатий копір 18, гідромотора 20 привода ножа.

Набір гідроапаратури та контрольно-вимірювальних приладів дозволяє провести контроль функціонування гідрокопіювального привода та дотримання заданих режимів роботи.

Якість роботи гідрокопіювального привода переміщення ГЗА визначалася шляхом проведення польових випробувань гичкозбиральної машини за якостю обрізання буряків та відповідності її до агротехнічних вимог. Для цього вздовж гонів проходу гичкозбиральної машини намічалися через 150-200 м три облікові ділянки довжиною 20 м, і шириною, що відповідає робочому захвату гичкозбиральної машини. Після проходу гичкозбиральної машини підраховувалися обрізані коренеплоди, а саме: нормально обрізані, із високим зрізом, із низьким зрізом, із сколотою поверхнею та вибиті коренеплоди. Для визначення відходів маси головки коренеплодів до гички відбиралися декілька проб з причепа (25-50 кг) відрізалися від гички головки коренеплодів, зважувалися і визначався відсоток цукроносної маси в гичці.

Експериментальні дослідження показали високу працездатність запропонованого гідрокопіювального привода. В процесі випробувань не відбулося жодної зупинки гичкозбиральної машини через причину відмови гідропривода. Випробування проводилося при робочих швидкостях гичкозбиральної машини 4, 6 та 8 км/год, відповідно 1,1; 1,65; 2,25 м/с. Результати зрізування головок коренеплодів наведено в табл.1.

У четвертому розділі наведено результати розробки удосконаленого гідрокопіювального привода переміщення ГЗА. Дані розробки спрямовані на зменшення кількості коренеплодів з косим зрізом головок та неповним видаленням гички. З цією метою запропоновано використання клапана різниці тисків в порожнинах гідроциліндра. Гідравлічна схема удосконаленого гідрокопіювального привода переміщення ГЗА показана

Згідно із схемою рідина від насосної станції 1 надходить до слідкуючого гідророзподільника 2, який в свою чергу з'єднаний гідролініями 5 та 6 з порожнинами виконавчого гідроциліндра 4 (позиція 10). Паралельно гідроциліндру встановлено клапан різниці тисків (КРТ) 3, під торцеві порожнини якого через регульовані дроселі з'єднані з гідролініями 5 та 6. В середньому положенні золотник КРТ робочими вікнами 1 і 2 з'єднує порожнини гідроциліндра із зливною гідролінією. В процесі копіювання головки коренеплода - при підйомі на головку, або сході з неї, значні витрати рідини і, відповідно, перепад тиску в гідролініях 5 та 6 переміщує золотник в одне з крайніх положень, перекриваючи зливну гідролінію. При виході на рівень вершини головки коренеплода швидкість руху копіра і ГЗА зменшуються при цьому втрата рідини і перепад тисків в гідролініях 5 і 6, золотник КРТ повертається в середнє положення, вирівнюючи тиск в порожнинах гідроциліндра 4. Фіксація положення штока гідроциліндра має забезпечити горизонтальну траєкторію ножа ГЗА та плаский зріз головки коренеплода. Дана конструкція гідрокопіювального провода переміщення ГЗА захищена деклараційним патентом України на корисну модель.

Перевірка працездатності запропонованої схеми конструкції гідрокопіювального приводу переміщення ГЗА виконано шляхом моделювання його роботи. Математична модель основана на використанні рівнянь (1)-(17), (29)-(30), до яких додано рівняння діючих сил на КРТ:

де - сила, що діє на торець золотника КРТ в залежності від тиску р1,

- сила, що діє на торець золотника КРТ в залежності від тиску р2,

- сумарна сила тертя, що протидіє переміщенню золотника КРТ,

- сила пружності пружини, що діє на торець золотника у випадку переміщення золотника під дією тиску ,

- сила пружності пружини, що діє на торець золотника у випадку переміщення золотника під дією тиску ,

- попередня деформація пружини.

При цьому також змінюються рівняння (2) і (3) на величину витрати робочої рідини, що необхідна для роботи КРТ:

де - витрата робочої рідини крізь перше вікно КРТ, - витрата робочої рідини крізь друге вікно КРТ,

- площі відкриття відповідно 1,2 - го робочих вікон золотника КРТ;

, - поточна та початкова координати положення золотника КРТ; - площа торця золотника КРТ; - маса золотника КРТ; - коефіцієнт активного опору руху золотника КРТ.

При дослідженні даної моделі, в основі яких лежить метод Рунге - Кутта - Фельдберга, використовується розрахунковий метод, передбачено візуалізацію досліджуваних процесів, що в даному випадку важливо з точки зору оцінки технологічних можливостей застосування гідрофікації привода переміщення ГЗА.

Показано розрахункову траєкторію переміщення різального ножа ГЗА при відпрацюванні вхідного гармонічного сигналу, наближеного до форми профілю коренеплода. Крива 2, яка представляє траєкторію переміщення різального ножа, має зрізану верхівку, яка відповідає пласкому зрізу головки коренеплода.

Проведене дослідження впливу параметрів КРТ на висоту зрізу головок коренеплодів показало, що найбільший вплив на висоту зрізу головок створює величина відкриття робочих вікон. При забезпеченні відкриття 1 та 2 вікон золотника КРТ 0,1 мм висота зрізу головки становить 20 мм, що відповідає агротехнічним вимогам.

У п'ятому розділі наведено оцінку конкурентоздатності гичкозбиральної машини із гідрокопіювальним приводом переміщення ГЗА. Було порівняно декілька зразків гичкозбиральних машин вітчизняного та зарубіжного виробництва за такими технікоекономічними показниками: висота зрізу (високий зріз, нормальний, низький) гички, пошкоджені коренеплоди (косий зріз), швидкість руху та продуктивність. Аналіз розрахованих показників свідчить про наявну конкурентоспроможність заходів щодо гідрофікації робочих органів гичкозбиральної машини.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень і конструкторських розробок узагальнено та передано до впровадження ЗАТ “Будгідравліка” (м. Одеса) (виготовлення гідроапаратури) та ВАТ Калинівське РП “Агромаш” (виготовлення сільгосптехніки), де вони використовуються для підготовки виробництва нових конструкцій робочих органів машин.

Загальні висновки

1. Проведено аналіз існуючих конструкцій апаратів для видалення гички цукрових буряків, який показав актуальність подальших розробок, спрямованих на підвищення якості видалення гички та значень робочих швидкостей, на яких проводиться дана операція. Виявлено, що одним з найбільш перспективних напрямків вирішення даної задачі є гідрофікація копіювального привода переміщення ГЗА.

2. Розроблено та досліджено математичну модель гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА з чотирьохкромочним слідкуючим гідророзподільником, яка дозволяє коректно проаналізувати процеси та характеристики указаного привода, виявити вплив параметрів гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА на показники роботи гичкозбиральної машини.

3. Досліджені характеристики роботи гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА в різних робочих режимах. Проаналізований вплив параметрів указаного привода на забезпечення його стійкої роботи. Виявлено, що вибором діаметра золотника слідкуючого гідророзподільника можливо забезпечити необхідний запас стійкості даного гідропривода, який виключає виникнення коливальних процесів. Аналіз частотних характеристик гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА довів, що при русі машини із швидкістю до 8 км/год похибка по висоті зрізу не перевищує 8%, при цьому практично відсутній вплив відставання по фазі різального ножа від копіру на якість видалення головки коренеплода.

4. Експериментальна перевірка результатів теоретичного дослідження, проведена шляхом експлуатації дослідної машини БМ-6АГ, оснащеної виготовленим дослідним зразком гідравлічного копіювального привода переміщення ГЗА, показала, що якість зрізування гички та головок коренеплодів відповідає вимогам ДСТУ 2258, забезпечується при швидкості руху гичкозбиральної машини в межах 4-8 км/год.

5. З метою підвищення якості зрізу головок коренеплодів, а саме забезпечення плаского зрізу запропоновано удосконалення гідравлічного копіювального привода шляхом використання клапану різниці тисків. Моделювання роботи удосконаленого привода переміщення показало ефективність запропонованого пристрою.

6. Розроблені заходи щодо удосконалення конструкції гичкозбиральної машини шляхом гідрофікації привода переміщення ГЗА передані на ВАТ Калинівське РП “Агромаш”, де вони отримали позитивну оцінку та прийняті до розгляду з метою подальшого практичного використання.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Спірін А.В., Іванов М.І., Подолянин І.М., Ковальова І.М. Оцінка на конкурентоспроможність дослідного зразка гичкозбиральної машини БМ6-АГ з копіювальним гідроприводом гичкозрізувального апарата// Промислова гідравліка і пневматика. - №2(16). - 2007. - С. 104-110.(особистий внесок - аналіз конкурентоспроможності гідрофікованої гичкозбиральної машини).

Іванов М.І., Подолянин І.М.. Моделювання копіювального гідропривода механізму підйому зрізуючого апарата гичкозбиральної машини// Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету. - 2002. - №11. - С. 236-240. (особистий внесок - запропонована модель привода переміщення різального апарата).

Подолянин І.М. Динамічні характеристики копіювального гідропривода механізма підйому зрізуючого апарата машини БМ-6АГ.// Збірник матеріалів ІІ-ої Міжвузівської науково-практичної конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи”. - Вінниця, ВДАУ. - 2002. - С.172-173.

Подолянин І.М. Частотні характеристики гідравлічної системи керування положенням ріжучого апарата машини БМ6-АГ //Вибрации в технике и технологиях. - Вінниця, 2003. - №3(29). - С. 41-43.

Середа Л.П., Подолянин І.М. Аналіз і шляхи удосконалення гичкозбиральних апаратів // Вибрации в технике и технологиях.- 2001.-№2(18). - С. 75-78. (особистий внесок - аналіз сучасного стану розвитку гичко збиральної техніки)

Середа Л.П., Подолянин І.М. Стійкість гідравлічної системи керування положенням ріжучого апарата машини БМ-6АГ //Вестник Национального технического университета Украины “КПИ”. Машиностроение. - Выпуск 42. -2002 - Т.2. - Київ, НТУУ “КПИ”. - С. 69-72. (особистий внесок - розрахунок областей стійкості системи керування)

Л.П. Середа, М.І. Іванов, С.А. Шаргородський, І.М. Подолянин Удосконалення гичкозбиральних машин шляхом гідрофікації привода переміщення гичкозрізувального апарата // Промислова гідравліка і пневматика. - №3(17). - 2007 - С. 84-92. (особистий внесок - розробка конструкції гідро копіювального привода з клапаном різниці тисків)

Деклараційний патент на корисну модель Україна 7094,7 А01D23/02. копіювальний пристрій гичкозрізального апарата/ Середа Л.П.. Іванов І.М., Подолянин І.М., Іванова О.М.-№ 20040806632. - Заявлено 09.08.2004р.- Опубліковано 15.06.2005р.

Анотація

Подолянин І.М. Підвищення якості роботи гичкозбиральної машини з гідрокопіювальним приводом гичкозрізувального апарата. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Вінницький державний аграрний університет, Вінниця, 2007.

Дисертаційну роботу присвячено розробці та дослідженню гідравлічного копіювального привода переміщення гичкозрізувального апарата гичкозбиральної машини, визначенню його раціональних технологічних і конструктивних параметрів.

Теоретичні дослідження присвячено математичному моделюванню роботи гідравлічного копіювального привода переміщення гичкозрізувального апарата в процесі зрізування головок коренеплодів. Обґрунтовано вибір раціональних параметрів гідравлічного копіювального привода шляхом аналізу умов його стійкої роботи та дослідженням частотних характеристик. Розроблено конструктивні заходи, обґрунтовані математичним моделюванням, спрямовані на підвищення точності зрізу, а також забезпечення плаского зрізу головок коренеплодів.

Результати експериментального дослідження підтвердили ефективність запровадження гідравлічного копіювального привода переміщення гичкозрізувального апарата для підвищення продуктивності гичкозбиральних машин, а також зменшення втрат сировини завдяки підвищенню точності зрізування головок коренеплодів.

Результати проведеного дослідження передано на ЗАТ “Будгідравліка” (м. Одеса) та ВАТ Калинівське РП “Агромаш”, та використано відповідно до планів підприємств, а також включено в навчальний процес за дисципліною “гідропривод сільськогосподарських машин”.

Ключові слова: цукровий буряк, гичка, гичко збиральна машина, гичкозрізувальний апарат, гідравлічний слідкуючий привод, математична модель, стійкість привода, частотні характеристики, плаский зріз, конкурентноздатність.

Аннотация

Подолянин И.М. Повышение качества работы ботвоуборочной машины с гидрокопировальным приводом ботвосрезающего аппарата. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Винницкий государственный аграрный университет, Винница, 2007.

Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию гидравлического копировального привода перемещения ботвосрезающего аппарата ботвоуборочной машины, определению его рациональных технологических и конструктивных параметров.

Теоретические исследования посвящены математическому моделированию работы гидравлического копировального привода перемещения ботвосрезающего аппарата в процессе срезания головок корнеплодов. Обоснован выбор рациональных параметров гидравлического копировального привода путем анализа условий его устойчивой работы и исследования его частотных характеристик. Разработаны конструктивные мероприятия, обоснованные математическим моделированием, направлены на повышение точности среза, а также обеспечения плоского среза головок корнеплодов.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили эффективность применения гидравлического копировального привода перемещения ботвосрезающего аппарата для повышения производительности ботвоуборочных машин, а также уменьшение потерь сырья благодаря повышению точности среза головок корнеплодов.

Результаты проведенного исследования переданы на ЗАО “Стройгидравлика” (г. Одесса), ОАО Калиновское РП “Агромаш” и использовано соответственно планам предприятий, а также включены в учебный процесс по дисциплине “Гидропривод сельскохозяйственных машин”.

Ключевые слова: сахарная свекла, ботва, ботвоуборочная машина, ботвосрезающий аппарат, гидравлический следящий привод, математическая модель, устойчивость гидропривода, частотные характеристики, плоский срез, конкурентоспособность.

Summary

Podolyanin Ivan. The improvement of the work quality of haulm gatherer with the hydraulic tracking drive of haulm cutting unit. - Manuscript.

Thesis being submitted for the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on specialty 05.05.11-machines and means of mechanization for agricultural production.-Vinnitsa state agricultural university, Vinnitsa, 2007.

Dissertation is devoted to the working out of researching of hydraulic tracking drive, shifting of the haulm cutting unit, defining of its rational, technical and constructive parameters.

The theoretical researches are dedicated to simulating of the hydraulic tracking drive work, shifting of haulm cutting unit in the process of beet root cutting. The choice of the efficient parameters of hydraulic tracking drive is being grounded, by the analyzing of the stability of hydraulic circuit and by researching of its frequency characteristics. The constructive activities, that are well-grounded by simulation, are worked out and pointed at the increasing of the cut precision, as well as at the maintaining of the flat cut of beet roots.

The results of the experimental research have proved the effectiveness of the hydraulic tracking drive appliances, shifting of the haulm cutting unit for the increasing of the haulm gatherer productivity and also the decreasing of waste of raw material, owing to improving of cut precision of beet roots.

The results of the research, being done, were passed over to private joint stock company “Stroyhydraulica” in Odessa, public joint stock company “Agromash” in Kalinovka and were used according to the plans of the enterprises as well as included into educational process as a part of the subject “ Hydraulic tracking drive of the agricultural machinery.”

Key words: sugar-beet, beet tops, haulm gatherer, hydraulic tracking drive, simulator, the stability of hydraulic circuit, frequency characteristics, flat, competitive capacity.

Размещено на Allbest.ru

...