Обґрунтування параметрів робочих органів машин для поверхневого внесення сапропелів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тернопільський національний технічний університет ім. Івана Пулюя

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування параметрів робочих органів машин для поверхневого внесення сапропелів

Бабарика С.Ф.

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Тернопіль - 2010

Вступ

Актуальність теми. У комплексі заходів щодо впровадження інтенсивних технологій в аграрному виробництві важливе місце належить підвищенню родючості ґрунтів за рахунок внесення органічних добрив, до яких слід віднести сапропелі прісноводних озер. Сапропелі містять цілий ряд необхідних елементів живлення для рослин: фосфор, калій, азот і речовини, які поліпшують органічні, хімічні і біологічні властивості ґрунту і тим самим сприяють підвищенню врожайності сільськогосподарських культур. За різними даними воно може становити в межах 15…48 %.

При суцільному внесенні органічних добрив їх рівномірно розкидають по полю з подальшим загортанням у ґрунт при передпосівній культивації або оранці на глибину 10…20 см. Спосіб суцільного внесення є найбільш поширеним і використовується у випадках внесення великих доз добрив в межах 10…60 т/га. Добрива повинні бути рівномірно розкидані по полю і добре зароблені в ґрунт для запобігання втрат азоту і їх висихання. При внесенні добрив допускається не більше 10% відхилення фактичної дози від заданої нерівномірність розподілу добрив за шириною захвату - не більше ± 15%.

Тому одним із актуальних завдань сільськогосподарського виробництва є покращення родючості ґрунтів за рахунок якісного поверхневого внесення сапропелів, як органічних добрив, що потребує обґрунтування конструктивних, технологічних і кінематичних параметрів робочих органів - ланцюгово-пластинчастого транспортера і гвинтових бітерних розкидачів машин для внесення органічних добрив.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконана відповідно до державної науково-технічної програми Луцького національного технічного університету та Ковельського ВАТ "Ковельсільмаш" у відповідності до державних науково-технічних програм ДНКТП з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки. Основні положення дисертаційної роботи увійшли до звіту за темою "Дослідження взаємодії механізмів сільськогосподарських машин з матеріалами" (номер державної реєстрації 0100U000258), яка реалізується згідно постанови Кабінету Міністрів "Про розвиток сільськогосподарського машинобудування і забезпечення агропромислового комплексу конкурентноздатною технікою".

Мета та задачі досліджень. Мета роботи - вироблення науково-практичних рекомендацій для проектування робочих органів машин при поверхневому внесенні сапропелів у якості органічних добрив на основі ресурсозберігаючих технологій.

Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:

- на основі проведеного аналізу технологічних процесів поверхневого внесення органічних добрив і конструкцій подаючих і розкидаючих механізмів розробити удосконалені робочі органи цих машин для сапропелів;

- теоретично обґрунтувати технологічний процес розкидання органічних добрив вертикальними гвинтовими робочими органами (ГРО) - бітерами з визначенням силових, кінематичних і конструктивних параметрів із створенням умов забезпечення швидкості та дальності польоту частинок подрібненого промороженого сапропелю;

- визначити взаємозв'язок силових, кінематичних і конструктивних параметрів робочих органів машин для поверхневого внесення твердих органічних добрив із забезпеченням рівномірного розподілу їх по поверхні поля;

- обґрунтувати параметри вертикального гвинтового бітера для розкидання сапропелів, запропонувати комплекс заходів із його балансування на стадії виготовлення та ремонту;

- розробити динамічну модель технологічного процесу розкидання сапропелів з врахуванням подачі та визначенням динамічних навантажень у бітерах і запропонувати шляхи усунення виникнення коливань в процесі роботи машини;

- обґрунтувати енергосилові параметри розкидання сапропелів прісноводних озер вертикальними бітерами та розробити методику для їх проектування;

- розробити методику проектування високопродуктивних механізмів подачі та розкидання проморожених озерних сапропелів, відповідно, ланцюгово-планчастого транспортера і вертикального ГРО;

- розробити програму і методику проведення комплексу експериментальних досліджень з визначенням рівномірності та продуктивності внесення твердих органічних добрив і сапропелів серійною МТО-7 та модернізованою машиною РТД-14 і дати практичні рекомендації виробництву;

- на основі комплексу проведених теоретичних і експериментальних досліджень розробити інженерну методику проектування вертикальних гвинтових роторних розкидачів машин для поверхневого внесення сапропелів прісноводних озер.

Об'єкт дослідження - механізовані процеси подачі та розкидання твердих органічних добрив по поверхні поля.

Предмет досліджень - робочі органи машин для внесення твердих органічних добрив та зв'язок їх параметрів і режимів з матеріалом.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведені з використанням методів теоретичної механіки, математичного аналізу та статистики. При обґрунтуванні раціональних конструктивно-технологічних параметрів машин для поверхневого внесення сапропелів використовувалось комп'ютерне моделювання, методи дослідження операцій та інженерної творчості, вибору раціональних технічних рішень з використанням методів кваліметрії в теорії уніфікованого синтезу. Апробація розроблених алгоритмів, програм і методик проводилася методом комп'ютерного моделювання. При проведенні експериментальних досліджень застосовувався метод математичного планування експерименту.

Науковою новизною, що отримано вперше є:

- визначення взаємозв'язку силових, кінематичних і конструктивних параметрів робочих органів машин для поверхневого внесення твердих органічних добрив з рівномірним розподілом їх по поверхні поля;

- розроблена динамічна модель технологічного процесу подрібнення сапропелів із врахуванням їх подачі ланцюгово-планчастим транспортером в зону захоплення бітерами з визначенням динамічних та силових навантажень та досліджено вплив дисбалансу гвинтових бітерів на коливання машини;

- створено графічну модель конструкції гвинтового бітера, яка може бути базовою для створення розкидаючих пристроїв та варіанти можливого виконання елементів його структури, які розкривають взаємозв'язки між параметрами твердих органічних добрив, технологією їх подачі в зону захоплення їх ГРО та конструктивно-технологічними параметрами вертикальних гвинтових бітерів.

Практичне значення отриманих результатів:

- запропоновані нові конструкції робочих органів машин для поверхневого внесення твердих органічних добрив;

- визначено основні конструктивно-кінематичні та технологічні параметри гвинтових вертикальних бітерів;

- на основі проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень розроблено та виготовлено дослідні зразки робочих органів машини РТД-14 з покращеними технічно-економічними показниками;

- за результатами експериментальних досліджень виведені рівняння регресій для визначення продуктивності машини і рівномірності розкидання твердих органічних добрив в залежності від конструктивних, кінематичних і технологічних факторів;

- запропоновано комплекс заходів балансування бітерів на стадії виготовлення, експлуатації та ремонту.

Отримані результати впроваджені на ВАТ "Ковельсільмаш", а також в навчальному процесі підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр, спеціаліст за спеціальністю 7.090.215 "Машини та обладнання сільськогосподарського виробництва " у Луцькому національному технічному університеті. Технічну новизну розроблень захищено п'ятьма деклараційними патентами України на корисні моделі.

Особистий внесок здобувача.

Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно. У працях, опублікованих у співавторстві [1-9,11-15], здобувачем виведено аналітичні залежності для визначення технологічних, конструктивних і кінематичних параметрів робочих органів машин для поверхневого внесення сапропелів. Здобувачем також запропоновано основні елементи конструкції робочих органів цих машин і стендове обладнання для дослідження характеристик вузлів машини, їх балансування [8,16-24], які захищені патентами України.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і обговорювались на науково-технічних семінарах і наукових конференціях Луцького національного технічного університету (2007-2009) "Інноваційні технології в АПК", Тернопільського державного технічного університету ім. Івана Пулюя «Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино-та приладобудуванні» (2007-2010 рр.), Міжнародних науково-практичних конференціях: "Проблеми землеробської механіки" у Харківському Національному технічному університеті сільського господарства ім. П.М. Василенка (2008-2009рр.), "Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки" у Кіровоградському національному технічному університеті (2009р.), "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" у Національному науковому центрі "Інститут механізації і електрифікації сільського господарства", Глеваха, Київська обл., 2009 р., "Сучасні проблеми землеробської механіки, присвяченої річниці народження П.М. Василенка у Дніпропетровському державному аграрному університеті, 2009 р., Вінницькому національному аграрному університеті (2010 р.), Тернопільському національному технічному університеті ім. Івана Пулюя (2010 р.).

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 24 друкованих працях, із яких:15 - статті у фахових виданнях, 5 - деклараційні патенти України на корисні моделі.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 120 найменувань та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 203 сторінки, в тому числі 156 сторінок основного тексту, 55 рисунків і 11 таблиць.

1. Основний зміст роботи

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформовано мету, задачі дослідження і основні положення, викладено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведено аналіз стану сучасних технологій поверхневого внесення твердих органічних добрив, конструктивно-технологічний аналіз подаючих і розкидних механізмів машин та наведено огляд наукових досліджень з даної проблеми.

Одним із актуальних завдань сільськогосподарського виробництва є покращення родючості ґрунтів за рахунок якісного поверхневого внесення органічних добрив, особливо нових видів, таких як озерні сапропелі. Останні містять основні елементи живлення рослин: фосфор, калій, азот і речовини, які поліпшують органічні, хімічні і біологічні властивості грунту і тим самим сприяють підвищенню врожайності сільськогосподарських культур за різними даними вчених в межах 15...48%. При цьому запаси озерних сапропелів тільки у північно-західному регіоні держави складають більше 12 млн. тонн.

Проблемами поверхневого внесення органічних добрив в ґрунт займалися такі вчені, як Василенко П.М., Летошнев М.Н., Босой Е.С., Кислов Н.В., Бакум М.В., Адамчук В.В., Войтюк Д.Г., Головчук А.Ф., Гаврилюк Г.Р., Дмитренко П.О., Лінник М.К., Єрмоленко В.А., Ковбаса В.П., Рябченко І.К., Євтушенко В.Є., Соколов В.М., Вожик Ю.Г., Донець С.М., Меєровський А.С., Бараннікова Є.В., Серілко Л.С., Павловский И.В. Основна їх увага приділялася теоретичним і експериментальним дослідженням процесу поверхневого внесення гною тваринного походження як органічних добрив та компостів на їх основі, розробці конструкцій машин для внесення таких добрив, а також визначення їх раціональних і оптимальних конструктивно-кінематичних, технологічних і динамічних параметрів.

Але дослідженню процесів і засобів внесення нових, нетрадиційних органічних матеріалів достатньої уваги не приділялось. Різке скорочення в останні десятиліття поголів'я худоби в господарському комплексі країни призвело до зменшення внесення органічних добрив, що є негативною тенденцією поповнення гумусотворюючих речовин у ґрунтах. Тому, основним завданням дисертаційної роботи було розроблення і дослідження робочих органів машин для поверхневого внесення сапропелів на основі ресурсозберігаючих технологій. Існує ряд досліджень, в яких звернено особливу увагу на цінність сапропелів, що підвищують родючість ґрунтів. Вагомий внесок у ці питання зробили відомі вчені Лопотко М.З., Дубовец А.Г., Косаревич И.В., Шевчук М.Й., Вірясов Г.П., Лиштван И.И., Мартинсон А.Г., Вилеба Б.Г., Євдокимова Г.А., Рубінштейн А.Я., Дідух В.Ф., Добровольская И.А, Ильина Е.А., Курзо Б.В., Смирнов А.В., Титов Е.И., Хохлов В.И, Бодак В.І., Булік Ю.В. та інші.

Аналіз досліджень робочих органів машин для поверхневого внесення добрив показав, що в багатьох випадках ці механізми не відповідають вимогам агротехніки: відсутнє якісне подрібнення і розкидання добрив, недостатнє забезпечення щільності на одиницю площі, мала продуктивність при розкиданні. Використання у якості розкидаючого робочого органу вертикальних гвинтових бітерів викликає значні динамічні навантаження і коливання машини, особливо після розвантаження кузова машини добривами більше 50%. Крім того, це пов'язано також з недосконалістю подавальних і розкидаючих робочих органів, їхнім розташуванням в конструктивно-компонувальних схемах машин, а також неправильним вибором їх конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи.

В другому розділі на основі аналізу найбільш типових конструкцій бітерів розкидаючих пристроїв сучасних машин запропоновано модель побудови гвинтового бітера та варіанти можливого виконання елементів його структури, з вказуванням необхідних параметричних характеристик таких об'єктів. Вона може стати базовою для створення нових конструкцій розкидаючих пристроїв машин для внесення твердих органічних добрив з вертикальними бітерами.

Проведено дослідження технологічного процесу розкидання сапропелів вертикальними бітерами із забезпеченням рівномірності їх розподілу на відповідній площі. Розбиваємо потік сапропелів на елементарні частинки. Для моделювання задачі виділяємо одну елементарну частинку. Частинка здійснює складний рух: відносний вздовж елемента гвинтової поверхні бітера та переносний - обертальний разом з бітером, встановленим під кутом г до вертикалі в напрямку руху агрегату. На частинку М згідно розрахункової схеми діють такі сили: сила ваги (mg, де m - маса частини матеріалу); відцентрова сила інерції Рін; нормальна реакція поверхні бітера N; сила тертя матеріалу по поверхні бітера Fтр та коріолісова сила Рк.

Складено диференціальні рівняння руху частинки сапропелю вздовж виділеного елемента на поверхні бітера. За прийнятих допущень та початкових умов та проведено їх аналітичний розв'язок:

(1)

(2)

де: R - радіус вала бітера, м;

- кутова швидкість обертання бітера, с-1;

f - коефіцієнт тертя ковзання частинки сапропелів з гвинтовою поверхнею.

Побудовані траєкторії переміщення частинок сапропелю поверхнею бітера у полярних координатах з врахуванням кута нахилу бітера до горизонту вказують, що їх виліт у зоні 0…р градусів відбувається при частоті обертання бітера 10…15 с-1.

Аналіз отриманих траєкторій вказує, що при поверхневому внесені органічних добрив, які попередньо підготовлені до розкидання шляхом подрібнення, просіювання, дозволяють зменшувати частоту обертання бітерів, що усуває загрозу виникнення можливих горизонтальних коливань машини.

На основі отриманого рівняння (3) побудовано залежності дальності польоту частинки сапропелів від кута и, що дозволяє оцінити можливість збільшення ширини захвату машини

(3)

де: V- швидкість частинки після відокремлення від поверхні бітера, м/с;

Н - висота поверхні відриву частинки сапропелю відносно поверхні поля, м.

Розроблено імітаційну модель подачі сапропелів та взаємодії з ними розкидаючого чотирьохбітерного пристрою (рис.4). Дана модель враховує зміну маси машини через зменшення об'єму сапропелів у кузові розкидача органічних добрив в процесі їх внесення на поверхню поля, а також конструктивні особливості як самого розкидаючого пристрою, вмонтованого в окрему жорстку раму, так і пружно-пластичного з'єднання, що встановлюється між жорсткою рамою та кузовом машини. Таке з'єднання виконує функцію гасника коливань у складній механічній системі, якою є розкидач органічних добрив.

Згідно з вказаною моделлю досліджено явище виникнення коливань машини при роботі ГРО - бітерів та їх зміну в процесі розвантаження кузова з використанням принципу Д'Аламбера. Встановлено, що горизонтальні коливання є більш небезпечними з точки зору руйнування як самих збурювачів коливань, якими є активні розкидаючі пристрої, так і окремих складових вузлів машини, що утворюють механічні системи та сприймають виниклі динамічні навантаження..

Складені диференційні рівняння механічної системи згідно рис.4:

, (4)

де: m-маса матеріалу, яка сприяє виникненню коливань у бітері, кг;

- збурююча сила, Н;

- момент інерції маси чотирьохбітерного розкидаючого пристрою відносно т. О;

- відповідно кутові в'язкість та жорсткость в'язко-пружної системи (Па·с, Н·м);

- кутове зміщення відносно т. О, град;

і - кутове фазове зміщення виникнення сили інерції на і-му бітері, рад.;

lі - відстань від точки прикладання збурюючої сили до точки прикладання крутного моменту на і-му бітері, м.

Розв'язок системи нелінійних диференційних рівнянь (4) дозволив отримати рівняння (5, 6, 7) та на їх основі побудувати графічні залежності, які пояснюють характер виникнення коливань в машині, знайти шляхи їх усунення.

(5)

(6)

(7)

Нерівномірність захоплення сапропелів вертикальними бітерами призводить до виникнення дисбалансу у ГРО. При цьому виникають сили інерції, які призводять до коливання машини. Аналіз отриманих графічних залежностей вказують на їх стохастичний характер. Усунення виниклих коливань можливе за умови зміни конструкції бітерів, наприклад: виготовлення гвинтової поверхні суцільною та встановлення захисних дисків діаметром 500 мм у їх нижній частині, які виконують функцію маховиків. Це збільшить момент інерції та масу розкидаючого пристрою, що в свою чергу зменшить його коливання та, відповідно, машини загалом. Іншим заходом зменшення коливань машини є встановлення в'язко-пружного гасника коливань між кузовом машини та розкидаючим пристроєм.

За умови, що -

Рі=р1·соs(-щt+ц1)+р2·соs(щt+ц2)+р3·соs(щt+ц3)+р4·соs(-щt+ц4),

та наступних параметрах відповідно для (а) та (б)- l=0,5.L=4.щ=10.р1=500.р1=500.р2=500.р3=500.р4=500.ц1=р.ц2=0.ц3=0.ц4=р.k=100.

c=10000.{t=0,1}.{m=2000;10000}.

l=0,5.L=4.m=10.щ=10.р1=500.р1=500.р2=500.р3=500.р4=500.ц1=р.ц2=0.ц3=0.ц4=р.

k=100.c=10000.{t=0,1}.{ц4=0;2р}.

За умови, що -

Рі=р1·соs(-щt+ц1)+р2·соs(щt+ц2)+р3·соs(щt+ц3)+р4·соs(-щt+ц4),

та наступних параметрах відповідно для (а) та (б)- l=0,5.L=4.m=10000.щ=10.р1=500.р1=500.р2=500.р3=500.р4=500.ц1=р.ц2=0.ц3=0.ц4=р.k=100.{c=10;10000}.{t=0,2}.

l=0,5.L=4.m=10.щ=10.р1=500.р1=500.р2=500.р3=500.р4=500.ц1=р.ц2=0.ц3=0.ц4=р.

k=100.c=5000.{t=0,2}.{k=1;100000}.

Характер виникнення та затухання коливань по координатах Y та Я будуть аналогічними в залежності від величини збурюючої сили Рі та параметрів с і k вязко-пружного елемента.

Запропонована методика розрахунку енергосилових параметрів з врахуванням продуктивності гвинтових бітерів та їх конструктивних особливостей. Енергетичні затрати на переміщення частинок сапропелю поверхнями гвинтових бітерів представлено через суму робіт, яка затрачається на підйом сапропелю по гвинтовій спіралі, сил тертя між сапропелем і поверхнями відповідно до спіралі і вала, Дж:

Повну роботу, яка затрачена на розкидання сапропелю реальним бітером можна подати у вигляді:

(8)

де: ,,- коефіцієнти, які враховують затрати, відповідно, на перемішування, подрібнення, злипання, або заклинення сапропелю; неточність виготовлення спіралі і вала, їх відхилення від розрахункового значення; вертикальне розміщення бітерів.

Cумарну осьову силуі крутний момент від дії вантажу визначено з врахуванням стабільності усередненого кута нахилу витків за робочою довжиною бітера:

(9)

(10)

де Q - об'ємна витрата вантажу, м3/с; Н, L - відповідно висота і робоча довжина бітера, м; 1, 2 - коефіцієнти тертя між сапропелем і гвинтовими елементами та валом відповідно; А - кутова швидкість бітера, рад/с; - відстань розміщення частинки вантажу відносно центру бітера, мм; Т - крок спіралі, мм; - осьова швидкість перенесення сапропелю, мм/с; - кут підйому сапропелю, рад; - об'ємна вага сапропелю, H/м3; z1 - кут підйому витків бітера, град.

В загальному випадку інтеграли, які входить в залежності (9, 10), визначаються числовим методом.

В третьому розділі розроблено програму і методику проведення експериментальних досліджень в лабораторно-польових умовах.

Програмою передбачалась перевірка достовірності та ступеня точності аналітичних залежностей і припущень з метою встановлення раціональних конструктивних і технологічних параметрів виготовлення бітерів та процесів розкидання органічних добрив, в тому числі озерних сапропелів.

Для визначення розмірних параметрів інтенсивності подрібнення частинок промороженого озерного сапропелю, рівномірності його розподілу по поверхні поля, виготовлялись та використовувались додатково засоби у вигляді квадратних рамок розмірами 1х1 м, затягнутих прозорою плівкою та ємність у вигляді сита з отворами 22 мм, а також стандартного сита з отворами 7 мм із комплекту обладнання для визначення гранулометричного складу неоднорідних сумішей. Такі засоби дозволили визначити загальну масу, внесену машиною на площі 1 м2, рівномірність розподілу подрібнених сапропелів за шириною захвату машини, величину часток сапропелів, подрібнених бітерами.

Дослідження процесу поверхневого внесення сапропелів і рівномірності його розкидання по стерні в польових умовах зображено на рис. 7 і 8.

Для визначення впливу конструктивно-кінематичних параметрів машини на розкидання сапропелів розроблено методики проведення двох окремих повнофакторних експерименти для твердих органічних добрив: проморожених озерних сапропелів і напівперепрілого підстилкового гною. За мету ставилося визначення залежності кількості добрив, внесених на одиницю площі поля від зміни трьох основних факторів: швидкості транспортера VT, швидкості руху МТА VМ, висоти шару сапропелів на причепі H, тобто

Q=f(VT, VМ, H),

а також виявлення різниці у якості внесення цих двох видів добрив ГРО з вертикальними бітерами.

Розроблено також стенд для дослідження характеристик бітерів, який захищений патентом України №41207, запропоновано декілька варіантів обладнання для їх балансування.

В четвертому розділі наведено результати досліджень лабораторно-польових машинами МТО-7 та РТД-14 на внесенні сапропелю. Дослідження проводили за двома основними показниками: кількістю та рівномірністю внесення сапропелю на одиницю площі поля за розробленою власною програмою і методикою.

Експериментально-польові дослідження проводились в листопаді місяці 2008р. при температурі повітря 0…-3°С з органічними добривами у вигляді перепрілого підстилкового гною та промороженого озерного сапропелю і весняний період 2009р.

Для подрібнення такого промороженого сапропелю за зовнішніми діаметрами гвинтових вертикальних бітерів були закріплені подрібнюючі ножі, які зображені на рис.10, що сприяло якісному подрібненню сапропелів і щільному розміщенню їх по площі поля.

Визначені параметри технологічності конструкції машини для внесення промороженого озерного сапропелю у ґрунт.

Встановлено, що вологість проморожених озерних сапропелів залежить від величини їх подрібнення: у фракції > 2 мм її значення становить 18…22%, < 25 мм - 70…80%. В свою чергу вологість напівперепрілого підстилкового гною не залежить від величини його подрібнення, а при значенні > 60% процес подрібнення вертикальними бітерами затрудняється, відповідно досягти рівномірності розподілу таких добрив по полю не представляється можливим.

В свою чергу, при внесенні заданої норми проморожених озерних сапропелів 40, 50, 60 т/га, досягалась 20 відсоткова рівномірність розподілу їх по поверхні поля із збільшенням ширини захвату машини до 8 м. Величини частинок сапропелю при цьому становили: для фракцій>5мм у межах 20…30%, 2…25 мм - 40…50%, < 25 мм - 15…25% залежно від полоси потрапляння частинок на поверхню поля за агрегатом.

Повнофакторні експерименти ПФЕ 33 проводили з одночасною зміною трьох незалежних параметрів в наступних межах: швидкість транспортера VT=0,02...0,03 м/с, швидкість руху машини VM=5,3...9,5 км/год, висота шару органічних добрив на причепі H=1,6...2,4 м.

Експерименти проводили згідно рандомізованої план-матриці повнофакторного експерименту із виведенням рівнянь регресій для визначення кількості сапропелів, що вносяться на одиницю площі поля. Рівняння регресії має наступний вигляд:

(11)

Як показали польові випробовування, рівномірність поверхневого вкриття ґрунту твердими органічними добривами, в тому числі, промороженими озерними сапропелями в першу чергу залежить від їх подрібнення і величини частинок. Тому згідно агротехнічних вимог величини частинок сапропелів повинна бути не більшими 25 мм, що залежить від конструктивних і кінематичних параметрів робочих органів машини.

В п'ятому розділі запропоновано математичну модель динамічної системи верстата для балансування ГРО та інженерні методики їх проектування з визначенням раціональних конструктивних і технологічних параметрів, а також конструктивно-компонувальні схеми. Для порівняльної оцінки запропонованої математичної моделі проведено балансування бітерів за допомогою стандартизованого балансировочного мікропроцесорного двохплощинного приладу ПБ-02М. Розроблено конструкції нових бітерів та автоматизоване проектування їх формоутворення. Обґрунтовано їх параметри. Спроектована установка для балансування ГРО - бітерів, яка захищена патентом України №48523. Для динамічного балансування запропоновано також конструкцію стенду з вертикальним розміщенням бітерів.

Розроблено методику вибору перспективних нових технічних рішень при проектуванні гвинтових розкидаючих пристроїв із множини їх синтезованих варіантів в уніфікаційному синтезі. Розрахована економічна ефективність виготовлення і використання модернізованої машини для внесення твердих органічних добрив з вертикальними ГРО показує, що загальна економія на одній машині становитиме 664,2 грн.

Висновки

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове технічне вирішення науково-прикладної задачі, яка полягає в підвищенні якості поверхневого внесення озерних сапропелів, збільшенні продуктивності розкидачів органічних добрив. Теоретично обґрунтовано технологічний процес розкидання сапропелів вертикальними гвинтовими бітерами з визначенням силових, конструктивних і кінематичних параметрів і на основі цього удосконалено конструкції механізму їх розкидання гвинтовими вертикальними бітерами з подрібнюючими ножами та гасниками вібрацій, що забезпечує покращення техніко-економічних параметрів машини та її експлуатаційну надійність і довговічність.

2. Вперше теоретично обґрунтовано технологічний процес розкидання проморожених озерних сапропелів вертикальними гвинтовими бітерами з одночасним подрібненням. Обґрунтовано параметри гвинтових вертикальних бітерів з зовнішнім діаметром 400 мм, у вигляді неперервної гвинтової спіралі з кроком - 250 мм, що забезпечує зону покриття поля органічними добривами у межах 7 м при частоті обертання бітерів до 10 с-1.

3. Вперше розроблена динамічна модель технологічного процесу розкидання сапропелів з врахуванням зміни їх подачі ланцюгово-планчастим транспортером і визначенням динамічних навантажень та досліджено вплив дисбалансу гвинтових бітерів на коливання машини при частоті вала відбору потужності (ВВП) трактора 16,7 с-1. Обґрунтовано енергосилові параметри розкидання сапропелів гвинтовими бітерами з визначенням продуктивності, потужності та осьової швидкості, сил та крутних моментів.

4. Ланцюгово-планчастий транспортер і гвинтові вертикальні бітери машин для розкидання сапропелів з одночасним їх подрібненням відпрацьовані на технологічність і визначені технологічні передумови компонування схем конструкцій вказаних робочих органів з відповідною синхронізацією їх роботи.

5. Розроблена програма і методика проведення експериментальних досліджень з визначенням продуктивності і рівномірності поверхневого покриття грунту сапропелями. Для проведення експериментальних досліджень спроектовано та виготовлено ланцюгово-планчастий транспортер і механізм розкидання сапропелів з вертикальними гвинтовими бітерами з прив'язкою до машини МТО-7.

6. Розроблено конструкції стендів для дослідження характеристик механізмів розкидання сапропелів вертикальними гвинтовими бітерами з визначенням продуктивності, рівномірності та щільності і балансування гвинтових бітерів з розробленням необхідних математичних програм. Обґрунтовано необхідність встановлення в'язко-пружного з'єднання між корпусом кузова машини та рамою блока бітерів для гасіння випадкових збурюючих коливань. При цьому жорсткість в'язко-пружного елемента має бути с=0,5·105…1,0 105 Н·м, а в'язкість k=0,75·105…1,00·105 Па·с.

7. Обґрунтовані параметри гасників вібрацій вертикальних гвинтових бітерних розкидачів із зазором між сусідніми роторами 80...120 мм. До нижніх кінців бітерних валів перпендикулярно до їх осей приварені диски-маховики 500 мм з чотирма ребрами жорсткості для гасіння вібрацій під час розкидання добрив, а також визначені параметри подрібнюючих ножів для бітерів довжиною 80...120 мм і шириною 40...50 мм з зубами в кількості 6...8.

8. Розроблено пакет прикладних програм для проведення машинного експерименту встановлення закономірності зміни продуктивності машини РТД-14 з удосконаленими робочими органами - ланцюгово-планчастим транспортером і механізмом розкидання сапропелів вертикальними гвинтовими бітерами і синхронізовано їх роботу. В результаті проведених двох окремих повнофакторних експериментів ПФЕ 33 виведені рівняння регресії з визначення продуктивності машини, рівномірності і щільності поверхневого внесення проморожених озерних сапропелів.

9. У результаті проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що удосконалені конструкції робочих органів машини РТД-14 забезпечують підвищення якості і рівномірності покриття ґрунту сапропелями на одиницю площі поля, зменшують величину коливань машини при розкиданні добрив не залежно від маси добрив у кузові машини. Розроблена інженерна методика проектування робочих органів розкидачів органічних добрив, технічна новизна яких захищена 5 деклараційними патентами України на корисну модель. Розробки впроваджені на ВАТ "Ковельсільмаш". Економічний ефект - 664,2 грн. на одну машину .

технологічний органічний добриво бітер

Список основних праць, опублікованих за темою дисертації

1. Бабарика С.Ф. Методика вибору перспективних нових технічних рішень із множини їх синтезованих варіантів в уніфікаційному синтезі / С.Ф. Бабарика, В.В. Васильків // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва» - Харків, 2009. - Вип. 78. - С.309-321. (дисертантом запропоновані нові технічні рішення щодо створення нових робочих органів машин для внесення твердих органічних добрив).

2. Бабарика С.Ф. Енергосилові параметри розкидання сапропелів вертикальним бітером // С.Ф. Бабарика, О.М. Лясота // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. «Механізація сільськогосподарського виробництва» - Харків, 2009. - Вип. 79. - С.83-89. (дисертантом проведено аналіз енергосилових параметрів розкидання сапропелів гвинтовим бітером).

3. Бабарика С.Ф. Дослідження умов зневоднення сапропелю шнековими пристроями / О.П. Шимчук, С.Ф. Бабарика. // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. - Луцьк, 2007. - Вип. 16. - С.233-236. (дисертантом запропоновано пристрій для зневоднення сапропелю).

4. Бабарика С.Ф. Аналіз і класифікація гвинтових розкидальних пристроїв як основа для генерування нових конструкцій розкидачів органічних добрив / С.Ф. Бабарика, В.В. Васильків. // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямком «Інженерна механіка»), Луцьк. - 2008. - Вип. 23. - С.33-44. (дисертантом здійснено розробку класифікації гвинтових розкидальних пристроїв).

5. Бабарика С.Ф. Дослідження технологічного процесу розкидання органічних добрив вертикальними шнеками / С.Ф. Бабарика, І.Б. Гевко. // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. «Механізація сільськогосподарського виробництва» - Харків, 2008. - Вип. 75. - С.142-148. (дисертантом проведені дослідження технологічного процесу розкидання органічних добрив вертикальними шнеками).

6. Бабарика С.Ф. Технологічність конструкції роторного розкидача органічних добрив і сапропелів. / В.Ф. Дідух, С.Ф. Бабарика //Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. Івана Пулюя «Науковий журнал ». - Тернопіль, 2008. - №3. - С.93-98. (дисертантом розглянута конструкція роторного розкидача на технологічність, запропонована технологія їх виготовлення).

7. Бабарика С.Ф. Обґрунтування параметрів гвинтових роторних робочих органів розкидачів сапропелів. / М.І. Пилипець, С.Ф. Бабарика, І.Б. Гевко // Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. Івана Пулюя «Науковий журнал ». - Тернопіль, 2008. - №3. - С.104-108. (дисертантом визначені параметри гвинтових робочих органів, які мають визначальний вплив на якість виконання технологічного процесу розкидання твердих органічних добрив).

8. Бабарика С.Ф. Стенд для дослідження характеристик технологічних машин для розкидання сапропелю. / С.Ф. Бабарика, М.М. Заїкін. // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямком «Інженерна механіка»), Луцьк. - 2009. - Вип. 24. - С.4-10. (дисертантом запропоновано конструкцію стенду для дослідження технологічних характеристик машин для розкидання сапропелю).

9. Бабарика С.Ф. Результати експериментальних досліджень технологічного процесу поверхневого внесення сапропелів у ґрунт. / В.Ф. Дідух, С.Ф. Бабарика, М.М. Заїкін, І.Б. Гевко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. «Механізація сільськогосподарського виробництва» - Харків, 2009. - Вип. 78. - С.76-84. (дисертантом розроблено методику проведення експериментальних досліджень).

10. Бабарика С.Ф. Льонарство в Україні має бути обов'язково відроджено. /В.Ф. Дідух, О.В. Голій, С.Ф. Бабарика, А.С. Суховецький // Науково- виробничий журнал «Легка промисловість». - 2009.- №3. - С. 8-9. (дисертантом обґрунтовано необхідність внесення твердих органічних добрив при вирощуванні льону-довгунця, з метою підвищення родючості ґрунтів).

11. Бабарика С.Ф. Автоматизоване проектування технологічних процесів виготовлення гвинтових робочих органів. / В.В. Васильків, О.М. Лясота, С.Ф. Бабарика, Б.Т. Бригадир, М.М. Заїкін. // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямком «Інженерна механіка»), Луцьк. - 2008. - Вип. 23. - С.23-32. (дисертантом розроблено технологічний процес виготовлення ГРО-бітерів).

12. Бабарика С.Ф. Динамічна модель процесу розкидання сапропелів машини для розкидання добрив. / В.Ф. Дідух, С.Ф. Бабарика, В.В. Тарасюк // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямком «Інженерна механіка»), Луцьк. - 2009. - Вип. 24. - С.201-211. (дисертантом запропонована динамічна модель процесу розкидання сапропелів, встановлені фактори, які призводять до коливання машини при експлуатації, запропоновано встановлювати гасники коливань, їх конструкцію).

13. Бабарика С.Ф. Математична модель коливання шнека робочого органу машини для розкидання добрив / В.Ф. Дідух, С.Ф. Бабарика, О.Л. Ляшук , І.Б. Гевко // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. - Луцьк, 2009. - Вип. 19. - С.42-47. (дисертантом здійснено розробку математичної моделі та проведено дослідження коливання вертикального шнека під дією збурюючих сил).

14. Бабарика С.Ф. Стендове обладнання для дослідження характеристик гвинтових робочих органів машин для розкидання твердих добрив. /Б.М. Гевко, О.Л Ляшук, С.Ф. Бабарика, М.М. Заікін // Збірник наукових праць. Краматорськ, 2009. _ Вип.25. _ С.100-105. (дисертантом запропоновано методику проведення досліджень характеристик гвинтових робочих органів машин для розкидання твердих органічних добрив).

15. Бабарика С.Ф. Дослідження балансування гвинтових робочих органів для внесення сапропелів. /В.Ф. Дідух, Ю.Б. Гладьо, С.Ф. Бабарика, О.Л. Ляшук // Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. Івана Пулюя «Науковий журнал ». - Тернопіль, 2010. - №2. - С.99-107. (дисертантом здійснено розробку методик проведення статичного та динамічного балансування ГРО-бітерів, запропоновано конструкцію стенду для проведення динамічного балансування бітерів).

16. Пат. №40640 Україна, на корисну модель. Заявл. 2008 1091Н; Подано 05.09.2008; Опубл. 27.04.2009; Бюл.№8,2009. Машина для внесення сапропелів. Гевко І. Б., Заїкін М.М., Бабарика С.Ф., Ляшук О.Л., Васильків В.В., Лясота О. М. (дисертантом вдосконалено конструкцію U-подібних пластин ланцюгово-планчастого транспортера та запропоновано подрібнюючий та розкидаючий бітери виготовляти з пустотілих валів).

17. Пат. №41207 Україна, МПК (2009) В65G 33/00 на корисну модель. Стенд для дослідження характеристик гвинтових вертикальних бітерних розкидачів / Гевко І.Б., Бабарика С.Ф., Заїкін М.М., Ляшук О.Л.; заявник і власник патенту ТДТУ. - №u200814391; заявл. 15.12.2008; опубл. 12.05.2009, Бюл. №9. (дисертантом запропоновано конструктивне рішення розміщення і роботи гвинтових бітерів на рамі стенду для дослідження характеристик гвинтових вертикальних бітерних розкидачів).

18. Пат. №42655 Україна, МПК (2009) В65G 33/00 на корисну модель. Стенд для складання ланцюгово-планчастих полотен / Ляшук О.Л., Бабарика С.Ф. та інші; заявник і власник патенту ТДТУ. - №u200902463; заявл. 19.03.09; опубл. 10.07.2009, Бюл. №13. (дисертантом вдосконалено механізм приводу стенду для складання ланцюгово-планчастих полотен транспортерно-технологічних систем машин).

19. Пат. №48523 Україна, МПК (2009) В23В 1/00 на корисну модель. Установка для балансування гвинтових робочих органів / Гладьо Ю.Б., Бабарика С.Ф. та інші; заявник і власник патенту ТДТУ. - №u200908923; заявл. 27.08.09; опубл. 25.03.2010, Бюл. №6. (дисертантом запропоновано оснащення установки для балансування гвинтових робочих органів електронним двигуном з частотним регулюванням і шківом, а також електронним датчиком прискорення, оптичними датчиками нульового положення).

20. Пат. №49569 Україна, МПК (2009) А01С03/00 на корисну модель. Гвинтовий бітер для подрібнення і розкидання органічних добрив / Гевко І.Б., Бабарика С.Ф. та інші; заявник і власник патенту ТДТУ. - №u2009011613; заявл. 13.11.09; опубл. 26.04.2010, Бюл. №8. (дисертантом запропоновано конструкцію гвинтових профільних елементів бітеру для подрібнення і розкидання органічних добрив).

21. Бабарика С.Ф. Класифікація гвинтових розкидальних пристроїв як передумова генерування нових конструкцій розкидачів органічних добрив/ В.В. Васильків, С.Ф. Бабарика // Матеріали восьмої молодіжної науково-технічної конференції ЛДТУ. - Луцьк: ЛДТУ, 2008. - С.81-83. (дисертантом розроблено класифікацію та побудовано графову модель гвинтових розкидальних пристроїв).

22. Бабарика С.Ф. Машина для внесення сапропелів. Всеукраїнська конференція ТДТУ ім. Івана Пулюя, 13-14 травня 2009, Тернопіль. - С.139.

23. Бабарика С.Ф. Стенд для дослідження характеристик гвинтових вертикальних бітерних розкидачів. / С.Ф. Бабарика //Матеріали всеукраїнської наукової конференції Тернопільського державного технічного університету ім. Івана Пулюя, 13-14 травня 2009 р. - Тернопіль, 2009. - С.128.

24. Бабарика С.Ф. Стенд для дослідження технологічних параметрів машини для розкидання сапропелів / М.М. Заікін, С.Ф. Бабарика // Матеріали восьмої молодіжної науково-технічної конференції ЛДТУ. - Луцьк: ЛДТУ, 2008. - С.114-116. (дисертантом виведені аналітичні залежності для визначення технологічних, кінематичних та силових параметрів робочих органів).

Размещено на Allbest.ru

...