Інтенсифікація процесу утилізації насаджень кущових ягідників

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСУ УТИЛІЗАЦІЇ НАСАДЖЕНЬ КУЩОВИХ ЯГІДНИКІВ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Кравченко Василь Валерійович

Київ-2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті біоресурсів і природокористування України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Фришев Сергій Георгійович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, професор кафедри транспортних технологій та засобів у АПК.

Офіційні опоненти: академік НААН України, заслужений винахідник України доктор технічних наук, професор Булгаков Володимир Михайлович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, професор кафедри механіки, опору матеріалів та будівництва;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Караєв Олександр Гнатович, Інститут зрошуваного садівництва ім. М.Ф. Сидоренка НААН України, заступник директора з наукової роботи.

Захист відбудеться 11 жовтня 2011 р. о 14.00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному університеті біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус №3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус №4, к. 28

Автореферат розісланий “10” вересня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради ______ Д.Г. Войтюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема збільшення виробництва ягід, які мають цінні лікувальні та їстівні властивості, є однією з найважливіших у садівництві України.

У вирішенні цієї проблеми вдосконалення технологій виробництва ягід на основі комплексної механізації виробничих процесів займає провідне місце.

Однією з основних умов, що забезпечують стабільність виробництва ягідної продукції є планомірне відтворення ягідників. Певну частину ягідникових насаджень внаслідок фізичного і морального зносу щорічно необхідно утилізувати тому, що несвоєчасна заміна старих насаджень на нові призводить до часткової чи повної втрати господарством на невизначений термін основних засобів виробництва.

Найбільша проблема виникає при утилізації насаджень кущових ягідників у зв'язку з відсутністю спеціальної техніки. Тому дослідження, які спрямовані на обґрунтування технологічної схеми і параметрів робочих органів машини для утилізації насаджень кущових ягідників є актуальними і мають важливе народногосподарське значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Розробка агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників і дослідження його роботи проведені відповідно до комплексної програми “Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової і переробної промисловості”, затвердженої Кабінетом Міністрів України від 7.03.1996 р. Дисертація виконана в Національному університеті біоресурсів і природокористування України, а також у лабораторії наукових розробок машин для садів Інституту садівництва НААН України. Основні її положення увійшли до тематичного плану науково-дослідної роботи (державна реєстрація - № 0104U004136) “Провести дослідження по розробці і впровадженню у виробництво нових машин для механізації трудомістких технологічних операцій в інтенсивних садах та ягідниках”.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи - підвищення ефективності процесу утилізації насаджень кущових ягідників шляхом обґрунтування технологічної схеми та параметрів агрегата, який поєднує подрібнення гілок та кореневої системи кущів з їх одночасною заробкою у ґрунт.

Відповідно до поставленої мети вирішувались такі завдання:

- уточнити геометричні та вагові характеристики найпоширеніших кущових ягідників в Україні, фізико-механічні властивості їх гілок і коренів та вплив цих параметрів на енергетичні та якісні показники процесу їх подрібнення;

- обґрунтувати конструктивно-технологічну схему агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників з урахуванням їх фізико-механічних властивостей;

- визначити раціональний ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном і ґрунтовою фрезою та проаналізувати параметри цих робочих органів залежно від ступеня подрібнення гілок та коренів (для фрези);

- експериментально уточнити кінематичні режими роботи робочих органів агрегата з максимальною його продуктивністю при мінімальних енерговитратах та забезпеченні якісних показників його роботи;

- випробувати агрегат у виробничих умовах та визначити якісні, енергетичні, експлуатаційні та економічні показники запропонованої технології з використанням розробленого агрегата.

Об'єкт дослідження - процес та технічні засоби утилізації насаджень кущових ягідників.

Предмет дослідження - обґрунтування технологічної схеми та параметрів агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження виконувалися з використанням основних положень вищої математики, теоретичної і аналітичної механіки, опору матеріалів. Обчислення проводились з використанням програми „Mathcad Math Soft Engineering & Education, Inc. (2001i Professional)”. Експериментальні дослідження проводились відповідно до прийнятої методики і галузевих стандартів у лабораторних і польових умовах на розробленій експериментальній установці. Обробка результатів експериментальних досліджень здійснювалась на ПК за допомогою програм STAT (ННЦ “ІМЕСГ” УААН) та STATISTICA-6.

Наукова новизна одержаних результатів. 1. Встановлена функціональна залежність загального ступеня подрібнення гілок кущових ягідників від ступеня їх подрібнення молотковим барабаном і параметрів ґрунтової фрези.

2. Обґрунтовано ступінь попереднього подрібнення гілок молотковим барабаном (?м = 1,80-1,82) та остаточного подрібнення деревини кущів грунтовою фрезою (?фр = 3,0-3,2), що дозволяє зменшити витрати енергії на утилізацію кущових насаджень.

3. Уточнено вплив основних кінематичних та конструктивних параметрів робочих органів подрібнювача надземної частини кущів на довжину подрібнених частинок гілок.

Практичне значення одержаних результатів. Результати наукових досліджень містять теоретично і експериментально обґрунтовані параметри робочих органів агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників та режими його роботи. Агрегат забезпечує утилізацію насаджень кущових ягідників з необхідним ступенем подрібнення гілок і коренів кущів та заробку подрібненої маси у ґрунт.

Застосування розробленого агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників дає змогу зменшити затрати праці в 1,7 раза, а прямі експлуатаційні затрати в 1,5 раза в порівнянні з існуючою технологією, що передбачає використання ґрунтової фрези для знищення кущів, які потребують утилізації. Результати наукових досліджень передані лабораторії наукових розробок машин для садів Інституту садівництва НААН України і будуть використані при проектуванні технічних засобів для утилізації насаджень кущових ягідників та їх робочих органів.

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні напрямку досліджень, теоретичному аналізі параметрів робочих органів агрегата, розробці методики експериментальних досліджень, в аналізі й обробці експериментальних даних та випробуванні дослідного зразка.

У наукових працях, опублікованих у співавторстві, доля здобувача становить від 60 до 80%.

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень обговорювалися на щорічних конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (2004_2008 р.р.), XIV Міжнародній науково-технічній конференції „Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (2006); Міжнародній науково-технічній конференції до 110-річчя Національного аграрного університету “Аграрна інженерія в умовах глобалізації” (2008); ХІ Міжнародній науковій конференції з нагоди 110-ї річниці від дня народження академіка П. М. Василенка “Сучасні проблеми землеробської механіки” (2010). Дисертаційна робота в повному обсязі була заслухана на розширеному засіданні кафедри транспортних технологій та засобів у АПК НУБіП України (Київ, 2010).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 5 статей у фахових виданнях, затверджених „Переліком ВАК...” по технічних науках та отримано два деклараційних патенти на винахід. Структура та обсяг роботи. Загальний обсяг дисертації становить 201 сторінка, основний зміст викладено на 175 сторінках. Робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, який налічує 143 найменування, а також 16 таблиць і 78 рисунків. Дисертація містить 4 додатки на 13 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Стан питання і задачі досліджень” наведено огляд технологій, технічних засобів і результатів попередніх наукових досліджень з теми.

Аналіз технологій та способів утилізації насаджень кущових ягідників засвідчив, що найбільш ефективним і доступним є механічний метод знищення кущових насаджень, а технологія, що передбачає залишення всієї органічної маси на полі в якості біомінерального добрива - найбільш перспективною.

Основні положення теорії ріжучих апаратів та обробітку ґрунту, які є базою механізованої технології утилізації насаджень ягідників, закладені в працях таких вчених: Є.С. Босой, В.П. Горячкін, В.А. Желіговський, П.М. Василенко, П.П. Крамаренко, Н.Є. Рєзнік, Г.М. Синєоков. Питання теорії роторних подрібнювачів висвітлені у працях таких вчених: І.С. Бобрусь, М.М. Гернет, В.А. Константінов, С.В. Мєльніков, Ю.Ф. Новіков, І.І. Ревенко, М.Н. Сабліков, С.Г. Фришев, А.А. Цуканов та інші. Теоретичним обґрунтуванням роботи фрез займались П.Т. Бабій, А.Д. Далін, Б.Д. Докін, Я.М. Жук, Ф.М. Канарьов, П.В. Павлов, І.М. Панов, В.С. Сурілов, С.С. Яцун та інші вчені. Проте з огляду досліджень вищеназваних науковців можна зробити висновок, що накопичений досвід містить загальні підходи обґрунтування технологічних процесів у сільськогосподарському виробництві, а їх результати не достатньо відображають особливості процесу утилізації насаджень кущових ягідників.

Аналіз існуючих засобів механізації, які використовуються для утилізації насаджень кущових ягідників свідчить про те, що для забезпечення технології із залишенням органічної маси кущів на полі необхідно використовувати або надто енергоємні агрегати, або декілька агрегатів для виконання різних операцій.

Таким чином, з аналізу стану механізації утилізації насаджень кущових ягідників та з огляду досліджень у цьому напрямку виникає необхідність в розробці агрегата, який забезпечить необхідну якість подрібнення гілок та коренів кущів з одночасною заробкою їх у ґрунт при мінімальній енергоємності процесу. З цією метою необхідно обґрунтувати технологічну схему такого агрегата та параметри його робочих органів.

У другому розділі “Теоретичні обґрунтування технологічного процесу та параметрів агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників” у результаті проведеного порівняльного аналізу експлуатаційних показників використання різних комплексів машин та технологій із залишенням органічної маси кущів на полі, обґрунтовано технологічну схему агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників; проаналізовано взаємозв`язок ступеня подрібнення гілок ґрунтовою фрезою та молотковим барабаном при зміні параметрів фрези та визначено раціональний ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном; проаналізовано залежність довжини подрібнених частинок гілок від параметрів молоткового барабана; визначено конструктивні параметри молотка з умови стійкості його руху та зрівноваження на удар; обґрунтовано раціональні параметри ґрунтової фрези за умови необхідного ступеня подрібнення гілок та коренів кущів і заробки їх у ґрунт; складено рівняння питомої енергоємності процесу утилізації кущових насаджень.

На підставі аналізу стану питання утилізації насаджень кущових ягідників нами запропонована конструктивно-технологічна схема агрегата (рис. 1).

а) вид збоку б) вид у плані

Рис. 1. Конструктивно-технологічна схема агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників: 1 - молоток, 2 - ніж фрези, 3 - фрезерний барабан, 4 - кожух, 5 - молотковий барабан, 6 - протирізальний брус, 7, 8 - напрямні щитки

Агрегат рухається по рядку з певною поступальною швидкістю ?м. У процесі його роботи відбувається нахил гілок кущів протирізальним брусом 6. Нахилені гілки відокремлюються від основи куща за рахунок ударної дії молотків 1 барабана 5 (з радіусом Rр), який встановлено на висоті Н від поверхні ґрунту та обертається з кутовою швидкістю ?р. Після відокремлення гілок залишається стерня висотою h3, яка додатково скорочується наступними молотками до свого найменшого значення h1. Відокремленні від основи куща гілки подрібнюються біля протирізального бруса. Подрібнені гілки відкидаються молотками на поверхню ґрунту перед фрезерним барабаном 3. Кожух 4 обмежує політ гілок на фрезу. Ножі 2 фрези (радіуса Rфр), обертаючись з кутовою швидкістю ?фр, перерізають корені кущів та попередньо подрібнені молотковим барабаном гілки, що розміщені на поверхні ґрунту, та зароблюють їх у ґрунт.

Конструктивні та кінематичні параметри агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників повинні задовольняти таким вимогам: з агротехнічних умов вміст подрібнених гілок та коренів з довжиною частинок до 0,15 м (?к) має бути не менше 80% від їх загальної подрібненої маси; подрібнені гілки та корені мають бути зароблені у ґрунт; затрати енергії при цьому мають бути мінімальними при максимальній продуктивності.

Агрегат розглянуто як двоступеневий подрібнювач, розміри частинок подрібнених гілок кущів визначалися кінематичними та конструктивними параметрами молоткового та фрезерного барабанів. Прийнята гіпотеза про те, що мінімальні енерговитрати на процес утилізації насаджень досягаються при певному ступені подрібнення гілок молотковим подрібнювачем і ґрунтовою фрезою. Цей ступінь визначається з умови раціонального мінімального подрібнення гілок молотками з урахуванням того, що енергоємність при подрібненні ударом більша чим при різанні.

гілка корінь фреза ґрунт



Рис. 2. Схематичне зображення ліній перетинання ножами фрези поверхні ґрунту

Оскільки агротехнічними вимогами задано загальний ступінь подрібнення гілок агрегатом, нами зроблено розрахунок необхідного раціонального ступеня їх подрібнення окремими пристроями агрегата: молотковим барабаном та фрезою, при якому дотримується заданий загальний ступінь подрібнення і досягаються мінімальні енерговитрати на утилізацію гілок.

Під час роботи фрезерні ножі, що розміщені на дисках вала, перетинають ґрунтову поверхню по лініях, які спрямовані вздовж та впоперек напрямку поступального руху фрези. Зроблено припущення, що лінії перетинання ножами поверхні ґрунту розміщені на горизонтальній площині і створюють прямокутники зі сторонами а і b (рис. 2), а перетинання лініями гілки довжиною l визначає її перерізання. Тут а - відстань між ножами суміжних секцій в осьовому напрямку фрези, м, b - подача на ніж, м. На підставі елементів теорії ймовірностей, а саме класичної задачі Бюффона, було знайдено залежність ступеня подрібнення гілок кущів від величини сторін а і b при таких умовах:

1) за умови, що l? a, l? b, математичне сподівання кількості частинок, на які поділиться гілка буде:

 (1)

2) за умови: l > a, l > b:

, (2)

де - математичне сподівання того, що гілка перетне паралельні лінії, відстань між якими дорівнює а; - математичне сподівання того, що гілка перетне паралельні лінії, відстань між якими дорівнює b.

3) за умови: l > a, l ? b, математичне сподівання кількості частинок, на які поділиться гілка:

(3)

де N - число паралельних прямих, які перетне гілка; r - кількість частинок гілки, які утворяться при її перетині лініями.

, .

Отримана сума (3) розкладається на дві суми:

- перша сума - це середнє значення числа успіхів у схемі Бернуллі:

, (4)

де m - кількість перетинів гілки паралельними горизонтальними лініями;

- друга сума - це сума ймовірностей у схемі Бернуллі, кожний доданок якої помножений на величину (1+?):

. (5)

Підставивши отримані значення сум (4) та (5) у формулу (3) отримаємо середнє значення кількості частинок, на які поділиться гілка:

. (6)

Формули (1), (2) і (6) однакові, отже математичне сподівання того, що гілка, яка падає на сітку, поділиться на n частинок, однакове для будь-яких її розмірів. Оскільки ступінь подрібнення гілок ножами фрези ?фр визначає середнє значення кількості частинок, на які поділиться гілка, то:

. (7)

Рис. 3. Залежність ступеня подрібнення гілок ?фр ножами фрези від подачі на ніж b при а = 0,11; 0,18; 0,25 м: l' = 0,18 м --------; l'' = 0,5 м - - - -

Як видно з графіка (рис. 3), частинки гілок, які відповідають за ступенем подрібнення агровимогам, подрібнюються ножами фрези з показником ?фр = 2,2_3,5, тобто відбувається нераціональне додаткове подрібнення гілок. Зростання подачі на ніж b від 0,08 до 0,16 м призводить до зменшення ступеня подрібнення ?фр фрезою.

З урахуванням рівняння, яке відображає загальний ступінь подрібнення гілок та формули (7), було знайдено функціональний взаємозв`язок загального ступеня подрібнення гілок ?з, ступеня подрібнення молотковим барабаном ?м і параметрів фрези у вигляді такого рівняння:

(8)

Як видно з графіка (рис. 4) мінімальний необхідний ступінь под-рібнення ?м молотками для l' = 0,18 м змінюється від 1,5 до 2,5, а для l'' = 0,5 м - від 0,6 до 1,3. Таким чином, у вибраних межах зміни параметрів фрези для досягнення необхідних розмірів подрібнених частинок достатньо щоб молоток подрібнив гілку на дві частинки. А основне подрібнення здійснюється за рахунок фрези.

Рис. 4. Взаємозв'язок ступеня подрібнення гілок молотковим барабаном та параметрів фрези: подачі на один ніж b та відстані між секціями ножів а

Під час роботи молоткового барабана зустріч молотка з гілкою MN довжиною lг та її перебивання буде відбуватись у таких випадках (рис. 5): за один прохід молотка 1, коли він перебиває гілку спочатку на відстані l1 від основи куща, а потім частинку довжиною (lг - l1) перебиває біля протирізального бруса, утворюючи частинки довжиною l2 та l3; повторне зрубування гілки довжиною l1 у основи куща здійснюється наступним молотком 2 з утворенням частинок довжиною l4.

Рис. 5. Схема для розрахунку довжини подрібнених частинок гілок молотковим барабаном

Залежність довжини частинок, на які поділиться молотками гілка, в результаті аналізу конструктивних та кінематичних параметрів подрібнювача надземної частини кущів було знайдено у вигляді рівнянь (9), (10), (11).

(9)

, (10)

, (11)

де s - величина подачі на молоток, м; ?к - кут початкового технологічного прогину гілки; ап - мінімальна відстань від кінця молотка до переднього обріза протирізального бруса (виліт), м; А - початковий технологічний прогин гілки, м; h - мінімальний зазор між кінцем молотка і поверхнею грунту, м; Rг - радіус дуги зігнутої осі гілки; ? - центральний кут дуги зігнутої осі гілки BN; рад/с; ? - висота встановлення нижнього обріза протирізального бруса відносно осі обертання ротора, м.

Рис. 6. Вплив конструктивних параметрів подрібнювача (Rр, ?, aп) для ?м = 0,7 м/с, ?р = 157 рад/с на довжину частинок l2, l3 та l4,: l2, l3---, l4---

Побудована у вигляді графіків (рис. 6) залежність зміни довжини l2, l3 та l4 подрібнених частинок від параметрів розміщення протирізального бруса ап, ? та Rр, одержано при почерговій зміні їх значень при фіксованих значеннях Rр = 0,25 м, ап = 0,15 м, ? = 0,05 м, ?м = 0,7 м/с та ?р = 157 рад/с. Як видно з графіка, при збільшені величини ап, ? та Rр, довжина частинок l4 збільшується, і знаходиться в межах з 0,052 м до 0,088 м. При збільшені величини Rр довжина частинок l2 зростає з 0,124 м до 0,182 м, а із зростанням величини ? довжина частинок l2 зменшується з 0,163 м до 0,121 м. При зміні величини ап довжина частинок l2 варіює від 0,146 м до 0,144 м. Вплив цих параметрів на довжину частинок l3 обернений до їх впливу на l2.

Виходячи з аналізу графічних даних (рис. 6) доцільними є такі параметри молоткового барабана Rp = 0,25 м, ? = 0,05 м та ап = 0,15 м.

Середня довжина частинок, які утворяться в результаті подрібнення гілок молотковим барабаном становить l?0,55 м при ?м = 1,82. Цей раціональний з точки зору економії енергозатрат ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном компенсується порівняно більшим ступенем їх подрібнення фрезою ?фр = 3,1.

Рис. 7. Розрахункова схема молотка для визначення його розмірів

Основними робочими органами горизонтально-роторного барабана є молотки. Вони виконують функції відокремлення гілок кущів від їх основи, часткового подрібнення та відкидання їх на поверхню ґрунту перед фрезою. Якість подрібнення гілок, продуктивність агрегата та споживана ним потужність залежать від розмірних характеристик молотка, а також від його маси. Виходячи з технологічних міркувань нами прийнята схема об'ємного молотка (С-подібного типу) з робочою частиною у вигляді колового з осьовим отвором напівциліндра 1 (рис. 7), який утворює лопать з ударним бойком. Молоток має противагу 2, з'єднувальний елемент 3 та отвір для шарнірного кріплення до барабана.

Маса та розміри молотка визначені з урахуванням таких умов:

1) зрівноваження молотка на удар та забезпечення рівноваги системи барабан-молоток;

2) необхідність врахування фізико-механічних властивостей гілки при перебиванні її молотком, а також швидкісного режиму його роботи.

При визначені маси молотка Мм було використано модель удару І.Я. Штаєрмана:

, (12)

де n - ціле додатне число; k - коефіцієнт, що залежить від кривизни поверхонь тіл у точці контакту:

Ем та Ег - модуль пружності відповідно для матеріалу молотка та гілки, Па; ?м та ?г - коефіцієнт Пуассона для матеріалу молотка та гілки; Rм та Rгіл - радіус заокруглення в місці контакту відповідно для молотка та гілки, м; ? - швидкість молотка, м/с; mгпр - приведена в точку удару маса гілки, кг; dг - діаметр гілки, м.

На підставі розрахунку визначено, що залежно від швидкості молотка
(30-40 м/с), його маса має становити 1,36_3 кг.

При визначені моменту інерції молотка відносно осі підвісу було знайдено моменти інерції його складових: ударної лопаті 1, противаги 2 та з'єднувального елемента 3 (рис. 7). Відстань між лінією дії ударного імпульсу і віссю обертання молотка li в залежності від розмірів молотка знайдено у вигляді рівняння (13).

, (13)

де , , А, В, lп - відповідно висота, довжина та ширина противаги, м; lк -ширина елемента 3, м (lк = lп); Вм - ширина бойка молотка, м; R і r - відповідно зовнішній та внутрішній радіуси напівциліндра, м; rn - радіус осі підвісу молотка, м.

У результаті, були отримані такі конструктивні розміри молотка: lі = 0,077 м, R = 0,034 м, r = 0,016 м, Вм = 0,08 м; ширина, довжина та висота противаги А = 0,034 м, lп = 0,04 м, В = 0,044 м.

З аналізу застосування фрез з горизонтальною віссю обертання, нами запропонований Г-подібний ніж, форма леза стійки якого виконана по логарифмічній спіралі, що входить у ґрунт поступово для найкращого перерізання гілок та коренів.

Під час обґрунтування діаметра фрезерного барабана використано теоретичні передумови, згідно з якими зменшення його діаметра зменшує енергоємність та металомісткість агрегата. З урахуванням цього положення, а також необхідності заробки у ґрунт певного об`єму гілок нами прийнята така формула для визначення радіуса фрезерного барабана:

, (14)

де R0 - радіус диска, до якого кріпляться ножі, м; h4 - глибина фрезерування ґрунту, м; - кінематичний показник фрези; u - колова швидкість кінця ножа фрези, м/с;

b - подача на один ніж, м; z - кількість ножів, що рухаються по одному сліду, шт.; qк - погонна маса деревини кущів, кг/м; ?г - об'ємна маса деревини гілок, кг/м3; Вфр - ширина захвату фрези, м.

Графічне відображення залежності (14) (рис. 8) показує, що тенденція зміни радіуса фрезерного барабана від зазначених параметрів однакова: при збільшені значень змінних величина радіуса збільшується.



Рис. 8. Залежність Rфр від b, ? та z при R0 = 0,08м; Вфр = 0,765 м; qк = 3,69 кг/м

При визначені питомої енергоємності процесу утилізації насаджень кущових ягідників (15) були розглянуті складові балансу потужності агрегата, які безпосередньо пов'язані з виконанням технологічного процесу робочими органами агрегата з подрібненням деревини молотковим барабаном та ножами фрези і деформацією та відкиданням ґрунту.

, (15)

де Ет - теоретична питома енергоємність процесу утилізації, кДж/кг; Qг - подача деревини гілок до молоткового барабана, кг/с; mг - маса однієї гілки, кг; Аб і Вб - дослідні коефіцієнти; Aгп - енергія, необхідна для одного перебивання гілки, кДж; ? - колова швидкість руху молотка, м/с; g - прискорення вільного падіння м/с2; ргр - питомий опір деформації грунту, кПа; bн - довжина крила ножа, м; zфр - кількість ножів на барабані; пфр - частота обертання фрезерного барабана, об/с; Q - подача деревини гілок та коренів кущів, кг/с; mк - маса відповідно однієї, попередньо подрібненої молотковим барабаном, частинки гілки, кг; Арізфр - енергія, необхідна на перерізання гілки або кореня, кДж; Qфр - маса грунту і подрібнених частинок гілок та коренів кущів, що відкидається за секунду, кг/с.

У третьому розділі "Програма і методика експериментальних досліджень" викладена програма досліджень, описані прилади, дослідні установки і методи проведення експериментальних досліджень.

Програмою експериментальних досліджень передбачалось визначення фізико-механічних властивостей насаджень кущових ягідників, як об`єкта процесу утилізації, а саме розмірних та масових характеристик кущів смородини, малини та аґрусу: діаметра та довжини гілок і коренів, кількості скелетних гілок, ширини і довжини основи куща, ширини і довжини крони на висоті 80 см від поверхні ґрунту, відстані між кущами в ряду, густини стеблостою на 1 м2, ширини, довжини і глибини зони розповсюдження основних коренів, маси надземної і підземної частини куща на глибині до 0,2 м, погонної маси деревини кущів (кг/м), питомої маси деревини гілок та коренів, зусилля перебивання гілок кущів, модуля пружності деревини гілок смородини при стисканні впоперек волокон у радіальному напрямку. Для досліджень були вибрані такі сорти кущів: малина “Одарка”, “Новокитаївська” та “Глорія” (вік насаджень - 4 роки), смородина “Білоруська солодка”, “Зоря Галицька” та “Краса Львова” (вік насаджень - 12 років), аґрус “Славута”, “Красень” та “Фінік” (вік насаджень - 6 років). Агротехнічна оцінка експериментального агрегата включала якісні та енергетичні показники його роботи.

Розмірні та масові характеристики кущів смородини, малини та аґрусу, якісні та енергетичні показники роботи експериментального зразка агрегата визначено на дослідних ділянках Інституту садівництва НААН України. Фізико-механічні властивості гілок кущів визначались на базі Українського державного центру з випробування та прогнозування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Л. Погорілого.

При проведенні агротехнічної оцінки дослідного зразка агрегата, він мав такі характеристики: діаметр молоткового барабана - 0,5 м; діаметр фрези - 0,55 м; маса молотка - 1,41 кг. При цьому швидкість обертання молоткового барабана змінювалась від 125 до 150 рад/с; швидкість обертання фрези була 25 рад/с; поступальна швидкість агрегата - 0,5, 0,7, 0,9 м/с; погонна маса деревини кущів - 1,85, 2,77, 3,69 кг/м, чим досягалась подача деревини 0,925_3,321 кг/с. Силові характеристики агрегата фіксувались шляхом тензометрування з використанням такого обладнання: струмознімача ТРАП-80, шляховимірювального колеса, лічильника обертів ДЧВ-1, тензоланки 10 т, підсилювача Spider 8.

У процесі проведення експериментальних досліджень щодо визначення якісних показників роботи агрегата та величини потужності на виконання ним роботи було використано математичний метод планування екстремального експерименту. Рівняння регресії будувались за допомогою програми STAT (ННЦ "ІМЕСГ" УААН).

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” наведено отримані результати в ході дослідження процесу утилізації кущових ягідників.

У результаті обробки експериментальних даних з визначення розмірних та масових характеристик насаджень малини, смородини та аґрусу одержані такі дані: максимальний діаметр гілок смородини - 30 мм; гілок малини - 25, гілок аґрусу - 28 мм. Довжина гілок кущів варіюється в таких межах: смородини - 74_145 см, малини - 100_180 та аґрусу - 42_84 см. Кількість скелетних гілок для кущів смородини та аґрусу становить відповідно 8_12 шт. та 6_9 шт., для кущів малини кількість гілок на 1 м2 змінюється в межах 53_70 шт. Ширина та довжина основи у кущів змінюється відповідно: 23_26 см та 22_27 см для кущів смородини, і 24_29 см та 24_28 для кущів аґрусу. Для кущів малини розмір ширини основи задається розміром плодової смуги цих кущів. Розміри крони по довжині ряду для кущів смородини та аґрусу визначаються відстанню між ними у ряду. Середня ширина та довжина зони розповсюдження кореневої системи кущів відповідно для смородини і аґрусу становить: 80,2 см та 80,1 см; 61 см та 65,3 см. Для кущів малини ширина розповсюдження коренів залежить від ширини плодової смуги. Глибина розповсюдження основних коренів для кущів малини, смородини та аґрусу становить відповідно 21 см, 20,6 см та 26,7 см.

Загальна маса кущів змінюється від 2,34 до 3,2 кг для смородини, від 0,96 до 1,82 для малини та від 0,71 до 1,37 кг для аґрусу.

Найбільшу питому масу серед гілок кущів мають гілки аґрусу - 1,111 г/см3, гілки смородини - 0,961 г/см3, а найменшу - гілки малини - 0,729 г/см3. Питомі маси коренів кущів мають наступні значення: малини - 1,117 г/см3; аґрусу - 0,961 г/см3; смородини - 0,753 г/см3. Погонна маса гілок смородини змінюється в межах від 1,42 кг/м до 2,84 кг/м, гілок та коренів - 1,85 кг/м до 3,69 кг/м.

У результаті проведених дослідів щодо визначення якісних показників роботи молоткового барабана експериментального агрегата, а саме вмісту частинок подрібнених гілок довжиною до 0,15 м та статистичної обробки цих результатів було отримане рівняння регресії (16) залежності цього показника від таких факторів як поступальна швидкість агрегата ?м, кутова швидкість обертання молоткового барабану ?р та погонна маса гілок кущів qг:

. (16)

Аналіз цієї залежності у вигляді графіків (рис. 9) показує, що ?б = 10_30%, тобто “грубе” подрібнення гілок молотками з ?м = 1,8…2,0 досягається при частоті обертання ротора ?р = 125 рад/с та ?м = 0,7-0,9 м/с. Тому такий режим роботи за результатами теоретичних досліджень є раціональним.



Рис. 9. Залежність вмісту частинок подрібнених гілок довжиною до 0,15 м від ?р та qг при ?м = 0,7 м/с

Рис. 10. Залежність вмісту частинок подрібнених гілок та коренів ?к довжиною до 0,15 м від ?р та qк при ?м = 0,9 м/с, ?фр = 25 рад/с

При визначені якісних показників роботи фрези і молоткового барабана та статистичної обробки результатів проведених дослідів було отримане рівняння регресії (17), яке дозволило проаналізувати вплив окремих факторів, а саме: поступальної швидкості агрегата ?м, кутової швидкості обертання молоткового барабана ?р, погонної маси куща на показник якості роботи агрегата ?к - вміст частинок подрібнених гілок та коренів довжиною до 0,15 м:

. (17)

З графіків, що отримані для знайденої залежності (рис. 10) видно, що вміст подрібнених молотками і різаних фрезою гілок та коренів довжиною до 0,15 м залежно від кутової швидкості молоткового барабана має вигляд випуклої кривої, яка зростає із збільшенням кутової швидкості молоткового ротора. Збільшення ж поступальної швидкості агрегата та погонної маси кущів призводить до зменшення вихідного параметра. Вміст подрібнених гілок та коренів кущів набуває найбільшого свого значення до ?к = 100% при поступальній швидкості експериментального агрегата ?м = 0,5 м/с та швидкості обертання молоткового барабана ?р = 150_175 рад/с на агрофоні з погонною масою кущів qк = 1,85_2,77 кг/м. Мінімальне значення ?к = 72,43% досягається при мінімальній частоті обертання молоткового барабана ?р = 125 рад/с та ?м = 0,9 м/с на агрофоні з погонною масою кущів qк = 3,69 кг/м.

Режим роботи ?р = 125 рад/с при ?м = 0,7…0,9 м/с і qк = 1,85_2,77 кг/м є раціональним відповідно до теоретичних посилань, як режим, що забезпечує основне подрібнення за рахунок фрези: ?ф = 2,8-3,1 при ?м = 1,8-2,0. Для qк = 3,69 кг/м і ?м = 0,7…0,9 м/с для забезпечення необхідного ?к потрібно підвищити частоту обертання ротора до ?р = 130-140 рад/с.

Залежність загальної потужності на подрібнення від кутової швидкості молоткового барабана, поступальної швидкості агрегата та погонної маси кущів знайдена у вигляді рівняння регресії (18) та наведена на рис. 11.

Рис. 11. Залежність загальної потужності N від кутової швидкості молоткового барабана та питомої маси кущів при ?м = 0,5 м/с.

(18)

Аналіз залежності (18) дозволяє зробити висновок, що найменша потужність на процес утилізації насаджень смородини N = 22 кВт досягається при найменших значеннях обох факторів у вибраному діапазоні їх зміни: ?р = 125 рад/с, ?м = 0,5 м/с на агрофоні погонною масою кущів qк = 1,85 кг/м. Збільшення частоти обертання молоткового барабана до 150 рад/с на цьому ж агрофоні та при цій же поступальній швидкості агрегата призводить до зростання споживаної потужності до 23 кВт.

Зростання ж поступальної швидкості до 0,9 м/с при ?р = 125 рад/с на агрофоні з qк = 1,85 кг/м призводить до зростання потужності до 30 кВт, а при ?р = 175 рад/с - до 34,4 кВт. При збільшені погонної маси до qк = 3,69 кг/м, для ?р = 125 рад/с, ?м = 0,5 м/с, споживана потужність зросте до 27,1 кВт, а при ?р = 175 рад/с, ?м = 0,9 м/с - до 41,1 кВт.

Необхідне значення величини ?к (80%) при найбільшій продуктивності та найменшій потужності на процес для агрофонів з різною погонною масою кущів буде забезпечуватись при таких значеннях змінних факторів:

- qк = 1,85 кг/м - N = 21,87 кВт при ?м = 0,9 м/с, ?р = 136 рад/с;

- qк = 2,77 кг/м - N = 30,4 кВт при ?м = 0,9 м/с, ?р = 157 рад/с;

- qк = 3,69 кг/м - N = 31,7 кВт при ?м = 0,7 м/с, ?р = 157 рад/с.

Залежність затрат питомої роботи Е на виконання технологічного процесу утилізації від кутової швидкості обертання молоткового барабана ?р та відповідної подачі матеріалу Q було знайдено у вигляді рівняння регресії (19) та показано у вигляді графіка (рис. 12):

. (19)



Рис. 12. Залежність питомої роботи Е утилізації насаджень кущових ягідників від кутової швидкості обертання молоткового барабана ?р та величини подачі деревини Q: -- експериментальна крива; - - - - теоретична крива

Більші затрати питомої роботи на подрібнення 1 кг деревини виникають при меншій подачі матеріалу 1,939 кг/с, залежно від кутової швидкості обертання ротора вони змінюються від 14,4 кДж/кг до 17,9 кДж/кг, а найменші - відповідно при найбільшій подачі матеріалу 3,321 кг/с: 11,11_12,15 кДж/кг.

Таким чином, мінімальні питомі енергозатрати близько Е = 11_15 кДж/кг досягаються при подачі деревини в межах Q = 2_3,3 кг/с (при qк = 2,8_3,7 кг/м та ?м = 0,7_0,9 м/с) і при ?р = 125_136 рад/с, коли ступінь подрібнення молотками знаходиться в межах ?м = 1,8_2,0. Це підтверджує теоретичний висновок про доцільність роботи молоткового барабана із вказаним ступенем подрібнення гілок. Шляхом хронометражу визначена продуктивність агрегата за 1 годину чистої роботи, яка становила 0,76 га/год (агрофон з погонною масою деревини кущів qк = 3,68 кг/м), а також коефіцієнт використання часу зміни ? = 0,72.

У п`ятому розділі “Техніко-економічна ефективність агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників” наведено розрахункову економічну ефективність від впровадження розробленого агрегата.

Для економічної оцінки нової технології з використанням розробленого агрегата застосовано порівняння прямих затрат для двох технологій, які передбачають залишення всієї органічної маси кущів на полі із заробкою її у ґрунт: з використанням фрези ФБН-1,5 (ця технологія передбачає дворазовий обробіток фрезою одного ряду насаджень для забезпечення необхідного ступеня подрібнення гілок та коренів кущів) і з використанням розробленого агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників. Застосування розробленого агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників забезпечує економію коштів 205 грн на гектар насаджень та скорочення затрат праці в 1,7 раза порівняно з використанням фрези ФБН-1,5.

Результати досліджень передані лабораторії наукових розробок машин для садів Інституту садівництва НААН України і будуть використані при проектуванні технічних засобів для утилізації насаджень кущових ягідників та їх робочих органів.

ВИСНОВКИ

1. Порівняльний аналіз існуючих машин для утилізації кущових ягідників свідчить про доцільність застосування одночасного подрібнення гілок і коренів із заробкою їх у ґрунт. Агрегат для виконання цієї операції поєднує молотковий подрібнювач гілок і ґрунтову фрезу.

2. Для зменшення енерговитрат на утилізацію деревини кущів запропоновано послідовний з раціональним ступенем подрібнення технологічний процес, який містить ударне відокремлення молотками гілок із частковим подрібненням їх цими ж молотками, розрізання цих гілок та коренів ножами ґрунтової фрези на частки з довжиною, що відповідають агротехнічним вимогам, і кінцеву заробку подрібненої деревини у ґрунт.

3. Аналітичними дослідженнями на підставі теорії ймовірностей встановлено взаємозв'язок між ступенем подрібнення гілок молотковим барабаном і параметрами фрези. Обґрунтовано ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном і ножами фрези: ?м = 1,8, ?фр = 3,1, що забезпечить мінімальні енерговитрати процесу утилізації насаджень кущових ягідників.

4. Визначено вплив основних кінематичних та геометричних параметрів робочих органів молоткового барабана на довжину подрібнених частинок гілок. Обґрунтовано масу та геометричні розміри молотка з умов перебивання ним гілки і зрівноваження його на удар та зрівноваження системи барабан-молоток.

5. Експериментальними дослідженнями отримано рівняння регресії відносного вмісту подрібнених частинок гілок та коренів кущів згідно агротехнічних вимог у залежності від кутової швидкості ?р молоткового барабана, поступальної швидкості агрегата ?м і погонної маси кущів qк. Режим роботи ?р = 125 рад/с при поступальній швидкості агрегата в межах ?м = 0,7-0,9 м/с і qк = 1,85-2,77 кг/м відповідає теоретичним посиланням, як режим, що забезпечує основне подрібнення гілок молотками з показником подрібнення ?м = 1,8-2 і фрезою ?ф = 2,8-3,1. При зростанні погонної маси до qк = 3,69 кг/м необхідно підвищення частоти обертання молоткового барабана до ?р = 136 рад/с.

6. Експериментально досліджено вплив швидкісних параметрів ?р, ?м та погонної маси qк деревини кущів на загальну потужність, необхідну для їх утилізації, та питому роботу на виконання цього процесу. Найменша загальна потужність знаходиться в межах від 21 до 25 кВт і досягається при найменших значеннях регульованих факторів у вибраному діапазоні їх зміни: для ?р = 125 рад/с, ?м = 0,5 м/с, qк = 1,85 кг/м при якості подрібнення, що відповідає агротехнічним вимогам. Раціональний режим роботи з мінімальними питомими витратами енергії Е = 11,44 кДж/кг на подрібнення і заробку деревини у ґрунт із забезпеченням необхідної якості досягається при максимальній подачі деревини, яка має місце для агрофону з погонною масою кущів qк = 3,69 кг/м при ?м = 0,9 м/с та ?р = 140 рад/с. Для агрофону з невеликою погонною масою кущів (qк = 1,85 кг/м) доцільно збільшити поступову швидкість агрегата до 1,7 м/с.

7. У результаті теоретичних і експериментальних досліджень та на основі аналізу ступеня подрібнення деревини кущів та енергоємності процесу рекомендовані наступні параметри агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників: робоча швидкість до 6 км/год, діаметр молоткового барабана по кінцях молотків 0,5 м, швидкість обертання молоткового барабана 125-136 рад/с., висота встановлення нижнього обріза протирізального бруса відносно осі ротора ? = 0,05 м, виліт протирізального бруса ап = 0,15 м, кількість молотків, які рухаються по одному сліду zм = 1 шт., діаметр фрезерного барабана 0,55 м, швидкість обертання фрези 25 рад/с., кількість ножів, що рухаються по одному сліду z = 3, відстань між секціями ножів а = 0,18 м.

8. Впровадження технології утилізації кущових ягідників із застосуванням розробленого агрегата порівняно з існуючою технологією дозволяє отримати питомий економічний ефект 205 грн/га та скорочення затрат праці в 1,7 раз.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кравченко В.В. Актуальність питання та стан механізації утилізації насаджень кущових ягідників / С.Г. Фришев, І.С. Привалов, В.В. Кравченко, Д.І. Швець // Науковий вісник НАУ. - 2005. - Вип. 80, Ч. 2. - С. 330_332. (Здобувачем проведено аналіз стану механізації утилізації насаджень кущових ягідників).

2. Кравченко В.В. Обґрунтування технологічної схеми машини для утилізації насаджень кущових ягідників / С.Г. Фришев, В.В. Кравченко // Науковий вісник НАУ. - 2005. - Вип. 91. - С. 197_200. (Здобувачем проведено порівняльний економічний аналіз використання основних технологій утилізації насаджень кущових ягідників з використанням різних комплексів машин).

3. Кравченко В.В. Визначення зусилля динамічного перебивання гілок кущових ягідників / С.Г. Фришев, В.В. Кравченко, В.О. Заєць // Техніка АПК. К., 2007. - № 3. - С. 18_20.

4. Кравченко В.В. Аналіз параметрів подрібнювача кущових ягідників / С.Г. Фришев, В.В. Кравченко // Науковий вісник НАУ. - 2007. - Вип. 107, Ч. 1. - С. 285-294. (Здобувачем знайдено залежність зміни довжини частинок подрібнених гілок від конструктивних параметрів подрібнювача).

5. Кравченко В.В. Обґрунтування розподілу ступеня подрібнення гілок окремими пристроями агрегату / С.Г. Фришев, Т.А. Скороход, В.В. Кравченко // Науковий вісник НАУ. - 2007. - Вип. 115. - С. 206_214. (Здобувачем проаналізовано взаємний вплив ступеня подрібнення гілок молотковим барабаном і параметрів фрези).

6. Деклараційний патент на корисну модель 13079 Україна, МПК (2006) В 02 С 18/06. Машина для утилізації насаджень кущових ягідників / Фришев С.Г., Привалов І.С., Кравченко В.В., заявник та патентовласник Національний аграрний університет. - №u200508815; заявл. 16.09.2005; опубл. 15.03.2006. Бюл. №3.

7. Пат. на корисну модель 18776 Україна, МПК (2006) А 01 G 23/00, А 01 F 29/00. Подрібнювач рослин / Фришев С.Г., Мельник І.І., Кравченко В.В.; заявник та патентовласник Національний аграрний університет. - №u200606095; заявл. 01.06.2006; опубл. 15.06.2006. Бюл. №11.

АНОТАЦІЇ

Кравченко В.В. Інтенсифікація процесу утилізації насаджень кущових ягідників. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ, 2011.

У дисертації наведені дослідження, спрямовані на підвищення ефективності процесу утилізації насаджень кущових ягідників шляхом обґрунтування технологічної схеми та параметрів агрегата, який поєднує подрібнення гілок та кореневої системи кущів з їх одночасною заробкою у ґрунт.

Запропоновано послідовний з раціональним ступенем подрібнення технологічний процес, який містить ударне відокремлення молотками гілок з частковим подрібненням їх цими ж молотками, розрізання цих гілок та коренів ножами ґрунтової фрези на частки з довжиною, що відповідають агротехнічним вимогам, і кінцеву заробку подрібненої деревини у ґрунт. На підставі теорії ймовірностей встановлено взаємозв'язок між ступенем подрібнення гілок молотковим барабаном і параметрами фрези. Обґрунтовано раціональний ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном і ножами фрези із забезпеченням мінімальних енерговитрат. Визначено вплив основних кінематичних та геометричних параметрів робочих органів молоткового барабана на довжину подрібнених частинок гілок. Обґрунтовано масу та геометричні розміри молотка за умов перебивання ним гілки і зрівноваження його на удар, та зрівноваження системи барабан-молоток.

За результатами теоретичних і експериментальних досліджень виготовлено дослідний зразок агрегата. Застосування розробленого агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників забезпечує економію коштів порівняно з використанням фрези ФБН-1,5 - 205 грн/га та скорочення затрат праці в 1,7 раз.

Ключові слова: утилізація кущів, подрібнення, молоток, фреза, удар.

Кравченко В.В. Интенсификация процесса утилизации насаждений кустовых ягодников. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев, 2011.

В диссертации представлены исследования, направленные на повышение эффективности процесса утилизации кустарниковых насаждений ягодников путем обоснования технологической схемы и параметров агрегата, который сочетает измельчение веток и корневой системы кустов с их одновременной заделкой в почву.

Одним из основных условий, обеспечивающих стабильность производства ягодной продукции является планомерное воспроизведение ягодников. Анализ технологий и способов утилизации кустарниковых насаждений ягодников показал, что наиболее эффективным и доступным является механический метод уничтожения кустов, а технология, предусматривающая сохранение всей органической массы кустов на поле в качестве биоминерального удобрения, является наиболее перспективной. Существующие средства механизации, которые используются для утилизации кустарниковых насаждений ягодников или слишком энергоемкие агрегаты, или это несколько агрегатов, которые выполняют разные операции.

На основе обзора существующих рабочих органов, которые используются для утилизации веток и корневой системы кустов, предложен последовательный, с рациональной степенью измельчения, технологический процесс, который содержит ударное отделение молотками веток с частичным их измельчением этими же молотками, разрезание этих веток и корней ножами грунтовой фрезы на части с длиной, отвечающей агротехническим требованиям, и конечную заделку измельченной древесины в почву. На основании теории вероятностей, используя задачу Бюффона, установлена взаимосвязь между степенью измельчения веток молотковым барабаном и параметрами фрезы. Обосновано рациональную степень измельчения веток молотковым барабаном и ножами фрезы, что обеспечит минимальную энергоемкость утилизации насаждений кустовых ягодников. Определено влияние основных кинематических и геометрических параметров рабочих органов молоткового барабана на длину измельченных частиц ветвей. Обоснована масса и геометрические размеры молотка из условий перебивания ним ветки, а также уравновешивания его на удар и уравновешивания системы барабан-молоток. При определении массы молотка была использована контактная модель удара Штаермана. Для перерезания ножами фрезы ветвей, которые после измельчения их молотковым барабаном находятся на поверхности почвы, а также корней кустов, проанализированы параметры рабочих органов почвенной фрезы. Полученные теоретически составляющие мощности агрегата на привод молоткового барабана и почвенной фрезы позволили найти значение удельной энергоемкости процесса утилизации насаждений кустовых ягодников.

Уточнены геометрические и весовые характеристики самых распространенных кустовых ягодников в Украине, физико-механические свойства их ветвей и корней и влияние этих параметров на энергетические и качественные показатели их измельчения.

Экспериментально исследовано влияние скоростных параметров ?р, ?м и удельной массы qк древесины кустов на качественные показатели работы агрегата, общую мощность, необходимую для их утилизации, и удельную работу на выполнение этого процесса. Рациональный режим работы с минимальными удельными затратами энергии Е = 11,44 кДж/кг на измельчение и заделку древесины в почву с обеспечением необходимого качества достигается при максимальной подаче древесины, которая имеет место для агрофона с удельной массой кустов qк = 3,69 кг/м при ?м = 0,9 м/с и ?р = 140 рад/с. Для агрофона с небольшой удельной массой кустов (qк = 1,85 кг/м) целесообразно увеличить скорость агрегата до 1,7 м/с.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований изготовлен опытный образец агрегата. Применение разработанного агрегата для утилизации кустарниковых насаждений ягодников обеспечивает экономию средств по сравнению с использованием фрезы ФБН-1,5 - 205 грн/га насаждений и уменьшение затрат труда в 1,7 раза.

Ключевые слова: утилизация кустов, измельчение, молоток, фреза, удар.

Kravchenko V.V. The Intensification of the Berry Bushes Recycling Process on a Plantation. - Manuscript.

The thesis on competition of a scientific degree of Candidate of technical sciences in the speciality 05.05.11 - machines and agriculture mechanization means. - The National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv, 2011.

The thesis is devoted to the intensification of the berry bushes recycling process on the plantation. The recycling process which combines grinding branches and roots of bushes simultaneously putting them into the soil has been theoretically grounded by the technological scheme and unit's parameters.

A consistent rational degree of grinding process which consists of hammer separation branches with the partial chopping them into small pieces with these hammers, then dividing branches and roots with the crushable knives into pieces according to the agrotechnical requirements and putting them finally into the soil have been proposed in the research.

Being based on the theory of probability, the relationship between the grinding degree of branches and mill cutter's parameters has been defined. The rational grinding degree of branches by hammer drums and the mill cutter's knives ensuring minimal power consumption has been also reflected. The influence of basic kinematic and geometrical parameters of hammer drum operation on the crushed branches pieces length has been revealed. The hammer's weight and geometrical sizes in the process of grinding branches, balancing it on the hit and balancing the hammer drum's system have been determined in the investigation.

...