Обґрунтування технологічного процесу та параметрів пристрою для підрівнювання стрічки стебел льону

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Обґрунтування технологічного процесу та параметрів пристрою для підрівнювання стрічки стебел льону

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Пуць ВІТАЛІЙ СТЕПАНОВИЧ

Львів - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Луцькому національному технічному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент

Налобіна Олена Олександрівна,

Луцький національний технічний університет,

доцент кафедри теорії механізмів машин і деталей машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Заслужений винахідник України

Гевко Богдан Матвійович, Тернопільський державний технічний університет ім. І.Пулюя, завідувач кафедри технології машинобудування;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Шейченко Віктор Олександрович,

Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”,

провідний науковий співробітник.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Льонарство є важливою галуззю сільсько-господарського виробництва, особливо на Поліссі. Основна цінність льону полягає у властивостях волокна, з якого виготовляють широкий асортимент побутових і технічних тканин. Але в останні роки виробництво льону в Україні стало малорентабельним, що призвело до значного зменшення площ посіву і виробництва льоноволокна.

Льонарство в Україні потребує відродження. Для цього поряд з розвитком насінництва слід розробляти та впроваджувати нові, адаптовані до конкретних кліматичних умов технології та технічні засоби для вирощування та збирання льону.

Питання покращення технічних засобів для збирання льону-довгунця потребує особливої уваги через те, що цей процес є найбільш трудомістким у виробництві льонопродукції; від нього значною мірою залежить її якість і конкурентоздатність. Кінцевим продуктом льонарства для сільськогосподарських підприємств є зібрана у рулони або снопи треста (льоносоломка), якість яких характеризується розтягнутістю. Збільшення розтягнутості трести у рулонах (снопах) знижує вихід довгого волокна, а тому зменшує якість технологічного процесу збирання. З огляду на це, зменшення розтягнутості трести у рулоні (снопі) є актуальною науково-технічною задачею, вирішення якої вимагає розроблення технологічного процесу та технічних засобів для підрівнювання стрічки льону перед формуванням рулонів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проведені відповідно до програм «Льон України», «Льон Волині 2001-2004», а також в рамках комплексної програми «Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості» і згідно з тематичним планом науково-дослідних робіт Луцького державного технічного університету (тема №0198U000264 «Вдосконалення технології збирання льону і конструкцій збиральних машин»). У розробці цих тем автор брав безпосередню участь як виконавець і розробник окремих питань.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення якості механізованого процесу збирання льону-довгунця завдяки підрівнюванню його стрічки на основі обґрунтування відповідного технологічного процесу, розроблення нового підрівнювача та обґрунтування параметрів і режимів роботи його виконавчих органів. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

1. Проаналізувати чинні технології збирання льону-довгунця, а також відомі наукові засади та технічні засоби для виконання процесу підрівнювання стрічки льону. З'ясувати їх недоліки та сутність недосліджених явищ щодо підрівнювання стрічки.

2. Обґрунтувати доцільність введення та місце технологічного процесу підрівнювання в механізованій технології збирання льону-довгунця. Довести технологічну ефективність, обґрунтувати структуру операцій процесу підрівнювання та запропонувати нову конструкцію пристрою для їх виконання.

3. Теоретично дослідити взаємодію стрічки стебел льону та робочих органів механізмів транспортування, струшування та підбивання стрічки; встановити основні залежності між їх конструкційними параметрами і режимами функціонування та показниками якості стрічки і на цій основі обґрунтувати параметри робочих органів експериментального зразка підрівнювача.

4. Розробити програму та методику експериментальних досліджень, виготовити лабораторну установку для дослідження явища поздовжнього переміщення стебел, а також експериментальний зразок підрівнювача.

5. Виконати експериментальні дослідження переміщення стебел під дією поздовжньої сили та з'ясувати умови їхнього непошкодження, а також встановити вплив кількості ударів підбійної дошки на розтягнутість стрічки.

6. Обґрунтувати план багатофакторних експериментів, виконати польові експерименти та встановити вплив характеристик стрічки стебел льону та параметрів роботи підрівнювача на зменшення розтягнутості стрічки.

7. Впровадити результати досліджень у виробництво та визначити їх очікувану економічну ефективність.

Об'єкт дослідження - технологічний процес підрівнювання стрічки стебел льону та пристрій для його здійснення.

Предмет дослідження - закономірності перебігу процесу підрівнювання стрічки стебел льону та вплив параметрів і режимів роботи пристрою для підрівнювання на показники оцінки якості збиральних робіт.

Методи дослідження. Дослідження виконувалися з використанням методів математичної статистики та регресійного аналізу, а також оригінальних методик експериментальних досліджень, в т. ч. із застосуванням створених фізичних моделей, лабораторного та експериментального зразків.

Наукова новизна роботи:

- вперше обґрунтовано структуру нового технологічного процесу підрівнювання стрічки стебел льону, яка передбачає узгоджене здійснення операцій її транспортування, струшування та підбивання;

- вперше теоретично виведено основні закономірності перебігу операцій транспортування, струшування та двостороннього бокового підбивання стрічки льону, що виконуються відповідними робочими органами нового підрівнюючого пристрою, які є основою для аналітичного обґрунтування їх параметрів та режимів роботи;

- експериментально встановлено вплив поздовжньої сили на пошкодження стебел льону; закономірності зміни розтягнутості стрічки льону від кількості бокових ударів підбійної дошки; вперше встановлено сукупний вплив на зменшення розтягнутості стрічки стебел льону їх відносної вологості, густоти стеблостою, кутової швидкості обертання кривошипів механізму підбивання та швидкості руху агрегату, який дає змогу уточнити режими роботи підрівнювача;

- отримали розвиток наукові основи механізованого процесу збирання льону-довгунця.

Практичне значення отриманих результатів: розроблений, виготовлений та апробований в польових умовах пристрій для підрівнювання стрічки стебел льону; методика розрахунку основних параметрів його роботи; рекомендації для вибору кінематичних режимів роботи агрегату, які забезпечують зменшення розтягнутості стрічки та рулонів льону. Новизна технічних рішень підтверджена патентом України на корисну модель №928 від 16.07.2001 р. і патентом України на винахід №40899А від 15.08.2001 р.

Результати досліджень використовуються в інституті луб'яних культур УААН, м. Глухів; у Всеросійському науково-дослідному і проектно-технологічному інституті механізації льонарства для удосконалення технологічних процесів збирання льону та конструкцій прес-підбирачів; в Українському науково-дослідному інституті прогнозування та випробування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва імені Леоніда Погорілого; у господарській діяльності СВК «Волинь» Турійського району Волинської області; в навчальному процесі Луцького національного технічного університету.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертації отримані автором самостійно [1, 2, 3, 4, 5]. У наукових працях, опублікованих у співавторстві [6, 7, 8, 9], здобувачем виведено аналітичні залежності для визначення переміщень та швидкостей ланок механізму; виконане теоретичне дослідження процесу взаємодії кулачків із віткою паса підбираючого транспортера та обґрунтовані умови, за яких має місце відривання стебел від його поверхні. Розробка лабораторного обладнання та експериментального устаткування виконані здобувачем самостійно. Здобувач брав безпосередню участь у розробці методик проведення експериментальних досліджень, у їхньому виконанні і особисто провів математичну обробку та аналіз отриманих результатів експериментів. У технічних рішеннях [10, 11], новизна яких захищена патентами України, частка співавторів однакова.

Апробація роботи. Матеріали теоретичних і експериментальних досліджень, які представлені в дисертації, доповідались, обговорювались і були схвалені: на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Луцького національного технічного університету (м. Луцьк, 2000 2008 рр.) на ІІ-й міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні проблеми землеробської механіки» (ЛДТУ, м. Луцьк, 2001 р.) VIII-й міжнародній науково-технічній конференції «Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій» (УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого, смт. Магерів, 2007 р.); на міжнародній науково-практичній конференції «Інноваційні технології в АПК» (ЛДТУ, м. Луцьк, 2007 р.); на науково-технічній конференції молодих вчених «Технічні культури: нові дослідження та перспективи розвитку галузей» (Інститут луб'яних культур, м. Глухів, 2007 р.); на міжнародній науково-технічній конференції до 110-річчя Національного аграрного університету «Аграрна інженерія в умовах глобалізації» (м. Київ, 2008 р.).

Публікації. Основні результати теоретичних та експериментальних досліджень викладені в 11 друкованих працях, з них 5 одноосібних, у тому числі 1 патент на винахід і 1 патент на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 166 найменувань. Обсяг дисертації складає 180 сторінок основного тексту, 56 рисунків, 25 таблиць і 38 сторінок додатків. Загальний обсяг праць становить 3,5 друк. арк., з яких 2,4 друк. арк. є особистим доробком автора.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовані мета та задачі дослідження; окреслено новизну та практичну цінність отриманих результатів, наведено дані про апробацію результатів досліджень і публікацій.

У першому розділі «Стан питання, мета та завдання дослідження» розглянуті біологічні властивості льону-довгунця, чинні технології збирання льону; викладено аналіз досліджень фізико-механічних властивостей стебел льону та існуючих пристроїв для їхнього підрівнювання. Окреслені питання були предметом досліджень І.В. Крагельського, Г.А. Хайліса, Л.Н. Клятіса, П.Ф. Прибиткова, М.М. Ковальова, В.Г. Чернікова, В.М. Луценко, В.О. Шейченка, О.О. Налобіної, М.М. Толстушка, А.Ю. Горбового та ін.

Аналіз відомих досліджень показав наступне: не досліджене явище поздовжнього згину стебел льону та не визначена максимально допустима величина поздовжньої сили, яку можна прикладати до стебел без їх пошкодження; не визначені закономірності переміщення стебел у середині стрічки залежно від вологості, довжини та середнього діаметра стебел у ній. Комлепідбивачі у наявних машинах діють лише на корінці стебел, причому не одинарних, а переплетених між собою. За таких умов під час роботи комлепідбивача корінцеві частини більшості стебел замість того, щоб переміститися у напрямку підбивання, підгинаються, що не покращує вирівняності снопа чи рулону. До останнього часу не розроблялись і не досліджувались комлепідбивачі, які б забезпечували одночасне розпушування стрічки та підрівнювання її підбійками з двох кінців стебел.

Саме в цьому напрямку виконувались дослідження, спрямовані на отримання нового технічного результату - створення ефективного комбінованого механізму підрівнювання та підвищення показників якості збиральних робіт.

У другому розділі «Теоретичне дослідження технологічного процесу підрівнювання стебел льону та пристрою для його здійснення» обґрунтовано, що під час механізованого збирання льону-довгунця введення технологічного процесу підрівнювання стрічки безпосередньо перед процесом формування рулонів уможливить зведення до мінімального значення розтягнутості. Доведено, що процес підрівнювання стрічки льону, розстеленої на льонищі, можна здійснити завдяки виконанню таких елементарних операцій: 1) підбирання стрічки; 2) її транспортування; 3) струшування на транспортері; 4) підбивання з двох боків струшеної частини стрічки, що знаходиться у польоті над пасами та напрямними транспортера. Для його реалізації запропоновано конструкцію нового підрівнюючого пристрою та визначено основні конструктивні параметри та режими роботи його виконавчих органів (рис.1).

Розроблений пристрій для підрівнювання містить два механізми: механізм для струшування стрічки, яка рухається разом із верхньою віткою транспортера 3, та механізм підбивання. З метою підвищення ефективності процесу підрівнювання стрічка, що рухається на пасах 4 та по напрямних 2, періодично струшується, стебла під час цього підкидаються і розчіплюються, що полегшує їх підрівнювання підбійками. Струшування відбувається за допомогою послідовних ударів кулачків 6, 7 по верхніх вітках транспортера.

У дисертації обґрунтовано конструктивні параметри та режим роботи кулачків струшуючого механізму. На рис. 2 представлено кулачок та частину верхньої вітки паса транспортера, які взаємодіють між собою.

Аналіз процесу впливу кулачка на стебла стрічки льону через пас транспортера виконаний за двох умов: пас не деформується та деформується кулачком. У результаті отримані аналітичні залежності для визначення швидкостей паса v_п та v_к ковзання кулачкової шайби по поверхні паса, а також прискорення w_П точки контакту паса та кулачка, графічний розв'язок яких поданий на рис. 3, а, б.

Швидкості:

(1)

де в₀ - кут між радіусом кулачка і перпендикуляром OOґ до вітки паса, град.; L₀ - відстань Аґ₀А₀, м; l_OA - відстань OA₀ (рис. 2), м; щ - кутова швидкість обертання кулачка, с-¹; б₀ - кут повороту кулачка від початку контакту з пасом (т. А₀) до заглиблення його в тіло паса, град.

Продиференціювавши перше рівняння (1) за часом, отримуємо:

(2)

Умови, за яких має місце підкидання стебел верхньою віткою пасу (здійснюється їхнє розпушування), визначені на основі диференціальних рівнянь руху стебла, яке розглядається як матеріальна точка (рис. 4).

Визначено, що при значенні прискорення я = - g cosд, де д - кут нахилу верхньої вітки паса до горизонталі, відбувається відривання стебла від поверхні паса, а кулачковий механізм у цей час надає пасам прискорення щ_Пmin = -g cosд. З цієї рівності бачимо, що процес роботи механізму найкраще буде забезпечуватись, коли й при незначних від'ємних прискореннях буде підкидання стебел внаслідок удару кулачка по вітці паса.

Отримані закономірності, що характеризують процес взаємодії кулачків із віткою паса, що несе стрічку стебел льону, дали можливість сформувати математичну модель руху кулачків, яка розкриває зв'язок між їх параметрами, кутом нахилу транспортерної стрічки та потрібною кутовою швидкістю їх обертання:

(3)

За такої кутової швидкості обертання кулачка відривання стебел від поверхні паса відбудеться одночасно з ударом вершини кулачка по ньому.

Графічний розв'язок (3), отриманий за допомогою програми MathCAD 13 і вибірково подано на рис. 5. Аналіз отриманих залежностей показав, що на потрібну величину кутової швидкості обертання найбільше впливає кут нахилу стрічки транспортера та співвідношення величини радіуса кулачкової шайби і відстані від початку стрічки до місця контакту стрічки з першим кулачком.

З іншого боку, вибір кутової швидкості обертання кулачка необхідно узгодити зі швидкістю транспортерної стрічки; з цією метою виконано аналіз явища польоту стебла після впливу на стрічку транспортера кулачків (рис. 4, б).

Стебло починає політ з початковою швидкістю v_В, яка дорівнює геометричній сумі швидкостей v_П (в момент його відривання від паса) та v_Р руху паса відносно рами машини (рис. 4, в). За початкову швидкість приймаємо швидкість в момент відривання стебла від паса, яка визначається згідно з проведеним аналізом правої частини першої формули (1) за :

. (4)

Розглядаючи явище польоту, допускаємо, що стебла не заважають одне одному рухатись у повітрі; опором повітря нехтуємо; стебло розглядаємо як матеріальну точку. Враховуючи прийняті допущення, рівняння руху стебла запишуться так:

(5)

З першого отриманого рівняння (5) видно, що абсциса (залежно від того, що більше - v_pt чи ) може бути більшою чи меншою за нуль, або рівною нулю. Якщо менше нуля, то стебло буде рухатися назад. Такий режим роботи неприпустимий, необхідно, щоб стебло рухалося вправо і вгору. Отже, повинна мати місце нерівність: x > 0. Для визначення умов, за яких виконається дана нерівність, визначено час підіймання та опускання стебла на вісь х за допомогою другого рівняння (5) при y = 0. Розв'язок має два корені. Перший корінь відповідає початку польоту, другий - моменту опускання стебла на вісь x. Абсциса x буде більшою за нуль, коли , тобто якщо

. (6)

Враховуючи вищевикладене і те, що під час польоту стебла його можуть загальмувати інші стебла та затримати його в повітрі, швидкість транспортера визначиться так:

, (7)

де k_T - коефіцієнт збільшення швидкості паса, k_T =1,3…1,5.

Графічний розв'язок (7), виконаний з використанням програми MathCAD 13, показав, що з метою забезпечення потрібного кінематичного режиму роботи радіус кулачка необхідно приймати рівним 0,05-0,1 м.

Як зазначалось вище, зменшення розтягнутості стрічки під час її транспортування пасами досягається за допомогою впливу на неї підбійок. В ході кінематичного аналізу їхньої роботи (рис. 6) визначені координати точок підбійок, їхні швидкості та прискорення.

Координати точок підбійки:

(8)

де д₁ визначається: ; h = asinб; а - відстань між опорами кривошипів; r - радіус кривошипів; ц - кут повороту кривошипа за проміжок часу t; e₁, e₂- довжини ланок ЕК і СD; l, l₁- відстані СЕ та DK.

Швидкість будь-якої точки підбивної дошки і шатуна:

. (9)

Прискорення, відповідно, визначиться:

. (10)

Характер взаємодії підбивної дошки з кінцями стебел залежить від того, якою своєю частиною дошка почала на них діяти (безпосередньо площиною дошки або своїми виступами). На характер цієї взаємодії впливає також кут нахилу дошки підбійки до поздовжньої вертикальної площини та напрямок швидкостей точок дошки, про які сказано вище. Нами проаналізовані можливі варіанти таких взаємодій (рис. 7 і 8).

В ході аналізу виявлено, що для забезпечення роботи підбійки, тобто для виконання її функції - підбивання стебел, необхідно, щоб виконувалась умова:

у ? ц, (11)

де ц - кут тертя стебел по поверхні дошок.

Теоретичний аналіз взаємодії ребра підбійної дошки з кінцем стебла, що опинилося в зоні його дії (рис. 8), показав: 1) найбільш сприятливим є варіант взаємодії стебла за схемою (рис. 8, а та в); 2) при взаємодії за схемою (рис. 8,б) стебло не підрівнюється.

Враховуючи, що швидкості обертання кривошипів підбійок повинні бути такими, щоб підбійки під час підбивання стебел рухалися за похилою лінією вгору разом з ними, нами виведена залежність для визначення швидкості кривошипів:

. (12)

З врахуванням (7) визначено, що кривошипи для забезпечення синхронної взаємодії механізмів підбивання і струшування повинні обертатись із кутовою швидкістю 8-24 с-¹.

Під час удару підбійкою по стеблах, які знаходиться на транспортері, для їхнього переміщення необхідно подолати опір тертя (F₁, F₂, F₃ - сили тертя, P_сер=F₁ +F₂ +F₃) стебел об стрічки (рис. 9, б). Визначивши час ф дії ударної сили, який залежить від швидкості обертання кривошипа підбійки ф, отримано вираз для визначення ударного імпульсу, що передається підбиваючими дошками стеблам і забезпечує їхнє переміщення:

, (13)

де коефіцієнт о враховує, наскільки більша ударна сила порівняно з силою тертя, яку необхідно подолати.

Теоретичний аналіз закономірностей протікання процесу підрівнювання стебел дав можливість вивести рівняння для визначення потужності P, потрібної для здійснення процесу, де нами вперше враховано вплив характеристик стеблостою льону, кінематичних характеристик агрегату та підбираючого пристрою:

, (14)

де m_c - маса стебла, кг; д - кут нахилу транспортера до горизонту, град.; f₁, f₂ - коефіцієнти тертя стебел по поверхні паса та стебла по стеблу; В - ширина захвату льонокомбайна (льонобралки), м; i₀ - густота стеблостою, шт./м²; v_м -швидкість машини, м/с; v_p - швидкість паса транспортера, м/с; L_T - довжина транспортера, м; Дl - довжина ділянки паса, яка не вигинається кулачками, м. За формулою (14) були виконані розрахунки із застосуванням програми MathСАD 13. Аналіз отриманих графічних залежностей показав: 1) найбільші витрати потужності за умови, що кут нахилу стрічки транспортера 35є, густота стебел на полі 2000 шт./м²; 2) енергетичні витрати зменшуються в середньому у 2 рази зі зменшенням відносної вологості стебел з 50-52% до 20-22%; 3) до зменшення енергетичних витрат приводить зменшення кута нахилу верхньої вітки транспортера до поверхні ґрунту; рекомендуємо, щоб кут нахилу приймався в межах 30-33є.

У третьому розділі «Програма і методика експериментальних досліджень» викладено програму експериментальних досліджень, опис приладів, лабораторного обладнання та експериментальної установки, а також методику їхнього проведення. Конструктивне виконання пристрою для підрівнювання стебел зображено на рис. 10.

Програмою експериментальних досліджень передбачено: визначення коефіцієнтів тертя стрічки, комлів і верхівок стебел по різних поверхнях тертя; виявлення закономірностей викривлення стебел під час поздовжнього стискання; визначення ймовірності зламу поодиноких стебел у групі під час прикладання поздовжнього зусилля; отримання даних про величину поздовжньої сили, яка призводить до переміщення стебел усередині стрічки льону; визначення впливу кількості ударів підбійної дошки на розтягнутість; проведення польових випробувань пристрою для підрівнювання та визначення впливу режиму його роботи й параметрів на показник розтягнутості стебел.

Дослідження проводились на полях Львівської філії Українського науково-дослідного інституту прогнозування та випробування техніки та технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Л. Погорілого та господарства СВК «Волинь» Турійського району Волинської області з використанням прес-підбирача ПРП-1,6, обладнаного пристроєм для підрівнювання, а також в лабораторних умовах за допомогою лабораторних установок. Опрацювання результатів експериментальних досліджень виконано із застосуванням методів математичної статистики. Дослідження виконані при незначній мінливості.

У четвертому розділі «Результати експериментальних досліджень» проаналізовано результати експериментальних досліджень.

З метою виявлення закономірностей впливу поздовжнього навантаження на групу стебел (стрічку) та переміщення окремих стебел у стрічці за умови відсутності їхнього пошкодження проведена низка дослідів з використанням розробленої лабораторної установки (рис. 11) з надійною ймовірністю 0,91.

Дослідження викривлення стебел під час поздовжнього стискання показали, що злам вологих (свіжовибраних) стебел середнього діаметра 0,8-1,2 мм настає відповідно за навантажень 0,4-0,42 Н та 0,7-0,725 Н. Для товстостеблового льону відповідно: 0,38-0,4 Н; 0,75-0,77 Н (для сухих); 0,4 Н; 0,8-0,84 Н (для свіжовибраних). На переміщення стебла в групі затрачається більше зусилля, ніж на переміщення на ту ж довжину поодинокого стебла. Це пояснюється тим, що під час зміщення стебла в середину групи поступово зростає площа його контакту з іншими стеблами групи, а це, в свою чергу, викликає зростання зусилля, потрібного для подальшого переміщення. Найбільше зусилля, що витрачається на переміщення стебел в середині групи, становить 0,46 Н.

З метою визначення переміщення стебел при впливі на них підбійної дошки виконані дослідження з використанням методу планування багатофакторного експерименту. Було обрано три фактори впливу: вологість стебел, середній діаметр і їхня довжина. В результаті отримане рівняння регресії: y = 11,115+ 2,02X₁ - 4,93X₂+0,145X₃ + 0,43X₁X₂ - 0,002X₁X₃ + 0,097X₂X₃, а графічна інтерпретація факторного простору представлена на рис. 12. Бачимо, що на допустимо можливу величину переміщення стебел (до проявів зламу кори) силою, прикладеною вздовж його осі, найбільше впливає показник відносної вологості стебел і спільний показник вологості та середнього діаметра стебел. Перевірка показала адекватність моделі з експериментальними даними.

Відповідно до поставленої мети у задачі дослідження входило обґрунтування режимів роботи підбиваючого пристрою, які б забезпечили зменшення розтягнутості стрічки, а саме: кількості ударів дошок і швидкості стрічок транспортера. льон розтягнутість стрічка конструкційний

Досліди показали, що найбільша інтенсивність підбивання прослідковується під час здійснення першого та другого ударів. Це пояснюється тим, що під час першого та другого ударів планка взаємодіє з невеликою кількістю виступаючих із загальної маси стебел і для їхнього переміщення необхідно долати порівняно невеликі зусилля тертя. Під час подальшого контакту планки зі стеблами зростає площа контакту, і через зростання сил тертя стебла вже слабо переміщуються вздовж своєї осі. В ході дослідів виявлено, що при швидкості транспортера v_m =1,5 м/с зменшення розтягнутості в середньому досягає 6,66% при відносній вологості стебел 49% і 10,05% - при вологості 20-23%. За більшої швидкості (v_m = 2,0 м/с) ці показники відповідно знижуються (6,15% і 9,49%). Графічну залежність, що характеризує зміну відносної розтягнутості стрічки від кількості ударів підбиваючих дошок, подано на рис. 13.

З метою визначення таких умов протікання процесу підрівнювання стебел, які б забезпечили максимальне зменшення відносної розтягнутості стрічки льону, виконані дослідження методом планування багатофакторного експерименту. Фактори, які впливають на процес підрівнювання: стан стебел (свіжовибрані або сухі), який оцінюється показником відносної вологості W, %; густота стеблостою льону на полі - і₀, шт./м²; кутова швидкість обертання кривошипів - щ_к, с^-1; швидкість агрегату - v_a, м/с. Вихідний параметр, яким оцінюється якість процесу підрівнювання стебел, - зменшення розтягнутості стрічки на виході з транспортера відносно розтягнутості на початку - Y. В результаті експериментальних досліджень отримані також наступні рівняння регресії:

- при швидкості руху агрегату 6 км/год.:

;

- при швидкості руху агрегату 3 км/год.:

.

Графічний розв'язок рівнянь регресії представлений на рис. 14.

У п'ятому розділі «Результати польових випробувань пристрою для підрівнювання і розрахунок економічної ефективності» з метою оцінки доцільності використання підбиваючого пристрою і впливу його кінематичних та конструктивних параметрів на якість виконання процесу підрівнювання стрічки льону проведені польові випробування.

Дослідження проводились у 2007-2008 рр. на полях дослідного господарства Львівської філії Українського науково-дослідного інституту прогнозування та випробування техніки та технологій для сільського господарства ім. Л. Погорілого. Досліди виконувались із стрічкою, яка була отримана внаслідок механізованого збирання льону льонозбиральним комбайном на площі 8 га у 2007 році і 9 га у 2008 році. Густота стеблестою льону на дослідних ділянках становила відповідно 800 шт./м², 1200 шт./м² і 1800 шт./м². Сорт льону Могильовський-2; довжина стебел складала 90-97,2 см.

Перед проведенням дослідів стрічка льону, вистелена на полі, оцінювалась нами за наступними агротехнічними показниками: розтягнутість, , раз; пошкодження стебел у стрічці; перекіс стебел у стрічці.

Польові випробування проводились також на полях господарства СВК «Волинь» Турійського району Волинської області у 2008 році. На фото (рис. 15) представлений прес-підбирач, обладнаний запропонованим нами підрівнюючим пристроєм.

За результатами польових випробувань встановлено, що застосування запропонованого нами пристрою забезпечує зменшення розтягнутості стрічки льону в середньому на 9,6%, зменшення кута відхилення стебел у стрічці в середньому на 11,2%; додаткові пошкодження стебел зафіксовані лише при швидкості руху агрегату 7 км/год. і швидкості стрічки піднімаючого транспортера підбирача 2,5 м/с, тобто при показнику кінематичного режиму v_T /v_a = 1,3 на густому (і ? 1200 шт./м²) стеблостої льону. Розтягнутість рулонів зменшилась на 7%.

Отримані під час проведення польових випробовувань результати та обрахунки економічної ефективності підтверджують доцільність використання підрівнюючого пристрою. Очікуваний річний економічний ефект від експлуатації нової машини склав 15629 грн.

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі вирішена науково-прикладна задача зменшення розтягнутості стрічки стебел льону на основі розроблення технологічного процесу та конструкції пристрою для її підрівнювання, а також обґрунтування параметрів і режимів роботи його виконавчих органів.

Аналіз чинних технологій збирання льону-довгунця дав можливість встановити, що процес підрівнювання доцільно виконувати на заключному етапі, безпосередньо перед формуванням рулонів, що забезпечується встановленням пристрою для підрівнювання на підбираючому транспортері прес-підбирача.

2. Аналіз науково-методичних засад процесу підрівнювання стрічки льону та технічних засобів для його реалізації показав їхню низьку ефективність: стрічка має високі значення перекосу, прослідковується пошкодження стебел та незначне зменшення розтягнутості. Доведено, що зменшення розтягнутості та перекосу стебел можливе завдяки застосуванню багатоопераційного процесу підрівнювання стрічки, який передбачає одночасне здійснення операцій транспортування, струшування (розпушування) та підбивання стебел льону.

3. На основі проведених теоретичних досліджень процесу взаємодії стебел стрічки льону з ланками механізмів пристрою для підрівнювання виведені аналітичні залежності для визначення його параметрів і обґрунтовано, що відстань між пасами і між напрямними підбираючого транспортера має знаходитися в межах 200…300мм (рис. 1), довжина зони впливу кулачків на стрічку стебел - 1625 мм, а кількість кулачків - .

4. Виведені математичні моделі (3, 7, 12) перебігу операцій технологічного процесу підрівнювання стрічки стебел льону дали змогу встановити взаємозв'язок між режимами роботи пристрою для підрівнювання та підбираючого транспортера прес-підбирача. На підставі розв'язку отриманих моделей, а також результатів експериментальних досліджень обґрунтовано, що: кутова швидкість обертання кулачків має знаходитися в межах 10…25с-¹; радіус кулачка 500…1000мм; кутова швидкість обертання кривошипів 8…24с-¹; кут нахилу верхньої вітки транспортера 30є…33є; кут нахилу підбійної дошки 15є…20є.

5. На основі дослідження та аналізу поведінки стебел під час удару по них підбійною дошкою виведено умови (6, 11), які забезпечують ефективне їх підбивання, а також обґрунтована залежність для визначення потужності, що витрачається на роботу пристрою для підрівнювання.

6. Моделювання процесу підрівнювання стебел у стрічці та виконання експериментальних досліджень дало змогу встановити: на зусилля переміщення стебел найбільший вплив має їхня вологість; середнє зусилля, що потрібне для переміщення стебел у стрічці без їхнього пошкодження, становить 0,46 Н; для досягнення максимального ефекту від підбивання стебел необхідно, щоб підбиваючі дошки здійснили 2-3 удари по стрічці, що забезпечує зменшення її розтягнутості на 6,66% (за умови відносної вологості 49%) та на 10,05% (за відносної вологості 23%).

7. У результаті багатофакторного експерименту отримано залежності зменшення розтягнутості стрічки льону від густоти стеблостою, кутової швидкості кривошипів підбійної дошки та вологості стебел у стрічці за умови різної швидкості агрегату, які дають змогу для заданої густоти стеблостою за критерієм розтягнутості стебел узгоджувати швидкість руху агрегату та швидкість пасів транспортера підрівнювача.

8. Проведені польові випробовування показали, що використання розробленого нами пристрою для підрівнювання стрічки льону дає змогу зменшити розтягнутість стрічки в середньому на 9,6% та кут перекосу стебел у стрічці на 11,2%. Очікуваний економічний ефект від застосування запропонованого пристрою становить 15630 грн. на площі 45 га.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пуць В.С. Про підрівнювання стеблової стрічки льону при механізованому збиранні / В.С. Пуць // Сільськогосподарські машини. - Луцьк: ЛДТУ. - 2001. - №8. - С. 213-218.

2. Пуць В.С. Про способи підрівнювання стеблової стрічки на льонозбиральних машинах / В.С. Пуць // Наукові нотатки. - Луцьк: ЛНТУ. - 2003. - № 13. - С. 265-271.

3. Пуць В.С. Дослідження фрикційних властивостей торців стебел льону відносно поверхонь різних матеріалів / В.С. Пуць // Сільськогосподарські машини. - Луцьк: ЛДТУ. - 2007. - №15. - С.231-234.

4. Пуць В.С. Дослідження процесу підрівнювання стрічки льону на пасовому транспортері / В.С. Пуць // Науковий вісник Національного аграрного університету. - К., 2007. - № 115. - С. 66-72.

5. Пуць В.С. Вплив параметрів транспортера з ударним пристроєм кулачкового типу на початкову швидкість польоту стебел / В.С. Пуць // Наукові нотатки. - Луцьк: ЛДТУ. - 2007. - № 19. - С. 305-313.

6. Налобіна О.О. Кінематичний аналіз механізму підбійки / О.О. Налобіна, В.С. Пуць // Сільськогосподарські машини. - Луцьк: ЛДТУ. - 2000. - №6. - С. 103-111. (Здобувачем виведені аналітичні залежності для визначення швидкостей і прискорень точок механізму підбійки та побудовані графіки).

7. Хайлис Г.А. Об отгибе ветвей ремней транспортера льноподборщика под действием вращающихся кулачков / Г.А. Хайлис, М.С. Драган, В.С. Пуць // Науковий вісник Національного аграрного університету. - 2002. - №49. - С. 344-353. (Здобувачем запропоновано схему взаємодії кулачків з верхньою віткою паса транспортера та побудовано графіки залежності швидкостей і прискорень точок паса транспортера від тривалості взаємодії).

8. Хайліс Г.А. Про політ стебел при їх підкиданні віткою пасу транспортера / Г.А. Хайліс, В.С. Пуць // Сільськогосподарські машини. - Луцьк: ЛДТУ. - 2004. - №12. - С. 181-186. (Здобувачем виведено умови, за яких має місце відривання стебел від поверхні паса та забезпечується необхідна траєкторія польоту).

9. Налобіна О.О. Дослідження процесу підбивання стебел із застосуванням методу математичного планування експерименту / О.О. Налобіна, В.С. Пуць, О.П. Герасимчук // Наукові нотатки. - Луцьк: ЛНТУ. - 2008. - № 21. - С. 204-215. (Здобувачем проведені досліди, результати яких використані під час формування математичних моделей).

10. Пат. на винахід 40899 А Україна А01D45/06 Вирівнювач стебел льону / Г.А. Хайліс, О.О. Налобіна, С.Ф. Юхимчук, В.С. Пуць (Україна) - №2000105790; заявл. 13.10.00; опубл. 15.08.01, Бюл. № 7. (Здобувачем запропоновано виконати стрижні паралелограмного механізму регульованими по висоті за допомогою римської гайки, що забезпечує регулювання сили удару).

11. Пат. на корисну модель 928 Україна А01D45/06 Підбирач стрічки льону / О.О. Налобіна, Л.М. Дацюк, В.С. Пуць, Г.А. Хайліс (Україна) - №20001060898; заявл. 30.10.00; опубл. 16.07.01, Бюл. №6. (Здобувачем запропоновано встановлення механізмів підрівнювання симетрично з обох сторін підбираючого транспортера).

АНОТАЦІЇ

Пуць В.С. Обґрунтування технологічного процесу та параметрів пристрою для підрівнювання стрічки стебел льону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Львівський національний аграрний університет, Львів, 2009.

Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної задачі підвищення якості процесу механізованого збирання льону на основі розроблення пристрою для підрівнювання стебел та обґрунтування його параметрів та режимів роботи.

Обґрунтовано структуру операцій процесу підрівнювання, виконано аналіз процесу взаємодії кулачків і верхньої рухомої стрічки підбираючого транспортера. Обґрунтовані закономірності процесів відривання стебел від паса та їх польоту, під час якого на них діють ланки підбиваючого механізму. Сформована математична модель процесу підрівнювання стебел. На основі аналізу взаємодії ланок підрівнюючого пристрою зі стеблами льону обґрунтовані умови, за яких забезпечується ефективність процесу підрівнювання. Обґрунтовані параметри і режими роботи пристрою, встановлено їхній вплив на розтягнутість стрічки.

Ключові слова: льон, стрічка льону, підрівнюючий пристрій, механізм струшування стрічки, механізм підбивання, розтягнутість.

Пуць В.С. Обоснование технологического процесса и параметров устройства для подравнивания ленты стеблей льна. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Львовский национальный технический университет, Львов, 2009.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи повышения качества процесса механизированной уборки льна на основе разработки устройства для подравнивания стеблей и обоснования его параметров и режимов работы.

Обоснована структура операций процесса подравнивания, выполнен анализ процесса взаимодействия кулачков и верхней ветки подбирающего транспортера. Кулачки являются составляющей частью механизма встряхивания, который наряду с механизмом подбивания, входит в структуру подбивающего устройства. В ходе анализа рассмотрено два варианта взаимодействия кулачка и ремня: первый - когда предполагаем, что ремень деформируется, а второй - ремень не деформируется. При этом выведены зависимости для определения скорости скольжения вершины кулачка по ремню, скорости подъема ветки ремня; времени взаимодействия кулачка и ремня, ускорения подъема и опускания ремня. С учетом выведенных зависимостей определены закономерности отрыва стеблей от ремня и полета, во время которого на комли и вершины действуют звенья подбивающего механизма. В ходе теоретического анализа процесса полета стеблей выведены дифференциальные уравнения движения стебля, при выводе которых сделаны допущения: 1) стебель рассматриваем как материальную точку; 2) сопротивлением воздуха пренебрегаем. Сформированы математические и графические модели, устанавливающие связь между величиной угловой скорости вращения кулачка, параметрами кулачка и подбирающего транспортера, а также скоростью подъема транспортерной ленты.

Как отмечено выше, устройство содержит механизм подравнивания, который состоит из двух подбоек, каждая из которых выполнена в виде параллелограмного механизма. В работе проведен кинематический анализ этого механизма, в ходе которого выведены зависимости для определения координат точек механизма, скоростей и ускорений его звеньев.

На следующем этапе выполнено теоретическое исследование процесса подбивания стеблей, в ходе которого получено условие, обеспечивающее выполнение функции механизма - подбивание стеблей. Выполнен анализ взаимодействия подбойных досок со стеблями с учетом того, какой частью доска начинает действовать на стебли, в ходе которого выведены зависимости для определения скорости вращения кривошипов механизма подбивания, определения величины ударного импульса и времени действия ударной силы на стебель.

Процесс подравнивания стеблей в ленте характеризируется затратами энергии. В работе сформирована математическая модель определения мощности. При этом впервые учтено влияние характеристик стеблестоя на этот показатель. Выполнен расчет с использованием программы MathCAD 13. Анализ полученных графических зависимостей показал, что затраты мощности возрастают при подборе ленты, сформированной из густого льна, и уменьшаются приблизительно в два раза при уменьшении влажности ленты с 50% до 20%.

Полученные теоретические результаты проверены экспериментально. Разработаны методики проведения экспериментов, изготовлены лабораторные установки и экспериментальная установка. Экспериментальными исследованиями предусмотрено определение коэффициентов трения ленты, комлей и верхушек стеблей с целью выполнения расчетов сил трения; определение допустимых перемещений стеблей под действием подбивающих досок с целью выполнения расчетов ударной силы, которая приводит к повреждению стеблей. С использованием метода многофакторного эксперимента получены математические и графические модели, позволяющие определить наилучшие условия протекания процесса выравнивания стеблей, обеспечивающие уменьшение растянутости ленты льна. Экспериментальным путем определено количество ударов подбойной доски по стеблям, позволяющее уменьшить растянутость, установлены рациональные значения скоростей агрегата и ленты подбирающего транспортера.

В ходе полевых испытаний получена оценка эффективности использования предложенного нами устройства. Полевые испытания показали, что использование подравнивающего устройства позволяет уменьшить растянутость ленты льна в среднем на 9,6%, уменьшить угол отклонения стеблей в ленте на 11,2%.

Ключевые слова: лен, лента льна, подравнивающее устройство, механизм встряхивания ленты, механизм подбивания, растянутость.

Puts' V.S. Substantiation of technological process and parameters device for trimming of flax ribbon. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of Candidate of Engineering by speciality 05.05.11 - machines and facilities of agricultural manufacturing. - Lviv National Agrarian University, Lviv, 2009.

The thesis is devoted to solution of the important scientific add technical task of mechanized process of flax gathering on the basis of development of device for trimming of stems and substation of its parameters and regimes of functioning.

Structure of operations of trimming process is substantiated. Analysis of knuckles interaction process and upper movable ribbon of gathering conveyer is done. Consistent .patterns of processes of stems tearing from the belt and their flight are substantiated. Links of lining mechanism operate on stems during the process. Mathematical models of stems trimming process are formed. Conditions under which the efficiency of trimming process is guaranteed are substantiated on the basis of trimming device links interaction with the flax stems. The parameters and regime of the devise work are substantiated. Their influence on the beet stretching is determined.

Key words: flax, Flax ribbon, trimming device, mechanism of ribbon shaking, mechanism of lining, stretching.

Размещено на Allbest.ru

...