Обґрунтування параметрів і режиму роботи підрівнювача-розстилача стрічки стебел льону

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТОЛСТУШКО МИКОЛА МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 631.35: 633.521

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ І РЕЖИМУ РОБОТИ ПІДРІВНЮВАЧА-РОЗСТИЛАЧА СТРІЧКИ СТЕБЕЛ ЛЬОНУ

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Львів - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Хайліс Гедаль Абрамович, Луцький державний технічний університет, професор кафедри обладнання переробних виробництв.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Заслужений винахідник України Гевко Роман Богданович, Тернопільська академія народного господарства, завідувач кафедри інженерного менеджменту, директор інституту аграрної економіки і менеджменту;

кандидат технічних наук, доцент Горбовий Артур Юліанович, Національний аграрний університет, старший науковий співробітник науково-дослідного інституту техніки і технологій.

Провідна установа: Кіровоградський національний технічний університет, кафедра сільськогосподарського машинобудування, Міністерство освіти і науки України, м. Кіровоград.

Захист відбудеться “8” квітня 2005р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 80381, Львівська область, Жовківський район, м. Дубляни, вул. Володимира Великого, 1, корпус факультету механізації сільського господарства, аудиторія 34 М.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського державного аграрного університету за адресою: 80381, Львівська область, Жовківський район, м. Дубляни, вул. Володимира Великого, 1, головний корпус.

Автореферат розісланий “ 5 ” березня 2005р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Ковалишин С.Й.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення якості виконання технологічних операцій збирання льону за допомогою льонозбиральних машин на основі розробки нових та вдосконалення наявних робочих органів є важливим завданням льонарської галузі сільського господарства.

У сучасних умовах уся льонотреста в Україні готується в господарствах на льоновищі у стрічках, що розстилаються льонозбиральними комбайнами. Наявні розстилальні пристрої льонокомбайнів недостатньо якісно виконують процес розстилання стрічки стебел на льоновищі. Розстелені ними стеблові стрічки мають високі значення відносної розтягнутості та перекосу стебел, а також є нерівномірними за товщиною і містять розриви. А тому актуальним є завдання підвищення якості розстилання стрічки стебел льонокомбайном. Досягти цього можна завдяки підрівнюванню стрічки стебел під час її розстилання. У відомих конструкціях льонозбиральних комбайнів не передбачено такої операції. Тому виникла потреба у розробці та обґрунтуванні параметрів і режиму роботи пристрою комбайна для одночасного підрівнювання й розстилання стрічки стебел льону.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі сільськогосподарського машинобудування Луцького державного технічного університету відповідно до цільової комплексної програми “Національна програма розробки і виробництва технологічних комплексів машин і обладнання сільського господарства, харчової та переробної промисловості”, затвердженої Кабінетом Міністрів України від 7 березня 1996 р., постанови Кабінету Міністрів України від 22 квітня 1997 р. за № 378 “Про заходи щодо стабілізації та збільшення обсягів виробництва льоно- та коноплепродукції”, програми “Льон Волині 2001 2004” і згідно з тематичним планом науково-дослідних робіт Луцького державного технічного університету (тема № 0100U000258 “Дослідження взаємодії механізмів сільськогосподарських машин з матеріалами” і тема № 0102U000255 “Теоретичні основи роботи льонозбиральних машин”).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - поліпшення якості розстилання стрічки стебел льону на основі розроблення конструкції та обґрунтування параметрів і режиму роботи підрівнювально-розстилального пристрою льонокомбайна завдяки розкриттю явищ повертання та підрівнювання стеблової стрічки.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

а) проаналізувати способи збирання льону, наявні конструкції льонозбиральних машин та їх пристроїв для повертання, підрівнювання і розстилання стеблової стрічки льону, виявити недоліки та запропонувати способи і засоби їх усунення;

б) дослідити взаємодію стебел стрічки льону з поверхнею повертального стола та обґрунтувати його конструктивні параметри;

в) теоретично дослідити взаємодію вібрувальної поверхні щита з буртиком підрівнювача із стеблами стрічки та встановити аналітичні залежності між параметрами й режимами роботи підрівнювача і показниками руху стебел стрічки льону

г) обґрунтувати програму та методику експериментальних досліджень і визначити вплив амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки та обґрунтувати режим роботи підрівнювача

ґ) розробити план та експериментально встановити залежність розтягнутості стрічки стебел від її щільності та швидкості удару по стеблах у момент взаємодії з нерухомою поверхнею, а також вплив початкового кута перекосу стебел у стрічці різної товщини на кінцеве його значення після підрівнювання

д) розробити й виготовити експериментальний зразок підрівнювально-розстилального пристрою з обґрунтованими параметрами, встановити його на льонокомбайн, провести лабораторні та польові дослідження, з'ясувати агротехнічні показники якості стеблової стрічки та визначити економічну ефективність розробленого пристрою.

Об'єкт дослідження - процес розстилання стрічки стебел льону з підрівнюванням, робочі органи підрівнювальних і розстилальних пристроїв льонозбиральних комбайнів, стрічка стебел льону-довгунцю.

Предмет дослідження - залежність показників якості виконання процесу розстилання стрічки стебел льону з підрівнюванням від параметрів і режимів роботи робочих органів підрівнювально-розстилального пристрою льонокомбайна та параметрів стеблової стрічки.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились з використанням основних положень вищої математики, теоретичної механіки, теорії механізмів і машин. Аналіз математичних моделей здійснювався за допомогою прикладних та розроблених програм на ПЕОМ. Експериментальні дослідження проводились на основі системного підходу, статистичного опрацювання інформації, планування багатофакторного експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів: уперше обґрунтовані конструктивні параметри повертального стола на підставі дослідження взаємодії стебел стрічки льону з його фрикційною, плоскою, похилою поверхнею, з урахуванням параметрів стрічки уперше обґрунтовані параметри підрівнювача на основі розробленої математичної моделі взаємодії стебел стрічки з його вібрувальною поверхнею, яка здійснює поступальні, криволінійні, негармонічні коливання уперше обґрунтовано режим роботи підрівнювача на підставі розкриття впливу частоти коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки уперше визначено вплив амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки уперше визначено вплив швидкості удару по стеблах в момент взаємодії з нерухомою поверхнею та щільності стрічки стебел на її розтягнутість.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі теоретичних і експеримента-льних досліджень розроблено підрівнювально-розстилальний пристрій для льонокомбайна, що уможливлює більш якісне розстилання стрічки стебел на льоновищі. Наведено аналітичні залежності для визначення параметрів пристрою та обґрунтовано режим роботи підрівнювача.

Розроблений підрівнювач-розстилач був встановлений на льонокомбайні ЛК-4А і успішно пройшов випробування у польових умовах. Результати досліджень використані Інститутом луб'яних культур Української академії аграрних наук та Всеросійським науково-дослідним і проектно-технологічним інститутом механізації льонарства Російської академії сільського-сподарських наук. Технічна новизна виконаних розробок підтверджена патентом України на винахід (№44513А від 15.02.2002 р.).

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертації отримані автором самостійно. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать розробка конструкції підрівнювача стрічки стебел льону [3, 8, 12, 15] розробка математичних моделей взаємодії стебел стрічки із робочими поверхнями підрівнювача-розстилача [2, 5, 7, 10, 16] виведення аналітичних залежностей для визначення параметрів повертального стола та підрівнювача розробленого пристрою [1, 6, 9, 11, 13, 14] обґрунтування режиму роботи підрівнювача [4]. Розробка дослідних стендів та проведення експериментальних досліджень здобувачем виконані самостійно. Постановку задач, аналіз і трактування отриманих результатів виконано спільно з науковим керівником та, частково, із співавторами публікацій. У технічному рішенні [15], новизна якого захищена патентом України на винахід, частка всіх співавторів однакова.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації заслуховувались і обговорювались на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Луцького державного технічного університету (м. Луцьк, 1999 2004 рр.) ІІ міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (ЛДТУ, м. Луцьк, 2001 р.) І міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми застосування технологій точного землеробства в АПК” (НАУ, м. Київ, 2002 р.) IV міжнародній науково-практичній конференції “Вібрації в техніці і технологіях” (ВДАУ, м. Вінниця, 2002 р.) ІІІ міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (ХДТУСГ, м. Харків, 2004 р.) І міжнародній науково-практичній конференції “Агромех-2004” (ЛДАУ, м. Дубляни, 2004 р.) на розширеному засіданні наукового семінару кафедри сільськогосподарського машинобудування Луцького державного технічного університету (м. Луцьк, 2004 р.) на міжкафедральному науково-методичному семінарі факультету механізації сільського господарства Львівського державного аграрного університету (м. Дубляни, 2004 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 16 наукових праць, з них 1 у

фаховому журналі, 13 у фахових збірниках наукових праць, 1 у тезах доповідей міжнародної конференції, 1 патент України на винахід. Загальний обсяг праць становить 5,57 друк. арк., з яких 4,77 друк. арк. є особистим доробком автора.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 174 найменувань та 19 додатків. Повний обсяг роботи становить 229 сторінок, у тому числі 65 рисунків і 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, визначено об'єкт, предмет, задачі та методи дослідження, окреслено наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі “Стан питання, мета та задачі дослідження” розглянуто ботанічні та анатомічні особливості льону-довгунцю, проведено аналіз способів та висвітлено розвиток засобів механізації збирання льону, наведено аналіз пристроїв льонозбиральних машин для повертання, підрівнювання і розстилання стеблової стрічки, а також огляд досліджень властивостей льону в період збирання.

Найвагоміший внесок у поглиблення досліджень пристроїв льонозбиральних машин для повертання, підрівнювання і розстилання стеблової стрічки та їх складових внесли Г.А. Хайліс, М.Н. Биков, М.М. Ковальов, П.К. Кондрашук, М.Н. Шрейдер, А.С. Маят, В.Г. Черніков, В.М. Луценко, В.Ф. Ярошенко, В.Б. Ковальов, М.М. Труш, В.Н. Аносов, В.І. Соснов, Н.А. Смірнов, В.І. Сізов, Р.Б. Гевко, А.Ю. Горбовий, С.Ф. Юхимчук, Ю.А. Ситніков, А.С. Смірнов, Р.Н. Гілязетдінов, О.В. Сидорчук, В.А. Оришака, В.І. Стяжкін, І.Т. Кузнєцов, В.І. Залужний, С.М. Рудий та інші.

У результаті проведеного аналізу літературних джерел і патентної інформації встановлено низку питань, які потребують вивчення. Зокрема, не досліджено взаємодію стебел стрічки льону з робочими поверхнями повертального стола та підрівнювача залежність розтягнутості стрічки стебел від її щільності та швидкості удару по стеблах у момент взаємодії з нерухомою поверхнею вплив амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки вплив початкового кута перекосу стебел у стрічці різної товщини на кінцеве його значення після підрівнювання. Наведені аргументи зумовили вибір теми дисертації, визначили її мету та завдання.

У другому розділі “Теоретичні передумови до визначення параметрів підрівнювача-розстилача стрічки стебел льону” визначено основні параметри підрівнювача-розстилача, проведено аналіз взаємодії стебел стрічки з робочими поверхнями підрівнювача-розстилача.

Підрівнювач-розстилач, який розміщений у вихідній частині льонокомбайна замість розстилального щита, містить повертальний стіл і підрівнювач, що включає раму, опорно-приводне колесо, коромисло, підвіски, пружину та щит з буртиком. Далі більш компактно сформована стрічка з підрівнювача падає на землю. На схемі комбайн рухається в напрямі осі O₁x₁ зі швидкістю v_м, а швидкість транспортера дорівнює v_ТР. Криві С₀С та K₀K відображають траєкторії руху центра мас та кінця кореня стебел.

До основних параметрів даного пристрою належать: L₁=OE ширина стола в зоні подачі стрічки; L₂=DE ширина стола в зоні спуску стрічки; R радіус заокруглення польової частини стола; б, в кути нахилу стола відповідно до горизонталі у поздовжньо-вертикальній та до вертикалі у поперечно-вертикальній площинах; L₃=AN, L₄=AB відповідно довжина і ширина щита з буртиком; h_б висота буртика; с_ПР жорсткість пружини б_К кутовий інтервал між осями сусідніх язичків на опорно-приводному колесі г, д кути нахилу щита з буртиком до горизонталі відповідно у поздовжньо-вертикальній та у поперечно-вертикальній площинах; А_щ, н_щ відповідно амплітуда і частота коливань щита з буртиком.

Параметри L₁, L₂, R і L₄ визначено з урахуванням відносної розтягнутості стебел у стрічці, середньої загальної довжини стебла льону-довгунцю l_сер=1 м та найменшої висоти падіння стрічки на повертальний стіл L₁=L₂=R=L₄=1,2 м.

У дослідженнях взаємодії стебел стрічки з робочими поверхнями підрівнювача-розстилача приймали низку допущень, зокрема стрічку розглядали як дискретне середовище, що складається з окремих шарів стебел, кожен з яких представляє собою групу паралельно вкладених один на одному однакових стебел масою m і довжиною l аналізували рух нижнього стебла шару, яке безпосередньо взаємодіє з робочою поверхнею стебла розглядали як тверді тіла у формі тонких стрижнів з нерівномірно розподіленою щільністю вздовж їхньої осі Hо.

На стебло, яке рухається на поверхні повертального стола, діють сила ваги G стебла і сила ваги G_k вищерозташованих k стебел у шарі нормальна реакція N стола сила F_ТР та пара сил з моментом M_Cz(F_ТР), отримані в результаті зведення елементарних сил тертя ковзання стебла до його центра мас С. агротехнічний буртик льон підрівнювач

Складено диференційні рівняння руху нижнього стебла шару стрічки на столі

(1)

де m=m_сер середнє значення маси стебла у стрічці та відповідно проекції вектора прискорення та швидкості центра мас стебла на осі інерціальної системи координат Oxyz G+G_k=m_сер?i_п?d_сер?g i_п=n₁?b₁?i₀ кількість стебел на 1 м довжини стрічки n₁ кількість бральних секцій комбайна b₁ ширина захвату однієї секції i₀ кількість стебел на 1 м² поля d_сер середнє значення діаметра стебла у стрічці g прискорення вільного падіння ш кут нахилу площини стола xOy до горизонту з кут між віссю Oy та лінією найбільшого нахилу OF площини xOy f коефіцієнт тертя ковзання стебла проекції вектора швидкості нескінченно малого елемента стебла M r відстань між центром мас стебла та його елементом M довжиною dr відповідно кут повороту, кутові швидкість та прискорення стебла J_Cz=m?l²/18 момент інерції стебла відносно осі Cz.

Для обґрунтування кута в записано умови, яким повинні задовольняти координати стебел стрічки на виході з повертального стола

y_Ck=L₁ x_Ck?l_C+b 80^°? ц_к ?100?, (2)

де y_Ck, x_Ck кінцеві значення координат центра мас стебла l_C найбільша відстань між кінцем кореневої частини і центром мас стебла довжиною l=l_сер=1 м b частина ширини стола L₂, яка необхідна для повертання стебел ц_к кінцеве значення кута ц стебла, яке встановлювалось експериментально (рівняння (7)).

Значення кута б=20?…30? обґрунтовано з умови, яка забезпечує спуск стебел стрічки на підрівнювач

(3)

На підставі розв'язку системи (1) чисельним методом Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядку було проаналізовано вплив параметрів в, d_сер та i_п на закон руху центра мас стебла. У процесі аналізу приймали x_C0=0,2 м y_C0=0,6 м м/с м/с ц₀=0? с^-1 l_C=0,4 м b=0,08 м б=30? f=0,58 b₁=0,38 м. При цьому в, d_сер та i_п змінювались у межах в=70?…100? d_сер=1,0…2,4 мм i_п=800…3800 шт./м. Аналіз отриманих результатів показав, що для виконання другої умови (2) найменший кут в приблизно дорівнює 90? Отже, з урахуванням виконання третьої умови (2), кут в=90?…95?.

Теоретично досліджено рух механізму підрівнювача. Встановлено закон руху коромисла ц₂=ц₂(t) у першому періоді усталеного режиму роботи підрівнювача, вивчаючи цей рух на ділянках під час взаємодії і без взаємодії коромисла з язичком опорно-приводного колеса. За допомогою засобів програмування пакета Maple V розроблено програму для гармонічного аналізу коливань коромисла, тобто розкладено функцію ц₂=ц₂(t) в ряд Фур'є.

1 в=85? 2 в=90? 3 в=95?

Аналіз руху механізму підрівнювача за відсутності взаємодії коромисла з язичком колеса уможливив виведення умови (4) для забезпечення стійкості заданого положення рівноваги механізму в даному околі коливань коромисла

П(ц_2max)<П(е), (4)

де П=П(ц₂) - потенціальна енергія механічної системи ланок підрівнювача ц_2max - максимальний кут повороту коромисла е?ц_2max+Дц₂, а 0??Дц₂?5?.

На підставі умови (4) обґрунтовано значення жорсткості пружини підрівнювача c_ПР=1420 Н/м при заданих інших параметрах конструкції, що забезпечить в околі е наявність одного екстремуму функції П=П(ц₂) - її мінімуму.

Дослідження руху механізму підрівнювача уможливило виведення аналітичних залежностей для частоти н_щ та амплітуди A_щ коливань щита з буртиком, який здійснює підрівнювання стрічки стебел. Експериментальним шляхом встановлено, що якісне підрівнювання стрічки стебел відбувається за амплітуди А_щ?0,02…0,03 м і частоти н_щ?5…7 Гц. Щоб забезпечити ці умови для різних режимів роботи агрегату, обґрунтовано кутовий інтервал б_К між осями сусідніх язичків на опорно-приводному колесі підрівнювача. Враховуючи зміну швидкості руху комбайна v_М і нехтуючи її впливом на значення амплітуди A_щ, побудовано графічні залежності н_щ і A_щ від б_К. Область вибору значень б_К обмежено прямими для A_{щ min}=0,03 м і н_{щ min}=7 Гц.

Проведено аналіз взаємодії стебел стрічки із похилою поверхнею щита з буртиком, який здійснює поступальні, криволінійні, негармонічні коливання.

Розглядаючи стрічку як сукупність шарів стебел, вважали шар стебел не перекидається під час руху і відносне зміщення стебел у ньому відсутнє, причому розтягнутість стрічки складається із розтягнутості стебел, які розташовані в різних шарах стебла рухаються поступально.

На нижнє стебло шару стрічки діють сила ваги G стебла і сила ваги G_k вище-розташованих k стебел у шарі нормальна реакція N вібрувальної площини сила тертя ковзання F_ТР=f?N (де f коефіцієнт тертя ковзання стебла) переносна сила інерції Ф_е, яку представили двома складовими Ф_е^щ та Ф_е^е. Кут між додатним напрямом осі Ox та вектором дорівнює г₁.

Складено диференційні рівняння відносного руху нижнього стебла шару стрічки на вібрувальній поверхні

(5)

де проекції вектора відносного прискорення центра мас стебла відповідно на осі Ox, Oy та Oz m=m_сер маса стебла проекції вектора відносної швидкості центра мас стебла l₄ довжина підвіски ц₂(t), щ₂(t), е₂(t) відповідно кут повороту, кутові швидкість та прискорення коромисла.

З третього рівняння системи (5) отримано умову безвідривного руху стебла

(6)

На підставі розв'язку чисельним методом Рунге-Кутта-Фельберга 4-5 порядку перших двох рівнянь системи (5), ураховуючи умову (6), було проаналізовано вплив параметрів d_сер, i_п, m_сер та v_М на траєкторію руху кінця кореня стебла. У процесі аналізу приймали м/с м/с l_C=0,4 м x_К0=Дl=x_C0-l_C=0,2 м, де Дl початкова абсолютна розтягнутість стебел у стрічці y_К0=0 м l₄=0,25 м b₁=0,38 м f=0,46 г=arctgf?25? д₁=5?. При цьому d_сер, i_п, m_сер, v_М змінювались у межах d_сер=1,0…2,4 мм i_п=800…3800 шт./м m_сер=1,0…2,0 г v_М=1,94…2,78 м/с. На основі отриманих результатів обґрунтовано, що довжина щита з буртиком має бути L₃=0,9 м, а кути нахилу його поверхні до горизонталі у двох площинах повинні становити у поздовжньо-вертикальній г=20?…30?, у поперечно-вертикальній д=5?...6?.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень та описано прилади, обладнання, експериментальні установки і методики проведення досліджень.

Програмою передбачалось дослідження повертання стебел стрічки на поверхні повертального стола обґрунтування режиму роботи підрівнювача визначення впливу швидкості удару по стеблах та щільності стеблової стрічки на зменшення її розтягнутості дослідження впливу амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки визначення зміни перекосу стебел у стрічці під час підрівнювання проведення динамометрування підрівнювача випробування підрівнювально-розстилального пристрою на льонокомбайні в польових умовах.

Для проведення експериментів використовувалось стандартизоване обладнання та обладнання, розроблене самостійно, яке найбільш близько відповідало умовам досліджуваного процесу. Були спеціально виготовлені установка на базі льонокомбайна ЛКУ-4 для дослідження повертання стебел стрічки на поверхні повертального стола установка для обґрунтування режиму роботи підрівнювача установка для дослідження впливу амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки та для динамометрування підрівнювача. Польові випробування проводились з використанням льонокомбайна ЛК-4А, обладнаного експериментальним підрівнювально-розстилальним пристроєм замість розстилального щита.

Математичним методом планування експерименту досліджували кут нахилу стебел стрічки на виході з повертального стола. Факторами були кут нахилу поверхні стола до вертикалі у поперечно-вертикальній площині в (80 90 і 100) діаметр стебла d_сер (1,0 1,7 і 2,4 мм) кількість стебел на 1 м довжини стрічки i_п (800 2300 і 3800 шт./м). Досліди для визначення впливу амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стеблової стрічки пророблялись для частоти коливань н_щ - 4 7 і 10 Гц та амплітуди А_щ - 20 35 і 50 мм. Дослідження впливу швидкості удару v_уд по стеблах та щільності стеблової стрічки i_c на зменшення її розтягнутості проводилось для значень v_уд - 1,4 1,7 і 2,0 м/с та i_c - 10 15 і 20 стебел на 1 см² поперечного перерізу стрічки.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” наведено дані вивчення процесу повертання стебел стрічки впливу амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стрічки впливу швидкості удару по стеблах та щільності стеблової стрічки на зменшення її розтягнутості зміни перекосу стебел у стрічці під час підрівнювання. За допомогою математичного методу планування експерименту отримано регресійну залежність кута нахилу ц_к стебел стрічки на виході з повертального стола від його кута нахилу в, діаметра стебла d_сер та кількості стебел на 1 м довжини стрічки i_п

ц_к=68,6864 + 0,3940?в - 29,4903?d_сер - 0,0080?i_п + 0,2619 в? d_сер+ (6,9?10^-5)? в?i_п. (7)

Аналіз залежності (7) та побудованих за нею поверхонь відгуку показав, що ц_к зростає із збільшенням кута в та зменшенням i_п і d_сер. Встановлено, що необхідна умова 80^°? ц_к ?100?, яка випливає з аналізу руху стебел стрічки на поверхні стола, за будь-яких можливих значень i_п та d_сер виконується, якщо кут в змінюється у межах від 90? до 95?. Для вібраційного та віброударного режиму роботи підрівнювача за отриманими середніми значеннями дослідів побудовано графічні залежності відносної розтягнутості л стеблової стрічки після підрівнювання від частоти коливань щита з буртиком н_щ.

Виявлено, що із збільшенням частоти коливань н_щ розтягнутість стрічки льону л зменшується. У випадку вібраційного режиму роботи з підвищенням частоти коливань розтягнутість зменшується незначно. Для віброударного режиму роботи підрівнювача розтягнутість зменшується за підвищення частоти коливань до 11 Гц, після чого це зменшення незначне. Аналіз залежностей показав, що кращим режимом роботи підрівнювача є віброударний, який порівняно з вібраційним забезпечує найменшу розтягнутість стрічки льону до 1,05 раза.

У результаті двофакторного експерименту за трирівневим ортогональним композиційним планом отримано регресійну залежність залишкової відносної розтягнутості л стеблової стрічки після підрівнювання від частоти н_щ і амплітуди А_щ коливань щита з буртиком підрівнювача

л=1,2981-0,0258?н_щ-0,0054?А_щ+0,0012?н_щ²+0,0001?А_щ². (8)

З аналізу цієї залежності випливає, що л зменшується із збільшенням н_щ і А_щ. Встановлено, що якісне підрівнювання стрічки відбувається за амплітуди А_щ?0,02…0,03 мм і частоти н_щ?5…7 Гц. Для зручності застосування рівняння (8) на практиці для нього побудовано тришкальну прямолінійну номограму.

У результаті двофакторного експерименту за трирівневим ортогональним композиційним планом отримано регресійну залежність зменшення відносної розтягнутості стеблової стрічки Дл від швидкості удару v_уд по стеблах та щільності стрічки i_c

Дл=0,0903+0,123 v_уд-0,0093?i_c+0,0003? i_c²-0,0056? v_уд? i_c. (9)

Аналіз цієї залежності та побудованої за нею поверхні відгуку показав, що Дл зростає (розтягнутість стрічки зменшується) із збільшенням та зменшенням і_с, причому і_с впливає більше на Дл. Так, для швидкості м/с та щільності стрічки і_с=20 шт./см² зменшення відносної розтягнутості Дл за один удар приблизно становить Якщо початкова розтягнутість л_п=1,2 раза і необхідно забезпечити кінцеву розтягнутість л_к=1,05 після підрівнювання, тобто i?Дл=л_п- л_к=0,15, тоді необхідна кількість ударів по стеблах і=3. Під час роботи підрівнювача корені стебел сприймають не менше трьох ударів з боку буртика.

Експериментальним шляхом визначено вплив початкового кута перекосу стебел ч_п у стрічці на зміну перекосу стебел Дч у тонкій і товстій стрічці після її підрівнювання. Побудовано графіки Дч=Дч(ч_п), на основі аналізу яких встановлено, що за -20??ч_п?20? процес підрівнювання незначно впливає на Дч. Експериментально визначено, що тягове зусилля на привод підрівнювача під час роботи вхолосту становить для випадку, коли палець коромисла знаходився біля центра обертання опорно-приводного колеса - 84,3 Н, а коли на периферії колеса - 87,8 Н. Коли ж підрівнювач виконує підрівнювання стеблової стрічки, то тягове зусилля на привод підрівнювача у першому випадку склало 109,2 Н, а в другому - 117,4 Н.

У п'ятому розділі “Результати польових випробувань підрівнювально-розстилального пристрою і розрахунок економічної ефективності” викладено результати польових випробувань експериментального зразка підрівнювально-розстилального пристрою на льонокомбайні ЛК-4А, які проводились на полях СВК “Волинь” Турійського району Волинської області в сезон збирання льону-довгунцю. Для порівняння роботи льонокомбайна, обладнаного розробленим підрівнювально-розстилальним пристроєм, і серійного льонокомбайна ЛК-4А з розстилальним щитом обидві машини працювали одночасно на одному полі, рухаючись загінним способом на однакових швидкостях.

Експлуатаційно-технологічна та агротехнічна оцінки двох варіантів льонокомбайна показали, що усі експлуатаційно-технологічні коефіцієнти у новому варіанті є достатньо високими і підтверджують роботоздатність запропонованого пристрою, за показниками якості виконання про-цесу розстилання стеблової стрічки на льоновищі нова розробка краща за серійний розстилальний щит. Особливо це видно із зменшення відносної розтягнутості стеблової стрічки з 1,17 до 1,05 раза.

Отримані результати розрахунку економічної ефективності свідчать про доцільність викори-стання льонокомбайна, обладнаного підрівнювально-розстилальним пристроєм замість розстила-льного щита, у льонарських господарствах України. Річний економічний ефект від експлуатації льонозбирального комбайна з новим підрівнювально-розстилальним пристроєм становить 3947 грн.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у поліпшенні якості розстилання стрічки стебел льону на основі розроблення конструкції та обґрунтування параметрів і режиму роботи підрівнювально-розстилального пристрою льонокомбайна завдяки розкриттю явищ повертання та підрівнювання стеблової стрічки.

Аналіз способів збирання льону та технічних засобів для їх реалізації свідчить, що наявні конструкції льонокомбайнів не забезпечують необхідної якості розстилання стрічки стебел на льоновищі, розстелені стрічки мають високі значення розтягнутості та перекосу стебел, а також є нерівномірними за товщиною і містять розриви. Покращання якості розстилання стрічки стебел можливе завдяки розробці та обґрунтуванню параметрів і режиму роботи пристрою комбайна для одночасного підрівнювання й розстилання стрічки стебел льону.

2. Теоретичний аналіз взаємодії стебел стрічки з поверхнею повертального стола уможливив побудову математичної моделі руху нижнього стебла шару стрічки на столі у вигляді системи нелінійних диференційних рівнянь (1), яка розв'язується чисельним методом. На підставі розв'язку цієї системи та результатів експериментального дослідження повертання стебел стрічки на столі (рівняння регресії (7)), використовуючи умови (2) для координат стебел на виході зі стола, обґрунтовано його кут нахилу до вертикалі у поперечно-вертикальній площині в=90?…95?. Кут нахилу стола до горизонталі у поздовжньо-вертикальній площині обґрунтовано з умови (3), яка забезпечує спуск стебел стрічки на підрівнювач (б=20?…30?). Основні розміри повертального стола (ширина L₁ і L₂ відповідно в зоні подачі та спуску стрічки стебел, а також радіус заокруглення R) визначаються з урахуванням відносної розтягнутості стебел у стрічці та середньої загальної довжини стебла льону-довгунцю L₁=L₂=R=1,2 м.

3. Теоретичний аналіз руху механізму підрівнювача за відсутності взаємодії його коромисла з язичком колеса уможливив виведення умови (4) для забезпечення стійкості заданого положення рівноваги механізму підрівнювача в даному околі коливань коромисла. На підставі цієї умови обґрунтовано жорсткість пружини підрівнювача c_ПР=1420 Н/м.

4. Виведені аналітичні залежності для частоти та амплітуди коливань щита з буртиком підрівнювача дали змогу проаналізувати вплив параметрів підрівнювача на амплітуду і частоту коливань щита з буртиком та обґрунтувати кутовий інтервал між осями сусідніх язичків на опорно-приводному колесі підрівнювача за умови забезпечення якісного підрівнювання стрічки стебел для різних режимів роботи агрегату. Обґрунтовано, що цей інтервал б_К має становити 72?, а число язичків на колесі дорівнює 5.

5. Теоретичний аналіз взаємодії щита з буртиком підрівнювача із стеблами стрічки уможливив побудову математичної моделі (5) руху нижнього стебла шару стрічки на похилій вібрувальній поверхні щита. На підставі чисельного її розв'язку за різних значень параметрів підрівнювача та стрічки стебел обґрунтовано, що довжина щита з буртиком має бути L₃=0,9 м, а кути нахилу його поверхні до горизонталі у двох площинах повинні становити у поздовжньо-вертикальній г=20?…30?, у поперечно-вертикальній д=5?..6?.

6. На підставі розкриття впливу частоти коливань робочого органу підрівнювача за вібраційного та віброударного його режимів роботи на розтягнутість стеблової стрічки встановлено, що кращим режимом роботи є віброударний.

7. У результаті двофакторного експерименту отримано регресійну залежність (8) залишкової розтягнутості стеблової стрічки л після підрівнювання від частоти н_щ і амплітуди А_щ коливань щита з буртиком підрівнювача. З аналізу цієї залежності випливає, що зменшується із збільшенням н_щ і А_щ. Встановлено, що якісне підрівнювання стрічки відбувається за амплітуди А_щ?0,02…0,03 мм і частоти н_щ?5…7 Гц.

8. У результаті двофакторного експерименту отримано регресійну залежність (9) зменшення розтягнутості стеблової стрічки Дл від швидкості удару v_уд по стеблах у момент взаємодії з не-рухомою поверхнею та щільності стрічки і_с. Встановлено, що Дл зростає (розтягнутість стрічки зменшується) за умови збільшення v_уд та зменшення і_с, причому і_с впливає більше на Дл.

9. На підставі експериментального дослідження впливу початкового кута перекосу стебел ч_п у стрічці на зміну перекосу стебел Дч у тонкій і товстій стрічці під час її підрівнювання встановлено, що за -20??ч_п?20? процес підрівнювання незначно впливає на Дч.

10. Польові випробування свідчать про доцільність застосування на льонокомбайні розробленого підрівнювально-розстилального пристрою замість розстилального щита. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження розробки складає 3947 грн. на одну машину.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Толстушко М.М. Обґрунтування регулювань параметрів підрівнювача стебел // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 8. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2001. С. 304 308.

2. Толстушко М.М. Аналіз руху центра мас стебла на повертальному столі льонокомбайна // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 9. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2001. С. 128 131.

3. Толстушко М.М. Аналіз роботи системи “повертальний стіл підрівнювач” у льонокомбайні // Сб. науч. трудов КМТИ “Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий”. Вып. 3. Керчь КМТИ. 2002. С. 241 244.

4. Толстушко М.М. Обґрунтування режиму роботи підрівнювача стрічки льону // Сільськогоспо-дарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 12. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2004. С. 159 164.

5. Толстушко М.М., Хайліс Г.А., Ярошевич М.П. Аналіз процесу підрівнювання стебел льону на похилій вібрувальній площині // Вибрации в технике и технологиях. 2003. №5(31). С. 64 66 (автором виведено диференційні рівняння руху стебла льону на вібрувальній поверхні щита з буртиком підрівнювача).

6. Толстушко М.М., Дідух В.Ф., Демидюк М.А. Обґрунтування параметрів розстилального пристрою льонокомбайна // Зб. наук. праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. Т. 12. К. НАУ. 2002. С. 223 229 (автором встановлено аналітичні залежності для обґрунтування конструктивних параметрів розстилального пристрою льонокомбайна).

7. Толстушко М.М., Драган М.С. Аналіз руху стебла по розстилальному щиту льонокомбайна // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 6. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2000. С. 157 162 (автором виведено диференційні рівняння плоского руху стебла льону на поверхні розстилального щита льонокомбайна).

8. Толстушко М.М., Хайліс Г.А., Дідух В.Ф. Обґрунтування жорсткості пружини підрівнювача стебел // Зб. наук. праць НАУ “Механізація сільськогосподарського виробництва”. Т. 10. К. НАУ. 2001. С. 107 112 (автором встановлено умови стійкості заданого положення рівноваги механізму підрівнювача).

9. Толстушко М.М., Фесенко О.О. Кінематика приводу пристрою для вібраційного підрівнювання й розстилання стебел у льонокомбайні // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник за напрямом “Інженерна механіка”. Вип. 8. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2001. С. 238 244 (автором проведено аналіз роботи пристрою для підрівнювання й розстилання стебел льону).

10. Толстушко М.М., Хайліс Г.А. Математична модель руху стебел на повертальному столі льонокомбайна // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 9. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2001. С. 122 127 (автором виведено диференційні рівняння руху стебла на поверхні повертального стола льонокомбайна).

11. Толстушко М.М., Хайліс Г.А., Юхимчук С.Ф. Обґрунтування параметрів пристрою для підрівнювання і розстилання стебел льону // Вісник ХДТУСГ “Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні”. Вип. 23. Харків ХДТУСГ. 2004. С. 30 39 (автором встановлено межі регулювання параметрів пристрою для підрівнювання і розстилання стебел льону).

12. Толстушко М.М., Юхимчук С.Ф., Драган М.С. До проблеми зменшення відносної розтягнутості стебел льону в стрічці // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 5. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 1999. С. 260 262 (автором запропоновано нову конструкцію пристрою льонокомбайна для зменшення розтягнутості стеблової стрічки льону).

13. Толстушко М.М., Юхимчук С.Ф., Ярошевич М.П., Драган М.С. Дослідження руху ланок під-рівнювача стебел // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 8. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2001. С. 284 303 (автором розроблено математичну модель руху механізму підрівнювача).

14. Толстушко М.М., Юхимчук С.Ф., Ярошевич М.П. Кінематика ланок пристрою для вібраційного підрівнювання стебел у льонокомбайні // Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст. Вип. 7. Луцьк Ред.-вид. відділ ЛДТУ. 2000. С. 138 144 (автором проведено структурний та кінематичний аналіз механізму льонокомбайна для підрівнювання стебел).

15. Пат. 44513 А Україна, МКИ А 01 D 45/06. Підрівнювач стебел льону / М.М. Толстушко, Г.А. Хайліс, С.Ф. Юхимчук (Україна). №2001053020 Заявл. 03.05.2001 Опубл. 15.02.2002, Бюл. №2 (автором розроблено конструкцію механізму підрівнювача).

16. Tolstushko N., Yaroshevich N. Analysis of the vibration moving of stems on the sloping plane with the shock-vibration law of motion // The International Conference on Nonlinear Dynamics. Book of Abstracts. - Kharkov (Ukraine). - 2004. - P. 73 (автором проведено аналіз взаємодії стебел стрічки із вібрувальною поверхнею підрівнювача льонокомбайна).

АНОТАЦІЇ

Толстушко М.М. Обґрунтування параметрів і режиму роботи підрівнювача-розстилача стрічки стебел льону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Львівський державний аграрний університет. - Львів, 2005.

Дисертаційну роботу присвячено розробці та теоретичним і експериментальним дослідженням підрівнювально-розстилального пристрою льонокомбайна з метою поліпшення якості розстилання стрічки стебел льону. Для вирішення поставлених завдань проаналізовано способи збирання льону, побудовано математичні моделі руху стебел стрічки льону на робочих поверхнях повертального стола та підрівнювача розробленого пристрою. Визначено вплив амплітудно-частотних характеристик коливань робочої поверхні підрівнювача на розтягнутість стрічки стебел льону, а також вплив швидкості удару по стеблах і щільності стрічки на зменшення її розтягнутості. Проведено польові випробування експериментального зразка підрівнювально-розстилального пристрою та визначено економічний ефект від його використання.

Ключові слова: підрівнювально-розстилальний пристрій, стрічка стебел льону, льонокомбайн, розстилання, розтягнутість.

Толстушко Н.Н. Обоснование параметров и режима работы устройства для подравнивания и расстила ленты стеблей льна. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Львовский государственный аграрный университет. - Львов, 2005.

Диссертация посвящена разработке и теоретическим, а также экспериментальным исследованиям устройства к льнокомбайну для подравнивания и расстила ленты стеблей льна с целью улучшения качества ее расстила. Анализ способов уборки льна и технических средств для их реализации показал, что существующие конструкции льнокомбайнов не обеспечивают необходимое качество расстила стебельной ленты на льнище, разостланные ленты имеют высокие значения растянутости и перекоса стеблей, неравномерны по толщине, а также имеют разрывы.

Для решения поставленных задач проведены исследования движения стеблей ленты льна по рабочим поверхностям поворачивающего стола и подравнивателя разработанного устройства, а также движения механизма подравнивателя. В результате этого выведены математические модели движения стеблей в виде систем нелинейных дифференциальных уравнений, решение которых численным методом позволило проанализировать влияние различных параметров на исследуемый процесс. Установлены значения основных конструктивных, кинематических и динамических параметров предлагаемого устройства.

Изложены программа и методика проведения экспериментальных исследований, а также описание оборудования, приборов, экспериментальной установки. Для проведения экспериментов использовалось стандартизированное оборудование, а также разработанное и изготовленное самостоятельно, которое наиболее близко соответствовало условиям исследуемого процесса.

Экспериментальным путем исследовано влияние амплитудно-частотных характеристик колебаний рабочего органа подравнивателя на растянутость ленты стеблей льна, в результате чего обоснован режим его работы. Определено влияние скорости удара по стеблям и плотности стебельной ленты на уменьшение ее растянутости.

Разработан и изготовлен экспериментальный образец устройства для подравнивания и расстила стебельной ленты, который был установлен на льнокомбайн. Результаты полевых испытаний показали целесообразность использования на льнокомбайне разработанного устройства вместо серийного расстилочного щита, поскольку качество выполнения процесса расстила стебельной ленты на льнище в новом варианте выше. Особенно это видно по уменьшению относительной растянутости ленты с 1,17 до 1,05 раза.

Определен годовой экономический эффект от внедрения разработки, который составляет 3947 гривен на одну машину.

Ключевые слова устройство для подравнивания и расстила, лента стеблей льна, льнокомбайн, расстил, растянутость.

M.M. Tolstushko. Grounding of the parameters and operation mode of flax fillet packer-layer. - Manuscript.

Thesis for the Candidate of technical sciences degree on speciality 05.05.11 - machines and mechanization facilities of agricultural production. - Lviv State Agrarian University. - Lviv, 2005.

The dissertation deals with the development and theoretical and experimental research of packing and laying device for a flax harvester for the purpose of upgrading the quality of machine laying of flax fillet. To solve the problem methods of flax harvesting have been analyzed, mathematical models of flax stalks fillet motion along the working surfaces of the turntable and along the surfaces of the developed device have been built. The effect of amplitude-frequency characteristics of the working parts of the packer on the flax stalks fillet stretching and the effect of the speed of the impact upon flax stalks as well as the effect of fillet compactness on decrease of its stretching have been determined. Field tests of the experimental prototype of the packing and laying device have been carried out and economical effect of its application has been determined.

...