Підвищення експлуатаційних характеристик несучих і функціональних елементів малогабаритних обприскувачів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

УДК 631.348.4+621.01

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидат технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕСУЧИХ І ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ МАЛОГАБАРИТНИХ ОБПРИСКУВАЧІВ

Матвіїшин А.Й.

Тернопіль - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Костюк Володимир Іванович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, директор Зборівського коледжу Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Вікович Ігор Андрійович,

Національний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри транспортних технологій;

кандидат технічних наук, доцент Нагірний Юрій Петрович, відокремлений структурний підрозділ Національного аграрного університету “Бережанський агротехнічний інститут”, завідувач кафедри машиновикористання і технологій

Захист відбудеться “21” грудня 2007 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д58.052.02 у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий “20” листопада 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент П. В. Попович

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З переходом України на ринкові відносини і проведення земельної реформи, призвело до перерозподілу сільськогосподарських угідь і формування присадибних фермерських способів господарювання. Така форма господарювання викликає потребу створення малогабаритної високоманевреної сільськогосподарської техніки в тому числі і машин для хімічного захисту у рослинництві. Основними вимогами, що ставляться до малогабаритних обприскувачів, є підвищення технічного рівня, якість виконання технологічних процесів та уніфікація їх агрегатування з різними робочими органами для комплексної механізації робіт. Мобільні сільськогосподарські машини, малогабаритні обприскувачі в тому числі, працюють в особливо важких рельєфних і кліматичних умовах, що призводить до значних динамічних перевантажень їх несучих і функціональних комплектуючих.

Забезпечення виконання технологічних процесів сільськогосподарськими машинами, включаючи машини для хімічного захисту у рослинництві, закладається ще на стадії проектування, тобто коли виконуються розрахунки на міцність і прогнозується ресурс роботи їх збірних одиниць. Практична цінність цих розрахунків тим вагоміша, чим ефективніші розробки інженерних методів розрахунку, вірогідність критеріїв оцінки міцності і довговічності конструкції, відповідність вихідних даних навантаженості натурним умовам експлуатації машин.

Таким чином забезпечення роботоздатності і прогнозування ресурсу роботи таких базових збірних одиниць малогабаритних обприскувачів, як конструкції рам, функціонально несучих секцій штанг, ємностей для транспортування робочих розчинів, елементів приводу і ефективне виконання технологічного процесу, є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалася відповідно до пріоритетного напряму за Законом України “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки” - “6 Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості, та агропромисловому комплексі” та науково-дослідної тематики кафедри технічної механіки і сільськогосподарського машинобудування Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя в рамках держбюджетної теми ДІ130-06 (номер державної реєстрації №0106U000129).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - забезпечення надійності несучих і функціональних елементів малогабаритного обприскувача, шляхом розробки моделей впливу експлуатаційних факторів та створення на цій основі ефективної методики їх розрахунку.

Для досягнення поставленої мети розв'язані наступні задачі:

1.Узагальнено теоретичні засади оцінки ресурсу роботи несучих та функціональних елементів малогабаритного обприскувача.

2. Розроблена математична модель руху обприскувача нерівностями оброблювальних площ.

3. Досліджено вплив реальної динаміки навантаженості на несучу здатність конструктивних елементів обприскувача.

4. Розроблена ефективна інженерна методика розрахунку конструктивних параметрів несучої рами та функціонально-несучих елементів штанги обприскувача.

5. Обґрунтовано оптимізацію конструктивних параметрів рами та штанги обприскувача.

6. Проведено експериментальні дослідження реальної динаміки навантаженості малогабаритного обприскувача в умовах експлуатації.

7. Спроектована і виготовлена удосконалена конструкція рами та функціонально-несучої штанги малогабаритного обприскувача.

Об'єкт дослідження - штанговий малогабаритний обприскувач.

Предмет дослідження - динаміка руху, функціональні і конструктивні параметри малогабаритного обприскувача сільськогосподарського призначення.

Методи дослідження. Основні теоретичні розрахунки базуються на положеннях теоретичної механіки, теорії автоматичного керування та вищої математики.

Експериментальні дослідження динамічних процесів малогабаритного обприскувача проводилися сучасними вимірювальними засобами і реєструвалися у вигляді цифрових величин на ПК.

Наукова новизна одержання результатів. Створена аналітична модель, що описує вплив експлуатаційних факторів на несучі і функціональні елементи малогабаритного обприскувача, яка враховує конструктивні і кінематичні параметри самого обприскувача та стан поверхні оброблювальних площ. Вперше отримані кінцеві залежності, що описують динамічну навантаженість розглядуваного обприскувача, в залежності від рельєфу експлуатації.

Поставлена і розв'язана задача з обґрунтування та удосконалення основних конструктивних параметрів рами та функціонально-несучих елементів штанги малогабаритного сільськогосподарського обприскувача.

Практичне значення одержаних результатів. Виготовлено нову конструкцію малогабаритного обприскувача із спеціальною підвіскою, універсальною рамою та функціонально-несучою штангою, що в широкому діапазоні підвищує експлуатаційно-технологічні можливості машини в цілому. Розроблена інженерна методика, яка обґрунтовує параметри підвіски штанги та демпфуючі характеристики опор бака, що в цілому стабілізує значення діючих інерційних мас обприскувача. Конструктивні рішення підкріплені патентами України на винаходи (№68939 А, 17326 G01L 1/04, G01L 1/22).

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Опрацьовано та проаналізовано літературні джерела, обґрунтовано доцільність та удосконалено малогабаритний обприскувач із розширеними функціональними можливостями [1,2]. У теоретичних дослідженнях проведено обґрунтування конструктивних параметрів обприскувача з врахуванням реальної динаміки навантаженості [3,4,5,6,7,8].

Розроблено та запропоновано методику для обґрунтування оптимальних конструктивних параметрів елементів рами та функціонально-несучих елементів штанги обприскувача, при дії динамічних навантажень [9] за умови нерівностей оброблювальних площ. Експериментальні дослідження та обробка їх результатів виконані здобувачем самостійно [10,11]. Постановка задач, аналіз і трактування отриманих окремих результатів виконано спільно з науковим керівником та, частково, з співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення і результати досліджень доповідались і отримали позитивну оцінку на: щорічних наукових конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (м.Тернопіль, 2003-2007рр.); ІІ-ої Всеукраїнської конференції “Проблеми створення та технічної експлуатації машин і обладнання”. (м. Кіровоград 2007); міжнародній науково-практичній конференції “Інноваційні технології в АПК” (м. Луцьк 2007р.); VІІІ-ій міжнародній науково-технічній конференції “Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій” (смт. Магерів Львівської області 2007 р.).

Дисертаційна робота у повному обсязі доповідалась і одержала позитивну оцінку на розширеному засіданні міжкафедрального наукового семінару Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (2007р.); на розширеному засіданні секції “Методи оцінки нормування та випробувань при прогнозуванні та забезпеченні надійності” Міжнародної науково-практичної конференції “Проблеми надійності машин та засобів механізації сільськогосподарського виробництва” (Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, м. Харків 2007р.); на засіданні науково-технічного семінару факультету конструювання та дизайну сільськогосподарської техніки Національного аграрного університету (м. Київ, 2007р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи відображені у 11 публікаціях, з них 5 у наукових фахових виданнях України. Технічна новизна розробок захищена двома патентами України на винаходи (№68939 А, 17326 G01L 1/04, G01L 1/22).

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел та додатків. Загальний обсяг дисертаційної роботи викладений на 168 машинописних сторінках та містить 45 рисунків, 5 таблиць, а також додатків на 8 сторінках. Список використаних літературних джерел включає 118 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначена наукова та практична цінність отриманих результатів досліджень, сформульовано мету роботи та основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі проведено огляд різних типів обприскувачів, зокрема малогабаритних, проаналізовано їх роботоздатність та функціональну відповідність до виконання технологічних операцій обприскування. Встановлено найбільш ймовірні причини відмов сільськогосподарських обприскувачів через механічні руйнування рами та штанги.

Проведено аналіз наукових праць для забезпечення надійності несучих і функціональних елементів малогабаритних обприскувачів при русі нерівностями оброблюваних площ.

Значний вклад у розвиток сільськогосподарського машинобудування, теоретичних засад забезпечення надійності несучих і функціональних елементів конструкцій зробили такі вчені Агейкін Я.С., Андрєєв А.Ф., Болотін В.В., Вікович І.А., Войтюк Д.Г., Нагірний Ю.П., Гопоненко В.С., Дмитриченко С.С., Карпенко Н.А., Когаєв В.П., Луковський І.А., Волков П.М., Рибак Т.І., Трощено Л.А.

На основі проведеного аналізу сформульовані напрямки теоретичних досліджень з обґрунтуванням конструкторських розробок.

У другому розділі приведена математична модель динаміки навантаженості причіпного малогабаритного обприскувача та проведено визначення основних характеристик коливних процесів.

При описанні динамічних збурень вважається, що обприскувач рухається в прямолінійному горизонтальному напрямку з постійною швидкістю за час . Для такого рівномірного руху прийнято, що динамічних впливів на несучі та функціональні елементи не виникає. Перевантаження виникають лише в момент початку руху і його завершення за рахунок інерційності мас обприскувача. Як основні динамічні перевантаження в розділі розглянуто збурення від вертикальних коливань які викликають нерівності оброблювальних площ. Даний процес і описується в розділі.

Таким чином вважається, що нерівності мають регулярний характер і їх можна описати такими функціями

,

,

де і - характеристики регулярних нерівностей;

- деяка випадкова величина, яка враховує фазовий зсув.

Динамічна розрахункова модель агрегату представлена на рис. 1.

Динамічна розрахункова модель агрегату:- маса обприскувача, - маса колеса і жорсткість його шини, - точка центра мас, - жорсткість пружного елемента підвіски та коефіцієнт в'язкого опору демпфера.

Внаслідок горизонтального руху агрегату на нерівній поверхні відбувається кінематичне збудження коливань агрегату у поперечно-вертикальній площині за законом і .

Як узагальнені координати приймемо відхилення від положення статичної рівноваги у вертикальному напрямку коліс, які позначимо і , центра мас рами і кут повороту рами навколо центра мас у поперечно-вертикальній площині, а також - кут повороту рами навколо центра мас в повздовжній площині. Координати , і будемо вважати додатніми, якщо вони направлені вверх, а додатній відлік кутів і - в напрямку проти стрілки годинника.

Диференціальні рівняння руху системи у такому випадку приймуть вигляд. несучий малогабаритний обприскувач конструктивний

де - момент інерції обприскувача відносно поздовжньої осі ; - момент інерції відносно осі ; - вимушуючи сила, що діє зі сторони серги трактора; - плече сили .

Застосувавши перетворення Лапласа до перших чотирьох рівнянь (3), які є незв'язаними з останнім, і припустивши, що в початковий момент часу система знаходилася в положенні статичної рівноваги, позначимо зображення функцій і відповідно через . В результаті математична модель динаміки обприскувача в операторній формі запишеться

де

В (4) і позначено зображення збурень і .

Внаслідок було отримано наступний розв'язок системи (4) відносно і

З досліджуваних параметрів виділено лише ті, що описують рух рами агрегату обприскувача, тобто вертикальні коливання центра мас рами та кут її повороту навколо горизонтальної осі, що проходить через центр мас і направлені в напрямку руху агрегату.

В роботі розглянуто два варіанти:

- перший зовнішня дія на колеса однакова, тобто . Тоді для побудови амплітудно- (АЧХ) і фазово-частотних (ФЧХ) характеристик коливань центра мас рами агрегату () передаточна функція (ПФ) має вигляд

,

де ,

І отримано залежності відповідно для:

· амплітудно-частотних характеристик

· фазово-частотних характеристик

;

- другим варіантом, коли зовнішня дія на колеса неоднакова, тобто , побудовано АЧХ і ФЧХ для коливань рами агрегату відносно поздовжньої осі . Операторна залежність при цьому має вигляд (7) і була отримана передаточна функція

.

Кінцеві вирази АЧХ і ФЧХ було отримано вигляді:

,

де ,

На зображені АЧХ коливань центра мас обприскувача при різних варіантах жорсткостей шин коліс у співвідношенні до жорсткості пружного елемента. Таким чином, досліджено характер зміни амплітуд коливань центра мас обприскувача, підібрано для оптимальних режимів роботи обприскувача параметри жорсткості елементів підвіски.

Крім того систему диференціальних рівнянь (3) в роботі розв'язано числовим методом, звідки знайдені необхідні прискорення точок обприскувача і відповідно коефіцієнти динамічності.

У третьому розділі приведено програму випробувань, методику і результати польових експериментальних досліджень реальної динаміки навантаженості удосконаленої конструкції малогабаритного обприскувача, з врахуванням його функціональних можливостей.

Особливість запропонованого удосконаленого обприскувача полягає, перш за все, в його універсальності, маневреності, ефективності виконання технологічних процесів.

Проведені польові випробування підтвердили високу ефективність можливості зміни габаритних розмірів обприскувача, тобто ширини колії та кліренсу. На приведені фрагменти роботи малогабаритного обприскувача на: а - багаторічних травах; б - цукрових буряках; в - картоплі.

Крім того особливістю удосконаленої конструкції обприскувача (рис. 3) є заміна жорсткої підвіски на пружну з використанням демпферів, що призвело до зниження динамічних навантажень та стабілізації коливань розпилюючих органів.

Експериментальні дослідження реальної динаміки навантаженості малогабаритного обприскувача проводились з застосовуванням вимірювальної системи, яка включає комплект різнотипових датчиків та блоку, що забезпечує підсилення, фільтрацію, реєстрацію статодинамічних сигналів при вимірюванні.

Експериментальні дослідження з визначення кутових швидкостей, прискорень та напружень в контрольних перетинах проводились також безпосередньо в польових умовах. На рис. 5 показано точки розташування цих вимірювальних пристроїв.

Сигнали замірів автоматично оброблялися за допомогою пакету прикладних програм на ПК, а також зафіксовані у вигляді осцилограм (графіків).

Фрагмент осцилограми запису експериментальних досліджень при визначенні прискорень на краю секції штанги обприскувача

В результаті проведених досліджень було отримано, частоти збурюючих сил для основних технологічних процесів, що лежать в межах при амплітудах . Критичним діапазоном частот збурюючої сили є для старого варіанту підвіски обприскувача. Далі спостерігається резонансна зона. Для вдосконаленої пружної підвіски обприскувача такий діапазон знаходиться в зонах частот (), які при нормальній експлуатації обприскувача практично не зустрічаються. Коефіцієнти динамічності () при роботі обприскувача на різних частотних режимах мають наступний характер:

- коефіцієнти динамічності для центра мас обприскувача, а;

- коефіцієнти динамічності для крайньої точки секції штанги обприскувача.

Графіки залежностей коефіцієнтів динамічності в центрі мас (а) і в крайній точці секції штанги обприскувача (б) від частоти збурючої сили: 1 - криві, що отримані при дослідженні нового варіанту підвіски; 2 - старого варіанту.

Значення приведені на рис. 7 а і б підтверджують також, що обидва варіанти підвіски малогабаритного обприскувача будуть працювати в дорезонансних режимах. З а отримано, що при використанні пружних елементів з демпферами коефіцієнти динамічності знизилися більше чим у 2 рази.

У четвертому розділі представлено інженерну методику дослідження коливних процесів причіпного малогабаритного обприскувача і рекомендації з обґрунтування конструктивних параметрів підвіски.

За результатами теоретичних досліджень було обґрунтовано підбір раціональних параметрів пружних елементів малогабаритного обприскувача, а також отримано амплітудно-частотні та фазово-частотні характеристики коливних мас обприскувача. На рис. 8 показано характер зміни амплітудно-частотної характеристики в залежності від значень жорсткостей пружних елементів, на відповідні частоти збурюючої сили . За результатами отримано характеристики:

- жорсткість шин коліс ;

- коефіцієнт в'язкості амортизатора ;

- жорсткість пружин амортизаторів .

Внаслідок числових розв'язків системи диференціальних рівнянь (3) було отримано значення коефіцієнтів динамічності для відповідних режимів роботи обприскувача. Отримано також належну відповідність аналогічних та експериментальних даних (рис. 8).Розбіжність отриманих значень не перевищує десяти відсотків.

На підставі отриманих значень коефіцієнтів динамічності було виконано перевірочні розрахунки функціональних і

несучих елементів малогабаритного обприскувача для характерних режимів роботи:

- максимальні напруження для функціонально-несучих секцій штанги з жорсткою підвіскою , з пружною підвіскою ;

- максимальні напруження в найбільш навантажених перетинах рами для жорсткої підвіски , для пружної підвіски .

Максимальні коефіцієнти динамічності для заданого режиму роботи обприскувача становлять з пружною підвіскою і з жорсткою.

Отримані результати підтвердили можливість експлуатації малогабаритного обприскувача на максимальній ширині колії.

Експериментальними дослідженнями було отримано випадкові екстремальні значення коефіцієнтів динамічності на кінцях секцій штанги, що склало: - з пружною підвіскою і - з жорсткою. Напруження відповідно цим коефіцієнтам для елементів функціонально-несучих секцій штанг - з жорсткою підвіскою , з пружною - .

Проведені в дисертаційній роботі дослідження підтверджують працездатність і доцільність промислового випуску запропонованої конструкції малогабаритного обприскувача. Річний економічний ефект складає 777.4 грн на одну машину.

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі приведено нове вирішення науково-технічної задачі підвищення експлуатаційних характеристик несучих і функціональних елементів малогабаритного сільськогосподарського обприскувача на підставі розробленої аналітичної моделі сукупного впливу експлуатаційних факторів з урахуванням конструктивних і кінематичних параметрів обприскувача та стану оброблювальних площ.

2. Запропонована нова конструкція пружної підвіски рами обприскувача дозволяє зменшити коливання розпилюючих органів і тим покращити якість нанесення робочого препарату на поверхні рослин (Патент №68939А).

3. Розроблена математична модель руху малогабаритного обприскувача дозволяє аналітичним шляхом визначати коефіцієнти динамічності в довільній розглядуваній точці обприскувача та виявити резонансні зони частот збурюючої сили, що відповідає заданому режиму експлуатування обприскувача.

4. На підставі розробленої інженерної методики обґрунтовано наступні експлуатаційні параметри конструктивних елементів: жорсткість шин коліс обприскувача ; жорсткість пружного елементу підвіски ; коефіцієнт в'язкості демпфера .

5. В результаті аналітичних досліджень виявлено, що частоти збурюючих сил для основних технологічних процесів лежать в межах при амплітудах .

6. Встановлено, що резонансна зона збурюючої сили для жорсткої підвіски обприскувача знаходиться в межах , а при пружній , що є зонами частот, які практично при експлуатації даного обприскувача не зустрічаються. Підвіски працюють в дорезонансних зонах.

7. Обґрунтовано геометричні параметри поперечного перетину функціонально-несучого трубопроводу секції штанги, які повинні відповідати: внутрішній діаметр ; зовнішній .

8. Встановлено, що для максимальної ширини колії і жорсткої підвіски напруження в елементах рами рівні ; для пружної підвіски .

9. В результаті комплексних експериментальних досліджень встановлено максимальні значення коефіцієнтів динамічності в центрі маси обприскувача на основних режимах роботи (57 км/год) для: пружної підвіски ; жорсткої підвіски . Також відповідно отримані коефіцієнти динамічності на краю секції штанги для: пружної підвіски ; жорсткої підвіски .

10. Розрахунковий економічний ефект від запропонованих впроваджень при значному підвищенні якості виконання технологічного процесу становить 777,4 грн. на одну машину.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Матвіїшин А.Й. Розрахунково-експериментальна модель роботоздатності функціональних елементів малогабаритного обприскувача // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль: ТДТУ, 2006. - Т.11(№1). - С.87 - 91.

2. Рибак Т.І., Бабій А.В., Матвіїшин А.Й. Перспективні малогабаритні обприскувачі і їх експлуатаційна ефективність // К.: “Науковий вісник НАУ”, Вип. 95,част. 2, 2006.

3. Рибак Т.І., Матвіїшин А.Й., Бабій А.В., Аналітико-експериментальні дослідження роботоздатності елементів конструкції малогабаритного обприскувача // Зб. тез доповідей десятої наукової конференції ТДТУ, Тернопіль, 2006. - С.94.

4. Рибак Т.І., Підгірський М.І., Гора Р.В., Матвіїшин А.Й., Паламарчук П.В. Дослідження динамічних характеристик начіпного штангового обприскувача ОШМ-600 // Зб. тез доповідей десятої наукової конференції ТДТУ, Тернопіль, 2006. - С.95.

5. Рибак Т.І., Бабій А.В., Матвіїшин А.Й. Дослідження динамічних характеристик малогабаритного обприскувача ОМПШ-150-1 // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль: ТДТУ, 2006. - (№4). - С.64-69.

6. Рибак Т.І., Бабій А.В., Матвіїшин А.Й. Вплив випадкової перешкоди на елементи причіпного обприскувача // Зб. тез доповідей одинадцятої наукової конференції ТДТУ, Тернопіль, 2007. - С.101.

7. Костюк В.І., Матвіїшин А.Й. Вплив нерівномірностей поля на динаміку малогабаритних обприскувачів // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль: ТДТУ, 2007. - (№2). - С.92.

8. Рибак Т.І., Бабій А.В., Матвіїшин А.Й. Математичне моделювання динамічних процесів причіпного обприскувача // Сільськогосподарські машини. Збірник наукових статей. Вип. 15. Луцьк, 2007. - С.239-250.

9. Рибак Т.І., Підгурський М.І., Сташків М.Я., Матвіїшин А.Й. Особливості проектування та випробування мобільних сільськогосподарських машин на сучасному етапі пошукового конструювання // Зб. тез 2-ої Всеукраїнської конференції - семінару докторантів, аспірантів та по шукачів у галузі аграрної інженерії. Проблеми створення та технічної експлуатації машин і обладнання. Кіровоград 2007. - С. 33-35.

10. Патент України №68939А на винахід, МКИ А01М7/00, А01М11/00. Рама причіпного обприскувача / Рибак Т.І., Бабій А.В., Матвіїшин А.Й. Бюл. №8, 2004.

11. Патент України на винахід 17326 G01L 1/04, G01L 1/22. Динамометр / Рибак Т.І., Підгурський М.І., Бабій А.В., Матвіїшин А.Й., Зарічний І.Ф. Бюл. № 9, 2006.

АНОТАЦІЯ

Матвіїшин А.Й. Підвищення експлуатаційних характеристик несучих і функціональних елементів малогабаритних обприскувачів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню нової задачі підвищення надійності конструкцій рам та штанг сільськогосподарських обприскувачів, шляхом розробки моделі та створення ефективної методики розрахунку для обґрунтування конструктивних параметрів несучих і функціональних елементів обприскувача при русі польовими нерівностями.

Створено математичну модель, яка описує динамічні процеси руху малогабаритного обприскувача на оброблювальних площах. Отримано аналітичні залежності на підставі яких побудовані амплітудно- і фазово-частотні характеристики коливань приведених мас обприскувача. Також отримано такі експлуатаційні характеристики, як швидкість руху, прискорення в центрах основних мас, кутові швидкості і кутові прискорення. Отримано систему диференціальних рівнянь, що описують динаміку руху малогабаритного обприскувача, а також виконано числовий розв'язок цієї системи. Отримано аналітичні залежності для визначення коефіцієнтів динамічності у відповідних точках обприскувача. Проведено експериментальні дослідження з визначення реальної динаміки навантаженості малогабаритного обприскувача і встановлено реальні коефіцієнти динамічності. На основі розрахунків, за розробленою інженерною методикою, обґрунтовано конструктивні параметри підвіски і проведено заміну жорстких елементів пружними. Високу ефективність роботи вдосконаленого обприскувача перевірено при експериментальних випробуваннях, де виявлено значне покращення виконання технологічного процесу обприскування при знижених коефіцієнтах динамічності.

Ключові слова: обприскувач, рама, штанга, амплітудно-частотна характеристика, фазово-частотна характеристика, коефіцієнт динамічності, функціонально-несучий трубопровід.

Матвиишин А.Й. Повышение эксплуатационных характеристик несущих и функциональных элементов малогабаритных опрыскивателей. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2007.

Диссертационная работа посвящена решению новой задачи повышения надежности конструкций рам и штанг сельскохозяйственных опрыскивателей, путем разработки модели и создания эффективной методики расчета для обоснования конструктивных параметров несущих и функциональных элементов опрыскивателя при движении полевыми неровностями.

Создана математическая модель, которая описывает динамические процессы движения малогабаритного опрыскивателя на обрабатываемых площадях. Получены аналитические зависимости на основании которых построены амплитудно- и фазово-частотные характеристики колебаний приведенных масс опрыскивателя. Также получены такие эксплуатационные характеристики, как скорость движения, ускорения в центрах основных масс, угловые скорости и угловые ускорения. Получена система дифференциальных уравнений, которые описывают динамику движения малогабаритного опрыскивателя, а также выполнено числовое решение этой системы. Получены аналитические зависимости для определения коэффициентов динамичности в соответствующих точках опрыскивателя. Проведены экспериментальные исследования определения реальной динамики нагруженности малогабаритного опрыскивателя и установлены реальные коэффициенты динамичности. На основе расчетов, за разработанной инженерной методикой, обоснованно конструктивные параметры подвески и проведена замена жестких элементов упругими. Высокая эффективность работы усовершенствованного опрыскивателя проверена при экспериментальных испытаниях, где обнаружено значительное улучшение выполнения технологического процесса опрыскивания при сниженных коэффициентах динамичности.

В первом разделе проведен обзор разных типов опрыскивателей в частности малогабаритных, проанализировано их работоспособность и функциональное соответствие с выполнением технологических операций опрыскивания. Установлены наиболее вероятные причины отказов сельскохозяйственных опрыскивателей через механические разрушения функционально несущих элементов (рам и штанг).

Проанализировано научные труды по определению функционально несущих элементов опрыскивателя при разных видах нагрузок. На основании проведенного анализа установлены направления конструкторских и теоретических исследований.

Во втором разделе проведено математическое моделирование динамики опрыскивателя и получено систему дифференциальных уравнений. Их решения представлены в виде амплитудно- и фазово-частотных характеристик, а также в виде графиков и таблиц значений при чисельных решениях. Проведено моделирование динамических процессов на двух специфических режимах эксплуатирования опрыскивателя - нормальном и усиленном. В конечном итоге получено ряд характеристик динамических процессов: скорости, ускорения, коэффициенты динамичности.

В третьем разделе описана конструкция усовершенствованного малогабаритного опрыскивателя, который отличается конструкцией подвески, приведены его функциональные возможности при полевых испытаниях, а также программа, методика и экспериментальные исследования и их результаты с определения фактических коэффициентов динамичности при использовании старого и усовершенствованного вариантов подвески.

В четвертом разделе представлена инженерная методика определения рациональных параметров подвески опрыскивателя, а также его функциональных и несущих элементов.

С этой целью теоретические изложения второго раздела приведены к виду инженерных расчетов, которые можно реализовать с помощью пакета прикладных программ типа “MathCAD”, “Mathematica” на ПК.

Ключевые слова: опрыскиватель, рама, штанга, амплитудно-частотная характеристика, фазово-частотная характеристика, коэффициент динамичности, функционально несущий трубопровод.

Matviyshyn A. J. The improvement of operating characteristics of small sprinklers bearing and functional elements. A manuscript.

The thesis to maintain the scientific degree of engineering sciences candidate on the speciality 05.05.11 - the machines and devices for agricultural manufacture mechanization. The Ternopil State Technical University after Ivan Pulyuy, Ternopil, 2007.

The thesis is devoted to the task solving the reliability improvement of agricultural sprinklers frames and bars by means of constructions of frames and bars of developing and creating the effective calculating method for substantiating structural parameters of sprinkler bearing and functional elements while moving along the field roughness.

It was built a small size sprinkler dynamic model that helped to get the final subjections for building up amplitude- and phase-frequency vibrations characteristics of arranged sprinkler mass. As the result of numerous solutions of differential equations system which describe the small sprinkler motion dynamic it was obtained a series of characteristics (velocities, accelerations, angular velocities and accelerations). On the basis of these solutions it was obtained the analytical subjections for determining dynamic coefficients at any sprinkler point. An effective engineering method was worked out that permitted to substantiate rational individual structural parameters of small size sprinkler functionally-bearing elements. Experimental researches were conducted to determine the real dynamic of small sprinkler leading where the actual indexes of dynamic coefficients at the examined points were set. On the basis of calculations on the worked out engineering method it was substantiated the structural parameters of pendant and performed the changing of hard elements. High efficiency of the improved sprinkler operation was tested by means of experimental actions where the considerable sprinkler technological process grading up was observed at the reduced dynamic coefficients.

Keywords: sprinkler, frame, barbell, amplitude-frequency characteristics, functionally-bearing pipeline.

Размещено на Allbest.ru

...