Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аграрний університет

УДК 631.355

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Обґрунтування параметрів качановідокремлювального апарата

кукурудзозбирального комбайна

Бондаренко Олександр Володимирович

Київ - 2002 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Миколаївському державному аграрному університеті (МДАУ) в 1999-2002 роках.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Гольдшмідт Олег Валеріанович, Миколаївський державний аграрний університет, м. Миколаїв, доцент кафедри теоретичної та прикладної механіки.

Офіційні опоненти:

доктор технічний наук, доцент, заслужений винахідник України Гарькавий Анатолій Дмитрович, Вінницький державний аграрний університет, завідувач кафедри експлуатації машинно-тракторного парку;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Єсепчук Микола Іванович, заступник директора Державного департаменту тракторного і сільськогосподарського машинобудування.

Провідна установа: Кіровоградський державний технічний університет, кафедра сільськогосподарського машинобудування, м. Кіровоград.

Захист відбудеться "12"листопада 2002 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 в Національному аграрному університеті за адресою: м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного аграрного університету: м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 11, навчальний корпус 10.

Автореферат розісланий "11"жовтня 2002 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д.Г. Войтюк

Анотації

Бондаренко О.В. Обгрунтування параметрів качановідокремлювального апарата кукурудзозбирального комбайна. - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук по спеціальності 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва - Національний аграрний університет, Київ, 2002.

Дисертація присвячена вдосконаленню технологічного процесу відокремлення качанів кукурудзи від стебел пікерно-стриперним качановідокремлювальним апаратом кукурудзозбирального комбайна.

В теоретичному аналізі визначено чотири варіанти відокремлення. При цьому отримані аналітичні залежності для розрахунку швидкостей врізання рифів в стебло, протягування стебел, при якому буде мінімальне травмування качанів та забрудненість вороху. Визначена доцільність встановлення додаткової стриперної пластини під кутом 45-65.

Розроблена програма і методика експериментальних досліджень. Експериментальні дослідження фізико-механічних характеристик, розмірно-масових параметрів рослин кукурудзи дозволили обґрунтувати основні кінематичні і конструктивні параметри нового качановідокремлювального апарата.

Метод експертної оцінки дав можливість виявити основні чинники. Експериментальні дослідження проведені по плану Бокса другого порядку.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень використані при розробці ККП-3Е "Херсонець-9", який по своєму технічному рівню відповідає сучасним вимогам, що ставляться до машин для збирання кукурудзи на зерно. кукурудза комбайн качан

Ключові слова: пікерно-стриперний качановідокремлювальний апарат, обгрунтування конструктивних і кінематичних режимів, втрати качанів, травмованість качанів, забрудненість вороху.

Бондаренко А.В. Обоснование параметров початкоотделяющего аппарата кукурузоуборочного комбайна. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельско-хозяйственного производства - Национальный аграрный университет, Киев, 2002.

Диссертация посвящена совершенствованию технологического процес-са отделения початков кукурузы от стеблей пиккерно-стриперним почат-коотделяющим аппаратом кукурузоуборочного комбайна, обуславливающий приемлемый уровень потерь початков и их травмирование при уборке кукурузы на зерно.

Технологический процесс работы разбит на пять основных зон, определены основные варианты отделения початка от стебля. При этом полу-чены аналитические зависимости для расчета скоростей врезания рифов в стебель, протягивания стеблей, при котором исключается травмирование початков при ударном взаимодействии со стрипперными пластинами. Обоснована целесообразность установки дополнительной стрипперной плаcтины под углом 45-650.

Разработана программа и методика экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования физико-механических характеристик, размерно-массовых параметров растений кукурузы и их составляющих поз-волили обосновать основные кинематические и конструктивные параметры початкоотделяющего аппарата.

Метод экспертной оценки дал возможность выявить факторы, которые в наибольшей степени влияют на качество выполнения технологического процесса. Экспериментальные исследования проведены по плану Бокса вто-рого порядка.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований испо-льзованы при разработке и внедрении экспериментального комбайна ККП-3Э "Херсонец-9". Кукурузоуборочный комбайн ККП-3Э с новым початко-отделяющим аппаратом по своему техническому уровню соответствует современным требованиям предъявляемым к машинам для уборки кукурузы на зерно.

Ключевые слова: пиккерно-стрипперный початкоотделяющий аппарат, обоснование конструктивных и кинематических режимов, потери початков, травмированность початков, засоренность вороха.

A. Bondarenko/ Basing parameters corn picker device of combine for corn cleansing on grain - Manuscript

Dissertation on competition learned candidate degree of technical sciences on speciality 05.05.11 Engine and mechanization funds of agricultural production national agrarian university, Kiev, 2002.

Dissertation sacred to perfection of technological processes and vehicle picker and stripper vehicle, which condition acceptable ears losses level attached to corn cleansing on grain.

A Technological work process broken up into five basic zones, are definite the basic ear compartment variants from stem. . Is Founded installation expediency of supplementary stripper platinum under corner 45-65?.

A Psychological experiment and method of expert estimation enabled to expose the factors. Which in most degree affect implementation quality of technological process corn picker of devise of vehicle and to throw away the unmeaningful factors. Experimental planning theory researches on Boxing plan of second order.

The Results of theoretical and experimental researches used attached to elaboration and inculcation of experimental combine "Khersones - 9" for corn cleansing on grain.

Key words: corn picker of device vehicle, basing of constructive routines, ears losses, kinematic parameters.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Кукурудза є однією з найбільш цінних продовольчих та кормових культур, яка містить близько 10 - 12 % білка, 65 - 68 % крохмалю, 4 - 6 % жиру. Поживність 100 грамів янтарного зерна складає 334 ккал, що на 20 - 25 ккал більше, ніж у пшениці. Зерно кукурудзи широко застосовують, як сировину для харчової, переробної, медичної, мікробіологічної, хімічної промисловостей та інших галузей народного господарства.

На сучасному етапі в господарствах країни кукурудзозбиральні ком-байни більше, ніж на 90 % морально та фізично застаріли. В результаті втрати при збиранні складають більше 15 %. Діючі на виробництві машини мають низький технічний рівень, не відповідають сучасним вимогам за показниками якості, надійності і ергономічності.

Тому дослідження, які спрямовані на покращення показників виконання технологічного процесу відокремлення качанів - як однієї з найбільш важливих операцій при збиранні кукурудзи є актуальними.

Мета дослідження: підвищення ефективності роботи качановідокремлювального апарата кукурудзозбирального комбайна.

Завдання дослідження:

проаналізувати конструктивні особливості, параметри та умови роботи існуючих качановідокремлювальних апаратів кукурудзозбиральних машин;

визначити основні чинники, які характеризують якість виконання технологічного процесу відокремлення качанів від стебел пікерно-стриперними качановідокремлювальними апаратами;

дослідити фізико-механічні властивості кукурудзи в ланці "стебло-качан" в період її повної стиглості;

провести дослідження динаміки відокремлення качанів кукурудзи від стебел методом математичного моделювання;

встановити вплив основних конструктивних параметрів пікерно-стриперного апарата на якісні показники відокремлення качанів кукурудзи від стебел;

оцінити техніко-економічну ефективність застосування нового пікерно-стриперного качановідокремлювального апарата при збиранні кукурудзи на зерно.

Об'єкт дослідження: технологічний процес відокремлення качанів від стебла.

Предмет дослідження: закономірності, які визначають вплив параметрів і режимів роботи качановідокремлювального апарата на показники якості виконання технологічного процесу відокремлення качанів від стебла.

Методи дослідження: при вирішенні поставлених задач досліджень використовувалися методи теоретичної механіки, опору матеріалів, математичного аналізу та моделювання. Вивчення фізичних, механічних властивостей рослин кукурудзи проводилося в лабораторних та польових умовах з використанням методів математичної статистики та регресійного аналізу з обробкою даних на ПЕОМ. Експериментальні дослідження технологічного процесу відокремлення качанів від стебел проводились на спеціально виготовленій установці за допомогою відео та фотозйомки.

Наукова новизна. Запропонована умова захвату стебел пікерними вальцями та відокремлення качанів стриперними пластинами без їх пошкодження. Введений коефіцієнт відновлення для визначення пружності удара качана, встановлені закономірності його зміни від вологості та властивостей матеріалу стриперних пластин. Встановлені залежності впливу кутів протягування стебел та орієнтації качанів на зусилля відокремлення. Визначені регресійні залежності показників якості відокремлення качанів (втрати качанів, їх травмованність, забрудненість вороху) від параметрів взаємного розташування конструктивно-технологічних елементів та режимів роботи пікерно-стриперного апарата.

Практичне значення. Обгрунтовані параметри і режими роботи качановідокремлювального апарата пікерно-стриперного типу. Розроблене програмне забезпечення для інженерних розрахунків параметрів і режимів роботи пропонуємого пікерно-стриперного апарата. Розроблена документація на новий качановідокремлювальний апарат, яка передана і використовується при розробці дослідних зразків кукурудзозбиральних машин (ККП-2, ККП-3, ППК-4, КМД-6). Науково-виробничою перевіркою в господарствах Миколаївської області встановлено зниження втрат качанів на 7 - 9 %, зменшення їх травмованості в 1,2-1,3 рази та підвищення чистоти вороху на 12-15%.

Технічна новизна запропонованого рішення захищена позитивним рішенням по заяві № 2001021112.

Науково-технічні рекомендації щодо обгрунтування конструкторсько-технологічних параметрів качановідокремлювального апарата комбайна для збирання кукурудзи на зерно передані в конструкторську організацію ВАТ "Херсонські комбайни".

Особистий внесок здобувача: основні положення і результати досліджень в дисертаційній роботі отримані самостійно. В опублікованих працях за темою дисертації частка пошукувача складає від 75 до 85 %.

Досліджені кінематичні параметри нового пікерно-стриперного апарата. Встановлені оптимальні режими роботи розробленої конструкції качановідокремлювального апарата. Проведені експериментальні дослідження. Одержана економічна ефективність кукурудзозбирального комбайна з новим качановідокремлювальним апаратом.

Апробація роботи. Основні наукові положення і результати досліджень доповідалися у тезах і доповідях на обласній науково-практичній конференції (Миколаїв, 1996 р.), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Миколаївської державної аграрної академії протягом 1997 - 2002 рр., Міжнародній науково-технічній конференції ХДТУ сільського господарства 2001р., Міжнародному науковому симпозіумі, присвяченому 50-річчю факультету механізації та електрифікації сільського господарства АДУМ (Молдова, 2000 р.).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 10 наукових статтях, в тому числі одна стаття видана без співавторів. Всі статті опубліковані в фахових виданнях, затверджених "Перелік ВАК…". Отримане позитивне рішення по заяві №2001021112.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів і загальних висновків, викладених на 114 сторінках машинописного тексту, включає 30 рисунків і фотографій, кінограм, 11 таблиць, список літератури 141 найменування, в тому числі 12 іноземних. Загальний обсяг роботи становить 203 сторінки, в т.ч. 48 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, що досліджувалася, визначена наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, подана загальна характеристика роботи.

У першому розділі "Аналітичний огляд конструктивних рішень качановідокремлювальних апаратів" наведений короткий огляд існуючих технологій збирання кукурудзи на зерно, аналіз досягнутого технічного рівня кукурудзозбиральних машин. Розроблено класифікаційну схему конструкцій качановідокремлювальних апаратів, що дозволяє розкрити особливості виконання технологічного процесу для кожної групи та встановити закономірності руху стебла і відокремлення качанів, визначити основні недоліки та переваги кожної із конструкцій. Оцінка ефективності роботи качановідокремлювальних апаратів визначалася за основними трьома критеріями, які характеризують якість виконання технологічного процесу. До них було віднесено втрати качанів ПП, їх травмування ТП, ступінь забрудненості вороху ЗВ.

Виходячи з аналізу тенденцій розвитку конструкцій та комплексної оцінки роботи качановідокремлювальних апаратів, визначено, що найбільш розповсюдженими та перспективними з точки зору зменшення втрат качанів, забезпечення мінімального пошкодження качанів є пікерно-стриперні апарати, але не зважаючи на вказані переваги суттєвим недоліком цих апаратів є інтенсивне очісування листостеблевої маси, яке приводить до забруднення вороху. В зв'язку з цим вище приведені апарати не задовольняють сучасним вимогам збирання кукурудзи на зерно. Попередні теоретичні дослідження (П.П. Карпуши, Л.І. Анісімової, Н.В. Туделя, І.І. Резніченко, В.С. Курасова, М.Ю. Резника та ін.), присвячені вивченню та удосконаленню пікерних качановідокремлювальних апаратів, або роботі стеблеподаючих та захоплюючих органів. До теперішнього часу досліджень сумістної роботи пікерних вальців та стриперних пластин проводилось не достатньо тому ця проблема є актуальною. В заключній частині розділу сформульовані і визначені задачі досліджень.

У другому розділі "Дослідження процесу роботи та обгрунтування параметрів качановідокремлювального апарата", вирішено два основних завдання: умовне розділення технологічної робочої зони качановідокремлювального апарата та вивчення основних варіантів відокремлення качанів від стебла.

Під час роботи пікерно-стриперного апарата, можливо умовно виділити п'ять послідовних технологічних зон. Перша зона Lм - орієнтації стебла мисами русла комбайна; друга зона Lзк- дії подаючих ланцюгів та західних конусів протягуючих вальців на стебла, третя зона Lсп - вільного протягування стебла вальцями; четверта зона Lоп- відокремлення качанів; п'ята зона Lак- транспортування відокремлених качанів. Розділення на умовні зони проводилось на основі аналізу окремих частин стебла кукурудзи: h1 - довжина стебла від поверхні грунту до початку протягуючих вальців; h2 -довжина стебла від поверхні грунту до місця його захвату вальцями; h3 -мінімальна відстань розташування качана від поверхні грунту; h4 -максимальна відстань розташування качана від поверхні грунту; h5 - верхівка стебла. З гістограми очісування листостеблевої маси видно, що інтенсивне очісування починається з третьої зони і продовжується до п'ятої (14-18,4%).

Виходячи з аналізу основних зон технологічного процесу, обгрунтовані такі конструктивні параметри, які мають найбільший вплив на якість виконання технологічного процесу: частота обертання протягувальних вальців, діаметр вальців по вершинах рифів та гарантований зазор між вершинами рифів та кут нахилу стриперної пластини.

В роботі на основі аналізу протягування стебел та обгрунтуванням заміни кута тертя на кут захвата запропонована умова (1), яка дозволяє перейти до визначення параметрів робочих органів качановідокремлювального апарата:

, (1)

де rп - радіус качана, м;

- максимальний зазор між вальцями, м;

- початковий зазор між вальцями, м;

- максимальний діаметр стебла, м;

бзащ - кут защемлення качана, град;

бзах - кут захвату стебла вальцями, град.

Ліва частина умови (1) визначає максимальне значення радіуса для відокремлення качанів без пошкоджень, права - мінімальне його значення для надійного захвату стебла.

Для усунення порушень технологічного процесу у вигляді заклинення качанів права частина умови (1) дорівнює:

, (2)

де hзах - товщина рослинного шару до захвату, м;

R - радіус протягувального вальця, м.

Для виключення очісування листостеблевої маси, яка засмічує ворох качанів, запропоноване на рівні новизни, конструктивне рішення апарата з протягуючими вальцями, які мають торцеву рифлену поверхню та гарантований зазор, що надає можливість протягування стебел з постійним кутом.

З проведених досліджень встановлена швидкість протягування стебла, як основний кінематичний параметр, від якого залежать продуктивність качановідокремлювального апарата, втрати качанів та їх травмованність, визначається згідно умови:

, (3)

де гmax - щільність стебла в зоні протягування;

е - коефіцієнт враховуючий довжину пластини;

з - коефіцієнт буксування;

qп - подача рослин.

З метою з'ясування можливих варіантів відокремлення качанів від стебел шляхом інерційного відокремлення, центрального та косого ударів, защемленням між поверхнями проводились дослідження процесу його руху на передаточній ділянці. Рух качана при інерційному відділенні на цій ділянці "протягування-відокремлення" відбувається в напрямках: переносному навколо центру О та відносному вздовж стебла. При цьому на нього діє нормальна Фп та дотична Фт сили інерції, а також сила Каріоліса Фк.

Швидкість качана в процесі протягування змінюється від мінімального значення до швидкості протягування стебла вальцями Vпр. В процесі протягування стебла качан відхиляється від вертикалі з деякою кутовою швидкістю до кінцевого значення відхилення о. Величина цього кута залежить від стану та фізико-механічних характеристик плодоніжки.

Сила натягу плодоніжки при сталому русі в напрямку стебла дорівнює:

, (4)

де п - кутова швидкість качана;

lсm - змінне значення довжини стебла;

g - прискорення вільного падіння.

Таким чином натяг стебла залежить від кутової швидкості качана п, довжини стебла Iсп та кута відхилення о. При протягуванні початкова довжина стебла зменшується, а величина кута відхилення стебла ц0 - під дією стриперних пластин буде збільшуватися. Початкова довжина стебла Iсн, яке протягується з швидкістю протягування vпр, визначається рівнянням:

Iсп=Iсн-vпр t, (5)

де t - час протягування, с.

В системі "стебло-качан" головний момент зовнішніх сил Мо є моментом сили тяжіння відносно центру 0:

Мо=G Iсп cos0, (6)

а кінетичний момент системи дорівнює:

Ко=. (7)

Так як

Iсп=Iсн -Vпр t

тоді

,

після перетворень, будемо мати:

, (8)

Отримане диференційне рівняння відноситься до розряду спеціальних і в загальному виді не інтегрується. Тому воно вирішується численними методами. Для цього виконані наступні перетворення. Вводимо безрозмірний аргумент = t/tо, фізична сутність якого визначає відношення часу в деякий момент до загального часу протягування стебла tо:

; ; (9)

тоді, безрозмірне кутове прискорення визначається згідно рівняння:

. (10)

Проведений аналіз дозволяє визначити можливість інерційного відокремлення качана від стебла в будь-який момент часу. При цьому можливо визначити максимальне значення сили інерції качана, яке не повинне перевищувати зусиль його відокремлення. Для його визначення необхідно провести додаткові експериментальні дослідження механіко-технологічних властивостей системи "качан-плодоніжка-стебло".

В більшості випадків, відокремлення качана виникає внаслідок удару по стриперним пластинам. Якщо качан встигне зайняти горизонтальне положення під час протягування, а кут нахилу стриперної пластини б0 відносно горизонталі буде р/2, то виникне центральний удар качана по стриперним пластинам.

Перед ударом абсолютна швидкість переміщення центру ваги качана складає:

(11)

В момент взаємодії качана зі стриперними пластинами на нього діють сила удару Руд. ц та сила тертя Т. Так як, плодоніжка качана не є абсолютно пружною, необхідно рахувати зусилля її натягу Qц. Не враховуючи силу тяжіння качана в відповідності з теоремою про змінення кількості руху маємо: до удару

, (12)

після удару

. (13)

Сумісним рішенням рівнянь (12) і (13) визначається сила натягу плодоніжки:QЦ=. (14)

Тоді сила при центральному ударі дорівнює:

, (15)

де tуд - час удару качана, с.

Якщо качан не зайняв вертикального положення, то його удар буде косим з швидкістю vr. Момент кількості руху відносно вісі центру вальців для цього випадку складає:

L=m kв(vr+vпр sin 0)h, (16)

де m - вага качана, кг;

kв- коефіцієнт відновлення качана;

h - відстань між точкою удара і центром ваги качана, мм.

Після відповідних замін і математичних перетворень з рівняння (16) отримаємо силу натягу плодоніжки Qк та силу удару Руд.к:

Qк=; (17)

. (18)

Розв'язуючи рівняння (18) при постійних значеннях швидкості протягування та коефіцієнта тертя визначаємо силу натягу плодоніжки при косому ударі, яка в 1,8 рази менша, чим при центральному. Таким чином при відокремленні качанів перевагу слід віддати косому удару.

Положення качана між двома поверхнями АС і АК відповідає його защемленню. Умови відокремлення без травмування качана залежать від величини кута втягування кр.вт, діаметра качана dпл та зазору між пластинами і вальцями в зоні деформації. Відокремленню качана від плодоніжки буде передувати його зупинка при критичному значенні кута втягування вт, який виключає перевищення нормальних сил N1 і N2 над міцністю качана. Коли зовнішні реакції Р 1 і Р 2 будуть відхилятись від нормалей не більш, чим на кути тертя 3 і 4, тоді після зупинки стебла загальне зусилля, необхідне для відокремлення качана Ротр, буде при рівнянні:

Ротр. (19)

Зусилля натягу плодоніжки Q, яке створюється зусиллям протягування Рпр, складає:

. (20)

Після підстановки та перетворень зусилля відокремлення можна отримати з рівняння:

, (21)

де кр - критичний кут втягування; 3, 4 - кути тертя.

Проведений теоретичний аналіз обгрунтування основних зон технологічного процесу роботи качановідокремлювального апарата та варіантів відділення качанів від стебел дозволили отримати аналітичні залежності для розрахунку швидкості обертання вальців, діапазону зміни кута встановлення похилої стриперної пластини та зусиль протягування стебел, які забезпечують зменшення втрат качанів та їх травмованість.

В третьому розділі "Програма і методика експериментальних досліджень" представлені експериментальні дослідження, які проводяться в два етапи. На першому етапі встановлюються фізико-механічні характеристики та розмірно-масові параметри складових рослин кукурудзи. На другому етапі проводяться дослідження технологічного процесу відокремлення качанів від стебел на оригінальній установці в лабораторних умовах. Польові випрбування експериментального качановідокремлювального апарата виконуються на серійному комбайні ККП-3 в господарствах Миколаївської області. Хід проведення експериментальних досліджень фіксується фото та відео зйомкою з наступним покадровим вивченням технологічного процесу відокремлення качанів від стебел.

Програма експериментальних досліджень передбачає:

визначення фізико-механічних властивостей рослин кукурудзи в період збирання;

дослідження впливу режимів роботи нового качановідокремлювального апарата на втрати качанів, їх травмованість, ступінь очісування листостеблевої маси;

оцінку впливу параметрів взаємного розташування робочих органів та режимів роботи на показники якості виконання технологічного процесу.

Для визначення основних фізико-механічних показників рослин кукурудзи використовуються загальні і часні методики та виготовлені спеціальні прилади. При дослідженні технологічного процесу відокремлення качанів від стебел використовується спеціально розроблена лабораторна установка на базі кукурудзозбиральної приставки ППК-4, обладнаної експериментальним руслом.

Експериментальні дані обробляються методами математичної статистики. Всі розрахунки виконувалися з використанням табличного процесора "Excel".

З метою скорочення обсягу експериментальних досліджень, зменшення числа переналагоджень лабораторної установки, а також отримання необхідної об'єктивної інформації про залежність величин втрат качанів та їх травмованості, забрудненості вороху качанів від одночасної зміни декількох кінематичних режимів, використовувався план Бокса.

Основними критеріями оптимізації, за якими оцінювалася якість виконання технологічного процесу є величина травмованості качанів (ТП), втрати качанів при збиранні (ПП) та засміченість вороху качанів (ЗВ).

В четвертому розділі "Результати експериментальних досліджень" досліджувалися сорти кукурудзи Дніпровський 281 ТВ і Жеребковський 90 МВ. Кукурудза на зерно вирощувалася на зрошуваних і богарних ділянках, площею від 50 до 220 гектарів з дотриманням агротехніки, за індустріальною технологією, з міжряддям 70 см та густотою рослин 55-62 тисячі штук на гектар.

В результаті проведених експериментальних досліджень встановлено, що полеглість рослин і пониклість качанів змінюються. Затягування термінів збирання більш 10 днів приводить до збільшення цих показників, що значною мірою впливає на якість протікання технологічного процесу. Залежно від метеорологічних умов змінюється фаза стиглості і відповідно - вага качанів від 80 до 410 г.

Вивчення фрикційних властивостей кукурудзи дозволило визначити, що у всіх елементів рослин (стебло, обгортка, плодоніжка, качан) найбільше значення мають коефіцієнти тертя по гумовій поверхні, найменше по пластмасі. Із збільшенням вологості рослин коефіцієнти тертя зростають незалежно від виду поверхні.

Качани мають відносно високу стійкість до статичних і динамічних навантажень. При досягненні кукурудзою повної стиглості опір качанів, стискаючому статичному навантаженню, зростає, однак сили стискання не повинні перевищувати критичні зусилля Ркр<50-65 Н. З зменшенням вологості качанів стійкість до ударних навантажень знижується, тоді як зв'язок зерна зі стержнем послаблюється. При цьому критична швидкість співударяння не повинна перевищувати 4,2 м/с. При згинанні плодоніжки під різними кутами на екзстензометрі підтверджено, що опір, необхідний для відокремлення качанів зменшується в 2 - 3 рази при орієнтації качана на кут 450-650. Внаслідок цього травмованість качанів зменшується на 5 - 15%.

На підставі проведеної експертної оцінки та в результаті виконаних лабораторних досліджень виявлені основні фактори, що впливають на якість виконання технологічного процесу качановідокремлювального апарата: величина подачі рослин Х 1, частота обертання протягуючих вальців Х 2, зазор між рифами Х 3, кут нахилу однієї Х 4 і кут загострення другої стриперної пластини Х 5. Критеріями оптимізації вибрано: втрати качанів, їх травмованність та забруднення вороху качанів.

Після математичної обробки результатів експерименту отримана система з трьох рівнянь регресії. Перетворивши їх, після статистичної оцінки значущості коефіцієнтів рівнянь і відкидання незначущих, отримаємо систему математичних рівнянь, які адекватно описують якість виконаного технологічного процесу:

ПП= 3,079+0,709Х 21-0,190Х 22-0,340Х 23-0,490Х 24-0,240Х 25+0,611Х 1-0,376Х 2-0,291Х 2+0,700Х 4+0,909Х 5+0,396Х 1·Х 2+0,771Х 1·Х 3+0,340Х 1·Х 4+ 0,653Х 1·Х 5+0,190Х 3·Х 5; (24)

ТП= 4,839+1,702Х 21-0,047Х 22-0,698Х 23-0,848Х 24-0,802Х 25+1,838Х 1-0,105Х 2-1,062Х 3+0,829Х 4+0,397Х 5+0,181Х 1·Х 2-0,056Х 1·Х 3+0,313Х 1·Х 4+0,388Х 2·Х 4+0,55Х 3Х 4+0,694Х 4·Х 5; (25)

ЗВ=5,800+2,392Х 21-0,858Х 22-0,992Х 23-1,542Х 24+0,292Х 25+3,347Х 1- 1,211Х 3+1,588Х 5+0,259Х 1·Х 2-0,172Х 1·Х 4-0,441Х 2·Х 4-0,472Х 3·Х 4. (26)

Подальший аналіз результатів експерименту проводився графічним методом з використанням методу двомірних перерізів при послідовній установці декількох незалежних чинників на фіксованій величині

Розглядаючи побудовані лінії "рівного виходу" можна зробити висновок, що зони оптимального перетину факторів обмежені дугами кривих ТП; ПП; ЗВ в точках А; В; С і D; Е; F. При цьому травмованість качанів буде знаходиться в межах 1%<ТП<2%; втрати качанів 2%<ПП<3% і забрудненість вороху качанів 11%<ЗВ<12%. Для даного технологічного режиму частота обертів протягуючих вальців не повинна перевищувати 820 об/хв., а величина подачі 15кг/с. При розгляданні факторів Х1 і Х2 видно, що зони оптимального поєднання факторів обмежені кривими ТП; ПП; ЗВ в точках А;В і С;D і С;Е;F. При цьому травмованість качанів буде знаходиться в межах 1%ТП2%; втрати качанів будуть менше 5% і забрудненість вороху качанів у межах 9%<ЗВ<10%.

При розгляданні факторів Х 1 і Х 4 зони оптимального поєднання факторів обмежені кривими ТП; ПП.; ЗВ в точках А; В, Н, С, К і А, В; С, D, E, F. При цьому травмованність качанів буде знаходитися в межах 3%<ТП<4%; втрати качанів будуть в 3%<ПП<4%; і забрудненість вороху качанів менш ніж 12%. При розгляданні факторів Х 1 і Х 5 видно, що зони оптимального поєднання факторів знаходяться в двох зонах. Перша зона обмежена точками А; В, С, F і В, С, D, Е. При цьому травмованність качанів складає 4%<ТП<5%; втрати качанів менше 2%, а засміченість вороху 10%<ЗВ<11%. У другій зоні травмованність менше 5%, втрати менше 2%, але зростає засміченість вороху качанів до 14%.

Виходячи з аналізу результатів експерименту, визначені діапазони оптимального поєднання незалежних факторів. При втратах качанів 1-2%, травмованість качанів 2-3% і забрудненості вороху не більше 8% необхідно, щоб частота обертання протягуючих вальців була не більше 820 об/хв., кут нахилу стриперної пластини був 65%, кут загострення пластини 750, зазор між рифами повинен бути в межах 5-10 мм, подача стебел 72 рослини в хвилину.

Польові випробування експериментального комбайна ККП-3Е "Херсонець-9" підтвердили доцільність висновків, зроблених за результатами теоретичних і лабораторних експериментальних досліджень. Порівнювання показників роботи проводилися з серійним зразком кукурудзозбирального комбайна ККП-3. При цьому на експериментальному комбайні в порівнянні з серійним, втрати вільними качанами не перевищували 1%, травмованість качанів зменшилася до 1-2%, а забрудненість вороху не перевищувала 9%.

В п'ятому розділі "Оцінка економічної ефективності комбайна з новим качановідокремлювальним апаратом" наведено розрахунки економічного застосування експериментального комбайна ККП-3Е з новим качановідокремлювальним апаратом. Розрахунки наведені за результатами випробувань кукурудзозбирального комбайну з експериментальним руслом, згідно методик вивчення економічної ефективності та використання в сільському господарстві нової техніки (табл. 1).

Таблиця 1 Показники економічної ефективності збирання кукурудзи на зерно від впровадження експериментального комбайна ККП-3Е з новим качановідокремлювальним апаратом

Назва показників	Значення	Величина
Річна економія праці, чол. год.	Еп	29,71
Ступінь зниження витрат праці, %	Спр	26,0
Річний економічний ефект від впровадження комбайна, грн.	Еп	7050,0
Річний економічний ефект від впровадження нового качановідокремлювально-го апарата, грн.	Ер.е.	829,6
Термін окупності комбайна, років	Z	4,2
Термін окупності нового качановідокремлювального апарата, років	Zc	4,05

Таким чином, річний економічний ефект від впровадження запропонованого кукурудзозбирального комбайна ККП-3Е склав, в умовах випробувань, 7050 грн.

Загальні висновки

1. Проведеними дослідженнями обгрунтовано істотне підвищення ефективності технологічного процесу відокремлення качанів кукурудзи від стебел при застосуванні запропонованого пікерно-стриперного качановідокремлювального апарату, зокрема зменшення втрат качанів в 0,6 - 1,7, їх травмованості в 2 - 2,4 рази та забруднення вороху на 10 -12%.

2. Доведено, що за комплексною оцінкою якості виконання технологічного процесу найбільш перспективним качановідокремлювальним апаратами кукурудзозбиральних комбайнів є пікерно-стриперні. Для них обумовлено, допустимі значення швидкості Vп (3) та зусиль протягування Рпр (15,18), при яких забезпечується мінімальні втрати, травмованість качанів та забрудненість вороху.

3. На основі теоретичних досліджень запропонована конструктивна схема нового качановідокремлювального апарата пікерно-стриперного типу та визначені основні фактори, які впливають на якість виконання технологічного процесу, а саме: частота обертання протягуючих вальців, кут нахилу першої та кут загострення другої стриперних пластин, відстань між рифами вальців та кути їх загострення.

4. Отримані залежності для визначення конструктивних параметрів нової схеми качановідокремлювального апарата: діаметра протягуючих вальців Dв, зазору між рифами протягуючих вальців S, кута нахилу стриперної пластини .

5. Експериментальні дослідження механіко-технологічних характеристик качанів і складових рослин кукурудзи виявили високу стійкість качанів під дією ударних та статичних навантажень. Встановлено, що критична швидкість удару качана Vкр не повинна перевищувати 4,2 м/с, коефіцієнт відновлення качана Кв складає 0,38...0,52, зусилля зв'язку качана з плодоніжкою - 0,13...0,37 кН та збільшується по лінійній залежності із збільшенням кута прикладання сили.

6. Проведені експериментальні дослідження дозволили визначити зони оптимального співвідношення чинників (при частоті обертання протягуючих вальців не більш 820 об/хв, кута нахилу першої стриперної пластини 650, кута загострення другої - 750, відстані між рифами 5-10 мм, кута загострення рифів 450), при яких травмування качанів знаходиться в межах 2-3%, забрудненість вороха не перевищує 8%, втрати качанів складають 1-2%.

7. Порівняльні випробування експериментального та серійного комбайнів, проведених в польових умовах довели, що при роботі кукурудзозбирального комбайна з новим качановідокремлювальним апаратом втрати вільними качанами не більше 1%, їх травмованість не перевищує 2%, а забрудненість вороху знаходиться в межах 6-8%.

8. Річний економічний ефект від впровадження запропонованого кукурудзозбирального комбайна ККП-3Е, обладнаного розробленими пікерно-стриперними качановідокремлюваними апаратами, складає 7050 грн.

9. Розроблену методику визначення основних показників та режимів роботи нового качановідокремлювального апарата та відповідне програмне забезпечення для їх розрахунку на ПЕОМ передано ВАТ "Херсонські комбайни" для використання при розробці кукурудзозбиральних комбайнів.

Основні публікації по темі дисертації

1. Бондаренко О.В. Аналіз існуючих качановідокремлювальних апаратів кукурудзозбиральних машин// Вісник аграрної науки Причорномор'я: Збірник наукових праць МДАА, випуск 1(15) - Миколаїв, 2002. - С. 226 - 230.

2. Бондаренко А.В., Рженецкий А.Л. Повышение надежности протекания технологического процесса початкоотделяющих аппаратов очесывающего типа//. Simpozion sюiintific jubiliarcu participare internaюionalг, lucrгri ЄTIINЮIFICE, 2000, c. 94-96. (Особистий внесок - обгрунтування параметрів стриперних пластин, протягувальних вальців).

3. Гольдшмідт О.В., Бондаренко О.В. Аналіз технологічного проце-су відокремлення качанів кукурудзи// Вісник Харківського державного тех-нічного університету сільського господарства: Збірник наукових праць ХДТУсг, випуск 7. - Харків, 2001. С.239-245. (Особистий внесок - визначення основних зон пікерно-стриперного апарата, аналітичні залежності конструктивних і кінематичних параметрів качановідокремлювального апарата).

4. Гольдшмідт О.В., Бондаренко О.В. Експериментальні дослід-ження качановідокремлювального апарата з метою оптимізації конструк-тивних і кінематичних параметрів //Науково теоретичний фаховий журнал "Вісник аграрної науки Причорномор'я":Спеціальний випуск 4(18),Том 2 .-Миколаїв,2002.-С.239-243.(Особистий внесок-визначення вихідних даних та отримання рівнянь регресії).

5. Гольдшмідт О.В., Бондаренко О.В. Результати польових випробувань експериментального комбайна ККП-3Е з новим качановідокремлювальним апаратом// Вісник аграрної науки Причорномор'я: Збірник наукових праць МДАА, випуск 5. - Миколаїв, 2001. - С.290-294. (Особистий внесок - програма і методика польових випробувань).

6. Гребенюк Г.І., Кузенко Д.В., Бондаренко О.В. Аспекти дослідження кукурудзозбиральних машин на зерно// Вісник аграрної науки Причорномор'я: Збірник наукових праць МДАА, випуск 1 (6). - Миколаїв, 1999. - С. 135-139. (Особистий внесок - теоретичні та експериментальні дослідження закономірностей руху стебел в качановідокремлювальних апаратах).

7. Гребенюк Г.І., Кузенко Д.В., Бондаренко О.В. Конструктивно-технологічні передумови вдосконалення качановідокремлювальних пристроїв кукурудзозбиральних машин// Вісник аграрної науки Причорномор'я: Збірник наукових праць МДАА, випуск 2 (7). - Миколаїв, 1999. - С. 133-137.(Особистий внесок - теоретичний аналіз відокремлення качанів від стебел, перспективні конструктивні схеми качановідокремлювальних апаратів).

8. Кузенко Д.В., Тимощук В.Ю., Бондаренко О.В. Шляхи розширення технологічних можливостей русел кукурудзозбиральних машин на зерно// Вісник аграрної науки Причорномор'я: Збірник наукових праць МДАА, випуск 1 (8). - Миколаїв, 2000. - С. 92- 95. (Особистий внесок - аналіз руху качана в комбінованому руслі).

9. Кузенко Д.В., Бондаренко О.В., Тимощук В.Ю. Теоретичний ана-ліз підвищення якісних показників качановідокремлювальних апаратів кукурудзозбиральних машин// Вісник аграрної науки Причорномор'я: Збірник наукових праць МДАА, випуск 2 (9). - Миколаїв, 2000. - С. 196-203. (Особистий внесок - теоретичні дослідження зусиль відокремлення качанів, варіанти відокремлення качанів).

10. Позитивне рішення на винахід № 2001021112 (Україна) кл. 7А 01Д 65/02 "Спосіб збирання кукурудзи" (співав. Тростяний М.Я., Кузенко Д.В., Тимощук В.Ю.). (Особистий внесок - обгрунтування кутів орієнтації качанів та протягування стебел).

Размещено на Allbest.ruРазмещено на Allbest.ru

...