автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование основных параметров и рациональной схемы энергопитания ручных пневматических чаеподрезочных аппаратов

Введение

Глава I. Современное состояние проблемы механизации чаеподрезочных операций в горных условиях

1.1. Обзор и анализ конструкций ручных чаеподрезочных аппаратов

I.1.2.Обоснование применения пневматических подрезочных аппаратов для операций подрезки чая

1.2. Выводы и постановка задач исследований

Глава 2. Разработка схем энергопитания ручных пневматических чаеподрезочных аппаратов

2.1. Энергопитание ручных пневматических аппаратов от баллонов с воздухом высокого давления

2.2. Энергопитание ручных аппаратов от передвижного компрессорно-баллонного агрегата (ПКЕА)

2.3. Энергетический анализ схем энергопитания пневмопривода ручных аппаратов

Глава 3. Математическая модель пластинчатого пневмопривода с баллонным питанием сжатым воздухом

3.1. Состояние теории пластинчатого пневмопривода

3.2. Расчетные уравнения динамики пластинчатого пневмопривода

3.3. Уравнения рабочих процессов в камерах пластинчатого пневмомотора

3.4. Уравнения механических характеристик пластинчатых пневмомоторов

3.5. Математическая модель пластинчатого пневмопривода с применением теории подобия

3.6. Учет утечек и перетечек сжатого воздуха в пневмо-моторе.

3.7. Особенности решений на ЭВМ математической модели привода.

Глава 4. Разработка методики выбора рациональных параметров пластинчатого пневмопривода с автономным питанием

4.1. Апроксимация механических характеристик пневмомоторов с целью динамических расчетов привода аппарата

4.2. Влияние давления питания и утечек и перетечек на механические характеристики пластинчатого пневмо-мотора.

4.3. Обоснование критериев выбора параметров пневмопривода чаеподрезочных аппаратов

4.4. Выбор параметров пластинчатого пневмопривода и системы автономного питания сжатым воздухом

4.5. Определение экспериментальных коэффициентов родящих в математическую модель пластинчатого пневмопривода

4.6. Экспериментальная проверка расчетных механических характеристик пластинчатого ручного подрезочного аппарата.

Глава 5. Полевые испытания ручного пневматического чаеподре

8очного аппарата с питанием от ПКБА

5.1. Результаты полевых испытаний ручного пневматического чаеподревочного агрегата

5.2. Эргономические исследования условий труда механизатора при работе с ручным пневматическим чаеподре-зочным агрегатом

Глава 6. Расчет экономической эффективности пневматического чаеподрезочного агрегата (РПЧА)

6.1. Исходные данные.

6.2. Расчет экономических показателей.

6.3. Расчет верхнего лимита цены пневматического чаеподрезочного агрегата (РПЧА)

ЦК КПСС на своем пленуме 24- мая 1982 года одобрил "Продовольственную программу СССР на период до 1990 года".Продовольственная программа СССР отвечает коренным жизненным интересам советских людей.Выполнение ее обеспечит дальнейший рост благосостояния трудящихся,поступательное движение советского общества на пути к коммунизму.

Одним из основных условий реализации "Продовольственной программы СССР на период до 1990 года" является обеспечение высоких темпов сельскохозяйственного производства,ускорение внедрения достижений науки и передового опыта [11].

Советское правительство уделяет большое внимание субтропическому хозяйству нашей республики.Особая важность развития этой отрасли предусмотрена постановлением Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР от 27 сентября 1979 года "О мерах по увеличению производства южных и субтропических культур и дальнейшему ускоренному развитию сельского хозяйства в Грузинской ССР".

Грузинская ССР является основным поставщиком чая в нашей стране.Здесь собирается и сдается государству 95 % всего производимого в стране чая.Однако,специфические рельефно-климатические условия (Грузия - горная страна) накладывают своеобразные требования на возделывание и уборку сельскохозяйственных культур и,в частности,чая.Так по положению на 1978 год из общей площади чайных плантаций на равнинах и склонах крутизной до 10° было расположено около 56 тыс,га,на склонах крутизной от 10° до 20° - II тыс.га,а на склонах крутизной свыше 20° - около 3,5 тыс.га /29/.При этом следует отметить,что большинство чайных плантаций характеризуется мелкоконтурностью участков и неправильной конфигурацией,что в определенной мере осложняет эффективное применение мобильных технических средств,предназначенных для механизации производственных процессов в чаеводстве.Несмотря на это,благодаря усилиям ученых и конструкторов "под полной комплексной механизацией находится около 10 тыс.га чайных плантаций,расположенных на равнинах и склонах крутизной до 10°,под частичной механизацией (без сбора) находятся все 50 тыс.га чайных плантаций" /29/.

Созданные равнинные и горно-равнинные машины,предназначенные для нужд чайного хозяйства,результаты их испытаний позволяют надеяться,что в перспективе вопрос комплексной механизации чайных плантаций,расположенных на равнинах и склонах до 20°,будет успешно решен.Б перспективе мобильными машинами и ручными аппаратами будет убрано 55330 га чайных плантаций,из них мобильными машинами 14251,4 га,ручными аппаратами 41078,6 га /67,687.

Вместе с тем следует отметить,что до последнего времени не были механизированы чайные плантации с шириной междурядий 1,25 м и шахматной посадки,общее количество которых составляет около 15 тыс.га.Если учесть,то обстоятельство,что из этих плантаций около 10 тыс.га расположено на крутых склонах,то,как указывает проф. Кереселидзе Ш.Я.:".*очевидно,их нельзя будет механизировать,так как создание машин для их механизации будет дорогостоящим и неэффективным. Для таких плантаций необходимо применять ручные моторизованные чаеподрезочные и чаесборочные аппараты /297.

Целью настоящей работы является создание ручного пневматического чаеподрезочного аппарата и системы его энергопитания с высокими технико-экономическими и эргономическими показателями и разработка методов их расчета.

В качестве объекта исследований принят ручной пневматический чаеподрезочный аппарат с пластинчатым пневмомотором и автономной системой энергопитания.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

-разработана наиболее полная математическая модель пластинчатого пневмопривода ручного чаеподрезочного аппарата с автономным питанием с учетом утечек и перетечек сжатого воздуха внутри пнев-момотора;

-предложен метод определения пусковых свойств пластинчатого пневмомотора с учетом утечек и перетечек сжатого воздуха между камерами мотора;

-разработана методика выбора основных параметров ручного чаеподрезочного аппарата с пластинчатым пневмомотором и системы его энергопитания на основе энергетических и динамических критериев.

По материалам диссертации опубликовано 4 работы /61.647 и получено положительное решение о выдаче авторского свидетельства по заявке № 3672506/25-06(170247),1984 Г./657.

- 143 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Показана целесообразность применения ручных пневматических чаеподрезочных аппаратов в условиях горного чаеводства по сравнению с аппаратами,оснащенными двигателями внутреннего сгорания или электромоторами.Установлено,что наиболее перспективен для использования в качестве двигателя пластинчатый пневмомотор.

2.Разработаны две схемы энергопитания ручных пневматических чаеподрезочных аппаратов: питание от баллонов с воздухом высокого давления или от передвижного компрессорно-баллонного агрегата (ПКЕА).На основе энергетического анализа этих схем и анализа технологического процесса подрезки чая установлено,что питание от ПКЕА обладает энергетическим преимуществом.Выявлены области рационального использования предложенных схем энергопитания сжатым воздухом. Для эффективного использования баллонного питания предложено устройство для быстрой заправки баллонов сжатым воздухом.

3.С целью разработки инженерной методики расчета ручных пневматических чаеподрезочных аппаратов и системы их энергопитания составлена и реализована на ЭВМ уточненная математическая модель пластинчатого пневмопривода для получения механических характеристик привода (включая пусковые показатели) с учетом утечек и перетечек сжатого воздуха между рабочими камерами пластинчатого пневмомотора.

4.На основе выбранных критериев подобия получены расчетные (с использованием ЭВМ) безразмерные механические характеристики пластинчатого пневмомотора при различных давлениях питания и уровня утечек и перетечек в пневмомоторе,которые позволяют определять реальные механические характеристики пластинчатых пневмомоторов в широком диапазоне изменения их основных конструктивных параметров.

5.Предложены и обоснованы два критерия для выбора основных конструктивных параметров привода (в том числе и передаточное отношение редуктора) чаеподрезочного пневматического аппарата и системы его энергопитания: а) экономическое использование сжатого воздуха при минимальной массе привода; б) коэффициент неравномерности вращения выходного вала мотора или редуктора как показатель виброактивности аппарата.

6.Экспериментально доказана правомерность принятых теоретических предпосылок,положенных в основу методики расчета параметров ручного пневматического чаеподрезочного аппарата и системы энергопитания.

7.Анализ динамики установившегося режима работы ручного пневматического чаеподрезочного аппарата показал,что наличие редуктора в приводе аппарата не всегда способствует снижению коэффициента неравномерности.Выявлены области,в которых наблюдается рост или снижение коэффициента неравномерности при введении в конструкцию аппарата редуктора в зависимости от соотношения параметров технологического процесса подрезания и параметров привода и рабочих органов аппарата.

8.Разработана инженерная методика расчета основных конструктивных параметров ручного пневматического чаеподрезочного аппарата и системы его энергопитания,позволяющая на стадии проектирования предусмотреть выполнение требуемых технико-экономических и эргономических показателей.

9.Изготовлены и испытаны в полевых условиях опытный образец ручного пневматического аппарата и передвижной компрессорно-баллонный агрегат для питания сжатым воздухом.Испытания показали,что аппарат обладает при сохранении прежнего веса (по сравнению с электрическим чаеподрезочным аппаратом) большей мощностью и обеспечивает некоторое увеличение производительности при сохранении качества подрезки чая за счет более высокой технологической скорости и меньшего числа простоев связанных с технологическими и техническими неполадками.

10.Годовой экономический эффект от использования опытного образца ручного пневматического чаеподрезочного аппарата с питанием от ПКБА составляет 245 руб.по. сравнению с электрическим ручным чаеподрезочным аппаратом РЧА-350.

11.Ведомственные испытания разработанного автором чаеподрезочного аппарата с ПКБА дали положительные результаты.Чаеподрезочный агрегат рекомендован к производству для внедрения в чайных хозяйствах республики.

Результаты и предложенная в данной работе методика расчета ручного пневматического чаеподрезочного аппарата с автономным питанием могут быть использованы при проектировании ручных аппаратов с рабочими органами возвратно-поступательного или вращательного движения, предназначенных для других целей (обрезка ягодных кустарников и виноградников,подрезка и формирование газонных насаждений и пр.).Указанная методика использована в НПО ?Мехинструмент" (г. Павлово-на-Оке) при проектировании чаеподрезочного аппарата с пневмоприводом.

1. Продовольственная программа СССР на период до 1990 года и меры по ее реализации.М.: Правда,1982,109 с.

2. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР от 27 сентября 1979 г. to 896 "О мерах по увеличению производства южных и субтропических культур и дальнейшему ускоренному развитию сельского хозяйства в Грузинской ССР

3. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин.-М.: Наука,1975, 640 с.

4. Агрегат пневматический садовый.Б 762708.-М.:ВНТИЦ,1979,II с.

5. Бочоришвили Р.Г. Исследование динамики и технологических показателей ручных чаеподрезочных аппаратов с обоснованием рациональной схемы энергопитания.Дис.на соиск.учен.степ.канд.техн. наук.-Тбилиси,1978,с.9-24.

6. Бродианский В.М. Эксергический метод термодинамического анализа.-М.: Энергия,1973,296 с.

7. Борисенко К.С. Пневматические двигатели горных машин.-М.: Углтехиздат,1958,203 с.

8. Боровков А.А. К теоретическому исследованию рабочих процессов поршневого пневматического двигателя.-М.: Изв.вузов.Горный журнал,1964,№ II,с.39-42.

9. Бозров В.М. Влияние формы впускных и выхлопных окон на энергетические характеристики пластинчатых пневмомоторов.-М.: ИМАШ АН СССР,деп.ВИНИТИ N2 4787-83 деп.29.08.83.v7 ;

10. Ю.Боздров В.Н. О целесообразности применения пневмоприводов вращательного движения в промышленных работах.В кн.: Промышленные работы.-М.: ВЗМИ,1980,с.66-68.

11. П.Будзко И.А. Продовольственная программа СССР и задачи сельскойэлектрификации.-Механизация и электрификация сельского хозяйства. -М.: 1983,№ 6,с.2.

12. Гегелидзе Г.И. Исследование работы режущих органов ручного аппарата для шпалерной подрезки чайного куста и определение его рациональных параметров.Дис.на соиск.учен.степ.канд.техн. наук.-Тбилиси,1965,с.I0-21.

13. Герц Е.В.,Бозров В.М. Влияние источников энергии на технико-экономические показатели автономного газового привода.-Вестник машиностроения,1983,№ 2,с.8-10.

14. Герц Е.В.,Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов.Справочное пособие.-М.: Машиностроение,1975,272 с.

15. Герц Е.В.,Полякова М.А.,Бозров В.М. Динамическая модель пластинчатого пневмомотора.-В кн.: Пневматика и гидравлика.Приводы и система управления.Вып.7.-М.: Машиностроение,1979, с.5-11.

16. Герц Е.В.,Бозров В.М. Механические характеристики пластинчатых пневмомоторов.-В кн.: Пневматика и гидравлика.Приводы и системы управлений.Вып.7.-М.: Машиностроение,1979,с.246-249.

17. Герц Е.В.,Бозров В.М. Исследование динамики пневмомоторов и поворотных пневмодвигателей с целью применения в промышленных работах.Материалы семинара "Промышленные работы и их применение. -Л.: ЛДНТП,1980,с.81-88.

18. Герц Е.В. Пневматические приводы.Теория и расчет.-М.: Маши- . ностроение,1969,359 с.

19. Гогишвили М.Г. Динамика нагружения подвижной дуги и шатуначаеподрезочного аппарата.-Субтропические культуры.-Махарадзе-Анасеули,1973,№ 3,c.II-I5.

20. Гогишвили М.Г. Экспериментальное исследование влияния зазоров на кинематические и динамические параметры чаеподрезочных аппаратов.-Тр.ГрузНИШЛЭСХ,-Тбилиси,1978,т.23,с.173-176.

21. Долидзе Г.Д. Изыскание и исследование рациональных методов технической эксплуатации аппаратов для шпалерной подрезки чая с целью повышения надежности и долговечности.Дис.на соиск. учен.степ.канд.техн.наук.-Тбилиси,1972,с.28-39.

22. Зиневич В.Д. Анализ дифференциальных уравнений рабочих процессов пневматических двигателей горных машин.-В кн.: Вопросы горной механики.-Киев: Наука думка,1969,с.263-268.

23. Зиневич В.Д.Ярмоленко Г.3.,Калита Е.Г. Пневматические двигатели горных машин.-М.: Недра,1975,344 с.

24. Зиневич В.Д. Состояние и перспективы совершенствования расчета рабочих процессов в пневматических двигателях вращательного действия.-Изв.вузов.М.: Машиностроение,1973,№ 10,с.93-96

25. Зеленицкий С.Б.,Микеров А.Г.,Рябков Е.Д. Ротационные двигатели.-Л.: Машиностроение,1976,240 с.

26. Ильичев А.С. Пневматические рудничные установки,т.I.-M.: Углтехиздат,1956,376 с.

27. Иванидзе А.А. Изыскание и исследование работы универсального аппарата для механизации глубокой и полутяжелой подрезки чайных шпалер.Дис.на соиск.учен.степ.канд.техн.наук.-Тбилиси, 1979,с.18-24.

28. Ионов Ю.П. К определению работы роторного пневматического мотора .В кн.: Механика машин.-М.: 1975,вып.2,с.28-32.

29. Кереселидзе Ш.Я. Современное состояние механизации процесса сбора чая и ее будущее.-Тбилиси,Сабчота сакартвело,1978,с. 5-6.

30. Карапетян С. Главное определяющее.Статья в газ."Тбилиси".-Тбилиси,1983 ,N2 215 (9233).

31. Кусинцин Г.И.,Зеленицкий С.Б.,Доброборский С.И.,Гринцер С.А.,

32. Кивман A.M.Дассацнер И,С. Пневматические ручные машины (справочник) .-Л.: 1968,Машиностроение,с.5-16.

33. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента.-М. : Машиностроение,1974,

34. Крейнин Г.В. Расчет пневматических устройств в безразмерных параметрах.-В кн.: Анализ и синтез машин-автоматов.-М.: 1965, с.ЮЗ-112.

35. Кириллин В.А.,Сичев В.В.,Шейнделин А.Е. Техническая термодинамика.Изд.2-е.-М.: Энергия,1974,448 с.

36. Кацитадзе О.И. Измерение динамического предела текучести методом подобия и размерностей.-Свердловск,1971.Материалы Уральской. науч.тех.конф.,с.21-29.

37. Кацитадзе О.И. Влияние ударных нагрузок на несущую способность с/х машин.-Сухуми,1962.Научный отчет ин-та суб.х.с.33-36.

38. Лорткипанидзе Т.Г. Теоретические и экспериментальные исследования работы безинерционного режущего аппарата для подрезки чайных кустов.Дис,на соиск.учен.степ.канд.техн.наук.-Тбилиси, 1968,с.36-58.

39. Ломтадзе Л.Д. Изыскание и исследование рабочего органа непрерывно-поступательного движения средств малой механизации боковой подрезки чайных кустов.Дис.на соиск.учен.степ.канд. техн.наук.-Тбилиси,1981,с.22-49.

40. Лебедев В.П. Теоретическое и экспериментальное исследование механических потерь пневматического двигателя.-В кн.: Механизированный инструмент и отделочные машины.-М.: 1969,вып.3,с.21-27.

41. Лебедев В.П. Расчет характеристик ротационного пневматического двигателя.-В кн.: Механизированный инструмент и отделочныемашины.-М.: 1970,вып.2,с.П-17.

42. Махароблидзе P.M. Динамика и основы расчета оптимальных параметров ручных чаесборочных и подрезочных машин.-Тбилиси: Сабчота сакартвело,1978,292 с.

43. Механизация и автоматизация сельского хозяйства.Реф.журнал. серия 26,№ 12,1983 ВНШТЭСХ,с.35.

44. Микиртумов Э.А. Определение среднего индикаторного вращательного действия.

45. Метревели В.И.,Ломадзе P.M.,Чахунашвили Р.А. Оперативный анализ технологических параметров в процессах с.-х.производства методом статистического моделирования ЭВМ.Тр.ГрузНИИМЭСХ.-Тбилиси,1976,т.ХХ,с.5-7.

46. Методика определения оптовых цен на новые сельскохозяйственные машины.Прейскурант газ.,-М.: 1969.

47. Нестеренко С.А.,Зиневич В.Д. Математическая модель кривошипного пневмомотора для определения мощности и расхода воздуха.-В кн.: Пневматика и гидравлика.Приводы и системы управления .Вып.7.-М.: Машиностроение,1979,с.24-28.

48. Нормативно-справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники.-М.: 1980,ЦНШТШ

49. Основные положения методики определения экономической эффективности новой техники,изобретений и рационализаторских предложений в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении.-М.: 1979.

50. Протокол № 04-11-12-80 (8010200, 8010300) госиспытаний ручного чаеподрезочного аппарата с преобразователем частоты -РЧМ-360.- Мхета,1980 Грузинская МИС.

51. Протокол № 04-88-89-82 (9009300,9009400) госиспытаний ручного чаесборочного аппарата АЧСР-350 с преобразователем частоты иручного чаесборочного аппарата АЧСР-350 с бензоэлектрическим агрегатом.-Мцхета; 1982,Грузинская МИС.

52. Проспекты фирмы "Компаньола" (Италия) на международной выставке "Агриталия 81".-М.: 1981.

53. Проспекты фирмы "Кавасики-кико" Эйва Трейдинг КО,ЛТД- Токио, Япония.

54. Попов Ю.Н.,Меликов Э.Н. Основы расчета газовых двигателей Объемного типа.-В кн.: Горная электротехника и автоматика.ВыпЛ.Харьков.: Изд.Харьковского ун-та,1966,с.13-18.

55. Попов Ю.Н.,Казимиренко З.А.,Меликов Э.Н. Метод расчета ротационного пневмопривода горных машин.-Изв.вызов.Горный журнал, 1978,№ 10,с.88-93.

56. Симкин Е.Л. Пневматические ручные машины в судостроении.-М.: Судостроение,1970,т.2,с.7-15

57. СН 1102-73. Санитарные нормы и правила по ограничению вибрации и шума на рабочих местах самоходных технологических и транспортно-технологических машин.-М.: 1973.

58. Столярчук В.Ф.,Рачинец Н.Ф.,Кладко Б.М. Исследование движения и динамики машин,оборудованных электроприводом.-Львов: изд. Львовского ун-та,1972,171 с.

59. Фильчаков П.Ф. Численные и графические методы прикладной математики.-Киев: Наука думка,1970,801 с.

60. Хвинчия М.В.,Багдоева A.M.,Бессмертная ЗК.Д. Экспериментальное исследование переходного процесса при передаче колебаний через руки в связи с развиваемым ею усилием.Сб.Механика мащин.-Тбилиси: Мецниереба,1975,с.26-29.

61. Хомасуридзе Б.С. Определение некоторых основных параметров ручного подрезочного аппарата с пневмоприводом.Труды Груз.СХИ "Механизация и электрификация сельскохозяйственных процессов в горных условиях Груз.ССР",том 121.-Тбилиси: 1981,с.79-84.

62. Хомасуридзе Б.С.,Кацитадзе Д.В.,Амирезашвили Л.А. Компрессор с жидкостным поршнем.Положительное решение о выдаче АС по заявке № 3672506/25-06(170247),1984.

63. Чкония Б.,Габуния Н. Чаеводам надежную технику.Статья в газ. Соплис цховреба.-Тбилиси,1984 № 91(9959).

64. Шхвацобая Г.Я. Применение кабельной электросети для электроснабжения ручных чаесборочных и подрезочных машин Тбилиси: Груз.СХИ,1983,0.4-5.68