автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры фрез-метательного рабочего органа навозоуборочного погрузчика для норководческих ферм

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

Сибирское отделение

Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СибИМЭ)

На правах рукописи

КАЛИНОВСКИЙ ВЛАДИМИР ИЛШЧ

ПАРАМЕТРЫ ФРЕЗ-МЕТАТЕЛЪНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА НАВ030УБ0Р0ЧН0Г0 ПОГРУЗЧИКА ДЛЯ НОРКОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1993

I fir

' J 'Работа выполнена'в Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (СибШЭ)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Мкртумян B.C.}

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Земсков В.И. кандидат технических наук, доцент Ожигов В.П.

Ведущее предприятие — Сибирский ордена "Знак Почета" • научно-исследовательский и проектно-техяологический институт животноводства (СибНИПТИЖ)

Защита диссертации состоится " ^" 93 г.

на заседании специализированного совета Д 02(5.03.01 в Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу: 633128, Новосибирская обл., п. Краснообск, СибИМЭ.

Отзывы на автореферат просим выслать в адрес спецсовета.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной сельскохозяйственной библиотеке Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук.

Автореферат разослан

г.

Ученый сещзетарь. специализированного совета ~

7ГК. Туров

ОНДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

--------А к ту а л ь я о с т ь темы. Одним из наиболее слабых звеньев в системе комплексной механизации звероводства является механизация навозоудаления. Уборка навоза с большой периодичностью приводит к накапливанию его в больших количествах под клетками шедов. В связи с длительным сроком выживания возбудителей болезней и их развитием в валке навоза создается вполне реальная опасность возникновения и рассеивания инвазионного и инфекционного начал в окружающую среду. Применяемые способы уборки навоза на норководческих фермах с использованием серийных погрузочных средств и нестандартного оборудования не отвечают требованиям промышленной технологии норководетва, санитарно-гигиеническим нормам содержания зверей и не способствуют предупреждению загрязнения окружающей среды.

В связи с этим исследования, направленные на решение проблемы навозоудаления в норководстве, является актуальной народнохозяйственной задачей.

Цель работы. Обоснование конструктивно-кинематических параметров рабочего органа навозоуборочного погрузчика для норководческих ферм, обеспечивающего качественное удаление навоза, снижение эксплуатационных затрат и улучшение условий труда операторов.

Объект исследования. Процесс удаления навоза из-под клеток шедов мобильным навозоуборочным погрузчиком с рабочим органом активного действия фрез-метательного типа, служащего для забора навозной массы и ее погрузки на транспортирующий орган.

Методика исследования. Для решения поставленных задач были разработаны общая и частные методики исследования.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях. Проверку на воспроизводимость эксперимента проводили с помощью критерия Кохрена. Оценку параметров моделей осуществляли по методу наименьших квадратов. Адекватность полученных эмпирических зависимостей оценивалась критерием Фишера.

Научная новизна. Изучен характер накопления навоза под клетками шеда, его влажностный режим. В процессе теоретических и экспериментальных исследований получена математическая модель процесса разгрузки фрез-метательного рабочего органа, учитывающая его параметры и физико-механические свойства навоза, определен ряд зависимостей по физико-механическим свойствам навоза и зависимость производительности и удельной энергоемкости фрез-метательного рабочего органа от его конструктивно-режимных параметров.

Практическая ценность работы. Разработаны исходные требования и методика инженерного расчета навозоуборочного погрузчика, позволяющего производить уборку навоза из-под клеток шеда и его одновременную погрузку в транспортные средства. Исходные данные по физико-механическим свойствам навоза, зависимости производительности и удельной энергоемкости фрез-метательного рабочего органа от его конструктивно-режимных параметров могут использоваться проектными и конструкторскими организациями при создании погрузчиков навоза для норководческих ферм.

Использование предлагаемого навозоуборочного погрузчика позволяет за счет совмещения операций по уборке навоза снизить затраты труда на 60%, эксплуатационные затраты на 88%, а также существенно повысить качество уборки навоза. Экономический эффект от использования навозоуборочного погрузчика в ценах декабря 1990 года составляет 230 рублей на 1000 голов самок норки.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований использованы при разработке экспериментального образца навозоуборочного погрузчика, который внедрен в зверосовхозе "Черепановский" Новосибирской области.

Апробация работы. Материалы исследований в период с 1988 по 1992 год неоднократно докладывались на расширенных заседаниях лабораторий отдела механизации и эксплуатации животноводческих ферм Сибирского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства.

.Публикация. По теме диссертации опубликовано три печатных работы, в том числе одно авторское свидетельство, объемом 1,5 п.л. ---------

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, включающего 9 таблиц, 46 рисунков, списка литературы из 100 наименований и 41 приложение,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, дана ее краткая характеристика и практическая ценность полученных результатов в сельскохозяйственном производстве.

В первой главе дана характеристика навоза норки как объекта утилизации, приводится характеристика, классификация и технико-экономическая оценка существующих технологий, способов и систем машин для уборки и погрузки навоза из-под клеток шеда. Показано, что для удаления навоза из-под клеток шеде. приоритетным является рабочий орган активного действия фрез-метательного типа.

Исследование и практика применяемых в настоящее время систем и средств механизации удаления навоза показывает, что они не в полной мере отвечают требованиям промышленной технологии норководетва, особенно в вопросах, связанных с их работоспособностью, использования навоза в качестве органического удобрения и предупреждением загрязнения окружающей среды. Хозяйства применяют неприспособленные для работы в данных условиях сейряйные погрузчики ПБ-35, ПЭ-0,8, ПФП-1,2, ПКУ-0,8, Д-566, опытные образцы навозоуборочиых машин ОПКБ НИИПЗК (АНЗ-1, ННМ-1, НУКЗ-З; или изготавливают нестандартное оборудование. В работе приведены результаты их испытаний и эксплуатации, показывающие несоответствие параметров их рабочих органов физико-механическим свойствам навоза норки, неприспособленностью к работе в ограниченных условиях ¡ледового хозяйства. При их применении неизбежно растаскивание навоза по межшедово-му проходу, что неприемлемо по санитарно-гигиеническим нормам и не удовлетворяет зоотехническим требованиям.

Как видно из краткого анализа технологических схем уборки навоза, наиболее перспективной в экономическом смысле и по затратам труда является схема, позволяющая одной машиной за один проход производить удаление навоза из-под клеток шедов и одновременно его погрузку в транспортные средства.

На основании разработанной классификации рабочих органов и технико-экономического анализа определена целесообразность применения мобильных средств уборки навоза с навесными рабочими органами активного действия роторного типа. Используя методику B.C. Рягина, установлено, что рациональные значения эксплуатационной Оэ и технической Qr производительности ориентировочно составляют 17...20 и 30...40 т/ч, потребная мощность привода 2?...29 кВт.

Рассмотрение известных положений теории и методик расчета роторных рабочих органов, изложенных в трудах Т.Н. Аристар-хова, Д.А. Валеева, Л.П. Зайцева, H.A.,Исрафилова, A.C. Ли-монт, Ф.А. Опейко, П.В. Павлова, В.В. Цыплякова и др. позволило сделать предположение о том, что для удаления навоза различной влажности из-под клеток шеда и его погрузки может быть использован, рабочий орган активного действия, выполненный в виде фрез-метателя с валкообразователями, и цепочно-скребково-ленточного транспортера.

Анализ состояния теории и методов расчета параметров роторных рабочих органов показал, что для методики их расчета, учитывающей влияние всех факторов на процесс удаления навоза из-под клеток шеда и подачи его на транспортирующий орган, имеющихся в научных работах данных не достаточно. Кроме того, в литературе црактически отсутствуют данные по физико-механическим свойствам навоза норки, определяющим выбор конструктивно-кинематических параметров рабочих органов и оказывающим значительное влияние на качество работы навозоуборочного погрузчика. В связи с этим были поставлены следующие задачи исследования:

1. Теоретически установить пределы изменения конструктивно-режимных параметров фрез-метатедыюго рабочего органа наво-зоуборочного погрузчика.

2. Определить физико-механические свойства навоза норки.

3. Определить параметры к разработать методику инженерного расчета фрез-метательного. рабочего органа навозоуборочно-то погрузчика:

4. Разработать экспериментальный образец мобильного наво-зоуборочного погрузчика и провести производственные испытания.

5. Оценить экономическую эффективность результатов исследования.

Во второй главе обоснована технологическая схема и изложены основные моменты мзаимодействия фрез-метательного рабочего органа с валком навоза, получена математическая модель процесса разгрузки фрез-метательного рабочего органа, учитывающая его параметры и физико-механические свойства навоза норки. На основании полученной модели установлена взаимосвязь между отдельными параметрами фрез-метателя, что дает возможность определить его режимные и геометрические параметры.

В ходе анализа состояния вопроса определено, что фрез-метательный рабочий орган навозоуборочного погрузчика должен состоять из рабочего органа, размещенного в кожухе, имеющем заборное окно и разгрузочное отверстие, валкообразователей, установленных в передней части кожуха перед заборным окном. С их помощью увеличивается ширина захвата и дополнительно формируется 'валок навоза. На роторе устанавливаются опережающие лопасти, они врезаются в валок навоза, отделяют от него и направляют к метательным лопастям порции навоза, т.е. выполняют режущую и транспортирующую роль.

Рассмотрим лишь часть рабочего процесса, имеющего наибольшее влияние на работу фрез-метателя - движение навоза по метательной лопасти, сход с лопасти и вылет его через разгрузочное отверстие кожута.

В качестве расчетной схемы (рис. I) принимаем движение отдельно взятой материальной точки М с массой тп по шероховатой поверхности с коэффициентом трения £ вращающейся вокруг неподвижной оок с овсЕ скоростью (л) .

Основными показателями, определяющими параметры фрез-метателя (наружный диаметр и внутренний радиус фрез-метателя IX и -гго , высота лопастей Ьп , угловая скорость си , угол начала разгрузки метателя <1с >, является путь X » относительная

т^сщ, \fflexCi)-eoip

Рис. I. Расчетная схема движения частицы навоза по метательной лопасти фрез-метателя

Начальные условия состояния £ = 0; Х-Хо ; Общее решение исходного уравнения (I):

мышь.

скорость навоза вдоль лопасти в момент . прохождения его угла разгрузки <Лр и угол отрыва частицы навоза В .

Если считать частицу навоза упругой и пренебречь влиянием воздуха, то движение ее по лопасти рассматриваемого фрез-метателя описывается дифференциальным уравне-. нием:

=+

0;Хо=2с

CI)

кх

WW7T

^—Jfiiftw'jij -

(2)

соЧи-0

-i^-ccm-fij]- ffifc,-/ ■

где c"o - начальный радиус фрез-метателя, м; £ - основание натурального логарифма; У - угол поворота лопасти, град; </с - угол начала разгрузки, град.; J- - коэффициент трения; СО - угловая скорость фрез-метателя, рад/с. ; ff - постоянная величина,^ = 3,14.

Для выявления диапазона изменения коэффициента трения, входящего в модель погрузки, проведены предварительные исследования физико-механических свойств навоза норки. Установлено, что липкость появляется в диапазоне влажности 50.,.87% (особенно интенсивно в пределах влажности 65...75%) и составляет 0,07...0,22 кПа при возникающих на лопасти нормальных давлени-

ях 0,46 ша. Ьтим ке пределам изменения алаяности и нормальных давлений значение коэффициента трения составляет 0,о...1,Ь , что .. •позволяет принять "среднее 'зяачеаио { в чориуле (I) равяое I.

Реление .-/.одели на <Ш и ¡латематяко-статястическая обработка данных позволили с учётом предельного угла разгрузки У пред. выявить характерные зовисп.лости движений частицы аавоза по лопасти от угла её поворота У , определить зоны погрузки в координатах й и СО , обосновать в первой прй&л:исепии диапазоны рациональных пределов А , си Нг, , </0

Установлено, что йаибольлий путь, а следовательно, и наибольшая высота лопасти Ьа при зиачвииях коампнишечта третптя [ =0,0 и начального радиуса ротора Ъс}, 0,2 ш обеспечивается при работе ротора на угловых скоростях 5 ...20 рад/с. При указанаих значениях параметров дальнейшее увеличение угловой скорости более ¿0 рад/с не оказывает значительного влияния на путь, проходимый частицей.

Однако при йЗ:леие!г.1И или при увеличении £ у 0,3

картина влияния угловой скорости на путь, проходимый частицей навоза, меняется в противоположную стополу. Однако начато пипола-давадия кривой Зуякппя Ьй~{(ш) соответствует дкапазолу ^ СО = г)а..ч/с (рис. 2) . Это подтверждается ;; злг.яшта.:со

1я,м

на .угол отрнва яазоза с лопасти (9 , явля;а::пмся оснозныа показателей направленности потока .ласси в период схода и полёта та транспортирующий ооган

(рис. 3). С увеличением .диаметра ротора угол отрыва уменй.цается с различной интенсивностью. Наименьшие углы отрава частицы с лопасти соответствуют диамтру ротора 0,6.. .0,13 м. С увеличение!,1 диалетра ротора при угловой скорости 5 рад/с угол отрыва узе-

10 20 30 40 50 60 70 СО,(Щ/е

Рис.2, влияние угловой скорости со

¿¡рез-метателя на предельную высоту

лопасти (1я на пяти уровнях величины

начального оадиуса )рсз-;.:етателя:

и,05 м; 0,10 м; ьУ-гс= 0,15м:

4]%,= 0,20 ы; 5)?с= 0.^5 м, при я а;/. = 1а0"; / = 0,3 ; </> = 2404;/ = 0° ¿оОГ; ^ = и 5 Ч> = 240е;> = 0°

40 (л), patj/в

личивается, при угловой скорости 10 рад/с происходит вначале увеличение угла отрыва в промежутке величины диаметра 0,5... '0,7 м, при дальнейшем увеличении диаметра ротора происходит значительное снижение угла Q , а в диапазоне Д = 1,1 м и выше остается неизменным, при угловой скорости от 20 до 40 рад/с. с увели-

Рис. 3. Зависимость угла отрыва части- чением наружного диаметра цы навоза от угловой скорости фрез- Ротора Угол 0TPma Уменъ~ метателя на четырех уровнях его на- шается' но после Д = °'7м ружного диаметра: он пРакТЙЧески не меняет"

I) Д = 0,6 м; 2) Д = 0,8 м; 3)Д=1,0 м ся' Характерно, что при А) Д = 1,2 м; при fa = 0,2 u;Jc = 180°; Угловой скорости 40 Рад/с' /= 0 4- Ji = О0, = 220° и ^олее У1,0,11 отрыва не

зависит от диаметра ротора и остается постоянным. Интенсивность уменьшения угла отрыва с уменьшением высоты лопасти падает и при he = 0 кривая представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс, отсекающую на оси координат величину, равную углу начала разгрузки фрез-мета-теля.

Следовательно, во всех случаях целесообразен диаметр ротора 0,6...0,8 м. Однако, использование фрез-метателя большого диаметра затруднительно по конструктивным соображениям из-за ограниченных размеров подклеточного пространства и принято нами 0,6 м.

Размер разгрузочного окна по дуге кожуха фрез-метателя является одним из важнейших параметров ротационного рабочего органа, он в значительной мере влияет на степень разгрузки ротора:

0 \ SloX(RH-XO) СЗ)

Ло * Vfc

где Ус - размер разгрузочного пкна по дуге кожуха, м; х - рас-тояние частицы от оси ротора, м; Rh - наружнйй радиус фрез-мет-а ля, м; Хо- первоначальное расстояние частицы от центра ротора, м И> _ относительная скорость частицы, м/с.

8

Для проверки теоретических положений, уточнения выбранных диапазонов конструктивно-кинематических параметров фрез-мета-тельного рабочего органа, определения входящих в выражение коэффициентов требуются экспериментальные исследования.

В третьей главе изложена программа и методика экспериментальных исследований.

Программой исследования предусматривались следующие этапы работ.

1. Определение физико-механических свойств навоза норки, влияющих на эксплуатационные и качественные показатели погрузчика: угол естественного откоса, липкость и объемную массу навоза в зависимости от его влагосодержания; коэффициенты трения покоя, скольжения навоза по листовой стали, внутреннего трения от его влагосодержания, удельного давления и скорости.

2. Установление зависимости производительности и удельной энергоемкости фрез-метательного рабочего органа от его параметров (подача, угловая скорость, угол установки режущих лопастей, утол наклона метательных лопастей).

3. Статистическая обработка экспериментальных данных и определение адекватности теоретических и экспериментальных зависимостей.

Для реализации намеченной программы разработаны общая и частные методики исследования, изготовлены экспериментальные установки.

В основу разработки методик определения физико-механических свойств навоза норки положены методики H.A. Качинского, С.И. Дчлова, А.Ф. Вадюнина.

Для исследования параметров уррез-метательного рабочего органа навозоуборочного погрузчика была разработана лабораторная установка (рис. 4;.

Сущность проведения экспериментов на лабораторной установке заключалась в определении производительности и энергоемкости фрез-метательного рабочего органа погрузчика навоза, в процессе погрузки искусственно сформированного валка навоза определенной влажности при заданных конструктивно-режимных параметрах установки.

Дяя сбора и обработки экспериментальных данных испольвался активный четырехфакторный эксперимент. В качестве переменных

факторов приняли угол наклона метательных лопастей относительно радиального направления, угол установки режущих лопастей относительно плоскости вращения, угловая скорость фрез-метателя и поступательная скорость погрузчика. Обработку полученных экспериментальных данных проводили с помощью общепринятых методов регрессионного анализа.

В четвертой главе приведены результаты экс- . периментальных исследований и дан их анализ.

В результате исследований выявлен характер формирования высоты валка навоза и распределение влажности.

По результатам исследования физико-механических свойств навоза норки установлено, что в области изменения влагосодержания от 0,40 до 0,50 угол естественного откоса увеличивается от 34° до 44°, липкость отсутствует, навоз имеет сыпучие свойства.

При'увеличении влагосодержания от 0,50 до 0,60 угол естественного откоса возрастает до 68°, наблюдается появление и рост, липкости, при этом сыпучие свойства навоза снижаются и увеличивается его вязкость. В области влагосодержания 0,55...О,65 угол естественного откоса достигает максимального значения 60...70°. В области влагосодержания 0,65.. .0,-80 липкость достигает максимальных значений 210...230 Па, при этом навоз имеет максимальную вязкость. При влагосодержания навоза 0,80 угол естественного откоса составляет 18°, липкость 150 Па, навоз обретает текучие свойства.

В области изменения влагосодержания навоза 0,523...О,787

и удельного давления 0,44....2,18 кПа (Х2) получена регрессионная зависимость коэффициента трения покоя навоза по листовой стали от удельного давления и его влагосодержания:

Рис. 4. Схема лабораторной установки для определения параметров фрез-ме-тательного рабочего органа: I - подвижная рамка; 2 - роликовые направляющие; 3 - привод рабочего органа;

4 - фрез-метательный рабочий орган;

5 - лебедка; 6 - платформа; 7 - тросовая передача; 8 - рама; 9 - валок навоза; 10 - весы; II - накопитель.

= 0,07 - 0,49 - 0,33 Х2 + 0,29 х| + 0,29 х| + + 0,36 Х^ С4)

Зависимость представлена в относительных единицах переменных факторов, где

у И - 0.655 . у Р - 1.31

Лт = - - , Ло = -- .

1 0,132 4 0,87

На основании уравнения регрессии построены графики (рис. 5), из которых следует, что коэффициент трения покоя снижается с увеличением удельного давления и влагосодержания навоза. Это

связало с тем, что на поверхности трения образуется жидкостная пленка, состояние которой зависит от удельного давления ж влагосодержания навоза.

Зависимость коэффициента трения скольжения навоза по листовой стали от его влагосодержания И (Х^-), скорости движения \/ (Х2') и удельного Рис. 5. Зависимость коэффициента тре- да^ии Р <хз} имеет ния покоя навоза яорки по листовой ввд: стали от удельного давления Р на трех уровнях влагосодержания: 1)Ь 0,523 кг/кг; 2) И = 0,655 кг/кг 3) И = 0,787 кг/кг

= 0,68 - 0,18 Х1 + 0,09 Х2 - 0,09 Ц + 0,11 х| -- 0,07 Х§ С5)

Зависимость представлена в относительных единицах переменных факторов, где

Хт = И - 0,655 . _ у _ 4Л5 х _ Р - 3.75 1 0,132 ' Х2 - 2,25 3 ~ 2,5 '

Уравнение регрессии справедливо в области удельного давления 1,25...6,25 кПа, скорости движения 1,9...6,4 |д/с я влагосо-

£

держания навоза 0,523...0,787. Анализ графинов (рис. 6) показывает, что в области изменения скорости движения от 2,0 до 4,0 м/с кривая имеет точки перегиба, в которых коэффициент трения скольжения достигает минимального значения. При дальнейшем увеличении скорости движения наблюдается монотонный рост коэффициента трения скольжения. Зависимость коэффициент-та внутреннего трения навоза норки от его влаго-

Ч>

0,8

Я6

04

^___

_,

У, М/с

Рис. 6. Зависимость коэффициента трения скольжения навоза норки по листовой стали от скорости движения содержания и (Хд-) и V при удельном давлении Р = 3,75кПа удельного давления р (Х2) на трех уровнях влагосодержания на- -имеет вид: воза: I) И = 0,523 кг/кг; 2) И = 0,655 кг/кг; 3) И = 0,787 кг/кг

^ = 0,11 - 0,53 - 0,29 Хз + 0,33 + 0,25 х| +

+ 0,31 Х^ (6)

Зависимость представлена в относительных единицах переменных факторов, где

И - 0.655

Х2 =

3.75

1 0,132 6 2,5

В ходе исследования зависимости производительности и удельной энергоемкости фрез-метательного рабочего органа получены их регрессионные зависимости: (.}т = 24,9 + 2,4 Х1 + 5,4 Х2 - 2,9 Х3 + 15,3 Х4 - 4,8 х| +

+ 3,0 Х§ + 1,7 Х| + 2,6 ХдХ, + 4,3 Х^4 ,

Л/щ = 0,1 + 0,03 Х2 + 0,13 Х3 - 0,07 Х4 + 0,03 Х§ + (8)

+ 0,03 Х^ - 0,03 Хр^ + 0,04 Х2Х3 - 0,04 +0,03X3X4

Зависимости представлены в относительных единицах переменных факторов, где

х1 =

75-

х2 =

- 30 25

X = 60 ~ 56.52 3 37,68

Уа -

0,33

От, т/ч

40

40 ~ ¿¿5 - 37,68 0,24

Уравнения регрессии справедливы в области угла наклона метательных лопастей относительно радиального направления /5 (Х1)= =-40...+40 ; угла установки режущих лопастей относительно плоскости вращения <//з (Хр_)=5.. .55°; угловой скорости фрез-метателя СО (Хд,)=18,84...94,20 рад/с. и поступательной скорости навозо-уборочного погрузчика Уп (Х4;=0,09.. .0,57 м/с при влагосодер-жаняи навоза 0,65...О,70.

На основании уравнений регрессии С 7) и (8) построены графики, из которых следует, что наибольшее влияние на производительность и удельную энергоемкость Фрез-метателя оказывает поступательная скорость погрузчика, затем угол установки режущих лопастей и в меньшей мере угол наклона метательных лопастей и угловая скорость фрез-метателя.

Рост производительности происходит с увеличение! угла установки режущих лопастей до 30...35° СрИс. 7), при дальнейшем

увеличении производительность начинает падать. ' ч/т Причем, с ростом ¿р и поступательной скорости погрузчика падение производительности стано-0,10 вится все менее значительным и при I/а выше 005 0,45 м/с оно вообще не ' наблюдается.

Характер изменения удельной энергоемкости с ростом угла установи! режущих лопастей прямо противоположен характеру изменения производительности фрез-метательного рабочего органа навозо-погрузчика. Так, с ростом угла установки режущих лопастей до 20...25°

45 55

Рис. 7. Зависимость технической производительности От и удельной энергоемкости процесса погрузки навоза л/щ. Фрез-метательного рабочего органа на-возоуборочного погрузчика для норко-водческих ферм от угла установки режущих лопастей относительно плоскости вращения с/р на пяти уровнях поступательной скорости погрузчика:

I У? = °Л% м/Я 2Х ^ = 0.21 м/с;

3 Ув = 0.33 м/с; 4) /„ = 0.45 м/с; * Й = = б°;13

происходит снижение удельной энергоемкости, при дальнейшем увеличении ¿Р она начинает вновь расти. При поступательной скорости погрузчика 0,57 м/с падение удельной энергоемкости вообще не наблюдается, цричем, при угле установки режущих лопастей вше 30° рост удельной энергоемкости заметно усиливается.

Рост производительности и удельной энергоемкости с увеличением угла установки режущих лопастей до оцределенного предела объясняется тем, что при этом все большее количество срезанного лопастями навоза, скользя по поверхности лопастей, попадает непосредственно на метательные лопасти. Но по мере дальнейшего увеличения угла установки режущих лопастей условия скольжения навоза по ним ухудшаются. Это приводит к прекращению роста производительности, а затем и к ее снижению, соответственно изменяется и удельная энергоемкость. Но при поступательной скорости выше 0,45 м/с условия прохождения навоза к метательным лопастям улучшаются, за счет этого прекращается падение производительности и наблюдается ее медленный рост.

С увеличением угла наклона метательных лопастей относительно радиального направления происходит медленный рост производительности фрез-метателя по прямолинейному закону.

С ростом поступательной скорости погрузчика происходит интенсивный рост производительности почти по прямолинейной зависимости Срис. 8). Причем, при поступательной скорости 0,09 ц/с производительность не зависит от изменения угла наклона метательных лопастей, а с увеличением поступательной скорости погрузчика эта зависимость становится все более существенной. Характер изменения удельной энергоемкости с ростом поступательной скорости навозоуборочного погрузчика прямо противоположен характеру изменения производительности, т.е. происходит быстрое снижение удельной энергоемкости по прямолинейной зависимости, при поступательной скорости, равной 0,57 м/с удельная энергоемкость не зависит от изменения угла наклона метательных лопастей, а с уменьшением поступательной скорости эта зависимость становится все более ощутимой.

Большое влияние поступательной скорости навозоуборочного погрузчика на производительность объясняется тем, что по мере увеличения поступательной скорости увеличивается толщина струж-

4а

30

20

10

А/я- От А ■—5 , 4 '

Щ N

4 3 -2 'Л \

1 ■

г-ч V

ки, отделяемой режущей лопастью от валка навоза за один 'оборот, что ведет к увеличению производительности и снижению удельной энергоемкости. 5 С ростом угловой скорости фрез-метателя производительность уменьшается хотя и медленно. Это наблюдается ^и Есех значениях утла установки режущих лопастей относительно плоскости вращения, а удельная энергоемкость процесса удаления навоза возрастает по линейной зависимости.

Уменьшение производительности фроз-метательного рабочего органа с увеличением. угловой скорости объясняется тем, что при постоянной поступательной скорости на-возоуборочного погрузчика с увеличением угловой скорости фрез-метателя увеличивается сопротивление перемещению навоза к метательным лопастям.

Полученные регрессионные зависимости позволили выявить взаимосвязи исследуемых факторов, а также определить их влияние на производительность и удельную энергоемкость фрез-метательного рабочего органа навозоуборочно-го погрузчика для норководческих ферм.

В пятой главе представлены исходные данные, методика и результаты инженерного расчета фрез-метательного рабочего органа навозоуборочного погрузчика. Представлены результаты производственной проверки экспериментального образца навозоуборочного погрузчика и экономическая эффективность его использования.

а09 Щ 033 045 ф7 Ущ»к

•Рис. 8. Зависимость технической производительности 0Т и удельной энергоемкости процесса погрузки

навоза Мд- фрез-метательного рабочего органа навозоуборочного погрузчика для норководческих ферм от поступательной скорости погрузчика на пяти уровнях угла наклона метательных лопастей относительно радиального направления: 1)3 = -40°; 2) 3 = -20°; 3)3 = 0°; 4)£ = +20°; 5)3 = +40° приа>= 60,73 рад/с ¿Р = 35°

На основании результатов исследования получены конструктивно-технические данные фрез-метательного рабочего органа на-возоуборочного погрузчика.

Методика инженерного расчета параметров навозоуборочного погрузчика базируется на модели взаимосвязи технической производительности и удельной энергоемкости фрез-метательного рабочего органа с его параметрами. С помощью методики инженерного расчета и экспериментальных данных по физико-механическим свойствам навоза норки и процесса работы фрез-метательного рабочего органа навозоуборочного погрузчика определены основные конструктивные и режимные параметры фрез-метателя, определены энергетические данные навозоуборочного погрузчика.

В соответствии с полученными параметрами разработано техническое задание и изготовлен экспериментальный образец навозоуборочного погрузчика. Производственная проверка подтвердила его работоспособность.

Использование предлагаемого навозоуборочного погрузчика в технологической линии удаления навоза из-под клеток шедов и его погрузки в транспортные средства позволит за счет совмещения операций и повышения производительности снизить затраты труда на 75$, эксплуатационные затраты на 80%. Экономический эффект от использования навозоуборочного погрузчика в ценах декабря 1990 года в сравнении с двухфазной схемой уборки наве-за составляет 230 рублей на 1000 самок норки основного стада. Конструкция предложенного навозоуборочного погрузчика позволяет улучшить условия труда операторов и способствует существенному снижению занавоженности звероферм.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ существующих способов уборки навоза на норко-водческих фермах показал, что значительным преимуществом обладает способ навозоуборки с использованием навесного оборудования в один прием, включающий одновременное удаление навоза из-под клеток шеда и его погрузку на транспортные средства.

2. Полученная математическая модель процесса погрузки навоза норки, учитывающая его влагосодержание, позволяет теоретически установить пределы изменения конструктивно-режимных параметров фрез-метательного рабочего органа навозоуборочного погрузчика.

3._ .Изучение физико-механических свойств навоза и анализ полученных экспериментальных формул показывает, что наибольшие значения угла естественного откоса, липкости и объемной массы достигают в области влажности навоза, близкой к 65%. Коэффициент трения покоя по листовой стали с увеличением удельного давления и влагосодержания навоза снижается от. 1,6 до 0, коэффициент трения скольжения по листовой стали достигает макси-лаллшх значений 0,65...1,0 при скорости движения 5...6 м/с.

4. Рациональными в соответствии с зоотехническими требованиями являются следующие конструктивные и режимные параметры навозоуборочного погрузчика: наружный диаметр фрез-метателя -600 мм; внутренний диаметр фрез-метателя - 220 мм; рабочая ширина захвата фрез-метателя - 900 мм; угол начала разгрузки фрез-метателя - 180°; угол конца разгрузки фрез-метателя -270°; угол установки режущих лопастей относительно плоскости вращения - 35°; угол наклона метательных лопастей относительно радиального направления - 10°; угловая скорость фрез-мета-теля - 20 рад/с.; поступательная скорость погрузчика - 0,45 м/с; ширина ленты транспортера - 300 мм; угол наклона транспортера

к горизонту - 35°; скорость движения цепи транспортера -1,2 м/с.

5. Разработанная методика инженерного расчета навозоуборочного погрузчика для норководческих ферм позволяет определить значения параметров погрузчика в зависимости от физико-механических свойств навоза и значительно сократить объем вычислений.

6. Производственные испытания показали, что навозоубороч-ный погрузчик имеет производительность от 30 до 45 т/ч. в зависимости от скорости его движения, периода накопления навоза и его влажности. Полученные экспериментальные данные достаточно хорошо согласуются с теоретическими.

7. Годовой экономический эффект от использования навозоуборочного погрузчика составляет 230 рублей на 1000 голов самок норки основного стада.

8. Дальнейшую работу следует направить на исследование возможности применения навозоуборочного погрузчика для удаления навоза с различным процентным содержанием соломы, на разработку технологической линии утилизации навоза, обеспечивающей снижение эксплуатационных расходов и улучшение экологической среды.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Рассомахин Г. К., Желоватых Н.К., Калиновский В. И. Исследование трения скольжения куринного помета по листовой стали// Сб. научн.тр. Система машин и эффективное использование технологического оборудования в животноводстве-и птицеводстве Сибири. /РАСХН. Сиб.отд-ние. СибИМЭ. - Новосибирск, 1991.

2.Калиновский В.И. Производительность фрезерного рабочего органа навозоуборочного погрузчика для норководческих ферм

.//Сб. науч.тр. Система машин и эффективное использование технологического оборудования в животноводстве и птицеводстве Сибири. / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибИМЭ. - Новосибирск, 1991.

3. A.c. № I4702I3 СССР, МКИ A0I С 3/04. Погрузчик навоза СКалиновский В.И., Мкртумян B.C./ СССР). - й 4309584/30-15; Заявлено 03.08.87; Опубл. 08.12.88, 6т. № 13.

Подписано к печати 12.01.93 г. Формат 60x64/16 Объем I п.л. Заказ Л ех. Тираж 120 экз.

Реднкционно-полиграфическое объединение СО РАСХН, ротапринт 633128, Новосибирская область

\