Снижение энергоемкости технологического процесса и разработка технических средств погрузки буртованных грузов

Хакимзянов, Рустам Рафитович

Технологии и средства механизации сельского хозяйства

автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Снижение энергоемкости технологического процесса и разработка технических средств погрузки буртованных грузов

доктора технических наук: Хакимзянов, Рустам Рафитович
город: Волгоград
год: 2013
специальность ВАК РФ: 05.20.01
цена: 450 рублей

Диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Снижение энергоемкости технологического процесса и разработка технических средств погрузки буртованных грузов»

Автореферат диссертации по теме "Снижение энергоемкости технологического процесса и разработка технических средств погрузки буртованных грузов"

ХАКИМЗЯНОВ РУСТАМ РАФИТОВИЧ

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОГРУЗКИ БУРТОВАННЫХ ГРУЗОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

005538344

Волгоград 2013

005538344

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный консультант— доктор технических наук, профессор

Павлов Павел Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, лауреат

Государственной премии СССР, заслуженный изобретатель РФ, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», профессор кафедры «Механика» Пындак Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет», профессор кафедры «Техносфер-ная безопасность и транспортно-технологические машины» Дементьев Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, заслуженный работник Высшей школы Российской Федерации, ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», профессор кафедры «Механизация производства и безопасность технологических процессов» Хмыров Виктор Дмитриевич

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П.Горячкина»

Защита диссертации состоится 16 декабря 2013 года в 10 ч. 15 мин. на заседании диссертационного совета Д220.008.02 на базе ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ по адресу: 400002, г. Волгоград, пр-т Университетский, 26, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ. __

Автореферат разослан 30 0\СГЗЪРЯ 2013 года и размещен на официальных интернет-сайтах ВАК РФ и ВолГАУ.

Ученый секретарь ¿V—/__-

диссертационного совета Ряднов Алексей Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Основой научно-технического прогресса в агропромышленном комплексе страны является применение новых ресурсосберегающих технологий и средств механизации, благодаря которым возможно снижение себестоимости производимой продукции.

Сельскохозяйственное производство, являясь одной из важных отраслей, характеризуется наличием разнообразных буртованных грузов, при этом доля механизации погрузочно-разгрузочных работ составляет до 40 % общей трудоемкости. Разработано большое количество различных конструктивно-технологических схем погрузчиков периодического и непрерывного действия, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. При работе с буртованными сельскохозяйственными грузами, большую часть которых необходимо перегружать в сжатые агротехнические сроки с помощью высокопроизводительной техники, используют погрузчики непрерывного действия. Их основными элементами являются грузозахватное устройство — питатель и транспортирующее - отгрузочный транспортер, следующий непосредственно за питателем. По работе указанных рабочих органов можно судить об эффективности всего погрузчика. Анализ энергоемкости технологического процесса погрузки машинами непрерывного действия показал, что для достижения высокой производительности (200...250 т/ч) требуются значительные затраты энергии (350...400 Дж/кг и более), но при этом оптимальные режимные и конструктивные параметры рабочих органов не определены, нет их согласованного взаимодействия и соответствия физико-механическим свойствам буртованных грузов.

Технологический процесс погрузки в целом включает в себя не только захват или отделение груза от бурта, но и дальнейшее перемещение его до разгрузки в транспортное средство. Длина траекгор!Ш, которую проходит отделенный материал, взаимодействуя с питателем и транспортирующими рабочими органами, оказы-

вает значительное влияние на мощность, затрачиваемую на привод погрузчика, производительность, а, следовательно, и на энергоемкость.

Таким образом, для снижения себестоимости продукции растениеводства, ее своевременной погрузки, доставки потребителям и внесения на поля необходимо разрабатывать высокопроизводительные погрузчики непрерывного действия.

Применение существующих погрузочных средств приводит к значительным расходам топливо-смазочных материалов и большой доли ручного труда. Учитывая то, что на расходы на дизельное топливо и электроэнергию приходится 25-30 % себестоимости сельскохозяйственной продукции, снижение энергоемкости до 20 % обеспечивает существенную экономию средств, при производстве единицы продукции.

В связи с создавшейся ситуацией возникает актуальная научная проблема снижения энергоемкости при обеспечении требуемой производительности непрерывной погрузки буртованных грузов, уменьшения мощности на привод рабочих органов за счет оптимизации траектории движения груза от бурта до разгрузки в транспортное средство погрузчиками непрерывного действия.

Степень разработанности темы. Разработано большое разнообразие конструктивно-технологических схем погрузчиков непрерывного действия. Изучено взаимодействие их рабочих органов с буртованными грузами при захвате и отделении. Однако процесс погрузки существующих погрузочных средств сопровождается значительными затратами энергии. Это связано с тем, что технологический процесс погрузки включает в себя не только отделение, но и дальнейшее перемещение груза от бурта до транспортного средства. Путь, который проходит отделенный материал, взаимодействуя с питателем, транспортирующими рабочими органами недостаточно исследован и оказывает значительное влияние на мощность, необходимую на привод рабочих органов погрузчика и энергоемкость.

Цель исследования - снижение энергоемкости технологического процесса погрузки связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов погрузчиками непрерывного действия совершенствованием и обоснованием параметров рабочих органов.

Для решения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

1. Провести анализ энергоемкости процесса погрузки буртованных связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов, выполняемого погрузчиками непрерывного действия, разработать их классификацию.

2. Изучить конструктивно-технологические схемы энергосберегающих погрузчиков связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов, провести теоретический анализ движения груза, получить аналитические выражения для определения производительности, мощности на привод, энергоемкости.

3. Уточнить физико-механические свойства органических удобрений, картофеля и зерна при погрузке фрезерными, роторными и барабанными рабочими органами погрузчиков непрерывного действия.

4. Выполнить экспериментальные исследования технологических процессов непрерывной погрузки фрезерными, роторными и барабанными рабочими органами, создать математические и вероятностно-статистические модели, позволяющие установить закономерности влияния режимных и конструктивных параметров на энергоемкость.

5. Провести производственные испытания предлагаемых погрузчиков и дать технико-экономическую оценку эффективности их использования.

Объекты исследования — технологический процесс и технические средства для погрузки буртованных сельскохозяйственных грузов на примере органических удобрений, корнеклубнеплодов и зерна.

Предмет исследования - взаимосвязь системы показателей технологического процесса погрузки буртованных грузов и параметров рабочих органов

погрузчиков непрерывного действия с энергоемкостью.

Научная новизна работы заключается в математическом описании системы «погрузчик - рабочий орган - буртованный груз» и критериев оценки ее эффективности; установлении закономерности изменения мощности на привод, производительности и энергоемкости от способа воздействия на груз, его физико-механических свойств, характера движения рабочих органов; получении регрессионных моделей и соответствующих им графических зависимостей, описывающих влияние конструктивных и кинематических параметров на критерии оптимизации; теоретическом и экспериментальном обосновании конструктивных и режимных параметров разработанных погрузчиков органических удобрений, картофеля, зерна.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании теоретических исследований разработан и внедрен комплекс машин с обоснованными режимными н конструктивными параметрами для погрузки органических удобрений, картофеля и зерна, позволяющих при требуемой производительности получить экономию топливо-смазочных материалов до 23 % и сокращение приведенных затрат до 35 %. Предложенные теоретические зависимости и результаты экспериментальных исследований могут быть использованы в качестве основы при разработке новых и совершенствовании существующих машин для погрузки буртованных сельскохозяйственных грузов, а также в спецкурсах вузов при изучении технических дисциплин.

Методология и методы исследования. Методологическую основу исследований составили методы системного анализа, математического анализа с применением положений классической и прикладной механики, математической статистики, частные методики лабораторно-полевых исследований и производственных испытаний. Полученные экспериментальные данные обработаны методам! математической статистики на ЭВМ. Был использован программный комплекс МВТУ (авторы О.С. Козлов, Д.Е. Кондаков и др., mvtu.power.bmstu.ru).

Основные положения, выносимые па защиту:

• теоретическое обоснование влияния траектории движения груза с момента захвата от бурта до разгрузки в транспортное средство на энергоемкость процесса погрузки;

• аналитические выражения для определения производительности и мощности на привод;

• регрессионные модели, позволяющие установить оптимальные режимные и конструктивные параметры погрузчиков непрерывного действия при минимальных значениях энергоемкости.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены в 1998-2012 гг на научно-технических конференциях Саратовского ГАУ; региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья (Пенза, 2005); Межгосударственном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания» (Саратов, 2009); 6-й Всероссийской научно-практич. конф. «Аграрная наука в XXI веке: проблемы и перспективы» (Саратов, 2012); Международных научно-практич. конф. (Саратов, 2005-2010; Пенза, 2009; Челябинск, 2012; Новосибирск, 2012).

Разработанные и исследованные погрузчики буртованных с.-х. грузов прошли производственную проверку в ряде хозяйств Саратовской, Самарской и Тамбовской областей. Результаты исследований приняты в ОАО «НПК «Урал-вагонзавод», ОАО «Нефтекамский автозавод» для разработки навесных погрузчиков, а также рекомендованы для использования при создании погрузчиков непрерывного действия научно-техническим советом Минсельхоза Саратовской области.

Материалы исследований использованы в учебнике «Подъемно-транспортные машины» (М.:КолосС, 2010), учебном пособии «Транспорт в с.-х. производстве» (Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов, Г.В. Левченко; Саратов, 2005).

По материалам исследования опубликовано 55 работ, в том числе 17 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 6 - в описаниях к патентам РФ; изданы 1 учебник и 1 учебное пособие. Общий объем публикаций составляет 55,34 печ. л., из которых на долю автора приходится 13,10 печ. л. В работе использованы материалы собственных исследований автора и результаты, полученные совместно с аспирантами, ныне кандидатами технических наук A.A. Леонтьевым, С.С. Сизовым, работавшими под научным руководством автора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, ее практическая значимость, сформулированы цель исследований и основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» приведена классификация сельскохозяйственных грузов. В общем объеме по-грузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ буртованные грузы в сельском хозяйстве занимают 60-65 % всего грузооборота. Образование буртов характерно для таких групп, как связные и сыпучие материалы, а также корнеклубнеплоды. Учитывая схожесть физико-механических свойств материалов в каждой группе, были определены грузы, имеющие в сельскохозяйственном грузообороте максимальные объемы, в частности, органические удобрения, зерно пшеницы и картофель.

Представлен анализ средств механизации и состояния технологических процессов накопления, погрузки и внесения органических удобрений, технологий выращивания картофеля, послеуборочной обработай зерна. Приведена характеристика отечественных и зарубежных погрузчиков непрерывного действия для буртованных грузов, ранее выполненных исследований погрузчиков и их рабочих органов. Конструктивные, эксплуатационные и технологические особенности погрузчиков непрерывного действия и их питателей легли в основу разработанных классификаций.

Теоретическим и экспериментальным исследованиям питателей погрузчиков непрерывного действия, изучению их взаимодействия с навозом посвящены работы Н.М. Марченко, Г.И. Личмана, Н.В. Павлова, Н.К. Линника, Е.Е. Демина, В.Д. Хмырова и др. Взаимодействие питателей с различными видами грузов изучали д-р техн. наук, профессор В.Н. Стогов, В Л. Сидоров, А.Н. Павлинов, Б.Ф. Бандаков, Б.И. Стефанов и др.

Рабочие органы фрезерующего типа и аналогичные им исследовали профессора Г.Н. Синеоков, А.Д. Далин, М.Е. Мацепуро, Г.П. Варламов, А.И. Дементьев и др. Взаимодействием рабочих органов погрузчиков с картофелем занимались такие ученые, как A.A. Герасимов, Н.И. Верещагин, А.И. Бжезовская, М.Н. Ерохин, H.H. Колчин, П.Н. Волосевич, П.Ф. Демирчев и др.

Большой вклад в изучение теории машин непрерывного действия, методику расчета параметров промышленных транспортеров, а также теорию рабочих органов и технологических процессов уборочных и погрузочных машин внесли В.В. Красников, А.О. Спиваковский, П.С. Козьмин, А. М. Григорьев, А. Г. Рыбалко, В.И. Пындак, В.М. Герасун, В.В. Деревенко, В.В. Коробов, Ю.И. Волков, В.Д. Шнейкин, В.В. Криловецкий и др.

Исследованиям рабочих органов погрузчиков буртованных грузов посвящен ряд работ выполненных под руководством В.В. Красникова, В.Ф. Дубинина, П.И. Павлова. Проведенный анализ технологических схем производства бурто-ва1шых грузов на примере органических удобрений, картофеля и пшеницы позволяет сделать вывод о том, что погрузочные операции необходимы во всех технологиях.

При работе со связными грузами погрузчики используют для отделения и перемещения материала в транспортное средство из буртов высотой 2,5-3,0 м. При работе с корнеклубнеплодами общий объем погрузочных работ в послеуборочной обработке составляет не менее 40 %. Погрузку осуществляют на

складах, площадках временного хранения, а также вдоль полей, при организации хранилищ непосредственно в месте уборки урожая. Если рассматривать погрузочные операции применительно к зерну, то их объем достигает 60 %, так как помимо непосредственно процесса погрузки зерна в транспортное средство погрузчики необходимы для формирования буртов на площадках временного хранения, подсушивании зерна и т. п.

В настоящее время имеется много разнообразных конструктивно-технологических схем погрузчиков непрерывного действия и их рабочих органов. Однако вопросы совершенствования процесса отделения или захвата груза, взаимодействия отделяющего и транспортирующего рабочих органов в направлении снижения энергоемкости рассмотрены не достаточно полно. Это свидетельствует о том, что существует возможность оптимизации режимных и конструктивных параметров погрузчиков непрерывного действия.

Во второй главе «Теоретическое исследование взаимодействия рабочих органов погрузчиков с буртованными сельскохозяйственными грузами» осуществлена систематизация критериев оптимизации У, внешних X и внутренних 2 факторов, характеризующих технологический процесс погрузки и взаимодействие рабочих органов с буртованными сельскохозяйственными грузами.

Процесс погрузки сельскохозяйственных грузов включает в себя следующие этапы: отделение питателем, перемещение питателем, разгрузка питателя или загрузка транспортера, перемещение груза транспортером. В зависимости от вида груза и конструктивных особенностей погрузчика выражение для определения энергоемкости может включать в себя различные составляющие. Исследование характера движения груза на отдельных участках с учетом особенностей свойств буртованных грузов позволило получить выражение для определения энергоемкости в зависимости от траектории движения груза на каждом участке:

р +р +р +р

_ отд тр.пит загр.тр РТГр _

~ ё ~ _ 0,84 К 1т (А уТрА' + К^.т-рУК „) + г^ц^А-

ЦК^Вр

где £ — энергоемкость процесса погрузки, Дж/кг; Ртд — мощность, затрачиваемая на отделение груза питателем, Вт; Ртрпит - мощность, затрачиваемая на транспортирование груза питателем, Вт; />-иг;,.1р — мощность, затрачиваемая на загрузку отгрузочного транспортера, Вт; Ротгр - мощность, затрачиваемая на перемещение груза отгрузочным транспортером, Вт; Q - производительность питателя при отделении груза, кг/с; А',», - коэффициент, учитывающий затраты мощности на загрузку транспортера; - площадь поверхности элементов питателя, одновременно воздействующих на груз деформацией резания, м2; <тр — напряжение резания связного груза, кПа; Ку - коэффициент, учитывающий особенности конструкции отделяющих элементов; 8] - траектория, задаваемая режущими зубьями питателя, м; К,г. — коэффициент, учитывающий характер движения груза; 52 — траектория, задаваемая питателем при транспортировании груза, м; со' — угловая скорость питателя, рад/с; р — плотность груза, кг/м3; V— объем перемещаемого груза, м3; гт - количество отгрузочных транспортеров, ед.; дт — линейная плотность груза, кг/м; — скорость отгрузочного транспортера, м/с; Ад — коэффициент, учитывающий сопротивление движению груза; 5з — траектория перемещения груза, задаваемая отгрузочным транспортером, м; Др — радиус питателя, м; Ков ~ коэффициент, учитывающий перекрытие питателя по ширине и заполнение рабочего объема; В - ширина захвата питателя, м.

Каждый из указанных этапов характеризуется частной математической моделью, которая включает в себя как внешние, так и внутренние факторы. Мощность, необходимая на перемещение груза на каждом участке, зависит от режимных, конструктивных параметров погрузчика, физико-механических

свойств груза и от характера его движения, т. е. траектории, задаваемой конструктивными и режимными параметрами рабочих органов.

Для определения степени влияния траектории движения груза на каждом участке был проведен анализ конструктивно-технологических схем отдельных погрузчиков непрерывного действия для связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов.

При работе погрузчика с шнекофрезерным питателем (рис. 1) траектория движения складывается из траектории 5'ь задаваемой режущими зубьями, винтовой поверхностью шнека 5*2, отгрузочными лопатками, перемещающими груз от шнека на отгрузочный транспортер (рис. 2), и непосредственно отгрузочным транспортером .$'4.

Рисунок 1 - Траектории движения груза 5ь Рисунок 2 - Траектория движения груза 53, за-5;, ¿4, перемещаемого погрузчиком связ- даваемая режущими зубьями и шнеком погруз-ных грузов с шнекофрезерным питателем чика связных грузов

Так как зубья питателя установлены по винтовой линии, то траектории и & зависят от ее шага, диаметра и угловой скорости шнека, а также от шага установки режущих зубьев. Отделение материала отделяющими элементами будет происходить по винтовой линии со смещением на величину подачи по-

Лж/кг

т юо ао-60 4/720

А.

_X !>с

Л, ! ?

Л1 К у <

'¡г ✓

2 4 6 8 10 12 П&м

грузчика. Отделенный материал перемещается шнеком по сложной колебательной траектории, так как помимо осевого перемещения груз подвергается повторному воздействию режущих зубьев, перелопачиванию. В связи с этим энергоемкость процесса погрузки органических удобрения будет составлять 390 Дж/кг при длине траектории 17 м (рис. 3).

Траектория 5'3 характеризуется расстоянием между питателем и отгрузочным транспортером, а также начальной скоростью груза, задаваемой лопатками.

Траектория перемещения груза на отгрузочном транспортере ¿>4 зависит от высоты загрузки транспортного средства и угла установки транспортера. После проведенного расчет и анализа была получена зависимость энергоемкости процесса погрузки связных грузов от длины траектории движения груза (см. рис. 3).

Проведен анализ характера движения груза у погрузчиков корнеклубнеплодов и сыпучих грузов. В качестве анализируемого для корнеклубнеплодов был принят погрузчик с нагребающими лапами, у которого груз перемещается по сложной эллиптической траектории. Энергоемкость процесса погрузки составила 590 Дж/кг при длине траектории 6,5 м. Для погрузчиков сыпучих грузов, у которых в качестве питателя преимущественно используется шнек, энергоемкость составила 270 Дж/кг при длине траектории 12 м.

Таким образом, анализ конструктивно-технологических схем погрузчиков непрерывного действия, характера движения груза, задаваемого его рабочими органами, подтвердил влияние траектории движения на энергоемкость. Из рассмотренных участков перемещения груза наиболее важным является уча-

Рисунок 3 - Зависимости энергоемкости процесса погрузки буртованных грузов от длины траектории движения груза на отдельных участках

сток отделения и перемещения груза питателем, поэтому необходимо использовать в качестве питателя роторные рабочие органы, которые перемещают груз по траектории, имеющей минимальную длину.

Для работы со связными грузами, а именно для органических удобрений, разработан погрузчик, состоящий из фрезерного питателя 2 (рис. 4) и шнека 3.

6 - трактор; 7 - транспортное средство Рисз'нок 4 - Погрузчик органических удобрений

Рабочие органы установлены отдельно друг от друга, в связи с этим появляется возможность перемещения фрезерного питателя относительно шнека, что позволяет за счет предварительного снятия верхних слоев груза обеспечить безопасную работу погрузчика. Питатель представляет собой фрезу, на криволинейных стойках которой установлены режущие ножи.

Для погрузки корнеклубнеплодов разработан погрузчик картофеля, включающий в себя навесную раму 5 (рис. 5), роторный питатель 2, цепной транспортер 4. Роторный питатель представляет собой вал, на котором во взаимно-перпендикулярных плоскостях установлены четыре лопасти, имеющие вогнутую форму.

Для погрузки сыпучих грузов разработан погрузчик, представляющий собой базовую машину 1 (рис. 6), на которую навешена рама 2 с прикрепленными

к ней основными рабочими органами: барабанным питателем 3 и отгрузочным транспортером 4.

Питатель жестко закреплен на раме и имеет эксцентриковый механизм, позволяющий планкам при его вращении сохранять вертикальное положение и, как следствие, уменьшать ударные нагрузки на зерно. Конструкция питателя и размеры загрузочного окна дают возможность осуществлять подачу материала по всей ширине захвата питателя. Движение зерна от питателя к отгрузочному транспортеру происходит по наименьшему пути.

1 - картофель; 2 - роторный питатель: 3 - гидроцилиндр; 4 - цепной транспортер; 5 - рама; б - отгрузочный транспортер; 7 - базовый трактор Рисунок 5 - Погрузчик картофеля

Ш/1

«яЫЯЧЧ^^!-!]... \

.....

1 - трактор; 2 - рама; 3 - барабанный питатель; 4 - скребковый транспортер Рисунок 6 - Схема погрузчика зерна

Дня изучения структуры технологического процесса погрузки буртованных грузов было проведено кинематическое исследование разработанных рабочих органов погрузчиков, которое позволило установить взаимосвязь конструктивных и режимных параметров, получить уравнения, описывающие положение рабочего органа в любой момент времени, выражения для определения длины траектории точки рабочего органа и площади боковой проекции стружки.

При работе с буртованными грузами погрузчик осуществляет поступательное движение со скоростью ип, перемещаясь на расстояние 5'а за время Г. Если рассматривать работу питателя в двумерной системе координат, то каждая точка его рабочего органа совершает вращательное движение с угловой скоростью СО (рис. 7). Траектория движения точки представляет собой циклоидальную кривую. Параметрические уравнения запишутся в виде:

х = г вт <Ы +ип?; у = /-(соя о! +1),

Рисунок 7 - Схема к определению (2) характера движения точки В барабанного питателя

где г - радиус питателя, м; со - угловая скорость шпателя, рад/с; 0П - поступательная скорость погрузчика, м/с.

Все сельскохозяйственные грузы при длительном хранении изменяют свои физико-механические свойства. У связных грузов это связано с дополнительным уплотнением слоев, что ведет к образованию сводов, поэтому для обеспечения безопасной работы погрузчика необходимо послойно разрабатывать массив. Данный процесс происходит при вращении шпателя с угловой скоростью со (рад/с) (рис. 8), перемещении рычага длиной /р, на котором установлен питатель, с угловой скоростью сорч (рад/с) и при фиксированном положен™ погрузчика, т. е. ип = 0 .

Параметрические уравнения движения заданной точки на рабочем органе для указанных случаев запишутся следующим образом: i х = L cos в + г cosф (в = в„+ гд„„ t

\ р - ' (3)

у = / sin в + г sin<p I <р = (р0 + со t где в — угол поворота рычага, град.; в0 - начальный угол поворота рычага, град.; /р - длина рычага, м; (р - угол поворота питателя, град.

У .........

со ?

"Ж*

р/

X / Г*» *

KN ^ А

(Чу^Х 'Г х уУ/

ЧУ

' I

'■■Л

777 777 тт? 777 777

Рисунок 8 - Схема к определению характера движения точки В при послойной разработке

массива

Для исследования энергоемкости процесса отделения груза необходимо определить объем порции груза, захватываемой рабочими органами. Порция груза, получаемая при отделении от бурта, представляет собой прямой цилиндр (рис. 9), поверхность 5фр или Бр которого является основанием, а высота принимается равной длине лопасти /л или ширине ножа Ъ.

Площадь боковой проекции стружки, отделяемой питателем, определяется по формулам:

• при работе со связными грузами (органические удобрения):

Ч = -[(£ «Ь + £ ">фр)/2^2 +11 8ш2 в/А + г1 *ш2<рИ- (4)

- ^рГфр<4- + ®Фр)" & /(2(дарч - ®фр)] + 'Лр ягпСб' + (р)/2;

• при работе с картофелем:

5р = г; sin2<р /4 + /ргр sin(f + <р)/2 + /р2 sin2у /4 - [(/р2юрч + (5)

+ г/юр)/2]г2 -/ргр(®рч +®p)sm(r-^)/[2(íüpq -юр)], где Л'фр, Лр - площадь боковой проекции стружки, отделяемой фрезерным и роторным питателями соответственно, м2; Гфр, гр - радиус фрезерного и роторного питателей соответственно, м; h - время, когда вступает в работу последующий рабочий орган, с; в, у - угол поворота рычага фрезерного и роторного питателей соответственно, град.; <вфр, а>р— угловая скорость фрезерного и роторного питателей соответственно, рад/с.;

Рисунок 9 - Схема к определению площади боковой проекции массива, отделяемого рабочим органом при работе с органическими удобрениями (а) и картофелем (б)

при работе с сыпучими грузами:

5' =

1 , --(r. Sin®?, +UJJ t%<рл

Г" (О

-[(V+ +

где 5*5 - площадь боковой проекции стружки, отделяемой барабанным питателем, м2; гб - радиус барабанного питателя, м; /0 - момент времени, = со/ж, с; ^ -

время, за которое происходит отделение груза от бурта, с; <рд — угол естественного откоса в движении, град.

Площадь боковой проекции стружки, отделяемой рабочими органами, является главной составляющей в определении производительности — одного из количественных критериев оптимизации.

Для определения силового параметра — мощности на привод рассмотрим взаимодействие рабочих органов с буртованными грузами, которое включает в себя два основных процесса — отделение груза от бурта и последующее перемещение отгрузочными транспортерами. Для определения усилия /•'фр внедрения ножа фрезерного питателя в слой связного груза необходимо определить усилие прилагаемое при резании стружки, и усилие Р3, необходимое для

отделения стружки:

+ £соз<^т(<р-<ртр)-<5/' со5<?8т(<р+ Ч,)) - -(р^)- (7)

где 5 — толщ!ша ножа, м; <тря — контактное напряжение резания, кПа; <ртр—

угол внешнего трения частицы о лезвие ножа, град.; ш - масса частицы груза, кг; / — коэффициент трения частицы о поверхность ножа; <траз — контактное напряжение разрушению, кПа; с^ - угол установки ножа к касательной окружности фрезы, град.

При работе роторного питателя погрузчика картофеля сила сдвигающая клубень к центру питателя, зависит от напорного действия погрузчика, сопротивления бурта и является составляющей следующих сил (рис. 10): Гвк — силы сопротивления внедрению лопасти в слой картофеля, Н; пщ — силы тяжести, Н; Гл - силы сопротивления сдвигу отделяемого слоя картофеля. Н; Рп - силы сопротивления на преодоление инерционных сил, Н; /чр - силы трения клубня о поверхность лопасти, Н.

Выражение для определения сопротивления, возникающего при отделе-ши порции картофеля, запишется следующим образом:

Га = НВср£соя//+/шрУт (ясоар + о>'гр) + (ре сохр + Р, вт<р)1я х *(гр -^в /2) + Утра>; (гр-Гск)+/пщсоэу/,

Н- высота насыпи, м; В - ширина захвата рабочего органа, м, В = /л; у/ — угол между нижней гранью лопасти и основанием насыпи, град., ц/ = -т/2-(<р + г); е - угол кривизны лопасти, град.; с - высота лопасти, м, с = /-р - с/в/2; ¿/в - диаметр вала роторного штгателя, м; ускорение свободного падения, м/с2; р - плотность груза, кг/м3; /в„ - коэффициент внутреннего трения; рп - давление вертикального слоя, кПа; рт - давление горизонтального слоя, кПа; Ут - фактически отделяе-

При работе с сыпучими грузами возникающие сопротивления будут складываться из сопротивлений в момент входа планки в слой зерна (рис. 11), в процессе его перемещения в однородном материале Гс и загрузки на отгрузочный транспортер Окончательно выражение для определешгя суммарного сопротивления перемещению зерна примет вид:

Р6 = (2т а(г6 сосов сиГ + ип)сое а, ^-соз2 а, - т аТг5 вт а* + асжк/п)/;+

1 Й"

+ ргАт + + (- ¿л —e-g + F + ) + 2 1з<р„

(9)

+ ((/м/ГмСОЗ ~ + ^Ш ОЬ +/С08

V &

где «2 - угол между силой Кориолиса и радиусом г питателя, град.; к - толщина планки, мм; /п - длина планки, м; ег^ - напряжение сжатия слоя зерна, кПа; - коэффициент внешнего трения; Аг, Ав - площадь поверхности горизонтального и вертикального слоев, м2; йп — высота планки, м; Рау - проекции силы инерции Г„ на оси абсцисс и ординат, Н; /?м - высота подъема порции груза при разгрузке на транспортер, м; /м - расстояние, на которое перемещается груз при разгрузке на транспортер, м; ам - угол подъема порции груза при разгрузке, град.; — время перемещения порции груза, с.

Vп

РгАг;

рЛ

Рих'

... ;/ тд\

гтр

Ч Ри" *Х

Рисунок 11 - Взаимодействие груза с планкой: а - в момент входа планки в слой груза; б - при транспортировании Мощность, затрачиваемая на привод рабочих органов погрузчиков непрерывного действия, складывается из мощности Рт, затрачиваемой на отделение и захват порции гру$а; мощности Рп, необходимой для перемещения захваченной массы в слое груза; мощности , необходимой для разгрузки пи-

тателя; мощности Рц>, затрачиваемой отгрузочным транспортером на освобождение зоны за питателем:

Рп = РШ+Рп + Ррп + Рц,. (10)

Мощность, затрачиваемая на привод рабочих органов погрузчика непрерывного действия:

• при работе с органическими удобрениями:

Рфр = (ия*р( фи /360) а^Ъ <Х1 + (Е(Ртр) + пикр( фв /360) х

х {»/[-/р с4 cos 0-гфр «4 COS?) + gcos<psm(<p - tpw)~ (11)

-gf cos(psb((p+ q,)]- 0pai &[siii(9>-fsm(<p+ q,)]}/sin<p)/H It, где и„ — количество ножей в ряду фрезы; шт.; кр — количество рядов фрезы; /„ — длина кривой, описываемой ножом в массиве груза, м; у/„ - утол, определяющий рабочую часть окружности, когда нож находится в массиве, град.;

• при работе с картофелем:

Рр = [НВс fg cos ф + /„ fVm (g cos q> + coprp ) + + O, cos <p + pr sin <p)/, (rp -dJ2) + Vm p ф(гр - rCK )]u, +

+ [/тр.г oa -f-(cos ¿3+ sin $ + f^mg (cos /?+ sin a^ x ^

x (cos /3- sin ft - f1¥JKmg]vTpkn, где ua - абсолютная скорость, задаваемая частице груза рабочим органом, м/с; (тсд— контактное напряжение сдвига, кПа; /,р г— коэффициент трения картофеля о поверхность скребка; ж - коэффициент трения картофеля о поверхность желоба; /5 - угол установки скребков отгрузочного транспортера, град.; Ujp -

поступательная скорость движения отгрузочного транспортера, м/с; £п — коэффициент, учитывающий сопротивление на натяжных и отклоняющих звездочках, а также потери в шарнирах цепи и подшипниках;

• при работе с зерном:

Р6 - [(2т а(гб сосов а/ + ип ) сое а, л/1 - со.? а - т со2 гб вт + а^ Ии )

2 1всо,

Производительность погрузчика непрерывного действия зависит от производительности питателя и отгрузочного транспортера. Максимальное значение производительности достигается в результате согласованности процессов отделения, транспортирования груза и подачи погрузчика и зависит от режимных и конструктивных параметров отделяющих и транспортирующих рабочих органов и физико-механических свойств груза. Работоспособность погрузчика будет обеспечена при условии: ^

где Qп - производительность питателя, кг/с, - производительность следующего за питателем транспортера, кг/с, ()0 - производительность отгрузочного транспортера, кг/с.

Из выражения (14) следует, что производительность погрузчика будет определяться производительностью питателя.

Производительность погрузчика органических удобрений:

£>Р = {['р $ш2(р!А + /ргр 8Ш( у¥ д>)/2 + Г; кт2 У 4 - ((/; шр, + (16) + гр2шр)/2)/2 -/ргр(+ )8ш( у-<р)!(2(с^ч - сор))]-2 р <^/л}/ 71

0п<Йр<&

(14)

(15)

Производительность погрузчика зерна:

Об= (К у + (',-0 +

¡п 2 со?! + [ г} + — вш О)?! -

Энергоемкость Е (Дж/кг) определяет затраты энергии на единицу погружаемой массы груза и рассчитывается следующим образом:

Е = Р/д, (18)

где Р - мощность привода, Вт, для погрузчика органических удобрений — выражение (11); для погрузчика картофеля-(12); для погрузчика зерна пшеницы-(13); <? -производительность, кг/с, для погрузчика органических удобрений - выражение (15); для погрузчика картофеля-(16); для погрузчика зерна- (17).

Мощность, необходимая для привода рабочих органов, зависит от радиуса питателей, их угловой скорости, контактного напряжения резания, сдвига, геометрических параметров отделяющих элементов (ширина ножа, длина планки, угол установки ножа, радиус лопасти и т. д.). Производительность зависит от плотности груза, скорости погрузчика, угловой скорости рычага и питателя, ширины планки и ротора, скорости движения отгрузочного транспортера. Использование ресурсосберегающих конструктивно-технологических схем погрузчиков непрерывного действия позволило получить следующие значения энергоемкости: при погрузке органических удобрений - 216 Дж/кг, при погрузке картофеля — 264 Дж/кг, при погрузке зерна - 159 Дж/кг.

В третьей главе «Экспериментальные исследования взаимодействия рабочих органов погрузчиков с сельскохозяйственными грузами» изложены методика исследования физико-механических свойств буртованных грузов, программа проведения лабораторно-полевых опытов, включающая в себя исследования влияния наиболее значимых режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчиков непрерывного действия на критерии оптимизации. Представлены разработанные частные методики оценки степени травмирования груза в зависимости от факторов технологического процесса.

Созданы экспериментальные установки (рис. 12) и технические средства, позволяющие моделировать рабочий процесс погрузчика при работе с органическими удобрениями, картофелем и зерном и фиксировать основные выход-

ные параметры: производительность, мощность на привод. Регистрирующей аппаратурой фиксировали основную характеристику силового критерия оптимизации - крутящий момент на приводных валах рабочих органов, а также их угловые скорости.

Отсеивающие эксперименты, используемые при начальной стадии изучения погрузчиков непрерывного действия, позволили установить значимые из более чем 30 исходных параметров. В число последних при работе с зерном, органическими удобрениями и картофелем вошли факторы, относящиеся как к отделяющему, так и транспортирующему рабочим органам: частота вращения питателя, его конструктивные особенности (диметр, форма лопасти) и режимные параметры отгрузочных транспортеров (частота вращения шнека и скорость движения транспортера).

Рисунок 12 - Экспериментальные установки Данные факторы позволили экспериментально подтвердить теоретические предпосылки о влиянии траектории, скорости движения объема груза от момента захвата до разгрузки с отгрузочного транспортера, на энергоемкость процесса погрузки.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты исследования взаимодействия рабочих органов погрузчиков непрерывного действия с буртованными грузами. При проведении эксперимента с использованием некомпозиционного 3-факторного трехуровневого плана Бокса — Бенкина были получены математические модели 2-го порядка:

• для погрузчиков органических удобрений:

Гфр = 22,8064 - 37,4104«фр - 21,89001>фр - 0,5049ишн +

+ 25,9777»;, +13,1838£>;р + 0,2845«!, где Гфр — крутящий момент на валу фрезерного питателя, Н-м; Нфр — частота вращения фрезерного питателя, с"1; £>фР - диаметр фрезерного питателя, м; иш - частота вращения шнека, с-1;

• для погрузчиков картофеля:

Т„ = 3,124 + 25,3 7Д, - 1,875н„ - 0,1267и> + р , (20) + 100£>р2 +0,071нр +0,055 кг,

где Тр — крутящий момент на валу роторного питателя, Н-м; нр - частота вращения роторного питателя, с-1; £>р - диаметр роторного питателя, м; итр - скорость движения скребкового транспортера, м/с;

• для погрузчиков зерна:

Г6 = 943,45 -13 3,47мб -1920,89искр +15,66 ^ 3,28и6искр -

-0,65иб 5- 10искр ¿+99,23л; + 1058и2кр +12,58 £, (21)

где 7*б — крутящий момент на валу барабанного питателя, Н-м; пе - частота вращения барабанного питателя, с-1; <? — форма планки; итр - скорость движения скребкового транспортера, м/с.

В основу выражений (19), (20), (21) заложены режимные и конструктивные параметры, позволяющие минимизировать критерий оптимизации, влияющие на процесс взаимодействия отделяющего рабочего органа не только с грузом, но и с транспортирующим рабочим органом.

Для изучения координат оптимума и свойств поверхности отклика в окрестностях оптимума было проведено каноническое преобразование полученных математических моделей. Анализ двумерных сечений и графических зависимостей (рис. 13-22) при работе с органическими удобрениями, зерном и картофелем показал, что изменение критерия оптимизации во всех регрессионных моделях носит схожий характер.

¿з (и ив аз ю 12 , Частота вращения шнека п^. с

Рисунок 13 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость крутящего момента на валу фрезерного питателя погрузчика органических удобрений от частоты вращения фрезерного питателя и частоты вращения шнека

а9 10 11 Пт. С

Частота дращения тека

Рисунок 14 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость крутящего момента на валу шнека погрузчика органических удобрений от диаметра фрезерного питателя и частоты вращения шнека

го и га гв ю л;

Частота Вращения роторного питателя г

Рисунок 15 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость крутящего момента на валу роторного питателя погрузчика картофеля от его диаметра и частоты вращения питателя

Пи

Рисунок 16 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость крутящего момента на валу барабанного питателя погрузчика зерна от его частоты вращения и скорости движения скребкового транспортера

Форма пленки

QS4 0.86 0.88 0.9 0.92 Ц% v,-■;,/»/ Скорость движения скреЗкодого транспартера

Рисунок 17- Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость крутящего момента на валу барабанного питателя погрузчика зерна от скорости движения скребкового транспортера и формы планки

Рисунок 18 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость

крутящего момента на валу скребкового транспортера погрузчика зерна от частоты вращения барабана и скорости движения скребкового транспортера

П„.С ¡5

s i

I 3

I г 1 1

ее о.за ms

Скэрсапь дбихения отгрузочного транспортера "/г

Рисунок 19 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость крутящего момента на валу отгрузочного транспортера погрузчика картофеля от частоты вращения роторного питателя и скорости движения транспортера

/ I

•А

L \

OS Ojo 0.(5 i> „.-,

vmp* *

Сксрзсъ ótwsfius №грцзе*но:э ррзнспзрлгрз

Рисунок 20 - Двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость суммарной приводной мощности погрузчика картофеля от частоты вращения роторного питателя и скорости движения транспортера

§ш от

г? ГЗ

.с О *- га о а.

о сз §в

3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 16-30

,—

* **

3- л у У

А У/ • 1

// у \ \ - г

/ г

г /

0 2 0 4 0,6 0,7 0.8 1 12 Частота вращения барабанного питателя п5 с"!

0,2 0,4 0,6 0,7 0,8 1 1,2 Частота вращения ёараоанз с"1

1 - плоская планка; 2 - планка, профилированная по дуге окружности;

3 - Г-образная планка Рисунок 21 - Зависимость мощности барабанного питателя погрузчика зерна от его частоты вращения и формы планки

1 - плоская планка; 2 - планка, профилированная по дуге окружности; 3 - Г-образная планка Рисунок 22 - Зависимость энергоемкости барабанного питателя погрузчика зерна от его частоты вращения и формы планки

Все поверхности второго порядка имеют экстремум — минимум, у коэффициентов регрессии канонической формы одинаковые знаки, минимальное значение критерия оптимизации находится вблизи центра эксперимента. Кроме того, существуют оптимальные диапазоны значений факторов, при которых величины крутящего момента на валах фрезерного, роторного и барабанного питателей, а также на валах отгрузочных транспортеров исследуемых погрузчиков имеют минимальные значения.

Для фрезерного питателя частота вращения питателя (фрезы) п^ = 0,69.. .0,72 с-1, диаметр питателя /)фр= 0,83...0,91 м, частота вращения шнека п,т= 0,89...1,04 с-1. Для роторного питателя с учетом травмирования картофеля диаметр питателя £>р = 0,28...0,29 м, частота вращения питателя ир= 1,6... 1,7 с"1, скорость движения цепного транспортера Vтр= 0,19...0,2 м/с. Для барабанного питателя частота вращения питателя я6 = 0,715 с-1, скорость движения скребкового транспор-

тера оСкр= 0,88...0,92 м/с, форма планки - плоская. При работе погрузчика с указанными режимными и конструктивными параметрами достигается необходимая производительность погрузи! при минимальной мощности. Данные параметры рекомендуются для эффективной работы погрузчика с минимальными затратами энергии.

Увеличение иди уменьшение значений исследуемых факторов приводит к росту энергозатрат. Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований подтвердил достоверность аналитических выражений, что дает возможность с требуемой точностью (5—7 %) определить конструктивные и режимные параметры погрузчиков непрерывного действия при работе с различными буртованными грузами (рис. 23).

_ экспериментальная

------ теоретическая

1 - картофеля; 2 - органических удобрений; 3 - зерна Рисунок 23 - Зависимость энергоемкости от частоты вращения питателей погрузчиков

непрерывного действия

В пятой главе «Производственные исследования и технико-экономическое обоснование предлагаемых погрузчиков» приводятся результаты производственных испытаний погрузчиков буртованных грузов. Исследования проводили с ранее установленными оптимальными режимными и конструктивными параметрами рабочих органов в хозяйствах Саратовской, Тамбовской и Самарской областях. Для производственных исследований использовали бурты органических удобрений высотой 2,0—2,5 м, бурты картофеля сортов Огонек и Адретта высотой 0,8-1,2 м, бурты зерна яровой мягкой пшеницы Саратовская 55 высотой 1,5 м.

Максимальная производительность погрузчиков непрерывного действия при погрузке органических удобрений, картофеля и пшеницы составила соответственно 54 кг/с, 10 и 56 кг/с. Энергоемкость процесса отделения и транспортирования груза для погрузчика органических удобрений - 185 Дж/кг, для погрузчика картофеля — 255 Дж/кг и для погрузчика зерна - 165 Дж/кг.

Анализ результатов расчета основных технико-экономических показателей эффективности показал, что снижение прямых затрат по предлагаемым вариантам составляет 30—36 %, приведенных затрат - 29—35% по сравнению с существующими погрузчиками.

Экономия дизельного топлива - до 0,7 кг/ч, или до 23 %. Годовой экономический эффект, достигаемый в результате внедрения разработанных погрузчиков непрерывного действия, обеспечивает окупаемость дополнительных капиталовложений на одщ! погрузчик за 1,88-2,93 года.

Заключение

1. Многообразие отечественных и зарубежных погрузчиков непрерывного действия, используемых при погрузке буртованных грузов, систематизировано разработанной классификацией, характеризующей погрузчики и их рабочие органы по конструктивным и режимным признакам. Энергоемкость существую-

щих погрузчиков, используемых на погрузке связных грузов, составляет 300...1570 Дж/кг, корнеклубнеплодов - 270...630 Дж/кг, сыпучих грузов -300...410 Дж/кг. Значительное влияние на энергоемкость процесса погрузки оказывает траектория, по которой движется груз с момента отделения от бурта до разгрузки в транспортное средство.

2. Проведен теоретический анализ движения груза, получены математические модели, учитывающие вид и параметры движения, характеризующие рабочий процесс погрузки, а также влияние факторов на производительность, силы взаимодействия с грузом, мощность и энергоемкость работы погрузчика. Значения режимов работы питателя и отгрузочного транспортера для буртованных грузов составили: для погрузчика связных грузов - частота вращения питателя Нфр = 0,73 с~!, частота вращения шнека «„„, = 0,88 с-1; для погрузчика корнеклубнеплодов — частота вращения питателя пр= 1,8 с""1, скорость движения отгрузочного транспортера о1р = 0,3 м/с; для погрузчика сыпучих грузов - частота вращения питателя щ = 0,72 с-1, скорость движения отгрузочного транспортера = 0,86 м/с.

3. Разработаны погрузчики непрерывного действия, защищенные патентами РФ: погрузчик органических удобрений, погрузчик картофеля, погрузчик зерна с рабочими органами, адаптированными к условиям работы, позволяющие при требуемой производительности за счет оптимальной траектории движения груза в процессе погрузки обеспечить снижение энергоемкости. Опытные образцы прошли лабораторные и производственные испытания.

3. Уточнены физико-механические свойства органических удобрений, картофеля, зерна при погрузке. Исследования проводились при напряжении резания слоя органических удобрений 3... 12 кПа, предельном напряжении сдвига органических удобрений - 0,8...2,5 кПа, картофеля - 5...36 кПа, зерна -0,1...0,3 кПа.

4. Получены многофакторные зависимости и вероятностно-статистические модели, описывающие влияние конструктивных и режимных параметров на критерии оптимизации - крутящий момент на валу рабочих органов и мощность на привод, минимальным значениям которых соответствуют: для погрузчика органических удобрений - частота вращения фрезерного питателя Ифр = 0,69...0,72 с-1, диаметр фрезерного питателя Z),jip = 0,83...0,91 м, частота вращения шнека 7/щ, = 0,89... 1,04 с-1; для погрузчика картофеля - частота вращения роторного питателя /?р = 1,6... 1,7 с"1, диаметр роторного питателя Df — 0,28.. .0,29 м, скорость движения отгрузочного транспортера 1^= 0,19.. .0,20 м/с; для погрузчика зерна - частота вращения барабанного питателя щ = 0,72 с-1, скорость движения отгрузочного транспортера Оскр= 0,88.. .0,92 м/с, плоская форма планки.

5. Установлены значения основных технико-экономических показателей производственных образцов. Производительность погрузчиков непрерывного действия при погрузке органических удобрений из буртов составила 200 т/ч при энергоемкости 185 Дж/кг; при работе с сортами картофеля Огонек н Адрет-та производительность составила 10 кг/с, энергоемкость - 255 Дж/кг; при работе с зерном яровой мягкой пшеницы Саратовская 55 производительность составила 55,6 кг/с, энергоемкость - 165 Дж/кг.

6. Расчеты технико-экономической эффективности показали при погрузке органических удобрении и картофеля снижение прямых затрат до 30 %, при погрузке зерна — до 36 %. Экономия дизельного топлива составляет 13—23 %. Годовой экономический эффект, достигаемый в результате внедрения разработанных погрузчиков непрерывного действия, обеспечивает окупаемость дополнительных капиталовложений на один погрузчик за 1,88-2,93 года, что обусловливает высокую технико-экономическую эффективность погрузчиков.

Рекомендации производству

При проектировании и разработке погрузчиков буртованных грузов расположение питателя и отгрузочного транспортера должно быть фронтальным,

питатель - роторного типа. Характер движения рабочих органов питателя -вращение в вертикальной плоскости. Способ воздействия на груз — резание, сдвиг. Частота вращения питателей должна быть установлена соответственно: при погрузке органических удобрений - ;7фр = 0,65...0,75 с-1, картофеля - ;/р = 1,6... 1,7 с-1, зерна- 0,1... 0,72 с-1. Скорость движения отгрузочного транспортера на погрузке органических удобрений составляет 7?^ = 0,8... 1,1 с"1; картофеля - Пщ, = 0,15.. .0,25 м/с; зерна - oCKp = 0,80.. .0,92 м/с. Диаметр шпателей на погрузке органических удобрений составляет-ОфР= 0,83...0,93 м; картофеля —Dp= 0,25...0,30 м; зерна-D6= 0,70...0,73 м. Поступательная скорость погрузчика должна соответствовать 0,1.. .0,2 м/с при ширине захвата питателя 2,0.. .2,5 метров.

Перспективы дальнейшей разработки темы: разработать и теоретически обосновать параметры комплекса сменных рабочих органов, с целью создания универсальных мобильных погрузчиков непрерывного действия на базе единой энергетической установки, для погрузки буртованных сельскохозяйственных грузов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Павлов, П.И. Погрузчик органических удобрений. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // Сельский механизатор — 2001. — №2. - С. 48-49.

2. Дубинин, В.Ф. Универсальные погрузчики навоза. / В.Ф. Дубинин, П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // Сельский механизатор. - 2002. - № 2. - С. 2728.

3. Павлов, П.И. Погрузчик навоза из буртов. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // Тракторы и с.-х. машины. - 2005. - №3. - С. 17-19.

4. Павлов, П.И. Показатели эффективности работы фрезерно-шнекового питателя. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Тракторы и с.-х. машины. - 2005. - №12. - С. 28-29.

5. Павлов, П.И. Производительность питателей фрезерующего типа погрузчика органических удобрений. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2006. - №2. - С. 55-57.

6. Павлов, П.И. Питатель фрезерующего типа для погрузки органических удобрений. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2006. - №3. - С. 31-34.

7. Павлов, П.И. Определение производительности фрезерующих рабочих органов погрузчика навоза. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Техника в сельском хозяйстве. - 2006. — №4. - С. 14-17.

8. Павлов, П.И. Мощность элементно-цепного питателя погрузчика органических удобрений. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов, Л.В. Гвоздева // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2007. - №4. - С. 32-35.

9. Павлов, П.И. Энергоемкость элементно-цепного питателя погрузчика органических удобрений. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов, Л.В. Гвоздева // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2007. - №5. - с. 54-56.

10. Павлов, П.И. Погрузчик картофеля. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, С.А. Нестеров, A.A. Леонтьев // Тракторы и с.-х. машины. - 2009. - №12. -Вып.1. - С. 11-13.

11. Патов, П.И. Результаты исследования погрузчика картофеля с двухфазным питателем. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2009. - №12. - С. 62-65.

12. Хакимзянов, Р .Р. Погрузчик зерна. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов // Сельский механизатор. — 2010. — №8. — С. 32—33.

13. Хакимзянов, Р. Р. Погрузчик зерна. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2010. - №9. - С. 27-29.

14. Хакимзянов, Р. Р. Структурный анализ технологического процесса погрузки буртованных с.-х. грузов. / P.P. Хакимзянов, П.И. Павлов, A.M. Га-маюнов // Научное обозрение. — 2012. — №4. - С. 215-220.

15. Хакимзянов, Р. Р. Энергосбережение в технологическом процессе погрузки буртованных с.-х. грузов. / Р. Р. Хакимзянов // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2012. - № 11. - С. 63-66.

16. Хакимзянов, Р. Р. Теоретическое исследование параметров, определяющих производительность погрузчиков непрерывного действия буртованных грузов. / P.P. Хакимзянов // Фундаментальные исследования. -2013. - №10. -4.1.-С. 59-62.

17. Хакимзянов, Р. Р. Мощность на привод погрузчиков непрерывного действия буртованных с.-х. грузов. / P.P. Хакимзянов // Научное обозрение. — 2013.-№8,-С. 41-43.

патенты:

18. Патент № 17523 U1 РФ, 7B65G 67/24. Фрезерношнековый питатель. / В.Ф. Дубинин, П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // заявл.: 21.11.2000, Бюл. № 10.

19. Патент № 77855 U1 РФ, МПК В 65G 65/00. Погрузчик картофеля. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев, В.В. Демин // заявл.: 16.06.2008, Бюл. №31.

20. Патент № 88659 U1 РФ, МПК В 65/16, A01D 57/01. Погрузчик зерна. / П.И. Пашгов, P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов, А.Е. Съемщиков // заявл.: 23.06.2008, Бюл. № 32.

21. Патент № 2405302 С1 РФ, МПК АО ID 87/00. Питатель к погрузчику сенажа непрерывного действия. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, В.В. Демин, М.А. Сидоренко // заявл.: 22.06.2009, Бюл. № 34.

22. Патент № 2475436 С2 РФ, МПК B65G 65/20. Лопастной питатель. / P.P. Хакимзянов, И.П. Павлов // заявл.: 19.04.2011, Бюл. № 5.

23. Патент № 127576 U1 РФ, МПК A01D 87/00. Питатель к погрузчику консервированных кормов. / P.P. Хакимзянов, B.C. Тюкалин // заявл.: 01.11.2012, Бюл. № 13.

в других изданиях:

24. Хакимзянов, Р. Р. Фрезерношнековый питатель для погрузчиков непрерывного действия. / P.P. Хакимзянов // Совершенствование рабочих процессов и обоснование параметров машин для с.-х. пр-ва : сб. науч. тр./ СГАУ. -2000.-С. 74-78.

25. Хакимзянов, Р. Р. Методика лабораторных исследований фрезерно-шнекового шпателя погрузчика непрерывного действия. / Р. Р. Хакимзянов // Молодые ученые СГАУ им. Н. И. Вавилова - АПК Поволжского региона : сб. науч. работ. - Саратов, 2001. - С. 228 - 232.

26. Павлов, П.И. Оптимизация параметров питателя погрузчика непрерывного действия. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, П.С. Бедило // Повышение эффективности процессов механизации и электрификации в АПК : сб.науч.тр./ СГАУ. - Саратов, 2001. - С.108 - 112.

27. Павлов, П.И. Исследование влияния режимных параметров на приводную мощность фрезерношнекового питателя. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // Там же. - С.113 - 116.

28. Павлов, П.И. Кинематика рабочих органов фрезерно-шнекового питателя. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // Молодые ученые — АПК Поволжского региона: сб. науч. тр. - Саратов, 2004. - № 2. - С. 86—90.

29. Демин, Е.Е. Кинематическое исследование работы фрезерношнекового питателя погрузчика непрерывного действия. / Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Молодые ученые - АПК Поволжского региона : сб. науч. тр. — Саратов, 2005. - №3. - С. 126-132.

30. Демин, Е.Е. Питатели для погрузчиков органических удобрений. / Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Повышение эффективности использования автотракторной и с.-х. техники : межвуз. сб. науч. тр. - Пенза, 2005. - С. 300-301.

31. Хакимзянов, P.P. Питатели к погрузчику непрерывного действия. / P.P. Хакимзянов // Матер, науч. конф./ СГАУ. - Саратов, 2005. - С. 97-98.

32. Демин, Е.Е. Транспорт в с.-х. производстве. / Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов, Г.В. Левченко ; СГАУ. - Саратов, 2005. - 135 с.

33. Демин, Е.Е. Энергоемкость фрезерношнекового питателя. / Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Матер. Междунар. науч.-практич. конф./ СГАУ. — Саратов, 2006. - Т.4. - С. 24-26.

34. Павлов, П.И. Силовой анализ работы фрезерношнекового питателя. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов // Там же. - С. 42-45.

35. Павлов, П.И. Результаты экспериментальных исследований питателя к погрузчику непрерывного действия. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов. - Саратов, 2006. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 15.06.06, № 798-В2006.

36. Павлов, П.И. Критериальные уравнения связи параметров фрезерношнекового питателя. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов. — Саратов, 2006. — 16 с. — Деп. в ВИНИТИ 15.06.06, № 799-В2006.

37. Павлов, П.И. Исследование влияния режимных и конструктивных параметров на приводную мощность и производительность фрезерно-шнекового питателя. / П.И. Павлов, Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов. - Саратов, 2006. - 10 с. -Деп. в ВИНИТИ 15.06.06, № 800-В2006.

38. Хакимзянов, P.P. Конструктивно-технологическая схема погрузчика зерна. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов // Молодые ученые - АПК Поволжского региона : сб. науч. работ. - Саратов, 2007. - Вып. 4. - С. 128-130.

39. Павлов, П.И. Исследование погрузчиков непрерывного действия с двухфазным рабочим органом. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов // Вавилонские чтения - 2007 : матер. Междунар. науч.-практич. конф. - Саратов, 2007. - Ч.З. -С. 140-142.

40. Павлов, П.И. Обоснование конструктивно-технологической схемы ковшового погрузчика к трактору РТ-М-160. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, С.К. Кондратенко, О.С. Сапко // Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания : матер. Межгос. науч.-техн. семинара. — Саратов, 2009. - Вып. 21. - С. 164-166

41. Павлов, П.И. Ковшовый погрузчик к трактору РТ-М-160. / П.И. Павлов, P.P. Хакимзянов, С.К. Кондратенко, О.С. Сапко // Там же. - С. 167-168.

42. Демин, Е.Е. Влияние скорости внедрения на процесс забора груза с учетом буксования ведущих колес фронтального колесного погрузчика. / Е.Е. Демин, P.P. Хакимзянов, С.К. Кондратенко, О.С. Сапко // Матер. Междунар. науч.- практич. конф. - Саратов, 2009. — С. 208 с.

43. Хакимзянов, P.P. Конструктивно-технологическая схема погрузчика зерна. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов // Молодые ученые - АПК Поволжского региона : сб. науч. тр. — Саратов, 2009. — № 6. — С. 206—211.

44. Хакимзянов, P.P. Двухфазный питатель к погрузчику. / P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев // Перспективные направления развития автотранспортного комплекса : сб. статей 2-й Междунар. науч.-производ. конф. - Пенза, 2009. -С. 170-173.

45. Хакимзянов, P.P. Конструктивно-технологическая схема погрузчика зерна. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов // Матер. Междунар. науч.-практич. конф. - Саратов, 2008. - С. 185-188.

46. Хакимзянов, P.P. Теоретическое исследование процесса взаимодействия роторно-цепного питателя погрузчика непрерывного действия с клубнями

картофеля. / P.P. Хакимзянов, П.С. Бедило, A.A. Леонтьев // Матер. Междунар. науч.-практич. конф. - Саратов, 2010. - С. 213-217.

47. Хакимзянов, P.P. Подъемно-транспортные машины. / М. Н. Ерохин, С.П. Казанцев, А. В. Карп, P.P. Хакимзянов [и др.] ; под ред. М. Н. Ерохина, С. П. Казанцева. - М. : КолосС, 2010. - 335 с.

48. Хакимзянов, P.P. Теоретическое исследование процесса взаимодействия барабанного питателя погрузчика непрерывного действия с зерном. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов. - Саратов, 2011. - 13 с. - Деп. в ВИНИТИ 18.02.11, № 72-В2011.

49. Хакимзянов, P.P. Силовой анализ барабанного шпателя погрузчика непрерывного действия. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов. - Саратов, 2011. — 7 с. — Деп. в ВИНИТИ 18.02.11, № 73-В2011.

50. Хакимзянов, P.P. Результаты лабораторных исследований погрузчика зерна. / P.P. Хакимзянов, С.С. Сизов // Вавиловские чтения - 2010 : матер. Междунар. науч.-практич. конф. - Саратов, 2010. - Т.З. - С. 374-377.

51. Хакимзянов, P.P. Кинематическое исследование роторно-цепного питателя погрузчика картофеля. / P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев // Вавиловские чтения - 2010 : матер. Междунар. науч.-практич. конф. - Саратов, 2010. - Т.З. -С. 370-373.

52. Хакимзянов, P.P. Результаты исследования роторно-цепного питателя погрузчика картофеля. / P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев // Там же. — С. 373374.

53. Хакимзянов, P.P. Энергоемкость погрузчика картофеля с роторно-цепным питателем. / P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев // Научное обозрение. -2010,-№5.-С. 58-61.

54. Хакимзянов, P.P. Результаты исследований конструктивных и режимных параметров питателя к погрузчику непрерывного действия. / P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев, P.C. Дмитриев // Матер. Междунар. науч.-техн. конф. «Достижения науки — агропромышленному производству». - Челябинск, 2012. -Ч. IV.-С. 154-159.

55. Хакимзянов, P.P. Теоретическое исследование влияния режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчика буртованных грузов на приводную мощность. / P.P. Хакимзянов, A.A. Леонтьев, B.C. Тюкалин // Технические науки — от теории к практике: матер. XV Междунар. науч.-практич. конф. -Новосибирск, 2012. - С. 130-138.

ХАКИМЗЯНОВ РУСТАМ РАФИТОВИЧ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

В авторской редакции

Подписано в печать 11.09.2013. Формат 60х 84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печ. л. 2,0. Тираж 120 экз. Заказ № 222/204.

Текст работы Хакимзянов, Рустам Рафитович, диссертация по теме Технологии и средства механизации сельского хозяйства

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. И. ВАВИЛОВА

Снижение энергоемкости технологического процесса и разработка технических средств погрузки буртованных грузов

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

На правах рукописи

052О145О165

Хакимзянов Рустам Рафитович

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант -доктор технических наук, профессор

ПАВЛОВ П.И.

Волгоград 2013

РЕФЕРАТ

Диссертация содержит 375 страниц машинописного текста, 166 рисунков, 26 таблиц, 232 литературных источника и 4 приложения.

Ключевые слова: НАВОЗ, КАРТОФЕЛЬ, ЗЕРНО, ПОГРУЗКА, ПОГРУЗЧИК НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, ПИТАТЕЛЬ, ЭНЕРГОЕМКОСТЬ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.

Цель работы. Снижение энергоемкости технологического процесса погрузки связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов погрузчиками непрерывного действия совершенствованием и обоснованием параметров рабочих органов.

Объекты исследований. Технологический процесс и технические средства для погрузки буртованных сельскохозяйственных грузов на примере органических удобрений, корнеклубнеплодов и зерна.

На основе исследований физико-механических свойств органических удобрений, картофеля, зерна, теоретического анализа и сформулированной рабочей гипотезы разработаны конструктивно-технологические схемы ресурсосберегающих погрузчиков непрерывного действия к сельскохозяйственным грузам. В результате использования методов системного анализа, теоретических и экспериментальных исследований обоснованы и оптимизированы параметры рабочих органов погрузчиков и режимы их взаимодействия с органическими удобрениями, картофелем и зерном. Математические и вероятностно-статистические модели описывают влияние комплекса конструктивных, режимных, эксплуатационных факторов и физико-механических свойств груза на производительность, приводную мощность и энергоемкость.

Внедрение разработанных питателей обеспечивает эффективную погрузку вышеуказанных грузов и позволяет снизить приведенные затраты на 29 ...35 %.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................8

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИСЛЕДОВАНИЙ.... 14

1.1 Основные направления сельскохозяйственного производства..........................................................................................................................................^

1.2 Классификация сельскохозяйственных грузов............................................16

1.3 Использование органических удобрений в растениеводстве... 21

1.4 Место картофеля в структуре земледелия. Анализ современных технологий и средств механизации технологических процессов

возделывания картофеля....................................................... 27

1.5 Значение зерна в сельскохозяйственном производстве. Анализ технологии возделывания и средств механизации технологических процессов уборки и послеуборочной обработки зерновых........... 32

1.6 Погрузчики непрерывного действия для буртованных сельскохозяйственных грузов................................................ ^

1.6.1 Погрузчики непрерывного действия органических удобрений......................................................................... ^

1.6.2 Погрузчики, используемые на погрузке картофеля............. 48

1.6.3 Погрузчики зерна....................................................... 59

1.7 Классификация погрузчиков непрерывного действия............ 67

1.8 Анализ исследований мощности и производительности погрузчиков непрерывного действия....................................... ^

1.9 Выводы, постановка проблемы.......................................... 88

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОГРУЗЧИКОВ С БУРТОВАННЫМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ ГРУЗАМИ.............................. 92

2.1 Анализ энергоемкости технологического процесса погрузки

связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов............................ 94

2.2 Общая модель взаимодействия рабочих органов с буртованными сельскохозяйственными грузами..............................................

2.3 Конструктивно - технологические схемы погрузчиков непрерывного действия......................................................... ^

2.4 Уравнение движения рабочего органа погрузчика................ 118

2.5 Исследование процессов отделения стружки........................ 126

2.6 Силовой анализ работы питателей погрузчиков буртованных грузов.............................................................................. . 132

2.7 Аналитическое выражение мощности, затрачиваемой на привод погрузчика........................................................................

1 JO

2.8 Аналитические выражения мощности, затрачиваемой на привод питателей погрузчиков непрерывного действия.......................

2.8.1 Аналитическое выражение мощности, затрачиваемой на привод погрузчика с фрезерным питателем.......................................................................... 160

2.8.2 Аналитическое выражение мощности, затрачиваемой на привод погрузчика с роторным питателем...........................................................................

2.8.3 Аналитическое выражение мощности, затрачиваемой на

привод погрузчика с барабанным ,,,

166

питателем..........................................................................

2.9 Производительность погрузчиков..........................................................................168

2.10 Энергоемкость работы....................................................................................................174

2.11 Выводы............................................................................................................................................182

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПОГРУЗЧИКОВ С

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ ГРУЗАМИ......................................................184

3.1 Постановка экспериментальных задач................................................................184

3.2 Исследования физико-механических свойств грузов............... 185

3.2.1 Программа исследований физико-механических свойств органических удобрений.......................................................

186

3.2.2 Программа и методика исследований физико-механических свойств картофеля...............................................................

3.2.3 Методика исследования физико-механических свойств зерна пшеницы............................................................................ ^

3.3 Программа и методика исследований влияния режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчиков на травмируемость клубней картофеля........................................ 197

3.4 Программа и методика исследований влияния режимных и конструктивных параметров погрузчика на травмируемость зерна пшеницы........................................................................... 199

3.5 Методы и средства экспериментальных исследований............ 200

3.6 Методика планирования лабораторных исследований........... 217

3.7 Выводы....................................................................... 225

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ... 226

4.1 Заданные значения некоторых режимных и конструктивных параметров исследуемых погрузчиков.................................... ^^

4.2 Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований погрузчиков непрерывного действия..................... ^

4.2.1 Результаты факторного эксперимента погрузчика органических удобрений....................................................... ^

4.2.2 Результаты факторного эксперимента погрузчика картофеля.......................................................................... ^

4.2.3 Результаты факторного эксперимента погрузчика зерна................................................................................ ?33

4.3 Влияние режимных и конструктивных параметров на силовые факторы............................................................................

4.3.1 Влияние режимных и конструктивных параметров погрузчика органических удобрений на силовые факторы............................................................................ 235

4.3.2 Влияние режимных и конструктивных параметров погрузчика картофеля на силовые факторы................................................ 244

4.3.3 Влияние режимных и конструктивных параметров погрузчика зерна на силовые факторы.................................................... 251

257

259

265

4.4 Влияние исследуемых режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчика на травмируемость клубней картофеля..

4.5 Влияние исследуемых режимных и конструктивных параметров рабочих органов погрузчика на травмируемость зерна...................

4.6 Выводы....................................................................... 262

5 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМЫХ ПОГРУЗЧИКОВ.................................................................

5.1 Работа погрузчика органических удобрений в производственных условиях..................................................

5.2 Работа погрузчика картофеля в производственных

УСЛОВИЯХ............................................................................ 268

5.3 Работа погрузчика зерна в производственных условиях......... 270

5.4 Производительность погрузчика органических удобрений..... 272

5.5 Производительность погрузчика картофеля......................... 273

5.6 Производительность погрузчика зерна............................... 275

5.7 Влияние режимных и конструктивных параметров на приводную мощность погрузчика органических удобрений.....

5.8 Влияние режимных и конструктивных параметров на мощность, затрачиваемую погрузчиком картофеля...................................

5.9 Влияние режимных и конструктивных параметров на мощность,

276

затрачиваемую погрузчиком зерна......................................... 283

5.10 Технико-экономическая эффективность процесса погрузки с применением предлагаемых рабочих органов............................

288

5.10.1 Технико-экономическая эффективность погрузчика органических удобрений.......................................................

288

5.10.2 Технико-экономическая эффективность погрузчика картофеля..........................................................................

5.10.3 Технико-экономическая эффективность погрузчика

294

зерна................................................................................

5.11 Выводы..................................................................... 298

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................... 300

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................... 303

ПРИЛОЖЕНИЕ А Матрицы 3-х факторного плана Бокса-Бенкина... 325 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Дисперсии, среднеквадратические ошибки

337

и ковариации.......................................................................

ПРИЛОЖЕНИЕ В Патенты на изобретение и полезную модель РФ... 339 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Документы по внедрению и производственным

356

испытаниям........................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Сельскохозяйственное производство, являясь одной из важных отраслей, характеризуется наличием разнообразных буртованных грузов, при этом доля механизации погрузочно-разгрузочных работ составляет до 40 % общей трудоемкости. Разработано большое количество различных конструктивно-технологических схем погрузчиков периодического и непрерывного действия, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. При работе с буртованными сельскохозяйственными грузами, большую часть которых необходимо перегружать в сжатые агротехнические сроки с помощью высокопроизводительной техники, используют погрузчики непрерывного действия. Их основными элементами являются грузозахватное устройство -питатель и транспортирующее - отгрузочный транспортер, следующий непосредственно за питателем. По работе указанных рабочих органов можно судить об эффективности всего погрузчика. Анализ энергоемкости технологического процесса погрузки машинами непрерывного действия показал, что для достижения высокой производительности (200...250 т/ч) требуются значительные затраты энергии (350...400 Дж/кг и более), но при этом оптимальные режимные и конструктивные параметры рабочих органов не определены, нет их согласованного взаимодействия и соответствия физико-механическим свойствам буртованных грузов.

Технологический процесс погрузки в целом включает в себя не только захват или отделение груза от бурта, но и дальнейшее перемещение его до разгрузки в транспортное средство. Длина траектории, которую проходит отделенный материал, взаимодействуя с питателем и транспортирующими рабочими органами, оказывает

значительное влияние на мощность, затрачиваемую на привод погрузчика, производительность, а, следовательно, и на энергоемкость.

В связи с создавшейся ситуацией возникает актуальная научная проблема снижения энергоемкости при обеспечении требуемой производительности непрерывной погрузки буртованных грузов, уменьшением мощности на привод рабочих органов за счет изменения траектории движения груза от бурта до разгрузки в транспортное средство погрузчиками непрерывного действия.

Цель исследования - снижение энергоемкости технологического процесса погрузки связных, сыпучих грузов и корнеклубнеплодов погрузчиками

непрерывного действия совершенствованием и обоснованием параметров рабочих органов.

Для решения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

Предмет исследования - взаимосвязь системы показателей технологического процесса погрузки буртованных грузов, и параметров рабочих органов погрузчиков непрерывного действия с энергоемкостью.

Научная новизна работы заключается в математическом описании системы «погрузчик - рабочий орган - буртованный груз» и критериев оценки ее эффективности; закономерности изменения мощности на привод,

производительности и энергоемкости от способа воздействия на груз, его физико-механических свойств, характера движения рабочих органов; получении регрессионных моделей и соответствующих им графических зависимостей, описывающих влияние конструктивных и кинематических параметров на критерии оптимизации; теоретическом и экспериментальном обосновании конструктивных и режимных параметров разработанных погрузчиков органических удобрений, картофеля, зерна.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании теоретических исследований разработан и внедрен комплекс машин с обоснованными режимными и конструктивными параметрами для погрузки органических удобрений, картофеля и зерна, позволяющих, при требуемой производительности получить экономию топливо-смазочных материалов до 23 % и сокращение приведенных затрат до 35 %. Предложенные теоретические зависимости и результаты экспериментальных исследований могут быть использованы в качестве основы при разработке новых и совершенствовании существующих машин для погрузки буртованных сельскохозяйственных грузов, а также в спецкурсах вузов при изучении технических дисциплин.

Методология и мето

Похожие работы

Процессы и машины агроинженерных систем
05.20.00