автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование привода режущего аппарата капустоуборочной машины

На правах рукописи

Андреев Роман Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИВОДА РЕЖУЩЕГО АППАРАТА КАПУСТОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ

Специальность 05.20.01- Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ФЕВ 2214

005545316

Чебоксары-2014

005545316

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учрежд нии высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозя ственная академия».

Научный руководитель: Алатырев Сергей Сергеевич,

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Савельев Юрий Александрович,

доктор технических наук, профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины и мех низация животноводства ФГБОУ ВПО Самарск государственная сельскохозяйственная академия)

Никулин Игорь Васильевич,

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой теоретической и прикладной механик ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый университет им. B.C. Черномырдин (филиал в г. Чебоксары)

Ведущее предприятие: Федеральное государственное бюджетное образо

вательное учреждение высшего профессионально го образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Защита состоится 25 апреля 2014 года в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационно] совета Д220.070.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ауд. 222. Факс: (8352)62-23-34; E-mail: info@academy21.ru

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ЧГСХА и на сайте сети «Интернет» по адресу: http://academv21. ru в разделе «Новости» от 13 января 2014 г.

Автореферат разослан «Of» февраля 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

С.С. Алатырев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы в России и в ряде других стран обращают истальное внимание на разработку овощеуборочной техники, в частности, машин для плотной уборки капусты. Однако имеющиеся опытные образцы капустоуборочных ма-ин характеризуются невысокой эффективностью выполнения технологического процесса реальных производственных условиях.

Качественные показатели работы капустоуборочных машин существенно зависят от ачества функционирования режущего аппарата Так, увеличение скорости реза приводит к овышенным нагрузкам в шарнирах привода, что способствует быстрому выходу их из троя.

Поэтому повышение качества функционирования режущего аппарата путем со-ершенствования его привода является актуальной задачей при создании перспек-ивных капустоуборочных машин.

Степень разработанности темы. В настоящее время режущие аппараты капусто-борочных машин с возвратно-поступательно движущимися элементами изучены недоста-очно глубоко, не выявлена сущность формирования их динамической нагруженности.

В этой связи есть необходимость в дальнейшей проработке вопросов динамической агруженности режущих аппаратов капустоуборочных машин с возвратно-поступательно вижущимися элементами.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Чувашской государст-енной сельскохозяйственной академии в рамках отраслевой программы РАСХН «Разрабо-ть новое поколение экологически безопасных, ресурсосберегающих машинных техноло-й, создать комплекс конкурентноспособных технических средств и высокоэффективных гатехнических и биологических приемов для устойчивого производства овощной про-укции в открытом грунте, адаптированных к основным природным зонам товарного про-зводства овощей, на период до 2012 года» (задание 03.01 и 03.02) и российско-елорусской программы «Повышение эффективности производства и переработки плодо-ощной продукции на основе прогрессивных технологий и техники» (Постановление СМ юзного государства № 18 от 21.04.2005 г.).

Цель исследования. Совершенствование привода режущего аппарата капустоубороч-ой машины с возвратно-поступательно движущимися элементами и повышение качества шолнения им технологического процесса.

Объект исследования. Режущий аппарат капустоуборочной машины и его привод.

Предмет исследования. Закономерности влияния конструкции привода режущего ап-арата капустоуборочной машины на условия его функционирования.

Методика исследований. Теоретические исследования базировались на законах и ме-дах механики. Экспериментальные исследования проводились по общепринятым и частым методикам с применением электронной цифровой регистрирующей аппаратуры и ¿ВМ.

Научная новизна. Заключается в методике моделирования и экспериментального сследования кинематики и динамики привода режущего аппарата капустоуборочной манны с возвратно-поступательно движущимися элементами, в установлении закономерно-ей формирования динамической нагруженности названного режущего аппарата с учетом чества его работы, конструктивно-кинематической схеме модернизированного привода жущего аппарата и режимах его работы (новизна технических решений присовокуплена капустоуборочной машине, защищенный патентом на изобретение № 2365086).

Практическая значимость. На основе результатов исследований разработан приво режущего аппарата капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимис элементами динамической нагруженностью, пониженной на 10-15%.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований использо ваны при разработке опытного образца малогабаритной капустоуборочной машинь испытанной в производственных условиях в колхозе «Красный Фронтовик» Ибре синского района и КФХ Семенова В.Н. Козловского района Чувашской Республики.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также разр ботанная техническая документация переданы ООО «Ибресинское ремонтно техническое предприятие», ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» и КФ «Селифонтово» (Белоруссия), ООО «Производственный комплекс «ТехноЭнерго Сервис» для опытного производства малогабаритной капустоуборочной машины, настоящее время освоено промышленное производство названной машины в ЗА «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш».

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика моделирования кинематики и динамики привода режущего аппарат капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимися элементами;

- результаты экспериментальных исследований динамической нагруженност режущего аппарата;

- конструктивно-кинематическая схема модернизированного привода режущег аппарата и его параметры.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложень на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспира тов и студентов «Молодежь и наука XXI века» (Чебоксары, ЧГСХА, 2008 г.); на те нических совещаниях ООО «Ибресинское РТП» (Чувашская Республика, пос. Ибр си, 2008 г.); в Материалах студенческой научной конференции «Энергия и знани молодых ученых аграрному производству» (Чебоксары, ЧГСХА, 2008 г.); технич ском совещании КФХ «ИП Баймаковский» (Республика Мордовия, г.Инсар, 2009 г. Республиканской научно-практической конференции «Наука в развитии села» (Ч боксары, ЧГСХА, 2009 г.); V Всероссийской научно-практической конференции м лодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежь XXI века - специалисты АП нового поколения» (Чебоксары, ЧГСХА, 2009 г.); на выставке-конкурсе создателе самодельной тракторной техники «Кулибин XXI века» (Чебоксары, 2010г.); Всеро сийском инновационном форуме аграрной молодежи - демонстрации лучших инн вационных проектов в сфере АПК (Орел, 2010г.); Шестом саратовском салоне из бретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2011); Всероссийской научн практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молоды ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства» (Чебоксары, ЧГСХ 2011 г.); технических совещаниях ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» ООО «Производственный комплекс «ТехноЭнергоСервис».

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 публикациях, том числе три статьи в ведущих рецензируемых научно - практических журнала рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ (Тракторы и сельскохозяйс венные машины, №7,2008г.; Техника в сельском хозяйстве, №3, 2011 г.; Тракторы сельхозмашины, №11, 2011г.), а также получен патент РФ на изобретение №236508 Три статьи опубликованы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти азделов, заключения, списка использованной литературы из 145 наименований и риложений. Работа изложена на 133 страницах, включает 99 страниц основного тек-та, 43 рисунка, 8 таблиц и 21 страницу приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, её научная новизна, изложены основ-ые положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ» прове-ен анализ режущих аппаратов уборочных машин. В результате установлено:

1. Одним из путей улучшения качественных показателей работы капустоуборочной 1ашины с возвратно-поступательно движущимися элементами является повышение каче-тва функционирования ее режущего аппарата.

2. Качество функционирования режущего аппарата капустроуборочной машины суще-твенно зависит от конструкции и параметров его привода

В этой связи целью настоящих исследований является совершенствование привода ежущего аппарата капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимися лементами и повышение качества выполнения им технологического процесса.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

- теоретически и экспериментально глубже исследовать кинематику и динамику при-ода режущего аппарата, выполненного в виде рычажно-шарнирного механизма с возврат-о - поступательно движущимися элементами и выявить влияние режимов работы на его инамическую нагруженность;

- изыскать новые приемы совершенствования привода режущего аппарата с возврат-о-поступательно движущимися элементами для снижения динамической нагруженности, озволяющие в последующем повысить скоростной режим его работы и качество функ-ионирования;

- изготовить опытный образец режущего аппарата с модернизированным приводом и роверить его работу в производственных условиях в составе капустоуборочного комбай-а;

- дать технико-экономическую оценку результатам исследования.

Во втором разделе «ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НА-УЖЕННОСТИ РЕЖУЩЕГО АППАРАТА И ПРЕДПОСЫЛКИ К СОВЕРШЕНСТВО-АНИЮ ЕГО ПРИВОДА» анализирована нагруженность привода, предложена концепция го совершенствования и дана оценка модернизированному приводу.

Режущий аппарат (рис. 1) содержит прижимное устройство в виде эластичного сетча-ого полотна 1 с поперечными жесткими распорками 2, колеблющиеся боковины 3, скреп-енные шарнирно между собой в виде четырехзвенного механизма с П-образными перед-ей 4 и задней 5 подвесками, закрепленными своей центральной частью посредством шар-иров 6 и 7 к раме 8. Передние части (лифтеры) боковин 3 имеют в продольно-ертикальной плоскости возможность копировать рельеф почвенного покрова за счет шар-иров 9 под действием пружин 10, а задние части боковин оснащены плоскими клиновид-ыми ножами 11. Кроме того, боковины 3 снабжены направляющими 12, соединенными в ередней части с ними шарнирно.

Рисунок 1

Приводится в движение режущий ап парат от пространственного кривошипно шатунного механизма 15, кинематически1 связанного с одним из боковин 3 посредст вом шарового шарнира 16.

В четырехзвенном механизме направ ляющие равны между собой по длине, дви жутся вместе с жестко закрепленными но жами БЕ иБ'Е' поступательно (рис. 2). Пр1 этом точка В, В" и С совершают круговьи движения по одинаковым траекториям.

Рассмотрим движение привода режу! щего аппарата в декартовой системе коор динат OXYZ В ней ось О1-О1 вращени кривошипа О1А параллельна оси ОУ, скре щивается под углом 90° с осью О2-О2' вра щения фиктивного коромысла В"02', парал лельной оси ОЪ, причем плоскость враще ния кривошипа совпадает плоскостью ХСК.

Углы поворота <р\ кривошипа О1А и ср фиктивного коромысла В"02' будем отсчи тывать относительно направления оси ОХ причем за положительное направление от счета примем направление по часово) стрелке.

Вывод аналитических выражений свя зи метрических и угловых параметров при вода режущего аппарата приводим при еле дующих обозначениях: 12, /3 - соответст венно длины кривошипа О1А, шатуна АВ" I фиктивного коромысла В"02'; 14. ¡з, Iв - соот ветственно расстояния между осью враще ния О1-О1 и осью вращения О2-О2 фиктивного коромысла В"02', от оси вращения криво шипа до плоскости ХОУ и от оси вращения фиктивного коромысла до плоскости XOZ.

Заметим, что в приводе режущего аппарата кривошип О1А и фиктивное коромысло В"02' совершают с точки зрения механики простые вращательные движения, а шатун АВ -сложное пространственное движение.

В результате представим модель привода в промежуточном положении, когда уго. поворота кривошипа О1А равен <р\. При этом проекция шатуна в плоскости ХОУ

Схема режущего аппарата: 1 -полотно эластичное сетчатое; 2 - распорка; 3 - боковины; 4 -подвеска передняя; 5 - подвеска задняя; 6, 7 - шарниры вертикальные, 9 - шарнир горизонтальный; 10 - пружина сжатия; 11 - ножи; 12 - направляющие; 13 - транспортер выносной; 14 - переходник; 15 -пространственный кривошип-но-шатунный механизм; 16 -шарнир шаровой

АХВ" =11 + (О^Ах)2 - 213 ■ 0'2Ах cos Р,

где cos Р = — sin(y — (р3).

Тогда, возведя выражение в квадрат, получим

(AxB"f = 123 + (.0'2АхУ + 213

0'2Ах sin(y - <р3).

(1

С другой стороны из ААВАХ следует

(АХВ)2 = I2 - ШХУ,

{АХВ")2 = I2 - (¿s + I, smcp,)2

(0'2АхУ = /2 + (AM2,

где ААХ = /5 + 1Х эт(р1. Тогда

Из ДАх0'20'2х где Ах0'2х = ¿4 - к соб <рг. Тогда

(0^АХ)2 = 126 + (14 - соБср^2. Из ДЛ^О^Огх также находим, что

. и-1± сог«)! у = ап^-*———. 'в

Подставляя выражения (2), (3) и (4) в (1), получим:

Ч ~ Об + к вш^)2 = 4 + 11 + (¿4 - к соэ^)2 +

/4 — к С05 б

+2/3 + (¿4 - cos i^)2 sin (arctg —-* cos _ ^j

Решая эту зависимость относительно <3з, получим:

¿4 — cos (р-у

(р з = arctg-

¿6

. 'I - Os + ¿1 sin «Pj)2 -12-1б~ (U - к cos ^i)2 —arc sin--—-.

+ (¿4 - ¿i cos (ргУ

Или

<p3 = arctg/jOpJ - arcsin||^j,

с r \ cos fx

16

fi(<Pi) = l\ ~ Os + к sin(px)2 -lj-ll~ 04 - /t cos^j)2; /3(<Pi) = 2/ЗЛ/^ + 04 - ¿i cos^j)2

Вести анализ полученной зависимости удобно при следующих относительных эазмерных метрических параметрах привода режущего аппарата:

к к к к к Mi = Г""2 = Г'^з =Г'1Л*= Г'^5 = г-

'2 '3 ¿4 '5 '6

С учетом этих выражений получим:

ЛОг)

- Дз соБер^

Мз

,, ч 1 1 1 1 1 /1 /2(^1) = -- — - —-—--2-1-2 -

К Мг Мз <"4 К Ш

2

/3О1)

1 \

БНК»!--СОЭфт |:

М4 № /

Л-+ - СОБЙЭЛ . ц1 V

Мг лЛМБ

Для выявления функции связи между скоростями звеньев привода дифференцируел| выражение (5) по углу (»1 и получим:

/ _ Л'(У 1) /2,(У1>/з('?'1)-/2(ф1>/з'('Р1) [(-

- ТЖо ' - (6-

где Д'Ог) = 115зт<рг;

/2О1) = -г^соБ^ + — БтсрЛ;

\и 4. и, /

n

п

' * МЗ 2 эт «5»! (1 — ^з со б

МгМз

Рисунок 2 - Метрическая модель привода режущего аппарата

Дифференцируя выражение (6) вторично по <р\, получим функцию связи между уско рениями звеньев привода в следующем виде:

■ _ + - глО^ЖОР!)]2 П((РгШ<Рг) - МУО/зОРО |

+

где /1(^1) = соб«^;

1.1+Л2(?0 ^3Л/з(?»1) /32(<Р,)-/22(?>1) > 1

/1 1 /2О1) = 2 — БИК^--собс?! );

\/Л4 («3

/зОО

4(—соб^ -СОБ 2^) - [/З'СФХ)]2

При полученных функциях связи (6) и (7) могут быть выражены угловая скорость т3 и угловое ускорение £3 звена 02ГВ" соответственно по формулам:

= (8)

£з = ^¡¡Г- + <Рз = <Рз£1 + <Рз<»1 (9)

•де - угловая скорость кривошипа; 81 - угловое ускорение кривошипа. При равномерном вращении кривошипа выражение (9) примет вид:

£3 = (р'^щ/сИ)2. (10)

Тогда модуль полного ускорения с учетом (8) и (9)

1(<Рз£1 + <Р'ЗЬ>?)2 + (<РЗЫ1)4-13- (11)

При равномерном вращении кривошипа, т.е. при £а = 0 выражение (11) примет вид:

а = ^(<р'з)2 + (<РзУ-<»1-^ (12)

В выражении (11) составляющая касательных ускорений существенно больше нормальных ускорений. Поэтому при пренебрежении нормальных ускорений и при вращении фивошипа с постоянной скоростью динамическую нагруженность режущего аппарата «ожно оценивать по величине касательного ускорения точки В', т.е. в соответствии с выражением:

аТ = (р'зшЦг- (13)

На рис. 3 приведены аналитические зависимости ат, полученные в результате компьютерного моделирования выражения (13) с помощью пакета программ МаШСАБ при и>1, равных 6,28 с"1, 9,42 с"1, 12,56 с"1 соответственно, и при = 0,127, ц2 = 0,316, /и3 = 0,127, = 0,95 и ¿¿5 = 0,238.

Как видно из рис. 3, при равномерном вращении кривошипа модуль касательного ускорения точки В изменяется циклически постоянной амплитудой по закону, близкому гармоническому. Причем при рабочих угловых скоростях кривошипа 6,28<с01<12,56 с"1 амплитуды касательных ускорений имеют достаточно высокие значения, т.е. в механизме режущего аппарата имеют место значительные инерциальные силы.

a-i, м/с2

\ ^^ 3 2 / /

1 \ / / /.-•■' /

0 I. >47 ^-О V ■ \ «4 3. ч "•■.. \ 42 i, .-•''' / / / •99^ 5. 'У / 36 б.

N V V__ / У

рад.

Рисунок 3 - Аналитические зависимости касательного ускорения ат выравнивающего устройства режущего аппарата от угла поворота кривошипа (р\ при его угловой скорости вращения ш1, равных 6,28(1), 9,42(2) и 12,56(3) с"1

Теоретический анализ показал, что пиковые значения касательных ускорений можно несколько снизить при вращении кривошипа переменной циклически повторяющейся угловой скоростью со сдвигом фаз пульсаций с»1 и ас (рисунок 4). Причем наибольший эффект при этом будет достигнут при совпадении по фазе минимальных значений угловых1 скоростей кривошипа о>1 с пиковыми значениями касательных ускорений а^ выравнивающего устройства (точки В ) режущего аппарата.

В капустоуборочной машине режущий аппарат получает вращение через систему механических передач от вала отбора мощности, имеющего постоянную угловую скорости вращения в установившемся режиме работы трактора. В этом случае динамическая натрут женность режущего аппарата характеризуется зависимостями 1 и 3, показанными на рис. 3.1 При введении в кинематическую цепь привода режущего аппарата карданной передачи, в которой одним шарниром Гука передается вращение между пересекающимися под углом 0 валами (на другом конце промежуточного вала шарнир Гука заменен шарниром равных угловых скоростей), имеет место циклическое изменение угловой скорости враще ния ведомого вала при вращении с постоянной угловой скоростью ведущего вала (рис 5). При этом соотношения между угловыми скоростями выражается зависимостью:

/ /1 в*1М| = .„2, , (14)

sin2cpB+cos2<pB-cos2в ' где сов - угловая скорость ведущего вала; coi - угловая скорость ведомого вала; срв - угол поворота ведущего вала;

в - угол между пересекающимися осями валов карданной передачи

Если изменить фазу колебаний coi на я/2, то получим выражение:

, cosd

=

а,.м/с

и, с

sin2(<pe+n/2)+cos2(ipl,+n/2) cos2e '

соторое соответствует зависимости 1 на рис. 4 при 0=20

Причем при cpi=0, ф | =7г и Ф1=2л: имеем

СЙ1тт=0)в COS©, (16)

при ф | =те/2 и Зк/2 имеем

O3lmax=O3li/cOS0. (17)

Следовательно, при среднем постоянном значении шв угловая скорость ведомого вала достигает максимального значения ov'cosö и минимального значения co„cos0 по два раза за каждый оборот кривошипного вала; причем при пиковых значениях касательного ускорения \гЦ выравнивающего устройства кривошип будет иметь минимальную угловую скорость, т.е. режущий аппарат будет работать более «мягче» (кривая 4 на рис. 4).

Степень неравномерности вращения ведомого вала карданной передачи количественно можно оценивать относительно постоянной угловой скорости вра-

Рисунок 4 - Графики зависимостей угловых скоростей (1 и 2) вращения СО] кривошипа и соответствующие им зависимости касательных ускорений а, (3 и 4) выравнивающего устройства (точки В') режущего аппарата от угла поворота кривошипного вала ф1

1,15 1Д 1,05

0,9

0,85

\

\

/ \ А

ч

л/6 к/3 я/2 2п/3 5л/6

щения ведущего вала по формуле:

<°11Пах~шип1п (18)

<0„

С учетом выражений (16) и (17) равенство (18) примет вид:

Д= •

1 - cos2 cose

Откуда, приняв во внимание равенство sin2в + cos2в = 1, получим:

Рисунок 5 - Графики относительного изменения угловой скорости ведомого вала Ш1/<в„ в одношарнирной карданной передаче в зависимости от угла поворота ведущего вала ср„ при ©=10°(1), ©=20°(2) и ©=30°(3)

Д= tgd • sine.

(19)

Из выражения (19) видно, что увеличивая угол ©, можно достичь значительной неравномерности вращения ведомого вала карданной передачи. Так, например, согласно выражению (19) при изменении 0 от 0 до 30" неравномерность вращения ведомого вала кардан-

ной передачи может достичь Л=0,29.

Далее заметим, что с увеличением А можно в последствии добиться значительного^ сглаживания пиков касательного ускорения а^ выравнивающего устройства, т.е. снижения динамической нагруженности режущего аппарата. Однако при этом наблюдается ухудшение условий работы самой карданной передачи. Поэтому считаем целесообразным ограни читься углом наклон 0 валов карданной передачи в приводе режущего аппарата, не пре вышающим 30°.

Функция положения (5) механизма привода режущего аппарата является нелинейной, звенья механизма совершают движения с знакопеременным ускорением. Поэтому ь звеньях привода режущего аппарата возникают значительные инерциальные нагрузки. В режущем аппарате кривошип, шатун и коромысла имеют незначительные массы по сравне нию с лифтерами и выравнивателями. Поэтому в дальнейшем пренебрегаем их массами.; При этом, считая угловую скорость вращения кривошипа постоянной, вычислим приведен ' ный момент сил инерции на валу кривошипа по формуле:

|

(20)

где - угловая скорость кривошипа;

Лр - приведенный момент инерции привода режущего аппарата.

Приведенный момент инерции:

Упр=Ув.у4=/в.у.[<Рз]2- (21)

где Ув у — момент инерции выравнивающего устройства (лифтеров и выравнивателей) отно сительно оси В"02' качения фиктивного коромысла; со3 - угловая скорость фиктивного коромысла.

Тогда, решая выражения (20) и (21) совместно, получим:

Ми = 2/в ,у.<р'з<рК (22)

Приведя массы лифтеров и направляющих в точки В" и В'" и учитывая факт, что левые и правые лифтеры и направляющие приводятся в движение от одного кривошипного вала, можно представить, что

/в.у. = 2 т11 (23)

где т - суммарная масса лифтеров и направляющей.

Тогда

Ми = 4 т11<р'3<р'3ш1 (24)

На рисунке 6 приведена зависимость Ми = [((р^) при а)ь равной 6,2В с"1; 9,42 с"1 и 12,56 с"1 соответственно.

Как показывает анализ, приведенный момент сил инерции срезающего аппарата капустоуборочной машины изменяется циклически в значительных пределах, создавая напряженные условия работы в звеньях и в шарнирах привода. Причем момент сил инерции резко возрастает с увеличением частоты вращения кривошипного вала. Так, например, при угловой скорости «1=6,28 с"1 максимальное значение приведенного момента составляет 50 Нм, а при угловой скорости «1=9,42 с'1 - 230 Н м. Таким образом, динамические свойства механизма привода ограничивают скоростной режим работы режущего аппарата.

В то же время при повышенном скоростном режиме качество среза кочанов капусты улучшается. Поэтому предлагаем повысить угловую скорость вращения кривошипа в приводе режущего аппарата до 12,6 с"1, а чтобы при этом не ухудшились динамические характеристики привода, с учетом изложенного выше предлагаем приводить движения кривошипный вал режущего аппарата карданной передачей с валами, расположенными под углом 0 друг к ДРУГУ-

Это означает, что в выражении (20) СО] заменяется зависимостью (14), т.е. считается переменной величиной.

Тогда с учетом выражения (23) приведенный моментМи определяется по формуле:

Ми = 2m.ll Ц^о^О^)]2 + 2а1<р'3(#1) ■ (р'зШ). (25)

На рис. 7 приведена зависимость Ми=^ф) при «=0.94 <мь когда максимальное значение угловой скорости на приводном вату карданной передачи будет равняться соответственно 6,28 с"; 9,42 с"1; 12,56 с"1, т.е. такие же, какие были представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 - Зависимость приведенного момента Ми сил инерции на кривошипном валу режущего аппарата от угла поворота с>1 при соь равной 6,28 (1); 9,42 (2) и 12,56 с"1 (3)

М,„ Нм

100

0

ф, рад

Из рис. 7 видно, что пиковые зна чения приведенных моментов при это\ снизились до 20% по сравнению с дан ными, представленными на рисунке 6| Это свидетельствует о том, что использо вание в приводе режущего аппарата карданной передачи с валами, расположен^ ными под углом © друг к другу, улучша ет динамические свойства механизма, чт<^ позволяет в свою очередь повысить с ко ростной режим работы режущего аппарата капустоуборочной машины и качестве его функционирования.

В третьем разделе «МЕТОДИК^ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДО ВАНИЙ И ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫ? ДАННЫХ» изложены программа и мето дика экспериментальных исследований описано лабораторное оборудование.

Для исследования динамически нагруженности привода режущего аппарата разработан вариант лабораторной установки, представленный на рисунке 8.

В нем на раме 1 режущего аппарат; закреплена подставка 2 с электродвигате лем 3 и редуктором 4. Вращение передается через тензометрическое звено 5, с которого электрический сигнал поступает на усилитель 6. Для фиксации прохождения мертвой точки использован лазерный отражательный датчик 7. Далее аналоговый электрический сигнал с датчиков поступает в систему 8 обработки данных ЗВМЕТ1, где преоб разуется в цифровой и накапливается. Система обработки данных соединена с персональным компьютером 9, в котором и происходит окончательная обработка полученных числовых массивов.

-100

-200

Рисунок 7 - Зависимость приведенного момента Ми сил инерции на кривошипном валу режущего аппарата от угла поворота (р! после введения в привод карданного вала с пересекающимися осями при соь равной 6,28 с"1 (1); 9,42 с"1 (2) и 12,56 с-1 (3)

г I

Рисунок 8 - Схема и общий вид установки для исследования динамической нагруженности режущего аппарата.

Лабораторная установка состоит из кронштейна 1 с дугой 2, которые в свою очередь закреплены на коромысле В02 привода режущего аппарата. К дуге 2 касательно закрепили стальную нить 3, которая через отклоняющий блок 4 подсоединена к подпружиненному (с помощью резинового жгута) датчику 5 ускорения. Для фиксации прохождения режущим паратом мертвых точек также использован лазерный отражательный датчик 7.

От датчика ускорения и лазерного отражательного датчика электрический аналоговый сигнал поступал в систему 8 обработки данных ЗВШТЬб™, а затем в персональный компьютер 9 в оцифрованном виде.

Для производственных испытаний режущий аппарат с модернизированным приводом установлен в капу стоу бор очной машине (рис 10). Общий вид данной полевой установки представлен на рис 11.

Устройство состоит из рамы 1, на которой расположен транспортер-обрезчик 5. С правой стороны по ходу < движения трактора установлен режущий аппарат 4 для среза кочанов с рядка капусты приводимый в движение карданной передачей 3. С левой стороны к раме транспортера-обрезчика присоединен элеватор 6 для выгрузки товарных кочанов в транспортное средство. Привод всех устройств осуществлялся от заднего

вала отбора мощности трактора через Рисунок - 10 Схема полевой установки. редуктор 2

Устройство работает следующим образом: в начале загона навесное устройство опускается в рабочее положение. Затем ручка распределителя гидросистемы трактора устанав-

Схема и общий вид лабораторной установки для исследования влияния установленной в приводе карданной передачи с пересекающимися осями на параметры работы режу-сцего аппарата показан на рисунке 9.

I _

1 2 з ^ 5 б щ

Рисунок 9 - Схема и общий вид лабораторной установки для исследования влияния установленной в приводе карданной передачи с пересекающимися осями на параметры работы режущего аппарата

ливается в положение «плавающее». Включается вал отбора мощности трактора. При 3toiv крутящий момент от вала отбора мощности трактора 1 передается к входному валу кониче^ ского редуктора 2, далее поток мощности удваивается. От звездочки, которая расположен^ на входном валу редуктора, с помощью цепной передачи момент передается на транспор-1 тер - обрезчик 5 и элеватор 6, а от выходного вала конического редуктора - к режущем],' аппарату 4 посредствам карданной передачи 3 с пересекающимися осями, в одном конце промежуточного вала которой установлен шарнир равных угловых скоростей, в другом конце - шарнир Гука. Элеватор приводится в движение от ведущего вала транспортера' обрезчика при помощи цепной передачи.

Капустоуборочная машина с модернизи| рованным приводом режущего аппарата агре гатируется с трактором МТЗ-82 на рабочие скоростях 0,5... 1,5 м/с.

Качество работы капустоуборочногс комбайна оценивалось по полноте сбора урожая, качеству обрезки, степени повреждений кочанов и загрязненности продукции.

Анализ данных проводился с помощью программ Microsoft Excel и Statsoft Statistica л 6.1.

В четвертом разделе «РЕЗУЛЬТАТЕ Рисунок 11 - Полевая установка в работе ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВА НИИ» представлены и проанализированы данные экспериментальных исследований.

В целях подтверждения теоретических предпосылок, изложенных в разделе 2, проведена запись крутящего момента Тк на приводном кривошипном валу режущего аппарата при постоянной угловой скорости его вращения (рис. 12).

-0,2

Рисунок 12 - Фрагмент записи измерения Рисунок - 13 Гистограмма и кривая нор крутящего момента на приве- мального распределения кру-

денном кривошипном валу ре- тящего момента Тк на при-

жущего аппарата (запись сиг- водном кривошипном валу

нала в мВ) режущего аппарата.

Результаты статистической обработки записи измерения Тк представлены на рис. 13 Действительно, крутящий момент на приводном кривошипном валу не стабильный, изменяется по закону, близкому гармоническому, размах колебаний значительный, что подтверждает полученные ранее теоретические предпосылки о динамической нагруженности режущего аппарата.

2

1 0,5

о 4

},5

Г1 1,5 I -2

'исунок 14 - Фрагмент записи измерения

Г

<асательного ускорения аг выравнивающего устройства с ножевым устройством режущего аппарата с карданным приводом с пересекающимися осями (запись сигнала в мВ).

Согласно методике, описанной в разделе 3, с учетом результатов теоретических исследований изучена динамика привода режущего аппарата с карданным приводом с пересекающимися под углом осями при разных разностях фаз вращения карданного и кривошипного валов. При этом динамическая нагруженность режущего аппарата оценивалась по величине касательного ускорения аг выравнивающего устройства с ножевым устройством (точки В').

Фрагмент записи измерения касательного ускорения в режиме реального времени показан на рис. 14.

Результаты статистической обработки записей изменения касательного ускорения атразностях фаз вращения карданного и кривошипного валов Аф1=0, Дф^тг/2, Аф1=зг, Аср1=Зл/2 представлена на рис. 15.

Гистограмма (олыг 7 23у'48с) •ж? «43"0 ГполпаНх 1.481В. 0 14-77}

40%

/

/ / \

/ \ ю\

4% / \ X

1 / 1

. —Г (

10 11 12 13 14

а)

Гистограмма (олыг 6 2Э.'43с; •-агё =43-0 1'погтаЬ> 1 6 1 0 1552;

V

V \

/ 15*

13-4,

10% / 10% \

\

/ \

11 1.2 13 14 1.5 16 1.7 9 т/с*

б)

Рисунок 15 - Гистограммы и кривые нормального распределения абсолютных значений

касательного ускорения ат выравнивающего устройства с ножевым устройством при разностях фаз: а) Дф1=л/2, б) Дф 1=3 л/2.

Наименование показателей Значение показателей

Скорость движения, м/с 0,8 1,5

Урожайность, т/га 41

Убрано кочанов всего, % 100 100

в т. ч. стандартных 82 82

Повреждено кочанов всего, %; в т.ч: 3 3

слабой степени 3 3

средней степени 0 0

сильнои степени 0 0

Диаграмма размаха (Таблица 23vM8c) Медиана, Отрезки Размах без еыбр

Vail Vai2 Var3 Var4 Vai5 Vat 6 Var7 Var8

Следует заметить, что касательное ускорение ат изменяется периодически по закону, близкому гармоническому. Причем пиковые значения (размах коле-1 баний) касательного ускорения зависят от разности фаз вращения карданного и кривошипного валов (рис. 16).

Из рис. 16 видно, что при разностях фаз Аф1 вращение кривошипного и карданного валов с пересекающимися осями, равных л/2 и 3 л/2 размах колебаний касательных ускорений ниже на 1015%. Следовательно, при введении в привод карданной передачи с пересекающимися осями при разностях фаз Лф1=л/2 и Дф1=Зл/2 режущий аппарат динамически менее нагружен в работе.

В пятом разделе «ТЕХНИКО ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ» приведены технико-эксплуатационные показатели, полученные в результате про-

Рисунок 16 - Диаграмма размахов колебаний абсолютных значений касательного ускорения ат при А<р1=0, Д(р1=я/2, Дср^я и Дф1=Зя/2 модернизированного (1) режущего аппарата в сравнении с базовым (2).

изводственных испытаний капустоуборочного комбайна с модернизированным приводом режущего аппарата. Экономические показатели отражены в заключении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследовав аналитически и экспериментально кинематические и динамические процессы в режущем аппарате с возвратно-поступательно движущимися элементами, установлено, что ему присущи значительные инерциальные силы движущихся масс, вызывающие динамическую перегруженность его узлов во время работы.

2. В названном режущем аппарате достигнуто снижение динамической нагруженно-сти узлов при вращении ведущего звена переменной циклически изменяющейся угловой скоростью дважды за один оборот его путем введения в привод карданной передачи с пересекающимися осями под углом ©.

3. Установлено, что динамическая нагруженность режущего аппарата максимально снижается при углах пересечения осей введенной карданной передачи 0=25...30° и совме щении минимальных значений мгновенных угловых скоростей вращения ведущего звена с пиковыми значениями касательных ускорений выравнивающего устройства (при разностях фаз Дф1=я/2 и Аф1=37г/2).

4. В результате исследований разработан привод режущего аппарата с возвратно поступательными движущимися элементами динамической нагруженностью, пониженной на 10... 15%, что позволяет повысить в последующем рабочие скорости выравнивающего и режущего устройств на названный уровень и улучшить качество его функционирования.

5. Производственными испытаниями капустоуборочной машины с модернизированным приводом установлено, что предложенная конструкция и параметры привода режущего аппарата обеспечивает выполнение рабочего процесса в соответствии с агротехническими требованиями. Экономический эффект от модернизации привода режущего аппарата в среднем 254 т.руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

а) в изданиях, рекомендованных ВАК:

Алатырев, С.С. Исследование привода режущего аппарата малогабаритного капустоубороч-юго комбайна [Текст]/С.С. Алатырев, РБ. Андреев//Техника в сельском хозяйстве. -2011. -№3. С.2-5.

Алатырев, С.С. Малогабаритный капустоуборочный комбайн - эффектифное техническое едство для современного овощеводства (Текст]/ С.С. Алатырев, H.H. Тончева, АО. Григорьев, А Савеличев, И.С. Алатырева, Р.В. Андреев, АО. Васильев // Тракторы и сельхозмашины. -2010. №3.-С.14-17.

Алатырев, С.С. Совершенствование привода режущего аппарата капустоуборочного ком-,йна [Текст]/ С.С. Алатырев, Р.В. Андреев, A.B. Чебоксарова // Тракторы и сельхозмашины. -011.-№11.-С.15-17.

б) в материалах других изданий:

1. Пат. 2365086 Российская Федерация, МКИ А01Д45/26. Капустоуборочная машина / Са-ешчев К А., Алатырева И. С., Григорьев А О., Андреев Р. В., Тончева Н Н, Алатырев С. С.; зая-ители и патентоотбладатели Алатырева ИС., Савеличев К. А, Алатырев С.С.; заявители и патен-; йладатели Алатырева И.С., Савеличев К.А, Алатырев С.С. - №2008107374: заявл. 26.02.08; публ. 27.08.09, Бюл. №24. -12 с.: ил.

2. Андреев, Р.В. Анализ конструкций приводов режущих устройств уборочных машин екст]/ Р.В. Андреев // «Молодежь и наука XXI века». Материалы межрегиональной научно-аюнческой конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Чебоксары: ЧГСХА,

008,- С. 69-70.

3. Андреев, Р.В. О путях совершенствования динамических свойств привода срезающего ларата капустоуборочного комбайна [Текст]/ Р.В. Андреев// «Наука в развитии села». Материалы опубликанской научно-практической конференции молодых ученых. - Чебоксары: ЧГСХА,

009. -С. 166-169.

4. Андреев, Р.В.. Совершенствование привода срезающего аппарата капустоуборочной ашины [Текст]/ Р.В. Андреев, Ф.Б. Ванягин // «Молодежь 21 века - специалисты АПК нового поселения». Материалы студенческой научно-практической конференции - Чебоксары: ЧГСХА, 009.-С. 229.

5. Андреев, Р.В. Разработка низкозатратной адаптируемой к рыночным условиям техноло-л механизированной уборки овощей [Текст]/ С.С. Алатырев, H.H. Тончева, Р.В. Андреев, АО.

асильев // «Вклад молодых ученых в будущее Чувашии». Материалы VI Всероссийской научно-акшческой конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 90-летию соз-.:в!я Чувашской Республики. -Чебоксары: ЧГСХА, 2010.-С. 158-160.

6. Андреев, Р.В. О. Совершенствование привода режущего аппарата капустоуборочного омбайна [Текст]/ Р.В. Андреев // «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хо-мства». Материалы всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспи-антов и студентов. - Чебоксары: ЧГСХА, 2011. - С.259-262.

7. Андреев, Р.В. Совершенствование привода срезающего аппарата капустоуборочного омбайна [Текст]/ Р.В. Андреев, А.Ю. Константинов // «Студенческая наука для развития Чува-ии». Материалы студенческой научно-практической конференции. - Чебоксары: ЧГСХА, 2011. -. 342-343.

8. Андреев, Р.В. Исследование динамики режущего аппарата капустоуборочного комбайна екст]/ Р.В Андреев, A.B. Такташкин// «Студенческая наука первый шаг в академическую науку», этериалы студенческой научно-практической конференции. - Чебоксары: ЧГСХА, 2012. - С. 37576.

Подписано в печать 29.01.2014 г. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №1

Отпечатано с оригинала - макета Полиграфический отдел ФГБОУ ВПО ЧГСХА 428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29. Лицензия ПДД №27-36.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЧУВАШСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ»

На правах рукописи

04201457554

Андреев Роман Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИВОДА РЕЖУЩЕГО АППАРАТА КАПУСТОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор техн. наук доцент Алатырев С.С.

Чебоксары - 2014

:

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.........................10

1.1. Белокочанная капуста как объект машинной уборки............................10

1.2. Анализ развития режущих аппаратов капустоуборочных машин........13

1.3. Состояние исследований приводов режущих аппаратов с возвратно-поступательно движущимися элементами.........................................................22

1.4. Задачи исследований.................................................................................30

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ РЕЖУЩЕГО АППАРАТА И ПРЕДПОСЫЛКИ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ЕГО ПРИВОДА...................................................32

2.1. Принципиальная схема рычажно-шарнирного режущего аппарата .... 32

2.2 Моделирование привода рычажно-шарнирного режущего аппарата... 35

2.3 Предпосылки к модернизации привода....................................................39

2.4. Оценка динамической нагруженности модернизированного привода 45 Выводы...............................................................................................................50

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................51

И ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ............................................................51

3.1. Программа экспериментальных исследований.......................................51

3.2. Оборудование и приборы, использованные при проведении исследований.........................................................................................................51

3.2.1. Лабораторная установка.........................................................................51

3.3. Методика исследования динамической нагруженности режущего аппарата..................................................................................................................62

3.4. Методика исследование влияния предложенной конструкции привода на параметр динамической нагруженности режущего аппарата.....................63

3.5. Методика проведения полевых исследований........................................64

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............69

4.1. Закономерности изменения ускорений выравнивающего устройства..69

4.2. Динамическая нагруженность режущего аппарата с модернизированным приводом...........................................................................73

4.3. Оценка эффективности работы режущего аппарата с модернизированным приводом в полевых условиях........................................74

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ................................................................................................77

5.1. Производственная проверка и экономическая оценка капустоуборочного комбайна с модернизированным приводом режущего аппарата..................................................................................................................77

5.2. Показатели экономической эффективности...........................................79

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................85

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................87

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................100

Приложение А - Патент №2365086.................................................................. 101

Приложение Б - Справка о производственной проверке в колхозе «Красный

фронтовик»..........................................................................................................102

Приложение В - Справка о производственной проверке в КФХ Семенова. 103 Приложение Г - Акт приемки-сдачи научно-технической продукции ООО

«Ибресинское РТП»............................................................................................104

Приложение Д - Акт приемки-сдачи научно технической продукции ЗАО

«Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» от 31 мая 2012г............................106

Приложение Е - Акт приемки-сдачи научно технической продукции ЗАО

«Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» от 2013г.........................................107

Приложение Ж - Акт приемки-сдачи научно технической продукции К(Ф)Х

«Селифонтово» от 18.01.2012г..........................................................................108

Приложение 3 - Акт приемки-сдачи научно технической продукции К(Ф)Х

«Селифонтово» от 27.04.2012г..........................................................................109

Приложение И - Акт приемки-сдачи научно технической продукции ООО

«ТехноЭнергоСервис» от 2013г........................................................................110

Приложение К - Свидетельство участника Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов

«Молодежь и наука XXI века»..........................................................................111

Приложение JI - Справка об использовании результатов НИР ООО

«Ибресинское РТП»............................................................................................112

Приложение М - Справка об использовании результатов НИР КФХ «ИП

Баймаковский»....................................................................................................113

Приложение Н - Диплом I степени участника первого конкурса создателей

самодельной тракторной техники «Кулибин XXI века»................................114

Приложение О - Благодарственное письмо за активное участие во

Всероссийском инновационном форуме..........................................................115

Приложение П - Почетная грамота лауреата конкурса «Лучший

инновационный проект в сфере АПК».............................................................116

Приложение Р - Свидетельство об участии команды ЧГСХА в Шестом

саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций..........................117

Приложение С - Свидетельство участия Андреева Р.В. в Шестом

саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций..........................118

Приложение Т - Диплом участника VII Всероссийской научно-практической

конференции молодых ученых, аспирантов и студентов...............................119

Приложение У - Таблица нумерации опытов в тройной повторности для

определения касательных ускорений................................................................120

Приложение Ф - Цифровой массив, полученный при исследовании касательного ускорения......................................................................................121

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В овощеводстве наиболее трудоемкими являются уборочные процессы. Поэтому в нашей стране и за рубежом (в Дании, Германии, США, Франции и др.) интенсивно ведутся работы по совершенствованию и созданию новых технических средств для уборки овощей.

В 80-х годах прошлого века в частности была разработана технология поточной уборки капусты на базе машины УКМ-2 и стационарной линии послеуборочной доработки ЛДК-30, отличающаяся достаточной капиталоемкостью и значительными трудовыми затратами, так как уборочную машину обслуживали 2 механизатора, а линию доработки капусты - 18 рабочих.

В годы реформ в условиях рыночных отношений произошли резкие структурные изменения в овощеводстве. Сложилась многоук-ладность форм собственности в сельскохозяйственном производстве, заметное развитие получили малые формы хозяйствования. Преобладающими в производстве овощей стали личные подсобные и крестьянские (фермерские) хозяйства. Их удельный вес в посевной площади сейчас составляет более 80% от общего объема производства овощей.

Стихийное перемещение посевов овощей из общественного сектора в личные подсобные и фермерские хозяйства усложнило условия для внедрения разработанных ранее технологий и технических средств для овощеводства. К тому же в ходе экономических реформ финансовое положение большинства овощеводов не улучшилось, поэтому дорогая импортная техника также стала практически недоступной.

Таким образом, наступила пауза в механизации овощеводства, упал уровень рентабельности производства овощей из-за значительных трудозатрат, возникла опасность дальнейшего свертывания объ-

емов производства овощной продукции и катастрофического снижения ее душевого потребления.

В этой обстановке уместна новая концепция развития отрасли овощеводства, заключающаяся в разработке низкозатратных технологий и конкурентоспособных высокоэффективных конструктивно несложных технических средств, адаптированных к современным рыночным условиям[8].

В частности, в последние годы с целью упрощения конструкции и повышения технологической надежности капустоуборочные машины начали оснащать принципиально новыми конструктивно простыми режущими аппаратами с возвратно-поступательно движущимися элементами взамен рабочих органов вращательного действия.

Однако названные режущие аппараты, несмотря на высокую технологическую надежность и простоту конструкции, по некоторым техническим характеристикам уступают аппаратам вращательного действия из-за присущих им знакопеременных инерционных сил колеблющихся масс. Эти силы нагружают элементы приводов, создают повышенную вибрацию корпусов капустоуборочных машин, требуют больших затрат энергии на их преодоление. Поэтому режущие аппараты названного принципа работы требуют дальнейшей модернизации.

Установлено, что дальнейшее совершенствование названных режущих аппаратов возможно путем снижения динамической нагру-женности их приводов.

Поскольку в настоящее время режущие аппараты капустоуборочных машин с возвратно-поступательно движущимися элементами изучены недостаточно глубоко, не выявлена сущность формирования их динамической нагруженности, исследования по обозначенной теме имеют научно-техническую актуальность.

В работе на основе исследования кинематики и динамики режущего аппарата выявлена сущность формирования инерционных сил, их зависимость от режимов работы. В ней решены задачи снижения динамической нагруженности его привода при одновременном повышении качества выполнения технологического процесса режущего аппарата.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Чувашской ГСХА в рамках отраслевой программы РАСХН «Разработать новое поколение экологически безопасных, ресурсосберегающих машинных технологий, создать комплекс конкурентоспособных технических средств и высокоэффективных агротехнических и биологических приемов для устойчивого производства овощной продукции в открытом грунте, адаптированных к основным природным зонам товарного производства овощей».

Цель исследования. Совершенствование привода режущего аппарата капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимися элементами и повышение качества выполнения им технологического процесса.

Объект исследования. Режущий аппарат капустоуборочной машины и его привод.

Предмет исследования. Закономерности влияния конструкции привода режущего аппарата капустоуборочной машины на условия его функционирования.

Методика исследований. Теоретические исследования базировались на законах и методах механики. Экспериментальные исследования проводились по общепринятым и частным методикам с применением электронной цифровой регистрирующей аппаратуры и ПЭВМ.

Научная новизна. Заключается в методике моделирования и экспериментального исследования кинематики и динамики привода режущего аппарата капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимися элементами, в установлении закономерностей формирования динамической нагруженности названного режущего аппарата с учетом качества его работы, конструктивно-кинематической схеме модернизированного привода режущего аппарата и режимах его работы (новизна технических решений присовокуплена в капустоуборочной машине, защищенный патентом на изобретение № 2365086 [94, приложение А]).

Практическая значимость. На основе результатов исследований разработан привод режущего аппарата капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимися элементами динамической нагруженностью, пониженной на 10-15%.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы при разработке опытного образца малогабаритного капустоуборочного комбайна, испытанного в производственных условиях в колхозе «Красный Фронтовик» Ибресинского района [приложение Б] и КФХ Семенова В.Н. Козловского района Чувашской Республики [приложение В].

Результаты теоретических исследований, а также техническая документация переданы ООО «Ибресинское РТ» [приложение Г], ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» [приложения Д, Е] и КФХ «Селифонтово» [приложения Ж, 3], ООО «Производственный комплекс «ТехноЭнергоСервис» [приложение И] для опытного производства малогабаритного капустоуборочного комбайна. В настоящее время освоено промышленное производство названного комбайна в ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш.

Защищаемые научные положения.

- методика моделирования кинематики и динамики привода режущего аппарата капустоуборочной машины с возвратно-поступательно движущимися элементами;

- результаты экспериментальных исследований динамической нагруженности режущего аппарата;

- конструктивно-кинематическая схема модернизированного привода режущего аппарата и его параметры.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены: на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежь и наука XXI века» (Чебоксары: ЧГСХА, 2008 г.) [приложение К]; технических совещаниях ООО «Ибресинское РТП» (Чувашская Республика, пос. Ибреси, 2008 г.) [приложения Г, Л]; в Материалах студенческой научной конференции «Энергия и знание молодых ученых аграрному производству» (Чебоксары: ЧГСХА, 2008 г.); на техническом совещании КФХ «ИП Баймаковский» (Республика Мордовия, г. Инсар, 2009 г.) [приложение М]; Республиканской научно-практической конференции «Наука в развитии села» (Чебоксары: ЧГСХА, 2009 г.); V Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежь и инновации XXI века» (Чебоксары: ЧГСХА, 2009 г.); Выставке-конкурсе создателей самодельной тракторной техники «Кулибин XXI века» (Чебоксары, 2010г.) [приложение Н]; Всероссийском инновационном форуме аграрной молодежи - демонстрации лучших инновационных проектов в сфере АПК (Орел, 2010г.) [приложения О, П]; Шестом саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2011) [приложения Р, С]; Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства» (Чебоксары: ЧГСХА, 2011 г.)

[приложение Т]; технических совещаниях ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» [приложения Д, Е], КФХ «Селифонтово» [приложения Ж, 3] и ООО «Производственный комплекс «ТехноЭнерго-Сервис» [приложение И]

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 публикациях, в том числе три статьи в ведущих рецензируемых научно - практических журналах, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ (Тракторы и сельскохозяйственные машины, №7,2008г.; Техника в сельском хозяйстве, №3, 2011 г.; Тракторы и сельхозмашины, №11, 2011г.), а также получен патент РФ на изобретение (№2365086 [94]). Три статьи опубликованы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованной литературы из 145 наименований и приложений. Работа изложена на 133 страницах, включает 99 страниц основного текста, 43 рисунка, 8 таблиц и 21 страницу приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Белокочанная капуста как объект машинной уборки

В нашей стране капуста является главной овощной культурой. Площади посадок ее составляют 30...50% среди овощных культур [66, 72]. Такому широкому распространению капусты способствовал ряд ее ценных хозяйственных свойств (высокая урожайность, транспортабельность и лежкость при хранении) и благоприятные для нее почвенно-климатические условия в большинстве регионов Российской Федерации [123]. Наличие скороспелых, среднеранних, среднеспелых, среднепоздних и позднеспелых холодостойких и лежких сортов позволяет существенно расширить период поступления свежей продукции из открытого грунта и обеспечить ее длительное хранение в овощехранилищах вплоть до нового урожая. Увеличение валового сбора капусты в основном должно идти за счет повышения урожайности капусты. Важное значение в снижении себестоимости ее продукции имеют комплексная механизация возделывания и уборки урожая[31, 35].

Отличительной особенностью возделывания капусты является большая трудоемкость уборки урожая, на которую приходится около 60% всех трудозатрат [47, 71, 78, 79, 144]. Высокие затраты труда снижают рентабельность производства капусты [35], требуют привлечения большого количества рабочей силы в напряженный осенний период [14, 82]. Так, на ручную уборку урожая капусты среднепоздних сортов при урожае 40 т/га затрачивают свыше 200 чел.-ч на 1 га площади[28, 125]. В то же время применение машин на уборке капусты позволяет повысить производительность труда в 2...3 раза [27, 66] и снизить потерю урожая на 13... 15% [26].

У

В настоящее время, несмотря на значительный успех в создании капустоуборо