автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка ботвоудалющего устройства для кормовых корнеклубнеплодов

На правах рукописи

КАЛИМУЛЛИН АЗАМАТ МИНИГАЛЕЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БОТВОУДАЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОРМОВЫХ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА - 2006

Работа выполнена на кафедре «Механизация производства, переработки и хранения продукции животноводства» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: - доктор технических наук, доцент

заслуженный работник с.-х. РБ Юхин Геннадий Петрович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

заслуженный работник высшей школы РФ Рахимов Раис Саетгалеевич - кандидат технических наук Вахитов Наиль Усманович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная

сельскохозяйственная академия»

Защита состоится «15» декабря 2006 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета К220.003.01 при ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Уфа, ул. 50 лет Октября, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «15»ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Мударисов С.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кормовые корнеплоды повышают продуктивность сельскохозяйственных животных т.к. содержат много витаминов, сахара, микроэлементов. В рацион коров можно включать до нескольких десятков килограммов кормовых корнеплодов в день и добиться при этом высоких надоев. Наибольшая трудоемкость при возделывании кормовых корнеплодов приходится на их уборку.

Существующая уборочная техника для сахарной свеклы не пригодна для заготовки кормовой свеклы из-за ее неравномерного выступания над поверхностью и слабой закрепленности в почве. Ботворезы для сахарной свеклы сваливают кормовые корнеплоды, тем самым приводят к большим потерям урожая при уборке корней, а универсальные косилки-измельчители недостаточно качественно убирают ботву.

Поэтому актуальной задачей является разработка ботвоудаляющего устройства для кормовых корнеклубнеплодов.

Цель работы. Повышение эффективности удаления ботвы кормовых корнеклубнеплодов путем создания ботвоудаляющего устройства.

Объект исследований. Технологический процесс удаления ботвы кормовых корнеплодов.

Предмет исследований. Закономерность движения ботвы по образующей кожуха, влияние режимов работы ботвоудаляющего устройства на качественные и энергетические показатели процесса удаления ботвы.

Научную новизну работы составляют:

теоретические модели для определения формы профиля направляющего кожуха и конструктивных параметров рабочих органов ботвоудаляющего устройства; закономерность изменения качественных и энергетических показателей процесса удаления ботвы кормовых корнеклубнеплодов от режимов работы ботвоудаляющего устройства. Практическую ценность имеют:

результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивных, кинематических параметров, определению качественных и энергетических показателей работы ботвоудаляющего устройства; конструкция ботвоудаляющего устройства комбайна для уборки кормовых корнеклубнеплодов.

Реализация результатов исследований.

Разработанное и изготовленное ботвоудаляющее устройство комбайна для уборки кормовых корнеклубнеплодов внедрено в СПК им. Раиса Асаева и в ДППС^С ГУП «Иммунопрепарат» Чишминского района Республики Башкортостан. Апробация.

Основные положения диссертации были доложены и одобрены на научно-практической конференции, посвященной 50 летию факультета механизации с/х БГАУ (Уфа, 2001), на международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России» (Уфа, 2002), на международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа, 2003), на 110 научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов Башгосагроуниверситета «Достижение аграрной науки - производству» (Уфа, 2004), на Всероссийской научно -практической конференции «Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (Уфа, 2005).

Публикации. По материалам работы опубликованы 10 научных статей, в т.ч. одна статья, входящая в издание перечня ВАК, получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы (145 наименования). Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 11 таблиц и 8 приложений.

На защиту выносятся:

- теоретические положения по обоснованию конструктивных и кинематических параметров ботвоудаляющего устройства и профиля образующей кожуха;

- влияние режимов работы ботвоудаляющего устройства на качественные и энергетические показатели процесса удаления ботвы;

- результаты лабораторных и производственных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературных данных, посвященных вопросам процесса резания, режущим аппаратам и механизации удаления ботвы. Данными исследованиями занимались В.П. Горячкин, Н.Е. Резник, Е.С. Босой, В.А.Желиговский, В.И. Фомин, Н.Ф.Диденко, А. И.Дзюба, A.C. Кобец, М.А. Мишин, В.М.Мартынов, A.B. Нанка, Г.Д.Петров, JT.B.Погорелый, Н.В. Татьянко, Б.П.Шабельник, Г.П.Юхин и другие исследователи. На основе их изложенных материалах выявлены теоретические предпосылки по режущим рабочим органам, особенностям кормовой свеклы по сравнению с другими корнеклубнеплодами, проведен анализ устройств для удаления ботвы (рисунок 1), определена перспективная конструкция ботвоудаляющего устройства.

Установлено, что устройства для удаления ботвы сахарной свеклы не пригодны для кормовых корнеплодов, так как копирующие устройства сваливают их из-за слабой закрепленности с почвой, что приводит к большим потерям при уборке. Универсальные косилки-измельчители не удаляют низкорасголоженные листья ботвы.

Обзор научно-исследовательских работ показал, что недостаточно обоснована оптимальная форма профиля образующей кожуха ботвоудаляющего устройства и требуется уточнить конструктивные параметры ножа.

В соответствии с целью данной работы и на основании проведенного анализа поставлены следующие задачи исследования:

1. Определить некоторые важные физико-механические и агрофизические характеристики кормовой свеклы с целью разработки рекомендаций для обоснования параметров ботвоудаляющего для кормовых корнеклубнеплодов;

2. Провести теоретические исследования движения ботвы по образующей кожуха, для обоснования формы профиля направляющего кожуха и обосновать место расположения нитевидных бил и оси подвеса ножа;

3. Разработать ботвоудаляющее устройство комбайна для кормовых корнеклубнеплодов, теоретически и экспериментально обосновать его конструктивные и кинематические параметры, определить качественные и энергетические показатели работы;

4. Обосновать экономическую целесообразность внедрения предлагаемого технического решения.

Тип ботвоудалтеля Принципиальная схема Тип ботвоудалителя Принципиальная схема

Барабанный ботворез с осью вращения поперек рядка Пассивный нож с активным копиром

Дисковый ботворез с копиром 1 и ¿о и (л) Очиститель с горизонтальной осью вращения под углом к рядку

Барабанный ботворез с осью вращения вдоль рядка —1 и —- Очиститель с горизонтальной осью вращения вдоль рядка л-И

Пассивный нож с пассивным копиром Очиститель с вертикальной осью вращения

Рисунок 1 Классификация основных типов ботвоудаляющих устройств на корню

Во второй главе изучено движение ботвы по образующей кожуха и обоснована форма направляющего кожуха, определено место расположения оси подвеса ножа, определен закон изгиба нитевидных бил и исследовано взаимодействие ножа при ударе об инородный предмет.

Профиль направляющего кожуха ботвоудаляющего устройства должен иметь такую форму, чтобы транспортирование и выгрузка ботвы осуществлялась без ее падения на ротор. Такое условие выполняется в предложенном кожухе равных скоростей. Этот кожух позволяет иметь послеударную скорость частицы в любой его точке, равную скорости частиц, которые движутся по кожуху и прошли определенный путь. Т.е. независимо от угла разгрузки ротора в любой точке кожуха скорости всех частиц ботвы равны. Такой кожух получается минимальной высоты и соответственно материалоемкости, а также обеспечивает надежное транспортирование срезанной массы и ее выгрузку.

Вылетающая под углом у (рисунок 2) к радиусу ротора ботва со скоростью VH после удара о кожух в точке М имеет послеударную скорость, которая для абсолютно неупругого тела определяется по формуле

v = V -(cosa-/ -sinax н

где а - угол между направлениями ботвы до удара о кожух и касательной в точке М удара; f- коэффициент трения.

В поле гравитационных сил без учета сопротивления воздуха частица ботвы движется по кожуху в соответствии с дифференциальным уравнением

v = /-(£-cos0-&-v2)-,g-sin©> (2)

где g — ускорение свободного падения; 0-угол между касательной к кожуху в точке М нахождения частицы и осью ОХ; к - кривизна кожуха в данной точке.

Движение частицы по кожуху является замедленным. Определим форму кожуха из условия равенства скоростей частиц ботвы, движущихся по кожуху, и послеударной скорости в любой точке М. Тогда примем в уравнении (2) значения V и V, вытекающие из формулы (1). С учетом того, что

Рисунок 2 Схема для расчета профиля направляющего кожуха

' 5Ш0=~У/)/ 1+У 2, со^-У^/,

лг=-//а+/2)3/2

после значительных преобразований получим следующее дифференциальное уравнение профиля кожуха равных скоростей

У

Ъ-1

где введены обозначения:

и = Л -Бт^а = = х2 +у2;с = х+у-у';

а-Ъ I I

V г т

р=-У- / -(1-с-и-с1)-(!-(1+и-с)\ а-Ъ I л

По решению полученных уравнений определили форму профиля направляющего кожуха. Оптимальный кожух получается при начальном угле встречи а=26°. Для наилучшего качества транспортирования срезанной массы образующая кожуха изготовлена из резины, т.к. к ней влажная почва меньше прилипает, чем к металлу. Перегибы на криволинейных участках получаются гладкими, а из-за вибрации резины во время работы прилипшая почва встряхивается.

Для лучшей очистки от ботвы головок корнеплодов на ноже прикреплены при помощи кронштейна пучки нитевидных бил, которые сбивают оставшиеся черешки листьев на головках корнеплодов. На эти билы действует центробежная сила, из-за которой билы изгибаются (рисунок 3). Необходимо прикрепить билы к ножу так, чтобы их свободные концы в процессе работы были изогнуты в сторону вращения ротора.

Так, после соударения бил о корнеплод и почву, билы выгибатаются в противоположную сторону от вращения ротора и за счет остаточной деформации примут изогнутую форму. При правильном креплении концы бил будут изгибаться в сторону вращения ротора, что компенсирует остаточную деформацию бил.

Ох

г/5

; * * х

Рисунок 3 Схема действия сил на билу прикрепленную к ножу

На основе исследований Попова Е.П. по устойчивости упругой линии с учетом того, что била находиться в поле центробежных сил получено уравнение капроновой нитевидной билы круглого сечения в виде:

у.(1 + /2)-3-/-У2 16-р-Ф2

(1 + У2)3

Е-сГ

\ о

)уу1\ + У2 сЬ + у']хф + у'2сьХ <3)

где ^-модуль Юнга; ¿/-диаметр билы; р-плотность материала; су-угловая скорость вращения ротора.

Решение данного уравнения на ЭВМ методом Рунге-Кутта позволило определить оптимальное место крепления нитевидных бил (рисунок 4).

-0,025

1 — концы бил направлены в сторону вращения ротора; 2 - концы бил направлены в противоположную сторону вращения ротора; 3 - концы бил направлены радиально; 4 - концы бил направлены в сторону вращения ротора, но пересев кают нож.

Рисунок 4 Положение билы на ноже

Необходимо прикрепить билы к ножу таким образом, чтобы их концы были загнуты в сторону вращения ротора (положение 1), и поэтому оптимальное место крепления находится в зоне Х=0,18-0,22, У=0,024-0,026 под углом р=7 градусов относительно прямолинейного участка ножа. При креплении бил ближе к концу ножа, снижается их эластичность, что может увеличить количество выбитых из рядка корнеплодов.

Работа ротационного режущего аппарата сопровождается ударами ножа об инородные предметы, которые нередко встречаются на поле. Для предохранения ножа от поломок при ударе необходимо нож крепить к ротору шарнирно при помощи пальцев. Качество работы режущего аппарата и его долговечность в значительной степени

зависят от конструкции ножа и правильного его крепления к ротору. Важно разместить ось подвеса ножа так, чтобы реакция в шарнире была минимальной, или вовсе исключена.

О X

1 - момент удара об инородный предмет;

2 - момент, когда он был выведен из положения равновесия.

Рисунок 5 Схема действия сил на шарнирно подвешенный нож

С целью определения оси подвеса ножа рассмотрим действие сил, возникающих при ударе ножа об инородный предмет (рисунок 5). В момент удара к лезвию ножа приложена сила Руд, направленная по нормали к поверхности инородного предмета. В результате приложения этой силы в точке А шарнира возникает реакция ЯА, которую можно разложить на две составляющие Ядх и ЯАу. Под действием той же силы Р^ нож поворачивается вокруг оси подвеса с угловым ускорением ¿(о,/с11. В результате этого возникает момент силы инерции ножа относительно оси подвеса. На основании уравнения равновесия нбжа под действием всех сил, определяется минимальное значение реакции в шарнире.

Так как составляющая Яду реакции в шарнире равна Ру(), то минимальное значение реакции в шарнире достигается при Яах^О. Это условие выполняется при

1Л = тнас|/?я(соэГл ~вшГЛ(8^Р)~ ^о 1 где 1а — момент инерции ножа относительно оси А шарнира; рр - угол между двумя лучами, выходящими из одной точки на оси ротора, один из которых проходит через ось подвеса ножа, а другой перпендикулярен линии удара;

У л ~ угол, образованный двумя лучами, выходящий из одной точки на оси ротора, один из которых проходит через центр шарнира, а другой — через лезвие ножа; тн — масса ножа; ас - расстояние от оси А шарнира до центра С тяжести ножа; Ян — радиус ножа.

При уя ~ 0 и Рр ~ 0 , то

IA =.mHac(R„ -R0).

(4)

Используя теорему об изменении главного момента количества движения системы при ударе определяется ударный импульс

где cono, £У/// - относительная угловая скорость ножа до и после удара; т„р - масса инородного предмета, приведенная к точке удара; ve„ - проекция переносной скорости ножа на линию удара; 111р - длина перпендикуляра, опущенного из оси шарнира ножа на линию удара.

В процессе работы ротационного режущего аппарата нож может ударяться об один и тот же инородный предмет неоднократно, при этом каждому удару могут соответствовать в зависимости от вида поверхности предмета, его расположения относительно ротора и угла отклонения ножа от положения равновесия различные значения v„p, т„р и 1„р и, как следствие, различные ударные импульсы. Если при первом ударе ножа относительная угловая скорость соно отсутствует, то при повторном ударе ножа, выведенного предшествующим ударом из положения равновесия и совершающего колебательное движение относительно оси шарнира, нож может иметь угловую скорость соно, отличную от нуля.

Конструктивные параметры ножа должны быть подобраны таким образом, чтобы ударный импульс не приводил к поломке ножа. В частности, для предохранения ножа от поломки необходимо иметь в момент повторного удара об инородный предмет направление относительной угловой скорости ножа, противоположное угловой скорости со вращения ротора, а в предпочтительном варианте

что может быть достигнуто определенным подбором геометрических параметров ножа.

В результате удара ножа об инородный предмет ножу сообщается относительная угловая скорость, которая согласно формулы (5), определится как

и, принимая достаточно высокое значение, приводит к колебаниям ножа с большой амплитудой.

Период Т колебания ножа при большой амплитуде Ан отклонения ножа от положения равновесия равен

из которой следует, что с увеличением амплитуды колебаний от 0 до 2к период колебаний ножа возрастает, но не превышает значения 1,27 -Т0, где Т0=2л/к; к2=тно)2а(/1А Заметим, что нож при сообщении ему большой послеударной скорости не может вращаться вокруг оси шарнира, так как этому препятствует вал ротора. Поэтому при большом ударном импульсе нож отклоняется на конечный угол и, ударяясь о вал ротора, приходит в колебательное движение с амплитудой Ан, значительно меньшей угла 7г, и периодом Т колебаний, близким по значению Т0.

(5)

о => min

(6)

Примем, что повторный удар ножа об инородный предмет происходит на угле 2ж поворота ротора. Тогда, чтобы импульс ударной силы был минимален, необходимо выполнить условие (6), которое соблюдается при

ЛТ = 2тс /о); Л = 1,2,...

С учетом найденного выражения для Т = Т0 имеем

л1тнЯ0ас/1А =Л.

Принимая из конструктивных соображений Я = 1, получаем

Приравняв правые части уравнений (4) и (7), находим

Я0=Ян/2. (8)

Полученные зависимости (7) и (8) позволяют определить конструктивные параметры ножа, обеспечивающие минимальную реакцию в шарнире и наименьший ударный импульс при ударах ножа об инородный предмет.

У большинства роторных косилок ножи выполнены в виде полосок, для облегчения массы во избежание поломок при встрече с инородным предметом. Рабочие органы данного ротора выполнены в виде сплошного ножа, обеспечивающего срез ботвы со всего рядка. При этом ножи выполнены облегченными. Поэтому необходимо выявить прочность лезвия ножа при ударе об инородный предмет. Для этого по известной методике определили положение центра тяжести ножа, представив сечение лезвия ножа в виде трех простых фигур. Определили изгибающий момент на конце ножа, испытывающий деформацию изгиба при ударе, и выяснили, что при рабочей частоте вращения 750 мин"1 лезвие ножа не разрушиться (допустимая частота вращения 796 мин"1).

В третьей главе изложены программа и методика экспериментальных исследований.

Программа экспериментальных исследований предусматривала: анализ различных типов ботвоудаляющих устройств и определение наиболее перспективных схем; изучение и определение агрофизических показателей кормовой свеклы; определение влияния некоторых режимов уборки кормовой свеклы на ее сохранность; определение энергозатрат на резание и на аэродинамическое сопротивление, определение качественных показателей процесса удаления ботвы на экспериментальной установке.

Для анализа различных типов ботвоудаляющих устройств и определения наиболее перспективной схемы ботвоудаляющего устройства были проделаны поисковые опыты методом экспертных оценок.

Для восьми типов ботвоудаляющих устройств (пять ботворезов и три типа очистителей с эластичными рабочими органами) была проведена экспертная оценка по основным показателям, характеризующим ботвоудаляющие устройства. Оценка типов ботвоудаляющих устройств проводилась по сумме баллов. По результатам опроса вычислялся коэффициент конкордации, определяющий степень согласованности мнений специалистов. Значимость коэффициента конкордации определялась критерием Фишера. „

Наилучшего качества удаления ботвы можно добиться при комбинации нескольких типов ботвоудаляющих устройств с возможностью одновременного воздействия их рабочих органов на головки корнеплодов. На наш взгляд целесообразна комбинация,

включающая барабанный ботворез и очиститель с горизонтальной осью вращения поперек рядка.

Для определения агрофизических показателей кормовой свеклы был принят метод отбора проб, заключающийся в выборе равномерно расположенных по двум диагоналям поля учетных отрезков рядов, содержащих по 10 корнеплодов. Данный метод упрощает отбор проб и исключает предвзятость в выборе отдельных образцов. Количество учетных отрезков принималось равным 13-15. Агрофизические показатели оценивались в соответствии с ОСТ 70.8.6-83.

При определении энергозатрат на процесс резания изготовлена эксперемен-тальная установка в виде маятникового копра. Причем для получения высоких скоростей резания при незначительной длине маятника, образец вращается с окружной скоростью до 20 м/с. В качестве факторов выступали скорость резания и угол установки ножа. Опыты проводились на трех уровнях с тремя повторносгями.

Мощность на преодоление аэродинамического сопротивления также определялась на экспериментальной установке, изготовленной на кафедре. Установка состоит из вала, к которому закреплены сменные лопасти. Привод осуществляется от электродвигателя посредством клиноременной передачи. В цепь питания электродвигателя установлены измерительные приборы для определения потребляемой мощности и коэффициента лобового сопротивления. Частота вращения изменялась подбором шкивов, а радиус - сменой пластин.

Разработано и изготовлено экспериментальное -ботвоудаляющее устройство (пат. №2225688) в составе комбайна (рисунок 6).

1 — вал; 2 — ушко; 3 — нож; 4 — ось ножа; 5 — радиальные билы; 6 - нитевидные би-лы.

Рисунок 6. Принципиальная схема (а) и общий вид (б) ботвоудаляющего

устройства

Ботвоудаляющее устройство состоит из двух шарнирно подвешанных ножей, к корпусу которых закреплены метелки (нитевидные билы) и радиальные билы. Причем радиальные билы имеют запас по длине, их длина регулируется в зависимости от высоты среза и по мере износа. При вращении ротора радиальные билы поднимают ботву с междурядий, растущих в виде розетки, а нож срезает ботву. Срезанная ботва транспортируется по кожуху и через выгрузной фартук выгружается на убранный рядок. Остатки ботвы на корню дополнительно сбиваются нитевидными билами. Высота среза ботвы

(а)

(б)

регулируется изменением длины центральной тяги трактора, частота вращения ротора -за счет изменения передаточного отношения.

За показатели, оценивающие качество работы ботвоудаляющего устройства, были приняты: остаток ботвы на головках корнеплодов и количество поврежденных корнеплодов. Остаток ботвы определялся отношением массы ботвы оставшейся на корнеплодах после уборки к общей массе корнеплодов. Повреждаемость корнеплодов определялась отношением массы корнеплодов, у которых размер среза превышал 50 мм к общему количеству корнеплодов в данной пробе после проезда агрегата.

В качестве фактора эксперимента выступала поступательная скорость агрегата.

Опыты проводились на трех уровнях в трехкратной повторное™. Одновременно при работе проводилась видеосъемка для определения скорости частицы ботвы, вылетевшей из кожуха.

В четвертой главе приведены результаты и анализ теоретических и экспериментальных исследований, дана технико-экономическая оценка результатов исследования.

Агрофизические характеристики кормовой свеклы проводились в сентябре в совхозе «Дмитриевский» Уфимского района на поле кормовой свеклы сорта «Эккен-дорфская желтая». Влажность почвы в слое 0 — 0,3 м во время уборки составляла - 23%.

Высота головок корнеплодов к2 над почвой и наклон корнеплода от вертикали а описывались нормальным законом распределения, а отклонение головок от оси рядка Ь — половиной закона нормального распределения. Вероятности распределения соответственно описывались уравнениями:

/(¿>)= 2 • 0,061373038- ехр{—Г---) 1 "

' ^ 9,192792) )

Данные значения учитывались при обосновании размеров ножа.

Также были определены размерно-массовые характеристики ботвы и корнеплодов, в частности выяснилось, что масса ботвы составляет 47-52% от массы корнеплодов.

Для выявления влияния качества обрезки ботвы кормовой свеклы на ее сохранность были заложены корнеплоды кормовой свеклы сорта «Эккендорфская желтая» на хранение в октябре в полузаглубленном картофелехранилище совхоза Шемяк Уфимского района РБ. Условия хранения выдерживались стандартные для картофелехранилища (температура 2-4 °С и влажность 90-95 %). Опыты показали, что наличие черешков ботвы длиной до 0,10-0,15м, т.е. 8,2-8,4% не оказывают отрицательного влияния на хранение корнеплодов. '

Влияние конструктивных и кинематических параметров на энергозатраты процесса резания определялись на маятниковом копре. Результаты эксперимента были подвергнуты статистической обработке. Были получены регрессионные зависимости удельной работы от исследуемых факторов второго порядка. Полученные математические модели адекватно описывают результаты эксперимента, при этом множественный коэффициент корреляции составил для корней 0,92, а для ботвы 0,99.

Анализ лабораторных экспериментов по резанию ботвы и корнеплодов показал, что угол скользящего резания на высоких скоростях влияет на энергозатраты не значительно. Увеличение скорости до 28 м/с приводит к значительному снижению удельной работы резания (рисунок 7). Дальнейшее увеличение скорости не приводит к существенному снижению энергозатрат, а для ботвы — даже к их увеличению.

Таким образом, для резки корнеплодов и среза ботвы кормовой свеклы можно рекомендовать оптимальную скорость ножа 22-28 м/с. Угол скольжения при таких скоростях следует выбирать из конструктивных соображений.

Аул.

Дж/м

5000

Рисунок 7 - Зависимость удельной 4000 работы резания кормовой свеклы ^ от скорости резания при т=0 рад зооо

2000

1000

2 6 10 14 18 22 26 V, м/с

-ботва;

— — корнеплоды.

Кроме этого на лабораторном образце были определены энергозатраты на преодоление аэродинамического сопротивления ротором воздуха и коэффициент лобового сопротивления. Выяснилось, что коэффициент принимает значения от 1,7 до 2,2, причем меньшее значение соответствует при вращении ротора в закрытом кожухе и при большей угловой скорости. Подставляя полученное значение в геометрические параметры ротора, определили, что ротор ботвореза на холостой ход потребляет 1,01,6 кВт в зависимости от угловой скорости.

Рациональные параметры разработанного ботвоудаляющего устройства следующие: радиус вращения ножей - 0,315 м, ширина ножей - 0,30 м, количество ножей - 2 шт., расстояние между радиальными билами - 0,31м, радиус крепления нитевидных бил - 0,15-0,22 м, частота вращения ротора - 750 мин"1.

Экспериментальные исследования ботвоудаляющего устройства комбайна проводились в сентябре-октябре 2005 г. на полях кормовой и сахарной свеклы СПК им. Раиса Асаева и в ДП ПСХ ГУП «Иммунопрепарат» Чишминского района Республики Башкортостан.

Правильность формы профиля направляющего кожуха подтверждается качественной выгрузкой и сравнением скорости вылета частицы ботвы в выгрузное окно^с полученной скоростью по результатам видеосъемок. При увеличении угловой скорости вращения ротора от 52 до 106 рад/с возрастает и скорость вылета частиц от 3,7 до 4,5 м/с (рисунок 8). Расхождение теоретических и экспериментальных значений не превышает 10 % и объясняется различной крупностью частиц ботвы. Во всем диапазоне обеспечивается необходимая транспортирующая способность ботвоудаляющего устройства.

Суммарная потребная мощность привода ротора ботвоудаляющего устройства при частоте вращения 750 мин'1 составила 2,9 кВт, в т.ч. на холостой ход — 1,3 кВт (рисунок 9).

Угловая скорость ротора, рад/с

Рисунок 8 Зависимость скорости полета ботвы от угловой скорости ротора:

-------экспериментальная;

- -теоретическая.

ш, рад/с

Рисунок 9 Зависимость мощности холостого хода от частоты вращения ротора:

-------теоретическая;

- -экспериментальная.

Исследования рабочего процесса удаления ботвы корнеплодов проводились по представленной выше методике и согласно ОСТ 70.19.2-83.

В диапазоне рабочих скоростей комбайна 0,7-1,6 м/с и скорости вращения ротора 750 мин"1 ботвоудаляющее устройство обеспечило следующие показатели: наличие остатков ботвы на корнеплодах менее 6%, повреждаемость корнеплодов 10-12%.

Годовой экономический эффект ботвоудаляющего устройства комбайна для уборки кормовых корнеклубнеплодов, по сравнению с комплексом АБ-1 и АС-1 составляет 427 руб на 1 га, а срок окупаемости установки составляет 1,36 лет.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Основным признакам, определяющим характеристики ботвы и особенности расположения головок корнеплодов кормовой свеклы относительно оси рядка и над поверхностью почвы, присуща изменчивость в соответствии с нормальным законом распределения, а массе ботвы - в виде кривой Пирсона I типа. Средние значения признаков для кормовой свеклы сорта «Эккендорфская желтая» составляют: отклонение головок корнеплодов от оси рядка - 52 мм; высота расположения головок корнеплодов над почвой - 84 мм; масса ботвы - 0,42 кг; длина ботвы — 0,47 м. Минимальная удельная работа резания кормовых корнеплодов обеспечивается при скорости резания 22-28 м/с.

2. Профиль образующей кожуха описывается дифференциальным уравнением и обеспечивает в любой его точке равные послеударные скорости частиц ботвы с частицами, движущимися по кожуху и прошедшими определенный путь. Оптимальный профиль кожуха достигается при начальном угле встречи ботвы с образующей кожуха, равным 26°, имеет минимальную высоту и обеспечивает качест1-венную транспортировку срезанной ботвы со скоростью вылета 4,1-4,3 м/с.

3; Для исключения остаточной деформации нитевидных бил они должны быть прикреплены к тыльной стороне корпуса ножа под углом 7° к его прямолинейной поверхности на расстоянии 0,18 - 0,22 м от оси ротора. Такое крепление обеспе-

чивает при отсутствии взаимодействия бил с ботвой и корнеплодами их изгиб в сторону вращения ротора, тем самым, компенсируя их возможную остаточную деформацию при выполнении процесса доочистки головок корнеплодов.

4. Минимальная реакция в шарнире и сила повторных ударов ножа об инородный предмет достигается при расположении оси подвеса на расстоянии равном половине радиуса окружности, описываемого концами ножей.

5. Разработанное ботвоудаляющее устройство комбайна обеспечивает качественное выполнение процесса, повреждаемость корнеплодов составляет 10-12%, а количество связанных с корнеплодами остатков ботвы не превышает 6%. Мощность на привод ротора составляет 2,9 кВт на один убираемый рядок.

6. Годовой экономический эффект ботвоудаляющего устройства комбайна для уборки кормовых корнеклубнеплодов по сравнению с комплексом АБ-1 и АС-1 составляет 427 руб/га.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Юхин Г.П. Как лучше хранить кормовую свеклу./ Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, Т.А. Фаритов, Э.Н. Гизетдинова, А.М. Калимуллин, A.A. Катков // Сельские узоры, 2000 г., № 4, С.20.

2. Юхин Г.П. Агрофизические характеристики кормовой свеклы в связи с ее механизированной уборкой./ Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, A.A. Катков, А.М. Калимуллин // Сборник трудов факультета механизации сельского хозяйства / Под ред. А.П.Иофинова Уфа: БГАУ, 2001 г., С. 103 - 108.

3. Юхин Г.П. Прибор для исследования процесса резания в динамических условиях./ Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, А.М. Калимуллин, A.A. Катков // Сборник трудов факультета механизации сельского хозяйства /Под ред. А.П.Иофинова Уфа: БГАУ,2001 г., С.103 - 108.

4. Юхин Г.П. Некоторые результаты исследования процесса резания корнеклубнеплодов в динамических условиях. / Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, A.M. Калимуллин// Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России (Материалы международной научно-практической конференции) Ч.2,Уфа:БГАУ, 2002.-С.291-293

5. Юхин Г.П. Исследование энергозатрат на преодоление сопротивления воздуха ротором ботвоуборочных машин./ Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, А.М. Калимуллин, A.A. Катков // Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания: Материалы Международной научно-практической конференции (в рамках VIII Международной специализированной выставки «ПродУрал-2002»)Уфа: БГАУ, 2002. - С.323-325.

6. Мартынов В.М. Профиль рабочей поверхности кожуха равных скоростей режущего аппарата./ В.М. Мартынов, Г.П. Юхин, А.М. Калимуллин // Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления в ВТО. Част I: Материалы Международной научно-практической конференции (к VIII международной специализированной выставке «Агро-2003») Уфа: БГАУ, 2003. - С.261-263.

7. Юхин Г.П. Обоснование типа ботвоудаляющего устройства для корнеклубнеплодов. /Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, А.М. Калимуллин, A.A. Катков // Достижения аграрной науки — производству. Материалы 110 научно-практической конферен-

ции преподавателей, сотрудников и аспирантов университета. В 8 частях. Механизация и электрификация сельского хозяйства.Уфа: БГАУ, 2004. — С.51-53.

8. Калимуллин А.М. Некоторые результаты процесса удаления ботвы кормовой свеклы на лабораторном образце. / A.M. Калимуллин // Достижения аграрной науки — производству. Материалы 110 научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов университета. В 8 частях. Механизация и электрификация сельского хозяйства.Уфа: БГАУ, 2004. — С.51-53.

9. Юхин Г.П. О методике определения энергозатрат на привод рабочего органа с вращающимся валом. Достижения аграрной науки - производству. / Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, А.М. Калимуллин // Материалы 110 научно-практической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов университета. В 8 частях. Механизация и электрификация сельского хозяйства.Уфа: БГАУ, 2004. — С.49-51.

10. Юхин Г.П., Мартынов В.М., Калимуллин А.М., Катков А. А.Однорядный комбайн для уборки корнеклубнеплодов. / Юхин Г.П., Мартынов В.М., Катков A.A., Калимуллин А.М. //Сельский механизатор, 2006 г., № 10, С.49.

11. Пат. №2225688 Российской Федерации. Устройство для удаления ботвы / Мартынов В.М., Юхин Г.П., Калимуллин А.М., Катков A.A.; заявитель и патентообладатель Уфа*. Башкирский ГАУ. - №2002121893; заявл.08.08.2002; Оп>бл. 20.03.2004, Бюл. №8, - Зс.: ил.

12. Пат. № 2272394 Российской Федерации. Комбайн для уборки корнеклубнеплодов./ Мартынов В.М., Юхин Г.П., Калимуллин А.М., Катков A.A. заявитель и патентообладатель Уфа. Башкирский ГАУ. - №2004124393; заявл. 10.08.2004; Опубл. 20.03.2006, Бюл. №5, - 6с.: ил.

Лицензия РБ на издательскую деятельность 0261 от 10 апреля 1998 года Лицензия на полиграфическую деятельность № Б 848366 от 21.06.2000года Сдано в набор 1( 2006 г. Подписано в печать2006 г. Формат 60x84. Бумага типографическая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. ■ Усл. изд. 0$. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство Башкирского государственного аграрного университета. Типография Башкирского государственного аграрного университета. Адрес издательства и типографии: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34