автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров подбирающего и транспортирующего рабочих органов лубоподборщика

. * .

СРВДН'ЗЛ3!!ЛТС![ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРЛСТЙГО ШЛПЕНИ НЛУЧНО-ЛССЛВЛОВАТЕЛ ЬС1СИП И 1СТМТУТ МЕХАНИЗАЦИИ и ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (СЛШЭ)

Но правах рукопион

ЗШКУЛОВ АДЩШРИМ МЕЙЛШВИЧ

УДК 631.358:633.524 »2

ОБОСНОВАНИИ ПАРАМЕТРОВ ШДБШЭДЕГО И ТРАНСПОРТИРУЮЩЕГО РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЛУЕОПОДЕЖККД

Специальность: 05.20.01 - Механизация овльокохозяйственногэ

производотза

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соиоканио ученой стопит кандидата технических наук

Янгиюль - 1990

ч V.

Рабой выполнена в Среднеазиатском орде® Трудовога Краош Знамени научно-насяедзьягольокои итутго неханизац&г и олегл-] фккацки сельского хозяйства. <САШЗ).

Научный руководитель - кандидат техннчооких »шук.охпраип шуч!шй сотрудник ТУКУШВ Т.Е.

Официальнао оплоыомти: - Заолужошшй механизаюр сельское хозяйства УаССР,доктор технических ыаук, профессор ТУРАНОВ Х.Т»

- Лауреат ГооуларатившюП прэкии Узбекской ССР имени Бору; кандидат технических ааук.атаршй научный сотрудник МИМАХОВ Ш

Ведущая организаций - НПО "Хлолкопром".

Защита диссертации ооотоитоя "/8" апрелд 1990 в Щ час.на заседании специализированного совета К 020.38.01 ш присуждению учзкой степени кандидата технических наук в Сродно, азиатском ордена Трудового Кроеного Знамени научна-кослодоватси ком института механизации и электрификации сельского хазяйотш ССШЭ).

Адроо: 702841 Ташкентская область, Йнгисльокий район, п/о Гуяьбахор-1, САШЭ,

С диссертацией ноша ознакомиться в библиотеке САШЭ.

Автореферат раэоолак " ¿6 " ЩСИ^ТпО/ 1990 г,

/Ученый секретарь специализированного оов'аш, л ''\

кандидат технических на;*" ^ ^ ' Г.Н.КИМ

л н н о т л ц и я

■-■¡.¿..■Я': рябо те приведенн: аналитический обзор ранее проведенных огатно'-ионструктороких и научно-исследовательских работ в области механизированной уборки лубяных культур и луба кензфд; результаты изучения условий работы лубоподборщика и некоторых физико-механических и технологических свойств сухого (подбираемого) луй кенафа; теоретические и экспериментальные исследования по выбору рациональных охем и обосновании основных параметров подвеоки подбирающего механизма и зажимного транспортера о применением метода математического планирования экспериментов; описание устройства созданного макетного образца лубо подборщика о предложенными подбиравшим механизмом и зажимным транспортеры и результаты их проверни в производствешшх условиях,которые подтвэрдали правильность, выбранных схем и обоснованных параметров; также расчет экономического эффекта от применения лубоподборцика,которой составляет 527,95 руб в год на одну папину.

Автор защищает:

- технологический процесс подбора и транспортировки сухого луба кенафа;

- тип и параметры подбирающего и транспортирующего рабочих органов лубоподборешка.

ОШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1966-1990 года и на период до 2000 года" намечено наращивать тадуск и улучиать качество волокна лубяных культур,в тон числе и кенафа.

Волокно кенафа ширко используется в народном хозяйстве в" качество упаковочного материала1 хлопковых,сахарных,также других влагоемких продуктов из-за его высокой гигроскопичности и прочности.

Уборке кенафа производится в скатав сроки и работы, вязанные с нею,наиболее трудоемки: из всех трудозатрат,необходимых на производств кенафа.более 50$ приходится на период уборки. Если опе-рзцки скашивания,переработки стеблей на луб,а такие расстила его на землю для прсушки достаточно механизированы,то последующие операции перерасстила,пореирачивания,формирования и вязки снопов

сухого лубэ,а также их погрузки до настоящего времени выполняется вручную. Поэтому вопросы комплексной механизации процессов уборки этой культуры имеют первостепенное значение и решение задачи механизации уборки сухого луо4 является актуальным и имеет большое народнохозяйственное значение.

Цель исследований. Выбор рациональных схем подвески подирающего механизма и закимного транспортера,обоснование их основных параметров,обе.печиваощих надежную работу и минимальные рао-комлеванность и потери луба.

Постановка задачи. На основании анализа процессов подбора и транспортировки стеблей лубяных культур и сухого луба в машинах отечественного и зарубежного производства,а также на учно-иссл едо-вательских работ выбрано основное направление теоретических и экспериментальных исследований.

Для достижения поставленной цели в задачу исследований были включены: изучение условий работы л у бо подборщика и некоторых фи-зико-ыеханичеоких и технологических свойств оухого луба; разработка теоретических предпосылок к выбору схем и основных параметров подвески подбирающего механизма и закимного транспортера; праве- ' дение экспериментальных исследований для проверки теоретических предпосылок .и обоснования рациональных параметров вышеназванных ; рабочих органов; определение экономической эффективности разработки-. ■ -.■•

Объект исследования. Технологические процессы подбор и тран-, спор-чровки сухого л;¿а и соответственно ооущеотвляощие эти процессы подбирающий механизм и закимной транспортер лубоподборщика.

. Методика исследований. При изучении условий работы лубопод-бориика и физико-механических и технологических свойств сухого луба применялись вновь разработанные методики и специальные приспособления. Результаты экспериментальных исследований обработаны методом математический статистики,а основные гирамет,и зажимного траногортера обоснованы методом математического плакирования экспериментов.

Агротехничеокие показателе работы определялись по ОСТ 70.6. 10-72 "Мааикы для уборки конопли и кенафа. Программа и методика иопитания" и ГОСТ 18Э82-"3 "Луб кенафа зеленый". Экономическая эффективность результатов наследований раосчитанав соответствии

с ГОСТ 23728-79 - 23730-79 "Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки" и нормативно-справочными i-атериалами.

Научная новизна. На основа использования основных положений теоретической механики с учетом условий работы лубоподборщика и требований к технологическому процессу подбора луба выведены аналитические зависимости,позволяете выбрать я»п и параметры подбирающего рабочего органа и механизма его подвески,определить pai_j-■ту сил трения и максимальную тяговую способность зажимного транспортера.

Практическая значимость. Использование лубо подборщика с разработанным подбирающим механизмом и зажимным транспортером,новизна технического решения которого заиииена авторским свидетельством СССР К I30825I,обеспечила от по сравнению с ручной уборкой повышение производительности труда в 5,6 раза .сниженио прямых издержек в 1,3 раза и уменьшение закостренности луба на 23,8$,засоренности -на 21,1%. Экономический аффект составляет 527,95 руб на I машину в год.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований принята ГСКБ по машинам для хлопководства и рекомендуемые параметры использованы при разработке конструкции л^ "»подборщика,макетный образец которого проиея хозяйственное испытания в хозяйствах Ташкентской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы долоиенн и обсуждены на Ученом Совете САИМЗ в I98I-I985 гг. и на научно-технической конференции молодых учетах и аспирантов "По пути интенсификации" (CAO ВАСШЛ,1987 г.).-

Публикация. По теме диссертации опубликована 13 научных статей и одно описание авторского свидетельства на изобретение.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, пяти гл- в,выводов и приложений. Объем диссертации - Мб страниц машинописного текста с 56 рисунками,15 таблицами,списком использованных источников,включающим 96 наименований и 5 приложен!.л.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

По введен:ги обоснованы актуальность и новизна темы диссертации и сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" приведен краткий анализ существующих способов и средств механизации уборки лубяных культур и сухого лу& кенафа,а также результаты научно-исследовательских работ в э-той области.

Для достижения высокой полнот подбора шбран клиновидный тип подбирающего рабочего органа,установленного на полозе,а минимальных раскомлеюннооти и потерь луба - зажимной транспортер о иахматно раополокенкчми onopi.j-нажимними роликами. По выдвинутым в работе гипотезам предполагается: а> надежную работу кли!: видно го подбирающего рабочего органа можно обеспечить путем применения четырехзвениой подвески при соответствующем подборе длины звеньев,ко тарыо np¡ опускании клина ниже среднего рабочего положения обеспечивают некоторый подъем его носка,а при подъеме - наоборот;

б) стабильность зажима луба транспортером может быть повышена путем применения подпружиненного натяжного устройства ремней а жестко установленных роликов.

Во второй главе "Условия работа лубоподборщика и некоторые физико-механическиэ и технологические свойства сухого луба' кенафа" приведены воэ необходимые для обо о но ваши рациональных параметров подбирающего, механизма и зажимного транспортера результаты иконе-ринентов,полученные в полевых уоловиях в период уборки сухого луба,

Поперечный профиль характеризовали отклонениями поверхности поля,заключенного между пятью поливными бороздами,относительно уровня второй и четвертой,по которым идут колеса трактора» Отклонение лысо ты первого и четвертого грзбня грядки от уровня названных борозд составляет 7-IO см,но имеются отклонения от -б до +20 с: Это говорит о то;.!,что высота некоторых гребшй ниже уровня дна 2-ой и 4-ой борозд.

Величина колебания уровня гребня грядки и дна борозди в продольном направлении определялась посредством нивелира через каждые 2,25 м - равного усредненной продольной база трактора. Установлена, что вертикальное перемещение переднего моста трактора относительно заднего достигает от -10 до +-7 ом.

Засоренность поверхности пс и определялась путем отбора проб из накладной рамки и.'»иной 90 см,равной ширине междурядья,и длиной ICO см. Установлено,что ¡г дно борозди иириной 30 см соородоточоно по гаосе до. 53/Í общего сора,но скатах на гребне грядки - '¿5%

Параметры расположения порций луба изучены нвпоородствонно

в полобях условиях путем замера их размеров. Результаты исследований показали,что параметра порций довольно нестабильные: колебание размера " 8 " (рис.1),обусловливающего величину раокомле-вэнностл луба в скопе при подборе луба машиной,составляет 28 см,

______ а размера " 6 " - +39...-22 см,

о вероятностью отрицательных значений г коло 15%.

Маооа порции и ео распределение по длине изучались путем взвешивания отрезков луба длиной 30 см. Установлено,что самув большую тяжеловесность имеег участок луба,отстоящий от комля на расстоянии 4590 сн. Масса порции в среднем равна 1,6 кг и колеблется в пределах 1,2-2,3 кг.

Радиус излома луба из учел при алаг•ости, соответствующей периоду уборки,непосредственно в половах условиях. Полученные даншо показывают,что, если при радиусе изгиба 2-3 мм лоиаотся практически все пряди луба,то при радиусе изгиба 9-10 мм они Рио.1. Схема и параметры порции остаются целыми.

' луба комбайновой укладки В третьей главе "Теорети-

ческие предпосылки для eu бора параметров и режимов работы подбирающего, и транспортирующего рабочих органов лубоподборвдка" выведены аналитические зависимости, позволяющие шбрать тип и параметра подбирающего рабочего органа и механизма его подвески,определить работу сил трения и тяговув способность ремней зажимного транспортера.

К выбору типа и параметров подвески подбирающего рабочего органа . На основанш'изучония результатов ранее проведенных работ и условия работы лубоподборвдка разработаны подбирающий орган в виде пассивного клина,установленного нз полоз 5. При движении машины луб I под действием сил сцепления оо стерней и инерции поднимается по клину 2,постулат на цепной подъемный транспортер 3

- б -

и передается Б загшмной транспортер. Для надежного выполнония-процосоа подъема над цепшш транспортером установлен активный прижим

Рио,2. К выбору типа механизма подвески

Устойчивый ход полоза.з лубаподьшным клином будет обеспечен если оумма моментов реакции почвы на полоз Р^ ,на клин Рг .сил 1 тяжести механизма вц »приведенная на рабочун поверхность полоза дает результирующего,погорачиващую систему против хода часовой стрелки.

Реакция почвы Р} зависит от объема оминаемой почвы (удвоенный объем фигуры ДВСОЕГ на рис.2,б) и коэффициента объемного смятия Кем »от величины уотановки носка клина Д0 относительно горизонтальной части полоза,угла его вхождения в земли £ сопротивления почвы горизонтальному смятии .углов уотановки груди полоза ^ , штанга и длины последней 1. ,а также

угла трения уплотненной ф, и рыхлой почвы по стали.

При применении параллалогра'ммной подвески (звенья 00-| С0 , рис.?,а),обеспечивающей плоско-параллельное движение полоза,условие устойчивой работа механизма выражается следующей завиоимооты

'Bjl„ Thr4¿° \ Ксм^гСовС^ + ф^ос') • ^ ' Цъ COStp1 • eos c<1

•a

Bng,(hr+ А0)г eos (s-Kp2 - ex1) 2(hrmax + A0) sin s cosicosa

^Gn

где Вn - ширина noлоза,им;

\Jj - угол скалыхшзия почзи.град; hp - толщина сминаемой почвы,мм;

ОС1 - текущее значение угла наклона птангк 0D , град; Ьгтйх- конструктивная высота груди полоза,мм. Для радиальной подвески-(звенья'0CD ,рис.2,а),которая обуславливает оа врезающее заглубление коска клипа и дает большее плечо действия оил.прялокэнних на носок,с некоторыми допущениями,но сказнвасотш существенного влияния га результат» расчета,получено следуйте.} условие устойчивой работы:

Bn- ?br*V^sm(Q{"-0(i) Kc>Mh2ncos(^(p,tcx") 2 " tgty i tpcosф,cosa"

Г lzr f ^

!n q[hr+A04£sin(au-ao)J [cos(e+92-oí")+~cos(e«p2)]

где Oí угол иеяду горизонтальной пд о ск oo тьп, п рз xo дч a « Я через точку 0 и воображаемым отрезкой пргпой ОМ ,град; Ь - величина вылета посла хлит относительно начала подъема- груди полоза,т. Анализ $ор<ул (I) я (2) путем расчета для серозема показал, 1то при ^ " 7...10° подьемгая сила полоза с параллелогр. чмной юдвеокой в 2-3 раза -5ользо,чс)1 о радиальной. Но при заглублении золоза в почву до 10 сн подъемная сила падает до величин,приводя-

щих к его зарывании. Поэтому усоверяенотвован четырехзвениый механизм таким образом,чтобы при случайных чрезмерных заглублениях передняя часть полоза несколько приподнимала оь и бывав я ранее нерабочей горизонтальная часть полоза,оминая почву,давала дополни тельную подъемную силу,а при подъеме выше ореднегс рабочего положения наклонялась вперед. Для подбора размеров четырехзвекково механизма 00^ СО (рис.3) выведено уравнение зависимости от них угла наклона з--.ена СР (полоза):

г!--

151пас

сэ)

"У Мг 12 - - г- г соб £ - иовао

где е = 4[(г151па0)г+ (тсоб1соэа0)2] ;

+ (ГСОБ^ 1С0$СХо)г-тгГг]-2Г81П^(гС08^1СО5С)!о)

. б = [ М1 I? - (г:2 б» п2|- \} б! пг а о}+ (г со$ | +1. соэ а6)г --тггг]г-4(М21г-гЧ1п2|)(гсо5| + 1оо8а0)2 ;

М = 1'Д ; т = г'/г

х

Рио.Э. К обоснованно параметров четырехзвенноГ подвеоки

Исследование этого шражения для разных значений СХо i М » m и | проведено путам вычислений ira вычислительной мавинка Ro8otron -Г715 и получены оледующио параметры: L в 970 км;

Г = 150 мм; L' •= 975 мы; Г1 - 127 мн и f> * 22°.

Выбор схемы зажимного транспортера. Широко применяются дао схемы транспортеров,у которых опорные ролики установлены жестко,« нажимные установлены либо жестко,либо подпружинены. При косной установке опорных и нажимных роликов усилие зажима возрастает пропорционально толщине порции луба за счет упругого натяжения ремней. Подпружиниванив нажимных роликов предохраняет ремни от чрезмерного растяжения,но в момент прохождения порции луба под нажимным роликом за счет его подъема натяжение ремня осла бегает. В резулотаю зажим луба в промежутках мезду накиыными и опорными роликами также ослабевает и под воздействием расчесывающего барабана часть луба уходит а потери. На основании анализа и опытов выбрана комбинированная схема транспортера,у которого опорные и кажимнае ролики установлены жеогко.а натяжение ремней осуществлено путем подпружиниваhim ведомых шкивов.

Работа сил трения ремней зажимного транспортера. При работе зажимного транспортера его ремни в прилитом состоянии друг к другу двинутся огибая опорные и нажимные ролики. В виду того,что скорость ремней одинакова,при огибании роликов между ремнями во аника от трение за счет разности радиусов изгиба.

Иопольэ}.! формулу д.т.н.,прф.Г.А.Хайлиса для определения величины скольжения между ремнями на изогнутом участке,выведена формула для определения работы А ка преодоление сил трения на этом учаотке,учитывавшая натяжение ремня в начале транспортера t0 .угол охваге роликов Oí р .коэффициент трения f , ради ve Гр и количество П роликов,толщину ремня S и луба 0 л

л oí. гг. арГ(тр + в)(тч 1,55*$л) r feftl,

i-1 w

* + 2kaaPf sin -у)

здеоь ka ~ коэффициент,учитывавший увеличение натяжения сбоганиой вотви относительно набегавщвй(рад""*.

- ÍO -

Анализ этого выражения показал,что с увеличеюок Гр работа сил треняя транспортера уменьшается,а о увеличением гсех остальных паранотров - увеличивается.

Тяговая способность ремней зажимного транспортера. Oía характеризуется коэффициентом полезного нагружения,зависящим от величины угла (Ущ охвата шкива ремнями и коэффициента JJ. трения ремня по шкив у, которой выражаетоя формулой:

Кпн = 1-е

С5)

Q76 0,70 Q64 C.5S

Кпм ¡252

а$г

0,40

240гроя225

В полевых условиях коэффициент зрения ремня по икиву уменька-' ется до 0,25-0,35 из-за попадания пыли и маги. Угод охвата чаще воего бывает 165-195°. Как видно из графика (рис.'О,пси згах значе-

..... - ■ ■; .........киях СХц «коэффициент

полезного нагруления ремня не превышает 0,52-0,69. Для увеличения этого показателя потребуется устаювка специальных дополнительных устройств дг»я увеличения угла охвата икива ремнями.

В четвортой главе "Экспериментальные исследования по обоснованию параметров и режимов рабо-ш подбирающего и транспортируй его рабочих органов дубоподборщика " приведены результаты лабораторных к полевых экспериментов.

Обоснование угла подъема груди полоза. Опыта по обоснотит угла пэяьеда груда полоза о четырэхзвенним механизмом подвесам о параметрами, обоснованными при теоретических исследованиях, про ведены при хода полоза по греби» грядки и дну борозда. Кратковременное полное заглубление полоза происходило при проходе его через значительные и

Рмо.1». Изменение коэффициента полезного

нагруканчя Кпн ремня в зависимости от угла СХц охвата

I 3 5

}Х - 0,20; 2 - у. Ji. * 0,30; Ч - . ji. ji. 0,40

= 0,25; - 0,35;

крутые неровности. Устансвлено,что минимумы такого заглубления наблюдаются в пределах угла подъема груди полоза 8...10 градусов.

Определение окорооти подъемного транспортера подбираюзого механизма. Критерием для выбора оптимальной скорости в этих опытах служила раскомлеванкость луба в порциях. Усыновлено, 4119 порция кассой 1,5 кг дзет мишшальнуя раскомлеванкость при окорооти 1,05 м/с,а порции массой 2,0 и 2,5 кг соответственно при скорости 1,12 и 1,21 м/с. Также установлено,что без существенного ухудшения качества,скорость подъемного транспортера монно принять равной скорости машины.

Определение необходимого усилия зажатия лубз заяимным транспортером . Зажимной транспортер лубо подборщика должен зажимать луб таким усилием,при котором сила трения (.усилие закима) была бы больше или равна максимальному уиилип выдергивания луба расчесывавшим барабаном. При таком условии в процесое расчесывания и очеса нево-локкистих частей растений,потери луба и его раскомлевыванио исключаются. Эксперименты проводились на полевой установке в полевых условиях. Усилие загама устанавливали зажатием нажимных пружин. Результаты опытов (рис.5) показывают,что при усилии займа,равном 130 Н,потери луба практичеоки отсутствуют,но рэскомлеванность имеет тенденции к дальнейшему снижения и лишь при его повышении до 150 Н ota становится минимальной. , -

лг„

16 см 5,0

14 4,8

12

to

8 б ' S,4 п,

4 1,2

г 0

\\

\ \ /

rS

ч < »•v.

во 80

100

№

140 И 160 ■

Рио.5. Зависимость потерь луба Пд и раскомлеванность

порции

дг

п от усилия зажима Р3 транопортера:

I - Пл'= f(P3) ; 2 - Мп = f(В)

Выбор места установки огабателя луба. Конструкция лубоподбор-щика и физико-механические свойства луба-кенафа,а также транспортирующие свойства расчесывающего барабана позволяют установить между раочесывапщин барабаном и зажимным транспортером параллельно к нему неподвижный сгибатель луба. Теперь луб после транспортера изгибеется вниз,огибает огибатель и ложится на расчесывающий барабан. При отклонении направления вытягивания луба от плоокости зажима транспортера вытягивающее усилие возрастает обратно пропорционально косинусу угла отклонения. Для использования этого полезного эффекта определили предельный угол вытягивания,при котором воздушно-сухой луб не ломается. Он при вытягивании усилием 150200 Н одиночного луба равнялся 30-33°, а порции - 4СМ»5°. Это объясняется тем,что луб в порциях изгибается под некоторым радиусом н не ломается. Для изгиба луба кз 30° параллельно транспортеру поставлен огибатель (пруток) диаметром 20 мм.

Расстояние от транспортера до огибателя выбрано равным 250 мм, при котором отставание луба от точки зажима по ходу движения не превышало 45 мм и не влияло на процесс сброса его в порциенаколи-тать.

Установка огабателя уменыгает усилие вытягиЕа ния луба из транспортера в 1,4-1,6 раза.

Оптимизация параметров зажимного транспортера. Теоретическими исследованиями,а также однофакторными экспериментами установлено, что на качественные показатели работы зажимного транспортера основное влияние оказывает диаметр опорных и нажимных роликов dp С Xi ) ваг расстановки роликов tmp ( Xj ),предварительное усилие натяжения ремня Тпи ^ ^з ^ и .угол охвата роликов ремнями ОСр С X4 )

Эксперименты по оптимизации параметров зажимного транспортеро проведены по плану второго порядка В 4 .принятому на основакш априорной информации. Результаты экспериментов обработаны на ЭЦВМ "Каирн-2И па программе множественного регрессионного анализа.

Для проверки воспроизводимости опытов,т.е.провер(и гипотезы оС однородности дисперсий при одинаковом чиоле повторных опытов,исполь зоеэлоя критерий Кохрена.в значимость коэффициентов уравнения регрессий определялась с помощью критерия Стьюдента при уровне значимо ти 0,05.

Гипотеза об адекватности полученных регрессионных моделей проверена о помошью F -критерия Фииэра. Модели признаны адекватными о доверительной вероятностью 95%.