автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование процесса выгрузки силоса и параметров швыряющего пило-винтового рабочего органа позиционного погрузчика

ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

БОЛТЯНСЬКИЙ БОРИС ВОЛОДИМИРОВИЧ

ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОЦЕСУ ВИВАНТАЖЕННЯ СИЛОСУ ТА ПАРАМЕТРІВ КИДАЛЬНОГО ПИЛО-ГВИНТОВОҐО РОБОЧОГО ОРГАНА ПОЗИЦІЙНОГО НАВАНТАЖУВАЧА

05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

и

Сії

УДК 631.363:636.22/28

Мелітополь - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійській державній агротехнічній академії (ТДАТА' Міністерства аграрної політики України та в Інституті механізації тваринництва УААН.

Науковий керівник кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник Кисельов Олексій Васильович,

Інститут механізації тваринництва УААН, завідувач лабораторії механізації заготівлі кормів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Чурсінов Юрій Олексійович,

Дніпропетровський державний аграрний університет, завідувач кафедри “Механізація тваринництва”

кандидат технічних наук, доцент Стручаєв Микола Іванович,

Таврійська державна агротехнічна академія, в.о. завідувача кафедри “Гідравліка і теплотехніка ”

Провідна установа Львівський державний аграрний

університет, кафедра “Механізація тваринництва” Міністерства аграрної політики України, м. Дубляни, Жовківський р-н, Львівська область

Захист відбудеться 27 червня 2000 р. о 10— годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К18.819.01 Таврійської державної агротехнічної академії, м. Мелітополь, пр-т Б. Хмельницького, 18

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ТДАТА за адресою: 72312, м. Мелітополь, пр-т Б. Хмельницького, 18.

Автореферат розісланий 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Головна задача сільськогосподарського виробництва полягає в забезпеченні населення продуктами харчування. Але, як відомо, в останні роки у всіх галузях АПК, особливо у тваринництві, відбувається спад виробництва, зменшується поголів'я худоби і птиці, знижується їх продуктивність, втрачається генетичний фонд, зношуються і старіють основні фонди та технічна база.

Спад сільськогосподарського виробництва привів до того, що в останні роки валовий об’єм продукції сільського господарства скоротився у порівнянні з 1990 р. на 32%, в тому числі м’яса - на 39, молока - на 25, яєць - на 38, вовни -на 35%.

Для насичення ринку продовольчими товарами та сільськогосподарською сировиною необхідно забезпечити високий рівень технізації АПК, своєчасне та високоякісне виконання технологічних операцій і на цій основі збільшення виробництва продукції тваринництва і рослинництва, різке зменшення втрат.

З цією метою пріоритету надано високопродуктивним машинам, які працюють по прогресивним енергозберігаючим технологіям, при виконанні необхідного обсягу робіт з найменшими затратами трудових і енергетичних ресурсів.

Важливими умовами постійного підвищення продуктивності тваринництва є створення міцної кормової бази, коли збільшення об’єму виробництва кормів випереджає темпи приросту поголів'я тварин.

Виходячи з вищевикладеного, актуальність теми полягає в тому, що для вирішення поставлених завдань, зокрема механізації вивантаження консервованих кормів із траншейних сховищ, необхідне створення машин та обладнання, які працюють по енерго- і ресурсозберігаючим технологічним процесам і мають високий технічний рівень.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися відповідно договору з Інститутом механізації тваринництва УААН за його планом науково-дослідних робіт на 1996...2000 рр. “Розробити технологію і технічні засоби зберігання кормових культур і переробки їх на повноцінні корми в умовах фермських господарств і присадибних ділянок” № ДР 0196Ш04902, та виконуваним згідно з “Програмою розвитку на Україні машинобудування та забезпечення сільськогосподарського виробництва машинами та устаткуванням для комплексної механізації технологічних процесів у тваринництві” по програмі “Розробка та опанування нової техніки сільського господарства та перероблюваних галузей промисловості (розділ “Тваринництво”)” Української національної програми розробки та виробництва технологічних комплексів машин та устаткування.

Мета досліджень полягає у підвищенні ефективності роботи позиційного навантажувача консервованих кормів із траншейних сховищ на основі удосконалення технологічного процесу завдяки раціональному використанню фі-

зико-механічних та технологічних властивостей буртів і відокремленої маси обґрунтуванні параметрів і режимів роботи відокремлювача при вивантаженн корму горизонтальним переміщенням із подачею доподрібненої маси кидаль ними, а неподрібненої - ріжучими елементами.

Для досягнення вказаної мети у дисертації слід вирішити такі задачі:

- за допомогою лабораторно-експериментальних досліджень вивчити фі-зико-механічні та технологічні властивості консервованих кормів і відокремленої маси, необхідні для визначення оптимальних параметрів та режимів роботи пило-гвинтового кидального робочого органу при виконанні прийнятого технологічного процесу вивантаження;

- користуючись науковою гіпотезою про часткове додаткове подрібнення маси та подачу подрібненої маси за допомогою кидальних елементів, а неподрібнених - ріжучими елементами, одержати аналітичні залежності, що описують процеси відокремлення, додаткового подрібнення, транспортування та подачі корму у приймальний пристрій машини і дають змогу визначити їх оптимальні параметри й режими роботи;

- перевірити наукову гіпотезу, експериментально визначивши оптимальні параметри й режими роботи пило-гвинтового кидального робочого органа та приймального пристрою навантажувача;

- виконати виробничу перевірку позиційного навантажувача та визначити його енергетичну й економічну ефективності при впроваджені на фермах ВРХ;

- розробити методику інженерного розрахунку технологічних режимів роботи та конструкційних елементів пило-гвинтового кидального робочого органа і приймального пристрою позиційного навантажувача.

Методи досліджень. При проведенні аналітичних досліджень використано методи класичної механіки та теорії подібності. Експериментальні дослідження, які проводились у виробничих умовах та в лабораторії на макетних і дослідних зразках машини і спеціально розроблених приладах та обладнанні, виконано із застосуванням методів математичного планування експериментів і математичної статистики. Усі розрахунки та обробка результатів експериментів виконано на РС ІВМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

1 Вперше одержано і науково обґрунтовано аналітичний опис залежностей відокремлення й подачі відокремленої маси до приймального пристрою навантажувача від конструкційних параметрів, режимів роботи пило-гвинтового відокремлювача з горизонтальним переміщенням та фізико-механічних і технологічних властивостей кормів.

2 Дістало подальший розвиток визначення закономірностей зміни граничних кутів сколювання шарів бурта корму та граничних напружень розриву в горизонтальній і сколювання у вертикальній площині від стану маси та технологічних режимів роботи відокремлювача.

з

3 Вперше отримано теоретичні й експериментальні залежності параметрів питомої енергоємності та продуктивності вивантаження консервованого корму кидальним пило-гвинтовим робочим органом від конструкційних, кінематичних та експлуатаційних параметрів і режимів роботи, а також фізико-механічних і технологічних властивостей бурта.

4 Подальше визначено і науково обгрунтовано вплив конструкційних та експлуатаційних параметрів і режимів роботи відокремлювача на додаткове подрібнення вивантажувального корму.

5 Вперше отримано експериментальні залежності втрат при подачі відокремленої маси до приймшіьного пристрою позиційного навантажувача від параметрів і режимів роботи кидального пило-гвинтового робочого органа та властивостей кормів.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці кидального пило-гвинтового робочого органа позиційного навантажувача консервованих кормів із траншейних сховищ, який працює при горизонтальному переміщенні з додатковим подрібненням маси, або без нього й одночасною її подачею до приймального пристрою.

Результати досліджень використано АТ “НДІ Ферммаш” (м. Київ) та Гу-ляйпільським заводом сільгоспмашин (м. Гуляйполе, Запорізької обл.) при створенні експериментальних та серійних навантажувачів. Навантажувач консервованих кормів із траншейних сховищ, оснащений кидальним пило-гвинтовим робочим органом упроваджено у КСП “Могучий” Мелітопольського р-ну Запорізької області, де річний економічний ефект склав в порівнянні з навантажувачами ПСК-5А і ПСС-5.5 відповідно 3.86 і 4.39 тис. грн.

Особистий внесок зяобувача полягає в одержанні таких результатів:

- фізико-механічні й технологічні властивості монолітів консервованих кормів і часток корму;

- аналітичні вирази, які описують процес відокремлення й подачі маси до приймального пристрою навантажувача та його залежність від конструкційних параметрів і режимів роботи пило-гвинтового робочого органу та фізико-механічних і технологічних властивостей кормів;

- експериментальні дослідження процесу вивантаження консервованого корму пило-гвинтовим робочим органом;

- оптимальні параметри й режими роботи пило-гвинтового відокремлювача та обгрунтування доцільності його використання.

Апробація результатів дисертації. По основним положенням дисертаційної роботи були зроблені доповіді, які одержали схвалення на щорічних науково-технічних конференціях у Таврійській державній агротехнічній академії у 1997. ..1999 рр.; Міжнародній науково-технічній конференції “Нові технології й техніка для механізації та автоматизації процесів у тваринництві” та Між-

народній науковій конференції “Нові технології і техніка для механізації і едек трифікації сільського господарства”, які відбулися в Інституті механізації тваринництва УААН відповідно в 1998 р. і в 1999 p.; Міжнародній науково-технічній конференції “Механізація і автоматизація технологічних процесів t молочному тваринництві”, що була проведена у Львівському державному аграрному університеті в 1999 р.

Публікації. Основні матеріали та положення дисертації опубліковані у 5 роботах загальним обсягом 0.9 умовного друкованого аркуша (всі у наукових фахових виданнях)

Структура дисертації - вступ, чотири розділи, висновки, список використаних джерел та додатки. Обсяг роботи становить 172 сторінки машинописного тексту, на 137 із них викладено текст роботи та список використаних джерел, на 35 - додатки. Вона містить 11 таблиць та 38 ілюстрацій (15 рисунків і схем, 14 графіків, 9 фотографій). Усього використаних джерел 128 найменувань, із них 61 вітчизняних, 60 - інших країн СНД, 7 -далекого зарубіжжя й Балтії.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, представлені наукова проблема і концепція, відзначені наукові передумова і гіпотеза, сформульовані основні положення, які складають наукову новизну й практичне значення роботи.

У першому розділі “Стан питання. Мета і задачі досліджень” розглянуто значення консервованих кормів в раціонах ВРХ, траншейні сховища для них і вітчизняні й іноземні засоби їхнього розвантаження та проаналізовано і оцінено експериментальні дослідження по цій темі, в тому числі результати досліджень фізико-механічних і технологічних властивостей консервованих кормів, на основі чого зроблено висновки і пропозиції та визначено мету і задачі досліджень.

Наукові основи засобів механізації вивантаження траншейних сховищ розроблені докторами технічних наук В.А. Зуєвим, Е.І. Храпачом, B.C. Сєчкіним, В.Д. Ткачом, О.М. Семеніхіним, кандидатами технічних наук Н.П. Волосевичем, А.А. Кутлембетовим, П.Д. Сокольником, В.П. Біловим, М.О. Олексенко, О.О. Воронковим, Л.І. Хворостяновим, Г.І. Срмохіним, А.Н. Крамаренко, 0.1. Логвином, К.А.-А. Джанібековим, О.В. Кисельовим, О.В. Болтянським та іншими.

Огляд та аналіз технологічних схем заготівлі, переробки, зберігання консервованих кормів в траншейних сховищах, вимог, які ставляться до кормів, конструкційно-технологічних схем позиційних навантажувачів, що вивантажують масу при горизонтальній подачі, а також дослідження та випробування

Примітка. За темою дисертації одержано рішення Держпатенту України про встановлення дати подання на винахід № 98052401 від 11.05.1998 р.

робочих органів, які застосовуються на цих машинах, дають можливість зробити такі висновки.

1 Консервування кормів дає змогу зберігати до 85...90% сухої речовини і 60% каротину, що дозволяє використовувати високоврожайні культури у період найбільшої поживності і створювати їх багаторічні запаси.

2 Практично майже вся маса консервованих кормів буде закладатись у траншейні сховища і тому проблеми механізації процесів завантаження і вивантаження траншейних сховищ набуватимуть важливого значення.

3 В зв'язку з дефіцитом паливно-мастильних матеріалів, а також кормо-збиральної техніки відбувається збільшення ступеня подрібнення закладеної маси, тому потрібно впровадити вивантаження корму з обов'язковим додатковим подрібненням за допомогою машин з електроприводом.

4 Такі машини доцільно виконувати позиційними, з вивантаженням корму при горизонтальному переміщенні робочого органа і заглиблені в кінці проходу. Це дає змогуг раціонально використати шаруватість буртів в горизонтальній площині, виключає холості ходи робочого органа та зменшує частоту зміни позицій машини ггри роботі, що створює передумови автоматизації процесу.

5 Для цих машин найбільш придатні високопродуктивні пило-фрезєрні та пило-гвинтові робочі органи. Але використання перших призводить до пере-подрібнення вивантаженого корму і надмірних витрат енергії, а пило-гвинтові робочі органи з існуючому вигляді хоч і мають низьку енергоємність, проте незадовільно взаємодіють з приймальним пристроєм навантажувача, допускаючи втрати корму.

6 Аналіз теоретичних і експериментальних досліджень робочих органів та вивчення фізико-механічних і технологічних властивостей консервованих кормів послужили основою для вибору в якості робочого органа лило-гвинтового відокремлювана з розвиненими кидальними властивостями.

У другому розділі “Аналітичні дослідження процесу подальшого транспортування відокремлених часток корму” розглянуто конструктивну схему пило-гвинтового відокремлювана та технологічний процес вивантаження корму, виконано теоретичний аналіз відокремлення шару корму, де визначено кут установки леза ножа ріжучого гвинта, додаткове подрібнення маси при вивантаженні і сили опору різанню при цьому, визначено параметри кидання і транспортування корму витком гвинта та зроблено висновки.

Теоретичні і експериментальні дослідження робочих органів навантажувачів безперервної дії доводять, що з точки зору енергоємності слід використовувати відокремлювачі, які не викликають деформації моноліту бурта, або зводять її до мінімуму. Виходячи з цього, кращими є робочі органи, які відокремлюють масу в площині розташування осей часток корму, а так як вони практично орієнтовані горизонтально, слід розділяти функції його робочих елементів на відокремлюючі і вивантажуючі. Найбільш повно відповідає цьому робочий орган з розділенням відокремлення пласта корму на два процеси -

вертикальне відрізання його торця і горизонтальне зчісування відрізаного ша-

По цьому принципу виконано пило-гвинтовий робочий орган, конструктивна схема і загальний вигляд якого наведені на рис. 1. Він складається з двох паралельних горизонтально встановлених гвинтів І, один з яких правої, а другий лівої навивки і працює при горизонтальному переміщенні в обидві сторони та зустрічному фрезеруванні з подачею відокремленого корму в приймальний пристрій навантажувача.

На початку гвинтів на валах 2, які проходять через пустотілі вали 3 гвинтів, встановлені дискові відрізні пили 4, діаметр яких дещо перевищує діаметр гвинтів. Вони обертаються в той же бік, що і гвинти, але зі значно більшою швидкістю. Кінці гвинтів виконані у вигляді лопатей 5, які подають відокремлений корм в приймальний пристрій. Привод гвинтів і пил виконано від електродвигуна 6 через ланцюгову 7 і зубчату передачі 8, розташовані в корпусі 9 робочого органа.

Розподіл відокремлення шару корму на вертикальне відрізання і горизонтальне відокремлення, дає змогу прийняти оптимальні режими роботи їх виконання. Причому, якщо для пил це прорізування вертикальної щілини в бурті корму, то для гвинтів - відокремлення шару, доподрібнення, транспортування за допомогою витка гвинта і подача до приймального пристрою машини киданням, яке виконується як ножами ріжучого гвинта, так і лопаттю, розміщеною на його кінці.

Рисунок 1 - Конструктивна схема (а) і загальний вигляд (б) пило -гвинтового робочого органа:

І -гвинт; 2-вал відрізної пили; 3-вал гвинта; 4-відрізна пила; 5-кидальна лопать гвинта;

6-електродвигун; 7-ланцюгова передача; 8-зубчата передача; 9-корпус

Технологічні процеси вивантаження робочими органами з ріжучими і гладкими гвинтами дещо відмінні між собою.

При зустрічному обертанні ножі робочого органа завдяки достатньому опорові різанню, який створює пласт корму, прорізають в ньому щілини, цим самим доподрібнюючи корм. При повороті ножа в положення початку ско-

. РУ-

лювання пласта фт різання припиняється і відокремлювана частка пласта сколюється під кутом а/ до горизонту (точка В рис.2) і за допомогою ріжучих ножів киданням подається в приймальний пристрій. Подрібнена частина корму транспортується гвинтом, поступає на його кидальну лопать і також киданням направляється до приймального пристрою.

Рисунок 2 - Схема різання моноліту Рисунок 3 - Схема визначення раді-бурта: усу вірізної пили робо-

1 - ніж; 2 - виток гвинта; 3 - бурт корму; ЧОГО Органа

4 - відрізана частина пласта; 5 - сколена частина пласта

При роботі гладкого гвинта відрізаний пилою шар корму відокремлюється від бурта, згрібається транспортуючись гвинтом до кидальної лопаті і закиду-еться в приймальний пристрій машини.

Теоретичний аналіз відокремлення шару корму проводиться виходячи з наукової гіпотези про подачу додатково подрібненої маси за допомогою кидальних елементів, а неподрібнених - ріжучими елементами, що забезпечить одержання вивантаженого корму необхідного фракційного стану і безвтратну подачу його до приймального пристрою навантажувача.

Кут установки леза ножа у (кут між лезом і радіусом гвинта) визначається за умови різання з ковзанням, тобто умови що кут між лезом і вектором його абсолютної швидкості V, менше кута тертя срт. При товщині шару корму її (у =Ь) він становить (рис.2):

7=7і/2+фІ-а^{1іЛгіагссо8(-Ь/К)Л+(1-Ь2/К2)ш]}-(рт,

де фт - кут тертя матеріалу по лезу ножа;

Фт - кут повороту ножа до початку сколювання пласта корму; а/ - кут вертикального сколювання пласта корму при прикладанні вертикального зусилля;

X - кінематичний показник режиму, А. =УІУ„)

V - колова швидкість обертання, У= сої*;

со - кутова швидкість обертання;

V, - швидкість подачі;

И - радіус ножа.

Перебільшення діаметра відрізної пили над діаметром гвинта визначається за умови вертикального сколювання відрізаного шару, коли вертикальна проекція площини сколювання розміщується на пилі (рис.З).

За зазначеної умови радіус Ип відрізної пили знаходиться з виразу

де х - ордината точки перетину вертикальної проекції площини сколювання відрізаного шару з ріжучою кромкою дискової пили.

З отриманих залежностей видно, що конструктивні параметри робочого органа залежать від технологічних властивостей маси, яка вивантажується (фт, (рх), та експлуатаційних режимів роботи ((і, Я).

Виходячи з потрібного ступеня подрібнення вивантаженого корму (рис.2), кількість пн встановлених ножів на довжині кроку ріжучого гвинта визначається виразом

де Б - крок гвинта;

1В - середня вихідна довжина часток корму в сховищі;

Іср - середня довжина подрібнених ріжучим шнеком часток.

Таким чином, одержані за умови додаткового подрібнення корму параметри ріжучого гвинта, а саме, кут у установки леза до радіуса гвинта і кількість пн ножів, розміщених по спіралі на кроці гвинта, служать даними для подальшого визначення режимів подачі киданням відокремленої маси в приймальний пристрій навантажувача.

При роботі момент сил на гвинті буде складатись з моменту сил від опору різання, який прикладений до кінця ножа і дорівнює, та з моменту від сили ваги сколеної частини моноліту

Тобто він залежить від конструктивних параметрів робочого органу (Я, Б, п), властивостей моноліту корму (р, т„У, <рх) та експлуатаційних режимів роботи

Після закінчення різання відокремлюваного пласта корму, яке припиняється в момент початку сколювання пласта, починається робота ножа в режимі кидання, тобто відбувається транспортування стружки по ножу під дією інерційних сил, яка завершується її сходом з ножа.

(2)

П„ = 7г8(1і-кс08фт)/[2(1ср1і-1в11с08(рт)1,

(3)

Мр = SR(h-Rcos<pт){тї''<pтll/(2rt)+RpgIarccos(h/R)--фт][1 -Зл/(2А.)]/Х}.

(4)

(Ь, X).

Одним з найважливіших факторів, які обумовлюють політ матеріального тіла, є швидкість витання. З урахуванням, що під час польоту у процесі обертання часток корму їх міделевий перетин змінюється, для визначення швидкості витання стебел та листя і обгорток качанів, виходячи з теорії імовірності, запропоновано залежності

де d, 1,-г - відповідно діаметр і довжина стебла;

5, Ь, 1.1С - відповідно товщина, ширина і довжина листя; рср - щільність сухої речовини; w - вологість матеріалу; k - коефіцієнт аеродинамічного опору; w - вологість матеріалу.

Таким чином, запропоновані розрахункові формули враховують всі геометричні параметри часток стебла - діаметр, довжину, ширину, товщину, густину сухої речовини і вологість, що с високою точністю дозволить визначити швидкість їх витання.

Одержані розрахункові формули параметрів і режимів роботи пило-гвинтового робочого органа і всієї машини, а також аеродинамічних властивостей вивантаженої маси дозволяють визначити основні конструктивні параметри і експлуатаційні режими роботи відокремлювана і узгодити з ними розміри приймальної частини навантажувача.

У третьому розділі “Програма й методика досліджень” викладено методику планування експериментальних досліджень, дослідження фізико-механічних властивостей буртів корму, зокрема для визначення умов сколювання шару корму і аеродинамічних властивостей часток вивантаженого корму, програму та методику досліджень пило-гвинтового робочого органа і експериментального навантажувача, наведено використовувані вимірювальні прилади, методику обробки записів приладів та обробки результатів, аналіз математичної моделі факторів.

Для опису досліджуваного процесу в області оптимуму використано плани другого порядку, одержані згідно матриці оптимального плану Бокса, які дають можливість одержати функцію відгуку — математичну модель у вигляді полінома другого порядку.

При проведені лабораторних і експериментальних досліджень використовувались натуральні досліджувані матеріали і зразки, приймались параметри і

gdicrPcp

(5)

4k(1 - w)(d / 2 + Іст V*2 - 4) І ті)

(6)

режими роботи, які відповідають тим, що мають прийматися для робочого органа і самого навантажувача, коефіцієнти геометричної, кінематичної та динамічної подібностей дорівнювали одиниці, тому отримувані результати не вимагали перерахунків.

ГІри проведенні лабораторних і експериментальних досліджень прийняті такі рівні і інтервали варіювання факторів. Товщина вивантажуваного шару корму Ь змінюється від 0.1 до 0.25 м з інтервалом 0.025 м, середня довжина часток - 1 від 0.0332 до 0.0804 м з інтервалом 0.0236 м, глибина розташування шару - Н від 0 до 4 м з інтервалом 2 м, відстань від стіни сховища В від 0 до 9 м з інтервалом 4.5 м, кількість ножів на довжині кроку ріжучого гвинта п від 0 до 20 м з інтервалом 10 м, швидкість подачі робочого ходу Уп, від 0.1 до 0.4 м/с з інтервалом 0.15 м/с, ширина захвату робочого органу Ь від 0.3 до 0.7 м з інтервалом 0.2 м.

При дослідженнях прийнята трикратна повторність дослідів. Відтворення дослідів перевіряється за критерієм Кохрена. Коефіцієнти математичної моделі розраховується на ЕОМ. Перевірка їхньої значимості виконується за критерієм Стьюдента, а придатність отриманої математичної моделі за допомогою критерію Фішера.

У четвертому розділі “Експериментальні дослідження, їх аналіз і реалізація” виконано дослідження властивостей кормів, експериментальну перевірку результатів аналітичних досліджень і дослідження пило-гвинтового відо-кремлювача, зокрема енергетичних показників і продуктивності, проаналізовано вплив варійованих факторів, наведена методика інженерного розрахунку параметрів навантажувача, виконано комплексну оцінку навантажувача стеблових кормів з кидальним пило-гвинтовим робочим органом та оцінку його економічної ефективності і зроблено висновки.

Результати досліджень залежності кута <рт (град) повороту гвинта до сколювання шару корму та дотичного напруження сколювання у вертикальній площині при вертикальному навантаженні туУ (кПа) від товщини Ь (м) шару корму й довжини І (м) його часток наведені в вигляді математичних моделей

фт =35.77 +288.37ІІ -496.231 -1694.92ЬІ +10274.0312, (7)

V =1.39 +26.9Ь -10.91 -7.1Ь1+67.2Ь2. (8)

Результати перевірки правильності розрахункових формул, зокрема (4), а також формул (5) і (6) представлено на рис.4 і 5.

З рис.4 і 5 видно достатнє узгодження запропонованих розрахункових формул з експериментальними дослідженнями, що дає право використовувати їх для інженерних розрахунків.

При виявленні оптимальних параметрів і режимів роботи електрифікованого позиційного навантажувача консервованих кормів із траншейних схо-

Рисунок 4 - Залежність моменту сил на гвинті від товщини вивантажуваного шару:

1 - експериментальна;

2 - теоретична

40

Мр,

Н-м

20

10

' ^

1 ^<2

0.10

0.15

0.20

0.25 Ь,м 0.30

10 20 ЗО 40 І, МЫ 60

Рисунок 5 — Залежність між швидкістю V, витання і довжиною часток 1 подрібненої сировини;

1 — визначені за допомогою кидання; 2-одержані в парусному класифікаторі

вищ за критерій їхньої оптимізації прийнято показник, по якому звичайно оцінюються досліджувані об’єкти - енергоємність процесу. При цьому вказану вимогу слід поєднувати із зоотехнічними вимогами до фракційного складу вивантажуваного корму, виходячи з умов годівлі тварин, та вимог до продуктивності, втрат та інших показників.

Рівняння регресії продуктивності у кг/с представлено виразом

<3 =0.999+29.221Ь-0.8п-8.828у+0.759Ь+0.78Кп--3.958Ьу+1.531ЬЬ+0.386пу+0.265пЬ+69.326уЬ--66.9792Ь2-0.005п2-4.8796у2-1.4531 іЛ (9)

Рівняння регресії потужності у кВт наведено виразами

- потужності на привод робочого органа

ІУі=7.78+72.271і-88.23у+21.61Ь-0.52пЬ+151.98у2; (Ю;

- потужності на привод машини

N2=9.53+75.64Ь-89.32у+21.79Ь-0.59пЬ+150.83V2. (1 Г

Рівняння регресії енергоємності у кДж/кг відповідно мають вигляд

- енергоємності приводу робочого органа

Е ,= 5081.81 +41 12.451і-52.08п-19977.08у-2800.53Ь-831іп-

-2997.22Ьу+1900ЬІ,+П2.03пу-ЗЗпЬ+1801.39уЬ-

-4383.3331і2+1.078п2+25377.7778у2+1300Ь2; (12;

- енергоємності приводу навантажувача

Е2=5965Л+3098.56Ь-58.65п-21041.16у-3698.7Ь-94.21Ьп--111 5.28Ьу+2370.83ЬЕ+166.44пу-29.32пЬ+1 926.39уЬ--091.67Ь2+1.22п2+26248.15уг+1764.58іЛ (13

Оцінка доподрібнюючих властивостей в залежності від вихідної довжини часток корму, кількості п ножів на кроку гвинта й товщини її шару матеріал; визначено рівнянням регресії

к =-91.47 +23.09Ь -11.711 +0.04п -62.5ЬІ -0.02Ьп+

+0.15пІ -42.88Ьг +316.4512 -0.002п2. (14;

Залежність втрат 5 (%) корму при вивантажені від висоти Н розташуванні шару корму і кількості ножів п має вигляд

6=0.44-0.89Н+0.36п+0.057Нп-035Н2-0.02п2. (15;

Аналіз закономірностей впливу варійованих факторів при визначені коне трукційно-технологічних параметрів і режимів роботи пило-гвинтового робо чого органа виконується за допомогою парних взаємодій факторів.

При зростанні товщини Ь вивантажувального шару корму і кількості но жів в збільшуються як продуктивність, так і енергоємність вивантаженії (рис.6), причому зі збільшенням кількості ножів інтенсивність зростання про дуктивності зменшується, а енергоємність навпаки, що пояснюється зростай ням перекидання корму через гвинт.

При збільшені Ь із швидкістю подачі V,, і довжини гвинта робочого орган Ь (рис.6...9) продуктивність майже не змінюється (рис.7 і 8), а енергоємніст зростає (рис.6,7 і 9). Пояснення цього явища викладено вище.

Рисунок 6 - Парна взаємодія товщини Ь шару кормів і кількості п ріжучих ножів при швидкості подачі 0.3 м/с і довжині гвинта 0.7 м на:

------продуктивність вивантаження, кг/с;

.......енергоємність вивантаження, Дж/кг

Рисунок 7 - Парна взаємодія товщини Ь шару кормів і швидкості подачі У„ для гвинта довжиною 0.7 м з 20 ножами по довжині кроку на:

------продуктивність вивантаження, кг/с;

.......енергоємність вивантаження, Дж/кг

Рисунок 8 - Парна взаємодія товщини Ь шару корму й довжини Ь для гвинта з 20 ножами на кроці гвинта і швидкості подачі 0.3 м/с на:

------продуктивність вивантаження, кг/с;

-------енергоємність вивантаження, Дж/кг

Рисунок 9 - Парна взаємодія кількості п ріжучих ножів і довжини Ь для товщини шару корму 0.2 м і швидкості подачі 0.3 м/с на:

------продуктивність вивантаження, кг/с;

------енергоемність вивантаження, Дж/кг

Збільшення швидкості подачі V,, і довжини гвинта робочого органа Ь викликає зростання продуктивності, причому майже в лінійній залежності (рис.7,

8 і 9). Енергоємність вивантаження при збільшенні цих факторів знижується, причому для шарів більшої товщини Ь інтенсивність цього процесу зменшується через перекидання корму через гвинт (рис.7 і 9).

При визначенні доцільності використання навантажувача стеблових кормів із кидальним пило-гвинтовим робочим органом в основу розрахунків покладено енергетичну оцінку технологій і технічних засобів, яка виконується за типовими методиками.

Для оцінки використовується комплексний показник, який враховує технічний рівень виробу й економічну та енергетичну ефективності впровадження. За критерій ефективності використовуються приведені витрати на одиницю напрацювання.

Виконана комплексна оцінка навантажувача в порівнянні з кращими зразками вітчизняних і зарубіжних зразками сучасних машин для вивантаження консервованих кормів з траншейних сховищ показала, що його технічний рівень становить 1,86...6,66, тобто він перевищує прийняті аналоги.

Проведена економічна оцінка свідчить, що впровадження розроблюваного навантажувача в порівнянні з кращими зразками вітчизняних машин на фермах від 400 до 1600 голів великої рогатої худоби дає змогу:

- отримати економічний ефект від 1130 до 5750 грн.;

- скоротити витрати ручної праці до 264 люд.-год. на рік.

Термін окупності навантажувача в порівняні з вибраними зразками становить від 0.7 до 6.8 років.

ВИСНОВКИ

Виконані теоретичні і експериментальні дослідження кидального пило-гвинтового робочого органа позиційного навантажувача стеблових кормів, а також фізико-механічних і технологічних властивостей буртів консервованих кормів і відокремленої маси дають змогу зробити такі висновки.

1 Майже всі консервовані корми закладаються у траншейні сховища і в зв’язку з дефіцитом пально-мастильних матеріалів та техніки відбувається збільшення ступеня подрібнення маси, тому слід вивантажувати корм з додатковим подрібненням. Найбільш придатні для цієї мети позиційні машини з електроприводом, які вивантажують масу при горизонтальному переміщенням робочого органа. Існуючі для цього відокремлювані незадовільно взаємодіють із приймальним пристроєм, допускаючи втрати корму, тому створено кидальний пило-гвинтовий робочий орган з подачею подрібненої маси у приймальний пристрій за допомогою кидальної лопаті, а неподрібнених - ріжучими елементами.

2 В результаті теоретичних досліджень вперше визначено залежності параметрів і експлуатаційних режимів роботи відокремлювана й машини в ціло-

му від фізико-механічних і технологічних властивостей бурта та вивантаженого корму, які підтвердились при лабораторно-експериментальних дослідженнях.

3 Експериментально виявлено що кут повороту гвинта до сколювання шару корму та дотичного напруження сколювання у вертикальній площині при вертикальному навантаженні від товщини шару корму мають лінійну залежність, а від довжини часток -параболічну.

4 Для визначення оптимальних параметрів та режимів роботи відокремлювана запропоновано формули для визначення швидкості витання часток корму. Підтверджені експериментально, вони враховують усі геометричні параметри - діаметр та довжину стебла, ширину й товщину листя, а також густину сухої речовини й вологість та ймовірне положення часток корму під час транспортування. Коефіцієнт аеродинамічного опору для стебел і качанів кукурудзи лежить у межах 0.55...0.67, для листя й обгорток - 0.53...0.84 та 0.47... 0.53 с-м-1'2 для сінажу.

5 Визначено, що залежності продуктивності і енергетичних показників від конструкційно-технологічних параметрів і режимів роботи - глибини різання, кількості ножів на кроці гвинта, швидкості подачі та ширини захвату мають параболічний характер.

Оптимальна з точки зору мінімальної енергоємності є товщина шару корму 0.1 м, гвинт гладкий, швидкість подачі 0.3 м/с, ширина захват)' 0.7 м. Енергоємність відокремлювана становить 248.46, машини - 455.57 Дж/кг, продуктивність - 17.39 кг/с (62.6 т/год.), втрати не перевищують 4%.

6 Оцінено доподрібнювальні властивості робочого органа в залежності від вихідної довжини часток корму, кількості ножів і товщини шару корму. Найбільше подрібнюється силос (в 2.35 рази) при товщині шару 0.2 м, довжині часток силосу 82 мм і установці 11 ножів на кроці гвинта. Підтвердженням наукової гіпотези є можливість регулювання подрібнення корму поєднанням змінювання товщини шару корму й ширини захвату.

7 Експериментально визначено, що залежності втрат корму від кількості ножів на кроці гвинта й висоти розташування шару корму мають параболічний характер. Це дає змогу знайти оптимальні параметри приймального пристрою машини.

8 Розроблено методику інженерного розрахунку технологічних режимів роботи та конструкційних елементів кидального пило-гвинтового робочого органа і приймального пристрою позиційного навантажувача.

9 Виконано виробничу перевірку машини та проведено економічну оцінку, яка свідчить, що її впровадження в порівнянні з кращими зразками вітчизняних машин на фермах від 400 до 1600 голів ВРХ дає змогу отримати економічний ефект від 1130 до 5750 грн. та скоротити витрати ручної праці до 264 люд.-год. на рік. Термін окупності при цьому складає від 0.7 до 6.8 років. її технічний рівень за комплексною оцінкою становить 1.86...6.66, тобто перевищує прийняті аналоги.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАНА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1 Болтянский О.В., Киселев А.В., Болтянский Б.В. Исследование интегрального качества и наукоемкости кормовыгрузчиков. Труды Таврической государственной агротехнической академии. Вып.1, т.1. - Мелитополь, ТГА-ТА, 1997 (доля здобувача 60 % - збір даних, оформлення результатів досліджень, які проводились ІМТ УААН (м. Запоріжжя) у співробітництві з МП «Зонд» (м.Москва) з питань наукоємності навантажувачів кормів).

2 Болтянский Б.В., Киселев А.В. Доизмельчение кормовой массы при выгрузке пило-винтовым рабочим органом. Труды Таврической государственной агротехнической академии. Вып.1, т.2. - Мелитополь, ТГАТА, 1998 (доля здобувача 80 % - отримання аналітичних залежностей параметрів пило-гвинтового відокремлювача, виходячи з необхідного ступеня подрібнення кормів, висновки).

3 Болтянський Б.В. Визначення конструктивних параметрів пило-гвинтового робочого органу. Труды Таврической государственной агротехнической академии. Вып.1, т.4. - Мелитополь, ТГАТА, 1998.

4 Болтянский Б.В. Исследование аэродинамических свойств консервированной массы. Труды Таврической государственной агротехнической академии. Вып.2, т.4. - Мелитополь, ТГАТА, 1998.

5 Болтянський Б.В. Визначення технологічних властивостей силосного бурта. Вісник Львівського державного аграрного університету. Агроінженерні дослідження, №3. - Львів, ЛДАУ, 1999 -с. 130.

АНОТАЦІЯ

Болтянський Б.В. Обгрунтування процесу вивантаження силосу та параметрів кидального пило-гвинтового робочого органа позиційного навантажувача.

- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.20.01 - механізація сільськогосподарського виробництва. -Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2000.

Захищається дисертація, присвячена розробці механізації вивантаження консервованих кормів із траншейних сховищ із змогою доподрібнення маси до одержання вивантаженого корму необхідного фракційного стану при зниженні енергоємності процесу й утрат.

В роботі визначено основні фізико-механічні і технологічних властивості буртів консервованих кормів і відокремленої маси, закономірності взаємодії з ними кидального пило-гвинтового робочого органа, викладені результати теоретичних і експериментальних досліджень по визначенню та оптимізації параметрів й режимів його роботи.

Ключові слова: позиційний навантажувач, пило-гвинтовий робочий орган, властивості консервованих кормів, доподрібнення, втрати корму, енергоємність.

АННОТАЦИЯ

Болтянский Б.В. Обоснование процесса выгрузки силоса и параметров швыряющего пило-винтового рабочего органа позиционного погрузчика. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства. -Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 2000.

Обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований. Проанализированы и оценены экспериментальные исследования средств механизации разгрузки траншейных силосных хранилищ, в том числе результаты исследования физико-механических и технологических особенностей консервированных кормов, конструктивно-технологических схем позиционных погрузчиков, а также результаты апробации их рабочих органов. На основании анализа принят пило-винтовой рабочий орган с развитыми метательными свойствами.

В результате теоретических исследований, базирующихся на научной гипотезе про подачу измельчённой массы выгружаемого корма с помощью метательных элементов, а не измельчённой - режущими элементами, определены

зависимости параметров и эксплуатационных режимов работы отделителя машины в целом от физико-механических и технологических свойств буртг выгружаемого корма, что в дальнейшем нашло подтверждение при лаборатс но-экспериментальных исследованиях.

Для описания исследуемого процесса в области оптимума использовали планы второго порядка, полученные согласно матрицы оптимального пла Бокса, которые дают возможность получить функцию отклика - математик скую модель в виде полинома второго порядка.

Разработана программа и методика проведения исследований, соглас: которой экспериментально выявлены зависимости угла поворота винта до н чала скалывания пласта корма и касательного напряжения скалывания в верт кальной плоскости при вертикальной нагрузке от толщины пласта корма длины его частиц.

Для определения оптимальных параметров и режимов работы электриф. цированного позиционного погрузчика консервированных кормов за критерр их оптимизации принята энергоёмкость процесса. Предложены расчетнь формулы для определения скорости витания частиц корма, которые подтве] ждены экспериментально. Определены зависимости производительности энергетических показателей от конструктивно-технологических параметров режимов работы - глубины резания, количества ножей по шагу винта, скорост подачи и ширины захвата.

Оптимальная с точки зрения минимальной энергоемкости является то: щина пласта корма 0.1 м, винт гладкий, скорость подачи 0.3 м/с, ширина захв; та 0.7 г. Энергоёмкость отделителя составляет 248,46, машины - 455,57 Дж/к: производительность - 17,39 кг/с (62,6 т/час), потери могут достичь 4%.

Оценены измельчающие свойства рабочего органа в зависимости от ис ходной длины частиц корма, количества ножей и толщины пласта корма.

Экспериментально найдены зависимости потерь корма от количества не жей по шагу винта и высоты расположения пласта корма, что дает возмож ность, исходя из заданной величины потерь, определить параметры приёмног устройства машины.

Выполнена производственная проверка позиционного погрузчика и про изведена экономическая оценка, которая свидетельствует, что его внедрение сравнении с лучшими образцами отечественных машин на фермах от 400 д< 1600 голов КРС даёт возможность получить экономический эффект от 1130 д< 5750 грн. и сократить затраты ручного труда до 264 чел.час в год. Срок оку паемости погрузчика при этом составит от 0.7 до 6.8 лет.

Ключевые слова: позиционный погрузчик, пило-винтовой рабочий орган особенности консервированных кормов, доизмельчение, потери корма, энерго ёмкость.

SUMMARY

Boltjanski B.W. The substantiation of process of out swapping silage and parameters of throwing saw-screw working herd of positioning loader.- Manuscript.

Thesis on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science behind a speciality 05.20.01 - Mechanization of an agricultural production. -Tavria State Agrotechnical Academy, Melitopol, 2000.

Problems of mechanization for trensilage unloading by silage pre-milling with power-consumption and Losses reduced are considered.

Main physical-mechanical and technological properties of silage piles and separated silage, interaction between silage and the working herd, results of theoretical and experimental research for deterring and optimizing its operating and conditions are shown.

Keywords: positioning Loader, saw-screw working herd, silage properties, premilling, silage Losses, power-consumption.

Підписано до друку №Тр<7&/-/3? 2000 р. Зам. № //б'<5' Формат 60 х 84 1/16. Обл.- вид. арк. 0,9. Тираж 100 прим. Надруковано в Таврійській державній агротехнічній академії. Адреса: 72312, Україна, Запорізька обл., м. Мелітополь, пр-т Б. Хмельницького,!8.