автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование технологических параметров ротационно- вибрационного сепаратора картофелеуборочной машины

ТАВРШСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНГЧНА АКАДЕМ1Я

о

ТКАЧУК ВАСИ

ОБГРУНТУВАИНЯ ТЕХНОЛОГМНИХ ПАРАМЕТРЮ РОТАЦ1ЙНО-В1БРАЦ1ЙНОГО СЕПАРАТОРА КАРТОПЛЕЗБИРАЛЫЮГ" МАШИНИ

05.20.01 -мехашзащя сшьськогосподарськего виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертаф'Г на здобуття паукового ступеня кандидата техшчних наук

Мел1тополь - 2000

Дисертащею е рукопис.

Робота виконана в Тавршськш дсржавшй агротехшчнш академи (ТДАТА) та Подшьсьюй державши аграрно-техшчнш академи (ПДАТА) ММстерства аграрноТ полггики УкраТни.

Науковий кер1вник кандидат техшчних наук, доцент

Шевченко 1гор Аркадшович Тавршська державна агротехшчна академия, завиувач кафедри "Слльськогосподарсью машини"

Оф1Ц1ЙМ1 опоненти: доктор техшчних наук, професор

Бабнцький Леошд Федорович Кримський державний аграрний ушверснтет, зав!дувач кафедри "Мехашзащя АПК 1 ремонт с.-г. техшки"

кандидат техшчних наук, доцент Грубий Валерш Павлович Подшьська державна аграрно-техшчна акадеш" доцент кафедри "Машиновикористання сшьськогосподарсько1техшки 1 охорона пращ'

Проввдна установа Дшпропетровський державний аграрний

ушверснтет, кафедра "Сшьськогосподарсьш машини", МЫстерства аграрно'1 полггики Укра'ши, м. Дншропетровськ

Захист вщбудеться " 26 " грудня 2000року о 10— годишь зааданш спещал1зовано1 вченоТ ради К18.819.01 Тазршсько1 державноТ а ротехшчноТ академи, м. Мелггополь, пр. Б. Хмельницького, 18, ауд. 7.2 К 3 дисертащею можна ознайомитись у б!блютещ ТавршськоУ державно! агротехшчноТ академи, м. Мелггополь, пр. Б. Хмельницького, 18.

Автореферат розюланий

2000 р.

Вчений ссгсретар спещашовано!" вченоТ ради

Черкун В.Ю.

ЗАГАЛЫ1А ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТП

Актуалыисть теми. Яюсть картошн 1 и соб1варт!сть в значнш г>пр1 ви-1чаеться збиральним процесом, так як на нього приходиться 45...50 % ¡х затрат Праги, а збирально!" техшки для фермер1в, що могла би пра->вати на невеликих дшянках розробляеться 1 випускаеться досить мало, му пошук нових, малогабаритних, недорогих конструкцш для фермерсь-х I присадибкнх господарств е важливим 1 актуальним питаниям в меха-!ащ1 Ыльського господарства.

Головним резервом скорочення фактичних втрат урожаю 1* зменшення □¡вартосп продукцн при задовшьнш якосп е удосконалення збирання. хшчш трудной«, що виникають при цьому, пов'язаш в значнш м£р! з обливостями сам01 культури. При шдкош клубненосного шару в картоп-збиральну машину попадае з кожного гектару б ¡ля 1 тис. т грунту. Про-с сепарацн ускладнюеться ще й тим, що клубненосний шар (технолоп-а маса), який м1стить всього 1,5...2 % клубшв картошп, г.пстить рос-нш домшки, корекевища, камшня I шин тверд! доиншки, I тим, що вла-ивост! Грунту не поспйш а клубш картогш! досить вичутш до пошко-сень. Тому удосконапенню ¡снуючих 1 створенню нових метод!в сепарацн побудов1 на Ух основ! нових картоплезбиральних машин € досить актуа-ною задачею.

Зв'язок робота з наукови.чн програмамн. Робота викоиувалась зпдно пьово1 комплексно!" программ "Нащональна програма розробки 1 виробни-ва технолопчних комплекс ¡р. машин для стьсьхого господарства, харчовоТ переробноТ промисловостР' разом з СКБ ВАТ "Терногнльський комбай-»вий завод" по вдосконаленню транспортуючих ! сепаруючих робочих 1гаи1в. Автором виконувались робоги по вдосконалению сепаруючих робочих ташв картоплезбиральних машин.

Мета 5 задач! дослдохсиня. Мета полягае в шдвищенш продуктивности |боти картоплезбиральних машин, зменшення пошкодження клубшв кар-шп за рахунок ¡нтенсифжацп вторинноТ сепараци технолспчно!' маси ротащйно-в!брацшному сепаруючому робочому оргаш.

Об'ект досл1джепня — ротацншо-Б^рацшний сепаруючий робочий орган. Предмет дослгджекня - обгрутування геометричних параметр!/! 1 ре-1М1В роботи ротац!йно-в!брацшного сепаруючого робочого органу. Методы дослгджень. Теоретичне обгрунтування параметр!в 1 реждаш >боти ротащ'й;ю-в1-браш'йного сепаратора проводилось з використанням пематичнсго моделювання та базувалося на положениях мехашки суц!ль-IX середовиш, теоретично!' мехашки, теори ймов!рносп та математичноТ атистики.

Експериментальш досл!дження проводились як зпдно з загально пр! йнятими, так 1 зпдно !з розроолсними методиками, та передбачали викорь стання планування багатофакторного експерименту.

Об робка вюадних дгних з.дшснювалась на ЕОМ з використанням те< рй Ймов1рност1, рефесивного та корелящйного анал1з1в.

Для досягненкя вказаноУ мети необхщно виршити таю задач!:

в обгрушувати м!сце ! роль ротацШних робочих оргаш'в у сепараи технолопчноТ маси в картоплезбиральних машинах;

• розробити аналггичш методк та модель для визначення основких те: нолопчних та економ!чних похазнишв;

• розробити ¡нженерний метод розрахунку \ проектування ротацш» в!брацшного сепаруючого робочого органу;

• розробити методику проведения експериментальних та лаборатории польових дос;пджень для переварки досгов1рност1 технолопчних 1 ею ном^чних показнимв.

Каукова новизна одержан я* результатов полягае в тому, що:

• розроблеш принципи стзорення ротащйного-в!бращйного робочого о] гану з використанням зворотно-поступальних коливань;

• проанал1зован1 емтричш закони впливу зворотно-поступальних кол: вань на сепарашю клубненосно! технолопчноТ маси;

• отримаш математичгП запежност!, яю дозволяють оптим1зувати кон труктивш параметри сепаруючого робочого органу в задежност! в конкретних умов роботи;

• отримано математичш залежност! повноти сепарацй' вщ кшематичних технолопчних параметр!в. Побудовано номограму 1 розроблено алг ритм для визначення основних технолопчних параметр1в запропонов ного сепаратора;

в на основ! теоретичних та експериментальних дослщжень створений р тацшно-в!брацшний сепаратор, розроблений алгоритм для розрахун його технолопчних параметр^.

Практичне значения одержана* результатов. На тдетав! проведен! теоретичних та експериментальних досл1джень розроблений ¡нженерш метод розрахунку \ проектування ротацшного робочого органу для сепар цп Грунту. В КСП ш. Котовського Кам'янець-Подшьського району Хмел ницькоТ облает! впроваджено у виробництво експериментальна картоплезб ральна машина ¡з запропонованим сепаратором.

Зпдно з результатами пор!вняльних дослщжень запропонована констр кщя ротац!йного-в!брацшного сепаратора дозволяе зменшити енерговитра на 14,5%, зекономити 23,1% палива ! зменшити затрата живо? пращ 25,5% у пор1внянш з сер!йним копачем КТН - 2В.

Особистий внесок здобувача полягае в одержан! таких результате: • анал!3 емтричних законов впливу зворотно-поступальних коливань сепаращю клубненосно! технолопчноТ маси;

» проведения теоретичних i експериментальких досл1'джень впливу на

процес cenapaui'í rpyiny рстацншо-в^брацшпого робочого органу; » розроблення та доашдження конструкци експериментального ротащй-

HO-ai6paui иного сепаруючого робочого органу; » дослщження повноти cenapaui'í грунту, необхшюТ потужносп на привод сепаратора ¡ екерговм(сткмост! cenapaui'í; » методи розрахунку i проектузання ротацшного робочого органу з ви-користанням зворотно-поступаяьних коливань.

Лпробашн результаты диеертац». Ochobhí результата допов!далися науково-техшчнш конференцн присвячешй 80-p¡44io заснування ПДАТА Кам'янець-Подш>ський,1999 р.), на науково-техш'чних конференщях, що водились в К-ПСГ1 i ПДАТА протягом 1990...2000 p.p., на м!жнароднш ференцн Нацюнального аграрного ушверситету до 70-р1ччя заслування :ультету МехашзащУ альського господарства (м. Кшв, 1999 р.), на млж-однш конференцн "Екололчш аспекта механ'.зацп внесения добрив, захисту лип, обробпку грунту, збирання i переробки продуши"', ст'взасновники ATA та IBMER (Варшавський ¡нститут буд1вництва, мехашзацп i електри-aui'í в сшьському господаретгл ) (м. Мел!Тополь, 2000 р.).

Публ1каци. За результатами дослщжень надруковано 7 наукових праць зльним обсягом 1,8 умовного друкованого аркушу (bcí у наукових фахо-; виданнях), отрнмано позитивне р1шення Дсржпатенту УкраТни по заявщ 2000042290 "Ротацшний сепаруючий робочий орган картоплезбиралыюТ иини" В1Д 17.07.2000 р. (сшвавтори Шевченко I.A., КуркоА.М.)

Структура та обсяг дксерта uií. Дисерташя складасться з встуиу, шести дшв, bhchobkíb, перел1ку посилань та додатмв. Обсяг роботи становить ! стор1нок машинописного тексту, на ¡24 Ь них викладено текст роботи та ¡сок використаних джерел, на 14 додатки. Бона micthtb 43 шюстрацно графши i схеми, S рисункш, 4 фотографн), 11 таблиць. Усього використа-с джерел 103 найменування.

ОСНОВНИЙ 3MICT

У BCTyni подана загальна характеристика роботи, обгрунтована актуа-псть теми, сформульована мета доошджень та ochobhí положения, що госяться на захист.

В першому роздш "Огляд лггературннх джерел з дослщжень по льшению cemipauii грунту" приводиться обор конструкцш для руйиу-шя грудок i cenapaui'í грунту в картоплезбирапьних машинах, проведено шз метод!в руйнування грунтових грудок, а також фактор1в, що впли-оть на руйнування ,\пцних грунтових грудок i пошкодження клубит ггопт.

Вивчення р1зних тишв сепаратор1в доводить, що найбшып висок1 пок; зники за ямстю робота i технолопчшстю виготовлення у пруткових ел! B3TopiB. Анал!з метод1в руйнування i ccnapauiï технолопчноУ маси, показа що руйнування грунтових грудок в умовах статичного навантаження мал< ефективш, не забезпечують необхщного кришення грудок i затрачують 5,5...19 раз бшьше енергп шж при кришенш динам^чним способом. В pi ботах М.Е. Мацепуро, Г.Д. Петрова, И.Р. Размисловича, З.В. JIobkîc М.Б. Угланова, П.Е. Сорокша, П.К. Белевича i др. запропоноваш pi3i методи динамично!' дн на клубненосний шар i вказуеться на доцьпьшс досягати максимально'! cenapauiï на робочих органах первинноТ cenapauiï, ^ клуби) захищеш шаром грунту в Lu пошкоджень. Визначеш основш тендс uiï розробок i використання допомгжних груд.корозбиваючих робочих орг шв. Kpiiw того, ряд дсслщжень направлено на вивчгння cenapauiï nf складному pvci пруткт. Також визначено, що на робочих органах втори hoï сепараци" дощльно зосередити увагу по кришенню мщних грудок, я не пройшли первинноТ cenapauiï. Використання динашчних навантаже! для руйнування грудок грунту можливе, не перевищуючи при цьому допу тимого pÎBHfi пошкодження клубшв картоши. 3 другого боку, як показа: результат« досл)джень, на пщвищення первинно! i вторинно']' cenapauiï зн чно впливае характер руху технолопчно'1 маси, зокрема рух маси на пал рних робочих органах. Виходячи з цього, виникае кеобхщшсть бiль ретельного вивчення поведшки технолопчноУ клубненосно'1 маси на сепар Topi, що в зкачшй Mips нагадуе палеркий i руйкус грудки дпнам1чним способом

В другому po3aijii "Теоретичш обгрунтування конструктнвно-техн лопчних параметров ротацшно-шбрацШного сепаруючого робочого орг ну" обгрунтована конструкшя, технолопчна схема i режими роботи рот ц1Ймого сепаруючого робочого органу з використанням зворотн поступалышх коливань.

Ротацшно-в1брацшний сепаруючий робочий орган (рис. 1) який виконано виглящ батаре'1 ротацшних елемешчв який включае посл1довно розташовг на paMi 1 роташйш елементи 2, кулачковий мехашзм 4, приводу цшпндр чних TsipHnx поверхонь барабашв в осьовий зусгцмчний зворотн поступальний рух, мехашзм регулювання кута нахилу площинк сепарато до поверхш поля 3. Кожний ротацшний елемент складаеться з двох cyMiu них cniBBLCHHX цилшдричних барабашв 5 i 6 з тв!рною прутковою пове хнею однакового дшметру. Диаметр бараба;пв вибрано достатшм, щоб в ключити намотування на них рослинних залиашв. Ротацшн: елементи б готовлен! таким чином, що прутки одного барабану розташоваш мЬх прз ками другого з постшним кроком i можлиыстю вщносного осьового пе( мнения за рахунок з'еднання поступальною парою.

Для вивчення процесу cenapauiï на такому робочому оргаш необхщно:

- вивчити поведшку bcïx складових технолопчно! маси при складно!

pyci npyTKie;

- обгрунтувати принцип штенсифкацп;

- теоретично обгрунтувати технолопчт параметри роботи роташйно-В1бращйного сепаратора;

- експерименталыю досл|'дити агрогехшчш показнпки роботи запропо-нованого сепаратора;

- провести пор1вняльну ощнку ефективност1 роботи запропонованого сепаратора I сер1 иного.

а)

А

I •

б)

Рис. 1. Роташйно-В1брашйний сепаруючий робочий орган: а) -технолопчна схема; б) - схема роташйного елементу: - рама; 2 - ротацшш елементн; 3 - механизм регулювання куту нахилу пло-1ни сепаратора до поверхш поля; 4 - кулачковий мехашзм; 5 \ 6 - барабани.

Ефектившсть робочого пронесу сепарацн визпачаеться його сепарую-ю здатшстю, яка характеризуемся коефннентом сепарацн г]. Найбшьш изьким математичним виразом прос1вання грунту на рогаш'йному сенара-р1 е формула для сепаращУ на прутковому елевагор1

де Ье - довжина елеватора;

а - коефщент, що характеризуе швидюсть просшання фунту в залежност)" вщ його ф!зичного стану;

Ь — коефщент, що залежить в¡д завантаження i мюця розташу-вання робочого органу в технолопчшй cxeMi.

Вщсутшсть ушверсалы-ioi формули для розрахунку сепаруючого f бочого органу i технолопчних параметров його роботи пояснюеться таю IX рпномаштшстю ¡ нестабтьшстю ф1зико-мехашчних властивостей грунту Складний рух пруткових поверхонь барабан!в, обертальмий навколо ( i зворотно-поступальний поздовж ос i, штенсиф1куе взаемодш компонен-технолопчно'Г маси mí ж собою та з сепаруючою поверхнею, постш nepeopieiiTOBye Тх, актив1зуючи сепараинс.

Для теоретичного вивчення динам ¡чних властивостей як ел ем е htí в ро( чого органу, так i Грунтоаих макроагрегат1'в задамося такою схемою ро( ти ротацШно-в1брацШного сепаратора. На перших двох барабанах вщбу; еться в основному ¡нтенсивне руйнування технолопчноТ маси за рахун 3míhh швидкост!, перепаду висот, хвилевидного руху i сепаращя ще неп{ аяноТ i маси що утворилася. На третьому барабаш в!дбуваеться в ост ному сепаращя технолопчноТ маси i часткове руйнування. На четверто барабаш вщбуваеться в основному сепаращя технолопчноТ маси.

Зворотно-поступальний рух прутшв спричиняе ¡нтенсивне перемшув. ня технолопчноТ мае и, переор1ентування, що сприяе очистщ прутив i налипания грунту i виключае можлив1сть защемления грудок мЬк прутка» В якосп робочоУ ппотези приймасмо там припущення: в на д!лянщ перзишюТ cenapauiY (прутковий елеватор) проЫялось 50% TexHOj rÍ4HOÍ маси. Maca, що продлялась мала po3M¡pn менин шж вщетань mí>k пр; ками (до 28 мм). На перший барабан приходить технолопчна маса яка opii товно мае такий фракцшний склад: 5...8 % - картопля, 5... 10 % грудки р MÍpOM большим за 50 мм, 25...30 % грудки po3M¡poM 28...50 мм, технолопч маса po3M¡poM менше 28 мм (за данними Г.Д. Петрова). Слщ вщмпгиги, i даний фракщйний прийнято як за результатами теоретичних досшджень та експериментальних i bíh може змшюватися в значних межах в залежносп i типу грунту, o6po6ÍTi<y грунту, грунтово-кшматичних, погодних умов i t.i.; в руйнування грудок вщбуваеться в основному (бшя 60 %) за рахунок зм! швидкостс, перепаду висот, хвилевидного руху i часткового удару, близ! 40% грудок руйнуеться у м1жпрутковому npocTopi як результат защемлен грудки (шд д1ею ваги шару, що лежить зверху) м!ж двома прутками, яга 3i ротно-поступально рухаються, i перемщають Tí ш'д ди;ю сил тертя. При ц: му руйнування внутриишх зв'язгав в грудках вщбуваеться за рахунок i елементного зеуву. Враховуючи, що мщшеть грудок на стиск бшьша шж и поелементному зсув1 процес вщбуваеться при менших затратах енергн i ¡ кращий результат (слщ вщм1тити, що форма клубшв i грудок чаепше за i суттево вщр1зняються, а коефвдент зовшшнього тертя грунту мае на 10... % бьпьше шж клубы¡ картошп); • задача полягае в тому, щоб за допомогою запропонованого техшчне р!шення зменшити к1льк1сть грудок розм!ром бшьшим Н1ж пром1жок v

прутками \ тд час роботи очищувати "живий" перер1з сепаруючоТ робо-чоТ поверхш.

Для теоретичного вивчення динам1чних властивостей як елеменпв при-ггрою, так 1 фунтових макроагрегат/в задамося такими моделями складо-!их що взаемодтоть в дослшжуванш проблем!. Прутки "бшячих кол1с" децшьно в нульовому наближенш моделювати цилтдричними пружними ггержнями, жорстко закршленими на бшьш масивних юльцях (рис.1). Грун-гов! макроагрегати дощльно моделювати однорщними твердими телами з сарактерними розм1рами Ь ! межею мщност! [аг]. Барабани обертаються и швидюспо О, частота коливань ш. Мехатзм взаемодп м1ж прутками 1 рунтовими агрегатами в нульовому наближенн! можна прийняти як ку-юрпвське тертяг хоча в умовах значних частот коливань слщ врахувати »алежшсть сили тертя в!д швидкость

Вщстань м1ж прутками вибираемо за умови не проавання середн1х 5ульб ! приймаемо р!вним 5 (по хорд!). Розглядаеться взаемодш з груд-сами, як! також не простаються, тобто так!, для яких виконусться умова > Б. Приймаемо також, що пщкопуюч! пристро'Г ! попередне транспорту-?ання виключають клубненосний шар вщ грудок, розм1'ри яких перевищу-оть 25 (велик! глиби). Остання передумова дозволяе розглядати взаемодно "рунтових макроагрегат!в з двома пружними прутками, що виконують зво-эотно-поступальш коливання.

Рис.2. Розрахункова схема мод ел! сепаруючого елементу

Розглянемо грунтовий макроагрегат з розм!рами 25 > £ > 5. який ¡находиться на двох прутках. Площина, шо проходить через поздовжш гаралельш ос! нахилена тд кутом а до горизонту. Розглянемо спочатку шпадок коли можиа знехтувати поперечкими коливаннями прутюв. Введено систему координат х у г, зв'язану з центром мае грудки в точш С, тправивши вюь Сх - поздовж в£с! прутов, В1сь Су - перпендикулярно в гпощиш, нахилен!й тд кутом а до горизонту ! вюь С2 - перпендику-тярно (рис.2).

Вибираемо несиметричне розмвдення грудки на прутках, тобто приймае-мо що в загальному випадку виконуеться умова S>S0. Умова ctíííkoctí грудки на перекидання е S < L-sina. Запишемо динам! чне рЬняння повно-го руху грудки

m-r = m-g + Ñ,+Ñ2+FT,+FT2; I-(p = F,-S0 + F2-(S -S0), де m,I - маса i момент шерцп грудки вщносно oci z; Ñ,, Ñ2 - реакцй' прутюв; Fpi,Fp2 - сили тертя;

Fj, F2 - складов! сил тертя поздовж oci д: . Для визначення N¡ ,N2 в стжкому стаж використовуемо принцип можливих перем!Щснь. Надамо можливого перемщсння SC точш В i складемо р1вняння в1ртуальних po6ÍT

Кг-б-^-Р-б-^^соях^О . (3)

Потужшсть перемщень дозволие отримати

N2 = Р

2S,

о

tga \cosa;

N, = Pco.m-N2 =Р

JS_ 'So

Поставивши отримаш вирази в

L

--tga

2S0 ,

друге i

(4]

cos a.

грете р1вняння

вв0дяч1

стушнчату функщю, вщповщальну за зворотно-носгупальний рух прутюв отримаемо

x=kYd 1-

So

ir

L t -т—ts*

2x0 ,

coiof^tj-kxg---coiaf2(t),

2S0

1ф=кхШ|;

. S L t

1-----tgx

so 2S0

\ /S L

S«Mafj(t) +kxm¿S-S0| -——tgx cmaf2(t). J Vs0 2S0 J

(5!

Для подальшого розвязання р1внянь (4) приймаемо початков! нульов! умо-ви, атакож розкладемо функщю/¡(t) в ряд Фурье по синусах кратних дуг: Отримаемо розв'язок

.2

х--х0со J]—j/«kcot + X()0)

-i я

_, ч-------- ■ -и- + ■

k=ik о

-1 Л па -t + <p0. о

(6. СГ

00 |

<р = -Ф0ш'2 ]jT—sin kcaí + Ф0

*= i А

1з вираз!в (6...7) можна зробити наступи! висновки:

_2

1. Ампгптуда коливного руху грудки поздовж прутк1в пропорщйна СО . Дл) того, щоб рух поздовж oci х можна використовувати для кришення , частот; со не повина бути великою.

2. Амплпуда не залежить в>д симетри розмщення грудки на прутках.

ч

3. Грудки, розмвденш на верхшй частиш барабану виконують бшьш ¡нтен-iBui коливання, тжт'|, як"1 розмпнеиш на бокових.

4. На верхшй частнш барабану обертальний рух вщсуттай, але Bin сутгевий а бокових частинах.

5. Ам н л ¡туда обертального руху залежить вщ симстричност! розмвдення эудок на прутках.

6. На верхшх делянках барабана (а ~ 0) eci грудки виконують однаковий ух, втрачасться залежжсть вщ L.

7. З'являеться постпша складова швидкосп поздовж oci х.

8. На бокових дшянках з'являеться piBHOMipHe обертання грудок.

Для випадку коли на барабаш дв1 грудки з розм!рами Ll i L2 ¡з отриманих раз!в (6...7) випливае що на горизонтальних Д1лянках можливий удар /док. Розглянута задача вщповщае нерухомому барабану. 1з виразу (6) жливо оцшити граничну частоту коливань прута в. Якщо нрийняти що и Vm грудки розбиваються, то вище ш'сТ швидкосп мати |Ах| нее сенсу.

2л

■XI)

l,-L2

¿л/ла0 <V„

Звщки

со£=

27ikxg|L, -L2 3VmSn

sin a. q .

(8)

(9)

Грудка i клубш мають piiiii коефвдентг. тгртя до прутгав i, »дожлиио pii роз_\при (Lki kk - po3Mip i коефщент для клубш в). Tozii швидюсть удару

к2 4g

|Ax¡ = —1х01с -х0| =

бсо 6ю 71

Lk N l-^tga

-k

год!

Дх:

2ng 3m

I

■kk-k+^(kL-kkLk)tgDt »0

cosa

Якщо клубш не допустимо ударяти ¡з швидюстю кае обмеження на частоту

-tga соча; (10)

(П)

больше К » тод1 ви-

кр

со<

зк

хр

■k + ~{kL~kkLk)tga

cosa

(12)

1з розглянутнх задач можна зробити висновок, ицо найбшьш активною ною кришення грудок може бути зона на похилих частинах барабану. 1 горизонтальнш частиш виникае ¡нтенсивна взаемод!Я грудок 1 клуби ¡в, ) спричиняе IX доочистку.

Зрозумгпо, що в реалынй ситуацн, коли на сепаруючий пристрж по-^пають велика маса грунту \ клубшв, розглянути одиничш акти у вза-едп досить проблематично. Тому ошд ззстосувати деяк1 штегралын пщ-ди, яю б усереднювали т1 чи шил ф|'зико-мехашчш властивост! техноло-[ноТ маси.

На шдстав1 теоретичних дсслщжень визначеш меж1, в яких запропоно-ний пристрШ може працювати,! в яхих слщ проводити експериментальк!

о

дооидження для визначення оптимальних режим1в роботи. Для бшьш повн го вивчення р1зних метод1'в ¡нтенсифжаци процесу сепараци, перев1рки 01гтим1зашТ робочих параметр1в сепаруючого пристрою, за допомогою е* периментальних дослщжень слщ виршити таю задача

• вивчити характер взаемоди прутюв барабашв ротацшних елемент!в, 1 виконують зворотно-поступальш коливання, з грудками 1 клубнями р1зн розмф!в, твердост!, вологосп I оркитаци;

в експериментально визначити вплив на гехнолопчний процес сепара: таких фактор!в: швидкосгп руху агрегату, амгштуди коливань, частоти к ливань, поздовжнього кута установки площини батареТ ротацшних елеме т1в до поверхш поля;

• дати пор)'пня льну агротехшчну 1 енергетичну оцшку роботи запропоно1 ного сепаруючого пристрою;

» визначити економгчну ефектившсть запропонованого сепаруючого пристро!

В третьому роздш "Програма ! методика експериментальних дос. джень" виршено наступне:

• попередне досл!дження сепаруючих робочих оргашв;

• розроблгння методики проведения окремих еташв досл1джень;

• виб1р необхщного стандартного обладнання;

• проектування 1 виготовлення спещальних прилад1в I пристроУв, лаборатс иого стенду \ лабораторно-польового стенду;

• проведения дослшв у вщповщносп з методикою планування;

• проведения пор1вняльних випробувань сершного 1 запропонованого се!

ратора.

Агротехшчна оцшка проводилась шляхом вщбору на брезентах пр технолопчноУ маси за сепаратором з наступним зважуванням картошп технолопчноУ маси.

Експерименти проводились по ортогональному центральному компо: цшному плану ПФЕ - 23 (лабораторш дослщи) I за планом Хартл1 р чотирьох фактор!в (польов!, науково-виробнич1).

Енергетична оцшка проводилась шляхом вим1рювання робочих парап тр1в безпосередньо гид час роботи машини.

В четвертому роздш "Результат« експериментальних дослщжси проведено обробку експериментальних дослдакень та аиашз отриман даних, обгрунтоваш оптимальш технолопчж режими роботи запропонова! го ротацшно-в1брацшного сепаратора для картоплезбиральноТ машини. Н ково-виробнич1 випробування проводились на полях КСП ¡м. Котовськс Кам'янець-Под1льського району ХмельницькоУ облает! (умови експеримен грунта - легко суглинисп, середня тверд[сть - 1 мПа, вологи ¡9%, сорт картопл! - "Темп", споаб посадки - гребеневий, глибина заляга нижнього клубня - 12 см, урожай картоши - ¡50 ц/га, середнш розм!р клуб] 50...60 мм, середня вага клубшв 50...80 г) зпдно матриць планування за п. ном Харгл) для чотирьох факторов.

Таблиця

Фактори та р1вш Т'х змши

Кут Частота Амплпуда Швидкшть

Показники установки, коливань, коливань, РУХУ,

град Гц мм м/с

Код XI а Х2 / ХЗ А Х4

Р!вн!:

верхнш 15 + 23,3 + 14 + 1.15

основний 0 7,5 0 16,6 0 10 0 0.8

нижнш - 0 - 10,0 - 6 - 0.45

1нтервал змши 7,5 6,66 4 0.35

Фактори I р1вн1 IX змши наведен! в таблица Основш показники ротащй-юго сепаратора (повнота сепарацм, потужшсть на привод сепаратора 1 ене->говм!стишсть сепарацн) в основному залежать вщ частота I ампллуди соливань, подач! технологично!" маси ! куту установки батареТ ротацшних :леменпв. За результата».?« експерименту отримаш р1вняння регресп повно-и сепарацп уп, шпужнсст! на привщ уц ! енерговм!стимост! сепаращТ 1ерев1рка за кр»тер1ем Фшера дозволяе зробити вясновок, що ппотеза про щекватшсть моделей при 5% ршн! значимости не в!дкидаеться. Перев1рка за сритер1ем Кохрена дозволяе зробити висново що дисперсп в моделях однорщш.

ул = -54,96-1,!53-а + 11,3-Г + 5,426-А + 9,109-у + + 0,0608-а-Г + 0.0844-а - А-1.016-Г -у-0.8914-А-V- (13)

-0.07015• а2 -0.2674м2 -0.1946- А2,

уы = 8.107 + 0.3462 • а - 0.3247 • Г - 0.4471 • А + 6.871 • V --0.01357-а-Г -0.0131 -а-А-0.1322-а-у + + 0.02972 • Г • А + 0.2735 • Г • V + 0.2649 • А • V-- 0.00624 • а2 + 0.00276 • х1 + 0.0115 • А2 + 2.428 • V2,

у ? = -23.959 -1.4142 • а + 3.346 ^ + 1.7883 • А + 28.987 • V + + 0.056731 • а • { + 0.052573 • а • А - 0.17006 • а • V - ^

-0.12635-f-A-0.72071-f-v-0.5007!-А-у + + 0.022407-а2 -0.057963-Г2 -0.018875-А2 -13.314-V2.

А

В кодоваиому вигляд1

А, мм

с.

}

ШЯ&П

/Гц

Рис.З. Заяежшсть повноти сепарашТ (г, %) 1 ^^

коливань при кугу установки - а-70,:> № ШВИДК0СТ1 руху агрегату - V - 0.4Х\ьс

Отримаш р^вняння (13), (14) 1 (15) досл!джувались методом двом|'рних перер1з1в, для чого два ¡з показнимв фксувалися на заданому р!вш. Визна-чеш оптимальш параметри для повноти сепарацн: кут установки площини батареТ ротацшних елеменгпв а ¡1 град, частота коливань/~2/ Гц, амплитуда коливань А ~ ¡5,2 мм, швидк!сть руху агрегату V » 0,45 м/с. Зра-зок граф1чноГ штерпретащУ результатов дослщжень представлено на рис. 3.

Для визначення оптимальних технолопчннх режимов роботи в польових умовах ! для бшьш наочного представления взаемозв'язку мЬк робочими параметрами побудовано номограму рис. 4. За допомогою номограми мож-ливо визначати як повноту сепарацн б залежност! шд робочих параметр1в так \ робоч! параметри при заданш повнот! сепаращ!'.

Потужшсть, що потр1бна на прнвщ ротацшного сепаратора при оптимальному режим! роботи знаходиться в межах 10...12 кВт, що в межах допустимо!' для гщросистеми трактор!в класу 14: МТЗ - 80, ЮМЗ - 6Л.

В п'ятому ! шестому розд!лах представлено розрахунок економ1чноТ ефсктивностг запропонованого сепаратора. В пор!внянм з базовим вар1антом р1чний економ1чний ефект складае 2257 грн. (на 15.03.2000 р.), енерговит-рати зменшуються по р1зних показниках в середньому на 20...25 % за ра-хунок пщвищення ¡нтенсивност! сепараци 1 продуктивное^ роботи.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що використання на ьажких грунтах в конструкции картоп-лезбиральних машин штенсифкаторш сспарацп дозволяе шдвищити продуктив-шсть на 10... 15%. Анал13 фактор1'в, що вшшвають на сепарацпо, показав що з точки зору ефективност! руйнування грунтових грудок 1 витрат енерги динам1ч-ний метод б!льш оптимальний нЬк статичний, так як зворотно-поступальн! ко-ливання, ударн} 1 вШращйш навантаження спричиняють деформащю зсуву 1 руйнування грунтових грудок.

2. На основ! дослщжень встановлено, шо ш'двищити повноту сепараци без травмування картопл! можна шляхом надання технолопчнш мас1 складного руху (нер1вном!рного, хвилепод1бного, коливального). Запропонована схема ротацш-ного сепаратора з зворотно-поступальним рухом барабашв.

3. Обгрунтована технолопчна схема ! розроблена конструкщя простого копача з ротацШним сепаратором, який шдкопуе клубненосний шар тдбирае йоге \ ефективно проеме, вкладае клубш позаду копача, показала себе здатною дс роботи на вс!х технолопчннх режимах роботи.

4. Отримаш анал1тичн! залежност!, що описують процес сепараш!" на рота цшно-в!брацшному робочому орган!, як! дозволяють визначити його кокструк тивно-технолог!чн! та к!нематичш параметри.

5. Геометричн!! к!нематичн! параметри ротац!йного сепаратора:

• дтметр барабан!в - Вб~ 300 мм;

• довжина барабашв - Ь6 = 1200 мм;

• юлмасть барабашв - чотири;

• вадстань м!ж сусщшми барабанами - 1С = 325 мм;

• кут установки площини батареУ

ротащйних елементш до поверхш поля — а = 0 ..15 град;

• швидюсть обертання барабашв - со6 -50 хв';

• лшшна швидюсть прупив 6apa6anÍB -v6= 0,75 м/с;

• po3MÍp площини сепаругочоТ noßepxHi - 1200 х1250 мм.

6. В результа-п експериментальних досшджень обфунтоваш оптимальш тех-нолопчш режими робота запропонованого сепаратора:

в швидк1сть руху агрегату - v = 0.7... 1,2 м/с;

• частота коливань - /=27 Гц; о амшптуда коливань - А « 15 мм;

• кут установки площини батареУ

ротащйних ёлементсв до noeepxHi поля - а « 11 град. Кут установки ¡ швидюсть агрегату залежить вщ типу i стану грунту i корек-гтоться п1д час роботи, так щоб сепаруюча поверхня була завантажена на 5...80 % при максимально можлишй, для даного грунту, швидкости

7. За результатами досшджень побудовано номограму для визначення опти-альних режим1в роботи роташйно-в1брашйного сепаратора.

8. За результатами випробувань сепаратора у виробничих умовах досягнуто овноту сепаращУ 97,5 % при допустимих пошкодженнях, що вщповщае агроте-•п'чним вимогам для конструкцш такого типу.

9. Запропонована конструкщя ротацшно-в1бращйного сепаратора дозволяе лекшити енерговитрати на збиранш картопл1 на 14.5%, зекономити 23.1% па-ява i зменшити витрати живо'»' npaui на 25.5% у пор1внякш з серШним картоп-гкопачем КТН - 2В.

GCHOBHI ПУБЛЖАЦИ ПО TEMI ДИСЕРТАЦП

1. Ткачук B.C. Динамка пругкт "бшячого колеса" батареУ ротащйних пеменпв що коливаються антипаралельио. // 36. наук, праць Нацюнально-з аграрного ушверситету "Мехашзащя сшьськогосподарського виробницт-а", том 5 "Сучасш проблеми мехашзацн а'льського господарства" К.: [АУ,1999.

2. Ткачук B.C. Динамка грунтовнх макроагрегат1в на пружних стерж-ях, що коливаються антипаралельно. II 36. наук, праць Под!льськоУ держа-ноУ аграрно-технлчноТ академП' "Аграрна наука - селу", вип. 7. - м. Кам'я-ець-Подшьський, 1999, - 276. табл. ряс.

3. Ткачук B.C., Андреев O.A. Динамжа кришення грунтових макроаг-eraTÍB ¡мпульсним високочастотним впливом. II36. наук, праць ПодшьськоУ ержавноУ аграрно-техшчноУ академй' "Аграрна наука - селу", вип.7- м. Кам'я-ець-Подшьський, 1999, - 276. табл. рис. (доля здобувача 60% - динамка ришення грунтових макроагрегатт).

4. Ткачук B.C. Використання прутковоУ цилнщричноУ поверхш для ггенсифкащУ сепаращУ грунту. // Пращ ТавршськоУ державноУ агротехтч-01 академн. Вип.1, т.12. - Мелггополь, ТДАТА, 2000.

5. Ткачук B.C. Дослщження технолопчних параметр!в ротащйно-¡брацшного сепаратора картоплезбиральноУ машини. Л Пращ" ТаврШськоУ ержавноУ агротехшчноУ академн. Вип.2, т.15. - Мелггополь, ТДАТА, 2000.

6. Ткачук B.C., Андреев O.A. Теоретичне обгрунтування робота при стро'Тв для актив!зацн cenapauii грунтовоУ cyMiuii. // Прац! ТаврШськоУ дер жавноУ агротехшчноУ академй'. Вип.2, т. 15. - Мелитополь, ТДАТА, 2000 (доля здобувача 40 % - теоретичне обгрунтування cenapauii)

7. Шевченко I.A., Ткачук B.C. Ф1зико-мехашчт властивосп грунту картошп, яю визначають технолопчний процес роботи картоплезбиральниз машин. // Пращ ТавршськоУ державно! агротехшчноУ академи. Вип.1, т. 16 - Мелггагюль, ТДАТА, 2000. (доля здобувача 60% - дослщження ф1зико мехашчних властивостей Грунту i картошп).

АНОТАЩЯ

Ткачук B.C. Обгрунтування технолопчних параметр1в ротацшно-в1брацшного сепаратора картоплезбиральноУ машини. — Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук з спещальшстю 05.20.01 - мехашзащя Ыльськогосподарського виробництва Тавршська державна агротехшчна академ1я, Мелзтополь, 2000.

Дисертащя присвячена питаниям технологичного процесу руйнуванн грунту ротацшним робочим органом. В дисертацн' проведений обзор констру кцш для руйнування грудок i cenapauii' грунту. Зроблено висновок про те, Щ' руйнування грудок грунту статичним навантаженням потребуе в 5,5...19 раз 6i льше екерги нЬк при руйнуванн! динам1чним способом. На цш ocuosi розробле Hi принципи створення роташйного сепаратора з викориотанням зворотнс поступальних коливань, що руйнують грудки грунту в основному динам'шнш способом, розроблеш математичш модел! кришення грунту. Виведеш розрг хуиков-! залежносп для визначення оптимальнж параметр;в роботи ротацц ного сепаратора, обгрунтована економ!чна i енергетична ефектившсть зе пропонованого сепаратора.

KjiioMOßi слова: картоплезбиральш" машини, сепаращя грунту, ротацшни сепаратор, зворотно-поступальш коливання.

АННОТАЦИЯ

Ткачук B.C. Обоснование технологических параметров ротационнс вибрационного сепаратора картофелеуборочной машины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических на> по специальности 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного произво; ства. - Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитопол 2000.

Диссертация посвящена вопросам технологического процесса разруик ния почвы ротационным рабочим органом.

Во вступлении обоснована актуальность темы, сформулирована це; исследований, дана общая характеристика работы.

В первом разделе приводится обзор конструкций для разрушения ко? ков и сепарации почвы в картофелеуборочных машинах, проведен анал1 методов разрушения почвенных комков а также факторов влияющих на i разрушаемость.

Разрушение почвенных комков в условиях статического нагружения малоэффективны, не обеспечивают необходимого крошения и потребляют i 5,5... 19 раз больше энергии, чем при крошении динамическом способом.

Во втором разделе представлены теоретические исследования разрушения почвенных комков ротационным сепаратором. При этом разработаны математические модели поведения почвенных комков в различных усло-зиях, обоснована конструкция ротационного сепаратора, определены основные геометрические и технологические параметры.

В третьем разделе изложены программа и методика экспериментальных исследований. Приведены описания лабораторных установок для определения коэффициента сепарации, потребляемой мощности на привод ;епаратора, энерговместимости сепарации.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований технологического процесса сепарации почвы в лабораторных и толевых условиях. Установлено, что при оптимальных условиях, работы юзможно достижение коэффициента сепарации 97,5 %, при этом потреб-тяемая мощность составляет около 12 кВт.

В пятом и шестом разделах приведена экономическая и энергетиче-жая оценка ротационного сепаратора, из которой следует при работе данного сепаратора приведенные и другие энергетические затраты умень-лаготся в среднем на 20...22,5 %.

Ключевые слова: картофелеуборочные машины, сепарация почвы, ротационный сепаратор, возвратно-поступательные колебания.

Summary

Tkachuk Y.S. The Motivation of technological parameters rotary-vibration separator an potato-harvester. - Manuscript.

The Thesis on competition a teaching degrees of candidate of technical sciences >n professions 05.20.01 - mechanization agricultural production. - Tavriya State \grotehnical Academy, Melitopol, 2000.

The Thesis is denoted the questions of technological process of destruction of ground rotary worker by organ. In thesises rough-cast principles of making the rotary ¡eparator with use the anti-parallel oscillation, mathematically models of cutting of ;round. Disablement Accounting dependencies for determination of optimum parameters of functioning (working) the rotary separator, is motivated cost-effective md energy efficiency offered separator.

The Keywords: potato-harvester, separator of ground, rotary separator, antiparallel

oscillation.

Шдписано до друку 20.11.2000 р. Формат 60x84 1/16. Обсяг 0,9авт. арк. Тираж 100 прим. Видруковако в Тавршськш державнш агротехшчшй академн. Адреса: 72312, УкраТна, Запор1зька обл., м. Мелитополь, пр-т Б. Хмельницького, 18 .