автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Оптимизация параметров и модернизация узлов уборочных аппаратов для повышения показателей качества и надежности хлопкоуборочных машин

ГОСКОМИТЕТ РФ ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

РОСГОВСКНП-НА-ДОНУ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

ИСМАНОВ Мухаммадзахроб Адхамопнч

УДК 631.358:633.511.001

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ И МОДЕРНИЗАЦИЯ УЗЛОВ УБОРОЧНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ХЛОПКОУБОРОЧНЫХ МАШИН

Специальности — 05.20.01. Механизация сельскохозяйственного производства; 05.20.04. Сельскохозяйственные и гидромелиоративные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па сонскание ученой степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону —

1992 г.

Работа выполнена в Ташкентском - государственном техническом университете имени Абу Райхона Беруни.

Официальные оппоненты:

доктор техн. наук, профессор Дмитриченко С. С. доктор техн. наук, профессор Капланов А. М. доктор техн. наук, профессор Полушкин О. А.

Ведущая организация: ГСКБ по машинам для хлопковод-

jgjBa.

Защита состоится « Р »fexaJfyhZ 1992 г. в 10.00 ч. на заседания специализированного совета Д 063.27.02 при Рос-товском-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения (РИСХМ) по адресу: 3447С8, г. Рсстов-на-Дспу, ГСП-8, пл. Гагарина, 1, РИСХМ, ауд. 252.

Отзыв па автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес специализированного cocci а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РИСХМ. Автореферат разослан « & » 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета д. т. п., проф.

Ю. И. Ермольев

РССГЛП'О!'/^

• .Г г,

БИ;: ...

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Литуги.'ьность пройтал Хлопководство- одна из ведущих отраслей сельского хозяйства страны, призванная удовлетворять спрос на ценные сорта хлопка-сырца, и отличается чрезвычайной трудоемкостью, особенно в период уборки урожая, поэтому развитие хлопководства тесно связано с усовершенствованием машин для уборки. Уменьшение себестоимости и улучшение качества хлопка-волокна и семенного материала определяются совершенствованием конструкций хлопкоуборочных машин, снижением их материалоемкости и энергоемкости. Отечественные вертикально-шпиндельные хлопкоуборочные машины в отличие от горизонтально-шпиндельных, выпускаемых в США, являются более простым! по своей конструкции и намного дешевле, меньше разрушают нераскрытые коробочки хлопчатника и обладают избирательной способностью в отношении его спелости. Шесте с тем вертикально-шпиндельные машины имеют недостаточную технологическую и конструктивную надежность. В частности серийные хлопкоуборочные матшш ХНП-1,8Г, . ХЕН-1.2А, 34ХВ-2,4В обеспечивают не все агротехнические показатели (особенно при сборе тонковолокнистого хлопка).обладают неудовлетворительными показателями-качества собираемого хлопка-волокна и поврежденности семян, низкими показатели их надежности. В связи с этим необходимо обоснование параметров хлопкоуборочных аппаратов. Несмотря на большое количество исследований по этой теме, до настоящего времени не решена научная проблема создания комплексных методов оптимизации параметров и поиска путей модернизации узлов хлопкоуборочного аппарата, поэтому тема исследования актуальна.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР ТашПИ по теме "Совершенствовать и создать хлопкоуборочную машину, позволяющую полнее и качественно убрать хлопок-сырец, рабочей орган для подбора хлопка-сырца,широкозахватную навесную сеялку,повысить надежность, износостойкость сельскохозяйственных машин и тракторов"!",гос. регистрации N 018601344.01),республиканской программой "Теория механизмов и машин хлопкового комплекса" и проблемой "Разработка научных основ и создание обобщенной имитационной подели системы" агрофон-хлопкоуборочная машина-хлопок-сырец- волокно-пря.та" и оптимизация ее фяашсо-механичзских

параметров". . -

Проследи. Оптимизация параметров и обоснование . кутей модернизации узлов уборочного аппарата для повышения показателей качества и падеяиости хлопкоуборочной машины на стадии проек-•птювааия.

Цэль исследования. Разработка научных основ оптимизации' параметров рабочих органов уборочных комбайнов на основе меха-нико-^этоматеческото моделирования работы хлопкоуборочного аппарата с использованием методов механики деформируемых тел применительно к хлопку-сырцу и теории оптимизации,модернизации компановки, шпинделей,нинних их опор,приводов, съемника и разработка новых рабочих органов и приспособлений для повышения эффективности и надежности хлопкоуборочных машин.

Объекты исследования. Серийные хлопкоуборочные машины ХВН -1,2А; 14Х&-2,4; ЖИ,8,а также опытные партии хлошюубороч-ных машин, созданных на 110 "Ташсельмаш", Учкурганском решнт-ном ваводе по рекомендациям настоящего исследования.

Методика 15ссладалаш:й. ' Использованы положения и методы теории оптимизации, математического планирования экспериментов, математической статистики, экспериментальные методы теизомет-рирования, скоростной киносъемки и микроскопии. Агротехнические локазагели определены по ОСТ 70.8.11-83 "Машины для уборки хлопка-сырца и стеблей хлопчатника. Программа и методы испытаний". Экономическая эффективность подсчитана по ГОСТ 23729-79 и разработанной автором методике.

Научная новизна. Установлены основные закономерности динамики технологического процесса сбора хлопка-сырца хлопкоуборочной машиной и взаимодействия рабочих органов уборочного аппарата, определяющие показатели качества и надежности хлопкоуборочных машин. Рагработаны методики и определены колебательные, упругие я др. свойства хлопчатника и характеристики хлопкоуборочного аппарата, влияющие на процесс сбора хлопка-сырца Предложена методика определения коэффициента аэродинамического сопротивления воздуха компонентам хлопчатника Получены уравнения движения шпинделя уборочного аппарата с учетом крутилъ-

страницах машинописного текста, состоит иг введения, девяти глав, заключения,списка использованных литературных источником (261), прилоленшНгрограммы для ЭШ, копии авторских свидетельств и патентов, расчет экономической эКимтишостн внедрений),содержит 34 таблицы, 172 рисунка.

юдашш РАБОТЫ

Во введение отражена актуальность темы и приведены основные научные поло&энин, которые выносятся на защиту.

В главе 1 выполнен ойаор исследований технологических процессов уборки хлопка-сырца, динамики и надежности хлопкоуборочных машин.

Исследованиями уборки хлопка-оирца и динамикои хлопкоуборочных машин занимались М. В. Сабликов, А. Е Ковган, Г. А. Кошевни-ков, А. Д. Глущенко, Е Р. Рашидов, X. X. Усманходлаен, Р. Д. Матчаиов, к. С. Садриддинов, X. Т. Гуранов, М. С. Ганиев, А. А. Каримов, У. Мансу-ГШ,К Е Мурадов,Д. IX Полянский,Ы. Аугамбаев,И. Е Великий, Е Е Горн, 0. С. Джаббар, Ш. Д. Дадажанов, И. X. Игамбердиеэ, А. А. Идрисов, К. М. Иногамов.З. X. йззатов.М. И. Ландсман.Е С. Мюнстер, А. А. Риааев.Р. И. Спеваков.Е Тулаев, МЛашболтаев, А. Турапов, И. X. Файаиев, А. Д. Абдааимов, Ш. Ф. Мирзаев и др.

Решению задач динамики сельхозмашин посвящены работы С. А. Алферова, Д. К Беленького,П. R Василенко, Л li. Грошева.Ю. В. Гринькова, с; С. Дмитриченко, И. А. Долгова, В. Г. Еникеевв,. Е Е Жарова, И. Е Ксеневича, R А. Кубышева, Э. И. Липковича, Г. Б. Листопада, A. И. Литвинова, 0. В. Лебедева, А. R Лурье, Л. В. Погорелого, 0. А. Шлушкина, А. А. Роя, А. А. Сорокина, Е В. Спиченкова, В. И. Фомина, P. HI Хзбатова, И. А. Хозяева и др.

Анализ этих исследований и опыта проектирования хлопкоу- . борочньос малин в ведущих организациях (ОАИМЗ, ГСКБ по машинам для хлопководства, ПО "Ташсельмаш") позволил сделать вывод о том, что технологические процессы мобильник сельхозмашин, особенно хлопкоуборочных, рассоривают обычно состоящими ив нескольких этапов, причем пьяаь между ними анализируют не всегда, что затрудняет адекватное представление всего технологического процесса. Отсутствие общэй додали 'технологического процесса

- о -

хлопкоуборочных машив но позволяет решать ряд важных теоретических и щшладиых ?адач.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие аадачи ксзледоьаччя: изучать свойства объектов исследований - уборочных аппаратов и хлопчатника, елиячгцих на показатели качества хлопкоуборочных нашчн; моделировать основные этапы процесса работы хлопкоуборочной машины; поиск механико-математической и вероятностной моделей и методики прогнозирования полнотн оборэ.засоренности и потерь хлопка-сырца на землю на стадии проектирования; улучшать показатели качества и надек-пости хлопкоуборочных машин путем модернизации узлов уборочных аппаратоз:разработать метод оптимизации параметров хлопкоуборочные ашюратои л его реализацию; практическую реализации и оценку эффективности выполненных исследований.

Глаг-а ?. посвящена изучению свойств объекта исследований уборочного аппарата и агрофона хлопчатника. К оеногньм свойствам ("•умствующего уборочного аппарата относятся их геометрические, кинематические и динамические характеристики,которые входят в механико-математическую модель технологического про-црссо сбора хлопке, К основным из них относятся:радиусы шпинделя г и барабана Г?, количество шпинделе Л па барабане -г, скорость машины \'л закономерность изменения скорости барабана и гаинделя, размеры и £орма ауба ишчделя: угол острия зуба сс , угол реокрытости дола 3 , зуба Ь, боковые углы зуба д, , количество зубьев а, ииршга Ь к высота Ир рабочей каморы, гшюнсшрвоста пространственных колебаний шпинделя, барабана, и каркаса аппарата по осям координат, 1/омонтн инерции ппинделя Ош и барабана [/С. краткость обработки кусте?, хлопчатника юшшдель-

барабанами, взаимное расположение апинделей и барабанов. Болышшстро из этих характеристик исследовано и рекомендованы их значения. Однако ряд из них требует уточнения и дополнитель-тельного исследования. Дил различных машин автором определена статистич?"к»я закономерность изменения конусности рабочей каперу:

т-и-ЖгИ-ч**, о

где v , - среднеквадратичное отклонение и среднее значение размеров. Величины коэффициентов в (1) обусловлены конструктивными особенностями аппаратов н спецификой iJopMU куста собираемого сорта хлопка. В хозяйственных условиях при сборе тонковолокнистого хлопка Х0 изменяется в пределах -2,5. ..-0,6 мм, а (3 -" 0,8. ..2,5 мм, при сборе средневолэкниетого хлопка Лр изменяется в пределах 0. ..3, Б мм, a G - 0,5. ..2,5 мм. Рабочая щель в процессе работы серийных аппаратов в результате колебаний подвижных и неподвижных рамок иаме-ннетчя от 2 мм в верхней части до ь мм в нижней части рабочей камеры.

Для составления уравнения движения шпинделя рассмотрим схему шпиндельное, барабана, ь которой приняты три координатные системы: X,ytZtOt -неинерциальная-двигается параллельно оси грядки и закреплена на оси барабана; ХУ20 - инерциальная , но ось ОХ совподает с осью L\X, ; ХоУо%0Оо - неподвижная (рис. 1). Уравнения движения вершины зуба шпинделя в координатной системе имеют вид:

Xdl = RCes l% + со(Щ Ъ [*.„± со, ( tk\ У51 = i? Sri 14 » (Xj(t)lj' Z 5/ni-vt СО,аЩ | (2)

где CO(t) -закономерность изменения угловой скорости шпиндельного барабана; (л),(il -то же шпинделя; /?, 2 - радиусы барабана и шпинделя; lf0 , --¿0 - их начальные ({азы поворота.

Уравнения движения шпинделя в системе координат ХДЩ, учитывает также колебания центра барабана вместе с каркасом аппарата. Уравнения движения каркаса, например, по оси (¿¡¿напишем в виде ^ . .

и"PL Sin(u\i+eL)/m,

где k- собственная частота, колебаний каркаса; И - коэффициент вятухаяия; Pi - возмущаищие силы; u)t , - их частоты и фа^ы, щ-масса каркаса; М-едии вопму^мцих сил. Ргшенйи уравнении (3) шшется в виде у ______

у - é l (СсбтЛ'.пЧ i-i

- 10 -

1\5,п сигс^ 1ёпа\ /(№ с^)]}

Здесь С[ ив,- коэффициенты. Как видно из (4), характер-тер колебаний оппеделяется в основном параметрами возмушающих сил. При работе аппарата возмущающими силами являются: силы не- '

Рис.1. Схекз уборочного аппарата уравчове'ианноети вращения барабана, шпинделя, съемника, вентилятора, карданного вала; силы, возникающие при взаимодействии шганделя и съемника, ролика шпинделя и ремней привода, планок съемника со шпинделями,шестерен привода, а таете переменные силы, действующие в результате колебаний трактора и со стороны кустов хлопчатника. Если известна амплитуда колебаний Д( каркаса аппарата при воздействии на него каждой из рассмотренных сил в отдельности, то при разности частот и фэз суммарная амплитуда колебаний каркаса : А~А1+А"-»...+Ап.. Однако в действительности при одновременном вор-действии всех сил на каркас

суммарная амплитуда несколько меньше указанной, поэтому необходимо ввести коэффициенты пропорциональности этих возмущений, равные

4«

л

Учитывал вышеизложенное и приненнв метод суперпозиции для определения колебаний каркаса аг.парнга при отдельных возмущениях, молно описать пространственные колебания, клркаса аппарата с помощью системы уравнений:

Г I п £ г~

Хь~ЛкХ I 6 ¡гйМ+Ул,)* -5т(и>Л >

8>п(и11

&<пШ *I) ' *■

Ще) > Ь

ЛКу[ М 1 * * Ч)1

> Ш

» 4ы) ^ ' I/) ! 1е '

• ^¿'¿т^сЛ - Ы , £ £ „(и**

Здесь ^ , , Ч ^ , ё^, Дуг1, ¿'гг', ^¿»Л

, Ууа^^шг^'¿чипе,'¿НА

- начальные фазы движения точки каркаса иэ-ва вращений барабана, шпинделя, съемника,взаимодействия съемника и шпинделя,шпинделя и барабана, планки съемника и шпинделя, карданного вала, вентилятора и трансмиссии; Лг. ~ коэффициенты,характери-

зующие влияние этих движений на общее движение каркас Дг* - амплитуды колебаний по осям координат; k -частота соб-' ственных колебаний каркаса с фазой {и коэффициентом iK .

С учетом изложеннбго и переменности движения машины уравнения движения вершины зуба шпинделя в неподвижной системе координат ХгУ<,£„С, имеют следующий вид: Ki -= Л« + (Он-¥ЛОн&п cü^í И R Cos (cot +ACCfe>¡n(iúl¿i+* 00¿-é,ts/¿ hüJ0l +dtú, Sin Cúa, t)t + %) + г fías <{ -а>ег{+ё,Ф

(ui4 + лсйг -Sin ui0lí L)i 4* - , (7)

ftoJ-&%

K-úJofAcqSinahfil

kjJ¿4tú„&,HÜ0¿)l

Здесь /it>yí л со - амплитуда колебаний поступательной скорости машины и угловой скорости барабана; oú,g, Cú^,, сОаг - частота крутильных колебаний барабана и шпинделя; tú¿j -начальные угловое скорости шпинделя в зонах ускорений (¿/-OOt 05 ), стабильного (О/, 04 ) и свободного вращений (0¿,0S ); é,, éit 6Л -угловые ускорения шпинделя. Измерения показали, что éj-^/^а ;где Лц - момент сопротивления в опорах шпинделя. Наши исследования показали, что угловая скорость барабана переменная,имеет большую частоту и «обольете амплитуд». В сравнении с переменной угловой скорость» шпиндели упгаруп скорость барабана молю принять постоянной. Описание 1т«рг„-,л ь (7) хорошо совпадает с экеперикеш'альны'.'и ?точ?чнячч угловой скорости шпин-

- 13 -

деля по углам поворота оараоана:

ие.<ч>\ (В)

Для описания угловой скорости съемника б работе выведена зависимость:

U)c = СОсо +ЛЦ Si n(jtnLôe t + 61- ), ( 9)

где ЛСОс - амплитуда крутильных колебаний съемника, зависящая от заглубления щеток относительно поверхности шпинделя и частоты его вращения.

В результате изготовления ¡¡а поверхности шпинделя имеются неровности , которые мслно разделить на три группы: некруг-лость, волнистость и микронеровность. Существенное влияние на процесс трения оказывают микронеровность (шероховатость) и волнистость. Оценка их формы и размеров с достаточной точностью учитывается следующими параметрами: высота микронеровности Hi или Rz(усредненная высота),шаг микронеровности З.угол наклона ботовых сторон микронеровности fî • . Модель полимерного шпинделя,представлена в виде волнистой поверхности,не имеющей острия кромок и заусенец; ее радиус зависит от вида литья и полимерного материала. При взаимодействии х полкового волокна с поверхностью сила трения возникает в основном за счет контакта, а коэффициент трения изменяется в пределах 0,1... 0,2.

На сбор хлопка влияют также динамические характеристики: упругие и диссипативные свойства элементов хлопчатника в еависимости от его влажности. В частности нами установлено,что сопротивление хлопковой дольки на деформацию изменяется нелинейно. С достаточной для практики точностью опишем это изменение зависимостью

9- =о.,у + агуг, . (ю)

где q - сила' сопротивления -(Ю ; о.ийг-коэффициенты полинома,зависящие от сорта хлопчатника: например,для сорта Термеэ - 7 £^=7,2*10 и û2 =0,0*10 ; 9 -деформация волокон.

В работе разработана геометрическая модель летучки,предсг тавленной в виде кара радиусом г ,в центре которой находится семя. Волокна в шаре расположены в радиальном направлении и по

меридиану. Расстояние между волокнами в радиальном направлении характеризует густоту расположения волокон по глубине летучки и зависит в основном от искривления волокон, которое у средне-волокнистых сортов несколько меньше, чем у тонковолокнистых. Экспериментально установлено, что с увеличением глубины сечений до 1,5 мм летучки,количество волокон,пересекающих радиальную линию увеличивается равномерно, а затем - резко. Площадь на поверхности шара, приходящаяся на каждое волокно, равна

где N -количество радиальных волокон на летучке. Если считать, что представляет собой квадрат, то длина его сторон равна расстоянию между радиальными волокнами а, т.е.

(12)

Кйвестио.что количество волокон в летучке «вменяется в пределах 5-10 тыс. шт. ,а радиус ее в среднем составляет 10 мм. Тогда из (11) получим а»0,34-0,5 мм, что совпадает с реальными значениями.

В результате исследования свойств различных сортов хлопчатника разработана модель куста хлопчатника, имеющая определенную форму и упругие характеристики, эквивалентные реальным кустам конкретного сорта хлопчатника. Горизонтальное сечение куста' представим в виде окружности с радиусом (?, зависящим от (;ГО высоты 7л

Аналогично мокно описать фиаико-механическне свойства куста,например жесткость главного стебля С в зависимости от пысоты куста:

с 4г4 (14)

Распределение веток принимаем равномерным по всей окружности (т. е. с одинаковой вероятностью). Массы веток принимаем 'при веденными к внешнему контуру куста. В процессе сбора хлопка каждая точка куста движется в трех направлениях: в двух вэаи-моперненди кулярных вертикальных 0X7,, т. е. по движению машины, 0У7 и горизонтальном - в плоскости ОХУ. Первые два направления

связаны с изгибной деформацией главного стебля и ьетоь, а второй - с ивгибной деформацией веток и кручением главного стебля куста. Переформировку кустов хлопчатника удобно рассматривать в горизонтальной плоскости ОХУ.

В главе 3 "Механика процесса захвата хлопка шпинделем, развитие общ,ей теории захвата" рассмотрено взаимодействие волокон хлопковой дольпи с поверхность;» шпинделя. Рассмотрим взаимодействие волокна,расположенного продольно к оси вращения шпинделя,С микроиеровностью его поверхности. При ином расположении волокна влияние формы и размеров микронеровностей но захват незначительное. Поперечное сечение волокна примем круг-лым(рис.3). В обшрм случае в точке А возникают следующие силы: п и Ртр - действуют на волокно со стороны неровности;-п и -Гтр - действуют на поверхность неровности со стороны волокна. Сила трения в точке А направлена противоположно движении волокна по поверхности шпинделя и равна Г'тр--=Г(*с*3, где ^-коэффициент трения между волокном и поверхностью микронеровности; с-жсткость поперечная деформация волокна. Силу трения мевду долькой и поверхностью микронеровности акспериментально замерить сложно. Проще замерить ее составляющую, направленную перпендикулярно к линии,проходящей через оси вращения шпинделя и летучки и пересчитать ее на силу трения в контакте долька-поверхность микронеровности. Определим силу, являюшушя суммой составляющих нормальной силы п.силы трения Ттркасательно проведенной к поверхности микроиероЕНОсти шпинделя:

Рис. 2. Модель куста хлопчатника

где р ->гол между поверхностью микрокеровности и касательной, проведенной к окружности шпинделя; '/'-угол поворота шпинделя. Проекция равнодействующей сил Н и С на ось У обозначим

Рис. 3. Схема взаимодействия единичного волокна с поверхностью микронеровности шпинделя . Р. В зависимости от направления она будет принимать или отталкивать волокна от поверхности птпнделя.

1РН|Тп->- = еЗ[взз (/3 (15)

Анализ рассмотренных уравнений показал, что с увеличением угла _р> тангенциальная сила увеличивается и достигнет максимума при )> =00°. Приведенный коэффициент трения между чикроне-ропностью шпинделя и волокна при V -0 определяется по установленной нами зависимости :

I_ [а/гсМ ^^(

Соб [аугс Iд (3. - £ 6;п[аггс1д(г1?г/з)У

где рг,3,р, - параметры шероховатости поверхности шпинделя по ГОСТ Г789-73. Тнлич образом,коэффициент Г зависит в основном от параметров шероховатости и коэффициента трения между единичным волокном и поверхностью микронеровности. При_/>>90" волокно может быть захвачено микронеровностью. Для увеличения надежности вахвата необходимо увеличить вместимость микронеровнос-ту, т.е. создать макронеровности (зубья) с определенной формой и размерами. Для обеспечения вкчлыванип рубьев в хлопковое волокно в соответствии о принятой теом^тричепкой моде чью хлопко-

вой летучки радиус их заострения г дожш быть • определен при условии 2г<а,г;;е а определяется из (12).

Впервые в теории хлопкоуборочных мзшш механико-тт..-цати-ческая модель взаимодействия хлопка со ппинделем описана д. т. н. Л. Садрпдяинсным.н доказано,что воэкуль-ння со стороны цилиндрической поверхности шпинделя неялачителыга влия.1.:? на колебания хлопка-сирца. Учигьайя ото, юханиио-мэтеютическу» модель вкалывания зуба в хлопок представим г, виде колебательной системы, состоящей из хлопкового волокна !! плодоножек и веток хлопчатника с ооотмтстэутдакл диссипатияными и упругими характеристиками. Движение коробочки происходит по оси ОУ, положение которой определяется углом о£ (рис. 4):

сс = съгс1д

7 Хек -Хеш ' (18)

Для составления уравнения двилгния материальной точки хлопка-сырца используем ди#>->реи1'иальнда уравнения Лагранж 2-го рода:

Л М. _ 114 2) (19)

сИ ОД. ду1 дУ£ О у, '

3 принятой системе кинетические, потенциальные энергии и функция Релея имеет вид:

т = т'У<3, г г

¡1 =

(20)

г -1' р Ф =

где /7?() п1г - масса волокна и коробочки, С, , С£ -их жесткость и 6, , 4 -коэффициенты сопротивления. ^следования показали,что Ьг на порядок меньше чем £>1.0 учетом этого получено характеристическое уравнение в виде

т,т2№ + 6, («V тг[(с, *сг)т,-* (21)

< (; I !' ( I • О

На ос ной*? этого получлю рта ни» уратч».-ш;я (19) для muivi.sk« ноп ;очки хлопка-сур!',.;;

ГДЭ ; ЬгЩ; ' эавислт ог

сорта -хлопчатника, Уон , Хт ~ ьччяльнке координаты коробочки. Начальная скорость волокна раина

Ую= У3Со&о(+ Х^П'Х, (23)

тле У, I х, пол^ч-'^м диф1е|«?нщповячием (7). Далее определяется время с ,при котором точка достигает ОУ,т. е. решается уряв-

Fr.c. 4. Схема иехашко-иатематической модели вкалывания и захвата хлопковой дольки эубьпми шпинделя лени? дшиения точки вершины вуОа тшуряя относительно времени 1,и по (Я?) и (7) определяется величины перемещений волокна У* и шпинделя yj. Глубина вкалнодшя равна

У С = </*-<£*. (24)

На мат«цгальную точку хлопка-chj-на на передней грани зуба шпинделя действуют си ни реакции R, сила трения Fip и нормальная сила реакции 7ï:

П = (у*-у*)с, ; Frp^fRômb\

Если К-аСоэ <Ргр, то ыклш»?и йьхват волокон зубами шпинделя. Анализ принятой модели показывает,что захватывание волокон зубьями обеспечивается при образовании в ее траектории петель. На основании этого установлено, что необходимым условием захвата хлопка-енрца является образование петли в траектории движения зуба ичншделя относите имю хлопковой коробочки:

ь _ __г __у (?6)

где В - коэффициент петчеобрайоь&ния, яри В> 1 ь траектории образуется петля, при Бс-1 - не образуется; угол р определяется зависимостью

В (26) Хк и Ук определяйся из (С),Хх и Ух - скорость-движения хлопковой коробочки по осям координат. Установлено, что угол появления петлеобразования в результате влияния колебания каркаса аппарата изменяется до 8-10я, что является существенным. В связи с этим определено влияние колебания рабочего органа на встречаемость волокна и зуба шпинделя. При этом установлено,что поперечные колебания каркаса аппарата с частотой более 50-100 Гц и амплитудой 1,5-2 мм в связи с их соизмеримостью с газ мерами петли и скорости вкалывания и захвата отрицательно влияют на процесс захвата. Такие колебания аппарат получает в основном от неравномерного вращения съемника, шпинделя и вентилятора, поэтому целесообразно снизить крутильные колебания перечисленных узлов,что положительно влияет также на надежность хлопкоуборочной машины.

Глава 4 посвящанн механико-математическому и вероятностному моделированию полноты сбора хлопка-сырца. В работе составлен* шхавико-математические модели извлечения хлопка шпинделем, транспортировка его в приемную камеру и съема хлопка со ■шпинделей. В частности длина хлопковой дольни ь процессе чэв-

- го -

лечения ее глшндедем в нгкиераиалнюй систем? кэордкпат ОЗУ (.рис о) опиечваэтея уравнением

J r ifv RCo&cot ~ R(coí.-%)/K 4 i-%)/<3¡li-%)f* [L--RóincoHH-

- RSin coi + RSin 4}) 4>)/(3¡/2- %) f+(z-> j '

+ (s + 8jf(üj¿-<Pf)(ól- O+wctyfffa-

~R Cos coi- R(iúí~%)/k-+ Aí(iú{~%)/p/s -~ RSin coi- (Hy-RSincúi-i-QeinWx ■

* (&/2-4>,)/(S¡fe -co¿)j¡ - azcty[(x0-RCuswl-

co¿]} , (26)

гдэ ¿> -угол раскрытое?!! хлопковой коробочки; Л/ -перемещение коробочки; Х0 , У0 -начальнь» ос кооордичаты; % -начальный угол извлечения хлопка. ПродиИйренцчровав (23) по времени, получим скорость извлечения. íHa.nnt полученных зависимостей иокагал, что па cwpocib извлечения больше всего влияет перемещение коробочки по направлению лшшкя машины, а влияние перемещение коробочад в поперечном к оси грлдки направлении незначительное. Поэтому /уж обеспечения наилучшего условия извлечения хлопка в рабочей камере необходимо уменьшить или предотвратит ь наклон куста хлопчатника. Расчеты показали, что при уиелич?яш скорсютя'юшк* до 1,5 м/с скорость извлечения резко возрастает,

При составлении модели дли определения вероятности встречи хлопковой коробочки со аговдшм осяомшоемся на методе ге-•оь«три'дес1»?о определения вероятности: коробочка с длаютром cíí; случайно попадает иа шиядельнкй G.-.рабач диаметрально (рис.1), т.е. следы коробочки на поверхности барабана roe ьргмя прэдо-гав ©изгоя окружность» с диамс трем, равнкм диаметру коробочки.

И

и

МЛ'! НОСТЬ

(Г

Б. Схема извлечении хлопка шпинделем встречи коробочек со шпинделем имеет вид:

2X1-1

(23)

Рис.

Тогда вероятность

л^/лък при

при ик > - 5 а .

" Наличие следующей пары барабанов повышает вероятность встречи, что особенно вн;шо при меньших значениях вероятности Ри . Для двукратной обработки кустов ; для трех-

кратной - Р1Л=бР11-~5Р11г+

Технологический процесс сбора состоит из нескольких последовательно происходящих микропроцессов: вкалывания, захвата, наматывания хлопка ьа шпиндель,транспортировки до зоны съема, съема хлопка со шпинделя,транспортировки его в бункер. В машинах типа ХВН-1.2А предусмотрена также очистка хлопка малогабаритным очистителем. После встречи хлопка со шпинделем происходит процесс вкалывают, вероятность которого равна

„ / zê<a{ 1 при у>о, (зо)

р( = 1 L0 при У<0,

L О при 1'е>а.

Здесь - радиус округление вершины зуба; определяется из молодели летучки; У - деформация хлопковых волокся. Радиус % может измениться в процессе зазеленения, которое по высоте шпинделя неодинаково, поэтому необходимо усреднить эту вероятность по высоте шпинделя II. '

Вахгат хлопковых волокон возможен при условии образования петли в траектории вершины зуба шпинделя, при достаточном количестве захватываемых волокон,т. е. > СУшпЗ -минимальная толЦина хлопковой летучки с необходимыми для захвата дольки волокнами j i при Уе>[Ум* 1,

Рг ' 1

О при Уе<[Ут1ЛJ, •

' [ О (ifw в<1. ' (31)

Tait же, как и я предыдущем примере, необходимо усреднить вероятность по углам рабочей ооны. Наматывание возшмю, если скорость удлинения дольки при этом не окажется больше критической и вероятность его равна

-р при 1н < Ù ,

■/ ■ при i-.v ^ , (.32)

О при £*>[&«?],

1де lu , -длила извлеченной части и всей дольки, ~ кри-•гичэская скорость наматвслкия.

В результате расчета возшяиости - потерь хлошга в зоне транспортировки определена вероятность полноты тролспсртиртЕ™:, которая определяется по Формуле

jTp= i-etp,'

где %> -часть угла аоаа транспортировки % > где воэмюия потери л?тучек;Г{- козффкЦЕепг, учитыьакззяй дол» летучек в оСщгм сборе.

Вероятность съема хлопка равна откоюикю очищенного ст.ем-иикок объема хлопковой нпмегкк \(т полный объем коют-.-ш на шинд-але V,,.

Pc = (< - ' рсс , (34)

у/7

VTp= !-(%/%) f* CS3)

- 23 -

где Рее -вероятность самосброса хлопка со ошиде.«*;):

Р / пРи СО, < 1дО раЫс> (55)

СС I 1 при СО, > ¡¿орас ¡е..

С учетом совмещения независим!« событий полно¡у сбора

хлопка-сырца на определенной точке сю дошикмкюм и рабочей

камере хлопкоуборочного аппарата определим по формуле М </>„

р = Р«-я ■УЧ^М'^Л/,!/', (35)

С V О

Таким образом, введенные зависимости пойьоанют прогнозировать полноту сбора хлопка-сндо* хлипкиуоЗирочной машиной с учетом основных факторов. По предложенной »..ето/игке мо/юю прогт нозироьать показатели хлопкоуборочных машин с раа.л<чним принципом работы уборочных аппаратов. Для этого используют в качестве исходных данных параметры хлопкоуборочного аппарата и физико-механические свойства хлопчатника..

В главе 5 рассмотрены вопросы иехгянико-матемличг>' моделирования потерь хлопка-сырц* на эе-млю и ¿аодя'мь&.'-ги бункерного хлопка. Составление таких моде/гей аналогично рассмотренным моделям полноты сбора хлопка-сирца.

Потери хлопка-сырца ьоймоу.ны Сольце всего в рабочей зоне в результате неполного извлечения хлопковой дольки ишннделем, когда она оторвана из коробочки, а на вн.шдел. еще ненамотаьа. На процесс наматывания влияет в основном соотношения сил ск/зи между долькой и коробичкеИ и между летучкими, скорости отвлечения. Чем больше аила сьяза м;лду долькой и коробочкой, скорость извлечения и меньше сила сгяйи ме^ду летучками, теп больше потери хлопка на землю. Для характеристики этого используем коэффициент приспособленности сорта к машинному сбору, который опоедблнотся по зависимости

. , Р-ШШ^* . Г

/ е го,- Д — Ш ■■ ;1,1> ■ (37)

од-сь ¡"v и г'! сих< .'(i > ¡,; | - г. и > :■! . 'лгг '. .1 ¡щ.ы

сп.г'!! ,:•: • ч^ом';; {,> ,, Ц. .4, = ),, ■-■ ;ч . ).•: (.¿'-

- гл -

iüiihwi!.'; Q - точка перс-сечение двух кривых нормального распределения. Тогда йначогиино (?5) получим

Q ( РНРГР, 'Ри)й+(1-Р0-Рпг Рс Prph

*(Р,/ Q Ъ IV. (38)

Предварительные расчеты по (39) показывают, что для серийного аппарата потери на землю для copra Т-9 (тонковолокнистого хлопка) составляет 3-5 Z, а для сорта Ташкент -4 (средне-волокнистого ) - 7- 9

Вероятность оставшегося на кустах хлопка составляет

K-1-P-Q. (39)

Анализ различных параметров хлопкоуборочных аппаратов показал, что сув\ествующий принцип сбора хлопка не может полностью исключить потери хлопка на землю и обеспечить 100 Z-fi сбор хлопка в бункере. Поэтому необходимо найти оптимальные значении и сочетания конструктивных и технологических параметров, рекомендовать новые механизмы и приспособления, обеспечивающие максимум эффективности использования хлопкоуборочных машин.

Для определения потерь хлопка на землю по контурам хлопкоуборочного аппарата разработано приспособление, состоящее из двух панелей, полностью перекрывающих нижнюю часть аппарата. Они прикрепляются к раме уборочного аппарата, На поверхности панели наносили координатную разметку и покрывали кардолентой для фиксации опавщего хлопка на месте падения. Характер pacripe-дел; ния опавшего хлопка сорта АН-Каяут-й при первом машинном сборе показан на рис. 6, Анализ распределения потерь хлипка на землю показал, что основная масса издает на землю после уборочного аппарата (66-70%) и в м*«барабанной зоне (25-30%). Дальность падения от заднего контура аппарата достигала 1,5 м, но основная масса хлопка п»ла»т до 0,Б. ..0,0ч. С повышением ■ скорости машины ширина распределения опавшего на з^млю хлопка увеличивается. Например, уборк* /.попка при п--рвом сборе на второй скорости машины приводит к /ьннф-кию дал нети падения основной" м;-соы хлопка до 0,8 и </" г-а,лчегг> вактура аппарата, что и является главней причиной рост-а и<л^рь /лоп"^ на земли у

хлопкоуборочных машин с повышенной скоростью, несмотря на установку лневмолодборщиков.

Рис. б. Характер распределения опавшего хлопка по контурам хлопкоуборочного аппарата Для определения засоренности собираемого хлопка необходимо учитывать возможность смешивания хлопка о листьями в процессе сбора,что определяется процентом опадания листьев и раскрытия коробочек, скоростью наматывания, повторной встречи намотанного хлопка с кустом хлопчатника и т. пр.. Кроме того, необходимо учитывать возможность очищения хлопка за счет центробежных сил от вращения шпинделя и очистителя. В общем виде зависимость засоренности от параметров машины имеет вид

^ ^ 4 & 4 К к^с о- к).

(40)

где к^- коэффициенты, учитывающие влияние отдельных факторов на засоренность собираемого хлопка: 1 и 2 - процент опадание листьев и раскрытия коробочек; 3 и 4 - радиусы барабана и шпинделя; Б -скорость машины; 6- коэффициент опережения барабана; 7- угловая скорость шпинделя; 8- высота и Я- угол раскры-тоети зуба шпинделя; 0- оч!гмительный эффект очистителя хлопка; 2С- средняя засоренность, зависящая от сорта хлопчатника.

Расчеты показали, что засоренность хлопка при неизменных фивико-механических свойствах и агрофона хлопчатника больше всего зависит от параметров шпинделя и барабана:с увеличением

диаметра мшндельного барабана засоренность хлопка снижается.

На основании прогнозирования потерь хлопка на землю и за соренности хлопка в работе предложены приспособления ' для снижения потерь хлопка-сырпа на землю и засоренности хлопка, которые прошли хозяйственные и государственные испытания в СА-ШС. В результате использования приспособления потери хлопка на' вемлю снижается на 2-4 X, а засоренность хлопка- яа. ZX.

Глава 6 содержит разработки по прогнозированию показателей качества и надежности хлопкоуборочных машин на стадии проектирования и рекомендуемые методы их улучшения. Составлена и отлажена на основе разработанных моделей процесса работы хлопкоуборочной машины структурная схема алгоритмизации и программа для ЭВМ по прогнозированию ее показателей ка стадии проектирования. '

Повышение надежности хлопкоуборочных машин продолжает оставаться одной из основных задач сельхозмашиностроения. Надежность, в частности безотказность, характеризуется наработкой на отказ; определяемой по известному выражению

t T/N, (41)

где т- время наблюдения, N - число отказов.

Известно,«то с увеличением количества узлов и деталей , с уменьшением их времени на отказ величина наработки на отказ в целом для машины сни>-ается. Поэтому для каждого узла и детали машины устанавливают нормативную величину' наработки на отказ значительно большую,чем нормативная величина для машины. Исследования, проведенные нами и обобщение опыта эксплуатации показали, что наименее надежными узлами машины являются шпиндельный барабан и оьемник. На долю аппарата приходится больше половины всех отказов хлопкоуборочной машины. Это свидетельствует о необходимости повышения их- надежности. Увеличение времени наработки на отказ уборочного аппарата в два раза позволило бы повысить время наработки на отказ машины в 1,45 раз.

Надежность снижают также механизмы подъема и опускания аппарата и бункера, очистите,вь, пнев\;осиетема. Часто отказывают гидрораепредепит^.кь, сальники гидроцилиндров и шланги высо-

Таблица 1

Отказы отдельных узлов хлопкоуборочных машин

Н 1 Узлы I Отказы, X

1 Шпиндельный барабанСс приво-

дом юшнделей) 25,5

2 Съемник 20,0

3 Привод аппарата 0,2

4 Механизм регулирования щели 1,6

5 Пружины стяжные 1,6

6 Механизм подъема и опускания

аппарата (с гидросистемой) 10,2

7 Пневмосистема с приводом вен-

тилятора 14,2

8 Очиститель 8,7

9 Механизм подъема и опускания

бункера с гидросистемой 7,3

10 Прочие 4,0

кого давления. В пневмосистеме выходят из строя подшипники вентиляторов, ремни и ведущий шкив привода,нарушается герметизация трубопроводов . Выходят из строя щетки очистителя. В шпиндельном барабане чаще всего выходят из строя пижная опора шпинделя, приводы прямого и обратного их вращения.

Для повышения безотказности, нами предложены винтовые съемники,нижние опоры, рациональные конструкции и параметры приводов шпинделя, аппарата и схема установки вентилятора на машине. • '

Один из источников вибрации в вертикально-шпиндельных хлопкоуборочных аппаратах - щуточно-плакчагые еьсьнье барабаны, где по периферии вертикально с определенным тагом расположены восемь щеточных плавок. При их взаимодействии со ыши-далямн иоантыг дшмчпчеекио уд;.ры, еноЫ8;;<лж< крутико-

лебания от момента сопротивления, определяемого по формуле

м о г гу(у-гл) (сос +

оЧ " лс/-~--1С С»—т?-г—----

I. ^ (42)

где

X= 4-+«сг)+Аг- гг-ёА 9пЫсоЛ+Орс^пЩ^) >

У-Уо -изменение скорости пучка щетки с приведенной массой Т7 ; и -время удара; С -жесткость щетки; -радиус съемника по основаниям щзтск; Л -глубина заглубления щеток в поверхность шпинделя; § -толщина намотки хлопка ьа шпиндель; <*сс-начальный угол расположения щеток. Расчеты, что частота и амплитуда крутильных колебаний вавнсит от угловой скорости, радиуса и высоты съемника, жесткости и приведенной массы щеток. Для оп-релениа оптимальных параметров и конструкции съемного барабана, обеспечивающих снижение крутильных колебаний,использовали метод обеспечения непрерывного взаимодействия неточных планок со шпинделями, что способствует безударной работе, съемника. . Щетки такого съемного барабана должны быть расположены по вин' товой' линии, определяемой зависимостью

ы

23, /?с ( 43 )

где г п - количества планок, высота планок.

Эксперименты . проведенные нами и в САМИС с использованием тенэометрироваки'я,показали, 'что при установке на хлопкоуборочном аппарате рекомендуемого съемника крутильные колебания и среднее значение крутящего момента на его приводе снижается до 1,5 раза.

При анализе конструкции серийного привода шпиделя и хлопкоуборочного аппарата выявлен больной разброс длины ремней и пружин, их жесткость,а следовательно,и частоты колебаний, которая зависит также от количества шпинделей на аппарате и час-

ХЛОПКОуС'ОРУЧНОЙ и 1"Ч'ГН:

Критерии опт.»-" лэции:

Р --»- wax, ,

Q < fQ], 7. < [ г] . •

Оитимиг'ирункне П'Чрамктрн:

K,U),U)h §, /7, //, C'Jb.-e,-), ос.

Регулируемые факторы:

Pj , Pg, Г^^З, k„S, k\S, L, kw,hcm,

^XCj kit, ^хпш f ^Уг7<в* ^Xwfij ^i/'uSi $ AKi ^W i ^vcaij

(47)

Le, kt, fitip, fas rp, А Их, A Ky

Нерегулируемые факторы: 4Vi, %i, °<xj, °<uj, , ёхСш1&ш{,

fxu/fj fyf.gtTfi.pi/rfl, jx„, hr. ■

FeiiPHHe задачи оптимизации в лриг*л»ньь>й >{npMf является '->v.--'ir-. тру-доеььой. Для упрощенна задачи необходимо рассматривать взаимосвязь факторов и параметров, входящих в (36). Из

рассмотренных параметров хлопкоуборочного аппарата в силу принципа его работы и назначения основополагающими являются параметры шпинделя. При этом радиус шлинделя-основной его параметр, определяющий размеры и количество зубьев,кинематику машины. Основное назначение шпинделя - наматывание и разматывание хлопковой дольки. Исходя из этой функции определим пределы изменения радиуса шпинделя -

г? v Fornax

/>и . ч UnLX.l ^- , Z 2дг (48)

где ltnu, £0„,„ - максимальные и минимальные значения начальной длины долек; СЛЛ- критический (максимальный) коэффициент удлинения долек определенного сорта хлопчатника.

После выбора рационального для рассматриваемого конкретного сорта хлопчатника радиуса шпинделя необходимо вобрать радиус барабана R. Ей: готагочн исследования, при меньшие значениях R снижается возмгслгеть п« хлопка Ро,а с увеличе-

h¿j3M ero повышается металлоемкость и габариты хлопкоуборочного аппарата. Исходя кз этих соображений п с учетом практики иро-е.'гтировалия максимальный и минимально радиусы барабана ограничивается в диапазоне 100-200 мм. Диаметры, коробочки, барабана i! ашинделя определяют количество шпинделей на барабане. Для предварительного выбора отнх параметров наш разработана программа на ЭВМ. Из условия касания огибазднх траекторий соседних сшшделей рассчитывается минимально допустимый коэффициент опережения барабана -К. Скорость машины необходимо принять не юнее 1 м/с, т. к. ниже атой происходит снижение производительности. Угловая скорость барабана взаимосвязана со ско-

U к'

ростью каймы зависимостью о> Параметры зуба шпинделя б первой оптимизации принимаем постоянными и близкими к серийным. Необходимо отметить, что после выполненной оптимизации рассматриваемых параметров, для повышения точности оптимизации или определения остальных паракмтров можно продолжать оптими-вацию методом градиента При атом в оптимальной точке, оставив постоянными все другие параметры,изменяется на небольшие значения только тот или иной параметр, и определяются показатели маканы. Если они улучшились,то проводится дальнейшее изменение параметра, если они ухудшились, то значение параметра изменяется в другую сторону и таким образом определяется оптимальная вона с любой точностью для этого параметра. Нерегулируемые случайаш факторы выбираются с помощь» пакета случайных чисел (рис.9).

На основе сформулированной в обс(ем виде задачи оптимизации параметров хлопкоуборочного аппарата и выполненных исследований скалярную задачу оптимизации можно представлять в виде: Крит е рии опт имиз aiцга:

р Р trax

Q <2 rain

2 — min

Оптимизируемых аародгтрив

ICO < R < üüú пил 10 < i' < '¿0 kííi

- оо -

8 < Z < 20

1 < Vm < 2 m/c

5 < 00 < 15 rad/c

30 < 5 < БО erad

1 < h <1 2 m¡n

20 < b с. 40 ra

30 < ы < 60 Errad

Регулируемых факторов /Л, Р?, ¿"гЛ-J [J ] ft U i;, Ъс, io La, ia„ ЬшЬ, L,t, (43'

ííw, h», AhK, Аку.

Нерегулируемых факторов ^ ^ ^

W/, </W/, rM)bynU, 6Kii6>Si

Оптимизация параметров основана на опрзделэнии параметров хлопкоуборочного аппарата, обеспечиващих максииалыгуе значения показателя качестза-полноту сбора. Для найденных оптимальных параметров далее определяются потери хлопка на земли Q ss засоренность Z, и вь:бираьтс.л голмад то перагэтрн, ирл кегерых Q и г допустггкс. Количество TO-Í5IÍ в принятой о:шг пзацг.п саш-епт от количества оптшшпрус&а парагзтров я ил уревнэЛ. йхэ рркродагез cxci.u определения количестга точек песлодо.ьаип.Л:

Кггп: принята т.о. расчетн д.:л Z7

7C135Í 3 o^soí! то'-д-.э программа рассчнтпваетоя около Í5 полгей с;.л ;гпгацнл потребуется 2,5 чт: работы f;s::ri¿ i":-: сю:* лает re толлйо ядзгдгауСгро-.шрго плюр"'^ г.

Рис.9 Структурная схема оптимизации параметров хлопкоуборочного аппарата оптимальной точке, но и для последующи 10 точек. Это позволяет конструктору выбрать наиболее приемлемый на этих вариантов. В дальнейшем, конструктор для уточнения огшталыш параметров молит сузить область оптимизация,или жг провести оптимизацию других параметров, с принятием ранее найденных постоянными. Для

пркмррз и табл. ?. приводятся оптимальные параметры ■кдопкоуСо-рочкиас аппаратов ,об?епеч1гааазя максиму показателей кгггестза 1Ш1ШК при сборе тонковолокнистого хлопка Лш-25 и среднеролск-нистого хлопка /.н-Езяут. Как видно из таблицы,максимальная полнота сбора получена для сорта хлопчатника Л:я-25 при гшрамег-рах,отличающихся от серийных, а для сорта Лн-Баяут - близких к серийному. Таким образом, по показателям качества для всех шшн виб'лрается более приемлемый вариант.

Одним гз путей скорейшего внедрения результатов работы является внедрение отдельные параметров оптимизации. С этой точки зрения применение шагового метода оптимизации имеет большое значение. Таким методом, установлено,' чго для сбора топковолс:снксгого хлопка С5037 при серийном диаметре барабана целесообразно применение 12 - шшндельши барабанов с диа;.'ет-

Тзбяпца 2

Оптимальные параметры хлопкоуборочных кааип

,'/!! t П,Г !Н ! г.г-й tyjH г 1 k 1 'Р. у.! г;гл Ц"!

Аш-25

1 150 15 1 13 1. Б ' 10 е-з, 1 < 7,6 5,90

г 160 12 1 16 1.4 9,3 84, 8,9 С, 83

ЗА 145 18 1 12 1.G 10,3 80, .1 3,7 8,95

V Ан-Баяут

1 150 15 1 12 1.4 10 91, 94 0,9 2,41

г 15Ü 12 1 13 1. 5 10 83, 8 5,4 3,03

3* 145 12 1 12 1.5 10,3 83, 7 9,8 4,33

4 145 17 1 11 10,3 79, 55 15,5 6,13

ром шпинделей 30 :.!М или гэ 15-тп Енипдельш: бррабзаов о диаметром гсшшделеи 24мм. Пвлучска оптималшзл зяконекерпесг». вращзния шпинделя в зоне сбора и соогЕотствуздгж угла о:;гзта ремнямл ролг.ков гпкнделпП. Тгжл? определено, что с увелко'якм угла раежьтоетп дола серийного кншделя до 45-50°полнота сбора хлопна повьпгзэтен, такт.? птаьпгнёгсл огссрепкозта буяпзрного

хлопка, дальнейшие повышение угла раскрытости дола (до 60 ) не приводит к повышению шжюты сбора, по резко увеличивается засоренность. Все эти результаты • подтверадены экспериментально.

Дальнейшее улучшения показателей качества хлопкоуборочных машин возможно применением новых механизмов и приемов уборки. Например,для повышения вероятности встречи коробочки и шпинделя Р^ рекомендован хлопкоуборочный аппарат с активными задними шпиндельными барабанами(рис. 10). При этом кусты хлопчатника после прохождения первой пары барабанов,где они обрабатывается как и в серийном аппарате,подходят к третьему барабану, который, воздействуя на кусты только с одной стороны, разворачивает их и раскрывает закрытые ветвями коробочки. Достаточное прижатие коробочек к шпинделям 5 обеспечивается поджимным щитком 6, причем максимальная и минимальная ширина щели ыевду щитком 6 и баоабанами 3 регулируется ограничителями. После прохождения третьего барабана на куст воздействует четвертый барабан 4, переформируя его с другой стороны. Такая

Рис. 10. Схема аппарата с задними с повышенной активности шпиндельным! барабанами

схема обработки 1.,огоп более рациональна и, с точки зрения энергоемкости, но тргбует дополнительных вращающихся рабочих органов; основные детали аппарата унифицированы серийными. Для определения упругой характеристики пружины щитка рассмотрены кривые ун])угости пруганы 1 и хлопчатника 2 (рис. 11). Область работы прулпш определяется п соответствии с необходимой силой сжатия пружины Р и расстояния - ширины щели между шпинделем и поджимными щиаками. Уравнения вынужденных колебаний подкимкого щитка имеет вид:

= лйбт и>к1, (50)

где п-коэффициент затухания; -круговая частота собственных колебаний щитка, \)=«/с/л? ;с-яксткость пружины; т-масса п'дтка; Л(?,и?Л-параметры гармоники воэмуцающей сипы со стороны кустовой массы. Условия динамического копирования куста си, / , где (Д /V -коэффициент расстройки, для сОк =30... 35 ряд/с возможно при о (900... 12?.Б)*ш. Результаты сравнительных испытаний предлокзнных аппаратов на базе магинн ЯС1-1.Р в Учкургашетм районе Намонгансксй области показали, что новый аппарат пгг.р.п-лчет повысить полноту сбора на 3,8 X в сравнении с серийными.

Гке. 11. Определенна уир-а'ой пруг-га'1-; тто;г.>'-'тм-

ного ща^ка

В результате проведения данной работы создан полимерный пшшдель с достаточной долговечностью и отличающийся технологичность«! изготовления. Он состоит из двух основных частей: мэталлической и полимерной. Последняя изготавливается методом литья в специальной прессформе. Многодетные'испытания показали, что пластмассовые шпиндели обеспечивает высокие качественные показатели собираемого хлопка-сырца при сборе гак тонковолокнистого, так и среднёволокнистого хлопка.

В процессе уборки хлопка вертикальные шпиндели зазеленятся и стабильность показателей машин резко снижается. Это приводит к частый вынужденным останов^,! для обмывки к очистки шпинделей с большими расходами воды, на что затрачивается в среднем 20£ эксплуатационного времени работы машины. Ранее выполненные рядом авторов исследования по устранению этих недостатков вертикально-шпиндельных машин не дали келаемых результатов. Предложенный и испытанный нами шпиндельный очиститель работает на основе соприкасания* гибкого элемента с рабочей поверхностью шпинделя. В качестве гибкого элемента применяется капроновая , щетка и кардолента. В отличие от известных конструкций кардолентный элемент имеет: 1) привод в вертикальном и горизонтальном направлениях, что позволяет полнее очищать предзубовой дол и меиэубовую впадину от зелени; 2)подачу определенной дозы воды к гибким элементам и шпинделям. В ре-вультате этого зеленая масса на поверхности шпинделя растворяется в начальной период зазеленения и легче очищается. Таким образом, обеспечивается непрерывная очистка шпинделей непосредственно в процессе сбора хлопка. Эта конструкция чистителя испытана па полях Дустликского района Дкизакокой 15 щщионерно-гокхознйства им. Ким Пен Хва Ташкентской областей.

В главэ 9 дана методика,оценки эффективности хлопкоуборочных машин с учетом выполненных исследований. Отсутствие комплексных.показателей,отражающих специфику и назначение ма-к;:н, затрудняет зкепресс-оценку ври сравнительных испытаниях с цэлью выбора лучшего варианта конструкции рабочих органов. Гш>-

номичеокая эффект'иность мэшия является основным показателе;.-оценки, однако ее определение трудоемко и исходные данныэ для расчета получают льшь после завершения всего объема испиг-эний. Кроме того,существующий метод расчета не учитывает особенности эксплуатации мэшмн,например,уборку'после машинного сбора (сбор хлопка, курака, подбор зачистка поля и т.п. ).

Важно иметь показатель,который независимо от уровня испытаний позволил бы объективно с учетом современных агротребова-ний оценить эффективность хлопкоуборочной машины. За качество такого показателя предлагается принять количество хлопка-сырца, оставшегося после последующих сборов. Данный показатель позволяет также учитывать урожайность нераскрытых коробочек, сбитых на землю. Если известны полнота сбора по раскрытому хлопку Б при первом сборе,количество сырца,оставшегося на кустах К, и сбитого на землю 3,а тагл<е опавших на землю нераскрытых коробочек N и масса одной коробочки ш, то можз«т определить процент этих составляющих от раскрытого урожая: Б -Ъ/>, 3 , У. ,1-1= 100-Р-, где -отношение раскрытых и нераскрытых корэ-боче/. в момент сбора, Т -удельная урожайность с учетом иераск-рьпя!( коробочек. Тогда процент хлопка-снрца(для 1 -го сбора) .оставшегося после последуюшего(¡+1) сбора,определяется по формуле

н^цо < сРс-г-ц^,)...]-* юса-в,,)/г,

где Р1, Рс-з,... - Доля раскрывшихся коробочек в период между двумя сборами, Вк, В3- вероятность сбора хлопка с кустов и с земли при последующих сборах, В^ вероятность сбора ебитмх на землю золеных коробочек.

Таким образом,показатель Е зависит в основной от вероятности сбора с земли и с кустов нераскрытых коробочек, сбитых на землю. Для оценки эффективности хлопкоуборочных магия с учетом затрат на сбор сырца определим коэффициент эффективности по формуле:

__Со6,Гргр-к,доК%~ШъгЪчи

31 (с66,с\К -с,VIП-Р^кпощ-;52)

Здесь СО, Ск и Сэ-затрати на машинный сбор, на сбор оставшийся на кустах и на земле. При полной механизации уборки урожая коэффициент &ф|октивности приближается к единице, а доля эффективности каадого сбора обусловливается соответствующими показателей За.

Рассмотренные оценки удобно использовать при выборе конструкции хлопкоуборочной малины. Для оценки эффективности работы нескольких шмн или одной, но в различных в хозяйствах необходимо ташш учитывать стоимость реализации хлопка-сырца машинного сбора:

где II - процент хлопка-сырца, собранного в бункере подборщика; Ц5,Цл -цены на бункерный хлопок-сырец и подбор при каждом сборе. Зная ¿Г , мок"о прогнозировать прибыль хозяйств с учетом затрат па сбор хлопка. Процесс определения эффективности хлопкоуборокых машин связан с трудоемкими расчетами,поэтому наш! разработана программа для ЗЕМ.

Эффективность вновь разрабатываемых хлопкоуборочных машин определяется также качеством собранного хлопка-сырца. Процесс определения качественных показателей хлопка-сырца машинного сбора является трудоемким и выполняется в лабораторных условиях. Нами разработан метод оценки качественных показателей хлопка-сырца машинного сбора , который характеризуется коэффициентом удлинения, наличием в собранном хлопке отдельных (и групп.) летучек. Пробы для анализа выбирают по 0,1 кг из трех или более точек бункерного хлопка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе установленных закономерностей динамики технологического процесса сбора хлопка-сырца и взаимодействия рабочих органов уборочных аппаратов разработаны и реализованы научно-технические решения проблемы оптимизации параметров и обоснование путей модернизации узлов хлотюуборочных аппаратов для повышения показателей качества и надежности хлопкоуборочных машин на стадии проектирования.

- 43 -

2. Установлосновные свойства хлопкоуборочных машин I! хлопчатника, влиял";;-".1 на технологический процесс сбора: закономерность движения точек зубьев шпинделя в рабочей камере и в зоне сьема;существенное влияние силовых взаимосвязей отдельных рабочих органов на пространственные колебания хлопкоуборочного аппарата. Для изучения свойств уборочного аппарата и куста хлопчатника разработаны методики и специальные приборы: определение аэродинамических сопротивлений элементов хлопчатника, приборы для снятия колебательных и тасткостных характеристик элементов хлопчатника и уборочного аппарата,радиоэлектронные и контактные приборы для измерения частоты вращения шпинделей и барабанов. На основе изучения геометрических,упругих и диссипп-тивных свойств различных сортов хлопчатника описаны модели хлопковой летучки, коробочки и куста хлопчатншса, которые достаточно полно характеризуют механику изменения формы и размеров хлопчатника в процессе сбора хлопка.

3. Выведена теоретическая зависимость, адекватно описыва-шак влияния параметров шероховатости и волнистости поверхностей металлического и полимерного шпинделей на приведенный ко-М^ициент трения мекду хлопковой коробочкой и вращающимся шпинделем.. Определено условие вкалывания зуба шпинделя в хлопковую дольку: радиус заострения зуба шпинделя доджрн быть равен или меньше расстояния между волокнами на поверхностном слое долыга. Выведенный коэффициент петлеобразования в траектории движения вершины зуба шпинделя характеризует динам!«?/ захвата хлопка шпинделем.

4. Разработанные механико-математическая и физическая модели вкалывания и захвата хлопка шпиндельными рабочими органами позволили определить необходимые размеры траекторий вершин зубьэв шпинделей, достаточные для извлечения хлопка из коробочек. Установлено, что на захват хлопка зубом шпинделя больше всего влияют высокочастотные горизонтальные колебания шпинделя с амплитудой, превышающей 1... 1,Б мм, кбторне возни--кают в основном за счет крутильных колебаний сьемякков, - .шпинделей и барабанов. Эти колебания отрицательно влияет такта на

пок&Еатели надежности и долговечности деталей и узлов хлопкоуборочных машин. В результате исследования двиаения куста хлопчатника в рабочей камере выявлено, что вероятность встречи коробочки тонковолокнистого хлопка со шпинделями меньше, чем средиеволокнисюго, повышения его можно достичь увеличением диаметра или же числа шпинделей на барабане. Анализ схем изгиба веток хлопчатника в рабочей камере позволил установить, что переформировка до и в рабочей щели первой пары барабанов малоэффективна, лучше всего переформировать кусты хлопчатника в межбарабаяной зоне или же в рабочей щели задней пары барабанов,

6. Разработана механико-математическая и вероятностная модель полноты сбора хлопка-сырца, позволяющая . прогнозировать этот показатель на стадии проектирования. Эта модель сотоит из моделей отдельных этапов технологического процесса сбора хлопка: встречи хлопковых коробочек со шпинделями,вкалывания зуба шпинделя в волокно, захвата его шпинделем, транспортировки в буйке р и очистки (если это предусмотрено в технологическом цикле), которые рассмотрены как независимые случайные последовательные события, при этом полнота сбора хлопка рассматривается как совмещенный результат этих независимых событий.

6. Разработаны механико-математические и вероятностные модели потерь хлопка на землю и его засоренность,которые являются совмещением независимых событий технологических этапов процесса сбора хлопка. При моделировании потерь хлопка на землю суммируются- вероятности потерь хлопка в начале, рабочей зоны, после наматывания хлопка на шпиндель и в процессе транспортировки хлопка шпинделями до зоны сьема, в приемной камере и в процессе очистки (если это предусмотрено в технологическом цикле). При моделировании засоренности собираемого сырца учтена возможность смешивания хлопка с листьями и дальнейшая его очистка в процессе сбора.

. 7. Составленная кибернетическая модель создания сельхозмашин показывает важность проблемы прогнозирования показателей качеств? на стадии их проектирования. На основании механико математической и вероятностной .моделей полноты сбора,потери и