автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Организация потока кустарниково материала в кусторезе-измельчителе

РОСГОВСКИЙ-НА-ДОНУ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО .ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи УДК 631.311.7

ПОПОВ Сергей Иванович

ОРГАНИЗАЦИЯ ПОТОКА КУСТАРНИКОВОГО МАТЕРИАЛА В КУСТОРЕЗЕ-ИЗЖПЬЧИТЕЛВ

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соисканйе ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1990

Работа выполнена в Ростовском-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения

Научный руководитель - академик Российской академии

сельскохозяйственных наук, член-корреспондент ВАСХНШ1, доктор технических наук,профессор ДОЛГОВ И.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,профессор

КОРНИЛОВ A.A.

- кандидат технических наук ДАДЕНКО Б.В,

Ведущая организация - Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костикова (г.Москва)

Защита состоится " 13" декабря_ 1990 года в 10.00 часов

на заседании специализированного совета Д.063.27.02 при Ростовском-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени институте сельскохозяйственного машиностроения: 344708, г.Ростов-на-Дону,ГСП-8, пл.Гагарина,I, РИСХМ, ауд.252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского-на-Дону ордена Трудового Красного Знамени института.сельскохозяйственного машиностроение..

Отзыв в 2-х экз..заверенный печатью,просим выслать в специализированный Совет по указанному адресу.

Автореферат разослан Н^Я^Я 1990 г.

Ученый секретарь специализированного советв^у /

кшя-техн.наук,доцент Ю.И.Ермольев---

ОБЩАЯ ХАРАКГЕШСШСА РАБОШ

Актуальность теки. Подъем производства сельсЕОхсзгЯмвгнк-Д продукции в СССР во многом ¡зависит от создания надеансй м сбагна-сированной кормовой бази животноводства. Для достизешгя aiuw необходимо, наряду с увеличением производства грубых и сс^иях кормов, значительно расширить источники получения нсрысздк продуктов, за счет использования таких нетрадиционных путай, ees переработка в кормовые продукт» древесных отходов, сбр5зупд;!хся при проведении культуртехнических работ на объектах иехзог-гиги. С учетом возрастания дефицита белковых продуктов, müzuzL&Jcra so всем мире, данному направлению уделяется все Лользез ижкекхэ а нашей стране и за рубежом.

Ежегодно в СССР от кустарника и лес. расчихается секо 1»5 млн.га, что занимает 75$ от общей площади, осваиваенсЯ грз гутъ-туртехнических работах. Удаляемая с объектов мелиорация ^-гзегл-lia, объем которой составляет 30...35 ылн.т, в целях дальягйгеЗ утилизации должна бить переработана на технологлческуп ^егу,юта-рая мокет бить использоьана как сырье при производстве гигртлзз-ного сахара, корыоЕых дрожжей и белковых добавок для ■zzizjrs'.izz-ства.

Современные технологии удале,.ля кустарников с объегтсз мз-лиорации предусматривают совмещение в едином технслогзгсгсгс« гто-цессе операций срезания, подачи и измельчения, zvr.oT-ir.^-xz мобильными кусторезаш-тизыельчителями. Применение нустсрагсз-езь чителей позволяет повысить качество нультуртехническтх ргЗгт и сократить сроки ввода земель в эксплуатация.

Проведенные рядом авторов научные исследования а разрасти -ные рекомендации посвящены в основном процессам срозакя и зг-ызльчения растений кусторезами-измельчителями. Для гачестзезг.'огз и надежного выполнения технологического процесса нустсрезв ходимо организовать перемещение массива кустьрнн.;а когда aro срезания к измельчителю. Этот этап технологического cp^e^ü ;сустсргза ранее б полной мере не изучался. Поэтому направленные на создание рабочих органов, форьгяругцлх пггсз: материала в кусторезе, являются актуальными.

Цель исследования. Выбор типа и обоснование n&p.'ii.;í!tpob рабочего органа кустореза, прадназнапганогс л'л s'.gí-та срезанного кустарника и подачи его п .-л ;.:льчг.?&ль с ьггмггхъ-

шага потерши расхенжЗ, обеспечивавшего высокую производительность к заданное качество выполнения технологического процесса.

Задачи исследования. Выбрать работоспособный тип рабочего органа предназначена го для захвата срезанного кустарника и подачи его в измельчитель; обосновать критерий качественного выполнения оргоказсфи истока ияге риала в кусторезе-измельчителе; изучить характеристика потока кустарникового материала, удаляемого с объектов ыелморедш; теоретически изучить процесс формирования потока кустарника при его двнхеши от срезающего рабочего органа к измельчители; теоретически обосновать геометрические и кинематические параметры подащего рабочего органа, скорость кустореза а параметры установки сгебдеотгибателя, обеспечивающие заданное качество ЕыаодиеаыЕ рабочего процесса; экспериментально установит влияние технологических сьойств кустарника, основных геометрических и кинематических параметров подающего рабочего органа кустореза на качество вышхнешш рабочего процесса; на основании моделирования оагг~тс"*ровахь параметры рабочих органов, формирующих поток материала и разработать ннхенерную методику их расчета.

Объект исследования. Процесс формирования потока кустарника при его движении ох срезазщей фрезы к измельчителю кусторез а, осуществляемый вадьцсаьа! подгыздм рабочим органом.

Иетпд^яа исследорззая. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами логико-эвристического и техтко-эконодоческого анашза, нормирования веса характеристик, теоретической штаники, теории массового обслуживания,теории подобия и анализа размерностей, теории планирования многофакторных экспериментов я обработка статистических данных, а также сущест-вуисши методиками исследования сельскохозяйственных машин и материалов. При теоретических исследованиях и обработке экспериментальных данных испсяьзовашеь ЭШ. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях на специальнс изготовленных установках.

Научная новизна. Аналитически обоснован, разработан,экспериментально проверен и рекомендован к применению вальцовый захва-ткващий и по^-шдай рабочая орган кустореза-измельчителя ¡изучены и огысены характеристики потока кустарникового материала; обоснован рациональный критерий качества выполнения технологического процесса вальцовым падаявди рабочим органом; найдены детермини-рованнь'з зрейсймостя, позволяйте проводить многомерный анализ влияния независящее факторов на процесс формирования потока ма-

териала в кусторезе-измельчителе; полученные статистические математические модели позволили выявить основные закономерности процесса перемещения почока материала при удалении его кусторезом-измельчителем; найдены основные статистические характеристики взаимодействия крон кустарника.

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Получены аналитические и статистические зависимости для определения качественного показателя технологического процесса,позволяйте определять оптимальные параметры рабочих органов, формирующих поток материала в кусторезе-измельчителе; разработала инженерная методика расчета геометрических параметров и режимов работы.

Результаты исследовали;!, рекомендации, методика расчета использованы во ВНИИгидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова (г.Москва) при исследовании и проектировании рабочих органов мобильных кусторезов-измельчителей.

Годовой экономк-деский эффект от внедрения новой технолога!' с использованием кустореза-измельчителя составит 34,8 тыс.рублей по сравнению со среза!.!.ём и измельченш древесины на щепу передвижной рубительной машиной МГП-02,

Апробация работы и публикации. Основнно полояения работы докладывались на научно-технических конференциях РИСХМа(г.Ростов-на-Дону, 1986-1990 гг.), на кафедре "Сельскохозяйственные машины для полеводства" РИСХМа (1990 г.), на Всесоюзной научяо-техни-ческоЯ конференции "Мелиорация и водохозяйственное строительство" (г.Тбилиси, 1989 г.).

Содержание диссертации ныело отражение в II печатных работах, по теме диссертации получено положительное решение о выдаче авторского свидетельства на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 2 Г* страницах машинописного текста, состоит из введения, б разделов, общих выводов и рекомендаций, содержит 15 таблиц, 5? рисунков, 170 наименований литературных источников советских и зарубежных авторов, 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое обоснование актуальности темы и цель исследований.

В первом разделе нэ основе анализа ресурсов ежегодного на-

коплепил биомассу мелиоративного кустарника, возможных направлений его использования в народном хозяйстве, технологий и технических средств удаления древесно-кустарниковой растительности при освоении земель, уст юелено: ресурсы древесного сырья на объектах мелиорации значительны и могут найти широкое применение в народном хозяйстве, в частности, при производстве кормовых продуктов; при проведении культуртехничоских робот экономически целесообразно перерабатывать кустарник на щепу в почевых условиях с использованием кусторезов-измельчителей.

Технологический процесс и рабочие органы кустореза-измепьчи-теля изучались в работах И.И.Марченко, В.П.Мореева.Е.В.Даденко, А.А.Овчарова,В.В.Ямцик<^а. Авторами установлено, что наиболее рациональным срезающим рабочим органом кустореза-измельчителя является тонкая цилиндрическая фреза, а в качестве измвльчахудего рабочего органа целесообразно применять ножевой барабан. Также в работах этих авторов предлагается использовать стеблеотгибатель для обеспечен/* направленного попала растений и предотвращения заклинивания фрезы.

Недостаточно изученным в технологическом процессе кустореза-измельчителя является перемещение срезчнного массива кустарника от фрезы к измельчителю. Важность этого этапа технологического процесса обусловлена тем, что при воздействии на кустарник стеб-леотгибателем кустореза между кронами растений возникают силы сцепления, которые приводят к зависанию растений после среза и препятствуют подаче их в измельчитель. В результате может происходить нарушение технологического процесса, потеря срезанных стволов и сгруживоние их перед малиной.

Проведенный методом весовых характеристик анализ типов рабочих органов, формирующих потока материала при перемещении срезанного кустарника от фрезы к измельчителю, позволил сделать вывод, что вальцовый подающий рабочий орган, расположенный непосредственно за срезахщей фрезой, наиболее полно удовлетворяет требованиям по выполнению рассматриваемого этапа технологического процзсса.

Вопросы взаимодействия древесного материала с вальцовыми подающими рабочими органами рассматривались в работах Е.Г.Крото-ва, М.С.Мовнина, В.Я.Филькеьича, В.И.Санева, В.В.Захарова, Ы.Ы.Ботвина, М.А.Дешевого, А.Э.Грубе и др. Анализ существующих исследований вальцовой подачи древесины показал, что все работы, посвященные этой теме, относятся в основном к обработке деловой

древесины. При этой авторы рассматривает подачу зар; ориентированных стволов, совершающих поступательное движение в моменты захвата и прокатки вальцами, что но характерно рабочему процессу кустореза-измельчителя.

В отличии от прокатки деловой древесина при работе кустореза-измельчителя растения перед захватом нз ориентируется, стволы после срезания находятся п полете и совершает сложное дзикешн! под действием силы тяжести и ударного импульса фрози, преодолевая сопротивление со стороны последующих рас-гений. Нроме того древесина кустарника, удаляемого с объектов иалиорецин, отличается от деловой древесины по гидротерническому состояние и технологическим свойствам, а характер всей массы маттиола кустарника накладывает определенные требования на процесс захвата, связамиыа со спецификой функционирования кусторезе-измельчителя.

На основе анализа состояния вопроса сформулироронн цоль и определены задачи теоретических и экспериментальных исследований.

представлены теоретические исследовании по обосновании критерия качественного выполнения организации потока материала в кустор зе-измельчителе и по обоснованна рациональных пьриютров вальцового подавщего рабочего сргадн.

Качественным критерием выполнения процесса формирования потека материала в кусторезе был пр>;.)ят относительный показатель числа кустарниковых растений,без нарушения технологического процесса передаваемых в измельчитель, от общего числа растопи?» сро-занных фрезой:

Р = , ( 1 )

М£ '

где N0 - количество стеблей, захваченных вальцовым аппаратом;

М, - общее количество стеблей,срезанных фрезой кустореза. Зтот показатель аналогичен показателю чистоты среза для о?в-па срезания кустарника, принятому в ОСП' 70.12.2-06 "Ц-эшшн ы-^ио-ративные культуртвхмпчешиб".

Ряссиатрипап задачу о качественном и надежном исполнении <сы-н< логического процесса, необходимо выделить дпэ сущесчтениил П^-л(>:.!й!!1!и, на ото свойство:

п;/, го'»ч'-1:,)ость трг"».!г:-!.ср^'.'.^у-чт-1' ? yi.-rpc.ii г^ли г.!я;ол~ г.,:'. 1. ■.'■г.сп нл^п п ну.чный мемс!.':' ър^.м-пп;

1 ■ ^ ■ , С АЛй.'Пе »1:Л(Н,-!:, С,0:. •:>,• ■':;>...■ I.; з"5. ороа.ч:! -

Основное треб^зание к работе кустореза, отражающее готовность подаицих вальцов в нужный момент времени захватывать и передавать срезанный материал без потерь стволов и нарушений технологического процесса, было получено на основе положений теории массового обслуживания. Ир« этом под обслуживающей системой будем понимать совокупность рабочих органов кустореза, формирующих поток материала при его движении от фрезы к измельчителю, а потоком требований будет поток срезанных фрезой растений.

Установлено, что поток одноствольного кустарника обладает свойствами стационарности, ординарности и ограниченного последействия. Время поступления требований для такого потока d нашем случае определяется как

t=-f- , ■ ( 2 )

где L - сре.цнее расстояние между стволами;

V - рабочая скорость машины.

Время обс^уг валия определяется из выражения

(3,

где к - средняя высота растения;

- скорость подачи срезанного растения в измельчитель.

Обслуживающая система характеризуется тем, что срезанный ствол кустарника должен сразу же захватываться подающим устройство«, то есть к моменту окончания срезалия кустарника фрезой по-даиыее устройство должно быть свободным или другими словами, время ожидания поступающего требования должно быть равно нулю. Это является основным условием готовности подающих вальцов и может быть записано следующим.образом

L к

T-t i 0 или у • (4 )

• Технологический процесс формирования потока кустарникового материала в кусторезе-измельчителе можно разбить на четыре этапа: I - отгиб ствола до начала срезания; 2 - срезание ствола фрезой; 3 - отброс ствола ножами фрезы и полет ствола; 4 - захват комля ствола вальцами.

Бо время протекания первого этапа стеблеотгибатель кустореза пригибает ствол по направлению движения машины. При этом крона кустарника начинает взаимодействовать с кроной последующего ствола, между кронами возникают силы сцепления.

В момент окончания первого этапа па ствол будут действовать следующие силы: - сила тяжести; N - реакция со стороны спеблсотгибателя; Р{н - сила ветровой нагрузки; -- г.нла

сопротивления воздуха; Рд - реакция со стороны соседнего дерева; Г - сила сцепления между кронами; - сила трепня ствола о стеблеотгибатель.

Допустим, что силы , Ру , Р и Р«; приложены к титру кроны. Значения сил в момент полного отгиба ствола жжно определить из системы уравнений

з г. 1 ,

+ - Рх ; ( 5 )

' (6)

где £ - иодуль упругости материала ствола; Ус - момент инерции относительно комля; А - максимальный вшос с-гоблсотг^бате-лл; Кг , К£ , К^- расстояния от точш! О соответственно ;г,о точки приложения отгабгкцоП силы, до центра т.тгестп и центра ?:ронч.

Значения Ру и Р* определится из ст.'.'дусхих зевистгостай

Ру = ту ■ кг, <( ; (?)

■'.-А.."1

и, 4

где сС. - угол поворота ствола; С - кеэХфщнент лобового сопротивления; у - мидвлево сечение обтакееуого геле; -плотность воздуха; Щ - скорость ветра; - скорость теш грчлояечия силы сопротивления воздуха.

Второй этап технологического процесса включает ерззэшз ствола фрезой и характеризуется тем, что в мздеи? его оаонченил ног, следукглй за ножом фрезы, осуавствивсгим полное пэрг-осзаняе,ударяет по комлю ереэааного ствола, после чего поезедок.! еоверяает плоскопараллельноз движение (3 этап).

При допущении о ток, что стргл во ррелт полет г »эюсется з вертикальной плоскости и крона ого пад1с:т енчз, охраняя контакт

с соседним деревом, угол поворота ствола J- (рис.1) изменяется m закону

JL'ti*lh<XiCli + ^»П + К)

где a.s(mylt)'

Pw

P.S

JLL:JÂi + jt-

mC^if:

±_ JL

Рнс.I.Схема сил.действующих на ствол поело срезания

ляется из выражений

К' «У^-^Т

Un cii

(il)

еС0 ~ угол поворота ствола в момент полного отгиба; R - радиус фрезы; СОдр -- угловая скорость (¿розы до удара; К - коэффициент вос-стшювления; ^ - угол направления ударного импульса; li/c - момент инерции ствола относительно центра кроны; Уф - момент инерции фрезы; Зс - момент инерции ствола относительно центра ттассти;

Значение N находится из системы уравнений (5) и (6).

Б системе координат,показанной на рис.1 положение комля ствола (точка 6 рис. I) во время полета опреде-

У(1 + ГКк-)-cc>j«C.

(12) (13)

Продифференцировав выражение (II), получим закон изменения скорости поворота ствола относительно точки К ^('О .

При условии С0(с 0 определяется время I ствол переместится на максимальное расстояние

за которое

а и^'^

1

(14)

, I

Подставляя 1 из формулы (14) в выражение (II), определяется максимальный угол поворота ствола сС^дх и далее .используя равенства (12) и 1|13), вычисляются координаты комля ствола Х^ , У[ за время 1 после срезания.

За это время по координате X ствол переместится на расстояние

А = Х|- I . (15)

Величина А будет определять максимально допустимое расстояние от центра фрезы до зоны захвата вальцами (рис.1)

где 5 _ расстояние м еду центром фрезы и центром никнего вальца; Э - диаметр вальцов; О - диаметр ствола.

Откуда ^ ^

5= Д + ^-Й + у • (17)

Анализ полученных зависимостей,расчет на ЭШ показали, что возможны такио сочетания режимов работы фрезы, параметров N и ГП.^, , расстояний ¿с и t¿ при которых угол будет меняться от «С0 в сторону уменьшения. В атом случае комель под действием приложенных сил будет перемещаться по направлении движения иыш-ны.

Исходя из этого, накладываются ограничения на скорость движения калины

где <Ь( - расстояние, на которое переместится комель по ходу машины за время после срезания (рис.1).

Расстояние будет равно величина 4 (15) с противопо-• ложный знаком, так как в этом случав ствол перемещается по ходу иашны и будет меньше I .

Четвертый этап технологического процесса (захват комля ствола вальца:.',и) характеризуется тем, что при попадании комля в

зону захвата вальцами на него действует реакция со стороны вальцов (?,,!?! и сила тренияТ,,!-!(рис.2), причем

Тг-^, С»)

где у = 'Ц - коэффициент трения.

Их равнодействующая (Ц может быть направлена в сторону вальцов или от вальцов. Захват ствола вальцами произойдет, если равнодействующая сила способна преодолеть сопротивление со стороны других сил, действующих на ствол. Условия обеспечения захвата при разных диаметрах вальцов определяются из выражений

и

(20)

где1( i^i и fit ') Pi ~ УГли тРвния и утл11 захвата соответственно для верхнего и нижнего вальцов.

При равных диаметрах вальцов на их величину накладываются следующие ограничения

Н,-

4-

All

(21)

Рис.2.Схема сил,действующих на ствол при захвате его вальцами

где - пшрина зоны захвата;

I - возможный подъем вальцов.

Установлено, что для приближения направления подачи ствола к перпендикулярному линии центров возможно изменение угла наклона линии центров вальцов (рис.3) При разных радиусах вальцов ( ^ 1г ) значение угла Т определяется из выражения

(22)

Для надежного выполнения процесса захвата необходимо использовать вальцы со специальной рифленой поверхностью, либо с зацепами.

Количество зацепов вычисляется из условия, что эл нремя полета стпл-лп от фрезы до зоны эахввтя вальцами через зону захвата должен пройти хотя бы один зацеп и равно

(23)

Скорость подающих вальцов определяется из условия транспортирования стеблей кустарнике без потерь и сгруживания растений перед машиной (4). С учетом возможного отбрасывания ствола по ходу машины скорость подачи ствола вальцами находится из выражения

Рис.3.Схема определения направления подачи

1i.HL

(24)

"ч " "М I - 3, '

В результате расчетов на ЭВМ установлено, что диаметр вальцов должен быть в пределах 200-245 мм, а количество зацепов З-б.

В третьем разделе изложены программа' и методика экспериментальных исследований. Программой экспериментальных исследований предусматривалось решение следующих задач: определение силы сцепления в кронах кустарника; статистическая оценка адэкватносги полученных теоретических зависимостей; исследование влияния физико-механических свойств кустарника, геометрических и кинематических параметров рабочих органов на показатель качества выполнения технологического процесса на основе моделирования организации потока материала; оптимизация параметров рабочих органов, формирующих поток материала.

Экспериментальное определение силы сцепления в кронах кустарника проводилось в полевых условиях для различных групп диаметров кустарника сметанного породного состава.

Экспериментальные исследования влияния основных пок затвлей на качество выполнения технологического процесса проводились в лабораторных условиях на специальной установке с использованием кустарника березы и тополя.

В качестве критерия, характеризующего качество выполнения

технологического процесса, бил принят ранее описанный показатель

Р , % (I).

lía априорной информации и результатов теоретических исследований были определены основные независимые факторы, оказывающие существенное влияние на исследуемый процесс. К ним отнесены: сила сцеплении в ¡фоне F (Н); вес ствола тй (Н); угол наклона ствола до начала воздействия стеблеоггибателем <кц (рад); расстояние между стволами i (м); расстояние от центра фрезы до центра нижнего вальца 3 (м); окружная скорость вальцов Vn (м/с); скорость машины X (м/с); высота стеблеотгибателя ti (и); вынос стеблеотгибателя Éj, (а); угол наклона вальцов ^ (рад); диаметр вальцов

I) (мм); диаметр ствола d (мм).

Из указанных факторов били составлены безразмерные комплексы, которые рассматривались в виде следующих двух моделей

/ С Л ^ I L № пг Л I 1 Vts ^

Ы^) л"(т) -НЫ -Щ -í *' (2а)

D - Г I Я f" ¡L \il (Jkfc I ¿L\ÍH /¡¡ r ili

ргс»Ы '(т) ix) 'ПГ) I • (26)

При моделировании технологического процесса кусторез^-измель-«мтеля стволы растений размещались на тележке, которая равномерно перемещалась в сторону стационарно установленных рабочих органов кустореза. При этом дня первого варианта моделирования (25) сила сцепления мегду кронами Г имитировалась набором нитей, которыми связывались центры крон стволов. При реализации второго варианта моделирования (26) вместо соседнего ствола на телевже устанавливался в.естко закрепленный щит и сцепление между кронами имитировалось трением кроны-срезанного ствола о поверхность щита.

Кроме того проводились исследования влияния на показатель качества основных параметров кустореза-измельчителя, которые могут регулироваться при его эксплуатации. К таким факторам были отнесены: скорость машины 1ГМ (м/с)- Х( ; скорость вальцов У"Гк (м/с) - Х} ; высота установки стеблеотгибателя ^ (ы) - ^ ; и с ними рассматривались основные характеристики материала: диаметр ствола (им) - ; расстояние ыекду стволами I (м) - Х5 .

В качесгве модели в данном случае был принят полином второго не [¡ядка,

Гш^сривциоано-измерительный ьомплекс включай стандартные

сродства контроля и регистрации -тнейних размеров, скорости,углов счли и ипссы.

Пря реализации прогрели исследовании использовались мстоли-ки проведения много^экторного я одно^гшторного .мссгори.чента и течатические мегбда обработки статистечеекях данных с пр:шеи<?>ич"'

ОЛ5КТрОННО-ВиЧИСЛИТСЛЬ|!ОЙ ■ЗХЬ'ИНН.

В четвертом те>лвлп приведены результат» экспериментальных исследований, дан их гнзлиз, произв?до:т оценка результатов теоретических и оксперимснтплышх исследования, определены рациоиаль нне значения регулируемых параметров рабочих оргоноз.

В табл.1 представлены основные результаты статистической обработки экспериментальных данных по определение силы сцепления а кренах одноствольного и гнездового кустарника.

Таблица 1

Основные результаты статистической сбработ::и за^ероз силы сцепления в кронах кустарника

Тип кустпр- Диаметр пика !стволов

! а |ММ I

I

Среднее значение силы сцепления,

Р .н

•Ноэ^и-1циент !вариа-

«т.*

Доверительны;! 1 интервал ,(р - 0,99)

Допустимые ! (толерантные) . границ

Г

одноствольный мелкий

одноствольный крупный

гнездовой

20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-60 10-30

25,1 29,7 81,5 120,4

139.1

145.2 51,5

25,7 27,0 29,4

23.4

23.0

25.5

48.1

22,63-29,57 25,71-33,69 69,56-93,'14 106,37-134,43 123,17-155,03 126,78-163,62

12,15-40,05

13,65-45,75

33,45-129,5-4

63,95-176,83

75,01-203,19

71,06-219,31

В результате проведенных исследований установлено, что взаимодействие крен кустарника при зго удалении кусторозом-измельчпто -лем происходит в большинстве случаев, в среднем у 85 % растений возникают силы сцепления между кронами;

среднее значение силы сцепления колеблется в довольно широких пределах от 25 до 145 Н для одноствольного кустарника диаметром от 20 до 80 мм при смешанное породном составе;

для одноствольного кустарника распределение силы сцепления подчиняется нормальному закону, для гнездового - логарифмически нормальному.

По экспериментальном данная были построены уравнения связи среднего значения силы сцепления и диаметра ствола. Таи, например, ста сьязь микзт быть описана при 2,Ъ% уровне значимости следующим параболическим .уравнением

? н. с 27)

В результате исследований влияния безразмерных комплексов независимых факторов на показатель качества выполнения технологического процесса Р ($) были получены уравнения регрессии, адекватно описываяите экспериментальные данные.

Уравнения регрессии, например, для кустарника березы имеют слодакццй вид:

дкя первого варианта моделирования £ . р .-¡ЩС2 0,5031 ( , .0,221ц ,г 0,2412 f 0,213 •O.JWi

» , г , —. . , .или , ,г ,и,гкг ( ( .и,¡¡u -«.sh«

Р,=«о.И5.Ц-) ¿н •(£] .(-I) {\) | J

для второго варианта моделирования

е ,с,гь"?,., дйгз. ,Р ли а , с .0,1020 *о,т о.еш

(т) -Щ. '(-£) -г (2Э)

IIa рис.4 приведен графический анализ уравнения (23). На основании получении:: уравнений реграссии были определены эффекты слияния условных факторов безразмерных комплексов в пределах интервала варьирования иа критерий качества рабочего процесса (табл.2).

Таблица 2

Эф&окты влияния факторов

Условные .¡Впто^гн.провед§над^9^спврим$нта___

р'щиа|лкееЭ-|^0рвый вариант моделирования!Второй вариант шдалиро-

коиплоксы) ----—,--!-МШШ--

¡Срезание тбполя!Срезание бе-!Срезание !Срезание _ __i____1.т>е-чЬ1_¡тополя_[бепеды_

Г7Ц

еСи

L/S

с. А

ш

- 17,455 - 11,6% - -

9,256 13,1% 23,136 I.8Ä

49,® 35,8Й 49,41 5I.2S&

43,5jS 46, ЗЙ за,es 25 »«З/Ь

27, % 40, СЙ 331 27,0%

- 24,1% - 15,$$ - 6,7$ ~ - 18,

- - 23,7/5

80 70 80 50 40

ч n

1) < и з 1 «

ао

70 60 50

к 40

тй ш 1Ж

0.755 1.7;

У

?

1 /> V / 7

/ / Г -

М 13 1 24 г ■ —у 1 'и

{Г

ш—ОТ

йг

~S.IT"

"ШГ

Тз Т2Г"

"Т^Г

~ШГ

Рис.4.Графики зависимости показателя качества Р от основных факторов для первого варианта моделирования при срезании березы

Анализируя уравнения регрессии, рис.4 и табл.2, можно выделить группу комплексов, влияние которых на процесс заметно больше, чем остальных комплексов.К ним в первую очередь относится соотношение расстояния между стволами и выноса фрезы ¿/^ , которое по значимости влияния превосходит .остальные комплексы в трех уравнениях из четырех полученных. Далее к наиболее значимой группе комплексов следует отнести соотношение скоростей подачи и кашины Ип /У^ и соотношение координат стеблеотгибателя •

Следует отметить, что характер влияния (возрастание, убывание) со стороны каждого фактора сохраняется для всех четырех проведенных экспериментов (см.табл. 2).

Кал видно из графиков (рис.4) показатель качества выполнения технологического процесса возрастает с увеличением расстояния между стволами I и уменьшением скорости машины Ун . Это сязано с тем, что увеличение величины I* , или уменьшение приводит

к увеличению времени поступления требования в обслужиэающуп систему (2). Экспериментами также подтверждено, что увеличение скорости подачи- Уп ведет к уменьшению времени обслуживания (3).. При малом

- 1а -

гниении отношения 1ГЛ Дгм вальцы не ь состоянии о&лужить пос-тупащий поток требований.

Уменьшение высоты установки стеблеотгибателя ^ или увеличение выноса ^ ведет к увеличению реакции со стороны стеблеотгибателя,которая препятствует полету ствола в зону захвата. При минимальном ^реализуется случай, описанный в теоретическом разделе,когда комель ствола поели срезания летит в противоположную от машны сторону.

При проведении экспериментов по второму варианту моделирования наблюдалось влияние но технологический процесс диаметра вальцов Т) Л'&кха отмечалось некоторое влияние на процесс угла установки верхнего вацща ^ .Паклен верхнего вальца позволяет несильно улучшить захват комля ствола и повысить показатель качества.

Установлено,что увеличение силы сцепления Г приводит к ухудшению уолэвий протекания процесса.Отрицательное влияние на процесс силы сцеп пении п кронах отмечалось в теоретических исследованиях. Незначительное для большинства случаев влияние предварительного угла наклона ствола п(и на качество работы объясняется тем, что в мокенг начала срезания угол наклона ствола определяется в основном координатами стеблеотгибателя и мало зависит от угль предварительной установки ствола.

ГЭнспбриментальшз исследования влияния регулируемых парам&г--ров кустореза и основных характеристик материала на показатель качества выполнения технологического процесса Р {%) проводились по плану Хартли Нач • 'В результате были полуцени следующие уравнения регрессии для тополя и дал березы:

Ут - ¿(,¿¿>45,012 'Х, + 20,572 'Х^ЛЭД -Б,Но + /Ц5£^ Л5 - ( 30 )

Ч651к-Х]-<£,Я5Х1 + 6,25 Х,-Х3 ; Ус8в/16/9-й1Ш-Х(+<71236-Л1+/217«-Х4-7,22«-Х*+ ( 31 )

♦ И 676-ХЧ г X* - 15,2п - Х2а -В.Н7- Л + V■ .

На рис..5 продстаьлени графики,построенные по уравнена». (31),

Максимальное значение отношения числа обхваченных ствояои к -¡лепу ср&аашшх ( Р =» 100Х) было достигнуто при Уц - 0,1 ь/а; = 4.6 ы/с; ^ = г,2. м; с/= 20 мм; I - 2,0 м.

Шлн'»в 01'оугстьце захвата стволов нябдишяось при 1ГГ =.0,5м/с.; ^ - IX м/с; Г, « 1,2 « ВО га; /. - 1,0 п.' )> ['ймюняя (3.)) и (Л!) ¡;р:гни^йлпг::> I: кач>.ч;:гв:-

1:1.4 г.^цаош: чьних ппр.чмътр ,'Ь 1 ( ! )

/ .

:.•!.. \ 1 1 Г|1'''1:.ч '^м.мп = ; :> : .'.тс.,-I " \ \\ , I,

РД

90

го

7(1

во 50 №

_ /

X \

А \

!

Йо"

ш Ё"

2,05 ТТ?

"575-Щ-

Критериев оптимизации был принят показатель качества Р (.%), а основное ограничение на трч -метри определялось из условия (4) .К числу огррни"9!ШЙ также отнесены и области допустит* значений варьируемых параметров , ,

Определэние максимума целевой функции и рациональных параметров 1/м , 1/л , про водилось на ЭВМ .¡8К-ЗМ.Вариант результатов оптимизации представлен в табл.3.

Экспериментальные исследи-

Тпо-Ш-Гг^'" впнил Доказали возможность ис-

Яг

¿д 50— д'5 ' пользования вальцов для огрвнч-

Ш

1,5

П 5

Рис.5.Графики зависимости показателя качества Р от скорости машины 1/м (1),скорости подачи ¥л

(2).высоты стеблеотгибателя

(3) »диаметра ствола <Х (4), расстояния между стволами I (5)

2.0Ь.м эации потока материала кустарника при его перемещении от срезающей фрезы к измельчителя. Основные теоретические предпосылки и выводы подтвердились экспериментальными данными.

Таблица 3

Вариант результатов оптимизации (для березы)

Вариант оптимизации IИсходные Определяемые параметры___

!данные ' скорость !линейная !высота уста! !машины ¡скорость паль- новки стебло-I ! 1ГМ .м/с 1цов Уп ."/с !отгибптеля ___I _ I I I М «м___

I.Кустарник мелкий, с( =35 121 0,-346 зарастание редкое ¿ =1,5м К = 3 м

Я, 987

1,85

2.Кустарник мелкий, с( -35

мм

зарастание среднее

Ь =0,7 м 0,183 Н = 3 м

4,054

2,123

В пятом разделе представлены результаты испытащй вальцового подающего рабочего органа кустореза-измельчителя в производственных условиях и дается оценка экономической эффективности от внедрения результатов исследований.

Испытания проводились в полевых условиях на лабораторно-по-лавой устанозке, изготовленной во ВНИИ гидротехники и мелиорации (г.Москва). Установка является навеской на трактор ДГ-75Б, оборудованный ходоуменьшителем, и содержит срезающую цилиндрическую фрезу, подающие вальцы, пригибающее устройство, измельчающий аппарат и дефлектор для выброса щепы.

Производственные испытания подтвердили возможность и перспективность использования в качестве захватывающего и подающего рабочего органа кусторезе цилиндрических вальцов с зацепами, расположенных непосредственно за срезающей фрезой. Результаты исследований процесса формирования потока материала подтвердили сделанные выводы ис теоретическим и экспериментальным исследованиям.Установлено,что энергоемкость процесса подачи вальцами не превышает 3,5 кВт, а потери материала - 3,8£.

Полученные результаты исследований, методика расчета геометрических параметров и режимов работы рабочих органов использованы во ВНИИ гидротехники и мелиорации им.А.Н.Костякова при разработке мобильных кусторезов-измельчителей.

Экономический эффект от внедрения технологии с использование« кустореаа-измельчителя 'составит 34,Б тыс.рублей в год на одну машину.

В шестом разделе изложена методика инженерного расчета комплоты рабочих органов, формирующих поток материала в кусторезе-измельчителе.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И-РЕКОМЕНДАЦИИ

I.Экономически целесообразно перерабатывать кустарник,удаляв-шй с обьектов мелиорации, на технологическую щепу с использованием кусторезов-измельчителей.Наиболее рациональным типом рабочего органа для организации потока материала в кусторезе является вальцовый аппарат.расположенный непосредственно за срезающей фрезой.

2.Теоретически обосновано основное требование к функционирования обслуживающей системы: время подачи ствола в измельчитель должно быть меньше времени поступления следующего растения.Экспериментально подтверждено существенное влияние на процесс скорости додачи ствола и скорости ыадины .Так при «с 1,2м/с

п > 0,5 м/с нарушается протекание технологического процесса.

3. Теоретически и экспериментально установиено, что при пригибании ствола стеблеотгибателем кустореза-измельчителя более чем и 85^ случаев происходит взаимное проникновение крон растений и между кронами возникает силы сцепления. Экспериментально получены количественные значения силы сцепления в кронах. В частности,среднее значение силы сцепления меняется от 25 II до 145 Н при увеличении диаметра дерева от 25 до 75 мм.

4. После срезания ствола он совершает сложное движение в результате ударного воздействия ножом фрезы. Дальность и направление полета ствола зависят от параметров фрезы и режимов фрезерования, породы растений и их геометрических и весовых параметров, координат установки стеблеотгибателя и степени заростнос!.. осваиваемого участка.

5. Геометрические параметры захватывающих вальцов определяются коэффициентом сцепления поверхности вальцов с древесиной, диаметром фрезы, шириной зоны захвата. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что для повышения качества выполнения технологического процесса необходимо для захвата и подачи ствола использовать вальцы, снабженные специальными рифлями или зацепами. При срезании стволов диаметром (I = 30-60 мм, радиусе фрезы

Я » 55 мм, расстоянии между стволами I » 1,0-2,5 м и высоте стволов (г = 3-й м диаметр вальцов должен быть равен 200-245 мм и количество зацепов 1 » 3-6.

6. Теоретически и экспериментально установлены оптимальные сочетания конструктивных и кинематических параметров рабочих органов, обеспечивающих захват и подачу растений с заданным качеством выполнения технологического процесса. Так более 96% срезанных стволов захватываются вальцами при следующих значениях основных параметров: скорость машины У^ = 0,1 м/с; скорость подачи

1/"п =4,6 м/с; высота установки стеблеотгибателя ^ > 1,7 м; среднее расстояние .между стволами 1* > 2,5 м. Энергоемкость процесса подачи не превышает 3,5 кВт.

7. Материалы диссертации нашли применение при разработке и исследовании мобильного кустореза-измельчителя.

Предложенная методика расчета параметров рабочих органов и полученные в работе теоретические и экспериментальные зависимоегл могут быть использованы с учетом дополнительных исследований для разработки конструкций подающих рабочих органов при срезании цч-

яипдрическими фразами ¿''угих крупностебельных ыатегладов (кукурузы, подсолнечника, тростника и т.п.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах

1.Теоретические основы моделирования организации потока материала в кусторазе-азыельчителе (Соавт.:Н.Н.Валяев,З.М.Машаев) // Проектирование сельскохозяйственных машин и агрегатов для кормопроизводства с-элементами САПР:Межвуз.сб.- Ростов н/Д,1987.

- C.III-I.3.

2.Моделирование технологического процесса кустореза-измельчителя. Обоснование оптимальных параметров рабочих органов,обеспе-'Швькцих качественный срез и измельчение кустарника: Отчет о Ш1Р. Тека К1 494.Q0.00 / Ростов.ин-т с.-х.машиностр.: Руководитель Н.й.Валяэв; р ГР 01.66.0115095; Инв. )> 02.88.0033812.-Ростов ь/Д, I2Ü7.- 133 с.

3.Организация потока материала в кусторезе-измельчителе при срезании одноствольного кустарника /Ростов.ин-т с.-х.ыашностр.

- Ростов н/Д,1938.- 14 е.- Деп. во ВНЯИГЭИагропроу 16.02.89,» 133.

4.Обоснование выбора типа рабочего органа для формирования потока материала в кусторезе-изыельчителе //Проектирование сельскохозяйственных п с элементами САПР: Меквуз.сб.- Ростов н/Д, 1983.- С.150-157.

5.Вопросы надежности технологического процесса кустореза-из-ыельчителн для сведении кустарника при мелиоративных работах/мелиорация и водохозяйственное строительство: Тез.докл.- Тбилиси, I9GD.- С.43.

6.Определение силы сцепления в кронах кустарника /Ростов.ин-т с..-х.машиноетр.- Ростов н/Д,'989.- 18 е.- Деп. во В!ШГЭИагропром 08.01.90, 46.

7.Исследование рабочего процесса формирования потока материала ь кусторезе-измольчителе:Отчет о НИР.Тема № 494.00.01 /Ростов, ин-т с.-х.машиностр.: Руководитель Н.Н.Валяев; № ГР 01.88.0026462; Шш.» 02.90.0041287.- Ростов н/Д.1989,- 170.

8.Лабораторное моделирование процесса организации потока материала в кусторезе-измельчителе при условии взаимодействия раса а-i;iiii в кронах (Соаат. :11.А,Долгов)/Ростои.ин-т с.-х.и'ишностр, - Рос-тоь н/Д,19Ь0.- 31 е.- Дои.ьо ШШТЭНанропром 31.05.SO,ir 265.

9.Обоснование рацион малого варианта технологической схемы