автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности погрузки навоза погрузчиком непрерывного действия и обоснование параметров элементно-цепного питателя

РЕФЕРАТ

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Состояние погрузки органических удобрений в сельском хозяйстве

1.2 Обзор конструкций питателей погрузчиков непрерывного действия

1.3 Классификация режущих питателей погрузчиков непрерывного действия.

1.4. Обзор существующих исследований мощности и производительности погрузчиков непрерывного действия

1.5 Выводы

1.6 Цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭЛЕМЕНТНО-ЦЕПНОГО ПИТАТЕЛЯ

2.1 Конструктивно-технологическая схема элементно-цепного питателя

2.2 Кинематическое исследование.

2.2.1 Кинематика рабочего органа питателя.

2.2.2 Исследование процесса отделения стружки.

2.2.3 Исследование работы питателя с комбинированным рабочим органом

2.2.4 Основные параметры питателя.

2.3 Взаимодействие питателя с грузом и силовой анализ.

2.4 Производительность погрузчика с питателем.

2.5 Мощность элементно-цепного питателя.

2.6 Энергоемкость элементно-цепного питателя

2.7 Выводы

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика лабораторных исследований

3.1.1 Описание экспериментальной установки

3.1.2 Порядок проведения исследований.

3.1.3 Методика планирования лабораторных исследований

3.2 Программа и методика производственных испытаний погрузчика непрерывного действия с элементно-цепным питателем.

3.3 Исследование физико-механических свойств навоза.

3.4 Выводы

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Физико-механические свойства навоза.

4.2 Результаты лабораторных исследований элементно-цепного питателя

4.3 Анализ математической модели, определяющей производительность элементно-цепного питателя.

4.3.1 Влияние поступательной скорости и скорости рабочих элементов на производительность при постоянном угле наклона

4.3.2 Влияние поступательной скорости и угла наклона на производительность при постоянной скорости рабочих элементов

4.3.3 Влияние скорости рабочих элементов и угла наклона питателя на производительность при постоянной поступательной скорости

4.4 Анализ математической модели, определяющей мощность элементно-цепного питателя

4.4.1 Влияние исследуемых факторов на мощность питателя.

4.4.2 Влияние поступательной скорости и угла наклона на затрачиваемую мощность при фиксированном значении скорости рабочих элементов.

4.4.3 Влияние скорости рабочих элементов и угла наклона питателя на затрачиваемую мощность при постоянном значении поступательной скорости питателя

4.5 Анализ математической модели определяющей энергоемкость элементно-цепного питателя.

4.5.1 Влияние исследуемых факторов на энергоемкость питателя

4.6 Результаты производственных испытаний.

4.7 Выводы

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.

Важнейшим элементом повышения плодородия почвы и роста урожайности сельскохозяйственных кулыур являются органические удобрения. Благодаря питательным веществам, которые содержатся в них, создаются благоприятные условия для нормального роста и развития растений.

В зависимости от возделываемых культур норма внесения органических удобрений на поля составляет 20.30 т/га. Отсутствие эффективных машин для погрузки органических удобрений привело к снижению этого показателя. В результате содержание в почве органических веществ значительно сократилось и уменьшилась урожайность культур.

Погрузка является одной из основных операций в производственно-технологическом процессе внесения удобрений. Существующие серийно выпускаемые погрузчики непрерывного действия не отвечают требованиям по энергоемкости и материалоемкости.

Перечисленные показатели напрямую зависят от заборного устройства-питателя, с помощью которого происходит отделение навоза от бурта. В существующих погрузчиках непрерывного действия питатели одновременно выполняют несколько функций: отделение и захват груза, перемещение отделенной массы к месту отгрузки, подача на отгрузочный транспортер. Совмещение названных операций при работе с плотным слежавшимся грузом приводит к увеличению конструктивных параметров питателя, что вызывает рост энергоемкости и металлоемкости. Питатели с одним рабочим органом при существующих габаритов последнего не могут работать с массивами груза высотой 2,2.2,5 м, так как снижается надежность функционирования рабочего органа, из-за обвалов в технологической зоне.

Новые конструктивно-технологические схемы питателей к погрузчикам непрерывного действия, благодаря разделению функций отделения и транспортирования груза, позволяют сократить энергозатраты на погрузку и 6 повысить производительность погрузчика. При этом расширяется область его применения.

Целью настоящей работы является повышение эффективности погрузчика навоза путем обоснования параметров и режимов работы элементно-цепного питателя.

Исследования производились на кафедре «Детали машин и ПТМ» СГАУ им. Н.И.Вавилова, в ОПХ ГУ ВолжНИИГиМ г. Энгельса Саратовской области.

В диссертации приведены:

- результаты кинематического и силового анализа и теоретических исследований элементно-цепного питателя;

- результаты лабораторных экспериментов, связанных с определением режимных и конструктивных параметров элементно-цепного питателя;

- результаты производственных испытаний элементно-цепного питателя к погрузчику непрерывного действия;

- технико-экономические показатели эффективности применения элементно-цепного питателя.

Теоретические исследования проводились на основе известных положений математического анализа, теоретической и прикладной механики. Экспериментальные исследования проводились с применением физического моделирования, планирования и проведением трехфакторного эксперимента с использованием ЭВМ при обработке результатов.

Элементно-цепной питатель использовался при погрузке полуперепревшего навоза на территории ферм КРС в ОПХ ГУ ВолжНИИГиМ г. Энгельса Саратовской области.

Расчетный экономический эффект от внедрения погрузчика с элементно-цепным питателем составил 28 791,84 рублей.

Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова в 1999-2002 годах.

По результатам выполненной работы опубликовано шесть работ и получено свидетельство на полезную модель РФ №17524. На защиту выносятся:

- математическое обоснование конструктивно-технологической схемы элементно-цепного питателя;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению кинематических и силовых параметров, производительности и мощности элементно-цепного питателя;

- обоснование оптимальных конструктивных и режимных параметров элементно-цепного питателя. 8

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Существующие питатели имеют высокую энергоемкость (300.600 Дж/кг и выше) и не обеспечивают стабильной работы погрузчиков непрерывного действия при погрузке навоза из штабелей высотой 2,2.2,5 метра. Наилучшим образом требованиям снижения энергоемкости процесса погрузки при обеспечении нормального функционирования погрузчика соответствует конструктивно-технологическая схема элементно-цепного питателя (свидетельство на полезную модель 31752).

2. Теоретическими исследованиями установлено, что толщина стружки зависит от конструктивных параметров питателя (R, г, 0, Zn), режимных параметров (скоростей подач питателя и движения рабочих элементов) и является основным фактором при определении производительности, мощности и энергоемкости питателя.

5. Суммарное усилие резания при взаимодействии питателя с технологической средой складывается из усилий затрачиваемых на преодоление сопротивлений отделения стружки от массива, рыхления, транспортирования и подачи материала на отгрузочный транспортер.

6. Максимальная производительность 70 кг/с элементно-цепного питателя достигается в диапазоне скоростей подачи 0,047. .0,083 м/с и движения рабочих элементов 0,37.0,5 м/с. Изменение угла наклона питателя в диапазоне 30°. .60° большое влияние на значение производительности не оказывает.

7. Минимальная энергоемкость по погрузчику составляет 200 Дж/кг, что соответствует значениям производительности 55 кг/с, скорости подачи питателя 0,083 м/с, углу наклона 60°, скорости движения рабочих элементов 0,44 м/с, оптимальное соотношение скоростей 4,5.5,3.

8. Производственное испытание элементно-цепного питателя с радиусом звездочек 140 мм, 250 мм, межцентровым расстоянием 1155 мм и количеством рабочих элементов: 120 ножей, 120 скребков; при работе с буртами 2,2.2,5м позволили установить производительность погрузчика 55 кг/с,

143 энергоемкость рабочего процесса по погрузчику составила 200 Дж/кг, по питателю -124 Дж/кг. 9. Внедрение элементно-цепного питателя позволяет снизить приведенные затраты на 27,9% и получить годовой экономический эффект 28 792 рубля. Срок окупаемости составил 0,87 года.

144

1. Лукьяненков И.И. Перспективные системы утилизации навоза.- М.: Рос-сельхозиздат.- 1985.- 175 с.

2. Кругляков M.JI. Механизация подготовки и внесения удобрений. 3-е изд., дополн. и испр. / M.JI Кругляков, A.M. Кругляков. М.: Колос.-1965.-205 с.

3. Авдохин Н.С. Научные основы применений удобрений. М. : Колос.-1972.-311 с.

4. Внесение минеральных и органических удобрений.- М.: Россельхозиз-дат.- 1975.-55 с.

5. Организация и механизация работ при централизованном агрономическом обслуживании сельскохозяйственных предприятий. / Под ред. М.Г. Догановского.- Л.: Колос.- 1979.- 256 с.

6. Письменов ВЛ. Уборка, транспортировка и использование навоза.- М.: Россельхозиздат.- 1973.- 200 с.

7. Лозановская ИЛ. Теория и практика использования органических удобрений. / И.Н. Лозановская, Д.С Орлов, П.Д. Попов. Москва ВО „Агро-промиздат».- 1987.- 260 с.

8. Васильев В.А. Справочник по органическим удобрениям./ В.А Васильев, Н.В. Филиппова. М.: Госагропромиздат.- 1988.- 255 с.

9. Карпов А.Т. Смеситель- погрузчик удобрений СПУ- 40М. // тракторы и с.х. машины.- 1962.- №1.- С. 35-36.

10. Линник Н.К. Погрузчик- смеситель органических удобрений непрерывного действия. // Техника в сельском хозяйстве.- 1977.- №4.- С. 80-81.

11. Цымбалов А.А. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров роторно-ковшового питателя погрузчика твердых органических удобрений. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1987.- 216 с.

12. Карпов А.Т. Универсальный погрузчик добыватель торфа ПДФ — 1,5. // тракторы и с.х. машины.- 1963.-№3,- С. 34.145

13. Никонов В.П. Агротехническая служба селу. // Техника в сельском хозяйстве.- 1982.-Ш2. С. 21-23.

14. Гайнанов Х.С. Исследования рабочих органов машин непрерывного действия для погрузки органических удобрений. Автореф. дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 1964.- 25 с.

15. А.С. 1702902А1. МКИ: А 01СЗ/04. Погрузчик навоза. / И.А. Ворониц-кий, Д.Ф. Кольга, П.Е. Сыман, А.Я Бугаев.- Опубл. 7.06.92.

16. А.С. 1727609А1. МКИ: А01СЗ/04. Заборный орган погрузчика. / А.И. Клименко, А.П. Куримов, В.М. Федотов.- Опубл. 30.04.92.

17. Павлов П.И. Совершенствование технологического процесса уборки навоза и обоснование параметров винтового питателя погрузчика непрерывного действия. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1992.- 172 с.

18. Хитрова Н.В. Повышение эффективности погрузки органических удобрений погрузчиком непрерывного действия и обоснование параметров шнекофрезерного питателя. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1997.156 с.

19. Хакимзянов Р.Р. Повышение эффективности погрузчика органических удобрений путем оптимизации параметров фрезерно-шнекового питателя. Дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 2001.- 165 с.

20. Погрузчик непрерывного действия ГШД- 45: Проспект.- М- 1966.- С. 13.

21. Линник Н.К. Совершенствование технологии приготовления органических удобрений. / Н.К. Линник, В.А. Ярощук, В.В. Высовень. // Техника в сельском хозяйстве.-1995.-№6. С. 22-23.146

22. А.С. 1454288 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Питатель к погрузчику навоза. / В.М. Курочкин, Л.Э. Эбель, СЛ. Ваганов. (СССР)- Опубл. 30.07.89.

23. Тишкович А.В. Универсальный погрузчик непрерывного действия. / А.В. Тишкович, ИЛ. Пиуновский. // Тракторы и с.х. машины.- 1961.-№9.- С. 32-33.

24. Карабан Г .Л. Машины для городского хозяйства. / Г.Л. Карабан, В Л. Баловнев, И.А. Засов, Б.А. Лившиц. М.: Машиностроение.- 1988.- 272 с.

25. Левченко Г.В. Повышение эффективности погрузки органических удобрений погрузчиком непрерывного действия и оптимизация параметров лопастного питателя. Дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 1998.- 156 с.

26. А.С. 1523077. СССР, МКИ: А01СЗ/04. Погрузчик смеситель органо-минеральных удобрительных смесей. / B.C. Кузнецов, Г.В. Копытин, СЛ. Чиженков. (СССР) Опубл. 4.08.89.

27. А.С. 1113014 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Агрегат для уборки навоза. / А.Г. Газизов, Д.Ж. Маркабаев, М.Я. Коргин, М.К. Каликсаров, К.М. Байбуль-синови др. (СССР)- Опубл. 30.04.87.

28. Савченко Ю.А. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров веерного питателя погрузчика непрерывного действия. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1985.- 163 с.

29. А.С. 683663 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Погрузчик навоза. / И.К. Текучев, М.С. Текучева. (СССР)- Опубл. 05.09.79.

30. А.С. 1846139 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Устройство для уборки плотного навоза. / В.А. Сысуев, А.Н. Шапкин. (СССР)- Опубл. 17.03.85.

31. Jnt ClB65g65/06, B65g65/28, US. №3724635(8). SILAGE LOADER. / A. \ Wylle Byrd. (US)- marz 16.1971.

32. Патент ФРГ № 3530452. МКИ: AG1K5/00 Устройство для смешивания и распределения кормов для скота. Опубл. 9.08.93.147

33. А.С. 1090806 А. СССР, МКИ: Е02РЗ/08, 5/06. Рабочий орган экскаватора. / В Л Миронов, А.В. Юкин. (СССР)- Опубл. 07.05.84.

34. А.С. 604922 СССР, МКИ: Е02Р 5/06. Режущая цепь траншейного экскаватора. / Г.Ф. Буянов, И.И. Ивашков, ЭЛ. Шкнявский, и др.- (СССР)-Опубл. 30.04.78.

35. АХ. 773208. СССР, МКИ: Е02Р 5/06. Рабочий орган землеройной машины. / JLK. Соколов, А.Ф. Гринько, В.П. Степаненко, и др. (СССР)-Опубл.2310.80.

36. А.С. 812883 СССР, МКИ: Е02Р 3/08 Режущий орган экскавационной машины. /Б. А. Басс. (СССР)- Опубл. 15.03.81.

37. А.С. 829811. СССР, МКИ: Е02Р 5/06. Рабочий орган землеройной машины. / А.Ф. Кичигин, В.П. Степаненко, А.И. Эбин, и др. (СССР)- Опубл.1505.81.

38. Павлов П.И. Классификация погрузчиков непрерывного действия. // Механизация и электрификация с/х.- 1996.-№1.- С. 21-23.

39. Горячкин В.П. Собрание сочинений. М.: Колос.- 1968.- 72 с.

40. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивлений резанию грунтов. М.: Росвузиздат.- 1963.- 316с.

41. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. М.: Машиностроение.- 1971.-357 с.

42. Горячкин В.П. Собрание сочинений. / Под. Ред. Н.Д. Лучинского. Изд. 2-е, т. 1,2,3. М.: Колос.-1968.- 1558 с.

43. Домбровский Н.Г. Землеройно-транспортные машины./ Н.Г. Домбров-ский, М.И. Гальперин. М.: Машиностроение.-1965.- 274с. ил.

44. Домбровский Н.Г. Строительные машины. Часть-1. М.: Машиностроение,- 1976.-391 с. ил.

45. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение.-1968.- 376 с.148

46. Зенхов P.JI. Механика насыпных фунтов. М.: Машиностроение.- 1964.-251с.

47. Машины для земляных работ (теория и расчет). / Под ред. А.А. Бром-берга. М.: Машиностроение.- 1964.- 286 с.

48. Погрузочные машины для сыпучих и кусковых материалов (конструкция, теория и расчет). / Под ред. Р.С. Гуркова. М: Машгиз.- 1962.- 287 с.

49. Павлов Н.В. Исследование энергоемкости процесса погрузки органических удобрений погрузчиками периодического и непрерывного действия. Дисс.канд. техн. наук. Рита.- 1969.- 215с.

50. Далин А.Д. Ротационные грунтообразующие и землеройные машины. / А.Д. Далин, П.И. Павлов. М: Машгиз.- 1950.- 258 с.

51. Зуев В.А. Исследование рабочих органов погрузчика силоса. / В.А. Зуев,

52. A.А. Кутлембетов. // Мех. и эл. с.х.- 1969.- №4.- С. 20-22.

53. Козмин П.С. Машины непрерывного транспорта. М.: ОНТИ.-1935

54. Козмин П.С. Машины непрерывного транспорта. Элеваторы, транспортеры и конвейеры. Часть 2. Транспортирующие устройства с тяговым органом. М.- J1. : Машгиз.- 1948.- 358 с.

55. Красников В.В. Подъемно- транспортные машины в сельском хозяйстве. М.: Колос.- 1973.- 464 с.

56. Красников В.В. Подъемно- транспортные машины. М.: Колос.- 1981.-263 с.

57. Спиваковский А.О. Транспортирующие машины. / А.О. Спиваковский,

58. B.К. Дьячков. М.: Машиностроение.- 1968.- 504 с.

59. Шнейкин В.Д. Исследование рабочего процесса и методика расчета зерновых погрузочно-отгрузочных скребковых транспортеров. Дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 1974.- 34 с.149

60. Сердечный А.А. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы фрез барабана силосопогрузчика. / А.А. Сердечный, И.М. Грин-чук. // Мех. и эл. соц. с.х.- 1968.- №2.- С. 18-19.

61. Готовцев А.А. Проектирование цепных передач. / А.А. Готовцев, И.П. Котенок. Справочник.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение.-1973.- 160с.

62. Борисов A.M. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные машины. М.: Машиностроение.- 1973.- 160 с.

63. Сорокин А.А. Расчет производительности широкозахватных машин. / А.А. Сорокин, Ю.В. Шутов. // Тракторы и с.х. машины.- 1983.- №10.- С. 14-15.

64. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Ро-щин. М.: Колос.- 1980.- 168 с.

65. Ковган А.П. Методика определения физико-механических свойств почвы: Сб. научи, тр. ВИСХОМа „ Физико-механические свойства почвы и растений.»-М.: 1963.

66. Воронюк В.А. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. / В.А. Воронюк, А.И. Пьянков, JI.B. Милыдева и др. // Методы исследования, приборы и характеристики. М.: Колос.- 1970.- 432 с.

67. Дубинин В.Ф. Физико-механические и перегрузочные свойства сельскохозяйственных грузов. / В.Ф. Дубинин, П.И. Павлов. Саратов.: Сарат. гос. с.х. акад.- 1996.- 100с.

68. Никулин С.Н. Физико-механические и аэродинамические свойства органических удобрений. / С.Н. Никулин, Г.П. Варламов. М.: Колос.-1973.- 263 с.

69. Методы определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно- исследовательских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. ВАСХНЙЛ.-М.: 1980.- 117с.

70. Блох JI.C. Основные графические методы обработки опытных данных. -М.-Л.:Машгиз.~ 1951.- 164 с.

71. Митков А.Я. Статистические методы в с.х. машиностроении. / А.Я. Мит-ков, С.В. Кардашевский. М.: Машиностроение. 1978 - 390 с.

72. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат. 1985. -351 с.

73. Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука. 1965. - 340 с.

74. Литтл Т. Сельскохозяйственное опытное дело. Планирование и анализ. / Т. Литтл, Ф. Хилз. М.: Колос.-1981.- 318 с.

75. Honer G. Selbstgebaute Futterferteiler ftir enge Stalle. // Top agrar. 3 marz.-1998.-S. 124-127.

76. Zumkley Klaus Schulze. Entname der Silage mit einer Fr^£se. // Top agrar. 2 Februar.- 1994.-S 96-111.

77. Gerighausen H.G. Selbstfahren statt gezogener Futter mischwagen? / H.G. Gerighausen, L. K. Rheinland. // Top agrar. 4 April. -1998. S. 120-133.

78. Sturmfels W. Die drei Verfaren im Kostenvergleich. // Top agrar. 4 April.-1998.-S. 123-125

79. Маркова E.B. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей. E.B. Маркова, А.Н. Лисенков. М.: Наука. 1973. - 219 с.

80. Рошин П.М. Механизация в животноводстве. М.: Агропромиздат. -1988. -287с.151

81. Демидович Б.П. Численные методы анализа. / Б.П. Демидович, Н.А. Марон, ЭЗ. Шувалова. изд. 3-е, перер. - М.: - Наука. - 1967. - 368 с.

82. Павлов П.И. Погрузчик органических удобрений. / П.И. Павлов, P.P. Ха-кимзянов. // Сельский механизатор. 2001. - №2. - С. 48.

83. Дубинин В.Ф. Шнекофрезерный питатель погрузчика органических удобрений. / В.Ф. Дубинин, П.И. Павлов, HJ3. Хитрова. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2000. № 10.-С. 14-15.