автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы фронтального погрузчика при погрузке рулонов грубых кормов за счет разработки и оптимизации параметров рабочего органа

ВВЕДЕНИЕ.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Технологические линии заготовки грубых кормов прессованием.

Конструкции и принципы действия рабочих органов для рулонов грубых кормов.

Исследования взаимодействия рабочих органов с сено-соломистым материалом.

Цель и задачи исследований.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАХВАТА

РУЛОНА РАБОЧИМ ОРГАНОМ.

Технологическая схема погрузки рулонов фронтальным погрузчиком с новым рабочим органом.

Устройство и принцип действия рабочего органа.

Теоретическое исследование процесса захвата рулона.

1 Определение перемещений точек контактных поверхностей.

2 Вычисление сил, действующих на элементы рабочего органа, находящихся в контакте с рулоном.

3 Определение усилия разрушения материала рулона на зубе, внедренного в образующую.

4 Определение усилия разрушения материала рулона на зубе, внедренного в основание.

5 Теоретические предпосылки по определению оптимальных геометрических параметров рабочего органа.

Выводы.

-43. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ.

3.1. Методика лабораторно-полевых экспериментов.

3.1.1 Выбор факторов оптимизации и определение повторности опытов, и порядка их проведения.

3.1.2 Экспериментальная установка.

3.1.3 Тарировка средств измерения.

3.1.4 Определение физико-механических свойств рулона.

3.1.5 Подготовка и выполнение л абораторно-пол евых исследований.

3.2. Методика обработки опытных данных.

3.3. Методика проведения производственных испытаний рабочего органа.

3.4. Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ.

4.1. Результаты лабораторно-полевых экспериментов.

4.1.1 Результаты исследований физико-механических свойств рулонов.

4.1.2 Влияние параметров рабочего органа на усилие внедрения и усилие разрушения материала рулона.

4.2. Результаты производственных испытаний рабочего органа.

4.3. Анализ времени рабочего цикла.

4.4. Технико-экономическая оценка использования рабочего органа для рулонов грубых кормов.

4.5. Выводы.

Саратовская область является одним из крупнейших сельскохозяйственных регионов страны, где удельный вес производства валовой продукции АПК в народнохозяйственном комплексе составляет около одной трети [1].

Важнейшим условием улучшения жизни населения страны, снижения темпов инфляции, стабилизации цен на продукты питания является всемерное развитие отраслей АПК и особенно сельского хозяйства, разработка и реализация научно обоснованной земельной и агропромышленной реформ.

Это требует разработки системы мер по определению основных направлений развития сельского хозяйства, перерабатывающей промышленности и других отраслей АПК, разработки концепции и конкурсной программы аграрной политики и развития рыночных отношений в области, базирующихся на результатах научных исследований и обобщения отечественного и зарубежного опыта.

За прошедшие годы реформ в сельском хозяйстве области проведены значительные преобразования. Земля и имущество колхозов и совхозов бесплатно переданы трудовым коллективам и отдельным работникам, сложилась многоукладная экономика, формируется правовая база функционирования агропромышленного комплекса.

Среди мероприятий, направленных на достижения целей по ведению рентабельного производства, увеличения урожайности зерновых культур, а также показателей по животноводству основное предпочтение отдавалось приобретению наиболее эффективной техники и технологий и обеспечению животноводства кормами [1].

Животноводство, являющееся одной из важнейших отраслей сельского хозяйства удовлетворяет потребности не только населения области, но и за её пределами.

Интенсификация производства животноводческой продукции не возможна без кормовой базы [2]. Основные затраты в отрасль животноводства будут направляться на разработку и освоение производством современных технологий развития кормопроизводства [1].

Особое внимание при этом следует обратить на улучшение качества грубых кормов, снижение потерь их питательной ценности при уборке, хранении и подготовке к скармливанию. В хозяйствах необходимо ускорить переход к комплексной механизации работ в кормопроизводстве [3 ; 4].

Грубые корма являются важной составной частью в рационах кормления животных. Их доля достигает 23,8 %.

Для обеспечения беспереребойного кормления животных требуется заготовка достаточного количества корма, в составе которого содержится необходимые питательные вещества. В этом отношении особое значение придаётся грубым кормам, таким как сено и солома ценных кормовых культур [2]. Грубые корма служат одним из основных видов объёмистых кормов в зимних рационах животных. Однако не всегда удаётся заготовить их желаемого количества и качества. Потери урожая при уборке трав на сено составляют 40. .50% [5 ; 6].

В этой связи с целью обеспечения длительного хранения такого корма при минимальных потерях питательных веществ, требуется совершенствование технологии его заготовки, например в прессованном виде [2].

Преимущество прессования сена - улучшение его качества, снижение потерь, уменьшение затрат труда и времени, облегчение раздачи и нормирования при скармливании. Для реализации этой технологии ведущие зарубежные фирмы производят разнообразные модели рулонных и поршневых пресс-подборщиков для заготовки грубых кормов в круглых рулонах и прямоугольных тюках. Однако доминирующее положение заняли рулонные пресс-подборщики (до 80% машин для подбора валков) [7]. Прессование сена в тюки - прогрессивный способ заготовки кормов, получивший широкое распространение в США (90% сена там прессуется). В других странах до 90-ых годов внедрение этого метода сдерживалось из-за низкой производительности погрузоч-но-разгрузочных средств [3 ; 8].

Слабым звеном в производственно-транспортном процессе заготовки грубых кормов являются погрузочно-разгрузочные работы. Это объясняется тем, что существующие технологии предполагают укладку рулонов в транспортные средства и штабель только на образующую, что в значительной степени снижает коэффициент использования грузоподъемности транспортного средства.

Для повышения эффективности работы необходимо осуществлять укладку рулонов как на образующую, так и на основание. При этом решается задача повышения коэффициента загрузки транспортных средств и крытых хранилищ.

Разработка рабочих органов, обеспечивающих укладку рулонов как на образующую, так и на основание, и определение их оптимальных параметров, позволяющих минимизировать материало- и энергоемкость процесса погрузки является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

В данной диссертации эта задача решается путём научного анализа и обоснования выбора технического решения, а также путём теоретических и экспериментальных исследований.

Настоящая диссертационная работа выполнялась с 1998 года в Саратовском аграрном университете им. Н.И. Вавилова на кафедре «Детали машин и подъёмно-транспортные машины».

-81. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Технологические линии заготовки грубых кормов прессованием.

Резкое увеличение производства кормов, повышение их качества с одновременным снижением стоимости возможны лишь при индустриализации кормопроизводства и проведении работ в направлении создания равномерного полевого конвейера, всемерного повышения урожайности культур, применения интенсивных технологий и рационального использования комплекса машин в процессе заготовки и хранения кормов. Для значительного сокращения затрат на производство и использование кормов важно снизить себестоимость кормовой единицы. В настоящее время в среднем по стране на долю затрат на корма в себестоимости прироста живой массы КРС приходится свыше 60% [9].

Грубый корм в рационе жвачных животных, особенно дойных коров, играет важную роль. В частности хорошее сено служит источником питательных веществ, протеина, минеральных элементов, витаминов, создаёт определённый объём и структуру кормовых масс в преджелудках, влияет на интенсивность бактериального синтеза аминокислот, белков и витаминов группы В [3 ; 10 ; 11; 12].

Благодаря особому строению органов пищеварения много грубых кормов способны поедать КРС, овцы, лошади. В стойловый период на их долю в рационе жвачных животных приходится до 20-25% по питательности [3].

В результате дефицита качественных грубых кормов в рационах кормления скота происходит недобор животноводческой продукции, снижается жирность молока, уменьшается потенциальная продолжительность периода продуктивного использования животных на 30.50%, а также повышается расход концентратов [13].

Для своевременного и бесперебойного обеспечения отрасли животноводства качественными грубыми кормами в необходимых количествах, за последние годы разрабатываются и внедряются в сельское хозяйство прогрессивные технологические процессы, а также машины, обеспечивающие высокую производительность заготовки кормов животным.

Внедрение новых технологических приёмов заготовки сена в сельскохозяйственное производство должно основываться на создании высоко производительных машин, максимально приближающих процессы кормопроизводства к промышленному производству [14 ; 15].

Успешная деятельность животноводческих комплексов зависит в большей степени от того, как будут использованы достижения науки, её новейшие данные, и как она будет развиваться в дальнейшем [3 ; 16].

Осуществление комплекса мероприятий по обеспечению полноценного кормления животных особенно актуально в связи с интенсификацией животноводства, переводом его на промышленную основу, специализацией и концентрацией производства молока, мяса и другой продукции [3 ; 17].

Применение современных технологий заготовки кормов позволяет снизить их стоимость и повысить качество, что в конечном итоге влияет на продуктивность животных. Примером такой технологии служит заготовка грубых кормов с закручиванием их в рулоны [18].

Недостатки традиционной технологии заготовки грубых кормов с копнением заключаются в многочисленных промежуточных операциях от копнения до доставки сена к фермам, при которых происходит потеря листьев и соцветий. Перевозка сена затруднена, а его скирдование требует затрат ручного труда [13 ; 14 ; 19 ; 20].

При заготовке прессованных грубых кормов в тюки, благодаря снижению потерь листьев, качество сена повышается на 30%. Производительность труда при этом возрастает в 1,5 раза, транспортные средства используются более эффективно, а сроки уборок сокращаются [2; 14 ; 21 ; 22].

Большая плотность прессования сена позволяет лучше использовать грузоподъёмность транспортных средств [21 ; 23 ; 24].

При хранении грубых кормов россыпью в стогах, доля испорченной части их составляет 25. .30% [14 ; 22]. При хранении прессованных грубых кормов потери составляют 10. 15% [25].

Крытые хранилища вмещают в 1,5-2 раза больше прессованного, чем рассыпного сена. Учёт при хранении и скармливании прессованного сена упрощается [14 ; 19].

Прессованные грубые корма заготавливаются по трём основным технологическим схемам:

Первая операция - скашивание массы и формирование валка осуществляется одним типом машин для всех технологических схем.

Подбор из валков и прессование массы осуществляется пресс-подборщиками, образующими малогабаритные тюки размерами 0,4.1,1x0,36x0,46 м и массой до 45 кг [26], пресс-подборщиками, образующими крупногабаритные прямоугольные тюки с размерами 1.2,5><1,2x0,85 м и массой до 500 кг [18 ; 27], пресс-подборщиками, образующими рулоны длиной 1,2. 1,5 м, диаметром 0,6. 1,8 м и массой до 750 кг [26 ; 28]. Форма, размеры и масса сформированного тюка или рулона предопределяют в дальнейшем набор машин для осуществления операций, связанных с погрузкой, транспортировкой и штабелированием.

Наиболее перспективным направлением в области заготовки грубых кормов является прессование их в крупногабаритные тюки и рулоны. Преимущество таких технологий выражается в том, что наряду с высокой производительностью и низкими затратами обеспечивается полная механизация всех технологических операций [7 ; 29 ; 30].

Заготовка грубых кормов прессованием в крупногабаритные тюки и рулоны по сравнению с заготовкой в малогабаритных тюках позволяет снизить: затраты труда на 90. .95% [7 ; 31]; расход топлива на 18.35% [20 ; 25 ; 31]; общие затраты труда на 23. .44% [25 ; 31]; расход обвязочного материала на 25.50% [25 ; 31]; металлоёмкость на 34. .37% [25 ; 31]; потребность в складских площадях на 37. .60% [25].

Из технологических линий заготовки грубых кормов прессованием в рулоны и крупногабаритные тюки в России и за рубежом большое распространение получила рулонная технология. Рулонные пресс-подборщики проще по конструкции менее энергоёмки, чем поршневые. Расход увязочного материала при прессовании сена в рулоны уменьшаются в 2 раза по сравнению с расходом при прессовании обычных тюков [9 ; 18 ; 32].

Рулонные пресс-подборщики имеют высокую надёжность, улучшенные энергетические показатели, удобны в обслуживании, оснащены устройствами автоматического контроля за рабочим процессом, обеспечивают высокое качество и хорошую сохранность корма [33]. Кроме того, конструкция рулонных пресс-подборщиков удобна для установки дополнительного оборудования для внесения химических консервантов в прессуемую массу. Поэтому всё большую популярность приобретают технологии приготовления сена, сенажа и силоса прессованием в рулоны свежескошенной или подвяленной массы с одновременным внесением химических консервантов [6 ; 20 ; 30 ; 34]. Всё это, в конечном итоге, предопределяет широкое применение рулонных пресс-подборщиков в технологии заготовки прессованных грубых кормов.

Комплекс машин для прессования и погрузки сена и соломы в крупных рулонах массой до 500кг состоит из пресс-подборщика ПРП-1,6 с переменной прессовальной камерой или ПР-Ф-750 с постоянной прессовальной камерой и приспособления ППУ-0,5 для погрузки рулонов навешиваемого на фронтальные погрузчики типа ПФ-0,5Б [7 ; 14 ; 35].

Погрузка и транспортировка рулонов грубых кормов осуществляется двумя способами. Первый способ основан на применении при подборе рулонов с поля штабелировщиков-транспортировщиков. Второй способ (рис. 1.1) основан на применении при подборе рулонов с поля, их погрузке в транспортное средство, разгрузке транспортных средств и формировании штабеля на месте хранения универсальных погрузчиков.

Рис. 1.1. Технологическая линия заготовки рулонов грубых кормов с использованием универсальных погрузчиков.

Использование в технологической линии заготовки грубых кормов прессованием их в рулоны специальных транспортировщиков-штабелировщиков, подбирающих рулоны с поля, транспортирующих и устанавливающих их в штабель, эффективно в крупных хозяйствах с большими объёмами заготовок кормов и малой протяжённостью транспортировки [36]. В средних и малых хозяйствах с ограниченными техническими и трудовыми ресурсами, применение транспортировщиков-штабелировщиков неэффективно из-за их низкого коэффициента годового использования. Кроме того, транспортировщики-штабелировщики не обеспечивают плотной укладки рулонов в штабель и для формирования штабеля на месте хранения необходимо использовать универсальные погрузчики с соответствующими рабочими органами. При транспортировке рулонов на большие расстояния применяется автомобильный или тракторный транспорт, загрузка которого рулонами грубых кормов с поля может осуществляться только универсальными погрузчиками.

Из вышесказанного следует, что универсальные погрузчики, оборудованные специальными рабочими органами, незаменимы на погрузочно-разгрузочных работах с рулонами грубых кормов.

1.2. Конструкции и принципы действия рабочих органов для рулонов грубых кормов.

Согласно классификации рабочих органов разработанной Глухарёвым В.А. и Никитиным В.А. на основе анализа отечественных и зарубежных конструкций, рабочие органы разделяются по ряду признаков [36]:

- вид привода;

- характер связи со стрелой погрузчика;

- контакт с грузом;

- взаимодействие с грузом;

- способ захвата груза.

По виду привода рабочие органы могут быть с гидравлическим, пневматическим и электрическим приводом.

По характеру связи со стрелой погрузчика рабочие органы подразделяются на устройства без механизма коррекции и устройства с механизмом коррекции, позволяющим согласовать позиции рабочего органа и рулона без дополнительных маневров погрузчика.

По контактированию с грузом рабочие органы делятся на контактирующие со стороны образующей, со стороны основания и комбинированные. Такие рабочие органы осуществляют захват рулона как со стороны образующей, так и со стороны основания, и способны разворачивать рулон в вертикальной плоскости на 90°.

По взаимодействию с грузом рабочие органы делятся на активные, внедряющие захватные органы в массив груза, и пассивные, подхватывающие и поддерживающие груз на захватных органах, а по способу захвата груза на проникающие, обхватывающие и подхватывающие.

В классификации рабочих органов для погрузки крупногабаритных тюков и рулонов наиболее важное место занимает способ захвата груза. Способ захвата груза определяет основные конструктивные отличия рабочего органа и принцип его действия, а, следовательно, и схему работы погрузчика.

Представителем обхватывающих рабочих органов к фронтальным погрузчикам для погрузки круглых рулонов является пальцевый «Greil» (Бельгия) (рис. 1.2.) [37], клещевые «Stillebaul» (рис. 1.3) [38] и «Reerman» (Германия) (рис. 1.4) [39].

Рабочий орган «Greil» предназначен для транспортировки и укладки в штабель круглых рулонов.

Устройство представляет собой треугольную полую раму 1 (рис. 1.2), имеющую квадратную форму поперечного сечения. Рама оснащена кронштейнами 2 для крепления к стреле погрузчика. В нижней части рамы 1 в её раструбы вставлены прижимные пальцы 3 и 4, выполненные с изгибами на концах в противоположные друг от друга стороны. Причём длину опускания прижимного пальца 3 из раструба рамы можно регулировать при помощи шпильки и отверстий в нижней части рамы. Длина опускания прижимного пальца 4 из раструба рамы регулируется штоком гидроцилиндра 5, установленного на раме.

Перед работой орган настраивается на заданный диаметр рулона фиксированием прижимного пальца 3 шпилькой в раструбе рамы. Затем на максимальную длину гидроцилиндром 5 опускается прижимной палец 4. Погрузчик с рабочим органом подъезжает к рулону со стороны основания, подводя прижимные пальцы под образующую рулона. После этого, втягиванием штока гид

Рис. 1.2. Схема рабочего органа "Greil" 1- треугольная рама; 2- кронштейны; 3, 4- прижимные пальцы: 5- гидроцилиндр.

Рис. 1.3. Схема рабочего органа "8Ш1еЬаиГ 1- вертикальная стойка; 2- кронштейны; 3- неподвижный прижим 4- подвижный прижим; 5- гидроцилиндр. роцилиндра 5 происходит подъём прижимного пальца 4 и рулон оказывается зажатым, и может транспортироваться к месту укладки. Разгрузка рулона на образующую происходит опусканием прижимного пальца 4 и освобождением рулона от зажима. Укладка рулона на основание происходит соскальзыванием рулона с прижимных пальцев по мере разворота рабочего органа вниз на 90°.

Длина прижимных пальцев составляет 0,9 м. Расстояние между пальцами может регулироваться от 0,9 до 1,10м [37].

Рабочий орган «8Ш1еЬаи1» (рис. 1.3) состоит из вертикальной стойки 1 с кронштейнами 2 для крепления к стреле погрузчика и двух прижимов: непод-вижногоЗ, установленного на основании стойки и подвижного 4, шарнирно закреплённого на верхнем конце стойки и имеющем рычаг. Прижимы выполнены с изгибами, позволяющими более плотно осуществлять захват и удержание рулона. Привод подвижного прижима 4 осуществляется гидроцилиндром 5, шток которого сопряжён с рычагом прижима, а корпус неподвижно закреплён на стойке 1.

Погрузчик с рабочим органом подъезжает к рулону со стороны образующей. При этом верхний подвижный прижим максимально поднят, а нижний подводится погрузчиком под образующую. Захват рулона происходит посредством опускания верхнего подвижного прижима с одновременным подводом погрузчиком неподвижного прижима под образующую рулона. Как только рулон замкнётся между прижимами, его можно транспортировать к месту разгрузки. Разгрузка рулона происходит подъемом подвижного прижима и отъездом погрузчика. Орган осуществляют укладку рулона только на образующую.

Диаметр захватываемых тюков от 1,20м до 1,80м. Высота устройства 1,45м. Ход штока гидроцилиндра 0,2м. Длина подвижного прижима 1,25м. Ширина неподвижного прижима 0,6м. Изгибы прижимов составляют 45°. [38]

Приспособление «Ыеегтап» состоит из прямоугольной рамы 1 (рис. 1.4) с кронштейнами 2 и 3 для крепления к стреле погрузчика. На внешней стороне прямоугольной рамы 1 жёстко закреплены кронштейны 4, имеющие дугообраз

17

§

Рис. 1.4. Схема рабочего органа "Яеегтап" 1- прямоугольная рама; 2, 3, 4- кронштейны; 5- "лапы"; 6-гидроцилиндр .

Рис. 1.5. Схема рабочего органа Т270/1 1- рама; 2- подхватывающий палец; 3- сталкиватель; 4- гидроцилиндр. ную форму, позволяющую им копировать образующую рулона. На кронштейнах 4 шарнирно установлены «лапы» 5, рычаги которых сопрягаются с гидроцилиндром привода 6.

Рабочий орган обеспечивает укладку рулонов как на образующую, так и на основание.

Захват рулона органом производится накладыванием его на образующую рулона с раскрытыми «лапами». Затем посредством выхода штока гидроцилиндра 6 происходит замыкание рулона «лапами» рабочего органа. После чего рулон готов к транспортировке и укладке. Разгрузка рулона осуществляется размыканием «лап» и освобождением его от рабочего органа. При укладке рулона на основание рабочий орган разворачивается в вертикальной плоскости опусканием на 90° вместе с рулоном.

Максимальный диаметр рулона 1,8м; масса рулона до 500кг. [39]

Недостатком рабочих органов обхватывающего типа к фронтальным универсальным погрузчикам является относительно большая собственная масса, необходимость приложения большого усилия к рулону для обеспечения его надёжного захвата, что ограничивается применением таких устройств для рулонов, обвязанных безузловым методом, так как возможно нарушение обвязки. Недостатком также является затруднённость плотной укладки штабеля, что может приводить к потерям прессованного сена при хранении до 30% [23]. Установка рулона на основание осуществляется поворотом с одновременным опусканием рабочего органа, при которой теряется погрузочная высота.

Наиболее простую конструкцию имеют подхватывающие рабочие органы по своей конструктивной схеме являющиеся вилочными и имеющие дополнительные механизмы, такие как сталкиватель или прижим.

Рабочие органы подхватывающего типа: со сталкивателем Т 270/1 польского производства (рис. 1.5) [40 ; 41], с прижимом английской фирмы «ВЬОСКА»(рис. 1.6) [42], с прижимом и со сталкивателем отечественного производства ППУ-0,5(рис. 1.7) [14 ; 19].

Рабочий орган Т 270/1 состоит из рамы 1 (рис. 1.5) с подхватывающими пальцами 2. На раму навешены сталкиватель 3 и гидроцилиндр 4 управления сталкивателем.

Захват рулона производится подведением поддерживающих пальцев под рулон с торца или сбоку, удержание рулона - запрокидыванием рабочего органа. Разгрузка может осуществляться отъездом погрузчика, либо опрокидыванием рабочего органа, либо сталкиванием рулона с пальцев при помощи сталкивателя.

Укладка рулонов в штабель или в транспортное средство производится только на образующую.

Рабочий орган фирмы «ВЬОСКА» (рис. 1.6) состоит из двух вертикальных стоек 1, жёстко закреплённых под прямым углом к основанию 2 с подхватывающими пальцами 3. Между верхними концами стоек 1 шарнирно установлен прижим 4, на одном конце которого неподвижно закреплён штырь 5, а другой конец сопряжён со штоком гидроцилиндра 6. К стойкам 1 крепится траверса 7 для установки корпуса гидроцилиндра 6, а также для присоединения устройства к раме погрузчика посредством кронштейнов 8.

Захват рулона происходит по схеме, аналогичной работе устройства Т 270/1. Удержание осуществляется прижиманием его к подхватывающим пальцам 3 с помощью прижима 4, а штырь 5 предотвращает выскальзывание рулона. Разгрузка производится отъездом или опрокидыванием.

Укладка рулонов производится аналогично устройству Т 270/1.

Приспособление ППУ-0,5 состоит из рамы 1 (рис. 1.7), сталкивателя 2, прижима 3, поддерживающих пальцев 4. Подвижные части приспособления прижим, сталкиватель приводятся в движение гидроцилиндрами 5,6.

Захват и удержание рулона происходят по схеме аналогичной работе устройствам Т 270/1 и «ВЬОСКА». Разгрузка осуществляется освобождением рулона от прижима и включением гидроцилиндра сталкивателя с одновременным отъездом погрузчика.

201

Рис. 1.6. Схема рабочего органа "ВЬОСКА" 1- вертикальные стойки; 2- основание; 3- подхватывающие пальцы; 4- прижим; 5- штырь; 6- гидроцилиндр; 7- траверса; 8- кронштейны.

Рис. 1.7. Схема рабочего органа 1111У- 0,5 1- рама; 2- сталкиватель; 3- прижим; 4- подхватывающие пальцы; 5, 6- гидроцилиндры.

Грузоподъемность приспособления до 500 кг [43], масса 150 кг [44].

Достоинство подхватывающих органов заключается в простоте их конструкций и невысокой материалоёмкости.

Недостатком рабочих органов подхватывающего типа является невозможность разворота рулона в вертикальной плоскости для установки его на основание.

Проникающие рабочие органы имеют наиболее разнообразные конструкции. К штыревым рабочим органам можно отнести: рабочий орган английской фирмы «SPIKA» (рис. 1.8) [42]; гарпунный захват, разработанный в Саратовском ГАУ (рис. 1.9) для стрелового поворотного погрузчика [45]; рабочий орган фирмы «STOLL» (рис. 1.10) [46]; рабочий орган фирмы А В Т (Великобритания) (рис. 1.11) [47]; рабочий орган, разработанный в Саратовском ГАУ (рис. 1.12 ) для фронтального погрузчика [ 48 ].

Рабочий орган фирмы «SPIKA» состоит из прямоугольной рамы 1 (рис. 1.8) с кронштейнами 2 для присоединения к стреле погрузчика, и штырей -длинного 4, установленного на верхней части рамы, и двух коротких 3, закреплённых на нижней части.

Для захвата груза штыри внедряются в рулон с торца или сбоку. Удержание рулона производится запрокидыванием рабочего органа, при этом длинный штырь 3 удерживает рулон, а короткие штыри 4 предотвращают проворачивание рулона на штыре 3.

Длина длинного штыря 1,1м. Вес устройства 60кг[49].

Гарпунный захват состоит: из механизма коррекции, представляющего собой гидравлический однолопастной механизм поворота и гарпуна (рис. 1.9). На валу механизма поворота 1 в нижней части имеется переходник 2, являющийся верхней крышкой поршневого гидроцилиндра 3 двухстороннего действия. На нижней крышке гидроцилиндра 3 закреплён корпус 4 в виде полого гидроцилиндра с вырезанными в нижней части пазами. В корпусе расположены дугообразные захваты 5, имеющие возможность выдвигаться за пределы кор

Рис. 1.8. Схема рабочего органа "8Р1КА" 1- прямоугольная рама; 2- кронштейны; 3- длинный штырь; 4- короткие штыри.

Рис. 1.9. Схема гарпунного рабочего органа 1- механизм поворота; 2- переходник; 3- гидроцилиндр; 4- корпус; 5- захваты; 6- траверса; 7- коническая насадка; 8- кронштейн. пуса через пазы под действием штока гидроцилиндра 3, который посредством траверсы 6 соединён с хвостовиками захватов. В нижней части корпуса закреплена коническая насадка 7 с профилированными пазами, на которые опираются захваты при выдвижении из корпуса. Для соединения со стрелой и следящим механизмом в конструкции захвата имеются кронштейны 8 и 9.

Для захвата рулона корпус гарпуна подводится к рулону таким образом, чтобы он располагался над центром рулона. Принудительным опусканием стрелы производится внедрение корпуса в материал рулона.

Удержание рулона производится выпуском дугообразных захватов 5. Разгрузка устройства осуществляется втягиванием захватов в корпус и выводом корпуса из рулона вверх. Разгрузка может быть осуществлена за счёт силы тяжести рулона, который при втянутых захватах свободно сходит с корпуса.

Гарпунный захват осуществляет укладку рулонов в штабель на образующую.

Масса гарпунного захвата 56 кг [50].

Приспособление фирмы «STOLL» для погрузки и укладки в штабель рулонов грубых кормов состоит из прямоугольной плоской рамы 1 (рис. 1.10) с кронштейнами 2 для присоединения к стреле погрузчика и кронштейнами 3 для навешивания сжимающих рычагов 4, на одних концах которых на перемычках 5 установлены дугообразные зубья 6. Другие концы сжимающих рычагов 4 при помощи шарниров 7 сопряжены со штоком и корпусом гидроцилиндра 8.

Захват рулона осуществляется накладыванием рабочего органа с торца или сбоку. Удерживается рулон за счёт внедрения в него дугообразных зубьев. Разгрузка осуществляется размыканием сжимающих рычагов и выведением зубьев из рулона.

Рабочий орган аналогичной конструкции и принципа действия выпускается также фирмой «John Deere». [51]

Рис. 1.10. Схема рабочего органа "STOLL" 1- прямоугольная рама; 2, 3- кронштейны; 4- сжимающие рычаги; 5- перемычки; 6- дугообразные зубья; 7- шарниры; 8- гидроцилиндр.

Рис. 1.11. Схема рабочего органа "АВТ" 1-рама; 2- балка; 3- кронштейны; 4- захватные органы; 5- зубья- захваты; 6-гидроцилиндр; 7, 8- кронштейны.

Рабочий орган фирмы «АВТ» (Великобритания) содержит раму в виде трёхгранной призмы 1 (рис. 1.11), на вершине которой закреплена балка 2 с кронштейнами 3 для навешивания на стрелу погрузчика. На основании рамы (призмы) шарнирно закреплены два захватных органа 4 в виде двух соединённых перемычкой рычагов, имеющих дугообразные зубья-захваты 5. Захватные органы приводятся в движение гидроцилиндром 6, навешенным на кронштейнах 7 и 8 перемычек захватных органов.

Рабочий орган работает следующим образом. Погрузчик с рабочим органом подъезжает к рулону со стороны основания. Шток гидроцилиндра 6 привода захватных органов 4 находится в выдвинутом состоянии. Частично выступающие за пределы рамы зубья первоначально внедряются в рулон за счёт напорного действия погрузчика. Затем по мере втягивания штока гидроцилиндра

6, захватные органы 4 приводятся в движение, а дугообразные зубья-захваты 5 внедряются в материал рулона.

После внедрения зубьев груз поднимается и транспортируется к месту разгрузки. При этом рулон опирается на зубья верхнего захватного органа, а зубья нижнего захватного органа предохраняют его от соскальзывания. Разгрузка осуществляется выводом зубьев из рулона. Устройство осуществляет укладку рулонов только на образующую.

Основными конструктивными элементами рабочего органа, разработанного в Саратовском ГАУ является: плоская рама 1 (рис. 1.12) с кронштейнами 2 для крепления устройства к стреле погрузчика и следящему механизму, и кронштейнами 3 для навешивания захватных органов. Захватный орган состоит из полого вала 4, к которому прикреплены кронштейн 5 и два рычага (плеча) 6. Длина рычагов равна радиусу окружности, по дуге которой изготовлены зубья

7. Зубья поворачиваются относительно оси 8 захватного органа. Привод механизма состоит из двух пар двуплечих рычагов 9, продольной тяги 10 и гидроцилиндра привода 11.

Фронтальный погрузчик с рабочим органом в работает следующим образом. Погрузчик с рабочим органом, находящимся в вертикальном положении, подъезжает к рулону со стороны основания. Шток гидроцилиндра 11 выдвигается и поворачивает рычаги 9. Концы рычагов 9, сопряжённые с кронштейнами 5 захватных органов, сближаются и увлекают за собой захватные органы, которые поворачиваются на оси 8. Зубья входят в материал рулона по дугообразной траектории от центра основания рулона к боковой поверхности. При полном внедрении зубьев в материал, рычаги упираются в перемычки 12 рамы 1, чем предотвращается выход рычагов за плоскость рамы, соприкасающиеся с грузом, и отталкивание рулона при асинхронном движении захватов. Рулон поднимается и транспортируется к месту разгрузки. После укладки рулона производится выведение зубьев из рулона.

В случае укладки рулона на основание при погрузке производится разворот рамы рабочего органа из вертикального в горизонтальное положение посредством её опускания.

Достоинство штыревых рабочих органов заключается в простоте конструкции, невысокой материалоёмкости, небольшой продолжительности рабочего цикла, так как совмещены операции подъезда к рулону и захвата его. Гарпунный захват эффективен на работах по штабелированию, так как на захват рулона не влияет его пространственная ориентация и достигается максимальная производительность погрузчика [50].

Когтевые рабочие органы имеют возможность разворота рулона для установки его на основание.

Недостатком штыревых рабочих органов является невозможность разворота рулона для установки его на основание. Гарпунный захват также не обеспечивает установку рулона на основание, кроме того, после нескольких внедрений корпуса в материал, рулон из-за больших деформаций, может утрачивать обвязку и разрушаться [50]. Когтевые рабочие органы имеют высокую материалоёмкость, сложность конструкции и также негативно воздействуют на обвязку при захвате рулона со стороны образующей, так как при захвате и переносе возникают существенные деформации рулона, которые могут привести к разрушению обвязки. Когтевой рабочий орган, разработанный в Саратовском ГАУ и захватывающий рулон со стороны основания, при развороте рулона для установки его на основание теряет погрузочную высоту, так как разворот происходит опусканием, а не подъёмом рабочего органа.

Исходя из практики заготовки и хранения рулонов грубых кормов, рабочие органы, применяемые на погрузочно-разгрузочных работах должны отвечать следующим требованиям:

- захват, транспортировка и укладка рулонов должны осуществляться без нарушения целостности обвязки и самого рулона;

- рабочий орган должен сочетаться с различными конструкциями универсальных погрузчиков;

- рабочий орган должен обеспечивать разворот рулона из горизонтального положения в вертикальное, для установки его на основание в одном технологическом процессе без изменения погрузочной высоты;

- захват должен осуществляться с минимальным усилием.

Проведя анализ существующих рабочих органов для погрузки рулонов грубых кормов можно выявить ряд недостатков:

- не все рабочие органы осуществляют укладку рулонов на основание;

- рабочие органы, осуществляющие укладку рулонов на основание производят это либо за счёт уменьшения погрузочной высоты («Greil», рабочий орган , разработанный в СГАУ), либо обладают большой материалоёмкостью и требуют значительных энергетических затрат на выполнение операций захвата и разворота рулона («Reerman», «STOLL», «John Deere»).

Поэтому при разработке конструкции нового рабочего органа для рулонов грубых кормов необходимо предусмотреть погрузку рулона на основание без изменения погрузочной высоты , при этом материало- и энергоёмкость выполняемых процессов должны оставаться минимальными. Для этого необходимо найти оптимальные геометрические параметры рабочего органа , способствующие обеспечению надёжного захвата, подъема и разворота рулона. К таким параметрам следует отнести форму поперечного сечения зубьев рабочего органа, их радиус кривизны и угол сектора внедрения. Нужно учесть, что с увеличением геометрических размеров вышеперечисленных параметров рабочего органа повышается материало- и энергоёмкость всего погрузочно-разгрузочного процесса. А их необоснованное уменьшение приводит к снижению надежности захвата и удержания рулона. Нахождение оптимальных величин геометрических параметров рабочего органа позволит минимизировать длины всех задействованных рычагов, штоков гидроцилиндров, его диаметра, и как следствие снизить материальные и энергетические затраты.

С учётом приведённых требований и недостатков можно сформулировать признаки, которым должна отвечать конструкция нового рабочего органа для погрузки рулонов.

Учитывая, что практически все сельскохозяйственные погрузчики имеют гидросистему, привод подвижных деталей нового рабочего органа должен быть гидравлическим.

По характеру связи со стрелой погрузчика - с механизмом коррекции, что позволит разворачивать рулон.

По контакту с грузом - комбинированный, что позволит захватывать рулон в любом положении со стороны образующей или со стороны основания.

По взаимодействию с грузом - активный.

По способу захвата - проникающий с когтевыми захватами [52].

1.3. Исследования взаимодействия рабочих органов с сено-соломистым материалом.

Исследованием напряжённого состояния анизотропного материала при деформациях посвящён ряд работ.

Так Кормаков A.B. считает, что среднее значение разрыва связей порции сена по основанию, захватываемой грабельной решёткой [52] определяется по выражению : р, АошР Асж a^c/pFh ^ ^

Ц>тр КппР h — (m — i)L'omp' где Po — усилие разрыва порции сена;

А-отр - работа разрыва связей порции;

Асж - работа сжатия порции;

L'omp - величина сжатия порции толщиной h; h - толщина порции; а, ß - поправочные коэффициенты от влажности и скорости прессования, введённые Е.И.Храпач; с, т- постоянные для данных условий величины уравнения Сколь-вейта; л

Уо - удельный объёмный вес соломы, кг/м ; F - площадь зубьев грабельной решётки. Усилие сжатия сено-соломистых материалов по данным целого ряда исследователей подчиняется закону [52]:

Pcx=a-ß-c-yZ (1.2)

Особов В.И. предлагает рассчитать напряжение волокнистого материала при деформациях по формуле [53]: j /о *

CT = -(sE0ea L~s +vr]0eb L~s), (1.3) L где L - высота слоя; s - абсолютная деформация;

Eo - модуль упругости материала при начальной плотности; Уо - начальная плотность материала; а и в - постоянные, определяющие состояние материала; V - скорость деформации; rjo - модуль вязкости материала при начальной плотности; е - экспонента.

Автор считает, что при деформации волокнистых растительных материалов вязкие и упругие свойства проявляются одновременно, поэтому первое слагаемое формулы (1.3) представляет собой упругую составляющую, а второе слагаемое - вязкую составляющую.

Григорьев A.A. вывел определяющую зависимость напряжения при сжатии сено-соломистого материала [54]: где сит- эмпирические коэффициенты;

Уо - исходная плотность материала; ук - конечная плотность материала при сжатии;

И0 - толщина слоя материала; л; - угол отклонения образующей слоя материала от продольной плоскости при сжатии;

В - линия контакта деформатора с материалом.

В формуле (1.4) первое слагаемое определяет напряжение материала как следствие деформации слоя непосредственно под приложенной нагрузкой, она характеризует закономерность сжатия материала; второе слагаемое - дополнительное напряжение, возникающее от деформации слоя в окрестности приложения нагрузки.

Если рассматривать рабочий орган для захвата рулонов грубых кормов как грейфер, а сам рулонов как связный груз, то здесь применима формула Дубинина В.Ф. и Кирпиченкова Л.И. для определения наибольшего условия отрыва при работе грейферного погрузчика со связными сельскохозяйственными грузами [55]

Уо\-т+1

1.4)

P0=gG[(l + eJ(l + WH) + ec]

1.5) где Р0 - наибольшее усилие отрыва; g - ускорение силы тяжести, м/с2; (7 - масса поднимаемого груза, кг; г;ес и ги - соответственно коэффициенты отношения массы грейфера к массе груза, сопротивления отрыва и динамичности; у/- коэффициент демпфирования.

Как видно из приведённых формул (1.1-1.6), среди авторов нет единого мнения о закономерностях напряжённого состояния анизотропного материала при деформации. Одни авторы предлагают зависимость напряжения от деформации и плотности материала в виде степенной функции, другие в виде показательной, что видимо, связано с условиями проведения процесса деформации материала.

Пользоваться приведёнными формулами при расчётах затруднительно из-за наличия в них постоянных коэффициентов, характеризующих состояние или вид деформируемого материала. Нахождение данных коэффициентов для каждого вида материала производится по экспериментальным исследованиям.

На основании вышеприведённого можно сделать вывод: для нахождения зависимости усилий и напряжений материала от деформаций при условиях отличных от ранее исследованных необходимы дополнительные теоретические и экспериментальные исследования.

1.4. Цель и задачи исследования.

Проведённый обзор и анализ литературных источников и научных работ и сделанные при этом выводы позволяют сформулировать цель и задачи исследований.

Цель работы: повышение эффективности работы фронтального погрузчика рулонов грубых кормов за счет разработки и оптимизации параметров рабочего органа.

Задачи исследований:

-342. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАХВАТА РУЛОНА РАБОЧИМ ОРГАНОМ.

2.1. Технологическая схема погрузки рулонов фронтальным погрузчиком с новым рабочим органом.

Известные технологические схемы погрузки, транспортировки и штабелирования рулонов грубых кормов основаны на применении фронтальных универсальных погрузчиков в операциях подъёма и погрузки рулонов в транспортные средства, штабелирования их на месте хранения и разборки штабеля. Эти погрузчики эффективны на погрузке рулонов грубых кормов и могут транспортировать рулоны непосредственно в животноводческое помещение.

Однако, большинство рабочих органов предполагают укладку рулонов в транспортное средство и штабель в горизонтальном положении на образующую. В этом случае силы тяжести рулонов верхних слоев, действуют в направлении перпендикулярном оси рулона, стремятся сжать рулон и изменить его круглость, что приводит к ослаблению обвязки и при хранении в штабеле может привести к полному разрушению деформированных рулонов. При транспортировке рулонов на дальние расстояния схема укладки рулонов в горизонтальном положении на образующую также оказывают негативное воздействие на надежность обвязки, так как силы инерции, возникающие при копировании ходовой частью транспортного средства неровностей дороги воздействуют в направлении перпендикулярном оси рулона и ослабляют обвязку. Для предотвращения ослабления обвязки рулон целесообразно устанавливать на основание. В этом случае на рулон воздействуют осевые нагрузки, вызванные силами тяжести рулонов верхних слоёв штабеля или силами инерции при транспортировке, которые сжимают рулон в осевом направлении, в результате чего диаметр рулона стремится к увеличению. Витки обвязки удерживаются лучше за счёт увеличения сил трения между ними [36 ; 48].

В результате проведённого научного поиска была разработана новая технологическая схема (рис.2.1) производственно-транспортного процесса уборки рулонов грубых кормов с применением фронтального универсального погрузчика.

Рис. 2.1. Технологическая схема заготовки рулонов грубых кормов с использованием рабочего органа, обеспечивающего укладку рулона на основание и образующую.

В данной технологической схеме предлагается создание нового рабочего органа к фронтальному погрузчику для погрузки рулонов. При этом использование погрузчика с таким рабочим органом позволяет снизить потери корма, за счет сохранения целостности рулона при транспортировке, исключить дополнительные перевалочные операции, укладывать рулоны в транспортные средства и штабель, как на образующую так и на основание в одном технологическом процессе не изменяя при этом погрузочной высоты.

2.2. Устройство и принцип действия рабочего органа.

Принимая во внимание опыт отечественных и зарубежных производителей рабочих органов для погрузки рулонов грубых кормов и для устранения присущих им недостатков, на кафедре «Детали машин и ПТМ» СГАУ им.Н.И.Вавилова сконструирован новый рабочий орган для погрузки рулонов грубых кормов (Решение о выдаче патента на изобретение от 28 марта 2001г. на заявку №2000107584/13(007907)) (приложение 3),

Это гидравлический, осуществляющий захват рулона, как со стороны основания так и со стороны образующей рабочий орган с когтевыми сжимающими рычагами (приложение 3).

Рабочий орган состоит из Г-образной рамы 1 (рис.2.2) с кронштейнами 2 для крепления к стреле погрузчика и следящему механизму, и кронштейнами 3 для крепления сжимающих рычагов.

На конце Г-образного сжимающего рычага 4 закреплена перемычка 5 с двумя дугообразными зубьями 6. На конце прямого сжимающего рычага 7, закреплена перемычка 8 с двумя дугообразными зубьями 9. На противоположных концах сжимающих рычагов закреплены упоры 10. С кронштейнами 11 сжимающих рычагов сопрягается гидроцилиндр привода 12. Для обеспечения жёсткости конструкции, рама рабочего органа усилена перемычками 13. Звенья рабочего органа 1, 4, 7 и 12 соединены между собой шарнирно.

Конструкция нового рабочего органа позволяет разворачивать груз из горизонтального положения в вертикальное путём подъёма органа на 90°. При этом не изменяется погрузочная высота. Разгрузка осуществляется выводом дугообразных зубьев сжимающих рычагов из материала рулона.

Рабочий орган имеет Г-образную раму, копирующую часть рулона и позволяющую тем самым ориентировать рабочий орган. Профили зубьев сжима

37

Рис. 2.2. Схема рабочего органа

I- Г- образная рама; 2, 3- кронштейны; 4- Г- образный рычаг; 5- перемычка: 6- зубья; 7- прямой рычаг; 8-перемычка; 9- зубья; 10- упоры;

II- кронштейны; 12- гидроцилиндр; 13- перемычка. ющих рычагов соответствуют дугам окружностей, описанных из центра вращения этих рычагов, что позволяет улучшить сопротивление зубьев при их внедрении, а также проводить разворот рулона на 90° в вертикальной плоскости.

Внедрение дугообразного зуба поперёк слоёв рулона (образующая) требует большего усилия, чем внедрение вдоль слоёв (основание). Вследствие чего можно предположить, что усилие на штоке гидроцилиндра будет распределено неравномерно, в результате чего при замыкании сжимающих рычагов внедрение пары дугообразных зубьев в основание рулона произойдёт быстрее. Однако, дальнейшему продвижению зубьев со стороны основания в материал рулона будет препятствовать Г-образная рама, в которую упрётся Г-образный сжимающий рычаг, и произойдёт внедрение другой пары дугообразных зубьев со стороны образующей на полную длину, необходимую для удержания рулона. При освобождении рулона от рабочего органа в первую очередь будут выведены пара зубьев из основания, максимально используя при этом длину штока гидроцилиндра, что значительно осложнит вывод зубьев из образующей, способствуя их вырыву стрелой погрузчика. В таком случае неизбежны деформация рулона и нарушение целостности обвязки.

Для предотвращения данного недостатка на сжимающих рычагах рабочего органа жёстко закреплены упоры, фиксирующие вывод зубьев из материала. Каждый отдельно взятый сжимающий рычаг имеет свой кронштейн крепления к раме устройства. Гидроцилиндр привода сжимающих рычагов расположен параллельно раме. Замыкание рычагов происходит путём подачи жидкости в подпоршневую полость гидроцилиндра, что соответствует правильной схеме его работы.

Рабочий орган с погрузчиком может работать по двум схемам:

- при погрузке рулонов на образующую;

- при погрузке рулонов на основание;

При выходе из прессовальной камеры пресс-подборщика рулон располагается на поверхности поля, на образующей. Погрузчик 1 (рис.2.3) с рабочим органом 2, находящимся в вертикальном положении подъезжает к рулону. Рабочий орган накладывается на рулон со стороны основания. Затем включением соответствующего золотника гидрораспределителя, рабочая жидкость подаётся в подпоршневую полость гидроцилиндра 12 (рис.2.2) и посредством выхода его штока происходит внедрение в рулон пары дугообразных зубьев 6 и 9(рис.2.2; рис.2.4). Причём зубья 6 внедряются в образующую рулона, а зубья 9 в его основание, что обеспечивает надёжное удержание рулона на весу при подъёме стрелой погрузчика. После подъёма рулон перемещается к месту разгрузки (либо грузится в тележку, либо укладывается в штабель на краю поля) (рис.2.5). Далее подачей рабочей жидкости шток гидроцилиндра 12 (рис.2.2) втягивается, при этом зубья сжимающих рычагов выводятся из рулона, и он остаётся на месте без изменения (рис.2.6).

При укладке рулонов на основание рабочий орган при помощи штанг 1 и пары гидроцилиндров 2 (рис.2.7) поворачивается вокруг оси крепления к стреле погрузчика на 90° и принимает горизонтальное положение. Орган накладывается на дальний конец рулона на образующую. Происходит замыкание сжимающих рычагов (рис.2.8). В этом случае зубья 6 (рис.2.2) Г-образного сжимающего рычага 4 внедряется в основание. А зубья 9 прямого сжимающего рычага 7 внедряются в образующую. Рулон поднимается стрелой погрузчика. При втягивании штоков пары гидроцилиндров 2 рабочий орган принимает вертикальное положение, при котором основание рулона параллельно плоскости разгрузочной площадки или земли (рис.2.9). Рулон транспортируется и опускается на основание (рис.2.10). Процесс освобождения рулона от рабочего органа аналогичен процессу при погрузке на образующую. В обоих случаях погрузочная высота остаётся неизменной.

По сравнению с существующими аналогами предлагаемый рабочий орган может производить погрузку рулонов грубых кормов, как на образующую, так

1 2

Рис.2.3. Подъезд к рулону. 1- погрузчик; 2 - рабочий орган.

Рис.2.6. Укладка рулона на образующую, выведение зубьев.

4 ц^то'Шк. к г Рис.2.7. Накладывание рабочего органа на образующую 1 - штанга; 2 - гидроцилиндр

Рис.2.10. Укладка на основание, выведение зубьев. и на основание в одном технологическом процессе, не изменяя при этом погрузочной высоты. Рабочий орган имеет простую надёжную конструкцию, удобен в эксплуатации, оригинальная Г-образная рама органа позволяет ориентировать его относительно рулона. Рабочий орган способен осуществлять захват, подъём и разворот рулона, не нарушая при этом целостности обвязки.

2.3. Теоретическое исследование процесса захвата рулона.

Рассмотрим схемы захвата рулона рабочим органом при горизонтальном и вертикальном положениях рулона (рис.2.11.; 2.12.). Введем обозначения :

Яг - радиус рулона;

Ьг - длина рулона;

- радиус зуба Г -образного сжимающего рычага;

- радиус зуба прямого сжимающего рычага;

Нг - расстояние между точками поворота рычагов; и15и2 - вектора перемещений точек контактных поверхностей;

Рп1;Рп2 - вектора нормальных напряжений;

8п],8п2 - вектора касательных напряжений.

При подъеме рулона стрелой погрузчика на поверхности контакта рулона с зубьями и несущими стержнями зубьев и рамы возникают напряжения Рп],Рп2 и 8п,,8п2 вызываемые действием веса рулона. Для определения оптимальных геометрических параметров рабочего органа, обеспечивающих надежный захват и удержание рулона необходим детальный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС).

Как было изложено ранее основными составляющими рабочего органа являются: Г-образная рама, Г-образный сжимающий рычаг, прямой сжимающий рычаг и зубья.

Геометрические параметры составных частей рабочего органа представлены на рис.2.13-2.15.

Величины Ъ и Ъ1 должны удовлетворять следующим соотношениям:

2.1)

1 Предположим, что зубья захвата имеют дугообразную форму ным сечением (рис.2.16):

1) с круглым постоянным;

2) с квадратным переменным;

3) с круглым переменным.

Рис. 2.11. Схема захвата и удержания рулона при погрузке на образующую.

Рис. 2.12. Схема захвата и удержания рулона при погрузке на основание.

Рис. 2.13. Схема Г-образной рамы

-1=6- поверхность контакта перемычки прямого сжимающего рычага, имеющего длину с, (рис. 2.15),

-1=7- поверхность контакта перемычек Г-образной рамы (рис.2.13.), -7=8- поверхность контакта стержня Г-образного сжимающего рычага, имеющего длину Ъ (рис.2.14.),

-1=9- поверхность контакта прямого сжимающего рычага, имеющего длину Ь{(рис.2.15.).

Поверхности контакта, имеющие индекс / = 6,9 будут иметь площади значительно меньшие других площадей контакта, а контактные напряжение на них будут того же малого порядка. Поэтому влиянием этих поверхностей можно пренебречь и, следовательно, необходимо исследовать контактные поверхности с индексами I = 1. .5.

- 133 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ процессов погрузки прессованных рулонов грубых кормов показывает, что конструкция рабочего органа определяет схему и эффективность работы погрузчика, и что существующие рабочие органы не обеспечивают максимальную загрузку транспортных средств, имеют большую материалоемкость, снижают погрузочную высоту.

2. Перспективным направлением повышения эффективности работы фронтальных погрузчиков является разработка и определение оптимальных параметров когтевого проникающего рабочего органа, позволяющего минимизировать энергоемкость и материалоемкость процесса погрузки.

3. Разработанная конструктивно-технологическая схема когтевого рабочего органа обеспечивает повышение использования грузоподъемности транспортных средств за счет укладки рулонов на основание и образующую без снижения погрузочной высоты.

4. В результате теоретических исследований получены аналитические выражения для определения усилий на зубьях, вызывающих разрушение рулона при удержании в зависимости от геометрических параметров зубьев [формулы 2.50 ; 2.62] и определены их оптимальные значения.

5. Исследования показали, что предпочтительной формой зуба является квадратная с переменным поперечным сечением.

6. Для зуба квадратной формы переменного поперечного сечения наилучшими показатели процесса захвата рулона будут являться: при внедрении в основании - радиус кривизны Я3 = 0,65 м. и угол внедрения а = 45°; усилие внедрения Рвн = 0,690 кН; а при внедрении в образующую Я3 = 0,5м , а = 57,5°, Рвн = 0,774 кН.

7. Производственные испытания нового рабочего органа в АФ «Николаевская» Саратовского района Саратовской области показали, что трудоемкость по процессу погрузки и транспортировки по сравнению с сущест

- 134вующей технологии с использованием рабочего органа ППУ-0,5 снизилось на 24,2%, приведенные затраты труда снизились на 14%, годовой экономический эффект на 2000 год составил 47195 руб. Срок окупаемости дополнительных капиталовложений составил 0,17 лет.

-135

1. Концепция и программа развития АПК области на 1997-2000г. Саратов 1997г.; 148 стр.

2. Коротчиков A.B. Создание техники для приготовления кормов. // Тракторы и с/х машины. 1999г. №3; стр15.

3. Девяткин А.И. Рациональное использование кормов. Москва.; Росагропромиздат, 1990. -256с.

4. Александрова М.И., Дубинский И.А. Эффективность животноводческих комплексов. -М.; Агропромиздат, 1986. 120с.

5. Лисовский И.В. Комплексная механизация заготовки кормов .- Л.: Лениздат, 1980. 223с.

6. Гасанов А.Ф. Установка для подачи консерванта в прессуемое сено. // Мех-ция и электрификация с/х. 1999. №10; стр.14.

7. Особов В.И. Кормоуборочная техника на выставке «AGRITECHNIKA» 99 // Тракторы и с/х машины. 2000г. №14; стр.42.

8. Особов В.И. Перспективы развития кормоуборочной техники.// Техника в с/х-ве. М.: Колос, 1988. №4 - с.34.

9. Механизация погрузочно-разгрузочных работ при заготовке рулонов грубых кормов. Отчёт о НИР (заключительный).Сарат. ин-т.мех-ции сель хоз-ва.; руководитель Дубинин В.Ф ВНТИЦ №ГР 81099597; инв.№02870058959,-Саратов, 1986.-40с.

10. DLG Futterwerttabellen fur Wiederkaner.- Диаграммы кормления животных.- Frankfurt am Mein: DLG -Verlag. 1991.-112s.

11. Сулима Л.А. Научно-технический прогресс в кормопроизводстве. А.: Знание, 1983.- 32с.-13614.0собов В.И., Васильев Г.К. Сеноуборочные машины и комплексы. М.: Машиностроение. 1983. - 304с.

12. Баратори И., Рафаи П. Энергосберегающие технологии и агрегаты на животноводческих фермах. / Пер. с венг. Э.Шандора, А.И.Залепукина.-М.: Агропромиздат, 1988 .- 228с.

13. Кормановский Л.П. Достижения инженерной науки в осуществлении технической политики на селе. // Тракторы и с/х машины. 1999г. №l-c.l 1.

14. Горбачёв И.В.,Халанский В.И.Досицын И.И. Машины для прессования сена, подбора и транспотировки тюков и рулонов. М.: Высш.шк., 1984.-119с.

15. Гвоздев A.B. Силосование трав с прессованием в рулоны. // Кормопроизводство.- М.: Колос, 1992. №2.- С.28.30.21 .Тийгимяэ А.Я.,Хуссарт В.П. Заготовка прессованного сена .// Механизация сеноуборочных работ. Л.: Колос (Ленингр. Отд-ние),1976.-85с.

16. Батищев В.Д. Механизация погрузочно-разгрузочных работ в соломохранилищах. // Сельское хозяйство за рубежом .- 1980г. №8.-С14.21.

17. Дубинин В.Ф., Глухарёв В.А. Заготовка, хранение и погрузка рулонов сена. // Сб. научн.работ. Механизация погрузочно-разгрузочных процессов в сельском хозяйстве. Саратов, 1987г.- с14.21.

18. Короткевич A.B. Технологии и машины для заготовки кормов из трав и силосных культур. Учебное пособие.- Минск, Урожай. 1991г.- 383с.

19. Малерж Й. Опыт уборки соломы подборщиками для прессования крупнообъёмных тюков. // Международный агропромышленный журнал.-1989г. №1.с.154. 161.

20. Карпов A.A. Современная сельхозтехника из ФРГ. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: ВО Агропромиздат. 1991г. №14 cl 1. 14.

21. Карпов A.A. Уборочная техника на выставке «Агротекс-91». // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Колос. 1992. №4.с.37.42.

22. Пресс-подборщик с электронным управлением. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1990. №1.-с.51.

23. Чекулин Г.Е. Научно-техническое обеспечение животноводства

24. Сибири.//Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2000г. №11.- с.2.

25. Технология заготовки сена повышенной влажности в рулонах с использованием химических консервантов: Рекомендации. М.: ВО Агропромиздат, 1988г.-16с.-(Госагропром СССР. ВНИИКормов).

26. Карпов A.A. Рулонные пресс-подборщики из ФРГ и США. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: ВО Агропроиздат. 1991г. №2. с.54.

27. Бондарев В.А. и др. Заготовка прессованного сена в рулонах с применением химических консервантов. // Кормопроизводство. М.:ВО Агропромиздат. 1986г. №6. С.10.13.

28. Потапов Г.П. Погрузочно-транспорттные машины для животноводства. Справочник.- М.: Агропромиздат.

29. Никитин В.А. Совершенствование процесса погрузки рулонов грубых кормов с оптимизацией параметров рабочего органа. Дисс. на соискание уч. степени к.т.н./Сарат. Ин-т мех-ции сель, хоз-ва., руководители Дубинин В.Ф., Глухарёв В.А. Саратов,2000г.-138

30. Profi praktisch. // Prcfi. 1999. №6.-p.44.

31. Wickelballenzange: Wictig sind die Maße. // Profi. 1993. №9.- p.37.

32. Den Ballen in die Zange nehmen. // Profi. 1998. №9-.p.37. 40.111ustiertwe Umsehen. // Agrartecnik. 1983. №10.- p.2.41 .Landtecnik aus der VR Pollen. // Agrartecnik. 1983. №6. p.4.

33. Multi Mate «BALE EQUIMENT» // Power Farming. 1986. Mai.-s.21.

34. Сельскохозяйственная техника для интенсивных технологий в растениеводстве. Каталог.- М.: АгроНИИТЭНИИТО, 1988.-c.200.

35. Джамбуршин А.Ш., Серикбаев К.Б. Оптимальные управления процессом штабелирования рулонов. // Сб.научн.тр. Комплексная механизация производственных процессов в растениеводстве. Т.9.-Алма-Ата: Кайнар, 1982.- С.91.98.

36. Авторское свидетельство №1379230 СССР. Грузозахвтное устройство ./Авторы изобретения: Дубинин В.Ф., Матвеев В.Ю., Глухарёв В.А.- Заявлено 07.03.88г.

37. Frontladerkralle für Großballen. //Profi. 1986. №2-.p.79.

38. Easi does it. // Agricutural Machineri Jornal.1986. Mai.- s.7.

39. Описание изобретения к патенту Российской Федерации RU 2137347 С1. В.Ф.Дубинин; В.А.Глухарёв; В.А.Никитин. Грузозахватное устройство.

40. Bale Implements. // Implements.AB. ALO-MASKINER.

41. Глухарёв В.А. Повышение эффективности процесса погрузки и оптимизация параметров рабочего органа для рулонов грубых кормов. Дисс. на соискание уч. степени к.т.н./Сарат.ин-т механизации сель, хоз-ва; руководитель В.Ф.Дубинин. Саратов, 1990.-115с.

42. Grun und sewarz im Doppeltest. // Profi. 1994. №12. p.30.

43. Григорьев A.A. Исследование процесса сжатия сено-соломистых материалов. // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- М.: Колос, 1964. №3 .-с. 19.20.

44. Красников В.В., Дуибнин В.Ф., Кирпиченков Л.И. Эксперементальное обоснование формы зубьев грейфера для связных грузов. // Сб. научн. Работ.- Саратов. 1976. с.90.,.98.

45. Веретенников В.Г., Карпов И.И., Марков А.П. и др. Теоретическая механика. Вывод и анализ уравнений движения на ЭВМ. Учебн. Пособие для вузов. В 2-ух. ч. ч.1. Под ред. Веретенникова В.Г.- М.гВысш. Школа. 1990.-174с.

46. Тэплин Д. Механика разрушения. Разрушение материалов. Перевод с англ. Под редакцией Гольдштейна P.B. М.: «Мир», 1979.- 239с.

47. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. Пер. с англ. Лаптева Д.В. Под. Ред. Кудряшова В.Г. М.: «Металлургия». 1978.- 253с.

48. Контунов М.А., Кравчук A.C., Майборода В.П. Прикладная механика деформируемого твёрдого тела. М.: «Высшая школа», уч. пособие для вузов. 1983.-349с.

49. Гуле Ж. Сопротивление материалов. Пер. с франц. Кравчука A.C.- М.: Высш. школа. 1985.-192с.

50. Завалишин Ф.С., Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства.- М.: Колос. 1982.- 288с.

51. Ивашев-Мусатов О.С. Начало математического анализа. Учебн. Пособие.-5-ое изд. Пераб. И доп.-М.: Наука, 1988.- 288с.

52. Волков И.К. Канатников А.Н. Интегральные преобразования и операционное назначение. Учебник. Зарубина B.C., Крищенко А.П. М.: МГТУ, 1999. - 228с.

53. Завалишин Ф.С., Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. М.: Колос. 1982. - 231с.

54. Мельников С.В, Алёшин В.Р, Рощин П.М. Планирование эксперемента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос. Ленинград. отд-ние.1980. - 263с.

55. Маркова Е.В., Лисенков А.Н. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей. М.: Наука, 1973. - 230с.

56. Рыжанков В.И. Эксперементально-теоретическое исследование грейферных захватов навозопгрузчиков. // Научн. тр. Сельскому хозяйству высокопроизводительные машины. Минск, 1963.-C.135.147.

57. Дубинин В.Ф., Кирпиченков Л.И. Эксперементально-теоретическое обоснование формы рабочих органов грейферных погрузчиков.//Научно-тематический сборник. 4.1. Интенсификация главное направление развития сельского хозяйства. - Саратов, 1976. - с. 45.46.

58. Беляев В.А. Применение вибрации для погрузки стогов. // Техника в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1966. №6. - с.21. .24.

59. Лукашевич Н.М. Эксперементальные исследования некоторых физико-механических свойств силосной массы. // Сб. научн. тр. БИМСХ. Вып.4. -Минск, 1960. с.244. .259.

60. Атяксин О.П. К вопросу некоторых параметров зубьев напорного гидравлического грейфера для силоса .// Сб. научн. тр. КСХИ. Вып. 14/12.-Краснодар. 1966. С.67.71.

61. ОСТ 70.2.15.73. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний.

62. Зоотехнический анализ кормов . / Петухова Е.А., Бессарабова Р.Ф., Холенева Л.Д., Антонова O.A. М.: Колос, 1981. - 256с.

63. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. Учебн. пособие.- М.: Высш. школа, 1982. 224с.

64. Митропольский А.К. Техника статических вычислений. М.: Наука, 1971.-576с.

65. ГОСТ 24055 80. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно - технической оценки. Общие положения.

66. ГОСТ 24057 80. Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно - технической оценки машин на этапе испытаний.

67. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно исследовательских и опытно -конструктивных работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. - М.: Колос, 1980. - 111с.-142