автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологии уборки льна-долгунца путем оптимизации параметров и режимов работы подборщика для формирования и установки конусов

На правах рукописи

Чугунов Дмитрий Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УБОРКИ ЛЬНА-ДОЛГУНЦА ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОДБОРЩИКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И УСТАНОВКИ КОНУСОВ

Специальность 05.20.01 Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - Павловск 2004

Работа выполнена в Северо-Западном научно-исследовательском, институте механизации и электрификации сельского хозяйства.

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший научный.

сотрудник Петухов Борис Семенович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Белов Валерий Васильевич;

Ведущая организация - Псковский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства (Псковский НИИСХ)

диссертационного совета К 006.054.01 при Северо-Западном научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу: 196625, Санкт-Петербург-Павловск, п/о Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, корпус № 1, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СЗНИИМЭСХ.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Андреев Василий Алексеевич.

Защита состоится

2004 г. в

часов на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В настоящее время одновременно со снижением объемов производства льна-долгунца наблюдается снижение качества льнопродукции. Средний номер тресты к 1998 году снизился до 0,75.

Прямая зависимость качества урожая от погодных условий, значительные затраты ручного труда, приходящиеся в основном (80%) на уборку, обусловили снижение производства льна-долгунца. Одной из причин качественных и количественных потерь льнопродукции является низкий уровень механизации уборочных работ. Уборка является важным этапом производства льна-долгунца, от нее зависит сохранение не только выращенного урожая, но и качество льносырья. Проблематичными до сих пор являются операции на стадии естественной сушки. Неблагоприятные погодные условия Северозападного региона России, в котором производится более 20% льна-долгунца, приводят к значительному снижению качества льносырья в период уборки, следовательно, существенно влияют на получение урожая высококачественного волокна

Используемая в регионе базовая технология уборки влажного льносырья с ручной установкой конусов льна для естественной сушки позволяет получить прибыль практически при любых погодных условиях. Однако большие затраты ручного труда на операции установки конусов являются сдерживающим фактором в использовании данной технологии уборки. Поэтому вопрос внедрения в производство машинной технологии, исключающей ручной труд и повышающей рентабельность производства льна имеет актуальное значение.

Цель исследования. Повышение эффективности технологии уборки льна путем оптимизации параметров и режимов работы подборщика для формирования и установки конусов.

Объект и предмет исследований. Объектом исследования является вариант технологии уборки льна с машинной установкой конусов в условиях Северо-Западного региона России. Предметом исследования является выбор рациональных режимов работы и параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов льнотресты.

Научная новизна состоит в:

- разработке математической модели выбора рациональных параметров камеры подборщика по обобщенному показателю затрат на уборке с использованием данной машины;

определении рациональных параметров механизма подачи графоаналитическим методом с использованием ПК.

- алгоритме определения величины снижения качества льносырья в конусе в процессе уборки;

алгоритме выбора рациональных параметров камеры конусообразователя подборщика для формирования и установки машинных конусов;

- определении оптимальной массы конуса по вероятности его просыхания в различных погодных условиях;

конусов на базе выбора рациональных па]

1

оценка эффективности технологии^ц^рЩСЛ^^ЦидшЖ^УрДОВ^11

»пса. I

л I/ '

оа

Достоверность основных положений и выводов подтверждена данными экспериментальных исследований, лабораторно-полевых и хозяйственных испытаний подборщика.

Практическая значимость работы. Выбранные рациональные режимы работы и параметры рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов могут быть использованы заводом-изготовителем при производстве подборщика.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Критерии и оценочные показатели выбора рациональных параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов.

2. Математическая модель определения оптимальной массы конуса.

3. Рациональные рабочие органы подборщика и их параметры.

4. Конструктивно-технологическая схема подборщика для формирования и установки конусов льна.

5. Результаты лабораторно-полевых исследований технологии уборки льна с машинной установкой конусов.

Апробация и реализация результатов исследования.

Работа выполнялась в соответствии с планом НИР СЗНИИМЭСХ по теме НИОКР на 1998-2002 годы: "Разработать научные принципы и методические рекомендации по обоснованию рациональной технологии и оптимального комплекса технических средств уборки влажного льносырья путем выбора технических средств, адаптированных к условиям производства" (№ roc. per. 01200000540).

Результаты исследований апробированы в условиях хозяйства ТОО им Куйбышева Псковской области, о чем имеется официальное подтверждение.

Публикации. По основным положениям диссертации опубликованы 3 печатные работы.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и приложения. Содержит 176 страниц, 37 таблиц, 42 рисунка. Список использованных источников состоит из 88 наименований отечественных и зарубежных авторов и 11 ссылок на интернет - источники.

2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе дана оценка погодно-климатических условий СевероЗападного региона, проанализировано состояние льноводства. Рассмотрены применяемые в настоящее время в производстве отечественные и зарубежные технологии и технические средства уборки влажного льносырья. Приведена оценка технического обеспечения перспективных технологий, определены цели и задачи исследования.

Анализ состояния вопроса свидетельствует о том, что используемые технологии уборки не позволяют проводить ее без существенного снижения качества в условиях Западного региона России. Подъем и установка льнотресты, в конусы ручного формирования позволяет увеличить

льнотресты в конусы ручного формирования позволяет увеличить интенсивность сушки, прекратить процесс вылежки, а значит сохранить качество сырья. Однако данный вариант технологии предусматривает наличие большого количества свободных рабочих рук, что сейчас не под силу большинству хозяйств. На основании этого сделан вывод о том, что необходимо внедрение в производство машинной технологии уборки - с установкой конусов, способной исключить ручной труд и повысить качество убираемого урожая.

Погодные условия региона по количеству выпадения осадков Q были разбиты на четыре группы с вероятностью выпадения осадков Р=О,51: Qi=42,l мм, Q2=57,3 MM, Qз=70,2 MM, Q4=142,l мм. Это было сделано для удобства оценки погодных условий и характерного для них снижения качества льносырья.

Большой вклад в создание технических средств и разработку рациональных технологии внесли отечественные ученые и конструкторы М. М Боярченкова, Н.Н Быков, Б.С. Петухов, А. А. Потарин, Б.Ф. Слоневский., В.И.Соснов, В.И. Сизов, М.М. Ковалев, В_Я Тихомирова, В. Г. Черников, И.А. Юршиц, В.П. Горячкин, А.С. Маят, М.И. Шлыков, М.Н. Летошнев, М.Н. Шнейдер, ИМ. Махов, МА. Александров, П.Ф. Прибытков, Л.И. Клятис, Г.А. Хайлис, А.А Ярошевич, В.Н. Рябцев, Л.Ю. Гурвич, и многие другие.

На основании анализа состояния вопроса и поставленной цели определены следующие задачи исследований: определение эффективности технологии уборки влажного льносырья с машинной установкой конусов на основе определения рациональных параметров и режимов работы подборщика для формирования и установки конусов. Для научного обоснования рациональных параметров и режимов работы подборщика необходимо:

1. Обосновать принципы и критерии выбора рациональных параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов.

2. Разработать алгоритм продолжительности уборки влажного льносырья в зависимости от массы конуса.

3. Разработать математическую модель оптимизации массы конуса по минимуму суммарных затрат на производство конечного продукта.

4. Определить оптимальную массу конуса по обобщенному показателю затрат.

5. Произвести выбор и обоснование рациональных рабочих органов подъемно-подающего механизма подборщика для формирования и установки конусов.

6. Определить рациональные параметры кривошипно-шатунного четырехзвенника механизма подачи подборщика.

7. Определить рациональные параметры рабочих органов механизма конусообразователя.

8. Проверить полученные данные в производственных условиях.

Во второй главе проведено обоснование и выбор рациональных параметров рабочих органов подъемно-подающего механизма подборщика (рисунок 1). Необходимо учесть, что для бесперебойной работы агрегата при установке конусов, производительностью 0,5... 0,6 га/ч необходима накопительная камера, размеры которой должны соответствовать формируемой

1- подбирающее устройство, 2 - механизм подачи, 3 - камера, 4 - накопитель, 5 - конусообразователь.

Рисунок 1. Схема подборщика для формирования и установки конусов

массе конуса.

При этом накопительная камера должна располагаться на таком расстоянии от подбирающего механизма, чтобы обеспечивать установку механизма выдвижения камеры конусообразователя в сторону, противоположную движению агрегата, для создания условия, когда поступательная скорость конусообразователя равна нулю, т.е. накопительная камера находится на значительном расстоянии от подбирающего механизма. В связи с этим необходим механизм подачи массы льна в накопительную камеру, обеспечивающий заполнение всего объема камеры. В связи с чем в принятой технологической схеме подборщика используется качающийся пуансон, высота секций которого определяет высоту накопительной камеры.

В связи с чем сравнительную оценку качества работы исследуемых подъемно-подающих механизмов проводили используя аппарат статистической динамики, разработанный А. Б. Лурье. Динамические модели подборщика были представлены в виде сложных систем, с несколькими динамическими звеньями, на каждое из которых в установившемся движении поступает возмущение, обусловленное технологическими параметрами лепты - растянутость ленты перед подбирающим барабаном, L1(e); растянутость перед накопительной камерой, Ь2(е); перед камерой формирования, Ьз(е); параллельность (дезориентация) стеблей, соответственно Ч^е), ^(е); сцепляемость

стеблей, соответственно ^(е), £з(е). Н а подбирающий барабан, кроме

этого воздействуют неровности поверхности поля Z1(e). В последующих исследованиях были рассмотрены два динамических звена, несколько упрощающих задачу - накопительная камера и камера формирования конуса. При таком подходе каждый из выходных показателей можно рассматривать отдельно друг от друга.

При выборе рационального механизма подачи подборщика перед нами также стояла задача определения его параметров. Механизм подачи представляет собой кривошипно-шатунный четырехзвенник (рисунок 2). Проектирование таких механизмов связано с решением задачи о воспроизведении заданной траектории точки шатуна, которая была поставлена Н.М. Левинским. Известно, что траектория крайней точки шатуна, должна представлять собой фигуру схожую с эллипсом. Определению подлежат следующие величины: АВ=а, BC=b, CD=c, AD=d, BE=k, ¿СВЕ=чэ, координаты

центра О(хо; уо) и угол наклона стойки выбранной системы координат (рисунок 2).

Для этой цели рассматривается двух поводковый грузик первой модификации, присоединенный к стойке одного из крайних шарниров ОА=11, АВ=112, ВМ=113, ВС=К4, ОМ=]15, ¿ВСЕ=Ю. Между координатами точек С(хс; ус) и А(хА; УА) существуют определенные соотношения:

Для определения траектории точки С шатуна воспользуемся уравнением прямой и окружности в системе координат ху. Уравнение прямой:

Рисунок 2. Схема механизма подачи подборщика

(й^Кхду); У2=^2(Х1 у).

(2)

у-у, = х-х, у,-у х,-х

(3)

Уравнение окружности:

(Х-хо)2+(У-УО)2=К2.

(4)

При повороте на угол а;:

Хц=111С08а;;

Определение местоположения X У2 точек находится из выражений:

(5)

(6)

(7)

Решение системы уравнений 7 дает координаты хд и уг\. Тогда для определения окружности точки С воспользуемся соотношениями:

Ус=У1+

У2-У1-

Длину шатуна определим по выражениям:

ьас=(хс-х|)2+(Ус-У|)2-

(8)

(9)

(10)

(1*)С=(ХС-Х1)2

Решение уравнений 9 и 11 позволяет определить координаты хс и ус положения точки шатуна.

Также во второй главе проведено обоснование и выбор рациональных параметров и режимов работы камеры конусообразователя подборщика, определение которых проводилось с использованием математической модели оптимизации массы конуса, учитывающей минимум суммарных затрат на производство конечного продукта. Структурная схема определения рациональных параметров камеры конусообразователя представлена на рисунке 3.

Определение затрат при проведении работ по выбору рациональных параметров камеры подборщика проводилось поэтапно. На первом этапе работа связана с оптимизацией массы Конуса. Определялись затраты, учитывающие только эксплуатационно-технологические требования. В связи с этим, для определения математической модели критерия выбора рациональных параметров рабочих органов на I этапе было изучено влияние различных режимов работы отдельных органов подборщика-конусообразователя на затраты при установке конусов. На этом этапе в качестве критерия оптимизации был принят критерий полезности при сравнении прибыли от

снижения затрат на установку конусов и оправку упавших конусов в процессе их установки и хранения.

При хранении льносырья в конусе, снижение качества происходит мене интенсивно, а продолжительность сушки заметно сокращается, по сравнению с лентой. Однако при нарушении формы конуса потери льнопродукции резко возрастают, поэтому на втором этапе было решено определить величину снижения качества льносырья в конусе в процессе уборки и проследить влияние массы конуса на этот показатель, т.е определить затраты связанные с погодными условиями. Для этого был разработан алгоритм, который учитывает затраты на оправку конусов при установке и в процессе их хранения в поле, а так же затраты от снижения качества льносырья за время уборки.

Как известно, существующая в технологии операция раскладки конусов в ленту для формирования рулонов до сих пор выполняется вручную. При установке конусов увеличенной массы, затраты труда на операции раскладки возрастают. Отсюда необходимость при выборе рациональных параметров рабочих органов подборщика-конусообразователя рассмотрения затрат, обусловленных условиями технологии. Для этого был разработан алгоритм, который учитывает затраты на оправку конусов в процессе их хранения в поле, а так же затраты на растаскивание конусов в ленту.

Таким образом, анализируя принятую структурную модель критерия выбора рациональных параметров рабочих органов технических средств, учитывающую эксплуатационно-технологические требования, погодные условия и условия технологии можно принять в качестве оценочного критерия степени адаптивности транспортного средства к условиям производства обобщенный показатель, учитывающий степень эффективности выполнения

последующих ТП технологии, т.е. в данном случае используется критерий полезности, а в качестве принципа выбора принят критерий рациональности, базирующийся на рациональности выбранных параметров. В качестве оценочного показателя критерия полезности принят обобщенный показатель (руб/га), включающий как убытки от снижения качества тресты так и суммарные затраты на производство конечного продукта:

Кад=Пу+3,

(12)

где Кад - обобщенный показатель, руб/га;

Пу - убытки от снижения качества льносырья, руб/га; 3 - затраты на установку, оправку, раскладку конусов, руб/га. Затраты на установку, оправку, раскладку конусов определим по выражению:

3 - Зуст + ЗД, + З^пр + Зрас .

(13)

При этом, затраты на установку конусов являются функцией от массы конуса т^ и влажности льносырья W:

З^тьУП-

(14)

Затраты на оправку конусов упавших при установке также являются функцией от массы конуса т^ и влажности льносырья W:

3£ =

(15)

Затраты на оправку конусов упавших в процессе хранения зависят от массы конуса тк, влажности льносырья скорости ветра в процессе хранения Ув, и времени хранения конусов в поле Тхр:

З^р ~ ^ШцЛУ, Тхр).

(16)

Затраты на раскладку конусов являются функцией от массы конуса тк и влажности льносырья ' :

Зрас=

(17)

Таким образом, обобщенный показатель оценки выбора рациональных параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов будет оцениваться системой уравнений:

Для определения обобщенного показателя затрат нами была разработана математическая модель в виде уравнений регрессии, вида:

(19)

(20)

Для упрощения данной модели было принято решения фиксации некоторых переменных. В качестве таких переменных были приняты температура воздуха ^ и скорость вектора V,. В качестве основных переменных остались влажность сырья W, масса конуса тх, время, хранения Тхр. В результате получили уравнения регрессии вида:

(21)

где У, - затраты и потери, входящие в обобщенный показатель; X], Хг,х„ - факторы, влияющие на затраты и потери; - коэффициенты регрессии.

В третьей главе приведена программа и методика экспериментальных исследований и обработки опытных данных.

Программой исследования предусматривалось выполнение следующих

работ:

1. Для выяснения влияния типа конструкции подъемно-подающего механизма на состояние льносырья в накопительной камере (растянутость, параллельность стеблей) рассчитать и исследовать следующие варианты:

- механизм формирования порции с подающим транспортером и двумя механизмами упаковщиков (комплектация А);

- механизм формирования порций в виде пружинных зубьев и одного коленвала с упаковщиком (комплектация Б);

- механизм подачи - подбирающий барабан с одним коленвалом и

упаковщиками (комплектация В);

- механизм подачи - один подбирающий барабан при движении пуансона по траектории эллипса (комплектация Г)-

2. Для определения затрат, связанных с эксплуатационно-технологическими требованиями, предъявляемыми к подборщику для

формирования и установки конусов, необходимо:

а) установить влияние режимов работы и параметров камеры конусообразователя на устойчивость конусов при установке и в процессе их хранения в поле:

- изменение параметров камеры конусообразователя

- изменение угла установки боковин конуса, а, град;

- изменение времени между раскрытием камеры и отводом

рамки, ^,сеК;

- изменение времени между началом отвода и движением

рамки назад, 12, сек.

б) установить влияние на устойчивость конусов состояния ленты на поле:

- растянутость ленты, Н;

- влажность льносырья, и, кг/кг.

3. Для определения затрат, обусловленных погодными условиями необходимо:

- определить и проанализировать влияние погодных условий на продолжительность уборки;

- определить и проанализировать влияние продолжительности уборки на качество льносырья;

- определить и проанализировать влияние погодных условий на качество льносырья.

4. Для определения затрат, обусловленных условиями технологии необходимо определить недостающие данные, а именно затраты труда на растаскивание конусов различной массы в ленту.

Методикой предусматривалось получение указанных в программе среднестатистических данных по общеизвестным методикам. Разброс погодных условий в период уборки значителен, в связи с чем время уборки было разбито на три периода по 15 дней (продолжительность агросрока). Первый период уборки (вторая половина августа) характеризуется следующими показателями: температура воздуха ^ = 12 °С; влажность воздуха <р = 74 %; скорость ветра Ув = 3,2 м/с; среднемесячное количество осадков = 38,6 , р2 = 55,1 , = 69,9 , С)4 = 137,1. Для второго периода уборки (первая половина сентября): температура воздуха ^ = 10 °С; влажность воздуха ф =79 %; скорость ветра V, = м/с; среднемесячное количество осадков = 42,1, = 57,3, р3 = 72,2, р4 = 148,1. Для третьего периода (вторая половина сентября): температура воздуха = 8 °С; влажность воздуха <р =84 %; скорость ветра Ув = м/с; среднемесячное количество осадков = 40,5, р2 = 54,3, р3 = 70,1, р4 = 138,1. Опыты проводились в указанные периоды.

Одновременно с исследованием подъемно-подающих механизмов разного типа проводилось определение рациональных параметров механизма проталкивания. В нашем случае мы заранее знали какая должна быть траектория точки С (рисунок I), чтобы обеспечить подачу льносырья в

накопительную камеру. Необходимо было найти параметры четырехзвенного механизма Rp R2, R3, R4, R5, которые позволили бы получить заданную траекторию движения точки шатуна. Решение данной задачи вручную не представляется возможным из-за громоздкости выражений (формулы 5... 15), поэтому нами была составлена компьютерная программа с использованием приложения MS Excel 2000, значительно облегчающая поставленную задачу, которая в графическом виде показывает траекторию движения точки шатуна в зависимости от параметров шарнирного четырехзвенного механизма.

Известно, что траектория движения точки шатуна представляет собой фигуру, схожую с эллипсом, поэтому первоначальное определение параметров механизма производится на основе получения траектории движения заданной формы, при этом размеры R1, R2, R3, R4, R5 вводятся в программу интуитивно. Корректировка размеров четырехзвенного механизма производится после определения нужной траектории движения за счет выбора параметров А и В эллипса (траектории движения).

Проверка адекватности разработанной методики выбора рациональных параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов проводилась в хозяйственных условиях ТОО им Куйбышева Псковской области Великолукского района в 2002 году.

Обработка статистических данных и результатов эксперимента выполнялась в соответствии существующими методиками. Данные, полученные в ходе проведения опытов, обрабатывались на персональном компьютере (с использованием электронных таблиц Microsoft Excel и статистической графической системы Statgrafics 3.1).

В четвертой главе проведена проверка адекватности математической модели и представлены результаты проведенных исследований.

Адекватность математической модели составляет 80...84%.

По полученным экспериментальным данным, входным и выходным технологическим параметрам были определены характеристики технологических показателей накопительной камеры (таблица 1).

Применение механизма формирования порции комплектации Г позволяет накопительной камере как динамическому звену работать в безусилительном режиме и, наоборот, в случае применения механизма формирования порции комплектации А, Б, В система принимает почти все частоты входного воздействия с усилением амплитуды, причем для комплектации Л усиление максимальное. Таким образом, на основании проведенных исследований, в качестве рационального механизма

формирования порции принимаем

механизм комплектации Г - один подбирающий барабан при движении пуансона по траектории эллипса.

В результате графоаналитических исследований по изысканию рациональных параметров проталкивающего устройства с использованием разработанной нами компьютерной программы, приняты следующие значения длин звеньев шарнирного четырехзвенного механизма: R1=270 MM, R2=830 мм, R3=700 мм, R4=1250 мм, R5=785 мм, высота накопительной камеры Н = 250 мм. Использование указанных выше параметров подъемно-подающего механизма

Таблица 1

Статистические характеристики технологических показателей накопительной __камеры_

Вид рабочих органов подачи Числовые Технологом. ^характеристик показатели —^ Математ ожидан. т. Среднее (вадратическ отклонение, S Зср/Оо м' Время корреляц СВЯЗИ, То, мин

А Растянутость стеблей, раз, Вход 1,15 0,04 22/4 0,15

Выход 1.35 0,08 30/6 0,25

Параллельность стеблей, грд Ч?! <е), Ч'г (е) Вход 20 0,03 18/2 0,3

Выход 34 0,06 26/4 0.4

Б Растянутость стеблей, раз, Ь,(е).Ые) Вход 1,15 0,04 22/4 0,15

Выход 1.27 о.ов 28/4 0,2

Параллельность стеблей, грд И", (е),Ъ(е) Вход 20 0,03 18/2 0,3

Выход 28 0,05 24/4 0,35

В Растянутость стеблей, раз, МеХЫе) Вход 1,15 0,04 22/4 0,15

Выход 1.2 0,05 26/8 0,18

Параллельность стеблей, грд % (е).Т2(е) Вход 20 0,03 18/2 0,3

Выход 24 0,04 22/4 0,3

Г Растянутость стеблей, раз, ^(О.Ь^е) Вход 1,15 0,04 22/4 0,15

Выход 1,15 0.04 22/4 0,15

Параллельность стеблей, грд Вход 20 0,03 18/2 0.3

Выход 21 0,03 20/2 0,3

подборщика позволяет полностью исключить повреждение стеблей при прохождении их по камере.

При определении оптимальной массы конуса на первом этапе необходимо было определить влияние массы конуса на устойчивость при установке и в процессе хранения.

В результате оптимизации массы конуса на первом этапе были получены следующие рациональные параметры механизма управления и камеры конусообразователя:

- угол камеры конусообразователя а = 70°;

- время между раскрытием камеры и отводом рамки конусообразователя t1 = 0,3 сек.;

- время между окончанием отвода и движением рамки назад t2 = 0,4 сек.;

- параметры камеры конусообразователя, R1/R2 = 0,25/0,9, что соответствует массе конуса тк = 12кг.

Также в процессе хозяйственных и приёмочных испытаний на МИС установлено, что параметры камеры конусообразователя (массы конуса) существенно влияют на надёжность, а значит на производительность подборщика.

На втором этапе было проведено срзвнение продолжительности уборки и величины снижения качества льносырья в конусах различной массы.

Проведенная на этом этапе оптимизация массы конуса по min затрат обусловленных погодными условиями показывает, что оптимальная масса конуса по данной составляющей обобщенного показателя затрат на уборке находится в пределах 9,14...9,15 кг (рисунок 4).

В процессе хозяйственных испытаний работы подборщика с установкой конусов такой массы установлено, что конус плохо вписывается в технологию уборки влажного льносырья. Существенно увеличиваются затраты на растаскивание конусов в ленту. Кроме того, в процессе хранения льносырья в конусах происходит значительное нарушение их устойчивости, что связано с дополнительными затратами на оправку упавших конусов.

Для определения вероятности просыхания конусов различной массы использовалась экспоненциальная зависимость времени сушки конусов

йщ и математического ожидания интервала между осадками тх (уравнение 22):

РсушО — ^зад) = С

(22)

В результате исследования технологии уборки влажного льносырья с сушкой в конусах машинного формирования и проведения лабораторно-полевых опытов с использованием конусов различной массы, были учтены и определены все затраты, связанные с применением подборщика для формирования и установки конусов. На основании этого получены уравнения регрессии. Уравнения имеют достаточно высокие коэффициенты множественной корреляции, во всех случаях Я>0,95. Уравнения достаточно хорошо описывают экспериментальные данные на всем диапазоне их изменения, что подтверждается так же графическими представлениями результатов расчета.

Анализируя полученную математическую модель показателя выбора рациональных рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов и параметров их работы для рассматриваемых погодных условий (влажность льносырья 30% ... 60%, температура воздуха 8.,. 12° С, скорость ветра 3,2 ... 6,0 м/с, время уборки 15 ... 45 дней), оптимальная масса конуса практически мало изменяется и колеблется от 7,6 кг до 8,6 кг. При этом наименьшая масса конуса - 7,67 кг наблюдается при Ув=6,0 м/с и

Тхр=45 дней, W=60% (таблица 2). Наибольшая масса конуса - 8,6 кг наблюдается при Ув=3,2 м/с и Т,ф=45 дней, W=30%. (таблица 3), т. е. увеличение влажности с 30% до 60% и увеличение скорости ветра с 3,2м/с до 6,0 м/с приводит к уменьшению оптимальной массы конуса на 1 кг.

Таким образом, повышение эффективности технологии уборки влажного льносырья с использованием подборщика для формирования и установки конусов осуществляется за счет изменения массы конуса в пределах 7,6-8,6 кг. Изменение массы конуса, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения приводит к резкому увеличению затрат на уборке с применением подборщика.

Следует отметить влияние температуры на значение оптимальной массы конуса. В течении первого периода уборки Ту^=15 дней увеличение ^ с 8°С до 12°С приводит к уменьшению оптимальной массы. При увеличении времени уборки до 45 дней происходит увеличению оптимальной массы конуса с увеличением температуры воздуха. Существенное влияние на значение оптимальной массы конуса оказывает скорость ветра. Увеличение скорости ветра с 3,2 м/с до 6,0 м/с приводит к существенному уменьшению оптимальной массы для всего анализируемого влажного льносырья. Но особенно ощутимо влияние скорости ветра для конусов влажностью \У:£30% при снижении оптимальной массы конуса. Следует отметить, что существенное увеличение затрат при уменьшении массы конуса, в данном случае, обусловлено резким снижением устойчивости конуса, что приводит к дополнительным потерям качества льносырья и затратам труда на оправку конусов, хотя процесс

естественной сушки протекает в благоприятных условиях и снижение качества льносырья в процессе сушки незначительны.

Увеличение затрат на уборке при увеличении массы конуса объясняется в основном ухудшением процесса естественной сушки, приводящего к качественным потерям льносырья. Кроме этого, увеличение массы конуса выше 8 кг приводит к снижению устойчивости конуса из-за потери формы конуса.

Разработанный перспективный вариант технологии уборки льна с использованием подборщика для формирования и установки конусов позволяет осуществлять подъем лент без применения ручного труда на этой операции. Введение в технологию уборки новой машины - подборщика для формирования и установки конусов обуславливает определение рациональных параметров и режимов работы его рабочих органов, и как следствие оптимальной массы конуса. Так использование подборщика на установке конусов оптимальной массы позволяет повысить надежность и производительность его работы и в свою очередь снизить затраты в технологии уборки в среднем на 200 руб/га (по сравнению с установкой конусов массой 2 кг подборщиком). Вследствие этого, общие затраты при использовании перспективного варианта технологии всего на 73,28 руб/га больше по сравнению с базовым (ручная установка конусов). Такое незначительное расхождение при сравнении затрат на технологию уборки объясняется еще и большими затратами на оплату труда на операции ручной установки конусов.

В маленьких (2..3 кг) ручных конусах (базовая технология) процессы естественной сушки проходят чуть быстрее, чем в машинных (7,6...8,6 кг) конусах и разница в снижении качества в сравниваемых вариантах при благоприятных погодных условиях (р<60 ММ., 1>8°С) ничтожна - 1...2%, а с ухудшением погодных условий увеличивается всего до 8%. Учитывая незначительное увеличение затрат и снижение качества в перспективной технологии, прибыль от использования этого варианта всего на 5...7% меньше, чем от базового.

Применение перспективного варианта технологии уборки также позволяет получить прибыль во всех погодных условиях, при этом способствует увеличению, производственных площадей, занятых льном и снижению риска потери урожая вследствие механизации такой трудоемкой операции, как формирование и установка конусов, которая на сегодняшний день выполняется вручную.

Использование в данной технологии подборщика для сбора конусов в паковки позволяет полностью исключить использование ручного труда и решает проблему машинной технологии уборки льна в сложных погодных условиях, что позволяет снизить затраты труда на 20...22 чел.ч/га при неизменном исходном качестве льнотресты. А ведь именно затраты ручного труда часто являются решающим фактором в соблюдении технической дисциплины (возможность своевременной установки льносырья в конуса и последующей уборки конусов).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Эффективность технологии уборки льна с использованием подборщика для формирования и установки конусов зависит от сроков уборки. Наиболее эффективна при проведении уборки в конце августа - начале сентября.

2. Оценка эффективности технологии проведена по приведенным затратам труда на базе выбранных рациональных рабочих органов и параметров работы подборщика для формирования и установки конусов, а также по снижению затрат труда при сравнении ее с существующей технологией уборки льна с ручной установкой конусов.

3. Обоснован критерий выбора рациональных параметров рабочих органов подборщика, в данном случае это критерий полезности, учитывающий* степень эффективности выполнения последующих ТП технологии уборки.

4. В качестве оценочного показателя критерия полезности принят обобщенный показатель, учитывающий суммарные затраты на производство конечного продукта.

5. Использование принятого оценочного показателя позволило выбрать рациональные параметры рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов, определение которых проводилось с использованием математической модели оптимизации массы конуса, учитывающей минимум суммарных затрат на производство конечного продукта.

6. Оптимальная масса конуса, при использовании - подборщика в технологии уборки, в зависимости от состояния льнотресты колеблется в пределах тх = 7,6... 8,6 кг.

7. Вероятность просыхания конусов машинного формирования до кондиционной влажности в рассматриваемых агросроках без попадания под повторные осадки, равняется Р = 0,64...0,25, после попадания под повторные осадки Р = 0,95...0,85.

8. Обоснование рациональных рабочих органов подъемно-подающего механизма подборщика проведено на основе статистической модели, которая позволила установить рациональный вариант механизма подачи с одним подбирающим барабаном при движении пуансона по траектории эллипса.

9. Определение рациональных параметров кривошипно-шатунпого четырехзвенного механизма подачи проводилось с использованием графоаналитических методов. В результате получены следующие параметры механизма: Я=270 ММ, Я2=830 ММ, Я3=700 ММ, Я4=250 ММ, Я5=785 мм.

10. Определение рациональных параметров механизма конусообразователя проводилось йа основе регрессионного анализа, в результате чего в качестве рациональных приняты:

- угол камеры конусообразователя а = 70°;

- - время между раскрытием камеры и отводом рамки

конусообразователя ^ = 0,3 сек.;

- время между окончанием отвода и движением рамки назад ^ = 0,4 сек.;

- параметры камеры конусообразователя, RJR2 = 0,2/0,75, что соответствует массе конуса тк = 8кг.

11.Проведенная оптимизация массы конуса позволила повысить эффективность технологии уборки льна с использованием подборщика для формирования и установки конусов в среднем на 200 руб/га.

12. Использование подборщика для формирования и установки конусов, вместе с подборщиком для сбора конусов в паковки решает проблему машинной технологии уборки льна в сложных погодных условиях, что позволяет снизить затраты труда на 20...22 чел.ч/га при неизменном исходном качестве льнотресты.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Петухов B.C., Рудецкий СВ., Чугунов Д.В., Шатров А.Е. Выбор рациональной технологии уборки влажного льносырья.// Технологии и технические средства производства продукции растениеводства, и животноводства в Северо-Западной зоне России.: Сборник научных трудов. -СП-б.: СЗНИИМЭСХ, 2002. -Вып. 73. - С. 141... 145.

2. Петухов Б.С, Рудецкий СВ., Чугунов Д.В., Шатров А.Е. Критерии выбора рационального варианта уборки влажного льносырья.// Технологии и технические средства производства, продукции растениеводства" и животноводства в Северо-Западной зоне России.: Сборник научных трудов. -СП-б.: СЗНИИМЭСХ, 2002. - Вып. 73. - С. 132... 140.

3. Петухов B.C., Рудецкий СВ., Чугунов Д.В., Шатров А.Е. Выбор рациональной технологии уборки влажного льносырья.// Механизация уборки, послеуборочной обработки и хранения.: Материалы 2-й международной -научно-практической конференции. - М: ВИМ, 2003. -Том 148. -С. 76...83.

Подписано к печати 12.04.2004. Объем 1 печ. л. Тираж 75 экз. Заказ № 7 5 Отпечатано на ризографе ГНУ СЗНИИМЭСХ

¿-791 5

Введение.

ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Природно-климатические условия Северо-Западной зоны России.

1.1 Л.Оценка погодных условий.

1.1.2. Статистический анализ количества выпавших осадков.

1.2. Состояние льноводства.:. .:.;. 19 -:

-1.2.1. Состояние и перспективы отрасли.

1.2.2. Оценка технического обеспечения отрасли льноводства.!.

13» Обзор применяемых технологий уборки влажного льносырья.

1.3.1. Обзор отечественных технологий и технических средств.:.

1.3.2.Обзор зарубежных технологий и технических средств.

1.4. Анализ исследований по разработке и оптимизации рабочих органов сельскохозяйственной техники.

1.5. Цели и задачи исследований.

ГЛАВА 2. Обоснование общей схемы и выбор рациональных параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки машинных конусов влажной льнотресты» Принципы и критерии выбора рациональных параметров рабочих органов.

2.1. Особенности уборки льна-долгунца в конусах. .».

2.2. Обоснование принятой схемы и рациональных параметров рабочих органов подборщика лент льна.,.,.

2.2.1. Обоснование выбора параметров рациональных рабочих органов подборщика.

2.2.2. Проектированиечетырехзвенношмеханизма.,.

2.3; Принципы и критерии выбора рациональных параметров рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов

2.3.1. Определение затрат, учитывающих только эксплуатационно-технологические требования.

2.3.2. Определение затрат обусловленных погодными условиями.

2.3.3. Определение затрат, обусловленных условиями технологии.

2.4. Алгоритм выбора рациональных параметров камеры конусообразователя подборщика для формирования и установки машинных конусов.

2.4.1. Алгоритм определения величины снижения качества льносырья в конусе в процессе уборки.

2.4.2. Алгоритм выбора рациональных параметров камеры конусообразователя подборщика для формирования и установки машинных конусов.

2.5. Математическая модель оптимизации массы конуса по времени сушки.

ГЛАВА Э. Задачи и методика выбора рациональных * рабочих органов подборщика для формирования и установки конусов и определения затрат, связанных с использованием машины в технологии уборки.

3.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.2. Программа экспериментальных исследований.

3.3. Устройство и принцип работы экспериментальной установки.

3.4. Методика исследования различных видов конструкций подъемно-подающего механизма и определения затрат, связанных с эксплуатационно-технологическими требованиями, предъявляемыми к подборщику для формирования и установки конусов.

3.5. Методика определения затрат, обусловленных -. . погодными условиями. f; 5' ;f 3.6. Методика определения затрат, обусловленных : Щ условиями технологии.:.

Л 3.7. Методика обработки опытных данных.

ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ.

4.1. Анализ результатов выбора типа подъемно-подающего механизма и исследований рациональных параметров проталкивающего устройства подборщика для формирования и установки конусов.

4.2. Анализ результатов определения составляющей обобщенного показателя затрат при уборке, учитывающей эксплуатационно-технологические требования, предъявляемые к подборщику для формирования и установки конусов.,.

4.3. Анализ результатов определения составляющей обобщенного показателя затрат при уборке, обусловленной погодными условиями. .Л

4.4. Анализ результатов определения вероятности просыхания конусов разной массы в различных погодных условиях

4.5. Анализ результатов определения рациональных параметров подборщика для формирования и установки конусов по обобщенному показателю затрат на уборке с применением данного подборщика.

4.6. Анализ и заключение по результатам хозяйственных испытаний подборщика для формирования и установки конусов машинного формирования ПЛЛ-1.

4.7. Анализ эффективности технологии уборки влажного льносырья с использованием подборщика для формирования и установки конусов в сложившихся производственных условиях Северо-Запада РФ.

В настоящее время во многих отраслях агропромышленного комплекса положение дел очень сложное. В полной мере это относится к производству и переработке льна.

Издавна лен считается древнейшей русской культурой, возделываемой на Псковских и Новгородских землях. В 12-15 вв. Псков и Новгород были главными производителями льна. Псковские торговцы продавали лен, как на внутреннем рынке, так и за границей [97].

Однако в настоящий момент обстановка в льноводстве в целом по стране оставляет желать лучшего. Одновременно со снижением объемов производства наблюдается снижение качества льнопродукции. Номер тресты к 1998 году снизился до 0,75, соответственно средний номер трепального льна уменьшился до 10,0, а средний номер волокна до 2,55 [82]. Прямая зависимость качества урожая от погодных условий, значительные затраты ручного труда, приходящиеся в основном (80%) на уборку, обусловили снижение производства льна-долгунца. Немаловажное значение на спад производства оказало и то, что объем производимой мешковины и веревки из льноволокна низкого качества резко снизился в связи с появлением дешевых синтетических материалов.

Одной из причин качественных и количественных потерь льнопродукции является низкий уровень механизации уборочных работ. Уборка является важным этапом производства льна-долгунца, от нее зависит сохранение не только выращенного урожая, но и качество льносырья. Проблематичными до сих пор являются операции на стадии естественной сушки. Неблагоприятные погодные условия Северо-Западного региона России, в котором производится более 20% льна-долгунца, приводят к значительному снижению качества льносырья в период уборки, следовательно, существенно влияют на получение урожая высококачественного волокна. Влажность льносырья в период уборки колеблется от 30 до 90%, а температура воздуха от 8 до 18 °С. Используемые в регионе базовые технологии уборки влажного льносырья практически не адаптированы к резко изменяющимся погодным условиям.

Интенсивное ведение сельскохозяйственного производства, повышение его устойчивости и эффективности, получение высококачественных урожаев предусматривает внедрение новых прогрессивных технологий. Однако новые технологии подразумевают использование новых машин и рабочих органов. В связи с чем, учитывая резкий спад производства и снижение качества льносырья, очень важно выявить принципы и критерии выбора рациональных параметров рабочих органов технических средств, которые позволили бы сохранить качество льносырья и снизить затраты (в т.ч. затраты ручного труда) на уборке. ' * - г

Для повышения эффективности машинной технологии уборки влажного льносырья необходимо разработать алгоритм выбора рациональных режимов работы и параметров рабочих органов технических средств, что в свою очередь даст толчок к внедрению в производство перспективных технологий уборки льна.

1 Состояние вопроса и задачи исследования