автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование конструктивно-технологической схемы и обоснование режимных параметров ленточного водоподъемника

На правах рукописи

КУШНИР ВАЛЕНТИНА ГЕННАДЬЕВНА

* Совершенствование конструктивно-технологической схемы и обоснование режимных параметров ленточного водоподъемника

Специальность 05.20.01. - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург - 2003

Работа выполнена в Костанайском государственном университете им. А.Байтурсынова

Научный руководитель: кандидат технических наук,

профессор Ж. А. Нурписов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор М.И. Филатов

кандидат технических наук, доцент В.А. Семченко

Ведущая организация: Всероссийский научно-

исследовательский институт мясного скотоводства (ВНИИМС)

Защита состоится «26 » сентября 2003 г. в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д220.051.02 в Оренбургском государственном аграрном университете.

Адрес: 460795, ГПС, г.Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ОГАУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургскою I ос> дарственного аграрного университета.

Автореферат разослан «20» августа 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ЕМ. Константинов

I

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дальнейшее развитие животноводства, в основном, мясною скотоводства и овцеводства, связано с максимальным использованием естественных пастбищ. В правительственном постановлении по развитию агропромышленного комплекса Республики Казахстан до 2010 года поставлена задача дальнейшего развития животноводства с максимальным использованием естественных пастбищ. Природные пастбища - основной источник дешевого и наиболее ценного зеленого корма, за счет которого удовлетворяется почти 75% потребности животноводства. Пастбищное содержание положительно влияет на здоровье, продуктивность и воспроизводительные функции животных и улучшает экономические показатели отрасли. Республика Казахстан имеет относительно хорошие условия для производства животноводческой продукции в условиях пастбищ, где важным фактором является обеспечение гарантированного водоснабжения, посредством механизации и совершенствования процесса водоподъема из основных для региона водоисточников - шахтных и трубчатых колодцев.

Для гарантированного, своевременного, бесперебойного водообеспечения необходимо совершенствование, как самого технологического процесса, так и конструктивных решений. Кроме того, в настоящее время появилось большое число крестьянских хозяйств и малых населенных пунктов, которым необходимо обеспечение водой, из подземных источников с помощью не дорогостоящих, высокопроизводительных и энергосберегающих водоподъемных агрегатов.

Наряду с прочими типами водоподъемных машин большое распространение в настоящее время в пастбищном водоснабжении получили ленточные водоподъемники. К достоинству этих машин следует отнести простоту, надежность в работе, легкость в эксплуатации и техническом обслуживании, ремонтопригодность в условиях хозяйств и сравнительно высокую экономичность.

Для водообеспечения пастбищ широко используются водоподъемники с ленточным рабочим органом ВЛМ-ЮОА, ГЛВ-250, ВЛС-50, ВЛМ-С и т.д. Однако неэффективный отвод (съем) поднятой воды с внутренней поверхности водонесущей ветви ленты и недостаточные условия трения между рабочей поверхностью ведущего шкива и лентой, ухудшают технологический процесс этих машин и необоснованно увеличивают удельные затраты энергии.

Задачи создания и внедрения в практику водоподъемных машин повышенной производительности, являются на сегодняшний день актуальными, а их решение имеет важное народнохозяйственное значение, что определяет конкретное направление научного поиска. Учитывая высокую стоимость энергоносителей, в настоящее время становится важным вопрос изыскания путей снижения энергозатрат. Поиски пу1£й снламкь раслода энерзиь ^ьялаии, ь иервую очередь, с совершенствованием конструктивно-технологическо схемы и обоснованием параметров водоподъемников.

Цель исследования - повышение производительности процесса на основе совершенствования конструктивно-технологической схемы ленточного

ил Лгчпг\пт.£»мигыь'а

ВИТЬ

[ка за счет

установки поджимного ролика на восходящей ветви рабочего органа - ленты с целью уменьшения проскальзывания ленты на ведущем барабане и полного съема, поднятой воды с двух сторон ленты.

В результате теоретических и экспериментальных исследований наиболее совершенной конструктивно-технологической схемы ленточного водоподъемника был разработан водоподъемник (патент Республики Казахстан на изобретение №12018).

Предмет исследования - ленточный водоподъемник с усовершенствованной конструктивно-технологической схемой.

Объект исследования - процесс подъема воды ленточным водоподъемником. Задачи исследования:

определить закономерности изменения производительности ленточного водоподъемника в зависимости от его конструктивно-технологических параметров;

- аналитически описать рабочий процесс ленточного водоподъемника с усовершенствованной конструктивно-технологической схемой и определить его основные режимные параметры;

- исследован I» влияние параметров и конфигурации ребер поджимно! о ролика водоподъемника на эффективность процесса съема поднятой воды;

- обосновать оптимальные конструктивно-технологические параметры ленточного водоподъемника и режимы работы, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса подъема воды.

- дать обоснование экономической эффективности и разработать рекомендации сельскохозяйственному производству по изготовлению и использованию предлагаемого ленточного водоподъемника.

Методика исследования. Теоретические исследования проведены на основании известных законов механики и гидравлики. Решение полученных уравнений осуществлялось с помощью математической системы Mathcad 5,0 на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на основании действующих ГОСТов и ОСТов, обработка полученных результатов осуществлялась на ПЭВМ с помощью программы обработки визуальных данных «IMAGE-PRO PLUS 2,0» и счатческой диалоговой системе STADIA (версия 4). С помощью расчетно-конструкт ивного метода на основе результатов математическою моделирования , были получены оптимальные значения конструктивных и технологических параметров для устройства, реализующего процесс подъема воды. Научная новизна работы.

- на основе взаимосвязи свойств воды и центробежных сил, появляющихся при прохождении лентой поджимного ролика обоснована возможное ib повышения производительности ленточного водоподьемника за счет съема воды с двух сюрон ленты и за счет уменьшения проскальзывания ленты на ведущем барабане водоподъемника.

- теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана возможное п, повышения производительности за счет установки поджимного ролика на восходящей ветви водоподъемника и за счет изменения конфшурации ребер поджимного ролика.

- получены аналитические зависимости для определения рациональных парачефон ленточного водоподъемника повышенной производительное ги; на основе

жспериментальных исследований получена магматическая модель количественных показателей процесса подъема волы.

- оценена экономическая эффективность неточною водоподъемника повышенной п ро изводительности.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и жсперимешальных исследований, корреляционным анализом экспериментальных данных с , определением доверительных интервалов случайных величин.

Практическую ценность представляют:

- конструкция ленточного водоподъемника повышенной производительности;

- расчет конструктивно-технологических параметров водоподъемника;

результаты проверки в лабораторных и производственных условиях основных

положений работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на международной научно-практической конференции (Кокшетау 1999г.); научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ (Оренбург 2000, 2001, 2003 гг.); научно-практических конференциях Костанайского ГУ (Костанай 1998...2003г.).

Внедрение. Опытный образец ленточного водоподъемника повышенной производительности проходил проверку и был внедрен в крестьянском хозяйстве «Крысин В.И.», Алтынсаринского района, Костанайской области.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе получен 1 патент на изобретение, подана заявка на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы (113 наименований), приложения. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 14 таблиц, 24 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено актуальности выбранной темы и ее практической значимости.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» приведен обзор и анализ исследований существующих технологий, и показано воздействие конструктивных особенностей на производительность водоподъемников.

Был проведен анализ технических характеристик водоподъемных агрегатов, который показал, что удельный расход мощности на один метр высоты подъема и на один метр создаваемого напора у ленточных водоподъемников наименьший.

Большое разнообразие конструкций ленточных водоподъемников подчеркивает актуальность проблемы подъема воды и поиски оптимальных параметров водоподъемников и режимов их работы в определенных условиях. Разработана классификация ленточных водоподъемников по десяти признакам.

Были выявлены основные факторы, снижающие производительность ленточного водоподъемника и намечены пути их устранения.

Первые исследования ленточных водоподъемников были проведены в начале 20-го столетия учеными различных стран, в юм числе и советскими учеными. Исследованию и созданию ленточных водоподъемников в разные юды посвящены

работы Бесоне - Фавра, С.П. Шенберга, JI.C. Лейбензона, Н.Е. Жуковского, В.А. Баранова, В.Н. Машкова, П.И. Кульпина, P.M. Каплана, A.A. Яковлева, И.А. Каскарауова, В.А. Исаева, В.Н. Данилова, В.Г. Коба, А.К. Свириденко и других.

Совершенствование работы ленточных водоподъемников ведется, в основном, в следующих направлениях: повышение производительности, уменьшение скольжения ленты на ведущем барабане, наиболее полный съем поднятой воды.

Повышение производительности зависит от конструктивных особенностей и от параметров технологического процесса ленточного водоподъемника.

Скольжение рабочего органа - ленты на ведущем барабане можно уменьшить за счет конструктивных особенностей водоподъемника и увеличением угла обхвата лентой ведущего барабана.

Наиболее полный сбор поднятой воды достигается за счет съема ее с двух сторон ленты: с внутренней и внешней.

В результате анализа схем' существующих конструкций ленточных. . водоподъемников установлено, что решение этих задач можно достичь изменением коне фуктивно-технологической схемы водоподъемника.

Одним из перспективных направлений водоподъема является увеличение прои ¡водительности водоподъемника. Это достигается установкой поджимного ролика на восходящей ветви рабочего органа - ленты, что обеспечивает съем воды с двух сторон ленты и снижает ее проскальзывание на ведущем барабане.

Во второй главе «Теоретические исследования ленточного водоподъемника» проанализирован процесс подъема воды ленточным водоподъемником и определены режимные параметры технического средства для водоподъема.

Сущность технического решения предлагаемого ленточного водоподъемника , повышенной производительности заключается в следующем. Ленточный водоподъемник содержит бесконечную ленту 3, натянутую на сплошных барабанах: верхнем 1 и нижнем 2 с грузом 6, размещенный в перекачиваемой жидкости (рисунок 1). Снаружи восходящей ветви ленты в наземной части водоподъемника установлен поджимной ролик 4 с ребрами. Длина поджимного ролика равна ширине .юты водоподъемника. Наклонно в сторону сбора жидкости установлены на восходящей ветви ленты водосборный лоток 9 с внешней стороны в зоне верхнего барабана, другой лоток 8 с внутренней стороны восходящей ветви ленты в зоне поджимного ролика. Привод осуществляется двигателем 11 через шкивы 12 и 13, соединенных гибкой связью 14.

Ленточный водоподъемник работает следующим образом. Верхний барабан 1, вращаясь от двигателя 11 по часовой стрелке, перемещает ленту 3. При движении последней частицы воды за счет ее вязкости, образуя тонкий слой на поверхности ленты, увлекаются из колодца вверх внутренней и внешней поверхностями ' восходящей ветви подъемника. Под действием центробежной силы вода сбрасывается в водосборный лоток 8 с внутренней поверхности ленты 3 в зоне поджимного ролика 4. Вода на внешней поверхности восходящей ветви ленты, '■ частично вытесняется в поперечном и продольных направлениях ребрами на поджимном ролике 4. Остаток жидкости после прохода через поджимной ролик, опять располагаясь тонким слоем, сбрасывается при тех же условиях у верхнею барабана 1 в водосборный лоток 9. Из водосборных лотков 8 и 9 вода пост у пае i и сборный резервуар или на потребление.

В)

Рисунок 1. Конструктивно-технологическая схема ленточного водоподъемника:

а) общая схема; б) и в) варианты ребер поджимного ролика (поперечные прямые, V - образные).

В теоретической части последовательно проанализированы все этапы подъема воды ленточным водоподъемником.

Перемещение жидкости лентой водоподъемника в воздушном пространстве.

Лента водоподъемника, большую часть проходимого ею пути, движется в воздухе, поднимая увлекаемый ею слой воды. Производительность водоподъемника определяется массой воды поднимаемой на поверхность в единицу времени.

На массу поднимаемой в воздухе воды действуют сила тяжести ггщ и сила сопротивления воздуха, которая при скоростях от 4 м/с до 8 м/с пропорциональна второй степени скорости Рс = - (3 Э2, где р коэффициент пропорциональности. Таким образом в режиме нарастания скорости, двигатель развивает мощность, создающую силу тяги Г = ггщ + Рс.

Будем считать, что скорость возрастает равномерно. В этом случае уравнение баланса сил, действующих на слой воды на основании второго закона динамики примет вид:

Р,=Рг + Рс, (1)

где: Рч - движущая сила, Н;

Р, - сила тяжести воды, Н;

Р,. - сила сопротивления воздуха, Н.

Р, = та; Р, = тц; Р, = рЭ"

та = те-ьрЭ: (2)

в дифференциальной форме >равнение (2) примет вид:

т (ГЪ / <*г = тв + р (сЮ / ёО2, (3)

где: т - масса поднимаемом жидкости, кг; g - ускорение свободного падения, м/с2; Р - коэффициент пропорциональности; Б - высота подъема жидкости, м; с - время подъема жидкости, с.

Интеграл от обеих частей зависимости (3) равен:

(ш/2р)1п I+ (3921 + С = Б, (4)

где: 9 - скорость движения жидкости, м/с;

С - постоянная интегрирования.

Пусть в начальный момент времени рассматриваемая нами масса воды находилась в начале отсчета, то есть 8=0 и ее скорость 9=0. Воспользовавшись начальными условиями, определяется постоянная интегрирования С, для этого подставляется в уравнение (2) 8=0, 9=0, после преобразования и интегрирования получаем уравнение движения массы поднимаемой воды:

(5)

Окюда можно сделать вывод, что с ростом высоты подъема, т.е. с увеличением пройденного расстояния масса увлекаемой воды, при рассмотренных условиях растет.

Определение толщины слоя жидкости на ленте. Расчеты по экспериментальным данным показывают, что:

41

+ и2

х, =0

/2 = иср, (6)

Хт = 8

и + 1Ь

■ / 2 = и„, (7)

Х2 = 8

Для определения толщины слоя жидкости используем выражение (7). Скорость на внешней поверхности слоя жидкости и? ,

х2 = б можно

определить из равенства: _ _

и2 = ви - ёд„2/2у - \>/у% + 2\ZgbZx2 (V 1 - 8в/8 - V 1- х2/5 +

- х2/6 )), Заменив 8В=1 1,6у\/~1/ ¿5 и

X = 0,4 и произведя несложные преобразования, получим:

= ей - 67,28у/5 - 0,538 \/§5~+ 5\/86 -11 ,6у(\£/5 ~ +

+ 5\/^5 1п(\^(1-\П-11,6у/\^53 )/\fu~6v, (8)

Подставив выражение (8) в (7), находим значение скорости: и, = 0,5и( 1+е) -33,64у/8 -0,269 N/¡8 +2,5\/ ф -1 1,6у \/ф +

+ 2,5\^8 (9)

С другой стороны ив имеет следующее значение: uB = zv -67,28v/8 - 0,538\/gS~,

Приравняв правые части равенства (9) и и„ получим уравнение:

+ 2,5 x/gS-ll.óvN/g/Ó

(Л) - g5„2/2v - v/x258 ,

0,5и(1-е) + 33,64у/5 + О,

+ 2,5\^5 (1-\/Ы1,6у/\/^ )/\Дйбу) = 0, (Ю)

Полученное трансцендентное уравнение не имеет явного решения. Однако, преобразуя уравнение (10) в следующий вид:

- (2/(8-1)) (33,64v/5 +0,269Vg5_+2,5 l,6v s/g/s" +

2,5\/S" ^«^(í-Vi-iuóv/vir )/\JÜfr). (Ю1)

можно определить скорость движения ленты в зависимости от толщины слоя жидкости на ленте и свойств жидкости.

Определение производительности ленточного водоподъемника.

Экспериментальные значения 8 - толщины слоя жидкости на ленте определены не непосредственным путем, а по производительности ленточного водоподъемника Q и скорости движения ленты и, т.е.

5 = К/рП = ш/рП1 = V/П!, (11)

где К = m/i - названо несущей способностью; р - плотность жидкости, кг/м3; П = 2Ь - периметр ленты, м; b - ширина ленты, м; ш, V - соответственно масса и объем жидкости, собираемые на длине i ленты за время t. Если числитель и знаменатель разделить на время, то

6 = V/t///lh/t = Q/2bu, (12)

Из (12) следует, что для определения производительности ленточного водоподъемника можно использовать формулу:

Q = 4bu5; Q = 4bu(51 + v2/gx25r), ^ (121)

где: 8 определяется по формуле: 5 = 5Л + v2/ gx2S/ , (13)

Так как при определении 8 в формуле (12) учитывалось и жидкость, снимаемая с нисходящей ветви ленты, то

Q = 4каЬи8 ; Q = 4каЬи(8л + v2/ gy.25-,2), (14)

где ка = 0,7...0,8 - поправочный коэффициент, постоянный для всех лент.

На основании вышеизложенного и полученных результатов следует, что с повышением скорости движения ленты производительное ib водоподъемника должна возрастать, так как с увеличением скорости средняя толщина слоя жидкости юже увеличивается. Вместе с 1ем из практики эксплуатации ленточных водоподъемников известно, что при повышении числа обороюв ведущего блока

сверх определенного предела (при п>пк) их производительность уменьшается. Это связано с проскальзыванием ленты.

Следовательно, один из путей повышения производительности ленточного водоподъемника заключается в устранении проскальзывания ленты.

Коэффициент трения скольжения рабочего органа на ведущем барабане.

Коэффициент трения скольжения ленты по ведущему барабану является основным показателем тяговой способности ведущего барабана водоподъемника. Поэтому важно знать его количественные значения при различных режимах работы агрегата.

В технической литературе изменения коэффициента трения скольжения мокрых лент, имеющие место при эксплуатации ленточных водоподъемников освещен недостаточно. Отсутствует реальная оценка условий работы ленточных , водоподъемников; при тяговых расчетах значения коэффициентов трения, принимаемых по таблицам, неопределенны, в частности, не указывается влажность соприкасающихся поверхностей, режимы работы и т.д.

Для практического использования привода с гибкой связью применяется \ равнение Эйлера в виде формулы:

Т/1 = ем\ (15)

где: Т - усилие натяжения ветви нити, набегающей на барабан, Н;

t - усилие натяжения ветви нити, сбегающей с барабана, Н;

е - основание натуральных логарифмов;

ц - коэффициент трения скольжения между нитью и поверхностью барабана;

а - угол обхвата нитью барабана, рад.

Обоснование диаметра поджимного ролика.

Для полного съема поднятой воды с двух сторон рабочего органа - ленты, необходимо определить оптимальный диаметр поджимного ролика. Так как съем воды с внутренней стороны ленты осуществляется на поджимном ролике, за центробежных сил, то следовательно, чем больше центробежная сила, тем меньше объемные потери. Центробежная сила определяется по формуле:

Fu = тЭ2л / г, (16)

следова!ельно, при F„ —> тах, г min.

Предлагаемый ленточный водоподъемник можно сравнить с ременными передачами, а поджимной барабан играет роль натяжного ролика.

Нагяжные ролики, в основном, применяют в плоскоременных передачах с большими передаточными отношениями и малыми расстояниями между осями. Передачи выполняются с неподвижными осями шкивов и удобны в эксплуатации, так как в них облегчено надевание ремня на барабан. Зато ремень имеет меньший ресурс, чем на рабочих шкивах, так как он изгибается на ролике в другую сторону. Исходя из вышеизложенного, определим оптимальные кинематические параметры поджимного ролика. 4

Для увеличения угла обхвата на ведущем барабане ролик ставят ближе к барабану. Однако во избежание понижения долговечности ленты расстояние между роликом и барабаном рекомендуется принимать:

а, > 0,5 d, (17)

' /-Де: а! - расстояние поджимного ролика от ведущего барабана по вертикали, d| -диаметр ведущего барабана.

У) 0.1 обхвата ремнем ролика ар не должен быть слишком мал для большего постоянства натяжения ленты при вытяжке. Рекомендуем принимав угол около 60 . Сила нажатия между ремнем и роликом определяется:

Рр = 2¥2 сое а , (18)

г де: 2Р2 - силы, действующие вдоль ленты от ролика к »едущему барабану и к натяжному барабану, причем а2 > а| и угол 2а > 120". где: а3 - расстояние поджимного ролика от натяжного барабана по вертикали.

При этом в меньшей степени снижается долговечность ленгы от дополнительных перегибов на ролике, и ролик получается меньшей массы. Исходя из этого, рекомендуется диаметр поджимного ролика:

с1р~(0,333 ... 0,5)<11 • (19)

Диаметр ведущего барабана базового заводского ленточного водоподъемника равен, ё, = 230 мм. Следовательно, диаметр поджимного ролика исходя из уравнения (19), находится в пределах: с!р - 76...115 мм. В конструкции предлагаемого ленточного водоподъемника принимаем поджимной ролик диаметром с1р = 80 мм.

При данном диаметре поджимного ролика происходит съем, поднятой воды с внутренней стороны ленты, за счет возникновения центробежных сил, а так же происходит минимальный износ рабочего органа - ленты.

Отделение жидкости на поджимном ролике.

Рассмотрим схему взаимодействия поджимного ролика и рабочего органа-ленты со слоем поднятой воды при огибании его (рисунок 2). Примем к элементу аЬсс! водного слоя принцип отвердевания и рассмотрим силы, действующие на него: сЮ -сила инерции (центробежная сила); сШ - радиальная сила, удерживающая элемент на ленте, для данного случая сила поверхностного'натяжения; Т - окружная сила, действующая на элемент и зависящая от вязкости жидкости; Р - сила тяжести, зависящая от плотности жидкости.

Рисунок 2. Кинематическая схема взаимодействия поджимного ролика и ленты. Равновесие элемента на ленте выполняется при условии:

сЮ + (Ш. + Т + р = 0 (20)

Определим условия, при которых возможно отделение элемента абсс1 от л'енты под действием центробежных сил, возникающих на криволинейном участке траектории.

После детального рассмотрения уравнения (20) и преобразования получили, что линейная скорость движения ленты, при которой начинается съем воды (критическая скорость) равна: /

aKp=V 2га/р8, (21)

где: г- радиус ролика, м; а - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; р -плотность воды, кг/м3; 5 - средняя толщина слоя, м.

Таким образом, условие съема воды не зависит от угла охвата ролика лентой и ширины ленты. Расчеты по данной формуле (21) для принятого ролика показали, f что рассматриваемый интервал скоростей вполне достаточен.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» изложены основные положения и условия проведения экспериментов, описаны экспериментальные установки, приведены планы экспериментов, техника измерений и обработки результатов опытов.

Задачей лабораторных исследований являлась проверка возможности реализации предлагаемого технологического процесса подъема воды, а также определение интервалов рациональных значений режимных параметров рабочих opi апов для его осуществления.

Для решения этой задачи была разработана и изготовлена экспериментальная установка, которая использована по программе активного многофакторного эксперимента.

Факторы, включенные в эксперимент, уровни их варьирования, а также параметры оптимизации функции отклика определены на основании литературных данных и предварительных опытов. В число факторов, оказывающих существенное влияние на энергетические и технологические показатели процесса подъема воды ленточным водоподъемником, включены семь потенциально значимых, в заключительный этап экспериментов отобраны три следующих: масса балласта на ведомом натяжном барабане m (Х|), скорость рабочего органа - ленты 9 (Х2), расстояние поджимного ролика от ведущего барабана по горизонтали I (Х3).

Конструкция специально спроектированной и изготовленной установки мешочного водоподъемника, обеспечивает возможность изменения включенных в жеперимент всех конструктивно-технологических параметров в строгом соответствии с матрицей многофакторного эксперимента.

При проведении экспериментальных исследований было применено центральное композиционное ортогональное планирование второго порядка. Это позволило аппроксимировать изучаемую поверхность отклика полиномом второй степени.

Значимость коэффициентов регрессии рассчитывалась по t-критерию Стыодента путем нахождения доверительного интервала для того или иного коэффициента регрессии. Гипотеза адекватности модели второго порядка проверялась с помощью F-критерия Фишера.

Результаты измерений обрабатывались методами вариационной статистики и теории вероятностей с использованием электронных таблиц Microsoft Excel 2000 из пакета Microsoft Office 2000.

Производственные эксперименты проведены в крестьянском хозяйстве «Крысин В.И.», Алтынсаринского района, Костанайской области. Сущность исследований заключалась в сравнительных испытаниях серийного базового водоподъемника

В:1М-100А, с экспериментальным ленточным водоподъемником повышенной производительности.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» определена производительность ленточного водоподъемника на ра<мы\ скоростных режимах и для разных конструктивно-технологических схем с ра »личными видами ребер поджимного ролика (рисунок 3).

Рисунок 3. Зависимость производительности водоподъемника от'скорости ленты: 1

- теоретическая конструктивная схема, 2 -заводская, 3-е поджимным роликом с продольными прямыми ребрами, 4-е поджимным роликом с продольными-извилистыми ребрами, 5-е поджимным роликом с поперечными ребрами, 6-е поджимным роликом с У-образными ребрами.

Сравнение результатов экспериментальных исследований конструктивно-технологических схем, подтвердило увеличение производительности при использовании поджимного ролика с прямыми поперечными ребрами (рисунок 1, б)), на который получен патент Республики Казахстан на изобретение №12018. Продолжение исследований с другими роликами показало наибольшее увеличение производительности водоподъемника при применении поджимного ролика с V-образными ребрами, на который подана заявка на изобретение.

На лабораторной установке ленточного водоподъемника были проведены опыты по выявлению зависимости производительности от скорости движения рабочего органа - ленты и определены:

- форма связи и математическое уравнение связи;

- параметры уравнения;

- теснота связи (коэффициент корреляции и детерминации). Уравнение связи имеет вид:

уч = 0,365 + 0,951х + 0,031х2. (22)

Проведена проверка адекватности уравнения регрессии по критерию Фишера. Изложены результаты исследований по обоснованию рациональных значений конструктивных параметров ленточного водоподъемника.

За основной критерий принят коэффициент буксования рабочего органа - ленты на ведущем барабане водоподъемника (К6).

После реализации плана многофакторного эксперимента и статической обработки опытных данных, получена математическая модель процесса подъема воды ленточным водоподъемником.

В кодированном виде математическая модель имеет вид:

у = 29,46 + 2,13 IX, - 5,678X2 - 5,657Х3 + 5,011Х,Х2 +

+ 8,305Х|Х3-8,88Х2Хз-3,838Х22 + 7,128Хз2 (23)

Поверхность отклика, математической модели процесса подъема воды ленточным водоподъемником исследована с помощью двумерных сечений, в результате чего изучены ее свойства и получены рациональные интервалы значений конструктивных параметров ленточного водоподъемника.

Детальное изучение полученных двумерных сечений поверхности отклика обеспечило достоверное представление о зависимости производительности водоподъемника от скорости вращения ленты от конструктивных параметров ^точною водоподъемника, о способах и путях снижения буксования рабочего ор| ;ша на ведущем барабане.

Выявленные интервалы рациональных значений конструктивных параметров ленточного водоподъемника повышенной производительности позволяют осуществить настройку водоподъемника на проведение производственных испытаний.

На рисунках 4, 5, 6, представлены поверхности отклика и графики двумерных сечений функций отклика.

1.111. кг)

а)

б)

Рисунок 4: а) поверхность отклика характеризующая К5 в зависимости от XI и Х2: б) график двумерного сечения функции отклика (У) в координатах: масса баллаоа на ведомом натяжном барабане (гп), скорость ленты (9).

а)

б)

Рисунок 5: а) поверхность отклика характеризующая Кб в зависимости от Х2 и ХЗ; б) график двумерного сечения функции отклика (У) в координатах: масса балдасщ на ведомом натяжном барабане (ш), расстояние поджимного ролика по горизонтали (1).

( Ш. И )

Рирунок 6: а) поверхность отклика характеризующая Кб в зависимости от XI и ХЗ; б), график двумерного сечения функции отклика (У) в координатах: скорость ленты (Э), расстояние поджимного ролика по горизонтали (I).

Результаты сравнительных испытаний усовершенствованного ленточного водоподъемника с базовым ВЛМ-100А, свидетельствует о том, что за счет >сгановки поджимного ролика с У-образными ребрами прошводительность \ величилась до 42 %.

Анализ результатов энергетической оценки работы водоподъемника показывает, что удельная энергоемкость в 1,3 раза меньше, а коэффициент полезного действия на 11,5 % больше, чем у базового ленточного водоподъемника ВЛМ-100А.

В пятой главе «Экономическая эффективность предлагаемого водоподъемника» описана методика определения эффективности. Приведены исходные данные и результаты расчетов.

Расчет экономической эффективности от использования, разработанного ленточного водоподъемника проводили по прямым производственным затратам. Полученные экономические показатели сравнивались с аналогичными показателями базового ленточного водоподъемника ВЛМ-100А.

Расчетный годовой экономический эффект составляет 13395,6 тенге (2679,1 руб.). Срок окупаемости предлагаемого ленточного водоподъемника повышенной производительности по расчетам составил 0,78 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных источников и практика показывают, что поение является нео1ъемлемой частью жизнеобеспечения животных и высокоэффективного получения продукции. Для бесперебойного водоснабжения животных особенно на пастбищах, малых крестьянских и фермерских хозяйств, требуются простые, высоконадежные, удобные в эксплуатации и техническом обслуживании, универсальные по роду привода водоподъемные агрегаты. Анализ технических характеристик последних по энергоемкости и к.п.д. показывает, что наиболее лучшими являются ленточные водоподъемники. Классификация позволила выявить наиболее перспективную схему ленточного водоподъемника (2-х барабанный вертикального расположения с одной гладкой лентой со съемом воды с 2-х сторон ребристым роликом, расположенным в верхней части восходящей ветви).

2. Проскальзывание ленты, неполный съем поднимаемой жидкости снижают технико-экономические показатели работы ленточного водоподъемника. На основе аналша известных конструкций водоподъемников разработана, устраняющая вышеназванные недостатки новая конструктивно-технологическая схема и создан опытный образец ленточного водоподъемника, включающий дополнительный поджимной ролик (патент Республики Казахстан на изобретение №12018).

3. Экспериментальные исследования поджимных роликов с различной конфигурацией ребер показали, что применение поджимного ролика уменьшает проскальзывание ленты на ведущем барабане и осуществляет более полный съем поднимаемой воды (с двух сторон ленты: внутренней и внешней). Наиболее рациональным видом ребер поджимного ролика является V - образная форма. Установка поджимного ролика увеличивает угол обхвата ведущего барабана рабочим органом до 135° и соответственно увеличивает коэффициент трения скольжения на 22...28%.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы конструктивно-техноло1 ическая схема и режимные параметры предлагаемого водоподъемника (диаметр поджимного ролика с!р = 0,08 м, угол ребер у ~ 122 . количество ребер п = 12 шт, расстояние ролика от ведущего барабана по вертикали Ь

= 0.02 м, глубина погружения натяжного барабана-балласта Нр = 0,5 м, пределы п (меиения скоросж ленты 8 - 3...9 м/с).

5. И результате проведения полнофакторного жспернмента получено уравнение рефессни. которое адекватно описывает понерхноси. отклика, и позволило ппшчизиронать парамефы предлагаемого лсшочною водоподъемника (масса натяжною усфойства тп = 30 кг, расстояние поджимного ролика от ведущего барабана по горизонтали I - 0,1 м, оптимальная скорость .шиты У = 7,75 м/с).

6. Производственная проверка предложенного ленточного водоподъемника показала, чю он обеспечивает стабильное выполнение технологического процесса и повышение производительности до 42%.

7. Технико-экономическая оценка результатов исследований показала, что применение усовершенствованного ленточного водоподъемника обеспечивает юдовой экономический эффект 13395,6 тенге (2679,1 руб.), годовую экономию труда 59,4 чел.ч. и годовую экономию электроэнергии 41,72 кВтч.

8. Простота конструкции разработанного ленточного водоподъемника позволяет % использовать полученные результаты исследований в сельскохозяйственных, крестьянских и фермерских хозяйствах.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. 1 (урпнеов Ж.А., Кушнир В.Г. Различные схемы работы ленточных водоподъемников и результаты их испытаний. // Материалы международной научно-практической конференции.- Кокшетау: Кокшетауский университет им. 1Л. Уалиханова, 1999.-С.28-29.

2. Нурписов Ж.А., Кушнир В.Г. Пути повышения производительности лешочных водоподъемников. //Труды сотрудников и преподавателей факультета механизации сельского хозяйства.- Оренбург: ОГАУ, 2000.-е. 106-107.

3. Нурписов Ж.А., Кушнир В.Г. Обоснование выбора и классификация ленточных водоподъемников. // Вестник науки.- Костанай: КГУ им. А. БаГнурсыпова, 2001 .-с.32-35.

4. Нурписов Ж.А., Кушнир В.Г. Обоснование конструкции поджимного ролика ленточного водоподъемника. // Вестник науки,- Костанай: КГУ им. А. Байтурсынова, 2002.-е.11-13.

5. Кушнир В.Г. Теоретическое исследование рабочего процесса ленточкою водоподъемника. // Вестник науки.- Костанай: КГУ им. А. Байтурсынова, 2002.-с. 100-103.

6. Нурписов Ж.А., Кушнир В.Г. Предпосылки совершенствования конструктив1ш-1е\нолоп1чсской схемы ленточного водоподъемника. // Вестник науки.- Костанай: КГУ им. А. Байтурсынова, 2003.-С.50-53.

7. Нурписов Ж.А., Кушнир В.Г. Сравнительные экспериментальные исследования производительности ленточного водоподъемника. // Труды сотрудников и преподавателей факультета механизации сельского хозяйства.-Оренбург: ОГАУ, 2003.-С.68-69.

8. Патент РК на изобретение №12018. Ленточный водоподъемник. Н Ж.А. Нурписов. В.Г. Кушнир, П.Ф Демина; Костанайскпй юсударственпый университет им. А.Башурсмпова. Заявлено 27.02.2001. Опубл. 16.09.2001г. Бюл. №9.

Кушнир Валентина Геннадьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕНТОЧНОГО ВОДОПОДЪЕМНИКА

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Отпечатано в Костанайском государственном университете им.А.Байтурсынова. 458000, г.Костанай, пр.Абая, 28. Издательство КГУ

\4\с>ч

Ш14 102

i

i

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

1. 1. Значение доброкачественного и своевременного поения животных и особенности водоснабжения в пастбищных условиях. Используемые водоисточники.

1.2. Обзор средств механизации подъема воды в пастбищных условиях и классификация ленточных водоподъемников.

1.2.1. Водоподъемные средства и области их применения.

1.2.2. Анализ некоторых технических параметров устройств для подъе ма воды.

1.2.3. Краткий обзор конструкций ленточных водоподъемников.

1.2.4. Классификация ленточных водоподъемников.

1.2.5. Пути повышения производительности ленточного водоподъемника.

1.3. Состояние разработок и исследований ленточных водоподъемников.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. Теоретические исследования ленточного водоподъемника.

2.1. Обоснование перспективной конструктивно-технологической схемы ленточного водоподъемника.

2.1.1. Конструкция и принцип работы базового ленточного водоподъе мника ВЛМ-100А.

2.1.2. Предпосылки совершенствования конструктивно-технологической схемы ленточного водоподъемника.

2.2. Теоретическое исследование рабочего процесса и обоснование параметров ленточного водоподъемника.

2.2.1. Постановка задачи о движении слоя жидкости на ленте.

2.2.2. Перемещение жидкости лентой водоподъемника в воздушном пространстве.

2.2.3. Определение толщины слоя жидкости на ленте.

2.2.4. Производительность ленточного водоподъмника.75.

2.2.5. Коэффициент трения скольжения рабочего органа на ведущем барабане.

2.3. Обоснование применения поджимного ролика.

2.3.1. Обоснование диаметра поджимного ролика.

2.3.2. Отделение жидкости на поджимном ролике.

3. Методика экспериментальных исследований.

3.1. Определение коэффициента трения скольжения рабочего органа по ведущему барабану водоподъемника.

3.2. Экспериментальная установка для исследования рабочего процесса ленточного водоподъемника.

3.3. Экспериментальные виды поджимных роликов.

3.3.1. Поджимные ролики с продольными прямыми и извилистыми ребрами.

3.3.2. Поджимной ролик с поперечными прямыми ребрами.

3.3.3. Поджимной ролик с V-образными ребрами.

3.4. Методика многофакторного планирования экспериментов при поиске оптимальных условий процесса водоподъема.

3.4.1. Методика планирования экспериментов.

3.4.2. Выбор параметров оптимизации.

3.5 Количество опытов и их повторность.

3.6. Методика исследования экспериментальной водоподъемной установки.

3.7. Выводы.

4. Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Определение коэффициента трения скольжения ленты на ведущем барабане водоподъемника в зависимости от скорости скольжения, массы груза натяжного устройства и угла обхвата ленты.

4.2. Зависимости скорости ленты и коэффициента относительного скольжения ленты от частоты вращения ведущего барабана.

4.3. Зависимости величины подачи и толщины слоя жидкости на ленте от скорости ленты.

4.4. Определение зависимости производительности водоподъемника от скорости движения ленты.

4.4.1. Исследование теоретической конструктивной схемы ленточного водоподъемника.

4.4.2. Исследование конструктивной схемы ленточного водоподъемни ка заводского исполнения.

4.4.3. Исследование конструктивной схемы ленточного водоподъемни ка с поджимным роликом с продольными прямыми ребрами.

4.4.4. Исследование конструктивной схемы ленточного водоподъемни ка с поджимным роликом с продольными извилистыми ребрами.

4.4.5. Исследование конструктивной схемы ленточного водоподъемни ка с поджимным роликом с поперечными ребрами.

4.4.6. Исследование конструктивной схемы ленточного водоподъемни ка с поджимным роликом с V-образными ребрами.

4.5. Рабочие характеристики предлагаемого водоподъемника.

4.5.1. Выводы по разделу.

4.6. Результаты экспериментальных исследований процесса подъема воды ленточного водоподъемника с целью отыскания его оптимальных параметров.

4.6.1. Выбор факторов и уровней варьирования.

4.7. Отсеивающий эксперимент.

4.8. Изучение поверхности отклика, уравнение регрессии.

4.9. Определение оптимальных условий процесса водоподъема.

4.10. Производственные испытания.

4.11. Выводы по результатам экспериментальных исследований. 164 5. Экономическая эффективность предлагаемого ленточного водоподъ ем пика.

В своем послании «Казахстан - 2030» Президент страны Н.А. Назарбаев указывает, что в числе первоочередных приоритетных направлений рыночной экономики является развитие сельского хозяйства на ближайшие 13 лет: «На первых порах, до 2010 года, нам необходимо сосредоточиться на трудоемких отраслях, которые перспективны с позиции их возможностей и конкурентоспособности, это в порядке приоритетов, сельское хозяйство,. и создание инфраструктуры». [1]

Одной из важнейших отраслей сельскохозяйственного производства является животноводство. В будущем животноводство должно обеспечить легкую и пищевую промышленность необходимым сырьем, а население полноценными и качественными продуктами питания на уровне обоснованных норм. Важная роль в решении этих задач принадлежит развитию животноводства на основе ускоренного освоения интенсивных методов производства животноводческой продукции и применения новейших технологий, новой техники и автоматизации.

Дальнейшее развитие животноводства, в основном, мясного скотоводства и овцеводства, связано с максимальным использованием естественных пастбищ. В правительственном постановлении по развитию агропромышленного комплекса Республики Казахстан до 2010 года поставлена задача дальнейшего развития животноводства с максимальным использованием естественных пастбищ. [2] Природные пастбища - основной источник дешевого и наиболее ценного зеленого корма, за счет которого удовлетворяется почти 75% потребности животноводства. Пастбищное содержание положительно влияет на здоровье, продуктивность и воспроизводительные функции животных и улучшает экономические показатели отрасли. Однако пастбищные угодья нельзя рационально использовать без обеспечения выпасаемого скота доброкачественной водой.

Республика Казахстан имеет относительно хорошие условия для производства животноводческой продукции в условиях пастбищ, важным фактором которых является обеспечение гарантированного водоснабжения за счет механизации водоподъема из основных водоисточников - шахтных и трубчатых колодцев.

Установлено, что при нормальном кормлении доброкачественная вода способствует повышению удоя у коров на 25 - 30%, приросту живой массы нагульных животных до 7 - 10% и настригу шерсти до 8 - 10% [3, 4]. Кроме того, по развитию села в правительственном постановлении Республики Казахстан ставится задача решить проблему водоснабжения. [2]

Вода - важная составная часть всего живого на земле. Она является одним из основных материалов клеток живого организма и участвует во многих биологических процессах, протекающих в организме животных. Обмен веществ возможен только при условии, когда питательные вещества и продукты обмена растворены и находятся в движении. Главным растворителем для них служит вода. С водой в различные части тела доставляются питательные, и с ней же из организма животных уносятся ненужные и вредные для него продукты обмена.

Свободный доступ к воде умеренной температуры способствует использованию концентрирующейся в теле энергии на образование продукции - молока, мяса, жира, шерсти и т.д. Специальные наблюдения показали, что у взрослых овец и ягнят, получавших на пастбище воду вволю, в 2,9 раза увеличивался прирост живой массы, в 1.1 раза длина туловища ив 1,5 раза прирост шерсти [4].

Факторами, определяющими потребность животных в воде, являются физиологическое состояние, возраст и масса тела, порода, продуктивность, состав корма, метеорологические условия, температура воды, а также индивидуальные привычки животных.

С гигиенической точки зрения целесообразно удовлетворять животных питьевой водой вволю, давать ее многократно, лучше через равные промежутки времени. Недостаток воды в организме отрицательно влияет на потребление корма животными, при этом, чем сильнее жажда, тем ниже потребление питательных веществ. Как известно [5], уменьшение потребления корма ведет к снижению продуктивности сельскохозяйственных животных.

В связи с вышесказанным, механизация пастбищного поения имеет важное значение. С целью получения наивысшей продуктивности животных необходимы водоподъемные устройства, обеспечивающие своевременное, бесперебойное и в достаточных количествах подачу воды. Кроме того в настоящее время существует большое количество крестьянских хозяйств и малых населенных пунктов, которым необходимо обеспечение водой, которую можно достать из подземных источников с помощью не дорогостоящих и высокопроизводительных водоподъемных агрегатов.

На ряду с другими типами водоподъемных машин большое распространение в пастбищном водоснабжении получили ленточные водоподъемники. К достоинству этих машин следует отнести простоту, надежность, легкость в эксплуатации и техническом обслуживании, ремонтопригодность в условиях хозяйств и экономичность агрегата [6].

Для водообеспечения пастбищ широко используются водоподъемники с ленточным рабочим органом ВЛМ-ЮОА, ГЛВ-250. ВЛС-50, ВЛМ-С и т.д. Однако неэффективный отвод (съем) поднятой воды с внутренней поверхности водонесущей ветви ленты и плохие условия трения между рабочей поверхностью ведущего шкива и лентой ухудшают технологический процесс этих машин и необоснованно увеличивают удельную потребляемую энергию.

Учитывая высокую стоимость энергоносителей, в настоящее время становится важным вопрос изыскания путей снижения энергозатрат. Поиски путей снижения расхода энергии связано с улучшением технологического процесса и таких технических показателей, как подача и потребляемая мощность.

Поэтому задача создания и внедрения в практику водоподъемных машин, исключающих выше названные недостатки указанных водоподъемников, является актуальной и ее решение имеет важное значение для животноводческой отрасли. Решению этой задачи -разработке на основе научных исследований и обоснованию параметров ленточного водоподъемника, обеспечивающего улучшение технологического процесса, и посвящена настоящая диссертационная работа.

На защиту выносится новая конструктивно-технологическая схема ленточного водоподъемника (патент Республики Казахстан на изобретение №12018), [84] и следующие научные положения: аналитические выражения для определения основных конструктивно-режимных параметров предложенного ленточного водоподъемника, полученные в результате теоретических исследований;

- результаты экспериментальных исследований и полученные на их основе зависимости по проверке выдвинутых теоретических положений и определению оптимальных конструктивно-режимных параметров водоподъемника;

- результаты экономической оценки эффективности применения предложенного водоподъемника.

Цель исследования - повышение производительности процесса на основе совершенствования конструктивно-технологической схемы ленточного водоподъемника.

Предмет исследования - ленточный водоподъемник с усовершенствованной конструктивно-технологической схемой.

Объект исследования - процесс подъема воды ленточным водоподъемником.

Задачи исследования: определить закономерности изменения производительности ленточного водоподъемника в зависимости от его конструктивно-технологических параметров;

- аналитически описать рабочий процесс ленточного водоподъемника с усовершенствованной конструктивно-технологической схемой и определить его основные режимные параметры;

- исследовать влияние параметров и конфигурации ребер поджимного ролика водоподъемника на эффективность процесса съема поднятой воды;

- обосновать оптимальные конструктивно-технологические параметры ленточного водоподъемника и режимы работы, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса подъема воды.

- дать обоснование экономической эффективности и разработать рекомендации сельскохозяйственному производству по изготовлению и использованию предлагаемого ленточного водоподъемника.

Методика исследования. Теоретические исследования проведены на основании известных законов механики и гидравлики. Решение полученных уравнений осуществлялось с помощью математической системы Mathcad 5,0 на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на основании действующих ГОСТов и ОСТов, обработка полученных результатов эсуществлялась на ПЭВМ с помощью программы обработки визуальный . данных «IMAGE-PRO PLUS 2,0» и статической шалоговой системе STADIA (версия 4). С помощью расчетно-сонструктивного метода на основе результатов математического юделирования были получены оптимальные значения онструктивных и технологических параметров для устройства, еализующего процесс подъема воды. Научная новизна работы, на основе взаимосвязи свойств воды и центробежных сил, оявляющихся при прохождении лентой поджимного ролика боснована возможность повышения производительности ленточного одоподъемника за счет съема воды с двух сторон ленты и за счет меньшения проскальзывания ленты на ведущем барабане одоподъемника. теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана озможность повышения производительности за счет установки оджимного ролика на восходящей ветви водоподъемника и за счет зменения конфигурации ребер поджимного ролика. получены аналитические зависимости для определения ациональнцх параметров ленточного водоподъемника повышенной роизводительности; на основе экспериментальных исследований олучена математическая модель количественных показателей роцесса подъема воды. оценена экономическая эффективность ленточного водоподъемника звышенной производительности.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций эдтверждается сходимостью результатов теоретических и :спериментальных исследований, корреляционным анализом :спериментальных данных с определением доверительных 1тервалов случайных величин.

Практическую ценность представляют: конструкция ленточного водоподъемника повышенной производительности;

- расчет конструктивно-технологических параметров ленточного водоподъемника;

- результаты проверки в лабораторных и производственных условиях основных положений работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на международной научно-практической конференции (Кокшетау 1999г.); научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ (Оренбург 2000, 2001, 2003 гг.); научно-практических конференциях Костанайского ГУ (Костанай 1998.2003г.).

Внедрение. Опытный образец ленточного водоподъемника повышенной производительности проходил проверку и был внедрен в крестьянском хозяйстве «Крысин В.И.», Алтынсаринского района, Костанайской области.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе получен 1 патент на изобретение, подана заявка на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, обших выводов и предложений, списка использованной литературы (113 наименований), приложения. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 14 таблиц, 24 приложений.

ОБЩИН ВЫВОДЫ.

На основании литературного обзора, теоретических и экспериментальных исследований в работе сделаны следующие выводы:

I. Анализ литературных источников и практика показывают, что поение является неотъемлемой частью жизнеобеспечения животных и высокоэффективного получения продукции. Для бесперебойного водоснабжения животных особенно на пастбищах, малых крестьянских и фермерских хозяйств, требуются простые, высоконадежные, удобные в эксплуатации и техническом обслуживании, универсальные по роду привода водоподъемные агрегаты. Анализ технических характеристик последних по энергоемкости и к.п.д. показывает, что наиболее лучшими являются ленточные водоподъемники. Классификация позволила выявить наиболее перспективную схему ленточного водоподъемника (2-х барабанный вертикального расположения с одной гладкой лентой со съемом воды с 2-х сторон ребристым роликом, расположенным в верхней части восходящей ветви).

2. Проскальзывание ленты, неполный съем поднимаемой жидкости снижают технико-экономические показатели работы ленточного водоподъемника. На основе анализа известных конструкций водоподъемников разработана, устраняющая вышеназванные недостатки новая конструктивно-технологическая схема и создан опытный образец ленточного водоподъемника, включающий дополнительный поджимной ролик (патент Республики Казахстан на изобретение №12018).

3. Экспериментальные исследования поджимных роликов с различной конфигурацией ребер показали, что применение поджимного ролика уменьшает проскальзывание ленты на ведущем барабане и осуществляет более полный съем поднимаемой воды (с двух сторон ленты: внутренней и внешней). Наиболее рациональным видом ребер поджимного ролика является V - образная форма. Установка поджимного ролика увеличивает угол обхвата ведущего барабана рабочим органом до 135° и соответственно увеличивает коэффициент трения скольжения на 22.28%.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований обоснованы конструктивно-технологическая схема и режимные параметры предлагаемого водоподъемника (диаметр поджимного ролика dp = 0,08 м, угол ребер у = 122°, количество ребер п = 12 шт, расстояние ролика от ведущего барабана по вертикали h = 0,02 м, глубина погружения натяжного барабана-балласта Нр = 0,5 м, пределы изменения скорости ленты 9 = 3.9 м/с).

5. В результате проведения полнофакторного эксперимента получено уравнение регрессии, которое адекватно описывает поверхность отклика, и позволило оптимизировать параметры предлагаемого ленточного водоподъемника (масса натяжного устройства m = 30 кг, расстояние поджимного ролика от ведущего барабана по горизонтали 1 = 0,1 м, оптимальная скорость лепты Э = 7,75 м/с).

6. Производственная проверка предложенного ленточного водоподъемника показала, что он обеспечивает стабильное выполнение технологического процесса и повышение производительности до 42%.

7. Технико-экономическая оценка результатов исследований показала, что применение усовершенствованного ленточного водоподъемника обеспечивает годовой экономический эффект 13395,6 тенге (2679,1 руб.), годовую экономию труда 59,4 чел.ч. и годовую экономию электроэнергии 41,72 кВтч.

8. Простота конструкции разработанного ленточного водоподъемника позволяет использовать полученные результаты исследований в сельскохозяйственных, крестьянских и фермерских хозяйствах.

174

1. Назарбаев Н.А. Казакстан - 2030. Барлык казакстан-дыктардын ecinepKeHfleyi, Kayinci3fliri жэне элаукатынынартуы. Ел Президентам Казакстан халкына жолдауы. Длматы РМ0ПБ - нН Редакциялыкбаспа бел1м1 - 1998.

2. Абдильдина Л.И., Бельгибаев К.М. Экономика сельского хозяйства Алматы: Кайнар, 1996.

3. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов.-2-е изд., перераб. и доп.-л.: Агропромиздат. Ленинград, отделение, 1985.

4. Мовсисянц А.П. Водопой скота на пастбище.- М.: Россельхозиздат, 1979.

5. Bohra Н.С., Ghosh Р.К. Effect of restricted water intake during summer On the digestibility off cellwall constituents, nitrogen retention and water ecretion in Marwari sheep.-I. agr. Sc., 1977.

6. Каплан P.M., Яковлев А.А. Механизация водоснабжения па пастбищах. Алма-Ата: Кайнар, 1986.

7. Винидиктов Ю.А. и др. Исследование норм водопотребленпя животных в условиях горных пастбищ ЧИАССР и ДАССР. Сб. Науч. тр. Южгипроводхоза, 1974.

8. Влияние физико-химических свойств воды на увеличение произ -Водства продукции овцеводства.- Научн.тр. Бетпак-Далинск оп.ст. овцеводства, 1973.

9. More Т., Sahni K.L. The effect of water deprivation on wool production of chokla sheep under semi-arid conditions.- Indian veter., I., 1977.

10. Ю.Тажибаев Л.Е., Ким Ф.Н., Мальков В.А. Основы гидравлики и гидромеханизации сельскохозяйственного производства.- Алма-Ата. Каз.СХИ, 1986.1 1. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая,- М.: Издательство стандартов, 1982.

11. Войтенко В.Н. Рост крупного рогатого скота ^качество его мясапри разной обеспеченности водой в первый год жизни. Укр.СХА.-Киев,- 1974.

12. Войтенко В.Н. Мясная продуктивность бычков, выращенных при разной обеспеченности водой.-Науч.тр. Укр.СХА,- Киев.- 1976.

13. Великонис В.Ю. Поение крупного рогатого скота на культурных пастбищах. Информ. листок №22.- Вильнюс, 1970.

14. Куликов В.М. и др. Кормление и поение скота при высоких температурах окружающей среды. Сельское хозяйство за рубежом, 1970

15. Бергнер X. и Кетц Х.А. Научные основы питания с/х животных.-М.: Колос, 1973.

16. П.Соколов В.М. Механизация водоснабжения в овцеводстве,- М.: Россельхозиздат, 1987.

17. Мелиорация и водное хозяйство. Т.7. Сельскохозяйственное водоснабжение: Справочник Тажибаев Л.Е., Усенко B.C., Николадзе Г.И. и др.: Под ред. Олейника В.Н.- М.: Агропромиздат, 1992.

18. Малаев Н.Х. и др. Содержание некоторых микроэлементов в водах сезонных пастбищ.- Сб. науч.раб.- Даг.НИВИ. 1974,- Т.6-7.

19. Мовсисянц А.П. Пастбищное водоснабжение животноводства. Озор. информация ВАСХНИЛ.- М.: 1980.

20. Мартиросян С.Г. Влияние температуры питьевой воды на молочную продуктивность коров в условиях высокогорных пастбищ Армянской ССР.- Ереван, Зооветинститут,- 1971.

21. Усаковский В.М. Водоснабжение в сельском хозяйстве.- М.: Агропромиздат, 1989.

22. Мисенев B.C., Мурашев С.И., Поляков С.И. и др. Водоснабжение Животноводческих ферм и пастбищ.- М.: Колос, 1974.

23. Гусев С.Н. и др. Водоснабжение на базе артезианских скважин.-М. Колос, 1976.

24. Capturing water for livestosk.Hovv to develop a seepage collection sysmem.- World Farmg.,1978, v.20, N2.

25. Csontos I. Ivovizellatas a legelon.- Madyar Mezogad.,1978, evf.33.

26. Обводнение и орошение пастбищ в степной зоне.- Науч.тр. ВАС ХНИЛ,- М.:Колос, 1978.

27. Тлеубергенов С.Т. Комплексная механизация овцеводства.- Алма-Ата, Кайнар, 1974.

28. Гумаров Г.С. Классификация и анализ средств механизации для подъема воды в пастбищных условиях. Научно-теорет. конф. про-фес-препод. Состава Зап.Каз.СХИ: Тез.докл.- Уральск, 1992.

29. Скобельцын Ю.А., Громадский А.В. Насосы трения. Специальные насосы и подемники жидкости. Учебное пособие. Краснодар, КСХИ, 1987.

30. ГКаплан P.M. Механизация водоподъема на пастбищных скважинах -Алма-Ата, Кайнар, 1970.

31. ЗЗ.Усаковский В.М., Суюнчаев Р.С. Комплексная механизация в овце водстве.- М.: Колос, 1982.

32. Рычагов В.В. и Флоринский М.М. Насосы и насосные станции.-4-е изд.- М.: Колос, 1975.

33. Тажибаев Л.В. Основы водоснабжения и обводнения сельскохозяй ственных районов Казахстана.- Алма-Ата. Кайнар, 1969.

34. Усаковский В.М. Водоснабжение, водоотведение и охрана окружающей среды.- М.: Нива России, 1992.

35. Гумаров Г.С. Анализ принципиальных схем ленточных водоподъе мников. Научно-теорет.конф. проф.-препод. Состава Зап.Каз.СХИ Тез.докл.- Уральск, 1992.

36. Хелленов О.Б., Аннаев А.Г.Глубоководный ленточный подъемник. Техника в сельском хозяйстве, 1972.- №5.

37. Хелленов О.Б., Останин B.C., Аннаев А.Г. и др.Результаты исследования ленточного водоподъемника. Сельское хозяйство Туркменистана. 1972.

38. Еременков А.Г. О движении жидкости в трубе шнурового водоподъемника. Вопросы гидротехники, Вып.23, Ташкент, Наука, 1965.

39. ДО.Кульпин П.И. Исаев В.А., Нечаев Б.В. Экспериментальные иссле

40. Дования водоподъемника с повышенной скоростью движения ленты. Механизация работ в животноводстве. Сб.науч.работ. Саратовский СХИ.- Саратов, 1975.

41. A.C., 1211450 СССР, МКИ Г04В19/14. Ленточный водоподъемник. В.В. Самадуров, В.А. Катеринич, В.В.Марьин и А.И.Савченко (С ССР).

42. A.C. 1588905 СССР, МКИ Г04В19/14. Ленточный водоподъмник. Ж.А. Нурписов, К.Г. Мурзагалиев и Н.Ф Демина (СССР).

43. A.C., 1823915 СССР, МКИ Г04В19/14, Ленточный водоподъемник. Ж.А. Нурписов, К.Г. Мурзагалиев и В.В. Дейнега (СССР).

44. Лейбензон Л.С. К теории шнуровых насосов. Нефтяное и сланцо-вое хозяйство,- 1924.

45. Евстихеев Б.Е. К вопросу об исследовании шнуровых водоподъемников. Известия АН БССР,- 1950.

46. Машков В.Н. Исследование ленточных водоподъемников и некоторые вопросы их эксплуатации на шахтных колодцах в пустынях Средней Азии. Автореф. дис. .к.т.н.-Ташкент, 1958.

47. Каскарауов И.А. Исследование и обоснование основных параметров ленточного водоподъемника для пастбищных скважин. Атореф дис.к.т.н.- Алма-Ата, 1971.

48. Исаев В.А., Данилов В.Н., Кульпин П.И. Экспериментальные и исследования проскальзывания ремня ленточного водоподъемника. Механизация работ в животноводстве. Сб.науч.работ. Саратовский СХИ,- Саратов, 1975.

49. Кульпин П.И. Исследование малогабаритного ленточного водоподъемника для пастбищных шахтных колодцев. Автореф.дис.к.т.н. Алиа-Ата, 1973.

50. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. Кн.Г- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоавтомиздат, 1991.

51. Чугаев P.P. Гидравлика.-4-е изд., перераб. и доп.- JI.: Энергоиздат, 1982.

52. А.е., 723212 СССР, МКИ Г04В19/14, Ленточный водоподъмник. А.Н. Марышев, В.И. Шумейко, К.Д. Шин, А.В. Кофанов и В.А. Ка-теринич (СССР).

53. А.С., 1079879 СССР, МКИ Г04В19/14, Ленточный водоподъемник. С.Т. Алпысбаев и С. Бекетаев (СССР).

54. Энциклопедия фермера. Фермерские хозяйства. Проекты. Технологии. Оборудование. Сост. Астахов А.С., Рыжов С.В.- ИВЦ «Маркетинг», Москва, 1993.

55. Русан В.И., Сорокин Э.П. Электромеханизация малых ферм. Справочное пособие.- Мн.: Уражай, 1992.

56. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики.- М.: Высшая Школа. 1986.

57. Андреев А.В. Передача трением, Машгиз, 1963.

58. Демьянов М.К. О значении упругости ремня при передаче им работы. Петербургский технологический институт, 1986.61 .Петров Н.П. Влияние трения при передаче работы упругим ремнем Петербургский технологический институт, 1987.

59. Жуковский Н.Е. О скольжении ремня на шкивах, соч.т.З, Гостехиз-дат, 1949.

60. Иванов Е.А. Ременные передачи. Гостехиздат, 1961.

61. Цепляев М.В. Передача с гибкой связью. Гостехиздат, 1963.

62. Уразбаев М.Т. Основы механики весовой деформируемой гибкой нити. Изд. Уз.ССР, Ташкент, 1969.

63. Поляков B.C. Клиноременные передачи. Машгиз, 1961.

64. Глухарев Б.Г. К определению напряжений изгиба в слойных проре зиненных транспортерных лентах, журнал «Строительное и дорожное машиностроение», №8, 1963.

65. Ретшер Ф. Детали машин. 4.2, 1954.

66. Freiderich A. Versuche liber die grosse der Wirksamen Kraftswisehen Treibriemen and Scheibe. Z.d.v.D.y, №59.

67. Адамчук В.И. Исследование тяговых способностей футерованных различными материалами приводных барабанов. Труды ВНИИПТ-МАШ «Конвейеры», №9(20), 1964.

68. Добровольский В.А. Ременная передача, 1954.

69. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных.- М.: Колос, 1983.

70. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статической обработки результатов исследований).- 5-е изд., перераб. и доп.- М. Агропромиздат, 1985.

71. Румишинский Л.З. Математическая обработка результатов экспери мента,- М.: Наука, 1981.

72. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента,- М., «Металлургия». 1973.

73. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статические методы планирования экстремальных экспериментов.-М.: Наука, 1965.

74. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов.- Л.: Колос, 1972.

75. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий,- М.: Наука, 1971.

76. Абрамович Г.П. Теория турбулентных струй.- М.: Физматгиз, 1960

77. Барский А.Л., Плаксин И.П. Критерий оптимизации разделительных процессов.- М.: Наука, 1967.

78. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных.- М.: Колос, 1967.

79. Мармоза А.Т. Практикум по математической статистики,- Киев, «Высшая школа», 1990.

80. Леонтьев Н.Л. Техника статических вычислений.- М.: Лесная промышленность , 1978.

81. Патент РК №12018, опубликованный Бюл. №9, 16.09.2001г. Усовершенствованная конструкция ленточного водоподъемника. Ж.А. Нурписов, В.Г. Кушнир, Н.Ф. Демина.(Казахстан).

82. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике.- М.: Высшая школа, 1979.

83. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.-М.: Высшая школа, 1977.

84. Длин A.M. Математическая статистика в технике.- М.: Советская наука, 1958.

85. Красников В.В. Подъемно-транспортные машины.- М.: Колос, 1981

86. Особенности решения задачи оптимального проектирования с применением ЭВМ. Методические указания к дипломному проектированию,- Харьков, 1988.

87. ОСТ 70-10.2.-83. Испытание сельскохозяйственной техники. Программа и методика испытаний.

88. Власов И.С., Конкин Ю.А. и др. Методика экономической опенки сельскохозяйственной техники,- М.: Колос, 1979.

89. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений.- М.: Колос, 1980.

90. Косачев Г.Г. Экономическая оценка сельскохозяйственной техники,- М.: Колос, 1978.

91. Косачев Г.Г., Самойленко Е.М. Экономическая оценка новой техники. Техника в сельском хозяйстве.- Москва, 1987.

92. Франс Дж., Торнли Дж.Х.М. Математические модели в сельском хозяйстве,-М.: Агропромиздат, 1987.

93. Карташов Л.П. и др. Механизация и электрификация животноводства.- М.: Колос, 1979.

94. Блохин В.Г., Глудкин О.П., Гуров А.И. и др. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов.-Москва, 1997.

95. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.

96. Решетов Д.Н. Детали машин.- М.: Машиностроение, 1989.

97. Гузенков П.Г. Детали машин.- М.: Высшая школа, 1982.

98. Мельников А.П., Сычев И.А., Филиппов Н.Ф. Курс газогидродинамики.-Ленинград, 1968.

99. Белянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводства.-М.: Колос, 1983.

100. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов.- Ленинград, 1985.

101. Белянчиков Н.Н., Богатырев Н.В., Трофимов В.И. Механизация животноводства,- М.: Колос, 1970.

102. Гриб В.К. Механизация животноводства,- Минск, 1987.

103. Кашеков Л.Я. Механизация водоснабжения животноводческих ферм и пастбищ,- М.: Колос.

104. Карасев Б.В. Гидравлика, основы сельскохозяйственного водо -снабжения и канализации,- Минск «Высшая школа» 1983 г.

105. Бочевар Ф.М. Проектирование водозаборов подземных вод.-М.: Стройиздат. 1989.

106. Конюшков A.M. Водоснабжение.- М.: Стройиздат, 1985.

107. Усаковский В.М. Водоснабжение в сельском хозяйстве,- М.: Колос, 1981.1 10. Кошеров Л.Я. Механизация водоснабжения животноводческих ферм и пастбищ.- М.: Колос, 1976.

108. Бородачев П.Д., Усаковский В.М. Водоснабжение животноводческих ферм и комплексов,- М.: Росселъхозиздат, 1972.

109. Мисенев B.C., Мурашев С.И., Поляков С.И. и др. Водоснабжение животноводческих ферм и пастбищ,- М.: Колос, 1974.