автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование конструкции вибрационного рабочего органа виноградоуборочного комбайна

Введение

1. Анализ конструкций отделяющих устройств машин для 7 уборки винограда

1.1. Машины с рабочими органами вертикального действия

1.2. Машины с рабочими органами горизонтального действия

1.3. Машины с рабочими органами комбинированного 29 действия и других принципов работы

Выводы

2. Исследование некоторых физико-технологических 34 характеристик плодов винограда

2.1. Статические усилия и работа отрыва ягод винограда

2.2. Динамические усилия и работа отрыва ягод винограда 41 Выводы

3. Обоснование технологической схемы усовершенствованного 64 рабочего органа

Выводы

4. Теоретические исследования основных процессов при 67 взаимодействии вибраторов со шпалерной системой

4.1. Анализ работ по теории отрыва ягод винограда от 67 плодоножек

4.2. Исследование процесса отрыва ягод от плодоножек

4.3. Колебания бича вибратора закрепленного с 78 амортизатором

4.4. Колебания бича вибратора закрепленного без 81 амортизатора

4.5. Взаимодействие предлагаемого рабочего органа с 83 растениями винограда

4.6. Взаимодействие предлагаемого рабочего органа со 98 шпалерными опорами

Выводы

5. Экспериментальные исследования рабочих органов 105 виноградоуборочных машин

5.1. Основные характеристики стандартных бичей

5.1.1. Жесткость стандартных бичей

5.1.2. Собственные колебания стандартных бичей

5.1.3. Вынужденные колебания стандартных бичей

5.2. Удар стандартного и предлагаемого рабочего органа о 114 шпалерную опору

5.3. Обход опор стандартным и предлагаемым бичами

5.4. Энергоемкость процесса колебаний стандартного и 137 предлагаемого бичей

5.5. Надежность предлагаемой конструкции 144 Выводы

6. Полевые испытания комбайна с усовершенствованным 146 отделителем

Выводы

7. Экономическая эффективность предложенных технических 151 решений

Выводы

Концепция государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 г. прослеживает тесную связь между здоровьем, продолжительностью жизни и рациональным питанием [1,2]. В ассортимент продуктов, способствующих улучшению здоровья, входит и виноград (вино, соки, безалкогольные напитки, изюм и т.д.).

Для решения этой важной народнохозяйственной задачи, вместе с внедрением новых, перспективных сортов винограда, эффективных форм посадки растений, необходимо полностью механизировать процесс возделывания винограда от посадки до уборки урожая.

Уборка урожая является одной из самых трудоемких операций в виноградарстве. От общих трудозатрат на возделывание, уборка урожая составляет от 30 % до 40 % [3,4]. Большая трудоемкость уборки винограда связана с низким уровнем механизации уборочных работ и жесткими требованиями к срокам их проведения, увеличение которых отрицательно сказывается на качестве урожая и приготавливаемой из него продукции [5].

Задача снижения трудоемкости уборки винограда может быть решена двумя путями: первое - создание средств частичной механизации, осуществляющих подборку и транспортировку собранного вручную винограда и второе - создание и применение высокопроизводительных виноградоуборочных комбайнов [6]. Полная механизация процесса уборки урожая винограда с помощью виноградоуборочных машин широко внедрена в таких странах как Франция, США, Италия и других странах.

В России создано несколько виноградоуборочных машин, некоторые из которых положительно зарекомендовали себя в ходе хозяйственных и государственных испытаний. Работа этих машин основана на вибрации различных составляющих виноградного куста, в результате чего происходит отделение урожая винограда от вегетативных органов растений.

Одним из таких комбайнов является комбайн ВК-2 конструкции Горского аграрного университета.

Существующие вибрационные рабочие органы виноградоуборочных комбайнов обладают низкой надежностью и в процессе работы часто повреждают шпалерную опору. Ведущие фирмы проводят большие проектно-изыскательские работы по совершенствованию конструкций отделяющих устройств. Ими разработаны отделители, в которых в качестве ударных элементов применяются стержни петлеобразной формы, изготовленные из композиционных материалов. Эти рабочие органы значительно лучше выдерживают заданную амплитуду колебаний и меньше повреждают отделяемые ягоды и листостебельный аппарат растений. Недостатком их является высокая стоимость и невозможность регулировки их жесткости.

В связи с этим работа, посвященная совершенствованию вибраторов виноградоуборочных комбайнов, является актуальной.

Научная новизна. Научная новизна диссертации заключается:

- в исследовании статических и динамических усилий и работ отрыва ягод винограда;

- в усовершенствовании отрыва ягод винограда от плодоножки;

- в разработке аналитических зависимостей по определению рациональных значений основных параметров усовершенствованного вибрационного рабочего органа, уточненных по результатам лабораторно-полевых испытаний.

Практическая ценность работы. Значимость для практики представляют разработанная конструкция отделителя вибрационного рабочего органа виноградоуборочного комбайна и оптимальные значения ее основных параметров.

Апробация работы. Результаты исследований регулярно докладывались на научно- производственных конференциях ГАУ и СК НИИ - ГПСХ и НПО «Горное» (1997 - 2002 г.г.), на заседании НТС комитета по виноделию, виноградарству и алкогольной промышленности при правительстве Краснодарского края 1998 г., в Армянской сельскохозяйственной академии 1999 г., на заседании НТС МСХ, РСО-Алания (1998 - 2002 г.г.), на Всероссийской научно-производственной конференции (г. Владикавказ 1998 г).

Реализация результатов исследований. Результаты исследований реализованы в конкретных образцах усовершенствованных вибрационных рабочих органов комбайна прошедших лабораторно-полевые испытания. Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 7 научных трудах. Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- результаты анализа конструкций вибраторов виноградоуборочных машин;

- результаты исследования статических и динамических усилий и работ отрыва ягод от плодоножек;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований основных процессов взаимодействия стандартных и предлагаемых бичей со шпалерной системой;

- результаты полевых исследований комбайна с усовершенствованным вибрационным органом и расчета его экономической эффективности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ конструкций отделяющих устройств машин для уборки винограда показал, что наибольшее распространение на виноградоуборочных машинах получили бичевые отделители горизонтального действия. Недостатками наиболее распространенных отделителей с прямолинейными бичами являются низкая надежность, большие повреждения отдельных ягод и наблюдаемые на практике повреждения железобетонных опор. Недостатками отделителей с бичами в виде петель являются низкая надежность и высокая стоимость.

2. Изучены статические и динамические усилия и работа отрыва ягод винограда от плодоножек. Установлено, что динамические усилия отрыва превышают статические в 1,2. 1,46 раза. Средние значения динамических усилий отрыва ягод от плодоножек по сортам Изабелла, Лидия и Фиолетовый ранний соответственно составили 2,23; 2,79 и 1,48 Н. Средние значения динамической работы отрыва ягод от плодоножек по данным сортам превышают средние статические в 1,88.2,28 раза и составляют для сорта Изабелла - 2,28 мДж, Лидия - 1,87 мДж и Фиолетовый ранний - 1,49 мДж.

3. Изучены различные схемы ударных элементов встряхивателей виноградоуборочных комбайнов. Установлено, что хорошей работоспособностью обладает схема с шарнирным креплением бича и его подпружиниванием (рис. 3 г).

4. Теоретически исследован процесс колебаний стандартных прямолинейных бичей и получены выражения для расчета амплитуд колебаний бичей в зависимости от частоты (формулы 5, 6, 7).

5. Теоретически исследованы процессы взаимодействия предлагаемого бича с виноградной шпалерой и ее опорами. Получены выражения для определения основных параметров усовершенствованного отделителя. Установлено, что при моменте инерции бича 0,2.0,3 кгм целесообразно бичи оснащать пружинами жесткостью 6. 10 кН/м. Количество бичей на одной секции должно составлять 8. 10 шт. Для улучшения отделения урожая бичи целесообразно устанавливать в вертикальной плоскости с наклоном 12. 15°.

6. Экспериментально изучен процесс удара стандартного и предлагаемого бичей о железобетонные, железные и деревянные опоры. Установлены значения времени удара и максимальные значения силы удара. По результатам исследования предлагаемая конструкция обеспечивает уменьшение силы удара по железобетонным опорам в 7,4. 10,4 раза, по железным опорам в 4,1 .7,87 раза, по деревянным в 1,1 раза. Рекомендуемая толщина амортизирующей прокладки составляет 2 мм.

7. Исследования энергопотребления предлагаемым бичом и развиваемых им усилий подтвердили эффективность предложенной конструкции. На холостом ходу предлагаемый бич потребляет энергии в 7 раз меньше, чем стандартный. На основных рабочих режимах энергопотребление предложенным бичом меньше, чем стандартным в 1,03.2 раза.

8. Комбайн с усовершенствованным отделителем прошел хозяйственные испытания. Полнота отделения составила 98,5.99,5%, повреждения побегов не превышали 3,5%, случаев повреждения штамбов, опор и самих бичей в ходе испытаний не наблюдалось.

9. Годовой экономический эффект от внедрения усовершенствованного вибрационного рабочего органа составляет 29560 рублей.

157

1. Кочеткова А.А., Колеснов А.Ю., Тужилкин В.И., Нестерова И.Н., Большаков О.В. Современная теория позитивного питания и функциональные продукты // Пищевая промышленность. - 1999. - №4. - с. 7-10.

2. Концепция государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 г. // Пищевая промышленность. 1998. -№3. - с. 1-3.

3. Мироненко Л.А. Анализ сезонности и пооперационной структуры затрат труда в виноградарстве Анапского района Краснодарского края. М. -ВНИИСХ. - 1976. - вып. 56.

4. Гаина Б.С. Комбайновая уборка винограда и технологии по переработке -Кишинев: Картя Молдовеня КЭ. 1986. - с. 192.

5. Унгурян П.Н., Коновалова А.В. О сроках сбора винограда для виноделия // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии 1970. - №9 - с.40-42.

6. Ychmuckeschlaqer J. Ratuonalisirunq und Mechanisierunq der Traubenerte. // Prakt, Zandtechnik. 1983. - 36. -№10. S. 314-315. (Osterreich).

7. Маркин Ю.П. Анализ схем встряхивающих устройств виноградоуборочных комбайнов. ВАСХНИЛ // Пути рационального развития виноградарства. -Новочеркасск. 1985. - с. 30-36.

8. Машины для уборки винограда и спаржи // Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия . - М. 1964. - №8. - реферат 8.44.344.

9. Шепардсон Э.С. и др. Механизированная уборка винограда // Перевод американского журнала «Сельскохозяйственная техника». М. - Сель-хозиздат. - 1962. - №2. - с. 2-9.

10. Механизация уборки винограда в Австралии: // Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия. М. 1997. №2. - с. 44.

11. Гальченко Н.В. Механизация уборки винограда // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1975. - №12. - с. 54-62.

12. Варламов Г.П. Состояние и тенденции развития конструкций машин для уборки винограда. М. - ЦНИИТЭИ тракторсельмаш. -1973.

13. Buldini F. V.J. Emme, nuovo prototypo // Hal. ad v. 1974. - VIII. №6 -p. 84-87.

14. Патент США кл 56-1, (AO 1, 19/00) №3545183 опубл. 8.12.70.

15. Патент Франции А01 19/00 №2148795 опубл. 23.03.73.

16. Шейнкар JI. Перканская А. Виноградоуборочные машины // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии. -1977. №10. - с. 60-61.

17. Torresin A. Mostre fiere е convegni. // Maechine е motori agricoli. 1975. -t.33. -№1. - s. 17-18.

18. Mechanical Grepe Harvester. // Agricultural Engineerihg Australia. 1972. -t.3. -№2. - s.22-23.

19. Baraldi G. Meccanizzazione della Vendemmia. // Terra e Vita. - 1976. -№38. - p.21-23.

20. Скориков H.A. Харламов С.И., Скрипниченко Е.И. Испытание вертикального встряхивателя для виноградоуборочной машины. // Садоводство и виноградарство. 1994. - №5. - с. 18-19.

21. Механизация уборки винограда // Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия. М. - 1978. - №4. - с. 47-48.

22. Новые виноградоуборочные комбайны // Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия. 1978. - №6. - с. 41.

23. Современное состояние и перспективы развития механизации виноградарства во Франции // Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия. 1978. - №4. - реферат 4.44.207.

24. Buldini F. Nuove solution techniche // Mach. Mot. agv. 1977. - v35. - №8 p. 55-58.

25. Dellenbach P. La mecanisation des vendanges. Bulletin de J'.O.J.V. - 1978. - v71 p. 529-567.

26. Варламов Г.П., Федотов И.М., Кутейников В.К. и др. Машины для формирования кроны и уборки урожая плодово-ягодных культур. М.: Машиностроение. - 1975. - с. 206.

27. Гусейнов Ш.Н., Алиев М.А. Неукрывному виноградарству перспективную технологию // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии.- 1974. №5.

28. Кузь В.Н., Уразовский А.К. Шилков В.А. Результаты испытания вино-градоуборочных комбайнов // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии. 1974. - №5 - с. 45-48.

29. Шайтуро Л.Ф., Мехузла Н.А. Виноградарство и виноделие США М. Пищевая промышленность. - 1976.

30. Ковалев А.К., Парканская А.Г. Тенденции развития машин для уборки винограда. // Сельскохозяйственные машины и орудия. Обзорная информация. М. - 1984. - выпуск 9. - с. 38.

31. Виноградоуборочные комбайны Проспекты США 1983.

32. Механизация уборки винограда // Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия. - 1978. - №4. - с. 47-48.

33. Dellenbach P. La mecanisation des vendanges. / Bulletin de J'.O.J.V. 1978.- v71 p. 529-567.

34. Gread chivistuan. Premiers resultat partiels de la ra erne enquete // Bull, inform. Cent. Nat etud, exp machagr. 1974. - №194. -p. 31-58.

35. Lacomber R. Evolution des machines a vendenges 1977. // Tract et machines agr. 1973.-v49. -p. 35.

36. Варламов Г.П. Машины для формирования кроны и уборки урожая плодово-ягодных культур. М.: Машиностроение 1975.

37. Виноградоуборочные комбайны. Проспекты Франции 1982.

38. Гаина Б.С. Комбайновая уборка винограда и технологии по переработке.- Кишинев: Картя Молдовеняскэ. 1986. - с. 192.

39. Суханова Р.С. Механизация уборки винограда в СССР и за рубелсом. Обзорная информация. М.: 1980. - с. 56.40,41