автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса погрузки рулонов грубых кормов с оптимизацией параметров рабочего органа

Р|Ъ ид

1 э ш езвз

На правах рукописи

НИКИТИН Владимир Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОГРУЗКИ РУЛОНОВ ГРУБЫХ КОРМОВ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА

Специальность: 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

САРАТОВ 2000 г.

Работа выполнена на кафедре "Детали'машин и подъемно-транспортные машины" Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор В.Ф. ДУБИНИН, кандидат технических наук, доцент В.А. ГЛУХАРЕВ.

доктор технических наук, профессор С. А. ИВЖЕНКО, кандидат технических наук, доцент Л.И. КИРПИЧЕНКОВ

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства "Юго-Востока".

Защита диссертации состоится 27 апреля 2000 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д. 120.72.02 Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова по адресу: 410600, г. Саратов, ул. Советская, 60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "25" марта 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

д. т. н., профессор

Н. П. ВОЛОСЕВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуачьность темы. Животноводство - одна из важнейших отраслей сельского хозяйства. Оно удовлетворяет потребности населения в продуктах питания и обеспечивает сырьем различные отрасли промышленности. Создание прочной кормовой базы и, в частности, увеличение производства высококачественных грубых кормов и повышение их сохранности, является одним из факторов успешного развития животноводства.

В регионах России в настоящее время формируются и развиваются фермерские хозяйства. В "Федеральной целевой программе развития крестьянских (фермерских) хозяйств и кооперативов на 1996-2000 годы" на первом этапе предусмотрено оснащение фермерских хозяйств сельскохозяйственной техникой, оборудованием, транспортными средствами. На втором этапе обеспечивается расширение сферы применения эффективных ресурсосберегающих технологий, достижений науки и передовой практики.

Наиболее прогрессивной технологией заготовки грубых кормов в настоящее время является прессование их в крупногабаритные рулоны.

Слабым звеном в производственно-транспортном процессе заготовки грубых кормов в рулонах являются погрузочно-разгрузочные и транспортные работы. Существующие погрузчики и транспортные средства, применяемые на операциях погрузки, разгрузки и транспортировки, малопроизводительны и не всегда эффективны.

Для повышения эффективности использования этих средств необходимо совершенствовать процессы погрузки и транспортировки рулонов, что достигается созданием принципиально новых рабочих органов, разработка и определение оптимальных параметров которых является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Совершенствование процесса погрузки рулонов грубых кормов с оптимизацией параметров рабочего органа.

Объект исследования. Процесс погрузки рулонов грубых кормов и рабочий орган для рулонов.

Методика исследования предусматривает теоретический анализ рабочих гипотез и экспериментальное их подтверждение в лабораторно-полевых и производственных условиях. Аналитические исследования проводились на основе использования методов теоретической и прикладной механики, математического анализа. Экспериментальные исследования выполнялись с применением теории вероятностей, математической статистики. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась методом дисперсионного анализа.

Научная новизна. Получено математическое описание процесса взаимо' действия дугообразного зуба с соломистым материалом рулона, имеющим различные напряжения в осевом и радиальном направлениях. На основе математической модели определены закономерности для определения конструктивных параметров рабочего органа, обеспечивающих удержание рулона и минимальное усилие внедрения. Предложена принципиально новая конструктивно-технологическая схема рабочего органа для рулонов грубых кормов. Получены регрессионные уравнения связи параметров рабочего органа. Обосновано направление совершенствования процесса погрузки рулонов.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основе исследований разработаны принципиально новый рабочий орган для рулонов грубых кормов (Патент РФ N° 2137347) и технологический процесс погрузки рулонов грубых кормов. Оптимизированы основные параметры грузозахватного устройства.

Полученные аналитические выражения могут быть использованы для определения параметров грузозахватного устройства для рулонов грубых кормов на стадии проектирования. Производственный образец рабочего органа для рулонов грубых кормов испытан и внедрен в ЗАО "Верхне-Добринское" Жирнов-ского района Волгоградской области.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета в 1997-2000 г.г. и расширенном заседании кафедры "Детали машин и подъемно-транспортные машины" СГАУ в 2000 году.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 5 работ общим объемом 1.69 печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.

Работа изложена на 134 страницах, содержит 52 рисунка, семь таблиц, шесть приложений, список литературы из 71 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ. Во введении обоснована актуальность выполненной работы и изложены основные научные положения, которые выносятся на защиту.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. В главе приводится краткая характеристика технологий заготовки прессованных грубых кормов, проанализировано современное состояние механизации погрузочных работ с крупногабаритными рулонами грубых кормов. Установлено, что создание высокоэффективных рабочих органов для рулонов грубых кормов к универсальным погрузчикам, отвечающим в полной мере требованиям к погрузке рулонов грубых кормов и оптимизация их параметров являются перспективным направлением в оснащении сельского хозяйства средствами механизации.

Повышением эффективности процесса заготовки крупногабаритных тюков и рулонов грубых кормов занимались Особов В.И., Васильев Г.К., Григорьев A.A., Логинов В.Е., Джамбуршин А.Ш., Серикбаев К.Б. Исследованием и оптимизацией параметров рабочих органов проникающего типа к сельскохозяйственным погрузчикам занимались Кирпиченков Л.И., Лукашевич Н.М.,

Атяскин О.П., Логвинович И.П., Веракша П.Г., Рыжанков В.И.. Исследованию и оптимизации параметров рабочих органов для рулонов грубых кормов посвящены работы Дубинина В.Ф., Глухарева В.А. Систематизация известных работ и разработанная классификация позволили установить, что наиболее перспективными для погрузки рулонов являются рабочие органы проникающего типа, используемые с гидравлическими универсальными погрузчиками, и что вопрос определения усилия внедрения рабочих органов в среду связного груза изучен недостаточно.

Исходя из результатов анализа, и в соответствии с поставленной целыо сформулированы задачи исследования:

-разработать классификацию и обосновать конструктивно-технологическую схему рабочего органа для погрузки рулонов грубых кормов; -исследовать взаимодействие рабочего органа с материалом рулона, получить аналитическое выражение для определения усилия внедрения и. определить конструктивные параметры рабочего органа, обеспечивающие удержание рулона и минимальное усилие внедрения; -экспериментально подтвердить теоретические предпосылки определения конструктивных параметров рабочего органа, обеспечивающих удержание рулона и минимальное усилие внедрения; -испытать в производственных условиях опытный образец рабочего органа и дать технико-экономическую оценку использования его в производственно-транспортном процессе.

2. УСТРОЙСТВО И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПРОНИКАЮЩЕГО ТИПА С МАТЕРИАЛОМ РУЛОНА. В главе обоснована технологическая схема погрузки рулонов грубых кормов с укладкой на основание или образующую. Разработана конструктивно-технологическая схема нового рабочего органа для рулонов грубых кормов. Дан теоретический анализ взаимодействия рабочего органа с рулоном соломистого материала. Получены аналитические выражения для оп-

ределения усилия внедрения зубьев рабочего органа в рулон и определения напряженного состояния материала рулона в зоне взаимодействия его с зубьями.

Разработанный рабочий орган (Патент РФ № 2137347) (рис.1) содержит плоскую раму 1 с кронштейнами 2 крепления его к стреле погрузчика и следящему механизм)' и кронштейнами 3 для навешивания механизма захвата. Последний состоит из двух валов 4, жестко связанных с рычагами 5 и двумя рычагами (плечами) 6. Рычаги 6 жестко связаны с дугообразными зубьями 7. Центр дуги зубьев находится на оси поворота вала 4. С кронштейнами 5 захватных органов сопрягается механизм привода, состоящий из двух пар двуплечих рычагов 8, продольной тяги 9 и гидроцилиндра привода 10. Звенья механизма шарнирно соединены между собой. Рабочий цикл фронтального универсального погрузчика с разработанным рабочим органом состоит из следующих операций: подъезд к рулону со стороны основания с одновременной ориентацией рабочего органа, внедрение зубьев в рулон, подъем рулона, переезд к месту укладки, укладка рулона, выведение зубьев, отъезд.

Рулон при подъеме и перемещении опирается на зубья. В зоне контакта возникают напряжения, которые при определенных условиях могут привести к разрушению материала.

При горизонтальном положении рулона (рис. 2, а.) сделаем допущение что на зубья действует только момент от силы тяжести рулона. Под действием этого момента рулон поворачивается относительно нижнего края рамы рабочего органа, при этом в материале возникают силы сопротивления разрушению.

Рис. 1. Рабочий орган. 1-ра.ма; 2-кронштейны крепления к стреле погрузчика; 3-кронштейн захвата; 4-вал захвата; 5-рычаг; 6-рычаги зубьев; 7-зубья; 8-двуплечий рычаг; 9-тяга; 10-гидрооллиндр; 11-перемычка рамы.

НР 1

К

то

в

Ьрк \ У2

оР

а

б

Рис. 2. Схема сил: а- при горизонтальном положении рулона; б- при вертикальном положении рулона.

Условие равновесия системы при этом имеет вид:

При вертикальном положении рулона (рис. 2, б.) на зубья действует сила тяжести рулона. Условие равновесия системы при этом имеет вид:

где пщ - вес рулона, Н;

Рр - сила сопротивления разрушению материала, Н. Для обеспечения удержания рулона необходимо определить конструктивные параметры рабочего органа, удовлетворяющие условиям равновесия системы для горизонтального (1) и вертикального (2) положения рулона.

МГр - момент от действия результирующей сил сопротивления разрушению материала (усилие, с которым зуб воздействует на материал, приложенное в центре тяжести площади опоры зуба на материал), Нм;

mg < 4Рр

(2)

На конструктивные параметры рабочего органа накладываются ограничения:

- рабочий орган должен обеспечивать захват рулонов минимального диаметра, поэтому максимальная высота рамы должна равняться минимальному диаметру рулона:

НР=В^=2!грк+1 (3)

где Д,,„ - минимальный диаметр рулона, лг;

!гРК - сумма высот поперечной балки грузозахватного устройства и кронштейна захватного органа, д<; I - межосевое расстояние зубьев, м.

- противоположные зубья не должны перекрещиваться для предотвращения наложения друг на друга рабочих зон этих зубьев:

(4)

где К.3 тах - максимальный радиус кривизны зуба, м; 5 - зазор между зубьями, м.

- угол сектора внедрения зуба не должен превышать 90°.

Исходя из этих ограничений был определен максимально возможный радиус кривизны зуба, который составил 0.65 м. Для исследований были назначены зубья кривизной 0.65, 0.5 и 0.35 м.

Удовлетворяя условиям сохранения целостности рулона по напряжению разрушения материала:

г_ т§Ь г ] ...

- для горизонтального ах ~ - — -1ах 1 (5)

б р

где I - длина рулона, м\ г - число зубьев; А - площадь опоры, м2\ /гг - плечо силы Р?, м.

для вертикального

(6)

положения были получены зависимости напряжений в материале от радиуса кривизны зуба и угла сектора внедрения (рис. 3).

Исходя из условий (5), (6) были определены области допускаемых значений радиуса кривизны зуба и угла внедрения, удовлетворяющие условию сохранения целостности рулона. Графический анализ (рис. 3) показывает, что более опасной является система в которой рулон находится в вертикальном положении, так как при этом в материале возникают большие напряжения, чем при горизонтальном положении, и зубья кривизной 0.35 м в обоих случаях не удовлетворяют условию удержания рулона.

Для исследуемых зубьев, удовлетворяя условию (6), были определены минимальные углы внедрения: для К3 =0.65 м а„,-„=6б°, для Я3 =0.5 м а,„,„=81°, для максимального угла й=90° м.

Рис. 3. Зависимость напряжения в материале от угла сектора внедрения и радиуса кривизны зуба: а- при горизонтальном положении рулона; б- при вертикальном положении рулона.

45 60 75 90 а, град.

а

45 60 75 90 а , град.

б

1 -Я=0.35м; 2 -Д=0.3 м; 3 -11=0.65м; 4 - ах = [сгх}

Рис. 4. Схема нагруженш конической части зуба при внедрении.

Далее необходимо определить для каких значений радиуса кривизны зуба и угла внедрения, обеспечивающих удержание рулона, усилие внедрения будет минимальным.

Полное сопротивление внедрению в рулон складывается из сопротивления внедрению конической части и сопротивления внедрению цилиндрической части зуба.

Для исследования сопротивления внедрению конической части необходимо рассмотреть процесс внедрения конического штампа в упруго-вязкую среду, имеющую первоначальное отверстие, характеризуемое пористостью материала (рис. 4.). В это отверстие под действием усилия Рк внедряется конический штамп диаметром Д? и углом заострения у.

Усилие внедрения конической части определяется выражением:

ц

(7)

а

а'

где .Г/ - сила трения материала о коническую часть зуба, зависящая от граничного напряжения в зоне контакта, кН\ Гв - сила трения от дополнительного уплотнения материала рулона

в зоне контакта, кН; Я3- радиус кривизны зуба, л/; (р- текущий угол сектора внедрения (0 < ср < а ),рад; а'- угол сектора, ограничивающего цилиндрическую часть зуба, рад;

/9 - угол сектора, ограничивающего коническую часть зуба,рад. Усилие внедрения цилиндрической части зуба:

?цАЕ?кзд(р+°.рда?» (9)

о о

где - сила трения материала о цилиндрическую часть зуба, зависящая от граничного напряжения в зоне контакта, кН. Сила трения о коническую часть:

2а

РГА = = (10)

о

где тк - касательное напряжение, возникающее при сопротивлении материала рулона внедрению конуса, Па; Тк - текущая координата, м.

0 - текущий угол в цилиндрической системе координат, рад. Сила трения о цилиндрическую часть:

(и)

о *

где тц - касательные напряжения на цилиндрической поверхности зуба, возникающие при сопротивлении внедрению.

Сила трения от дополнительного уплотнения материала:

рв =/с.т <? \<т, = /сгя£)з9о <Р (12)

О 2

где /ст- коэффициент трения соломистого материала по стали;

В3 - диаметр зуба, м;

Я о - равномерно распределенное по боковой поверхности давление от обвязки, Па.

Таким образом, усилие внедрения конической и цилиндрической частей зуба складываются из силы трения материала о поверхность конической и цилиндрической частей зуба и усилия дополнительного уплотнения материала и зависит от касательных напряжений, радиуса кривизны и угла внедрения зуба.

Касательные напряжения зависят от физико-механических свойств материала, угла заострения конуса и радиальных напряжений.

га- = гтт> + гу " (/ст со* 7 + у) (13)

тц=/ст°г (14)

где <УГ - радиального напряжения на краю отверстия, Па; у - угол конуса заострения, рад.

Для определения радиальных напряжений примем цилиндрическую систему координат с началом в центре первоначального отверстия (рис. 4.). Основные уравнения математической модели примут вид:

-равновесие элемента системы:

дг

где ст. - напряжение по оси г;

<Уд - напряжение по оси в; -закон Гука:

Е

сг,. - ст. „

- + —-1 = 0 (15)

=

1-м2

(ЗА 4 ,

аГ+мт\ (1б)

Е

сгй = -

1-И

где Е - модуль упругости;

¡1- коэффициент Пуассона;

Ч дА, — + ¡л— ч г дг

(П)

Совместное решение уравнений (15), (16), (17) примет вид:

г-. /■-,■>

Зет,

дг 1-у.2

9

(18)

дг г дг г"

Радиальное перемещение края первоначального отверстия определяется выражением:

Л =

2 ^ 2г

где ЛА- - текущая глубина погружения, м\ й - диаметр отверстия;

(19)

Выражение для определения радиальных напряжений примет вид:

1 + ц

'2К

47 ~ 1

(20)

Таким образом, усилие сопротивления внедрению зуба определится выражением:

?вн = Кз -—3-{8у(/ст С°Ч + | ЕФ I + ¡Л а'

дер +

+ Я2з/сг*8По § + /?) + +(«' + Р)-со82 а'}+

+Л,

1 + /2

А

и

-1

я .»

+ /стО3д0В.3^(соза' $1па' + а')

^ ,кН 2

1,5

1

0,5 -I-1-1-1-1-1-1-1-1-1

45 60 75 90

а, град.

Рис. 5. Зависимость усилия внедрения от угла сектора внедрения и радиуса кривизны зуба.

1 -Я=0.35м\2-м\ 3 -И=0.б5м-, 4 - Рв для Я и а, соответствующих [&х].

и будет зависеть от коэффициента трения соломистого материала по стали, модуля упругости, коэффициента Пуассона, радиуса кривизны и угла сектора внедрения зуба.

Зависимость усилия внедрения дугообразного зуба рабочего органа в рулон соломистого материала от геометрических параметров рабочего органа и физико-механических свойств материала рулона наглядно представлена графиком (рис. 5), который показывает, что наибольшее влияние на усилие внедрения оказывает увеличение угла сектора внедрения зуба.

Область значений усилий внедрения, соответствующих области допускаемых значений радиуса кривизны и угла сектора внедрения зуба, обеспечи вгкзщих удержание рулона, находится выше кривой 4 и ограничена радиусом кривизны зуба К] ~ 0.65.И и углом а = 90°. Графический анализ показывает, что минимальное усилие внедрения, соответствующее области допускаемых значений

кривизны зуба и угла внедрения, достигается при радиусе 0.65 м и угле 66°. Остальные значения входящие в эту область также будут обеспечивать удержание рулона, но усилие внедрения будет больше.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В главе приводятся обоснование критерия оптимизации и факторов, влияющих на процесс захвата рулона рабочим органом, программы и методики исследований физико-механических свойств рулонов и проведения лабораторно-полевых исследований. Также в ней отражены описание экспериментальной установки, методики обработки опытных данных и проведения производственных испытаний.

Исследования физико-механических свойств рулонов включали в себя определение- значений массы, диаметра, плотности, влажности, напряжений, коэффициентов трения.

Экспериментальные исследования проводились на установке, имитирующей захват рулона зубом рабочего органа (рис. 6.). Экспериментальная установка состоит из основания 1 с вертикальной направляющей-упором 2 по которой перемещается вертикальная рамка 3, имеющая направляющие для горизонтальной рамки 4. К горизонтальной рамке 4 шарнирно прикреплен рычаг 5 с зубом 6. Вертикальная и горизонтальная рамки и зуб приводятся в действие гидроцилиндрами.

Для проведения эксперимента было назначено два фактора: радиус кривизны и угол сектора внедрения зуба. За критерий оптимизации было принято усилие внедрения зуба в материал рулона.

Производственные испытания ставились с целью определения технико-экономических показателей работы сконструированного рабочего органа. Производственные испытания проводились в ЗАО "Верхне-Добринское" Жирнов-ского района Волгоградской области.

Рис. 6. Схема экспериментальной установки.

1-основание; 2-вертикальная стойка-улор; 3-вертиклльно-перемещающаяся рамка; 4-горизонтально-перемещающаяся рамка; 5-рьиаг; 6-зуб; 7-рулон; 8, 9, 10, 11-датчики давления; 12-блок записывающей аппаратуры.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ. В главе представлены результаты проведенных в соответствии с разработанной методикой экспериментальных и исследований, производственных испытаний и дан их анализ.

Экспериментальные исследования и производственные испытания проводились на руленах из ржакей соломы, образованных пресс-подборшиком ПРП-1,6.

Средняя плотность материала рулона составила />0= 112 кг/м3. Средняя длина стеблей материала рулонов равнялась 537 мм при среднем диаметре 3,52

мм. Коэффициент трения по стали/Ст~0.26. Напряжения: вдоль слоев ах =6.240 кПа, поперек слоев сгг =0.632 кПа

Одним из основных свойств, оказывающих значительное влияние на плотность материала рулона, внешний коэффициент трения, сопротивление сжатию и деформации является влажность.

При определении влажности было выявлено, что максимальное ее значение в центре рулона составляет 18.27 %. Средняя влажность соломы в рулонах составила 17,22%.

По экспериментальным данным определена зависимость влажности соломы в рулоне от глубины расположения слоя по радиусу, выраженная уравнением:

IV = 18,286 -2,671, (4.1)

где I - глубина расположения слоя соломы в рулоне, м. Экспериментальные исследования проводились в следующей последовательности: рулон 7 (рис. 6.) укладывался в горизонтальном положении на основание установки, затем производилось внедрение зуба в рулон. После внедрения зуба приводилась в действие горизонтально-подвижная рама с зубом, тем самым производилось разрушение материала в зоне контакта его с зубом. Таким образом, при проведении эксперимента определялось усилие внедрения зуба в рулон и усилие, при котором происходит разрушение материала под действием осевого перемещения внедренного в него зуба.

Искомые параметры регистрировались путем замера изменений давлений в нагнетательных и сливных полостях гидроцилиндров с помощью датчиков давления ДМП -100А (8,9,10,11) и записи на магнитоэлектрическом осциллографе К 20-22 (12).

Результаты экспериментальных исследований представлены в графическом виде (рис. 7). Уравнения, описывающие графики имеют вид: - для усилия разрушения:

у = 6,015 - 19,705К3 - 1,411а + 8,354Д3? + 2,218а} + 20,36К3а - 4,629К3а2 (22)

^л кН 4

-1-1-г-

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

а, град.

Рв,кН

Рис. 7. Экспериментальные зависимости от угла сектора внедрения и радиуса кривизны зуба: а- усилия разрушения материала; б- усилия внедрения.

1 - 11з==0.65 м; 2 - Я3=0.5 м; 3 - К3=0.35 м; 4 - 5 - Рв для В. и а, соответ-

ствующих [/•>].

- для усилия внедрения:

у = 0,188 + 0,945Я3 +0,29ба-0,999Я33 +0,098а2 + 0,27№3а + 0,334Л3а2 (23)

Область допускаемых параметров радиуса кривизны и угла сектора внедрения зуба были определены из условия, что сила сопротивления материала разрушению должна быть больше или равна допускаемому усилию, при котором происходит разрушение материала. С учетом коэффициента запаса было определено допускаемое усилие разрушения материала, которое составило 1.5 кН. На графике усилия разрушения область допускаемых значений находится выше прямой 4, на графике усилия внедрения - выше кривой 5 и ограничена зубом радиусом 0.65 м и углом 90°.

Графический анализ показывает, что минимальное усилие внедрения достигается при радиусе кривизны зуба 0.65 м и угле внедрения 61°.

По полученным в ходе теоретических и экспериментальных исследований значениям был изготовлен и испытан в производственных условиях рабочий орган.

Техническая производительность при подборе рулонов с поля составила 12.5 т/ч. Сменная производительность составила Ют/ч.

Результаты расчета экономической эффективности отражены в выводах.

ВЫВОДЫ.

1. Анализ литературных источников и производственный опыт показывают, что разработка высокоэффективных рабочих органов к универсальным погрузчикам, отвечающих в полной мере агротехническим требованиям на погрузку рулонов грубых кормов, является актуальной задачей.

2. Систематизация работ показывает, что наиболее перспективным направлением механизации процесса погрузки рулонов грубых кормов является разработка рабочих органов проникающего типа.

3. Теоретический анализ взаимодействия рабочего органа с рулоном позволил определить конструктивные параметры рабочего органа и получить функциональную зависимость усилия внедрения от параметров захватов рабочего органа и физико-механических свойств материала рулона. Наименьшее усилие внедрения 1.35 кН и удержание рулона обеспечивается при У?з =0.65 м и

«тйгбб0.

4. Экспериментальными исследованиями процесса внедрения криволинейного дугообразного зуба в материал рулона установлено:

- с увеличением радиуса кривизны и угла сектора внедрения зуба усилие внедрения возрастает;

- минимальное усилие внедрения, для которого конструктивные параметры зуба обеспечивают удержание рулона из ржаной соломы влажностью 17.22% и средней массой 303.б кг, достигается при радиусе кривизны зуба 0.65 м и угле сектора внедрения зуба 61° и составляет Г.24 кН.

5. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке и изготовлении нового рабочего органа (Патент РФ № 2137347), производственные испытания которого в ЗАО "Верх-не-Добринское" Жирновского района Волгоградской области показали, что трудоемкость по процессу погрузки и транспортировки, по сравнению с существующей технологией с использованием рабочего органа ППУ-0.5, снизилась на 25%, приведенные затраты снизились на 10%, годовой экономический эффект на 1998г. составил 9552 рубля. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений равен 0.19 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Патент на изобретение № 2137347 (РФ) Грузозахватное устройство! Авторы изобретения: Дубинин В.Ф., Глухарев В.А., Никитин В.А. — Заявлено 29.04.98, МКИ А01 Б87/12. Опубл. в бюл. №26 от 20.09.99.

2. Дубинин В.Ф., Глухарев В.А., Никитин В.А. Грузозахватное устройство для рулонов грубых кормов // Информационный листок Саратовского ЦНТИ. -1997, №167-97,4 с.

3. Глухарев В.А., Никитин В.А. Производственно-транспортный процесс заготовки рулонов грубых кормов // Информационный листок Саратовского ЦНТИ, - 1999, №137-99,3 с.

4. Глухарев В.А., Никитин В.А. Результаты экспериментальных исследований процесса взаимодействия дугообразного зуба с материалом рулона грубого корма И Повышение эффективности использования и ресурса с.-х. техники: Сб. научных работ. Саратов: Изд-во Сарат. гос. аграрн. ун-та, 2000. 4.2. с. 42-50.

5. Никитин В.А. Механизация работ при погрузке и штабелировании рулонов грубых кормов фронтальными универсальными погрузчиками // Повышение эффективности использования и ресурса с.-х. техники: Сб. научных работ. Саратов: Изд-во Сарат. гос. аграрн. ун-та, 2000.4.2. с. 109-114.

Подписано к печати 17.03.2000 Уч.-изд.л. 1,0 Тираж 100 Заказ 33

Типография ЦШ: 410600, г.Саратов, ул.Совотская.бО

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Технологические линии заготовки грубых кормов прессованием.

1.2. Схемы укладки рулонов при транспортировке и хранении.

1.3. Классификация рабочих органов для рулонов грубых кормов.

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

1.5. Исследование взаимодействия рабочего органа с материалом рулона.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. УСТРОЙСТВО И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПРОНИКАЮЩЕГО

ТИПА С МАТЕРИАЛОМ РУЛОНА.

2.1. Технологическая схема погрузки рулонов с использованием разработанного рабочего органа.

2.2. Устройство и принцип действия рабочего органа.

2.3. Исследование взаимодействия рабочего органа с материалом рулона.

2.3.1. Определение оптимальных значений радиуса кривизны зуба и угла сектора внедрения.

2.3.2. Исследование зависимости усилия внедрения дугообразного зуба в материал рулона от радиуса кривизны зуба и угла сектора внедрения.

2.4. Выводы.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Методика лабораторно-полевых экспериментов.

3.1.1. Выбор критерия оптимизации и факторов. Определение повторности опытов и порядка их выполнения.

3.1.2. Экспериментальная установка.

3.1.3. Тарировка средств измерения.

3.1.4. Определение физико-механических свойств материала рулонов.

3.1.5. Подготовка и выполнение лабораторно полевых исследований.

3.2. Методика обработки опытных данных.

3.3. Методика производственных испытаний опытного образца рабочего органа.

3.4. Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ.

4.1. Результаты лабораторно-полевых экспериментов.

4.1.1. Результаты исследований физико-механических свойств материала рулонов.

4.1.2. Влияние параметров грузозахватного устройства на усилие внедрения и усилие разрушения материала.

4.2. Результаты производственных испытаний опытного образца грузозахватного устройства.

4.3. Анализ времени рабочего цикла.

4.4. Расчет экономической эффективности внедрения разработанного рабочего органа.

4.5. Выводы.

Одной из важнейших отраслей сельского хозяйства, является животноводство. Животноводство не только удовлетворяет потребности населения в продуктах питания, но и обеспечивает сырьем различные отрасли промышленности. Создание прочной кормовой базы и, в частности, увеличение производства и повышение сохранности кормов, является одним из факторов успешного развития животноводства.

В регионах России в настоящее время формируются и развиваются фермерские хозяйства. Для поддержки фермерского движения Министерством сельского хозяйства и продовольствия РФ совместно с Ассоциацией крестьянских (фермерских) хозяйств и сельскохозяйственных кооперативов России разработана и утверждена "Федеральная целевая программа развития крестьянских (фермерских) хозяйств и кооперативов на 1996-2000 годы". В этой программе на первом этапе предусмотрено оснащение фермерских хозяйств сельскохозяйственной техникой, оборудованием, транспортными средствами, на втором этапе предусмотрено обеспечение расширения сферы применения эффективных ресурсосберегающих технологий, достижений науки и передовой практики [1].

В животноводческой отрасли сельского хозяйства более 60% затрат в производстве молока и говядины приходится на корма. Снижение стоимости кормов возможно за счет совершенствования способов их заготовки, хранения и выемки из хранилищ. Это возможно, главным образом, за счет интенсивных факторов развития, внедрения новейших достижений науки, техники и передовой практики [2].

В современных прогрессивных технологиях в животноводстве широко используются грубые корма такие, как сено и солома, являющиеся важной составной частью в рационах кормления животных в стойловый период [3].

Чтобы получить сено высокого качества, важно не только вовремя его скосить, но также не допускать длительного разрыва между косовицей, сушкой и закладкой на хранение. Этот разрыв зачастую и является главной причиной 6 снижения качества грубого корма.

Ведение на высоком уровне животноводства и непосредственно связанного с ним кормопроизводства немыслимо без выполнения больших объемов погрузочно-разгрузочных и транспортных работ, которые относятся к числу наиболее трудо- и энергоемких. По некоторым видам сельскохозяйственной продукции затраты труда на эти работы достигают 70% [2].

Наиболее прогрессивной технологией заготовки грубых кормов в настоящее время является прессование их в крупногабаритные рулоны. Эта технология позволяет механизировать все технологические операции, уменьшить потери корма, лучше использовать транспортные средства, сократить емкость хранилищ. В мировой практике широко распространены три вида прессования сена: в прямоугольные малогабаритные тюки, крупногабаритные тюки, рулоны. Каждая из этих технологий эффективна при определенных условиях применения [4].

Слабым звеном в производственно-транспортном процессе заготовки прессованных грубых кормов являются погрузочно-разгрузочные и транспортные работы. Существующие погрузчики и транспортные средства, применяемые на операциях погрузки, разгрузки и транспортировки, малопроизводительны и не всегда эффективны [5,6].

Для повышения эффективности использования этих средств необходимо совершенствовать процессы погрузки и транспортировки рулонов, что достигается созданием принципиально новых рабочих органов, разработка и определение оптимальных параметров которых является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение. В данной диссертации эта задача решается путем научного анализа и обоснования выбора технического решения, а также путем теоретических и экспериментальных исследований.

Настоящая диссертационная работа выполнялась с 1996 года в Саратовском государственном аграрном университете им. Н.И. Вавилова на кафедре "Детали машин и подъемно-транспортные машины".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ литературных источников и производственный опыт показывают, что разработка высокоэффективных рабочих органов к универсальным погрузчикам, отвечающих в полной мере агротехническим требованиям на погрузку рулонов грубых кормов, является актуальной задачей.

2. Систематизация работ показывает, что наиболее перспективным направлением механизации процесса погрузки рулонов грубых кормов является разработка рабочих органов проникающего типа.

3. Теоретический анализ взаимодействия рабочего органа с рулоном позволил определить конструктивные параметры рабочего органа, и получить функциональную зависимость усилия внедрения от параметров захватов рабочего органа и физико-механических свойств материала рулона. Наименьшее усилие внедрения 1.35 кН и удержание рулона обеспечивается при К3 =0.65 м и

4. Экспериментальными исследованиями процесса внедрения криволинейного дугообразного зуба в материал рулона установлено;

- с увеличением радиуса кривизны и угла сектора внедрения зуба усилие внедрения возрастает;

- минимальное усилие внедрения для которого конструктивные параметры зуба обеспечивают удержание рулона из ржаной соломы влажностью 17.22% и средней массой 303.6 кг достигается при радиусе кривизны зуба 0.65 м и угле сектора внедрения зуба 61° и составляет 1.26 кН.

5. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке и изготовлении нового рабочего органа (Патент РФ № 2137347), производственные испытания которого в ЗАО "Верх-не-Добринское" Жирновского района Волгоградской области показали, что трудоемкость по процессу погрузки и транспортировки, по сравнению с существующей технологией с использованием рабочего органа ППУ-0.5, сни

114 зилась на 25%, приведенные затраты снизились на 10%, годовой экономиче ский эффект на 1998г. составил 9552 рубля. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений равен 0.19 года.

1. Федеральная целевая программа развития крестьянских (фермерских) хозяйств и кооперативов на 1996-2000 годы / Собрание законодательства Российской Федерации,- М.: Юридическая литература.- 1997.№1, с. 207-217.

2. Потапов Г.П. Погрузочно-транспортные машины для животноводства: Справочник. М. : Агропромиздат. 1990. - 239 с. : ил.

3. Толоконников Ю.А., Тищенко A.B. Кормление сельскохозяйственных животных в промышленном животноводстве. Л. : Колос. 1978. - 346 с.

4. Особов В.И., Васильев Г.К. Сеноуборочные машины и комплексы. М.: Машиностроение. 1983. -304 с.

5. Ермачков В.Г., Иванов Г.В. Проблемы комплексной механизации заготовки кормов /Механизация и электрификация сельского хозяйства. М.: ВО Агропромиздат. 1990. № 8, с. 22.23.

6. Механизация погрузочно-разгрузочных работ с рулонами при заготовке грубых кормов. Отчет о НИР (заключительный) /Сарат. ин-т механизации сель, хоз-ва; руководитель В.Ф. Дубинин. ВНТИЦ № ГР 81099597; инв. № 02870058959. - Саратов, 1986, 40 с.

7. Зинченко Л.И., Погорелова И.Е. Приготовление объемистых кормов. Л.: Агропромиздат. 1985, 182 с.

8. Горькавый А.Д., Каминский Н.П. и др. Эффективность различных технологий заготовки сена // Кормопроизводство. М.: ВО Агропромиздат. 1986, № 6, с. 15.18.

9. Сулима Л.А. Научно-технический прогресс в кормопроизводстве. Л.: Знание. 1983, 32 с.

10. Ю.Дубинин В.Ф., Глухарев В.А. Заготовка, хранение и погрузка рулонов сена //Сб. науч. Работ. Механизация погрузочно-разгрузочных процессов в сельском хозяйстве. Саратов. 1987, с 14.21.116

11. Горбачев И.В., Халанский В.И., Косицин И.И. Машины для прессования сена, подбора и транспортировки тюков и рулонов. М.: Высш. шк., 1984. -119с.

12. Гвоздев A.B. Силосование трав с прессованием в рулоны // Кормопроизводство. М.: Колос, 1992. № 2. - с.28.,.30.

13. Батищев В.Д. Механизация погрузочно-разгрузочных работ в соломохрани-лищах// Сельское хозяйство за рубежом. 1980, № 8. - С.14.21.

14. Малерж Й. Опыт уборки соломы подборщиками для прессования крупнообъемных тюков. //Международный агропромышленный журнал. 1989, № 1, с. 154.161.

15. Карпов A.A. Современная сельхозтехника из ФРГ //Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: ВО Агропромиздат. 1991, № 4, с. 11. 14.

16. Карпов A.A. Уборочная техника на выставке "Агротекс-91" //Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1992, №4, с. 37.42.

17. Пресс-под борщик с электронным управлением //Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1990, № 1 с. 51.

18. Теплов Ю.И. Механизация уборки прессованного грубого корма. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. М.: ВО Агропромиздат. 1990, №7, с. 23.24.

19. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1981-90 гг. Ч. 1. Растениеводство. М.: ЦНИИТЭИ. 1982, 850 с.

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

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

22. Gefting to grips with bales //Agricultural machinery journal. June. 1987. p. 20.21.

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

24. Приспособление ППЛ-0,5 к погрузчику ПФ-0,5 // Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: Машиностроение. 1993, №4, с. 35.29.111ustierte Umsehen //Agrartechnik. 1983. № 10, p. 2.

25. Landtechnik aus der VR Polen // Agrartechnik. 1983. № 6, p. 4.

26. Буртштейн P.C. Шлейф сменных орудий к погрузчику П-4/85 //Тракторы и сельскохозяйственные машины. М.: ВО Агропромиздат. 1991, № 6, с 39.40.

27. Инаекян С.А. Погрузчик рулонов сена со штопором //Тракторы и сельскохозяйственные машины и орудия. Отдельный выпуск. Реферативный журнал. М.: ВИНИТИ. 1992, № 6, с. 72.

28. Веракша П.Г. к обоснованию параметров моторного грейфера для органических удобрений //Сб. научн. тр. ЦНИИМЭСХ. Минск. 1962. - с. 355.363

29. Рыжанков В.И. Исследование работы грейферных захватов навозопогрузчи-ков. Автореф. дис. канд. Техн. Наук. Минск. 1962. - 24 с.

30. Хайлис Г.А., Кованько В.В. Совершенствование машин для кротования грунтов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. М.: Колос. 1986.№7.-с. 57.61.118

31. Красников В.В., Дубинин В.Ф., Кирпиченков Л.И. Экспериментальное обоснование формы зубьев грейфера для связных грузов //Сб. научн. работ. Саратов, 1976. С.90.98.

32. Каревин И.Н., Яли И.И. К воросу исследования вибрационных рабочих органов грейферного погрузчика // Сб. научн. тр. Вопросы механизации и электрификации сельского хозяйства. Т. 5. Киев. 1964. - с. 148. 154.

33. Патент на изобретение № 2137347 (РФ) Грузозахватное устройство / Авторы изобретения: Дубинин В.Ф., Глухарев В.А. Никитин В.А. Заявлено 29.04.98, МКИА01 D87/12.

34. Кормаков A.B. Исследование процесса механизированной разборки скирд соломистых материалов. Диссертация на соискание уч. ст. кандидата технических наук. Научн. руков. доктор технических наук профессор А.Ф. Ульянов. Саратов. 1967,228 с.+26 с. прилож.

35. Лейбензон, Лурье А.И. Теория упругости. М.: Наука. 1970.- 940 с.

36. Федосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз. i960.- 536 с.46.3авалишин Ф.С„ Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. -М.: Колос. 1982.-231 с.119

37. Мельников C.B., Алешин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос. Ленинград, отд-ние, 1980.-163 с.

38. Маркова Е.В., Лисенков А.Н. Планирование эксперимента в условиях неод-нородностей.-М.: Наука, 1973.-230 с.

39. Рыжанков В.И. Экспериментально-теоретическое исследование грейферных захватов навозопогрузчиков // Сб. научн. тр. Сельскому хозяйству высокопроизводительные машины. Минск, 1963. - с. 135. 147.

40. Лукашевич Н.М. Исследование работы грейфера для выемки силосной массы из силосохранилища // Сб. научн. тр. Сельскому хозяйству высокопроизводительные машины. Минск, 1963. - с. 112. .118.

41. Атяксин О.П. Выбор формы челюстей напорного гидравлического грейфера для силоса // Сб. научн. тр. КСХИ, вып. 14/12. Краснодар. 1966. - с. 67.71.

42. Лукашевич Н.М. Исследование технологического процесса выемки силис-ной массы из силосохранилища грейферными захватами. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Минск, 1962. - 26 с.

43. Рыжанков В.И. Некоторые физико-механические свойства соломистых наво-зов. // Сб. научн. тр. Сельскому хозяйству высокопроизводительные машины.-Минск, 1963.-с. 242.248.

44. Дубинин В.Ф., Кирпиченков Л.И. Экспериментально-теоретическое обоснование формы рабочих органов грейферных погрузчиков // Научно-тематический сборник. Ч. 1. Интенсификация главное направление развития сельского хозяйства. Саратов, 1976. - с. 45. .46.

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

46. Лукашевич Н.М. Экспериментальные исследования некоторых физико-механические свойств силосной массы. // Сб. научн. тр. БИМСХ, вып. 4-Минск, 1960.-с. 244.259.120

47. Атяксин О.П. К вопросу некоторых параметров зубьев напорного гидравлического грейфера для силиса // Сб. научн. тр. КСХИ, вып. 14/12. Краснодар. 1966.-с. 67.71.

48. Яременко М.К. Экспериментальное исследование физико-механических свойств силосной массы. // Сб. научн. тр. ВИМ, Т. 25. 1959. - с. 118. 123.

49. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Наука, 1976. - 280 с.

50. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.Б. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука. 1976. - 280 с.

51. Литтл Т.М., Хиллз Ф.Д. Сельскохозяйственное опытное дело. Планирование и анализ / Пер. с англ. Б.Ф. Кирюшина Под ред. И с предисловием Д.В. Васильевой. М.: Колос, 1981. - 320 с.

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

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

54. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. Учебн. Пособие. М.: Высш. Школа, 1982. - 224 с.

55. Полисюк Г.Б. Экономико-математические методы в планировании строительства. М.: Стройиздат, 1978. - 190 с.

56. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных / Пер. с. англ. под ред. Э.К. Лецкого. М.: Мир, 1980.-610 с.121

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

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

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

60. У Т В Е Р Ж Д А ^¡Приложение 1.

61. Председатель ЗАО "Верхне-Добринское" Жирновского,шйона Волгоградской обл.1. В .В. Подкуйко/¿> уук^^)^ 1998 г.ч. ) . г -V. . •1. АКТпроизводственных испытаний грузозахватного устройства для погрузки рулонов грубых кормов

62. По результатам производственных испытаний комиссия пришла к выводу, что грузозахватное устройство для погрузки рулонов грубых кормов можно использовать в хозяйстве в соответствии с предложенными рекомендациями.1. Члены комиссии: