автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и разработка оборудования для чески пуха коз в специализированных станках

На правах рукописи

/у-

Ваньков Алексей Валерьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЧЕСКИ ПУХА КОЗ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СТАНКАХ

Специальность: 05.20.01 — Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

005554512

Оренбург, 2014

005554512

Работа выполнена на кафедре «Механизация технологических процессов в АПК» ФГБОУ В ПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

В.Д. Поздняков ;

кандидат технических наук, доцент А.П. Козловцев, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Официальные оппоненты: Мирзоянц Юрий Ашотович,

доктор технических наук, профессор кафедры «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия»;

Хлопко Юрий Александрович,

кандидат технических наук, ведущий специалист отдела биотехнических систем УрО РАН.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Саратовский

государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Защита состоится 05 декабря 2014 г. в 14.00 часов, в 201 аудитории инженерного факультета на заседании диссертационного совета по защите диссертаций Д 220.051.02 при ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» по адресу: 460014, г. Оренбург, ул. Коваленко, д. 4 (корпус № 3, Инженерный факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета. Объявление о защите и автореферат размещены на сайте ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» http://www.orensau.ru

Автореферат разослан « 2% »

брА

2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.А. Шахов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Козоводство — отрасль животноводства, обеспечивающая население пухом, молоком, мясом, шкурами. Продукция, получаемая из пуха, обладает лечебными свойствами и широко распространена на рынках всего мира.

Основной задачей развития козоводства является повышение уровня оснащенности механическими устройствами для чески пуха и проектирование рабочего места операторов. В большинстве случаев используется ручной способ чески пуха, который приводит к травмированию кожного покрова животного и пухового волокна. Помимо этого, нет единой технологии и алгоритмов действий операторов при ческе пуха коз, а способы фиксации животных при ческе зачастую осуществляются «варварским» методом, когда животным связывают конечности или фиксируют голову на вертикальных стеллажах.

В связи с этим перспективными направлениями совершенствования процесса чески пуха коз являются: разработка новых механических устройств, учитывающих анатомо-морфологические особенности животного, способных исключить риск травмирования кожного покрова животного и пухового волокна, минимизировать силовое воздействие оператора, обладающих механизмами автоматического съема вычесанного пуха с вычесывающих элементов; разработка станка для чески пуха коз.

Перечисленные выше особенности требуют разработки и внедрения в производство новых, усовершенствованных технологий и технических средств, которые позволят снизить себестоимость получаемой продукции, повысить ее качество и увеличить производительность труда.

Механические устройства для чески пуха коз должны обеспечивать условия безболезненной чески без травмирования кожного покрова животных и сохранения целостности пухового волокна; максимального облегчения нагрузки оператора и сокращения времени обслуживания объекта, при повышении производительности труда; выполнения требований безопасности при работе в козоводстве; обеспечения энергосберегающей технологии при механической ческе пуха коз.

Рабочее место оператора, проводящего ческу пуха коз, должно обеспечивать условия удобства работы оператора в зонах досягаемости без приложения чрезмерных усилий; снижения воздействий на обслуживаемое животное, вызывающих у него стрессовые состояния; безболезненной фиксации обслуживаемого животного.

Данная работа выполнена в соответствии с темой РАСХН IX.01.04 «Разработать энергосберегающие комплекты машин и оборудования нового поколения для производства конкурентоспособной продукции животноводства» по тематике НИР Оренбургского ГАУ №02.20.0306327 от 15.05.2003 и государственного контракта №12К от 11.11.2006 с ООО «Микротек Т».

Цель исследования. Повышение эффективности процесса чески пуха коз.

Объект исследования. Процесс механической чески пуха коз.

Предмет исследования. Закономерности взаимодействия активных элементов механического пуховычесывающего устройства с пухо-шерстным покровом животного и взаимодействие оператора с животными посредством станка для чески пуха коз.

Методика исследований. В работе использованы аналитический, экспериментальный и расчетно-конструктивный методы.

Аналитический метод включает изучение технологического процесса с применением методов моделирования, классической механики, системы современных средств вычислительной техники.

В экспериментальных исследованиях были использованы методы математического и физического моделирования для проверки основных положений и выводов теории. С помощью расчетно-конструктивного метода, на основе результатов математического и экспериментального моделирования, были получены оптимальные значения эксплуатационных параметров разработанного механического пуховычесывающего устройства. Исследования зон досягаемости и факторов обитаемости операторов были направлены на углубленное изучение и разработку рабочего места оператора, проводящего ческу пуха коз. Основу рабочего места оператора составил станок для чески пуха коз.Результаты экспериментов обрабатывались с применением методов математической статистики, а также программ MicrosoftExcel, MathCADIO, StatisticalO.

Научная новизна:

— получены аналитические зависимости для обоснования конструктивно-режимных параметров механического пуховычесывающего устройства;

— получена математическая модель взаимосвязи технологических показателей пухового волокна с параметрами и режимами работы механического пуховычесывающего устройства.

Практическая ценность:

— предложены оптимальные конструктивно-режимные параметры механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз;

— разработаны исходные требования на проектирование и изготовление механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз;

— кафедрой «Механизация технологических процессов в АПК» Оренбургского ГАУ предложены и внедрены механическое пуховычесывающее устройство и станок для чески пуха коз в хозяйства Оренбургской области: ЗАО «Им. Куйбышева» Курманаевского района и ИП «Макаров» Пономарев-ского района.

Вклад автора в проведенное исследование. Разработана математическая модель процесса чески пуха коз механическим пуховычесывающим устройством, получены аналитические зависимости, характеризующие качество чески пуха, проведены экспериментальные исследования чески пуха коз механическим пуховычесывающим устройством с использованием станка для чески пуха коз.

Реализация результатов исследований. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры «Механизация технологических процессов в АПК» Оренбургского ГАУ, механическое пуховычесывающее устройство и станок для чески пуха коз внедрены в хозяйствах Оренбургской области: ЗАО «Им. Куйбышева» Курманаевского района и ИП «Макаров» Пономаревского района.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены в материалах Международной научно-практической конференции «Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК» (Оренбург, 2013), в материалах II Междуна-

родной научной конференции «Технические науки: теория и практика» (Чита, 2014), в материалах II Международной научной конференции «Технические науки: проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, 2014), на семинарах и конференциях.

Научные положения, выносимые на защиту:

— математическая модель процесса чески пуха коз механическим пухо-вычесывающим устройством;

— разработанная конструкция механического пуховычесывающего устройства;

— конструктивно-режимные параметры механического пуховычесывающего устройства;

— конструкция станка для фиксации животных во время чески пуха;

— результаты производственных исследований и оценка технико-экономической эффективности предлагаемого механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются: высокой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; положительными результатами опытов и производственных испытаний, разработанных технологических решений и технических средств.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получен патент РФ на полезную модель и патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая список литературы из 154 наименований, 15 таблиц, 38 рисунков, 16 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы и её практическая значимость, показана научная новизна, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ состояния рассматриваемой проблемы» приведён обзор перспективных направлений по совершенствованию технологического процесса чески пуха коз. Дана инженерно-технологическая характеристика процесса чески пуха коз с позиции системного подхода. На основании анализа известных технических решений по ческе пуха коз ручным и механическим способами разработана их систематизация, классификация и обосновано перспективное направление разработки механических пуховычесывающих устройств.

Исследованиями, направленными на совершенствование технологического процесса и устройств для чески пуха коз занимались: П.А. Есаулов, P.C. Суюнчалиев, В.Д. Поздняков, Л.П. Карташов, В.А. Ротова, А.И. Чика-лев, В.А. Родионов, В.А. Сечин, М.В. Сычева, JI.C. Исаченко, А.И. Жига-чёв, И.С. Лукьянова, В.И. Кисель, Доржийн Энхтуяа и др.

В результате обзора существующих направлений совершенствования процесса чески пуха коз установили, что наиболее актуальным является разработка механических устройств.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ и обосновать направления совершенствования технологического процесса чески пуха коз. Разработать механическое пуховы-чесывающее устройство.

2. Обосновать теоретически и экспериментально конструктивные параметры и технологические режимы механического пуховычесывающего устройства.

3. Разработать исходные требования на проектирование и изготовление механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз.

4. Провести технико-экономическую оценку эффективности предлагаемого механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз.

Во второй главе «Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров предлагаемого механического пуховычесывающего устройства» рассмотрены: физико-механические и технологические показатели шерстно-пухового покрова животного, геометрия вычесывающих элементов, теоретическое обоснование скоростных характеристик вычесывающих и съемных элементов, условия расположения вычесывающих и съемных элементов на барабанах устройства, энергетический баланс разработанного устройства. Определены требования к механическому пуховычесывающему устройству, при котором вычесанный пух сохраняет свои технологические показатели. Представлено описание разработанного механического пуховычесывающего устройства.

Усилие удержания пуха в кожно-пуховом покрове животных на разных участках тела изменяется. Чтобы извлечь пуховое волокно из шерстно-пухового покрова козы, чесальщик должен преодолеть это усилие. Усилие зависит от ряда параметров: участка тела, подвергаемого ческе, угла вхождения вычесывающего элемента в шерстно-пуховой слой, скорости движения вычесывающих элементов, материала и формы вычесывающего элемента и т.д.

Для выявления скоростных характеристик механического пуховычесывающего устройства необходимо определить силовое взаимодействие вычесывающих элементов с пухо-шерстным покровом животного и усилие, которое необходимо для отделения пуха от пухо-шерстного покрова животного. На-рисунке 1 показаны силы, которые активно действуют на частицу пуха при ее вычесывании.

С = т-% — вес частицы пуха (Н), где т — масса частицы (кг),

Гт=т ■ г • ш2 — сила инерции (Н), где г - радиус кривизны зуба (м);

ш — частота вращения вычесывающего элемента (с1);

Г — сила сопротивления вычесыванию пуха (Н);

N — нормальная реакция вычесывающего элемента (Н);

Гтр — сила трения вычесывающего элемента о пух (Н).

ЛГ = ■ соей + б • вт <р, Н. (1)

Угол между силой трения и силой сопротивления пуха вычесыванию обозначим О, тогда:

шерстный покров животного

Fmi,=/-^ = /-(G-smcp+Fc„-cosa), Н (2)

где / - коэффициент трения вычесывающего элемента о пух.

При рассмотрении силового взаимодействия вычесывающих элементов с пухо-шерстным покровом животных примем следующие допущения:

1. Поскольку в переносном движении скорость перемещения устройства по покрову животного (подача) величина постоянная (и = const) и не превышает значения 0,05 м/с, то возникающими при этом силами инерции можно пренебречь.

2. В относительном движении изменение частоты вращения вычесывающих элементов также не велико, поэтому возникающими при этом силами инерции (тангенциальная составляющая) можно пренебречь.

Дифференциальное уравнение движения частицы пуха по поверхности вычесывающих элементов в натуральной системе координат определяется по выражению:

^- = Fcn-zosn-G-s^-Fmp (3)

или -^^ = F[7I-cosi2-G-sinQ-/(G-sm9 + Fc.n-cosi2). (4)

dt

При вычесывании пуховое волокно отклонится на угол dtp (град) за промежуток времени dt (с), при этом точка контакта вычесывающего элемента с пуховым волокном сместится на расстояние dS (м) (рис. 1).

При ческе пуха угол Q является переменной величиной и определяется по выражению:

£2 = Ф+ц, (5)

где ф — угол трения пуха о вычесывающий элемент (град); д — угол между пуховым волокном и смещением dS (град); а — угол поворота вычесывающего элемента (град). Исходя из зависимостей:

г-d(p

sin i (6)

ab

eos 11 = —' (7)

ÍW

получаем следующее выражение:

cosí2 = cos((p+ц) = совф• cosp.- sin ф • sin ц = ^• совф- Г^ ■ sinф. (9)

Поскольку частота вращения пуховычесывающего барабана не превышает

m-V2

0,9 с1, силой инерции можно пренебречь (-= 0). Тогда

Р

^£^ = (Fa,-f-G)-cosCl-(G + f-Fcn)-srnn. (10)

dS

Учитывая, что —- = V , введя следующие обозначения: X-F —fG и dt с"

Y=G+f-Fcn, приведем уравнение (10) к виду: dV

т---dS = (X ■ соБф - Y ■ sin ф) • dr - (X • sin ф+ Y ■ соэф) • rdy (11)

dt

m ■ V ■ dV = (X - со5ф - Y • sin ф) • dr - (X ■ sin ф + Y • соэф) • гсЛр. (12) Интегрируя последнее выражение относительно V, получим: Tti • V^

—-— = J(X ■ соБф - Y ■ sin ф) • dr - j(X ■ sin ф - Y • cosy) • reftp. (13)

Последнее уравнение можно решить, если задаться кривой, описывающей форму вычесывающего элемента. Пусть вычесывающий элемент по своей форме выполнен по архимедовой спирали (г = а• ф). Тогда dr= a-diр, и выражение (13) примет вид:

т ^ = " с°зф - Y ■ sin ф) • а ■ dq> - J(X ■ sin ф - Y ■ совф) • а • ф£Лр. (14)

Угол наклона прямолинейного участка вычесывающего элемента, выходящего из крепежной планки, выбирают исходя из условия скольжения пуха на этом участке:

Fcn-cosCl>G-smn + Fmp, (15)

Fcn •cos£2>G-sinQ + /g9-(G-cosii + Fc„ sinQ). (16)

q

Разделив выражение (16) на F ■ cos П и обозначив-= b = const, получим

выражение угла наклона прямолинейного участка вычесывающего элемента:

b + tgy

Исходя из того, что вес пуха крайне мал, им можно пренебречь (G=0), соответственно выражение для определения угла наклона прямолинейного участка вычесывающего элемента примет вид:

/gQ<—. (18)

В предлагаемом механическом пуховычесывающем устройстве на пуховы-чесывающем барабане и барабане съемников пуха вычесывающие и съемные элементы расположены в шахматном порядке, что обеспечивает равномерное снятие, передачу и сбор вычесанного пуха. Планки с пуховычесываюшими и пухосъемными элементами жестко закреплены на соответствующих барабанах без возможности перемещения.

Такая компоновка пуховычесывающих и пухосъемных элементов обеспечивает равномерную ческу пуха и, что очень важно, равномерное снятие пуха вычесывающими элементами и дальнейшую транспортировку пуха к пухосборному мешку. При этом волокна пуха не рвутся, образуется структурная полнота и равномерность передачи пуха съемными элементами. В итоге, подаваемые порции вычесанного пуха ровным слоем перемещаются в пухосборник.

Масса такой порции вычесанного пуха при съеме его съемными элементами с вычесывающих определяется как:

(19)

п3- юс

где тп — масса порции волокон, снимаемых за один оборот вращения барабана съемников пуха, кг;

ПТ — теоретическая производительность устройства, кг/с;

пз — число вычесывающих элементов, находящихся в порции волокон

пуха, шт;

сос — частота вращения съемных элементов, с1.

Линейная плотность отдельной порции волокон определяется по выражению:

Тп кг/м (20)

Ln

где Ьп — длина отделенной порции волокон, м.

Длина отделенной в этом цикле порции волокон определяется как:

Ьп=1-Е0+1тх, м (21)

где / — длина пути, на который переместится порция волокон, м;

Е0 — отношение сдвига передних концов волокон в отдельной порции к

первоначальному сдвигу их в рабочей зоне;

/ — максимальная длина волокна в порции, м.

Йо время съема порции волокон пухосъемными элементами с пуховыче-сывающих элементов происходит некоторое удлинение продукта (вытяжка) в рабочей зоне. Именно это удлинение контролируется и является определяющим в оценке качества вычесанного пуха, поскольку непосредственно влияет на технологические качества полученного пуха (тонину) и определяется как:

Е0 =(£/7~/пях). (22)

Ьп

Таким образом, при перемещении пуха к пухосборнику волокна пуха поступают в рабочую зону распрямленными, при этом исключается захват одних волокон другими при их перемещении и отсутствует разрыв волокон пуха.

Определение энергоемкости механического пуховычесывающего устройства напрямую зависит от энергетических характеристик устройства.

Режим работы любого агрегата и машины зависит не только от пропускной способности самого устройства, привода и компоновки узлов, но и от энергетических возможностей источника питания устройства. Мощность, потребная для работы устройства, распределяется по узлам устройства в зависимости от типа устройства.

В рекомендуемой нами модели чески пуха коз на передвижение механического пуховычесывающего устройства по пухо-шерстному покрову животного расходуется физическая энергия оператора. На привод рабочих органов пуховычесывающего устройства расходуется энергия от привода, установленного в корпусе устройства.

Мощность, необходимая для выполнения процесса чески пуха коз механическим пуховычесывающим устройством, определяется как сумма его составляющих: потребная мощность устройства, мощность в опорах вычесывающего барабана, мощность на извлечение пуха, мощность на транспортировку пуха, мощность, затрачиваемая на перемещение вычесывающих элементов в пухо-шерстном покрове, мощность, затрачиваемая для холостого хода рабочих органов устройства.

Оператор также затрачивает мощность на выполнение чески, которая складывается из мощности, которая необходима на преодоление удержания пуха в пухо-шерстном слое, и мощности, необходимой на преодоление силы трения вычесывающих элементов о пухо-шерстный слой животного.

На основании критического анализа вышеизложенного материала разработано и спроектировано механическое пуховычесывающее устройство (рис. 2).

Разработанное устройство решает несколько задач: снижение нагрузки на оператора, увеличение производительности труда и, в конечном итоге, повышение качества вычесанного пуха за счет сокращения количества очесов.

Ю и 10

Рис. 2 - Механическое пуховычесывающее устройство:

1 - вычесывающий элемент; 2 - пуховычесывающий барабан; 3 - пу-хосъемник; 4 - барабан съемников пуха; 5 - пухозаборник; 6 - турбина; 7 - привод; 8 - рукав сбора; 9 - редуктор; 10 - шкивы; 11 - приводнои ремень; 12 - ограничители; 13 - пухосъемник; 14 - мешок; 15 - корпус; 16 - фильтр; 17 - ручка

В третьей главе «Методика и программа экспериментальных исследований» изложены основные положения и условия проведения экспериментов, приведено описание экспериментальной установки и обоснована методика оценки качества работы механического пуховычесывающего устройства. Программа экспериментальных исследований предусматривала:

- разработку методики для определения усилия удержания пуха в шерстно-

пуховом покрове коз;

- разработку методики для определения качества работы механического

пуховычесывающего устройства;

- проведение лабораторных и производственных исследовании по определению оптимальных конструктивно-технологических параметров и качества работы разработанного механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз.

Лабораторные испытания разработанного механического пуховычесы-вающего устройства проводились на базе кафедры «Механизация технологических процессов в АПК» Оренбургского государственного аграрного университета. В качестве вычесываемой поверхности использовали набор образцов из шкур, соответствующих шерстно-пуховому покрову коз. В лабораторных и производственных условиях для сравнения результатов использовали стандартный гребень для чески пуха коз и разработанное механическое пуховычесывающее устройство.

Производственные исследования проводили на базе следующих хозяйств Оренбургской области: ЗАО «Им. Куйбышева» Курманаевского района и ИП «Макаров» Пономаревского района.

Методика определения усилия удержания пуха (Р, МПа) в шерстно-пуховом покрове реализована при помощи разработанного устройства (ОГАУ, Ротова В .А., Поздняков В.Д.), состоящего из традиционного 1ребня 1, динамометрического блока 2, фиксирующих элементов 3, регистрирующего блока 4.

Зная площадь вычесываемой поверхности и суммарное усилие, можно определить среднее усилие удержания пуха на определенном участке тела животного (выражение 23).

Исходя из технологических промеров козы, можно оценить площадь шерстно-пухового покрова, подвергаемого механической ческе. Зная площадь 5. каждого участка тела животного и среднюю величину удержания пуха Г. на этом участке, можно найти усилие, прилагаемое на каждом участке тела козы.

Регистрирующий блок проводит суммирование затраченных усилий на извлечение пуха. Зная полную площадь очесываемой поверхности животного и суммарные усилия, можно определить среднее усилие удержания пуха на определенном участке тела животного:

Рср=Щ-, Н/м2 (23)

где суммарное усилие, затраченное на вычесывание пуха на конкретном

участке (Н);

Б — площадь участка, на котором проводилось вычесывание пуха (м2).

Данное устройство универсально. Оно выполнено разборным и позволяет менять вычесывающие элементы и гребни любого вида и конструкции, что позволяет проводить исследования по совершенствованию вычесывающих элементов.

Помимо этого, в главе приведены методики по определению: качества работы оператора и вычесанного пуха, производительности труда оператора, состояния кожно-пухового покрова животного, технологических показателей пуха в условиях проведения чески.

При проведении многофакторного эксперимента по определению влияния работы механического пуховычесывающего устройства на качество вычесанного пуха нами применялось ортогональное планирование эксперимента первого порядка. Пользуясь как собственными исследованиями, так и опытом других авторов, занимавшихся исследованием процесса чески пуха коз, и исходя из математической модели, из числа факторов, влияющих на эффективность процесса чески пуха коз механическим пуховычесывающим устройством, нами были выбраны наиболее значимые из них:

— диаметр вычесывающих элементов (1, мм (X,);

— угол вхождения вычесывающих элементов в пухо-шерстный покров животных О, град. (*,);

— частота вращения барабана с вычесывающими элементами ш, с-1 (*,);

— скорость перемещения устройства по покрову животного V, м/с (*4).

Рис. 3 — Устройство д ля определения усилия удержания пуха в пухо-шерстном покрове животного:

1 — гребень со сменными вычесывающими элементами; 2 - динамометрический блок; 3 — фиксирующие элементы; 4 — регистрирующий блок

В таблице 1 представлены уровни изменения факторов в эксперименте.

Таблица 1 — Уровни варьирования переменных факторов при ческе пуха коз

Уровень варьирования Диаметр вычесывающего элемента Угол вхождения вычесывающих элементов в пухо-шерстный покров Частота вращения барабана вычесывающих элементов Скорость подачи устройства по покрову животного

с1, мм П, град. Ш, С"1 V, м/с

Основной 2,25 0 35 0 0,625 0 0,225 0

Верхний 4 +1 37 +1 0,8 +1 0,4 +1

Нижний 0,5 -1 33 -1 0,45 -1 0,05 -1

В четвёртой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлен анализ результатов исследований.

В результате обработки и анализа экспериментальных исследований получено уравнение регрессии — зависимость качества вычесанного пуха (тонины — 7) от факторов: диаметра вычесывающих элементов (*,), угла вхождения вычесывающих элементов в пухо-шерстный покров животных (*2), частоты вращения барабана с вычесывающими элементами (*3) и скорости перемещения устройства по покрову животного (*4):

Г= -33,62 + 5,23^ + 1,17*+ 55,51*3 + 21,68*,- 0,14*^ +

+0,51*1*3 + 1,48*,*,-ОД 1*^-0,15*Д,-27,55*,*, К '

Рис. 4 — Зависимость тонины вычесанного пуха У (мкм) от угла вхождения вычесывающих элементов в пухо-шерстный покров животного Хг (град) и от диаметра вычесывающих элементов^ (мм)

Рис. 5 - Зависимость тонины вычесанного пуха У (мкм) от частоты вращения пуховычесывающего барабана Х3 (с-1) и от диаметра вычесывающих элементов Х1 (мм)

Рис. 6 — Зависимость тонины вычесанного пуха У (мкм) от скорости подачи механического пуховычесывающего устройства по поверхности пухо-шерстного покрова животного Х4 (м/с) и от от диаметра вычесывающих элементов Х1 (мм)

Рис. 7 - Зависимость тонины вычесанного пуха У (мкм) от частоты вращения пуховычесывающего барабана Хг (с-1) и от угла вхождения вычесывающих элементов в пухо-шерстный покров животного X. (град)

По результатам экспериментов были построены поверхности отклика параметра оптимизации от факторов и установлены их оптимальные значения:

— диаметр вычесывающих элементов - 3 мм;

— угол вхождения вычесывающих элементов — 33°;

— частота вращения вычесывающего барабана — 0,65 с1;

— скорость подачи устройства по поверхности животного — 0,03 м/с.

Рис. 8 - Зависимость тонины вычесанного пуха У (мкм) от скорости подачи механического пуховычесывающего устройства по поверхности пухо-шерстного покрова животного Хл (м/с) и от угла вхождения вычесывающих элементов в пухо-шерстный покров животного Х2 (град)

Рис. 9 — Зависимость тонины вычесанного пуха У (мкм) от скорости подачи механического пуховычесывающего устройства по поверхности пухо-шерстного покрова животного Хл (м/с) и от скорости вращения пуховычесывающего барабана Х} (с"')

В пятой главе «Разработка станка для чески пуха коз» приведены исследования по изучению моторного пространства операторов и зон досягаемости.

Нами были проведены исследования, направленные на улучшение условий труда операторов, заключающиеся в такой компоновке рабочего места оператора, при которой его энергозатраты будут минимальны, а работоспособность и комфорт максимальны. Также были рассмотрены антропометрические характеристики человека, непосредственно влияющие на рабочее пространство операторов (рис. 10).

Анализ моторного пространства и зон досягаемости в вертикальной плоскости (рис. 11) показывает, что оптимальная зона рабочей поверхности в вертикальной плоскости располагается на высоте около 1000 мм.

Согласно выделенным зонам и выявленным недостаткам процесса чески пуха коз, мы разработали и спроектировали станок для чески пуха коз, который позволяет фиксировать животных и регулировать высоту подъема (рис. 12).

Задачей, которая решается при использовании станка для чески пуха коз, является снижение нагрузки на оператора, эргономичная компоновка рабочего места для фиксации и чески пуха коз, что снижает стрессовые состояния коз при ческе и увеличивает производительность вычесывания пуха у коз.

Технически результат достигается за счет того, что станок для чески пуха коз включает в себя подвижную платформу с прикрепленными к ней вертикальными стойками, которые свободно перемещаются в жестко связанных с каркасом направляющих посредством приводимого в движение электроприводом червячного вала; лебедку с канатом для фиксации головы. Через отверстия в подвижной платформе продеваются жгуты для фиксации задних конечностей.

Рис. 11 — Зоны досягаемости в вертикальной плоскости: 1 - оптимальная зона; 2 — зона легкой досягаемости; 3 — зона досягаемости

Рис. 10 — Зоны досягаемости операторов в горизонтальной плоскости: В, С, О — зоны легкой досягаемости; А — зона максимальной досягаемости

Рис. 12 - Станок для чески пуха коз:

1 - подвижная платформа; 2 - вертикальные стойки; 3 - направляющие каркаса; 4 - каркас; 5 - канат; 6 - лебедка; 7 - жгуты; 8 - отверстия в подвижной платформе; 9 - усилители платформы; 10 - червячный вал; 11 - электропривод; 12 - ручка вращения лебедки; 13 - отверстия для перемещения направляющих каркаса

Таким образом, зная зоны досягаемости в горизонтальной и вертикальной плоскостях операторов, можно утверждать, что станок для чески пуха коз обладает преимуществом — механизм для регулирования высоты подъема животного, который позволяет проводить ческу пуха операторам любого роста, обеспечивая доступ к различным частям животного без приложения дополнительных усилий, а приспособления для фиксации коз позволяют сократить время фиксации и расфиксации.

В шестой главе «Экономическая эффективность применения разработанного механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз» описана методика определения экономической эффективности, приведены исходные данные и результаты расчетов.

Экономический эффект внедрения механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз получен с учетом того, что выход вычесанного пуха увеличивается с 0,35 до 0,45 кг/гол. и увеличивается количество очесанных коз за 8-часовую смену с 11 до 25 голов. При увеличении удельных капиталовложений с 3,6 до 16,81 руб./гол. годовой экономический эффект от использования механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз составил 368612,5 руб., при средней нагрузке на оператора в 250 голов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ существующих исследований по ческе пуха коз, разработанная классификация технических решений позволили обосновать новую конструкцию механического пуховычесывающего устройства, позволяющего снизить энергозатраты процесса чески пуха коз и сохранить качество вычесанного пуха. Такое устройство и технология на его основе обладают преимуществом перед существующими и являются актуальными для современного сельского хозяйства при проведении чески пуха коз.

2. Разработанная теоретическая модель взаимодействия вычесывающих элементов механического пуховычесывающего устройства с пухо-шерстным покровом животного позволила получить аналитические закономерности качества вычесанного пуха от конструктивно-режимных параметров устройства. Полученная модель адекватна, что подтверждено экспериментальными исследованиями. Установлено, что основными силами в процессе чески пуха коз являются силы трения пуха о вычесывающие элементы и силы сопротивления вычесыванию пуха.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований обоснованы конструкции механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз, которые защищены авторскими свидетельствами РФ № 131845 и № 2514418. Изготовлены экспериментальные модели механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз.

4. Проведенный многофакторный эксперимент позволил определить технологические и конструктивно-режимные параметры, влияющие на закономерности изменения параметра оптимизации (тонины пуха) от четырех варьируемых факторов, и их значения: диаметр вычесывающих элементов (3 мм), угол вхождения вычесывающих элементов (33°), частота вращения вычесывающего барабана (0,65 с"1), скорость подачи устройства по поверхности животного (0,03 м/с).

5. Разработанные исходные требования на изготовление и проектирование механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз позволяют изготовить механическое пуховычесывакяцее устройство и станок для чески пуха коз с заданными параметрами работы.

6. Расчеты экономической эффективности применения механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз рассчитаны из условия, что выход вычесанного пуха увеличивается с 0,35 до 0,45 кг/гол. и увеличивается количество очесанных коз за 8-и часовую смену с 11 до 25 голов. При увеличении удельных капиталовложений с 3,6 до 16,81 руб./гол., годовой экономический эффект от использования механического пуховычесывающего устройства и станка для чески пуха коз составил 368612,5руб., при средней нагрузке на оператора в 250 голов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Ваньков, A.B. Эргономическое обоснование планировки рабочего места чесальщика пуха коз [Текст] / A.B. Ваньков // Известия ОГАУ. — 2011. — № 3. - С. 84-87.

2. Ваньков, А. В. Влияние факторов обитаемости на качество деятельности операторов системы «человек-машина-животное» [Текст] / A.B. Ваньков// Известия ОГАУ. - 2012. - № 4. - С. 67-70.

3. Ваньков, A.B. Механическое пуховычесывакяцее устройство барабанного типа для чески пуха коз [Текст] / A.B. Ваньков, В.Д. Поздняков // Известия ОГАУ. - 2013. - № 6. - С. 71-73.

Публикации в других изданиях и материалах научных конференций

4. Ваньков, A.B. Эргономическое обоснование конструкции станка для чески пуха коз [Текст] / A.B. Ваньков, В.Д. Поздняков // Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК: материалы международной научно-практической конференции / под ред. ЮЛ. Ушакова. - Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2013. - С. 132-137.

5. Ваньков, A.B. Методика оценки качества пуха при вычесывании коз механическими устройствами [Текст] / A.B. Ваньков, И.В. Герасименко // Технические науки: теория и практика: материалы II Международной научной конференции. — Чита: Издательство «Молодой ученый», 2014. — С. 93—96.

6. Ваньков, A.B. Разработка методики по определению усилия удержания пуха в шерстно-пуховом покрове коз [Текст] / A.B. Ваньков, И.В. Герасименко //Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II Международной научной конференции. — СПб.: Заневская площадь, 2014. — С. 107—110.

Авторские свидетельства на изобретения

7. Патентна изобретение № 2514418 РФ. Механическое пуховычесываю-щее устройство / A.B. Ваньков, А.П. Козловцев, В.Д. Поздняков, A.A. Сорокин, Д.Ю. Драницин. Опуб. в Бюл. № 12, 2014.

8. Патент на полезную модель № 131845 РФ. Станок для чески пуха коз / A.B. Ваньков, В.Д. Поздняков, Д.Ю. Драницин. Опуб. в Бюл. № 25, 2013.

Ваньков Алексей Валерьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЧЕСКИ ПУХА КОЗ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СТАНКАХ

Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 02.10.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Печать оперативная. Бумага офсетная. Заказ № 7429. Тираж 100 экз.

Издательский центр ОГАУ 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18. Тел.: (3532) 77-61-43 Отпечатано в Издательском центре ОГАУ