WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

ГРАКОВ Федор Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ И ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ПЛУГА-КАРТОФЕЛЕКОПАТЕЛЯ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск – 2012

Работа выполнена на кафедре «Почвообрабатывающие и посевные машины» ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Рахимов Раис Саитгалеевич

Официальные оппоненты: Капов Султан Нануович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Информационные технологии и моделирование» Челябинской государственной агроинженерной академии Охотников Борис Лазаревич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка» Уральской государственной сельскохозяйственной академии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Защита состоится «22» марта 2012 г., в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» по адресу:

454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».

Автореферат разослан «21» февраля 2012 г. и размещен на официальном сайте ВАК при Министерстве образования и науки России http://vak.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО ЧГАА http://www.csaa.ru.

Ученый секретарь диссертационного Возмилов совета Александр Григорьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность исследований. В настоящее время более 80 % товарного картофеля производится в хозяйствах населения, фермерских и крестьянских хозяйствах, имеющих небольшие посевные площади и низкий уровень механизации. Для таких хозяйств нужна недорогая универсальная техника, которая могла бы при соблюдении необходимых агротехнических требований к возделыванию картофеля и при минимуме переналадок выполнять основные технологические операции:

вспашку, удаление ботвы и выкапывание клубней картофеля. Наиболее энергоёмкими операциями при возделывании картофеля являются подготовка почвы к посадке и выкапывание клубней. В настоящее время машины, применяемые в технологической цепочке возделывания картофеля, обладают целым рядом недостатков (узкая специализация, большие потери и травмирование клубней, высокая стоимость и др.).

В связи с этим тема исследования, направленная на создание эффективной универсальной машины со сменным рабочим органом, является актуальной и имеет народно-хозяйственное значение.

Цель работы. Обоснование технологической и конструктивной схем, параметров и режимов работы комбинированного рабочего органа лемешно-роторного плуга-картофелекопателя для улучшения агротехнических и снижения энергетических показателей его работы.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи исследования:

1) обосновать технологический процесс работы и конструктивную схему комбинированного рабочего органа лемешно-роторного плуга-картофелекопателя, составить расчетные схемы и исследовать процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа с клубненосным пластом почвы, установить технологические параметры комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя;

2) установить влияние конструктивных параметров и режимов работы комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя на его агротехнические и энергетические показатели работы и обосновать рациональные параметры комбинированного рабочего органа;

3) изготовить опытный образец плуга-картофелекопателя, провести его испытания и сравнить полученные результаты с показателями серийного картофелекопателя;

4) разработать чертёжно-техническую документацию комбинированного рабочего органа и дать экономическую оценку эффективности применения лемешно-роторного плуга-картофелекопателя.

Объект исследования. Технологический процесс выкапывания клубней картофеля комбинированным рабочим органом лемешнороторного плуга-картофелекопателя.

Предмет исследования. Зависимости между конструктивными параметрами, режимом работы комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя, агротехническими и энергетическими показателями его работы при выкапывании клубней картофеля.

Методологическая и теоретическая основа исследований.

Теоретические исследования базировались на методах аналитического и графического моделирования взаимодействия клубненосного пласта с пассивным корпусом, имеющим укороченный отвал, и с лопатками ротора.

При проведении экспериментальных исследований использованы стандартные и частные методики с применением современного оборудования.

Научная новизна выносимых на защиту вопросов:

1. Впервые обоснована конструктивная схема и режимы работы комбинированного рабочего органа лемешно-роторного плугакартофелекопателя. Новизна способа выкапывания клубней и технического решения на выполнение технологического процесса защищена патентом РФ на изобретение № 2409926.

2. Разработана технологическая схема и получены аналитические модели процесса выкапывания картофеля, определены рациональные конструктивные параметры и режимы работы комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя, обеспечивающие выполнение агротребований.

3. Получены зависимости для определения энергозатрат на выполнение технологического процесса выкапывания картофеля комбинированным рабочим органом плуга-картофелекопателя.

Практическая значимость исследования и реализация результатов:

1. Результаты исследований использованы проектно-конструкторским отделом ООО ИПП «ТехАртКом» при разработке и производстве универсального плуга-картофелекопателя.

2. Результаты исследования внедрены в технологический процесс возделывания картофеля ООО «Совхоз „Каштакский“» и ГНУ ЮУНИИПОК.

3. В 2004 году работа была поддержана грантом по программе развития НИР студентов, аспирантов и молодых ученых в высших учебных заведениях Челябинской области, осуществляемой Министерством образования и науки РФ и правительством Челябинской области.

4. Результаты исследований используются в учебном процессе Челябинской государственной агроинженерной академии при изучении курса «Почвообрабатывающие и посевные машины».

Апробация. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Челябинской государственной агроинженерной академии в 2004–2011 гг., Казахского национального аграрного университета г. Алматы в 2008 г., ТатНИИСХ г. Казань в 2011 г.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в восьми научных статьях, две из которых в изданиях, включенных в перечень ВАК, по результатам исследования получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 1страницах машинописного текста, содержит введение, пять глав, выводы и рекомендации. Список использованной литературы состоит из 136 наименований; работа содержит 54 рисунка, 24 таблицы и 16 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» на основе изучения литературных и патентных источников проведен анализ современных технологий и машин для выкапывания картофеля, а также физико-механических свойств почвы и клубней картофеля. Представлен обзор и классификация способов выкапывания картофеля и применяемых для этого устройств и машин.

Изучены труды по взаимодействию рабочих органов с почвой и работы по механизации возделывания картофеля ученых В.П. Горячкина, В.В. Бледных, М.Е. Мацепуро, Б.Л. Охотникова, А.П. Дорохова, М.Д. Подскребко, Р.С. Рахимова, С.Н. Капова, П.Г. Свечникова, О.В. Гордеева, В.И. Митрофанова, Г.Д. Петрова, К.С. Вернера, В.И. Табачук, Г.П. Солодухина, В.И. Вилимас, А.И. Иванова, А.Ж. Мурзагалиева и др. Анализ работ показал возможность выкапывания клубней картофеля комбинированным рабочим органом, состоящим из пассивного корпуса и активного ротора. Также установлено, что для снижения травмирования клубней взаимодействие сепарирующих элементов картофелеуборочных машин с клубнем картофеля должно происходить через почвенную прослойку, при этом скорость соударения должна быть не более 6 м/с. Кроме того, исследованиями этих ученых доказано влияние на травмирование картофеля сорта, размеров и зрелости клубней.





В настоящее время более 50 % товарного картофеля производится в хозяйствах с площадью возделывания до 15 гектаров.

Для таких хозяйств необходимы недорогие мобильные картофелеуборочные машины, имеющие простую конструкцию и способные работать в различных условиях.

Проведенные поисковые эксперименты показали, что наиболее полно предъявляемым требованиям отвечает лемешнороторный плуг ПЛР конструкции ЧГАА, который имеет комбинированный рабочий орган, состоящий из пассивного корпуса с укороченным отвалом и активного ротора с приводом от ВОМ трактора. Апробирование данного плуга при выкапывании картофеля показало, что клубни не имеют повреждений от взаимодействия с ротором и располагаются полосой на убранном участке, но значительная их часть присыпана землёй. Снижение потерь картофеля при выполнении данной технологической операции требует уточнения и обоснования параметров верхнего яруса ротора и режимов работы такого комбинированного рабочего органа.

На основании вышесказанного была сформулирована следующая рабочая гипотеза: выкапывание картофеля и вынос клубней на поверхность поля с соблюдением агротехнических требований могут быть обеспечены использованием плуга ПЛР с измененной конфигурацией роторного рабочего органа (патент № 2236771).

В соответствии с гипотезой определены цель и задачи исследования.

Во второй главе «Обоснование конструктивной схемы и параметров комбинированного рабочего органа лемешно-роторного плуга-картофелекопателя» представлены результаты теоретических исследований по обоснованию технологии, режимов работы и конструктивных параметров комбинированного рабочего органа.

Согласно разработанной технологии (рисунок 1), выкапывание клубней картофеля, посаженных по гребневой технологии, производится с одного рядка следующим образом: лемешно-роторный плугкартофелекопатель, двигаясь по полю со скоростью Vагр, подкапывает пассивным корпусом клубненосный пласт на глубину а, приподнимает его, частично разрушает и под определенным углом и скоростями Vx, Vy подаёт на ротор, вращающийся с угловой скоростью и окружной скоростью Vокр, где пласт подвергается ударному воздействию лопаток ротора, которые отбрасывают клубни на поверхность поля, в правую сторону от прохода агрегата полосой шириной L.

Рисунок 1 – Технологическая схема выкапывания картофеля комбинированным рабочим органом лемешно-роторного плуга-картофелекопателя На технологический процесс выкапывания картофеля оказывают влияние следующие параметры комбинированного рабочего органа и режимы его работы (рисунок 2): n – частота вращения ротора, об/мин; Vагр – скорость движения агрегата, м/с; l1,l2 – положение ротора относительно укороченного корпуса, м; R – радиус ротора, м;

углы наклона и установки лопаток верхнего яруса ротора, град.;

z – количество лопаток верхнего яруса ротора, шт. Данные параметры необходимо исследовать и обосновать.

Рисунок 2 – Параметры комбинированного рабочего органа Роторный рабочий орган включает в себя три яруса (рисунок 2).

Нижний ярус образуют винтовые лемехи, которые, вращаясь, приподнимают попавшие на них с укороченного корпуса нижние горизонты клубненосного пласта и направляют их на средний ярус, состоящий из ромбовидных пальцев. Пальцы измельчают клубненосный пласт, отделяя клубни от почвы, и частично отбрасывают их в сторону. Верхний ярус состоит из плоских лопаток, которые в процессе работы ударным воздействием отделяют клубни от почвы и разбрасывают их по полю полосой шириной L вправо от прохода агрегата.

Движение клубненосного пласта по комбинированному рабочему органу можно разделить на несколько последовательных этапов:

1) подрезание и перемещение клубненосного пласта по лемешноотвальной поверхности укороченного корпуса, подача пласта на ротор;

2) взаимодействие пласта с ротором;

3) разбрасывание частиц клубненосного пласта после взаимодействия с ротором по поверхности поля.

На первом этапе происходит частичное разрушение пласта, подъём на определённую высоту от дна борозды Н и отбрасывание со скоростью V (рисунок 3). Предполагается, что появление боковой скорости Vy в момент схода клубненосного пласта с корпуса будет способствовать снижению ударного взаимодействия с лопатками ротора и уменьшать вероятность травмирования клубней (значение Vy приведено на рисунке 4).

Рисунок 3 – Расчетная схема к определению скоростей схода частиц клубненосного пласта с лемешно-отвальной поверхности укороченного корпуса Из рисунка 3 проекции скорости V по координатным осям Vx, Vy, Vz, согласно исследованиям П.Г. Свечникова, будут определяться по выражениям:

, sin = sin·sin; (1) V V tg cos cosv, Vx = V·(cos ·sin – cos·cos ·sin) = Vагр tg cos cos v Vy = V·(cos ·cos + cos ·sin · sin) = Vагр , tg cos cosv Vz = V·sin ·sin = Vагр . (2) tg cos Рисунок 4 – Зависимость скорости Vy от скорости агрегата Vагр при различных Н Угол траектории движения частицы пласта (угол вхождения на клин) можно определить по формуле:

tg = tg · cos. (3) В формулах 1, 2, 3 приняты следующие обозначения:

V – абсолютная скорость движения частиц клубненосного пласта в момент схода с поверхности укороченного корпуса, м/с;

Vx,y,z – составляющие скорости V соответственно по осям X, Y, Z, м/с;

v, v, v – углы, образованные вектором скорости V с координатными осями X, Y, Z, град.;

– угол между горизонтальной проекцией образующих и направлением движения (угол установки образующих к стенке борозды), град.;

– угол между касательной плоскостью к отвальной поверхности и дном борозды, град.;

– угол наклона траектории движения частицы почвы к лезвию лемеха (угол вхождения почвы на клин), град.;

– угол резания почвы трёхгранным клином, град.

По формулам (2) для различных значений поступательной скорости движения агрегата Vагр определены числовые значения Vx, Vy, Vz в зависимости от положения точки схода частиц клубненосного пласта Н от дна борозды. Положение точки Н определяется согласно рисунку 3 углами и .

Для исключения сгруживания клубненосного пласта и обеспечения равномерности его распределения по поверхности поля необходимо определить количество лопаток верхнего яруса ротора из условия:

Vо Vр, (4) где Vо – объём клубненосного пласта, поступающего на ротор, м3/с;

Vр – объём клубненосного пласта, сходящего с ротора, м3/с.

Выражая Vо и Vр через режимы работы и конструктивные параметры ротора, установлено условие выбора количества лопаток z:

a b V z, (5) L l r n где Lл – ширина лопатки, м;

lл – длина лопатки, м;

rр – расстояние от центра лопаток до оси ротора, м;

n – частота вращения ротора, об/мин;

а – глубина подкапывания, м;

b – ширина захвата корпуса, м.

Расчеты по формуле (5) показывают (рисунок 5), что для обеспечения работоспособности плуга-картофелекопателя на различных режимах работы количество лопаток ротора z должно быть не менее 4.

Рисунок 5 – Зависимость количества лопаток z ротора от скорости движения агрегата Vагр при различной частоте его вращения n На втором этапе частицы клубненосного пласта после схода с пассивного корпуса взаимодействуют с ротором в условиях открытой борозды.

Для определения рационального положения оси вращения ротора относительно корпуса l1, l2 (см. рисунок 2), обоснования параметров и режимов работы ротора , , R, n и технологического параметра L (см. рисунок 1) необходимо определить угол схода частиц клубненосного пласта с лопаток ротора (рисунок 6) сх и скорость относительного перемещения частиц х вдоль лопатки по оси Х.

Положение оси вращения ротора относительно укороченного корпуса может изменяться вокруг точки первоначального контакта клубненосного пласта с ротором М0 по дуге О1, О2, О3 с радиусом, равным радиусу ротора. Критериями рационального положения ротора относительно корпуса являются:

1) совпадение направления скоростей Vy и Vокр;

2) разбрасывание пласта перпендикулярно направлению движения агрегата;

3) объём клубненосного пласта, поступающий с укороченного корпуса, должен попадать на лопатки ротора.

Угол схода частиц клубненосного пласта с ротора зависит сх от угловой скорости вращения ротора , рад/с, и времени нахождения частиц пласта на лопатке ротора tр, а также от углов наклона и установки лопаток ротора (рисунок 7).

Рисунок 6 – Схема к определению Рисунок 7 – Расчетная схема положения ротора относительно к определению угла установки пассивного укороченного корпуса лопаток ротора В работе при известной значение величины tр определяется составлением уравнения движения частицы клубненосного пласта относительно лопатки ротора (рисунок 8). При вращении ротора с угловой скоростью на двигающуюся вдоль лопатки частицу клубненосного пласта действуют следующие силы:

J – центробежная сила, Н;

(6) J m(r0 ) 2, где r0 – расстояние от оси ротора до лопатки, м;

х – путь, пройденный частицей по лопатке, м;

Е – сила Кориолиса, Н:

к Рисунок 8 – Силы, действующие (7) ;

2m на частицу клубненосного пласта Fк – сила трения частицы о лопри её движении по лопатке патку ротора от действия силы Коротора вдоль оси Х риолиса, Н:

, (8) F f 2m f sin где – угол наклона лопатки ротора относительно плоскости XOY, град;

х – относительная скорость перемещения частицы пласта по лопатке, м/с;

f – средний коэффициент трения почвы и клубней о лопатку;

– угловая скорость вращения ротора, рад-1;

m – масса частицы, кг;

FG – сила трения частицы о лопатку ротора от силы тяжести, Н:

FG = G·f = G·f·cos = mgfcos (9) I – сила инерции частиц клубненосного пласта, Н:

I = mx, (10) где х – ускорение перемещения частицы по лопатке, м/с2.

Получим сумму проекций сил, действующих на частицу пласта:

J F FG I 0. (11) Учитывая установку лопатки ротора под углами и и подставляя значения сил в уравнение (11), получим дифференциальное уравнение движения частиц клубненосного пласта по поверхности лопатки:

cos 2 f sin 2(cos f sin ) (12) r0 2(cos f sin ) gf cos.

Исследования уравнения (12) в пакете MathCAD показали, что значения угла наклона (рисунок 8) и угла установки (рисунок 7) лопаток верхнего яруса ротора оказывают существенное влияние на агротехнические показатели технологического процесса выкапывания клубней картофеля.

Критерием рационального угла наклона лопаток является условие отсутствия схода частиц клубненосного пласта через верхний обрез лопаток, т.е. когда клубни не перемещаются вверх по лопатке:

Eк G. (13) Подставляя значения сил Eк и G, получим nx, (14) arctg 15 g где x – скорость перемещения частицы относительно лопатки, м/с.

Значение скорости x определяется по уравнению (12). Результаты решения уравнения (14) представлены на рисунке 9, которые показывают, что для соблюдения условия (13) угол наклона лопаток ротора должен быть = 820…900.

Изучено влияние угла установки лопаток ротора на угол схода клубненосного пласта с ротора, который зависит от угловой скоросх сти ротора и времени пробега tp. Время пробега определено согласно уравнению (12) при = 900 и различных значениях угла . Полученные данные показали, что рациональное значение угла схода , при сх котором клубни равномерно распределяются по поверхности поля, обеспечивается при радиальном положении лопаток ротора.

Рисунок 9 – Зависимость угла наклона лопаток от коэффициента трения f при различной частоте вращения ротора Угол схода при радиальном положении лопатки и угле насх клона = 900 составляет от 970 до 1020. Зная пределы изменения угла , графическим методом можно определить рациональное положесх ние ротора относительно укороченного корпуса, которое составляет l1 = 160…170 мм, l2 = 190…200 мм.

Согласно агротехническим требованиям, предъявляемым к работе картофелекопателя, должно быть извлечено не менее 95 % картофеля, при этом клубни массой менее 20 г и диаметром менее 28 мм не учитываются. Поэтому на третьем этапе технологического процесса выкапывания клубней необходимо обосновать частоту вращения ротора n, обеспечивающую требуемую ширину распределения клубненосного пласта L (рисунок 1).

По данным ВИСХОМа известно, что клубни картофеля в среднем располагаются в гребнях, имеющих форму равнобокой трапеции общей площадью 0,04 м2. Для выполнения агротребований данную площадь необходимо распределить полосой толщиной 0,03 м и шириной 1,3 м. Поэтому максимальная дальность полета частиц пласта должна быть не менее 1,3 м. Дальность разбрасывания частиц клубненосного пласта L будет зависеть от высоты поступления пласта на лопатки ротора Н и частоты вращения ротора .

Без учета сопротивления воздуха и при вертикальном положении лопаток L = Vр·t, (15) где t – время полета клубненосного пласта, с:

t 2H / g ; (16) Vр – скорость, с которой частицы клубненосного пласта отбрасываются лопатками ротора, м/с:

n V R (x )2, (17) где R – радиус ротора, м;

х – относительная скорость перемещения частицы пласта по лопатке, м/с, определяется по формуле (12).

Тогда получим n 2H L. (18) R (x )g 30 При известных L, Н, R необходимая частота вращения роторного рабочего органа определяется по выражению:

[L2 g (x )2 2H ] 4. (19) n R2H Тогда для обеспечения полного извлечения клубней при заданных L = 1,3 м, Н = 0,1…0,25 м, R = 0,2 м частота вращения ротора n должна быть более 270 об/мин.

Общая мощность Nобщ, необходимая для работы комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя, зависит от мощности, затрачиваемой на преодоление тягового сопротивления пассивного корпуса, и мощности, затрачиваемой на работу роторного рабочего органа. Общая мощность Nобщ с учетом КПД промежуточных передач от ВОМ трактора до ротора определяется по формуле:

N ( fG kab abV ) V 10 kchzn 5 10 4 Q V (20), где П – общий КПД всех промежуточных передач, П = 0,88;

с – сечение почвенной стружки, м2;

h – высота подкапываемого гребня, м;

G – сила тяжести рабочего органа, кН;

ab – площадь сечения подкапываемого гребня (ab = 0,04 м2);

z – число лопаток ротора, шт.;

n – частота вращения ротора, об/мин;

k – удельное сопротивление почвы, кН/м2;

k – удельное сопротивление крошению предварительно разрыхленной корпусом почвы, кН/м2 (k = 0,4…0,6 k);

QП – масса почвы, отбрасываемой за 1 сек, кг/сек;

Vокр – окружная скорость ротора, м/с;

– коэффициент отбрасывания, зависящий от угла установки лопаток ротора ( = 1 – радиально, = 0,85–0,99 – назад и вперёд).

Для определения суммарной эффективной мощности трактора, затрачиваемой на технологический процесс работы комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя, в формулу 20 необходимо ввести значения тягового КПД трактора и КПД ВОМ.

В третьей главе «Методика исследований» изложена программа экспериментальных исследований, рассмотрен объект исследований, описана методика их проведения и обработки полученных данных, дано описание экспериментального рабочего органа (рисунок 10).

Для проверки адекватности теоретических исследований реальному процессу были проведены экспериментальные исследования на изготовленной экспериментальной установке (рисунок 11).

Рисунок 10 – Экспериментальный комбинированный рабочий орган Рисунок 11 – Общий вид плуга-картофелекопателя: экспериментальной установки 1 – корпус, 2 – ротор «плуг-картофелекопатель» Методика лабораторных исследований заключалась в постановке эксперимента в области рациональных режимов работы плуга-картофелекопателя в соответствии с ОСТ 10 8.5-20и по разработанным частным методикам определения ширины полосы разбрасывания клубненосного пласта и измерения крутящего момента на валу ротора. Изучалось совместное влияние управляемых факторов: скорости движения агрегата Vагр, угла наклона лопаток ротора, частоты вращения ротора n, радиуса ротора R – на агротехнические и энергетические показатели комбинированного рабочего органа плуга-картофелекопателя.

В четвёртой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты исследований на выкапывании картофеля, полученные в различных условиях (ООО «Совхоз „Каштакский“», ГНУ ЮУНИИПОК) и с разными сортами картофеля (невский, арника). Почва представляла собой выщелоченный чернозем, тяжелосуглинистый, с влажностью в разных слоях от 7,до 20,3 % и твердостью от 0,8 до 2,5 МПа.

Полученные данные подтвердили достоверность теоретических положений. По результатам теоретических и экспериментальных исследований установлены рациональные конструктивные параметры и режимы работы комбинированного рабочего органа плугакартофелекопателя: частота вращения ротора – 300…320 об/мин, скорость движения – 3,0…3,5 м/с, радиус ротора – 0,2…0,25 м, угол наклона лопаток = 820…900, угол установки лопаток радиально.

На рисунке 12 представлена зависимость ширины полосы разбрасывания L от частоты вращения ротора n.

Рисунок 12 – Зависимость ширины полосы разбрасывания клубней картофеля от частоты вращения ротора (при V = 10 км/ч, R = 0,2 м, = 900) Определены энергетические показатели экспериментальной установки: зависимость тягового сопротивления Rx и общей мощности (рисунки 13, 14) от скорости движения агрегата; зависимость крутящего момент МКР на валу ротора и мощности, затрачиваемой на технологический процесс выкапывания картофеля (рисунки 15, 16), от скорости движения агрегата и частоты вращения ротора при различных его радиусах.

Рисунок 13 – Зависимость тягового Рисунок 14 – Зависимость сопротивления экспериментального общей мощности, рабочего органа Rx от скорости затрачиваемой на привод ротора движения агрегата Vагр и тяговое сопротивление, от скорости движения агрегата Vагр Рисунок 15 – Зависимость изменения Рисунок 16 – Зависимость изменения крутящего момента (––––––) на валу крутящего момента (––––––) на валу ротора и мощности (- - - - -) на его ротора и мощности (- - - - -) на его вращение от скорости движения вращение от частоты вращения агрегата Vагр при различных ротора n при различных значениях значениях радиуса ротора R его радиуса R (уравнение регрессии N = AV + B) (уравнение регрессии N = An + B) По обоснованным параметрам разработана чертежнотехническая документация и передана в ООО ИПП «ТехАртКом» для изготовления и выпуска опытной партии.

В пятой главе «Рекомендации производству и техникоэкономические показатели внедрения» представлены расчеты экономической эффективности применения в сельском хозяйстве экспериментального плуга-картофелекопателя в сравнении с серийно выпускаемым и подходящим по эксплуатационным показателям картофелекопателем КТН-2Б.

Предлагаемый способ выкапывания картофеля позволяет снизить приведенные затраты на 1 га убираемой площади на 40 %, а также получить дополнительную экономическую прибыль от изменения количества и качества получаемой продукции в размере 12 000 руб./га (в ценах 2010 г.). Годовой экономический эффект на 1 гектар убранной площади составит 34 800 рублей.

Использование лемешно-роторного плуга-картофелекопателя эффективно для возделывания картофеля как в фермерских и крестьянских хозяйствах площадью до 10–15 га, так и в хозяйствах, имеющих небольшие площади под данную культуру. Кроме того при смене роторов предлагаемый плуг-картофелекопатель выполняет операции вспашки почвы для возделывания картофеля и удаления картофельной ботвы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Обоснована технологическая и конструктивная схемы работы комбинированного рабочего органа лемешно-роторного плуга-картофелекопателя и составлены расчетные схемы процесса его взаимодействия с клубненосным пластом почвы. Установлена рациональная скорость движения картофелекопателя 3,0…3,5 м/с (10,8…12,6 км/ч), при которой в процессе работы пассивный корпус с укороченным отвалом подрезает и поднимает клубненосный пласт, крошит его и подаёт на ротор в направлении вращения ротора со скоростью до 1,78 м/с, что снижает ударное воздействие лопаток ротора на клубненосный пласт почвы и уменьшает травмирование картофеля. Обоснованы рациональные значения частоты вращения ротора n = 300…320 об/мин, при которых обеспечивается ширина полосы разбрасывания клубней картофеля до 1,3 м, что позволяет извлекать на дневную поверхность не менее 95 % товарного картофеля.

2. Установлены зависимости влияния конструктивных параметров и режимов работы комбинированного рабочего органа на траекторию перемещения, на вынос клубней на дневную поверхность и их травмирование, что позволило обосновать рациональные параметры ротора и его положение относительно корпуса с укороченным отвалом, а именно: радиус ротора R = 0,2…0,25 м, количество лопаток верхнего яруса ротора z = 4 шт., угол наклона лопаток верхнего яруса = 82…900, угол установки лопаток в горизонтальной плоскости радиально. Расположение оси вращения ротора относительно корпуса с укороченным отвалом в направлении движения l2 = 190…200 мм, в поперечном направлении l1 = 160…170 мм. Установлена мощность, необходимая для работы одного комбинированного рабочего органа на скорости 3,1 м/с (11,2 км/ч) Nобщ = 22,71 кВт, в том числе на привод ротора 3,65 кВт, на преодоление тягового сопротивления картофелекопателя 19,06 кВт.

3. Изготовлен опытный образец плуга-картофелекопателя с обоснованными параметрами и проведены сравнительные испытания с картофелекопателем КТН-2Б. Установлено, что разработанный картофелекопатель обеспечивает качественную работу в широком диапазоне влажности почвы, травмирование картофеля находится в пределах 1…2 %, а у КТН-2Б доходит до 7 %. Процент выкапывания клубней 96…98 %, у КТН-2Б 97…99 %. Производительность плуга-картофелекопателя 0,67 га/ч, у КТН-2Б 0,63 га/ч.

4. Разработана чертежно-техническая документация и передана на производство, дана оценка экономической эффективности внедрения плуга-картофелекопателя в хозяйствах. Экономический эффект внедрения плуга-картофелекопателя из-за снижения потерь и травмирования клубней картофеля составляет 12 000 рублей (в ценах 2010 г.). Годовой экономический эффект на 1 гектар убранной площади составит 34 800 рублей.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Граков, Ф. Н. Универсальное орудие для возделывания картофеля / Р. С. Рахимов, П. Г. Свечников, М. М. Мухаматнуров, Ф. Н. Граков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2004. – № 9. – С. 19–20.

2. Граков, Ф. Н. Теоретическое обоснование конструктивных параметров активного рабочего органа плуга-картофелекопателя / Ф. Н. Граков // Вестник Ульяновской ГСХА. – 2012. – № 1(17). – С. 111–114.

Публикации в других изданиях 3. Граков, Ф. Н. Результаты экспериментов при испытаниях лемешно-роторного картофелекопателя / М. М. Мухаматнуров, Ф. Н. Граков // Материалы XLIII научно-технической конференции : сб. науч.

тр. – Челябинск : ЧГАУ, 2004. – Ч. 2. – С. 83–85.

4. Граков, Ф. Н. Универсальная машина для возделывания картофеля / Р. С. Рахимов, П. Г. Свечников, М. М. Мухаматнуров, Ф. Н. Граков // Вестник ЧГАУ. – Челябинск, 2004. – Т. 41. – С. 144–147.

5. Граков, Ф. Н. Сравнительное определение износостойкости лемехов / А. Ф. Кокорин [и др.] // Материалы Международной научнопрактической конференции : сб. науч. тр. – Алматы, 2008. – Ч. 2. – С. 93–99.

6. Граков, Н. Ф. Обоснование режима работы швыряльного ротора плуга-картофелекопателя при возделывании картофеля по гребневой технологии / Н. Ф. Граков, Ф. Н. Граков // Материалы XLVII Международной научно-технической конференции : сб. науч. тр. – Челябинск, 2008. – Ч. 3. – С. 123–126.

7. Граков, Ф. Н. Экономическая эффективность применения плуга-картофелекопателя в сельском хозяйстве / Ф. Н. Граков // Вестник ЧГАА. – Челябинск, 2010. – Т. 55. – С. 44–46.

8. Граков, Ф. Н. Влияние установки лопаток ротора плугакартофелекопателя на сепарацию и травмирование картофеля / Ф. Н. Граков // Материалы Всероссийской научной конференции молодых ученых. – Казань, 2011. – С. 411.

9. Пат. 2409926 РФ, МПК А 01 D 13/00. Способ уборки картофеля и устройство для его осуществления / В. В. Бледных, Ф. Н. Граков, М. М. Мухаматнуров, Р. С. Рахимов, П. Г. Свечников ; заявитель и патентообладатель ЧГАА. – № 2009107472 ; заявл. 02.03.2009 ; опубл.

27.01.2011, Бюл. № 3. – С. 7 : ил.

Подписано в печать 13.02.2012 г. Формат 6084/Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия» 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина,






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.