WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ПЕТУНИНА Ирина Александровна

РАЗРАБОТКА ресурсосберегающих ПРОЦЕССОВ

ОЧИСТКИ И ОБМОЛОТА ПОЧАТКОВ СЕМЕНной КУКУРУЗЫ

       

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

  сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Краснодар – 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» (КубГАУ)

Научный консультант - заслуженный деятель науки РФ,

                      доктор технических наук, профессор

                                       Маслов Геннадий Георгиевич

Официальные оппоненты:        академик РАСХН,

доктор технических наук, профессор

Липкович Эдуард Иосифович

доктор технических наук, профессор

Жалнин Эдуард Викторович

доктор технических наук, профессор

Плешаков Вадим Николаевич

Ведущая организация - ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ГНУ ВНИПТиМЭСХ), г. Зерноград.

       

       Защита состоится «18» февраля 2009 года в 1000 на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар,  ул. Калинина 13, КубГАУ, корпус факультета электрификации сельского  хозяйства, ауд. № 4.

       С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО  «Кубанский государственный аграрный университет».

Автореферат размещен на сайте www.kubagro.ru

Автореферат разослан … ………….. 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор                                                                 С.В. Оськин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

       



Актуальность проблемы. К настоящему времени производство кукурузы занимает практически первое место в мире среди зерновых, превышая валовые сборы зерна пшеницы и риса. Общая потребность России в семенах кукурузы составляет 80100 тыс. тонн (из них на зерно 1012 тыс. т) и отечественными производителями не обеспечивается из-за сложившегося низкого уровня технического оснащения.

В технологиях послеуборочной обработки кукурузы ключевыми являются процессы  очистки и обмолота початков. На сегодняшний день не существует машины, обеспечивающей съем оберток с початков кукурузы с полным соблюдением исходных требований. А в Российской Федерации отсутствует производство очистителей початков и не предложены технические решения для обработки малых партий. Для различных моделей молотилок семенной кукурузы характерны: необходимость заполнения всего объема молотильной камеры; повторный обмолот початков; низкая производительность; частичная разборка для очистки рабочей камеры. Поэтому современные молотильные аппараты также не обеспечивают получение семенного материала, отвечающего в полной мере исходным требованиям.

Обобщенный анализ состояния вопроса совершенствования послеуборочной обработки початков семенной кукурузы позволил сформулировать научную проблему, которая состоит в разработке принципиально новых ресурсосберегающих технических решений для процессов очистки и обмолота початков кукурузы, максимально учитывающих их особенности и спе­цифику съема оберток и выделения зерновок в процессе непрерывного контакта с рабочими органами, опирающихся на более глубокое исследование некоторых физико-механических свойств початков.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы и тематического плана НИР Министерства сельского хозяйства. Исследования включены  в  планы НИР Кубанского государственного аграрного университета:  на 19911995 гг. по теме 29.6 ГР01910049840, на 19962000 гг. по теме  8 ГР 01960009007, на 20012005 гг. по теме 11 ГР 01200113467 и на 20062010 гг. по теме ГР 01.2006 06833.

Цель исследований – обоснование параметров  и  ресурсосберегающих режимов работы трехвальцовых аппаратов для очистки и обмолота початков семенной кукурузы.

Объекты исследований – процессы очистки и обмолота початков кукурузы; рабочие органы, макетные и экспериментальные образцы разрабатываемых технических средств.

Предмет исследований – выявление закономерностей влияния конструктивных, кинематических и динамических параметров на технологические процессы очистки от оберток и обмолота початков кукурузы.

Методика исследований. Методологической основой решения сформулированной проблемы является вариант триадной системы, в которой продукт и машина рассматриваются на одном уровне и при одновременном взаимном влиянии друг на друга.

       При решении вопросов взаимодействия рабочих органов как початкоочистителя, так и молотилки с початками приняты основные положения клас­сической теории деформации тел в местах контакта.

Теоретическое решение вопросов процессов очистки и обмолота початков выполнено с использованием основных положений теории упругости и специальных разделов теории дифференциального и интегрального исчисления, графо-аналитических методов.

Физико-механические свойства початков кукурузы исследовались с использованием общих, а также частных теоретических и прикладных методик.

При выполнении экспериментальных работ применен метод математического планирования многофакторного эксперимента. Аппроксимация и обработка экспериментальных данных выполнены с использованием пакета прикладных компьютерных программ.

       Оценку технического уровня разрабатываемых аппаратов выполняли путем сопоставления системы параметров с промышленными аналогами по обобщенным технико-экономическим показателям, а также при помощи интегральных показателей.

       Научная новизна результатов исследования заключается в уточнении теоретико-экспериментальных и методологических аспектов процессов очистки и обмолота початков кукурузы вальцовыми аппаратами и установлении аналитических зависимостей:

деформации слоя оберток и усилий разрыва и отделения оберток при съеме пакетом с початка от действия распределенных сил и параметров початков и рабочих органов и величин их деформаций;

деформации слоя зерновок и усилий разрушения связи зерновок со стержнем початка от действия распределенных сил;

углов затягивания в трехвальцовом аппарате неочищенного початка и початка со снятыми обертками от геометрических параметров и деформаций початка и рабочих органов;

величины зазора в трехвальцовых аппаратах для очистки и обмолота  початков кукурузы от величины деформации пакета оберток и слоя зерновок;

пути проката оберток, снятых единым пакетом с початка, от геометрических параметров и деформаций початка и рабочих органов;

числа выделенных зерновок от морфологических характеристик початка кукурузы;

коэффициентов восстановления зерновок при непрямом ударе от скорости и угла соударения.

       Новизна технических решений очистки початков подтверждается патентами № 2111644 и № 2112349, обмолота початков патентом № 2319336 и линии по обмолоту семенного материала кукурузы патентом № 2171023.

               Практическую ценность работы представляют: методика классифи-кационного выбора для исследований показателей физико-механических  свойств початков кукурузы; статистические данные по физико-механическим свойствам початков кукурузы; методики инженерного расчета параметров трехвальцовых аппаратов для очистки и обмолота початков кукурузы, основанные на результатах теоретико-экспериментальных исследований; конструктивно-компоновочные схемы очистительного и молотильного блоков; исходные требования на трехвальцовые аппараты для очистки и обмолота початков кукурузы; комплект программ и алгоритмов по расчету параметров трехвальцовых аппаратов для очистки и обмолота початков кукурузы; учебные пособия.

Реализация результатов диссертационных исследований. Результаты  исследований приняты и используются Ассоциацией производителей семян кукурузы (Краснодарский край); Департаментом сельского хозяйства и продовольствия администрации Краснодарского края технические решения включены в «Системы ведения агропромышленного производства Краснодарского края на 2008-2010 гг.»; ГНУ «Кабардино-Балкарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии рекомендованы к внедрению усовершенствованные рабочие органы и технология очистки и обмолота початков кукурузы на предприятиях Кабардино-Балкарской республики; результаты исследований внедрены ГНУ КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко.

Учебные пособия (гриф МСХ РФ) и монографии используются в учебном процессе агроинженерных и экономических факультетов ряда вузов России.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены в период с 1998 по 2008 год и получили официальное одобрение на научных форумах:  научно-технических и учебно-методических конференциях  КубГАУ, международных конференциях «Образование. Экономика. Информатика.» (Астрахань, 2003 г.), «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2004 г.), «Математика. Экономика. Образование» (Ростов-на-Дону, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития высшего образования» (Сочи, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы на современном этапе развития общества» (Пятигорск, 2003 г.).

Теоретические  исследования результатов диссертационных исследований удостоены следующих наград: бронзовая медаль «Гордость науки Кубани» и диплом степени Краснодар, 2005 г., диплом лауреата конкурса фонда развития отечественного образования Сочи, 2007 г., почетная грамота Департамента образования и науки Краснодарского края Краснодар, 2005 г.

  Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, который включает 313 использованных источников, в том числе 71 иностранных и приложений. Диссертация изложена на 329 страницах основного текста, содержит 124 рисунка и 11 таблиц.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 47 работах, в том числе 7 в журналах  «Техника в сельском хозяйстве» и «Механизация и электрификация сельского хозяйства». По результатам исследований получено 4 патента, 2 свидетельства на программное обеспечение (свидетельство № 2008612672 и № 2008612673), вошедшие во Всероссийский фонд алгоритмов и программ.

На защиту выносятся основные положения диссертации:

аналитическое обоснование технических средств для очистки и обмолота початков кукурузы;

методика выбора показателей физико-механических свойств початков кукурузы и результаты их теоретико-экспериментальных исследований;

результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию геометрических, кинематических и технологических параметров трехвальцовых аппаратов для очистки и обмолота початков кукурузы;

методики инженерного расчета параметров трехвальцовых аппаратов для очистки и обмолота початков кукурузы;

исходные требования на трехвальцовые аппараты для очистки и обмолота початков кукурузы;

предложения по совершенствованию технических средств очистки и обмолота початков кукурузы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

       Во введении обоснованы актуальность проблемы, научная новизна, изложены положения, выносимые на защиту.

       В первой главе рассмотрены значение кукурузы для народного хозяйства, состояние изученности анатомических, морфологических и физико-меха-нических свойств початков кукурузы. Предложены классификации очистительных и молотильных аппаратов и указаны возможные направления дальнейшего совершенствования технологических процессов очистки и обмолота початков кукурузы.

       Физико-механические свойства кукурузы изучали М.Ф. Бурмистрова,  А.И. Буянов, И.Т. Осьмак, А.Ф. Соколов, В.С. Кравченко, Н.Н. Шатилов, В.С. Курасов, К.В. Ульрих и другие ученые. Установлено, что, несмотря на многообразие и большой объем накопленных данных по физико-механичес-ким свойствам, существует целый ряд нерассмотренных вопросов. К настоящему времени такими учеными как В.П. Горячкин, И.О. Василенко, Н.И. Гуров, В.В. Деревенко, М.А. Пустыгин, Э.И. Липкович, Г.Г. Маслов, Э.В. Жалнин, Н.И. Кленин, Г.И. Креймерман,  М.Г.  Голик, В.С.  Кравченко, В.С. Курасов, Ю.И. Мозговой, Г.А. Никитина, А.И. Пьянков, А.И. Гокоев, Т.К. Тогонбаев, Н.Н. Ульрих, К.В. Шатилов, В.В. Войцехович  проведены значительные теоретические и экспериментальные исследования рабочих органов машин для убор­ки и послеуборочной обработки початков кукурузы, в том числе семенной.

Анализ предшествующих работ позволил выявить нерешенные проблемы в механизации очистки и обмолота початков кукурузы: недостаточную изученность анатомо-морфологических особенностей початков кукурузы; необходимость полного теоретического обоснования процессов очистки и обмолота початков кукурузы, аналитически обосновывающего новые закономерности взаимодействия системы «растительный объект рабочие органы» и учитывающее анизотропность объектов обработки; отсутствие технических решений по конструкциям очистителей и молотилок, работающих с продукцией повышенной по сравнению с исходными требованиями влажностью и сформулированы научная  и рабочая гипотезы исследований.

       Научная гипотеза по очистке початков переход от конструкций, в которых съем оберток с початков кукурузы носит слу­чайный характер, к конструкциям, в которых такой процесс подчинен определенному закону, возможен, если обеспечено раздельное взаимное перемещение всего пакета оберток с измененным характером облегания поверхности початка относительно поверхности зерновок.

Научная гипотеза по обмолоту початков переход от конструкций, в которых обмолот початков кукурузы связан с неорганизованным воздействием на зерновки, к конструкциям, в которых такой процесс подчинен определенному закону, возможен, если обеспечено перемещение слоя  зерновок относительно стержня.

Рабочая гипотеза интенсификация процессов очистки и обмолота початков кукурузы, обеспечивающих ресурсосбережение, достигается: минимизацией габаритов аппаратов; исключением неорганизованного перемещения початков; обработкой початков во внутреннем пространстве, образованном рабочими органами, при непрерывном взаимном контакте с рабочими органами; уменьшением времени обработки початков.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

обосновать классификационный подход к выбору физико-механи-ческих свойств початков кукурузы и выполнить теоретико-эксперименталь-ные исследования;

теоретически исследовать процесс очистки початков кукурузы в трехвальцовом аппарате и обосновать направления его интенсификации и ресурсосбережения;

выполнить экспериментальные исследования для подтверждения результатов теоретического обоснования процесса очистки початков кукурузы в трехвальцовом аппарате; 

теоретически исследовать процесс обмолота початков кукурузы в трех-вальцовом аппарате и обосновать направления его интенсификации и ресурсосбережения;

выполнить экспериментальные исследования для подтверждения результатов теоретического обоснования процесса обмолота початков кукурузы в трехвальцовом аппарате;

разработать методики инженерного расчета параметров трехвальцовых  очистителя и молотилки початков семенной кукурузы;

разработать проект исходных требований на трехвальцовые очиститель и молотилку початков семенной кукурузы;

провести технико-экономическую оценку эффективности трехвальцовых очистителя и молотилки початков семенной кукурузы.

       Во второй главе приведены программа и методика определения физико-механических свойств гибридов кукурузы, получаемых на Кубани и наиболее распространенных на территории РФ в последние годы.

Для исследования показателей физико-механических свойств предложен  метод, позволяющий выбирать эти показатели по классификационной таблице в зависимости от зоны початка и характера воздействия на него рабочими органами или другими зонами початка.

       Дана математическая модель формы початка кукурузы (1), позволяющая оценивать степень заполнения рабочего пространства очистительных и молотильных аппаратов обрабатываемыми объектами 

         

где  b малая полуось контура початка, м;

a большая полуось контура початка, м;

d максимальный диаметр початка, м;

x текущая координата, м.

       Определены предельные значения размерных характеристик початков кукурузы, которые позволяют выбирать оптимальные габариты рабочих органов: длина вальцов не менее 0,35 м (по общей и опорной длине поверхности початка: от 1,54101 до 2,24101 м; от 1,1101 до 1,43101 м) при условии вращения початка параллельно рабочим органам (по изменению объема занимаемого початком в процессе неупорядоченного перемещения: соотношение объемов вращения початка вокруг продольной и поперечной осей 8:1, именно такое неупорядоченное перемещение приводит к сбоям в работе початкоочистительных аппаратов и молотилок); максимальное расстояние между касательными к поверхностям рабочих органов не более 6,0102 м (по размерам диаметров по опорной поверхности: от 3,9102 до 6,3102 м); диаметр вальцов не менее 2,8102 м (по размерам диаметров початков).

       Определены предельные значения физико-механических свойств початков кукурузы, которые позволяют выбирать оптимальные параметры процессов их очистки и обмолота: моменты инерции создаваемые рабочими органами не менее 9,0102 кгм2 (по моментам инерции початка: от 1,92102 до 8,93102 кгм2); коэффициенты трения поверхностей рабочих органов по поверхностям початков не менее 0,55 (по коэффициентам трения различных пар поверхностей початков и материалов: трения покоя початков в обертках по стальной поверхности составили 0,43, по резине 0,91, початков по початкам 0,53; трения движения по стальной поверхности 0,34, по резине 0,86, по початку 0,47); усилие давления, создающее деформацию оберток до 1,6 мПа (по деформации слоя оберток: от 0,234 до 1,638 МПа); усилие, необходимое для разрыва пакета оберток не менее 770 Н (по усилию разрыва, отнесенному к единице длины опорной поверхности: от 100 до 767 Н/м); усилие, необходимое для отрыва пакета оберток от початка не менее 45 Н (по усилиям отрыва листьев оберток при растяжении и кручении: от 17,1 до 191,0 Н); профиль очистительных вальцов (по структуре листьев обертки: шаг жилкования от 7 до 12 мкм); кинематические параметры (по коэффициентам восстановления зерновок кукурузы от 0,75 до 0,154 при прямом и косом ударах о поверхности тел на  скоростях от 0,80 до 3,14 м/с).

       В третьей главе рассмотрены теоретические предпосылки, позволяющие обосновать управляемость процессов и изменение некоторых физико-механических характеристик неочищенного початка кукурузы, с целью обеспечения выполнения исходных требований к початкоочистительным аппаратам.





В соответствии с поставленной задачей была разработана схема установки для очистки початков (рис. 1).

Теоретические исследования деформаций, возникающих упругих напряжений и перемещений оберток початка выполнили для случаев контакта: 1) очищаемого початка с прижимным барабаном и с направляющей; 2) обрезиненной поверхности приводного вальца, рифлёного вальца и прижимного барабана с очищаемым початком.

Рисунок 1 Установка для разделения и очистки початков:

1 приемный бункер; 2 вертикальный транспортер-дозатор вороха початков; 3 скатная доска; 4 делитель; 5 транспортер очищенных початков; 6 промежуточный бункер неочищенных початков; 7 вертикальный транспортер-доза­тор неочищенных початков; 8 лопастной дозатор; 9 направитель початков;  10 приводной очистительный валец; 11 ведомый очистительный валец; 12 прижимной барабан с карманами; 13 упор

В момент затягивания початка при съеме оберток сближение прижимного барабана и опорной поверхности имело вид:

,(2)

где з – деформация прижимного барабана и опорной поверхности, м;

в – деформация ведомого вальца, м;

п – односторонняя радиальная деформация початка, м;

       н – деформация нижнего вальца, м;

       нп – деформация направляющей поверхности, м;

При снятии оберток с початка сближение прижимного бараба­на и отры-вочных вальцов за счет деформации составило:

  , (3)

где сн – сближение центров осей прижимного барабана и вальцов, м;

б  – деформация прижимного барабана, м;

пp – деформация приводного вальца, м;

–  угол давления, град.

В результате анализа полученных зависимостей установили, что деформация по­чатка в пределах упругости приводит к изменению формы поперечного сечения самого початка и пакета оберток и, соответственно, к увеличению площади контакта. Величина  деформации  початка и пакета оберток  прямо пропорциональна напряжению. Она зави­сит от прочностных характеристик, жесткости, размеров початка и рабочих органов.

Аналитическое исследование деформации оберток дало возмож­ность оценить величину перемещения в радиальном и тангенциальном направлениях (рис. 2 и 3)

   

Рисунок 2 Силы, действующие  Рисунок 3 Перемещения оберток при

на обертки при защемлении прокате початка в очистительном блоке

          ,  (4)

  (5)

где радиальная деформация оберток початка, м;

  тангенциальная деформация оберток початка, м;

k1, k3, k4 коэффициенты, характеризующие углы давления 1, 2;

  Р усилие прижатия початка к вальцам, Н;

rп радиус початка, м;

  Е модуль упругости оберток, Па;

J момент сопротивления сечения слоя оберток, м4;

угол дуги между контактными точками, град.

Полученные выражения для перемещений d и спра­ведливы в интервале для угла от 0 до .

При воздействии разновеликими рабочими органами с центрами кривизн, отстоящими на различных расстояниях как друг от друга, так и от центра обрабатываемого початка, его поверх­ность деформируется и принимает сложную форму (рис. 4).

Рисунок 4 – Зависимость радиальной d (1) и тангенциальной (2) деформаций слоя оберточных листьев от угла с постоянными

Р = 175 Н, d = 50 мм, Е = 6,5108 Па и J = 4.510-10 м4

               Определение угла затягивания початка в рабочую щель выполнено графо-аналитическим методом (рис. 5)

Рисунок 5 Схема затягивания початка в трехвальцовом очистительном блоке

,                         (6)

где   угол затягивания;

rб радиус прижимного барабана, м;

d* зазор в очистительном блоке, м;

rп  радиус початка, м.

       Выражение (6) позволило определить угол затягивания, ко­торый образуется между рабочими органами и початком. Для приня­той схемы очистительного аппарата с учетом радиусов вальцов (rб = 0,175 м, rпp = 0,0355 м,  rв = 0,028 м) были выполнены расчеты для значений зазора d*. В результате анализа полученных данных определили, что при зазоре между прижимным барабаном и плоскостью скольжения, равном  диаметру  початка, очистка  последнего  не проис­ходит, так как он только касается этих поверхностей.

       Величина зазора DE = d*  между очистительными вальцами и прижимным барабаном определялась по формуле:

                               ,                         (7)

где rв радиус ведомого вальца, м;

;  (8)

  rпр   радиус приводного вальца, м.

       Длина дуги прижимного барабана, необходимая для очистки одного початка, составляла:        

,

                                                                                                        (9) 

где длина дуги на участке загрузки початка в очистительный блок,

;

длина дуги, на которой происходит возвращение початка в исходное

  положение

,

длина дуги прижимного барабана, на которой происходит съем

оберток, м;

длина дуги барабана, на которой располагается карман ,м;

где А1 коэффициент, учитывающий размерные характеристики початка;

длина дуги прижимного барабана нейтрального участка,

, м;

       А2  – поправочный коэффициент, учитывающий перекатывание к карма-

ну очищенного початка.

Диаметр прижимного барабана определили как:

                                                                                        (10)

где d диаметр прижимного барабана, м;

  nк число карманов на барабане, шт.

  Время полного цикла обработки початка при съеме оберток составило:

                                          ,                                                 (11)

где  T время обработки одного початка, с;

vб линейная скорость прижимного барабана, м/с;

  кинематический коэффициент.

       Производительность очистительного аппарата определили как:

                                                                        (12)

где Q производительность очистительного аппарата, т/ч;

  1 коэффициент использования очистительного аппарата;

m масса початка, кг.

       Баланс мощности на съем оберток составил:

                                        Nоч  = Nдеф + Nпр + Nотр,                                 (13)

где Nоч мощность на съем оберток пакетом, Вт;

Nдеф мощность на деформацию оберток, , Вт,

где Рв  усилие поджатия ведомого вальца, Н;

Т время очистки одного початка, с;

f коэффициент трения качения пары валец-початок;

Nпр  мощность на прокат оберток, ,Вт,

где Рб  усилие прижатия барабана, Н;

Nотр мощность на отрыв оберток пакетом, ,Вт,

где Роб усилие отделения пакета листьев обертки, Н;

Т2  время съема пакета оберточных листьев, с.

Мощность электродвигателя для привода очистительного аппарата определена из выражения

                          ,                         (14)

где мощность, необходимая для привода очистительного аппарата, Вт;

  Nxxмощность холостого хода, Nxx = 0,25Nоч, Вт.

       С учетом проведенных исследований, установили, что основными направлениями ресурсосбережения процесса очистки початков кукурузы являются:

        разработка конструкции, принцип которой может быть использован как в линиях, так и для очистки малых партий початков кукурузы;

        снижение материалоемкости за счет минимизации габаритов аппарата;

обеспечение устойчивости технологического процесса очистки початков за счет создания индивидуального рабочего пространства для каждого початка;

повышение надежности процесса за счет постоянного контакта початка с тремя поверхностями рабочих органов и обработки без продольного перемещения по рабочим органам;

рост энергонасыщенности процесса очистки в результате использования принципа съема оберток единым пакетом.

В четвертой главе даны программа и методика исследований процесса очистки початков кукурузы в трехвальцовом аппарате.

Исследование деформации оберток при прокате отрывочными вальцами проводилось методом моделирования процесса на лабораторной установке. Усилие прижатия от 85 до 550 Н создавалось в трехвальцовом блоке очистительного аппарата прижимным вальцом. Верхний предел усилия прижатия был меньше значения разрушающей силы початка.

При проведении исследований съема оберток использовались как стандартные резиновые втулки вальцов диаметром 71 мм, так и стальные вальцы с рифленой поверхностью диаметром 58 мм и гладкие диаметром 86 мм.  В процессе исследований было установлено, что стальные гладкие не подходят для процесса съема оберток пакетом. Поэтому в дальнейшем использовались только вальцы с резиновыми втулками и рифленые.

Установлено, что при нагружении внешними силами початка происходит деформация в несколько этапов. Сначала деформируются  листья обертки, затем наступает разрушение связи зерновок со стержнем, и они начинают выдавливаться, а затем происходит разрушение стержня початка. Сложность точного решения контактной задачи при одновре­менном  действии на початок нормальных и касательных сил, заста­вила ограничиться ее приближенным решением. Основное допущение приближенного решения заключалось в том, что для  нормальных  сил  сохранялся эллипсоидальный закон  распределения  по  площади  контакта, а касательные были пропорциональны нормальным. Отношение касательных к нормальным силам приняли ве­личиной постоянной, равной коэффициенту трения.

Влияние касательных сил сказывается в постепенном приближении точки с наибольшим ка­сательным напряжением из глубины к поверхности соприкасающихся тел и в росте величины этого напряжения параллельно с увеличени­ем значения коэффициента трения.

Расчетное значение полоски контакта без учета давления определили из выражения:

(15)

где  Sn – полоска контакта вальца с початком, м2;

  a – малая полуось эллипса контакта, м;

  b – большая полуось эллипса контакта, м;

  x – текущая координата малой полуоси эллипса контакта, м.

Экспериментально определили, что с увеличением давления со стороны рабочего органа на початок абсолютное уд­военное значение большой оси эллипса приближается к длине опор­ной поверхности початка. Так, если при на-

грузке 85 Н оно составляло 64% при контакте с обрезиненным вальцом и 44 со стальным, то при давлении 550 Н оно составляло 94% для обрезиненного и 76% для стального. Необходимо отметить, что на значение величины размеров контактной поверхности влияют также физико-механические свойства контактирующих тел. Резина более эластична, и ее показатели соизмеримы с показателями початка в обертке. За счет большей деформации обрезиненных поверхностей вальцов увеличивается поверхность контакта.

Что касается ширины полоски контакта, равной удвоенному значению длины малой оси эллипса, то она при увеличении давления от 85 до 550 Н удваивается, и это способствует более интенсивному «вспучиванию» обер-ток початков между точками давления.

Исследование давления и кинематики привода на процесс съема оберток пакетом позволило установить следующее. С увеличением поджатия початка от 52,5 Н при = 1,385 Н до 550 Н при = 0,72  количество оборотов вокруг оси, которое совершает початок при съеме с него оберток, уменьшается с 3,78 до 0,68. Необходимо отметить, что при = 1,385 и усилии 52,5 Н количество оборотов початка, совершаемое вокруг оси, колеблется от 12 до 1,5. Все это говорит о неустойчивости процесса. При этом некоторые початки, проходя через початкоочистительный аппарат, перекатыва­лись по вальцам и не освобождались от оберток. При = 1 отмечались слу­чаи, когда один или несколько листьев обертки закру­чивались вокруг  початка, и в таком положении он про­должал вращаться, не освобождаясь от оберток. Технологический процесс съема оберток осуществляется в за­данном режиме, т. е. за один оборот (и меньше) початка вокруг своей оси при значениях < 1.

Эмпирические зависимости числа оборотов почат­ков вокруг своей оси от усилия поджатия к отрывочным вальцам в процессе проката в очистительном аппарате составили:

для ведомого обрезиненного вальца

при  = 0,72                                                         (16)

для стального рифленого вальца

при = 1,385                                 ,                 (17)

при = 1,154                                                  (18)

при = 1,0                                                 (19)

при = 0,867                                                 (20)

при = 0,72                                 .                 (21)

       Уменьшение значения кинематического коэффи­циента с одновременным

усилением поджатия очищаемых початков к вальцам приводило к улучшению протекания технологического про­цесса. Сокращение числа оборотов початка при съеме оберток дало право сделать выбор в пользу режима = 0,72 и усилия поджатия початка P = 550 H. Это гарантировало уменьшение габари­тов аппарата и увеличение производительности при соблюдении исходных требований к очистке початков.

Усилия отделения листьев оберток определяли для приводного отрывоч­ного  вальца с резиновыми  втулками и ведомых стального  рифленого и со

со стандартными резиновыми втулками.

       Для стального рифленого вальца среднее значение величины разрыва составляло 52,61 Н, максимальное 158 Н, минимальное 25 Н.

Для вальца со стандартными резиновыми втулками среднее значение было 41,11 Н, максимальное 130 Н, минимальное 20 Н.

Таким образом, для процесса очистки предпочтительно сочетание вальцов с обрезиненной поверхностью и рифленых с шагом жилкования на листьях обертки.

       Процесс съема оберток с початков полной спелости представлены на рисунках 6 и 7.

Уточнение основных параметров початкоочистительного аппарата выполнили методом планирования эксперимента. После реализации матрицы планирования были определены коэф­фициенты регрессии и получено уравнение:

  (22)

 

  Рисунок 6 а  Рисунок 6 б Рисунок 6 в

   

  Рисунок 6 г Рисунок 6 д

  Рисунок 6 Съем оберток Рисунок 7 Очищенный

  с початка полной спелости початок с пакетом снятых оберток 

 

       В результате предварительного анализа установлено, что основными факторами, влияющими на процесс очистки початков, являются усилие поджатия, кинематический коэффициент и коэффициенты трения. Поэтому был проведен полный анализ всех шести двумерных сече­ний поверхностей откликов, характеризующих качество очистки по­чатка по числу оборотов его вокруг своей оси при съеме оберток в зависимости от: прижатия к вальцам Р и кинематического коэффициента при коэффициенте трения f = 0,59, скорости вращения прижимного вальца v = 0,8 м/с и угле поворота осей  = 0°; Р и f  при = 0,95, v = 0,8 м/с и = 9,22°; Р и v при = 0,95,  f = 0,59 и = 16,85°; и f при Р = 300 H, v = 0,8 м/с и = 9,21°; и v при P = 300 H, f = 0,59 и = 0°; f и v при P = 300 H, = 0,95 и = 45°.

В пятой главе рассмотрены теоретические предпосылки, позволяющие обосновать управляемость процессов и изменение некоторых физико-меха-нических характеристик початка кукурузы, с целью обеспечения выполнения исходных требований к молотильным аппаратам.

Изучение контактных напряжений, действующих при передаче усилий от рабочих органов молотильного аппарата на початок, необходимо для решения задачи сохранения целостности початка, зерновок и их зародышей, а также стержня при обмолоте.

При решении вопросов взаимодействия рабочих органов и початков исходили из основных положений клас­сической теории деформации тел  в местах контакта. Вместе с тем учитывали и возникновение касательных нагрузок, связанных с относительным скольжением в процессе выделения зерновок.

       Для обмолота початков кукурузы была разработана схема установки, представленная на рисунке 8. Установка обеспечивала захват початка, прокат его при сохранении целостности зерновок, попадающих в зазор между верхним и нижним вальцами, передачу в молотильный блок, деформацию початка и его обмолот с последующей разгрузкой молотильного блока.

       Теоретические исследования возникающих упругих напряжений и перемещений зерновок выполнили для случаев контакта: 1) обмолачиваемого початка с прижимным вальцом и с направителем; 2) обрезиненной поверхности приводного вальца, рифлёного вальца и прижимного вальца  с обмолачиваемым початком.

Приняв, что при деформации соприкасающих­ся тел первоначально точечный контакт переходит в контакт по достаточно малой эллиптической площадке, а силы давления между со­прикасающимися телами распределены по площади контакта по элли­псоидальному закону, получили выражение для определения перемещений зерновок при сжатии и эллипсоидальном распределении давлений:                                                                                                                ,                 (23) 

где w перемещение зерновок при сжатии, м;

      a   большая полуось контурного эллипса, м,

                                        ;                         (24)

b малая полуось контурного эллипса, м,

                              ,               (25)

р0 наибольшее давление между соприкасающи­мися телами, Па,

                         , (26)

сближение  соприкасающихся тел, м,

                               . (27)

Рисунок 8 Схема установки для обмолота початков:

1 приемный бункер; 2 распределитель початков; 3 горизонтальный дозатор вороха очищенных початков; 4 дозатор; 5 скатная доска; 6 направитель початков; 7 верхний молотильный валец; 8 нижний молотильный валец; 9 прижимной  молотильный валец; 10 автомат управления; 11 регулирующий пружинный механизм; 12 блок пружин прижимного молотиль­ного вальца; 13 улавливающее устройство для зерна и стержней; 14 решета; 15 рама; 16, 17, 18 кронштейны

       

При обмолоте початка происходит непосредственный контакт рабочих органов с поверхностью зерновок. Нагрузка на початок, подлежащий обмолоту, намного больше, чем при очистке. Сближение контактирующих тел в этом случае определили как

  .  (28)

В результате анализа полученных результатов установили, что деформация по­чатка в пределах упругости приводит к изменению формы поперечного сечения самого початка и, соответственно, к увеличению площади контакта. Величина  деформации  початка прямо пропорциональна напряжению. Она зави­сит от прочностных характеристик, жесткости, размеров початка и рабочих органов.

Упругую линию сечения приняли в  качестве замкнутого кольца, закрепленного в молотильном аппарате. В результате защем­ления початка происходит деформация слоя зерновок с желаемым изменением формы и разрушением связи их со стержнем, что способствует улучшению выделения их с поверхности початка. При этом усилие деформации не должно создавать напряжений, превышающих предел упругости стержня початка. Радиальные и тангенциальные перемещения слоя зерновок определили аналогично перемещению слоя оберток (4, 5).

Рисунок 9 Зависимость деформаций початка при обмолоте в трехвальцовом

аппарате от угла

1 d радиальные деформации; 2 тангенциальные деформации

Полученные выражения для перемещений d и спра­ведливы в интервале для угла от 0 до . Для случая, когда происходит обмолот початка диаметром d = 0,05 м в трехвальцовом аппарате при сжатии прижимным вальцом с усилием P = 175 Н, моменте сопротивления сечения слоя зерновок початка J = 2,0831010 м4, модуле упругости Е = 5108 Па и изменении угла от 0 до 0,8 характер радиальных и тангенциальных деформаций представлен на рисунке 9.

Рассматривая схему молотильного блока, определили угол затягивания                                                         (29)

       На величину угла затягивания початка влияет значение технологического зазора , который предусмотрен в молотильном аппарате (рис. 10).

Для приня­той схемы молотильного аппарата с учетом радиусов вальцов (rпж = 0,0355 м , rвх = 0,0355 м , rн = 0,028 м) определили углы затягивания 36,9073,40° для початков без оберток  диаметром 0,030,065 м. Это соответствует сумме углов трения для початков без оберток о сталь и резину, т. е. рабочие органы с резиновым покрытием обеспечат затягивание початков в рабочий зазор.

Рисунок 10 Схема к определению  Рисунок 11 Схема к определению

  угла затягивания в молотильном блоке  зазора в молотильном блоке

               

       Величина зазора в молотильном блоке составила (рис. 11):

,                         (30)

где rвх радиус верхнего вальца, м;

rн радиус нижнего вальца, м.

                                 

  При обмолоте рабочие органы, включающие прижимной и молотильные вальцы (верхний и нижний), обеспечивают вращение початка с одновременным проскальзыванием относительно зерновой части. Это происходит за счет различия физико-механических характеристик поверхностей рабочих органов и зерновой поверхности, давления на початок и кинематики механизма привода вальцов. Отношение линейных скоростей прижимного вальца и верх­него вальца характеризуется коэффициентом

                                        .                                         (31)

При = 1 линейные скорости прижимного, верхнего и нижнего вальцов в точке контакта равны, т. е. Из этого следует, что початок, подверженный воздействию равнодействующих Rпж, уравновешен моментами этих сил. Момент Mпж, выталкивающий початок, уравновешивается моментом Мвх, поэтому теоретически нижний валец не воздействует на початок. Однако на практике из-за неравно­мерности работы привода, неровности поверхности початка затягивание и обмолот осуществляются, но в целом процесс является неустойчивым.

При > 1 линейные скорости прижимного, верхне­го и нижнего вальцов не равны, т. е.   Из этого следует, что початок в рабочее прост­ранство молотильного блока не входит, а, вращаясь вокруг своей оси, продолжает катиться по поверхности верхнего и прижимного вальцов.

       Таким образом, рабочим режим молотильного блока является при условии, когда < 1.

Длина дуги прижимного вальца, необходимая для обмолота одного початка, составила (рис. 12):

                        (32)

Линейная зависимость изменения длины дуги, по которой происходит обмолот одного початка, от геометрических размеров початка свидетельствует, что с увеличением его диаметра резко возрастает путь, необходимый для обмолота одного початка.

Рисунок 12 Схема для определения длины дуги рабочей зоны

       

       Полное время цикла для обмолота одного початка составило: 

                                               .                                         (33)

       Выделение зерновок из початка при обмолоте рассмотрели при условии, что характер изменения контактной силы и ускорений определяется только упругим местным смятием. При передаче внешних касательных усилий, вызванных приложенными к ним моментами, материал прижимного вальца подходит к поверхности контакта сжатым, а выходит из его зоны растянутым. Зерновки початка оказываются растянутыми на входе в контакт и сжатыми на выходе. Переход материалов прижимного вальца и початка кукурузы из состояния сжатия в состояние растяжения наблюдается на некотором участке контакта и обяза­тельно сопровождается упругим скольжением соприкасающихся поверхно­стей, что и приводит к обмолоту зерновок.

       Скорость  относительного  перемещения vск соприкасающихся  поверхно­стей  в зоне скольжения составила:

  , (34)

где  vк скорость качения початка, м/с;

rп и R2 радиусы кривизны початка и вальца или прижимного вальца в

точках на­чального касания, м. 

Увеличение скорости вращения початка и рабочих органов способствует повышению скорости проскальзывания контактных поверхностей.

Зависимость мощности, затрачиваемой на перекатывание с обмолотом при упругом скольжении пары початок валец, составила

,         (35)

где kc коэффициент сцепления материала вальца с поверхностью початка.

В результате анализа полученных данных установили, что увеличение диаметра початка и скорости его проката приводят к увеличению затрат энергии на обмолот зерновок. Экспериментально определено, что при усилии поджатия початка 175370 Н происходит полный обмолот зерновок без повреждения.

Движение зерновок при выдавливании  вальцом, воздействующим на початок, рассмотрели с учетом непостоянства величины и направления начальной скорости их движения. Величина и направление начальной скорости u0 движения зерновок является функцией скорости движения вальца vв, скорости вращения початка вокруг своей оси vп и  удара, возникающего в точке контакта:

                        (36)

Рассмотрев процесс многократного соударения зерновок с поверхностями, получили параметрическую форму скорости движения зерновки в молотильной камере в общем виде, а также закон движения:

  (37)

;  (38)

  (39)

  ,  (40)

где С – произвольная постоянная, С = 0 при движении зерновки вдоль поло-

жительного направления оси Y1,

проекция вектора скорости на оси 1 и Z;

скорость зерновки в момент удара в точке М, м/с;

m угол отклонения начальной скорости движения зерновки  после от-

ражения относительно оси абсцисс, м;

  kv – коэффициент восстановления;

m, m – углы падения и отражения зерновки в точке M.

Анализ уравнений (3740) позволяет определить скорость и закон движения зерновки, количество ударов о стенки молотилки, а также основные факторы, влияющие на ее движение.

Увеличение угла от 0° до 75° приводит к уменьшению числа встреч зерновок с поверхностями рабочего пространства. Например, зерновки вышедшие с начальной скоростью 0,24 м/с при = 0°, совершают один удар при своем движении от момента выделения из початка до выхода из рабочего пространства, а при = 75° движутся без соударений.

Возрастание U0 приводит к увеличению числа ударов зерновки о стенки молотилки. Например, при скорости U0 = 0,24 м/с и = 0° зерновка совершает один удар, а при U0 = 1,0 м/с – два.

Увеличение kv ведет к росту числа ударов зерновок о стенки. Например, если U0 = 1,0 м/с и = 0°, то при kv = 0,4 количество ударов два, а при kv = 1,0 оно возрастает до четырех.

Обмолот кукурузы осуществляется за счет деформации початков, обеспе­чивающей начальное выделение нескольких рядов зерен и сил трения, способствующих выделению оставшегося зерна. Поэтому общую мощность, необходимую для обмолота, представили как

  Nоб  = Nдеф + N тр + Nу,                               (41)

где  No6 мощность, необходимая для обмолота початка,  Вт;

Nдеф – мощность на деформацию початка, Вт,

Nдеф = (1,11,3)Рvпж,

где Р – усилие поджатия прижимного вальца к початку, Р = 200650 Н;

  vпж – скорость прижимного вальца, vпж = (0,720,87)vвх м/с.

  Nтр – мощность на преодоление сил трения при прокате прижимного

вальца по початку, Вт,

Nтp = fPvпж,

где f – коэффициент трения, f = 0,461,08.

       Мощность на холостой ход определили из выражения, предложенного М.А. Пустыгиным

                       ,

где А и В – коэффициенты пропорциональности, зависящие от геометри-

ческих параметров вальцов, А = 0,3102 Нм и  В = 0,68101 Нмс2;

р – угловая скорость вальцов, с1.

       На основании аналитических и теоретических исследований были определены основные направления ресурсосбережения процесса обмолота початков кукурузы: разработка конструкции, принцип которой может быть использован как в линиях, так и для обмолота малых партий початков кукурузы; снижение материалоемкости за счет минимизации габаритов аппарата; обеспечение устойчивости технологического процесса обмолота початков за счет создания  индивидуального рабочего пространства для каждого початка; повышение надежности процесса за счет постоянного контакта початка с тремя поверхностями рабочих органов и обработки без продольного перемещения по рабочим органам; рост энергонасыщенности процесса очистки в результате использования принципа обмолота при интенсивной предварительной деформации слоя зерновок с последующим выдавливанием с одновременным вытиранием при малых скоростях.

       В шестой главе даны программа и методика исследований, схемы лабораторных установок для исследования деформации початков и выделения из них зерновок, результаты исследования обмолота початков кукурузы в трехвальцовом аппарате.

       Эмпирическая зависимость усилия выдавливания зерновки кукурузы от угла давления имеет вид (рис. 13):

Рисунок 13 Зависимость усилия разрушения Рв связей отдельных зерновок

со стержнем от угла давления

     

,                 (42)

где Рв – усилие выдавливания отдельной зерновки, Н;

  – угол давления, град.

       Зависимости выделения зерновок при обмолоте от характера их взаиморасположения на початке представили в виде арифметической прогрессии. Если воздействие осуществляется на первый ряд зерен, то для  четного числа рядов получили:

,                       (43)

где S – число выдавливаемых зерен, шт;

a1 – порядковый номер ряда, участвующего в выделении зерен;

  an  n-й ряд, участвующий в процессе выделения зерен;

n – число зерен, участвующих в процессе выделения, шт.

Если воздействовать на 2-й ряд зерен при четном числе рядов, то

,                 (44)

где  а2 – второй ряд зерен.

Если при обмолоте воздействие направлено на первый ряд зерен, то для  нечетного числа рядов

,               (45)

Если при обмолоте воздействие осуществляется на второй ряд зерен, то при нечетном числе рядов число выделенных зерновок составит:

,          (46)

где n1 – число парных рядов.

       Определены характеристики площадки контакта початка и вальца в зависимости от усилия поджатия (табл.).

       Из анализа приведенных данных следует, что с увеличением угла давления разрушение связи зерновок со стержнем резко уменьшается. Это подтверждается тем фактом, что процесс выделения зерновок наиболее эффективен при угле давления 90°. Такой процесс возможен при интенсивном контакте со скольжением. В этом случае наиболее приемлемым является аппарат, копирующий форму обрабатываемого объекта, в котором каждый початок обмолачивается при интенсивном контакте с изменением некоторых физико-механических свойств.

Таблица Характеристика площадки контакта початка и резиновой поверхности вальца в зависимости от усилия поджатия

Длины

полуосей

площадки контакта, м

Сила поджатия, Н

85

178

271

364

457

550

9,7510-2

11,7010-2

12,9510-2

13,6510-2

14,2510-2

14,7510-2

2b

1,3010-2

1,7010-2

2,0510-2

2,1510-2

2,3010-2

2,5010-2

С целью выбора оптимальных технологических показателей обмолота нами были выполнены исследования влияния усилия поджатия початков  к вальцам в процессе выделения зерновок из початков, зависимости процесса выделения зерновок от влажности, установлен характер выделения зерновок в зависимости от скорости при различной шероховатости поверхностей рабочих органов молотильного аппарата.

В результате  исследования влияния относительной влажности зерновок на процесс обмолота початков была установлена эмпирическая зависимость средних значений разрушения зерновок от влажности w (рис. 14)

               .         (47)

       Очевидно, что допустимым значением влажности можно считать интервал до 40%.

       Исследованы зависимости средних значений числа оборотов початка вокруг своей оси до полного обмолота при использовании вальцов с резиновыми втулками со средним значением коэффициента трения f = 0,9 и влажности зерна 12,414,1% при изменении усилия поджатия к вальцам от 0,2 до 1,2 кН.

При возрастании усилия поджатия к вальцам процесс плавно переходит в асимптотически приближающийся к критическому значению. Величина его лежит в пределах 2-х оборотов початка вокруг своей оси. Однако необходимо отметить, что увеличение скорости вращения вальцов ведет к ухудшению процесса обмолота. Особенно это заметно при скорости обмолота более 0,9 м/с, когда початок обмолачивается за три и более оборота вокруг своей оси. Поэтому рекомендуемая скорость обмолота может составлять до 0,81,2 м/с при использовании вальцов с резиновыми втулками на обработке початков с относительной влажностью зерновок  1114%.

Рисунок 14 Зависимость разрушения зерновок при обмолоте от влажности w

       

       Влияние скорости вращения вальцов при различных шероховатостях рабочих поверхностей на процесс обмолота было проверено на двух типах вальцов стальных и с резиновыми втулками.        Увеличение шероховатости поверхности материала вальцов приводит к интенсификации процесса выделения зерновок, и снижению оборотов початка вокруг своей оси до двух при полном обмолоте. Поэтому для исследования обмолота были приняты шероховатости рабочих поверхностей от f = 0,23 для стали до f = 0,95 для резины при постоянной величине поджатия вальцов к початкам Р = 0,65 кН.

       Уточнение основных параметров трехвальцового молотильного аппарата выполнено методом планирования эксперимента и получено уравнение.

                                        (48)

       После канонического преобразования провели анализ с помо­щью двумерных сечений поверхности отклика, характеризующих ко­личество оборотов початка вокруг своей оси при обмолоте в зависимости от: прижатия к вальцам Р и кинематического коэффициента при скорости вращения вальцов v = 0,9 м/с и угле поворота осей = 34,21°; Р  и  v при коэффициенте трения f = 0,51 и = 14,81°; f и v при P = 650 и = 34,84°.

В седьмой главе приведены алгоритмы расчета очистительного и молотильного аппаратов с контрольными примерами расчетов, а также разработанные в соответствии с методикой ВИМ проекты исходных требований на трехвальцовые аппараты, которые включали все необходимые позиции на базовые машинные технологические операции послеуборочной обработки.

В восьмой главе дана оценка технического уровня початкоочистительного и молотильного аппаратов.

       Получены следующие показатели экономической эффективности вложения капитальных средств при объеме обработки початков кукурузы урожайностью 50 ц/га с площади 100 га.

       Чистый дисконтированный доход: для очистителя початков – 295,1 тыс. руб.; для молотильного аппарата – 9543 руб.

       Дисконтированный срок окупаемости: для очистителя початков – 0,912 года; для молотильного аппарата – 3,04 года.

Обобщенный показатель предлагаемого початкоочистителя Dэкс превышает обобщенный показатель DОП-15С початкоочистителя ОП-15С на 0,198.

Обобщенный показатель разрабатываемой молотилки Dэкс превышает обобщенный показатель молотилки початков МКП-3 DМКП-3  на 0,25.        

Общие выводы и предложения:

       1. Разработана научная концепция очистки и обмолота початков кукурузы, в которой трехвальцовые аппараты как главные конструктивные элементы способствуют реализации проблемы создания ресурсосберегающих технических средств, максимально адаптированных к особенностям початков кукурузы. Предлагаемые трехвальцовые аппараты, в которых учтены специфика съема оберток и выделения зерновок за счет непрерывного контакта очищаемых от оберток и обмолачиваемых початков кукурузы с рабочими органами, обеспечивают взаимное перемещение пакета оберток относительно зерновой части и слоя зерновой части относительно стержня.

       2. Для определения анатомо-морфологических и физико-механических свойств початков кукурузы предложена классификационная схема выбора показателей, которая позволяет оптимизировать процесс исследования. Это обусловлено тем, что классификационный подход базируется на рассмотрении початка кукурузы как сложного биологического объекта, многослойного по структуре и анизотропного по свойствам, разделенного на шесть основных зон. Исследуемые показатели могут быть выбраны по принципу характера воздействия рабочими органами средств механизации или другими зонами початка на данную зону початка.

       3. Определены предельные значения размерных характеристик початков кукурузы, позволяющие оптимизировать габариты рабочих органов, что обеспечивает ресурсосбережение за счет уменьшения материалоемкости: длина вальцов максимальная длина початков плюс 0,1 м при условии вращения початка параллельно рабочим органам без продольного перемещения; максимальное расстояние между касательными к поверхностям рабочих органов не более 6,0102 м; диаметр вальцов не менее 2,8102 м. 

       4. Определены предельные значения физико-механических свойств початков кукурузы, которые позволяют выбирать оптимальные параметры процесса их очистки, что обеспечивает ресурсосбережение за счет уменьшения энергоемкости: коэффициенты трения поверхностей рабочих органов по поверхностям початков не менее 0,55; давление, создающее деформацию оберток, до 1,6 мПа; усилие, необходимое для разрыва пакета оберток не менее 770 Н; усилие, необходимое для отрыва пакета оберток от початка не менее 45 Н.

       5. Установлена зависимость для определения коэффициентов восстановления зерновок кукурузы при косом ударе, позволяющая выбирать начальные параметры наиболее экономичного режима взаимодействия початков кукурузы с рабочими органами во время съема оберток и обмолота. На скоростях до 3,4 м/с и углах падения 7590 происходит скольжение зерновок по поверхности рабочих органов, которое не сопровождается разрушением в первом случае початков, а во втором зерновок. Такие параметры могут обеспечить трехвальцовые аппараты, работающие в режиме непрерывного контакта.

       6. Установлено три характерных системы деформаций початков кукурузы при съеме оберток и обмолоте. Значения деформаций в зоне упру­гого локального контакта початка под влиянием внешних нагрузок от рабочих органов позволяют определить начальные параметры технологических процессов очистки и обмолота, обеспечивающие захват вальцами листьев обертки и разрушение связей зерновок со стержнем. Значения местных напряже­ний в зоне силовых контактов, передающих концентри­рованные сжимающие нагрузки, позволяют установить конечные значения параметров технологических процессов очистки и обмолота. Характеры деформаций как слоя оберток, так и слоя зерновок аналогичны, но отличны по величинам. 

       7. Разработаны математические модели процессов очистки от оберток и обмолота початков кукурузы для предложенных схем технических средств, работающих в режиме непрерывного контакта с обрабатываемым растительным материалом, позволяющие минимизировать выбираемые параметры и режимы их работы.

       Графо-аналитические решения дали возможность определить основные параметры и режимы трехвальцовых аппаратов для съема оберток и обмолота (углы затягивания, зазоры, геометрические параметры рабочих органов, кинематические параметры, технологические режимы и эксплуатационные показатели), на основе которых разработаны методики инженерного расчета.

       Определено, что режим очистительного блока является рабочим при значении кинематического коэффициента < 1. Для улучшения процесса очистки початков и исключения разрушения зерновок необходимо, чтобы ведомый валец был с рифленой поверхностью и изготовлен из материала с меньшим коэффициентом трения. 

       8. Обоснована технологическая схема очистителя початков, обеспечивающего разделение функций при обработке в пределах упругости оберток  и зерновой части и съем оберток пакетом.

Установлено, что оптимальная работа початкоочистительного аппарата возможна при рабочем зазоре меньше минимального диаметра початка  с учетом его деформации. Тогда  углы затягивания для початков диаметром 3065 мм составляют интервал 18,6840,40°.

Определены оптимальные значения основных технологических параметров: усилие поджатия початка к очистительным вальцам 175500 Н, коэффициенты трения контактных поверхностей прижимного и приводного вальцов не менее 0,53, ведомого вальца не более 0,50, кинематический коэффициент 0,720,87; рабочая окружная скорость вальцов 0,21,2 м/с.

9. Установлено, что выделение зерновок из початка на обмолоте без повреждения возможно при минимизации времени контакта с рабочими органами и условии, если окружная скорость прижимного вальца меньше, чем у приводного и ведомого, а его поверхность имеет характеристику, близкую по шероховатости к резине. Оптимальные значения основных параметров при этом должны составлять: усилие поджатия початка к вальцам 0,651,20 кН, коэффициенты трения поверхностей контакта прижимного, верхнего и нижнего вальцов не менее 0,53, кинематический коэффициент должен иметь значения 0,720,87, рабочая окружная скорость вальцов 0,21,2 м/с.

10. Методом планирования эксперимента уточнены основные параметры технологического процесса очистки початков от оберток: среднее значение усилия поджатия початка к очистительным вальцам 210 Н, коэффициенты трения поверхностей контакта прижимного и приводного вальцов не менее 0,63, ведомого вальца не более 0,50, кинематический коэффициент должен иметь значения меньше 0,87, рабочая окружная скорость вальцов не более 0,9 м/с.

11. Методом планирования эксперимента уточнены основные параметры технологического процесса обмолота початков: усилие поджатия початка к вальцам не более 650 Н, коэффициенты трения поверхностей контакта прижимного, верхнего и нижнего вальцов не менее 0,51, кинематический коэффициент должен иметь значения меньше 0,87, рабочая окружная скорость вальцов не более 1,2 м/с.

12. Выполнена оценка эффективности очистительного и молотильного аппаратов по обобщенному коэффициенту функции Харрингтона и определены параметры, требующие дальнейшего совершенствования. Предлагаемые аппараты превосходят по обобщенному показателю Di производственные аналоги: початкоочиститель ОПС-15С на 0,198, а молотилку МКП-3  на 0.25.

       13. Показатели экономической эффективности вложения капитальных средств в процессы очистки и обмолота 500 т початков кукурузы ежегодно составили: чистый дисконтированный доход для очистителя початков 291,1 тыс. руб., для молотильного аппарата 9543 руб.; дисконтированный срок окупаемости для очистителя початков 0,912 года, для молотильного аппарата 3,04 года.

Основные публикации по теме диссертации:

Монографии, книги, брошюры

1. Петунина И.А. Очистка початков кукурузы / И.А. Петунина: монография. – Краснодар: КубГАУ, 2005. – 248 с.

2. Петунина И.А. Обмолот початков кукурузы / И.А. Петунина: монография. – Краснодар: КубГАУ, 2006. – 200 с.

3. Петунина И.А. Очистка и обмолот початков кукурузы / И.А. Петунина. Краснодар: КубГАУ, 2007. 525 с.

Статьи в ведущих научных  изданиях, определенных Высшей

аттестационной комиссией

4. Петунина И.А. Технология очистки початков кукурузы в трехвальцовом аппарате / И.А. Петунина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005, № 9, с. 1213.

5. Петунина И.А. Определение коэффициентов восстановления зерновок кукурузы при ударе / И.А. Петунина // Техника в сельском хозяйстве, 2006, № 3, с. 4446.

6. Петунина И.А. Параметры процесса очистки початков кукурузы /  И.А. Петунина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2006, № 4, с. 89.

7. Петунина И.А. Технология обмолота початков кукурузы в трехвальцовом аппарате / И.А. Петунина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006, № 8, с. 47.

8. Петунина И.А. Обоснование параметров обрушивания початков кукурузы в управляемом режиме / И.А. Петунина // Техника в сельском хозяйстве, 2007, № 1, с. 5254.

9. Петунина И.А. К методу расчета параметров початкоочистительного аппарата / И.А. Петунина, B.C.Кравченко, Е.И. Трубилин, B.C. Курасов // Техника в сель­ском хозяйстве, 2002, №2, с. 1415.

10. Петунина И.А. Некоторые показатели архитектоники и физико-меха-нических свойств початков кукурузы /И.А. Петунина // Техника в сельском хозяйстве, 2008, № 3, с. 3133.

Публикации в сборниках научных трудов, рекомендованных ВАК России

11. Петунина И.А. Движение зерновки кукурузы в камере молотилки / И.А. Петунина // Труды Кубанского государственного аграрного ун-та. Вып. 1. – Краснодар: КГАУ, 2006, с. 313325.

12. Петунина И.А. Анализ показателей архитектоники и физико-механи-ческих свойств початков кукурузы и классификационная таблица по их выбору для исследования процесса послеуборочной обработки / И.А. Петунина // Труды Кубанского государственного аграрного университета. Вып. 2. – Краснодар: КГАУ, 2006, с. 238249.

13. Петунина И.А. Определение длины дуги прижимного вальца, участвующего в процессе обмолота початка / И.А. Петунина // Труды Кубанского государственного аграрного университета. Вып. 4. – Краснодар: КубГАУ, 2006, с. 222229.

14. Петунина И.А. Совершенствование технологии уборки кукурузы на зерно с использованием нового принципа очистки и обмолота / Г.Г. Маслов, И.А. Петунина // Труды Кубанского государственного аграрного университета. Вып. 1(5). – Краснодар: КубГАУ, 2007, с. 169172.

Авторские свидетельства и патенты

15. Пат. 2111644 Российская Федерация, МПК7 А 01D 45/02. Аппарат для очистки початков кукурузы от оберток / Петуниина И.А.; заявитель и патентообладатель КубГАУ. № 96124330/13;  заявл. 26.12.96; опубл. 27.05.1998, Бюл. № 15. 8 с.: ил.

16. Пат. 2112349 Российская Федерация, МПК7 А 01D 45/02. Установка для разделения и очистки початков кукурузы от оберток / Петуниина И.А.; заявитель и патентообладатель КубГАУ. № 97105791/13; заявл. 09.04.97; опубл.10.06.1998., Бюл. № 16. 6 с.: ил.

       17. Пат. 2171023 Российская Федерация, МПК7 А 01F 11/06. Линия обмолота селекционного материала кукурузы / Трубилин Е.И., Куцеев В.В., Курасов В.В. и  Петунина И.А.;  заявитель и  патентообладатель  КубГАУ.   № 99122084;  заявл. 19.10.99; опубл.27.07.01, Бюл. № 21. 14 с.: ил.

18. Пат. 2319336 Российская Федерация, МПК7 А 01F 11/06. Установка для обмолота початков кукурузы / Петунина И.А.; заявитель и патентообладатель КубГАУ. № 2006126218;  заявл. 19.07.06; опубл.20.03.08, Бюл. № 5. 5 с.: ил.

Методические рекомендации и учебные пособия

       19. Петунина И.А. Математика для студентов агроинженерных специальностей / Петунина И.А., Лукъянова И.В.. / Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2005, 616 с.

       20. Петунина И.А. Определенный интеграл и его приложения в производственно-экономических задачах. Учебно-методическое пособие и задачи для самостоятельной работы / И.А. Петунина, И.В. Лукьянова. – Краснодар: КГАУ, 2004, 56 с.

21. Петунина И.А.  Дифференциальные уравнения и их приложения в агроинженерных задачах / И.А. Петунина, И.В. Лукьянова. – Краснодар, КубГАУ, 2005, 64 с.

22. Петунина И.А. Элементы теории корреляции./ Учебно-методическое пособие / И.А. Петунина, И.В.Лукьянова. – Краснодар: КубГАУ, 2007, 32 с.

23. Петунина И.А.Элементы математической статистики / И.А. Петунина, И.В.Лукьянова, И.О. Сергеева // Учебно-методическое пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2007, 32 с.

Статьи в журналах, сборниках научных трудов

24. Петунина И.А. Определение угла затягивания в трехвальцовом початкоочистительном блоке / И.А. Петунина // Энергосберегающие технологии и процессы в АПК: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 1999. – Вып. 371(399). – С. 36–39.

25 Петунина И.А. Время очистки кукурузы в трехвальцовом початкоочистительном блоке / И.А. Петунина // Энергосберегающие технологии и процессы в АПК: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 1999. – Вып. 371(399). – С. 39–43.

26. Петунина И.А. Моделирование управляемого процесса очистки початков кукурузы от оберток / И.А. Петунина // Энерго- и ресурсосбережение производственных процессов АПК: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2000.– Вып. 382(410). – С. 63–67.

27. Петунина И.А. Анализ конструкций початкоочистительных аппаратов в хронологическом аспекте / И.А. Петунина // Энерго- и ресурсосбережение производственных процессов АПК: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2000.– Вып. 382(410). – С. 196–211.

28. Петунина И.А. Технологии уборки кукурузы на зерно в початках / И.А. Петунина // Энерго- и ресурсосбережение производственных процессов АПК: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2000. – Вып. 382(410). – С. 67–72.

29. Петунина И.А. Некоторые особенности архитектоники початков кукурузы / И.А. Петунина // Материалы  научной  конференции  КубГАУ. –  Краснодар, 2001. – С. 4–6.

30. Петунина И.А. Изменение ширины листьев обертки початков кукурузы от давления при прокате / И.А. Петунина // Экология и здоровье человека. Экологическое образование. Математические модели и информационные технологии: материалы VI междунар. конф. – Краснодар, 2001. – С. 281–285.

31. Петунина И.А. Геометрия внутреннего пространства початкоочистительного аппарата / И.А. Петунина // Оптимизация и ресурсообеспечение технологических процессов в АПК: сб. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2002. – Вып. 398(426). – С. 534–537.

32. Петунина И.А. Классификация способов и средств механизации процесса обмолота початков кукурузы / И.А. Петунина // Оптимизация и ресурсообеспечение технологических процессов в АПК: сб. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2002.– Вып. 398(426). – С. 279–304.

33. Петунина И.А. Моделирование оценки эффективности работы роторного початкоочистительного аппарата / И.А. Петунина  // Межвузовская научно-методическая конференция. Компьютеризация учебного процесса и вопросы применения компьютерных и информационных технологий 1617 мая 2002 г., Краснодар // Тр. / МО РФ КВАИ. – Краснодар, 2002. – с. 257263

34. Петунина И.А. Физико-механические свойства злаковых растений / И.В. Лукьянова, И.А. Петунина  // Материалы. Х Международная конференция: «Математика. Компьютер. Образование». – Пущино, 2003. С. 270.

35. Петунина И.А. Эффективность управляемого процесса работы очистительного аппарата / И.А. Петунина // Актуальные проблемы экологии, экономики, культуры: науч. материалы междунар. конф. – Пятигорск, 2003. – С. 157–163 .

36. Петунина И.А. Постановка задачи о математическом моделировании сельскохозяйственных растений как объектов технологической переработки / И.А. Петунина, И.В. Лукьянова // Образование. Экология. Экономика. Информатика: материалы V междунар. конф. – Астрахань, 2003. С. 244. 

37. Петунина И.А. Теоретическое обоснование съема оберток с початков кукурузы / И.А. Петунина // Технологии и средства механизации сельского хозяйства: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2003. – С. 90–98.

38. Петунина И.А. Определение прочностных и энергетических параметров разрушения обертки початка кукурузы / И.А. Петунина // Технологии и средства механизации сельского хозяйства: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2003. – С. 98–106.

39. Петунина И.А. Постановка вопроса об обмолоте початков кукурузы / И.А. Петунина // Энергосберегающие технологии и процессы в АПК: сб. науч. тр. / КубГАУ. – Краснодар, 2003. – С. 68–69.

40. Петунина И.А. Определение углов затягивания / В.С. Кравченко,  И.А. Петунина // Совершенствование механизированных технологий, технического обслуживания и ремонта машин: Сб. научн. трудов. КубГАУ, вып. 415 (443). – Краснодар: 2005, с. 150154.

41. Повышение эффективности машинных технологий в растениеводстве  и животноводстве, надежности машин и использования МТП 02.02.006 03417: отчет о НИР (заключ.) / Куб. гос. аграр. ун-т; руководители:  А.Н. Медовник, Г.Г. Маслов. – Краснодар, 2006, – ГР 01200113467. 172 с.

42. Петунина И.А. Методика выбора физико-механических показателей для обоснования процесса обмолота початков кукурузы / И.А. Петунина  // Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки: материалы науч. конф. КубГАУ. – Краснодар: 2008, с. 5965.

Депонированные рукописи

43. Петунина И.А. Кинематика в управляемом процессе очистки початков кукурузы / И.А. Петунина // Деп. во ВНИИТЭИагропром 27.02.98 г., № 30 ВС–98. – 7 с.

44. Петунина И.А. Взаимосвязь некоторых физико-механических свойств початков с процессом послеуборочной обработки кукурузы / И.А. Петунина // Деп. во ВНИИТЭИагропром 27.02.98 г., № 31 ВС–98. – 13 с.

45. Петунина И.А. Деформация оберток початков кукурузы и ее влияние на качество очистки / И.А. Петунина // Деп. во ВНИИТЭИагропром 27.02.98 г., № 32 ВС–98. – 18 с.

Свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ

       46. Зазор между рабочими органами при взаимодействии многовальцового ротора с обрабатываемым предметом: программа / Петунина И.А., Цыбулевский В.В. // Свид. № 2008612672. М.: Роспатент, 2008. 3 с.

       47. Расчет числа оборотов початка кукурузы вокруг своей оси при съеме с него оберток пакетом: программа / Петунина И.А., Цыбулевский В.В. // Свид. № 2008612673. М.: Роспатент, 2008. 4 с.

               

Отпечатано в типографии КубГАУ

350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13






© 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.