 Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
На правах рукописи Максимов Александр Григорьевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2008 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Великолукская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Вагин Борис Иванович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Фомин Иван Михайлович Ведущая организация - ФГУ Северо-Западная государственная зональная МИС Защита состоится 22 мая 2008 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 006.054.01 при Государственном научном учреждении Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское ш., 3, факс (812) 466-56-66 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Автореферат разослан 12 апреля 2008 г. Учёный секретарь диссертационного совета Черей Н.Н. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследований. Картофель - одна из важнейших технических культур, возделываемых в нашей стране. По объёмам производства картофеля Россия по-прежнему занимает первое место в мире (около 15% мирового производства). Уборка картофеля является трудоёмким процессом в его технологии возделывания. Затраты труда на уборку картофеля составляют 45Е60% общих затрат. Используемые на большинстве картофелеуборочных машин прутковые элеваторы, не всегда удовлетворительно работают на тяжёлых, засорённых камнями, переувлажнённых почвах, а также на склонах, что приводит к высоким потерям клубней в почве и увеличению трудозатрат на подбор клубней, а также имеют невысокий ресурс, связанный с использованием большого числа пар трения работающих в абразивной среде. Использование высокопроизводительных ротационных сепараторов с высокой износостойкостью сдерживается ограничением, связанным с частыми остановками и поломками рабочих органов при работе на каменистых почвах (площадь посадок на почвах засорённых камнями в России составляет 0,5Е0,6 млн. га). Поэтому вопрос о создании более высокопроизводительных и надёжных рабочих органов для первичной сепарации почвенно-картофельного вороха имеет актуальное значение. Работа выполнена согласно плану НИР ФГОУ ВПО Великолукской ГСХА, Совершенствование технологии уборки картофеля путём обоснования конструктивных и технологических параметров сепарирующих рабочих органов тема №7.2, и соответствует плану научных исследований РАСХН. Цель исследований. Повышение эффективности сепарации почвенно-картофельного вороха в условиях Северо-Западного региона Росси путём совершенствования конструктивных и технологических параметров картофелекопателя. Объект исследования. Технологический процесс сепарации почвенно-картофельного вороха ротационным комбинированным сепаратором. Научная новизна. Разработана математическая модель транспортирования клубней спиральным ротором, получены математические модели для полноты сепарации и повреждаемости клубней, определены рациональные параметры и режимы работы ротационного комбинированного сепаратора. Практическая значимость. Разработана и обоснована конструктивно-технологическая схема ротационного комбинированного сепаратора почвенно-картофельного вороха. На основании теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные параметры и режимы рабочего органа для сепарации почвенно-картофельного вороха. Основные положения, выносимые на защиту: - конструктивно-технологическая схема ротационного комбинированного сепаратора; - аналитические зависимости для определения конструктивных и кинематических параметров рабочих органов; - математические модели процессов взаимодействия рабочих органов с клубнями и сепарации почвенно-картофельного вороха; - рациональные параметры и режимы работы ротационного комбинированного сепаратора; - результаты полевых испытаний картофелекопателя с ротационным комбинированным сепаратором и его технико-экономическая оценка; Реализация результатов. По результатам исследований во ФГОУ ВПО Великолукской ГСХА был изготовлен опытный образец картофелекопателя производительностью 0,26Е0,59га/ч с ротационным комбинированным сепаратором, который прошёл полевые испытания в СПК - колхозе Дубровка Себежского района Псковской области и на учебно-опытном поле ФГОУ ВПО Великолукской ГСХА пос. Майкино Великолукского района Псковской области. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на межрегиональной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов во ФГОУ ВПО Великолукской ГСХА (2006г.); II научно-практической конференции Роль молодых учёных в развитии науки во ФГОУ ВПО Великолукской ГСХА (2007г.). Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 печатных работ, подана заявка на выдачу патента Российской Федерации на изобретение. Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 137 наименований, приложения. Содержит 154 страницы, 9 таблиц, 54 рисунка и 15 приложений. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные положения работы, выносимые на защиту. В первой главе Состояние вопроса и задачи исследований проведён обзор и анализ способов уборки картофеля, существующих устройств для первичной сепарации почвенно-картофельного вороха, рассмотрены и проанализированы пути повышения эффективности работы сепарирующих рабочих органов. По данным авторов Петрова Г.Д. Терскова Т.Н., Цециновского В.М., Мацепуро М.Е., Непомнящего Е.А., Фирсова Н.В., Летошнева Н.М., Сорокина А.А., Настенко П.М., Верменко Я.И., Кузьмина В.М., Сафразбекяна О.А., Верещагина Н.И., Колчина Н.Н., Алфёрова Г.С., Бышова Н.В., Вейса М.Н., Грищенко Ф.В., Угланова М.Б., Костенко М.Ю., Кочеткова В.А., Попова И.И., Фомина И.М., Порошина Д.Н., Степанова А.Н., Варламова А.Г., Гордеева О.В., Ермолаева В.Н., Жистина Е.А., Суздалевой Г.Ф., Соловкина О.Н., Серхана Н.А., Чеснокова Р.А. и др. для сепарации предлагается использовать рабочие органы в которых отделение почвы происходит по действием силы тяжести. В конструкциях новых рабочих органов машин для уборки и обработки картофеля прослеживается замена поступательного и возвратно-поступательного движения на вращательное, что способствует более активному разрушению почвенно-картофельного вороха. В качестве сепарирующих элементов ротационных сепараторов эффективны спиральные пружины, они будут вызывать колебания почвенно-картофельного вороха, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости, а также иметь возможность упруго деформироваться, предохраняя рабочие органы от поломки. Прутковые роторы (барабаны) хорошо разрушают почвенные комки, однако обладают невысокой способность к отделению почвенных примесей, связанной с превышением значений центробежных сил над силами тяжести. Перспективными рабочими органами сепаратора почвенно-картофельного вороха с точки зрения воздействия на обрабатываемый материал, а также надёжности работы являются комбинированные рабочие органы, состоящие из чередующихся спиральных и прутковых роторов. В соответствии с поставленной целью определены задачи исследований: - выявить рациональные пути повышения эффективности сепарации почвенно-картофельного вороха; - получить аналитические зависимости для определения конструктивных и технологических параметров ротационного комбинированного сепаратора; - получить математические модели процессов транспортирования клубней и сепарации почвенно-картофельного вороха ротационным комбинированным сепаратором; - обосновать рациональные параметры и режимы работы ротационного комбинированного сепаратора; - провести полевые испытания и дать технико-экономическую оценку полученных результатов. Во второй главе Теоретические предпосылки к созданию ротационного комбинированного сепаратора обоснованы рациональные параметры и режимы работы ротационного комбинированного сепаратора, получена математическая модель движения клубня по спиральному ротору. Обоснование конструктивно-технологической схемы ротационного комбинированного сепаратора проводится на основании математической модели крошения и сепарации почвы, разработанной Г.С. Алфёровым. Параметры ротационного сепаратора определяем из условия взаимодействия роторов с транспортируемыми им телами. Схема взаимодействия тела (клубня, комка, камня) с роторами приведена на рис. 1а. а) б) а) ограничительный пруток отсутствует; б) ограничительный пруток установлен. I - прутковый ротор; II - спиральный ротор. Рис. 1. Схема взаимодействия тела с роторами. Условие перемещение клубня ротором можно записать следующим образом: , (1) где - угол наклона плоскости, проходящей через оси роторов, ; Для клубней картофеля различают трение качение (для стали К=0,32Е0,36) и трение опрокидывания (К=0,37Е0,45). Трение опрокидывания отличается от трения качения клубней тем, что перемещение клубня под действием движущей силы происходит вдоль большей оси (длинны) клубня и является неустойчивым. Выбор конструктивных параметров по условию (1) предпочтительно проводить по углу трения опрокидывания, т.к. в данном случае сепаратор будет оказывать более активное воздействие на ворох, а наличие почвенных примесей будет обеспечивать стабильное перемещение клубней. При работе на лёгких почвах для снижения повреждаемости рекомендуется устанавливать ограничительные прутки с соблюдением условия (2) для коэффициента трения качения рис. 1б. . (2) Перемещение клубня спиральным ротором рассматриваем как сложное, складывающееся из переносного движения клубня (равномерного вращательного) с ротором и обратного скатывания клубня по ротору (рис. 2). Полярная скорость центра масс клубня (ЦМ) равна: , (3) где U и U' - переносная и относительная скорости клубня, м/с. , (4) где - угловая скорость ротора, с-1; R - радиус ротора, м; r - радиус клубня, м. Из схемы сил следует дифференциальное уравнение для относительного движения клубня: , (5) где - угловая координата ЦМ клубня, ; g - ускорение свободного падения, м/с2. Решив уравнение при начальном условии получим: , (6) где ; - угловой путь клубня. Относительная угловая скорость клубня: . (7) Абсолютная полярная скорость клубня согласно (3) и (6): . (8) Осевая скорость клубня: , (9) где h - шаг навивки спирального ротора, м. Осевое смещение клубня на спиральном роторе: . (10) Абсолютную скорость клубня на спиральном роторе определяем, складывая полярную и осевую составляющие: . (11) Рассмотрим некоторые аспекты работы прутковых роторов, связанные с отведением им преимущественно комкоразрушающей функции в технологической схеме сепаратора. На рис. 3 приведена схема сил, действующих на клубень при его перемещении прутковым ротором. Запишем уравнения проекций сил на оси координат: , (12) где m - масса клубня, кг; N1 и N2 - реакции, Н; Fтр1 и Fтр2 - силы трения, Н. В начальный момент времени (при попадании клубня на ротор) его угловая скорость, следовательно, и нормальное ускорение центра масс клубня. Решим систему для начального момента времени при двух граничных условиях =0 и =90, с учётом Fтр1=KN1 и Fтр2=KN2: , (13) где - касательная составляющая ускорения клубня, м/с2; B=f(r,s,K) имеющая область значений (1/K; K), характеризующая сочетание размера сепарирующего просвета и клубня; s - размер сепарирующего просвета, мм. Зависимость (13) свидетельствует о значительном влиянии параметра B, т.е. размера клубней, почвенных комков и сепарирующих просветов на ускорение, приобретаемое клубнем, что вызывает необходимость включить рассмотрение этих факторов в программу экспериментальных исследований. Для обеспечения режима работы с подбрасыванием почвенно-картофельного вороха необходимо соблюдение условия: . (14) Наибольшая частота вращения роторов ограничивается предельным значением энергии поглощённой клубнем при соударении с рабочим органом (130мДж): , (15) где W - поглощённая энергия при соударении, Дж; vсоуд. - суммарная скорость соударения, м/с; k - коэффициент восстановления. После отрыва от ротора клубень продолжает свое движение как тело, брошенное под углом к горизонту до момента столкновения со следующим ротором. Этот процесс удобно моделировать с использованием графических методов на ЭВМ. В тетей главе л Программа и методика экспериментальных исследований изложена программа экспериментальных исследований, описана экспериментальная установка (рис. 4), приведены методики проведения и обработки результатов экспериментальных исследований. Экспериментальная установка представляет собой картофелекопатель (КТН-2В), каскадный элеватор которого заменён ротационным комбинированным сепаратором (рис. 4). Теоретические исследования и поисковые опыты, а также анализ научной литературы позволили сделать выбор факторов необходимых для исследования работы ротационного комбинированного сепаратора: продольный уклон сепаратора (картофелекопателя) к горизонту, частота вращения роторов n, масса клуня m, сепарирующий просвет прутковых роторов s, скорость движения агрегата v. Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по разным специальностям
|
