Обоснование параметров и режимов работы универсальной капустоуборочной машины
На правах рукописи
КОСТЮЧЕНКОВА Оксана Николаевна
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ
УНИВЕРСАЛЬНОЙ КАПУСТОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ
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 «Технический сервис» АО «Ка захский агротехнический университет имени С. Сейфуллина».
Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Капов Султан Нануович Охотников Борис Лазаревич, Официальные доктор технических наук, профессор, оппоненты:
профессор кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка»
Уральской государственной сельскохозяйственной академии Кокорин Александр Федорович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Почвообрабатывающие и посевные машины» Челябинской государственной агроинженерной академии
Ведущая организация: ГНУ «Южно-Уральский научно-исследова тельский институт плодоовощеводства и картофелеводства» Россельхозакадемии
Защита состоится «24» мая 2012 г., в 14.00 часов на заседа нии диссертационного совета Д 220.069.01 на базе ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» по адре су: 454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 75.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия».
Автореферат разослан «20» апреля 2012 г. и размещен на офици альном 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 темы. Основным направлением повышения эффективности механизированных процессов является совершен ствование технологий и машин, применение которых обеспечивает значительное сокращение затрат ресурсного потенциала.
Уборка капусты – самая трудоемкая операция при производстве культуры, составляющая до 70 % всех трудозатрат. За последние годы мировой парк капустоуборочных машин значительно вырос, но до сих пор нет капустоуборочных машин, предназначенных как для выборочного, так и для сплошного способов уборки белокочанной капусты. Несмотря на многолетние работы по совершенствованию конструкций капустоуборочных машин, способных потенциально обеспечивать качественную уборку капусты, применение их огра ничено. Высокие требования к качеству товарной продукции при механизированной выборочной и сплошной уборке капусты не обе спечиваются срезающими и транспортирующими рабочими органа ми капустоуборочной машины. Это обусловлено несоответствием имеющихся конструкций и режимов их работы рациональным при использовании капустоуборочных агрегатов. Решение указанных вопросов позволит расширить производство и применение универ сальных капустоуборочных машин, а также повысить уровень меха низации уборочного процесса.
Работа выполнена в рамках научно-технической программы «На учное обеспечение производства, переработки и хранения сельско хозяйственной продукции по регионам Казахстана на 2001–2005 го ды», задание 02.01 – разработать новые и усовершенствовать суще ствующие технологии, машины и оборудование для возделывания сельскохозяйственных культур, хранения и переработки растениевод ческой продукции с учетом диверсификации растениеводства по ре гионам Казахстана, а также в соответствии с разделом Федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ: шифр 01.02 «Разра ботать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.».
Цель работы. Повышение эффективности механизированных процессов выборочной и сплошной уборки белокочанной капусты путем обоснования параметров и режимов работы универсальной капустоуборочной машины.
Задачи исследования:
– установить закономерности воздействия рабочих органов срезающего аппарата на кочан капусты, обосновать конструктивные параметры аппарата и режимы его работы;
– обосновать параметры и режимы работы приёмно-выгруз ного элеватора универсальной капустоуборочной машины;
– разработать методику и провести экспериментальные иссле дования процесса уборки и транспортирования кочанов капусты при обоснованных параметрах и режимах универсальной капустоубо рочной машины;
– дать рекомендации производству и провести оценку эффек тивности производственной реализации результатов исследования.
Объект исследования. Технологический процесс уборки сре зающим аппаратом и транспортирования кочанов капусты приёмно выгрузным элеватором универсальной капустоуборочной машины.
Предмет исследования. Взаимосвязи конструктивных параме тров срезающего аппарата и приёмно-выгрузного элеватора, режи мов их работы с эксплуатационными показателями универсальной капустоуборочной машины.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
1. Установлены зависимости, позволяющие определить диа метр вальца срезающего аппарата, зазоры на входе и выходе между вальцами, режимы транспортирования кочанов капусты и дальность отбрасывания капусты при сходе с вальцов.
2. Определены закономерности изменения показателей тех нологической устойчивости транспортирования кочанов капусты приемно-выгрузным элеватором при изменении его параметров, ре жимов работы, а также размерно-массовых характеристик капусты.
3. Установлены зависимости и определены пределы изменения деформации растения капусты и рабочего органа – ленты транспор тера, угла поворота приводной звездочки (барабана) и перемещения капустоуборочного агрегата от конструктивных параметров и режи мов работы универсальной капустоуборочной машины.
4. Обоснованы рациональные параметры и режимы работы универсальной капустоуборочной машины.
5. Получены экспериментально-производственные показатели работы универсальной капустоуборочной машины при выборочной и сплошной уборке капусты, позволяющие повысить эффективность механизированных процессов. Новизна результатов исследования подтверждена патентами на изобретения.
Практическая значимость и реализация результатов рабо ты. Результаты по обоснованию параметров рабочих органов сре зающего аппарата и приемно-выгрузного элеватора легли в основу создания универсальной капустоуборочной машины для выборочной и сплошной уборки белокочанной капусты. Изготовлен опытный об разец универсальной капустоуборочной машины в агрегате с трак торами типа МТЗ-82 и Т-70С, позволяющий использовать МТА на уборке ранних, средних и позднеспелых сортов белокочанной капу сты. Практическая реализация механизированной технологии уборки осуществлялась в агрофирме «Родина» Акмолинской области. Кроме того, материалы исследования используются в учебном процессе Ка захского агротехнического университета им. С. Сейфуллина.
Апробация. Основные положения диссертационной работы об суждены и одобрены на научно-технических конференциях ЧГАА (2002–2011 гг., г. Челябинск), НПЦ МСХ КазНИИМЭСХ (2003–2005 гг., г. Алматы), Костанайского филиала КазНИИМЭСХ (2005–2010 гг., г. Ко станай), КГСА им. Т. Мальцева (2009–2011 гг., г. Курган), ТГСА (2011 г., г. Тюмень), КАТУ им. С. Сейфуллина (2000–2011 гг., г. Астана) и др.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 ра бот, в т.ч. 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Республики Казахстан, 2 предвари тельных патента и 1 инновационный патент Республики Казахстан.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве дения, четырёх глав, выводов по работе, библиографии из 122 наиме нований и 32 приложений. Основное содержание работы
изложено на 141 странице машинописного текста, содержит 30 таблиц, 42 рисунка.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, показаны её прак тическая и научная значимость, определены цель и задачи проводи мых исследований и сформулированы основные положения, выно симые на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования»
представлен анализ технологий и способов уборки белокочанной ка пусты. Сформулированы требования к механизированной технологии уборки белокочанной капусты и агротехнические мероприятия, со здающие условия для механизированной уборки капусты. Рассмотрен научно-технический уровень развития средств механизации, исполь зуемых в изучаемом технологическом процессе.
Научными исследованиями по совершенствованию данного технологического процесса и созданию капустоуборочных машин занимались такие ученые, как И. Н. Болотов, З. Ш. Блох, Л. С. Баку лев, Ю. А. Николаев, В. И. Виноградов, Г. Д. Петров, Н. Н. Колчин, Б. Н. Крутских, Н. Н. Романовский, Н. И. Тихонов, В. А. Ластовен ко, А. Р. Шумер, Н. В. Костюченков, С. С. Алатырев, В. А. Хвостов, В. А. Орлов, С. Б. Исенев, Т. Шекералиев.
Анализ литературных источников по технологии и системе ма шин, а также производственная проверка существующих машин для уборки белокочанной капусты позволяют сделать следующие выводы:
– капустоуборочные машины имеют высокую металлоемкость и энергоемкость;
– затраты труда на уборку капусты велики и составляют до 300 чел.-ч/га, или 60…70 % от общей трудоемкости производства капусты;
– процесс уборки протекает в тяжелых погодных условиях (пере пад температур, выпадение осадков);
– рабочая скорость уборочной машины ограничивается допусти мой скоростью ленты инспекционного стола, которая не должна превышать 0,20...0,30 м/с, это ограничение снижает производитель ность процесса среза и сбора кочанов;
– отсутствуют универсальные машины для уборки ранних (выбо рочная уборка) и поздних (сплошная уборка) сортов белокочанной капусты.
Опыт эксплуатации различных капустоуборочных машин пока зывает, что техническая и технологическая надежность работы зави сит от срезающего аппарата. Доля технических отказов, приходящих ся на него, составляет 20…63 %, а технологических – 76…100 %.
Кроме того, на качество товарной продукции значительное влияние оказывают конструкция и параметры приёмно-выгрузного транспортёра. Опыт применения навесной капустоуборочной ма шины показал, что использование существующего срезающего аппарата и приёмно-выгрузного элеватора не позволяет получать качественную товарную продукцию при сплошной уборке капусты и осуществлять выборочную уборку культуры. Остаются недостаточ но изученными вопросы обоснования параметров и режимов работы вальцов срезающего аппарата, зазоров между ними и рабочих орга нов приёмно-выгрузного элеватора.
На основе проведенного анализа сформулирована рабочая гипо теза: повышение качества продукции возможно за счет повышения технологической устойчивости транспортирования кочанов капусты посредством обоснования параметров и режимов работы срезаю щего аппарата и приемно-выгрузного элеватора в процессе уборки культуры. Это определило цель, объект и задачи исследования.
Вторая глава «Теоретическое обоснование рабочих органов универсальной капустоуборочной машины при выборочной и сплош ной технологиях» посвящена теоретическим исследованиям техно логического процесса уборки белокочанной капусты и обоснованию параметров рабочих органов.
Полностью механизированных способов выборочной уборки капусты в мировой практике до настоящего время не разработано.
Создание и внедрение технических средств частичной механизации процесса в виде транспортеров и овощных платформ позволяет устра нить затраты времени сборщиков культуры на вынос урожая за преде лы поля. В общем виде производительность агрегата при выборочном способе уборки капусты является функцией случайных переменных:
W f ( P, m,, N, V ), (1) где P – характеристика убираемого поля (длина, ширина, ширина междурядий и др.);
mк – размерно-массовый параметр кочанов капу сты (урожайность), кг;
– эргономический параметр, выражающий темповую напряженность работы сборщиков, шт./мин;
N – количе ство рабочих-сборщиков, обслуживающих агрегат;
Vагр – рабочая скорость агрегата, км/ч.
Производительность (W) зависит от производительности убо рочной машины как мобильного агрегата (Wу) и производительности рабочих-сборщиков, обслуживающих агрегат (WСБ):
W BVU (2) W f (m, N,, ), (3) где Bp – ширина захвата, м;
Vp – скорость движения, км/ч;
UК – масса зрелых кочанов, собранных рабочими-сборщиками, т/га;
– коэффи циент использования времени смены.
Таким образом, производительность труда при выборочной уборке зависит от согласованности работы всех составляющих убо рочного процесса, а определяющим критерием является скорость уборочного агрегата (Vагр), которая должна удовлетворять условию Vmin V Vmax, (4) где Vmin – минимальная скорость перемещения агрегата, обуслов ленная конструктивными особенностями трактора и техническими средствами транспортировки капусты, км/ч;
Vmax – максимальная скорость агрегата, обусловленная физическими возможностями рабочих-сборщиков, обслуживающих агрегат, км/ч.
Анализ зависимости (2) показывает, что при выборочном спосо бе уборки капусты повысить производительность агрегата возможно за счет увеличения ширины захвата машины и числа рабочих-сборщиков.
При сплошной уборке белокочанной капусты уборочный агрегат снабжается срезающим аппаратом, рабочие органы которого осущест вляют ориентирование растений к центру рядка (рисунок 1).
Зона I – ориентирование растений к центру ряда;
зона II – захват, подъ ём и ввод растений в технологиче ский канал;
зона III – извлечение из почвы, ориентирование и транс портировка растений к ножам;
зона IV – отделение кочерыг от кочанов;
зона V – передача растений на прием ный транспортер Рисунок 1 – Схема зон воздействия рабочих органов срезающего аппарата на растение капусты Затем растения поднимают в вертикальное положение, захваты вают рабочими органами – вальцами и прижимными транспортерами и устойчиво фиксируют. Надежно зафиксированные с боков растения транспортируются к ножам. У основания кочана отрезаются кочерыга и кроющие зеленые листья. Далее кочаны вместе с отрезанными зеле ными листьями поступают на приемный транспортер и передаются на листоотделитель для удаления обрезанного зеленого листа. Приёмно выгрузным транспортёром кочаны подаются на лоток-гаситель и за гружаются в контейнеры или кузов транспортного средства.
В общем виде, согласно расчетной схеме (рисунки 2, 3), полу чено дифференциальное уравнение движения кочана капусты вверх по наклонным поверхностям вращающихся вальцов, установленных под углом к горизонту:
mx F F mg sin T sin F, (5) где m – масса растения;
Т – сила сцепления растения с почвой;
Fтяг – сила тяги прижимного транспортера;
Fх – осевая сила действия вальцов на растение;
Fc – сила трения;
– угол наклона вальцов к горизонту.
Рисунок 2 – Расчетная схема сил, действующих на кочан при его движении по выравнивающим вальцам Рисунок 3 – Схема сил, действующих на кочан при его движении по выравнивающим вальцам (входной h и выходной зазоры между вальцами) Для обоснования параметров выравнивающих вальцов рассмо трены силы, действующие на кочан со стороны вальцов в процессе их воздействия (см. рисунок 3), и определено условие предотвраще ния втягивания кочана между вальцами:
PT NA, (6) 2(sin f cos ) где Р – сила тяжести кочана, Н;
Т – сила сопротивления качению кочана по вертикали, Н.
Установлено, что основными параметрами, определяющими вы полнение условия (6), являются диаметры вальцов (dв). Входной зазор между вальцами (h) и их взаимосвязь описываются зависимостью hL d, (7) 1 f где L – расстояние между точками контакта А и В, м.
Результатами расчета (рисунок 4) и поисковыми эксперимен тами установлено, что для ориентации растений к центру рядка до пустимый входной зазор между вальцами составляет 0,07…0,09 м, следовательно, рекомендуемый диаметр вальца находится в пределах от 0,06 до 0,12 м.
Рисунок 4 – Изменения диаметра вальца (dв) от входного зазора между вальцами (h) при различных коэффициентах трения f (1 – f =0,6;
2 – f =0,7;
3 – f =0,8;
4 – f =0,9) Для определения выходного зазора между вальцами () состав лена расчетная схема (см. рисунок 3). Для предотвращения затяги вания растения вращающимися вальцами получено условие выбора выходного зазора между вальцами:
1 (8) L0 dB 1.
1 f Из рисунка 5 следует, что для рекомендуемого диаметра вальца (dB) от 0,06 до 0,12 м диапазон изменения выходного зазора между вальцами () находится в пределах 0,35…0,45 м.
Рисунок 5 – Зависимость изменения выходного зазора между вальцами () от диаметра вальца (dв) при различных коэффициентах трения f (1 – f =0,6;
2 – f =0,7;
3 – f =0,8;
4 – f =0,9) При передаче кочана на приемный транспортер или листоот делитель (рисунок 6) расстояние и характер траектории движения кочана при сходе с вальцов описываются уравнениями mk x 0;
mk y mk g, где mк – масса кочана. В результате интеграции уравнений при на чальных условиях получена формула для определения максималь ной дальности отбрасывания кочана:
l V0 2 H / g. (9) Из рисунка 7 следует, что дальность отбрасывания кочана l тем больше, чем выше его начальная скорость в момент схода с вальцов и чем больше высота H. Максимальное значение l дальности от брасывания при различной скорости движения не превышает 0,65 м.
Рисунок 6 – Схема передачи кочана на приёмный транспортёр Рисунок 7 – Зависимость дальности отбрасывания кочана l от высоты падения H при различных начальных скоростях V (1 – V0=0,9 м/c;
2 – V0=0,3 м/с;
3 – V0=0,3 м/с) Для приемно-выгрузного элеватора характерны три участка:
первый – прямолинейный горизонтальный;
второй – наклонный под углом к горизонту;
третий – прямолинейный горизонтальный.
На первом и третьем участках перемещение кочанов происходит в безотрывном режиме, что отвечает требованиям технологии уборки. На втором участке возможен отрыв кочанов от транспортера вследствие появления центробежных сил инерции. В результате возникает удар и происходит травмирование кочана, что недопу стимо по агротехническим требованиям.
Для определения допустимого радиуса (R) кривизны траекто рии движения центра тяжести кочана рассмотрено движение кочана на криволинейном участке (рисунок 8).
Рисунок 8 – Расчетная схема криволинейного участка приёмно-выгрузного транспортёра При заданной скорости движения кочана и при отсутствии от носительного проскальзывания оценить критический радиус скруг ления криволинейного участка можно зависимостью V R. (10) g cos Анализ полученных данных (рисунок 9) показывает, что кри тическое значение радиуса кривизны траектории движения центра тяжести кочана Rкр зависит от скорости транспортирования и угла наклона транспортёра. При V = 0,5…0,8 м/с и =650…750 значение Rкр составит 0,15…0,35 м.
Рисунок 9 – График зависимости радиуса криволинейного участка транспортёра Rкр от угла наклона ' при различных скоростях V (1 – 0,4 м/с;
2 – 0,5 м/с;
3 – 0,6 м/с;
4 – 0,7 м/с;
5 – 0,8 м/с) Для описания взаимодействия кочана с транспортером на осно ве уравнения Лагранжа второго рода составлена математическая модель, определены кинетическая и потенциальная энергии, число степеней свободы и выбраны обобщенные координаты: q1 – дефор мация растения капусты;
q2 – деформация рабочего органа – ленты транспортирующих устройств;
q3 – угол поворота барабана (звездоч ки);
q4 – перемещение капустоуборочного агрегата.
Решение системы дифференциальных уравнений по обобщен ным координатам производилось численным методом в системе Matematic7. Анализ зависимостей (рисунок 10), характеризующих деформацию кочанов при транспортировке приемно-выгрузным транспортёром (q1), показал, что в начальный период попадания (падения) на транспортер кочан имеет наибольшую деформацию, затем происходит его восстановление. Данный процесс можно ха рактеризовать как переходный, он скоротечен и составляет не более 0,02 с. Масса кочана в определённой степени влияет на величину деформации. Так, более рыхлые кочаны меньшей массы имеют боль шую величину деформации, а более плотные имеют большую массу, но значительно меньшую величину деформации.
Рисунок 10 – График зависимости деформации кочана q1 на транспортере от времени при различной массе кочана капусты mk (1 – 3 кг, 2 – 4 кг, 3 – 5 кг) Исследование транспортирования кочанов наклонным транс портером при погрузке при широком диапазоне изменения радиуса ведущей звездочки от 0,1 до 0,25 м при различном угле установки транспортёра не оказывает влияния на деформацию транспортирую щего устройства (q2). Увеличение угла наклона транспортера спо собствует снижению деформации рабочих органов за счет перерас пределения нагрузки на скребки. С увеличением радиуса звездочки привода транспортера деформация рабочего органа транспорти рующего устройства растет, это обусловлено концентрацией массы транспортера при подъёме кочанов на высоту погрузки.
Угол поворота приводной звездочки (q3) определяет скорость ленты приемно-выгрузного элеватора. Установлено, что для обеспе чения отвода кочанов капусты в транспортное средство и исключе ния нарушения транспортировки кочанов капусты (сгруживание) не обходимо, чтобы скорость ленты транспортера превышала скорость агрегата.
Установлено, что при известном классе тяги трактора и заданных конструктивных параметрах капустоуборочного агрегата без наруше ния технологического процесса обеспечивается требуемое перемеще ние капустоуборочного агрегата (q4) со скоростью от 0,5 до 1,25 м/с.
В третьей главе «Методика экспериментальных исследова ний» приведены цели, задачи и методика экспериментальных иссле дований. Программа экспериментальных исследований разработана в соответствии с действующими ГОСТами.
Для проведения лабораторных исследований перемещения рас тений капусты транспортирующими органами срезающего аппара та была изготовлена лабораторная установка (рисунок 11). Целью экспериментального исследования является определение скоростей перемещения растений транспортирующими органами (вальцами, прижимными транспортёрами).
Рисунок 11 – Лабораторная установка для исследования транспортирующих рабочих органов Размерно-массовые характеристики растений капусты опреде лялись по стандартной методике. При обработке статистической ин формации объема наблюдений использовались известные методики обработки данных. Для подтверждения теоретических закономерно стей и полученных параметров, а также их влияния на качественные показатели работы универсальной капустоуборочной машины при менялся метод активного планирования эксперимента.
В качестве экспериментальной установки был разработан опытный образец навесной универсальной машины (рисунок 12), предназначенный для выборочной и сплошной уборки ранних, сред неспелых и поздних сортов кочанной капусты. Капустоуборочная машина агрегатируется с тракторами класса 14 кН (МТЗ-82) или 20 кН (Т-70С) и обеспечивает погрузку кочанов в рядом идущее транспортное средство (тракторные прицепы, автомобили).
Рисунок 12 – Универсальная капустоуборочная машина Эффективность технологического процесса универсальной ка пустоуборочной машины оценивалась следующими показателями:
– выходом кочанов с длиной кочерыги от 0 до 30 мм;
– выходом кочанов с прямым срезом;
– повреждаемостью кочанов.
Производственные испытания универсальной капустоуборочной машины проводились в агрофирме «Родина» Акмолинской области.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследо ваний, производственных испытаний и экономическая эффектив ность» представлены результаты лабораторных исследований и производственных испытаний, дана оценка экономической эффектив ности разработанного универсального капустоуборочного агрегата.
При выборочном способе уборки белокочанной капусты уни версальная капустоуборочная машина переоборудуется путем установки дополнительного транспортера, что увеличивает шири ну захвата приемно-выгрузного транспортера. При этом рабочие сборщики, двигаясь за агрегатом, рубят кочаны, дорабатывают до товарного вида и укладывают их на транспортер машины.
Для данного способа уборки капусты установлена зависимость скорости перемещения уборочного агрегата от урожайности при различных темпах работы сборщиков (рисунок 13).
Рисунок 13 – Зависимость рабочей скорости агрегата Vp от урожайности U при различных темпах работы сборщиков Полученные результаты отражают тенденцию снижения рабо чей скорости в зависимости от урожайности при увеличении темпа работы сборщиков.
Проведенные лабораторные исследования с использованием статистических показателей оценки характеристик капусты подтвер дили теоретические результаты. Так, при законе распределения мас сы капусты и отклонения кочанов от оси рядка с установленными параметрами работа вальцов обеспечивается при диаметре 0,09 м и зазоре между вальцами на входе 0,07...0,09 м.
Для обоснования параметров транспортирующих рабочих ор ганов универсальной капустоуборочной машины составлен симме тричный некомпозиционный план Бокса-Бенкена. Уровни и интер валы варьирования факторов обозначены в таблице 1.
Таблица 1 – Уровни и интервалы варьирования факторов Уровни факторов Интервалы Факторы -1 0 +1 варьирования Х1 – скорость агрегата Vр, км/ч 1,67 3,12 4,57 1, Х2 – радиус кривизны Rкр транспор 0,10 0,20 0,30 0, тера, м Х3 – выходной зазор между валь 30,00 45,00 60,00 15, цами, мм Х4 – угол установки СА относи 9 16 23 тельно поля, град.
В раскодированном виде получены следующие уравнения:
– выход кочанов с длиной кочерыги от 0 до 30 мм:
Y 0, 635 4,192 1,549 0. (11) 0, 0175 0,121 V 17, 265 V ;
– выход кочанов с прямым срезом:
0, 667 0, 745 0, Y (12) 0,536 V 5,86( 9,135 V ) (0, 267 V );
– повреждаемость кочанов:
0, 642 0, 0036 39,3 R 0, Y R (13) 90 R 0,35 1, 21 V 0.077 V.
Анализ зависимости выхода кочанов с длиной кочерыги от 0 до 30 мм от скорости агрегата и зазора между вальцами (рисунки 14, 15) показал, что с увеличением скорости агрегата выход стандарт ных кочанов возрастает и составляет более 90 %, такой же результат достигается при минимальном зазоре между вальцами.
Аналогичная картина наблюдается при анализе зависимости выхода кочанов с прямым срезом от скорости агрегата и угла уста новки срезающего аппарата (СА) относительно поля.
Проведенный анализ уравнений 11–13 позволил установить, что рациональными параметрами универсальной капустоуборочной машины, обеспечивающими качественные показатели выполнения технологического процесса, являются: рабочая скорость агрегата Vp – 2,8…4,5 км/ч, радиус кривизны выгрузного транспортера Rкр – 0,15…0,35 м, зазор между вальцами на выходе – 30…45 мм, угол наклона срезающего аппарата к плоскости поля =100…150.
Рисунок 14 – Зависимость Рисунок 15 – Зависимость выхода поврежденности кочанов от зазора кочанов с длиной кочерыжки между вальцами и углом установки от 0 до 30 мм от зазора между СА относительно поля при Х2=1 вальцами (Х3) и углом установки СА относительно поля при Х1= – Для определения эксплуатационно-технологических по казателей процесса уборки капусты были проведены производ ственные испытания на полях агрофирмы «Родина» Акмолин ской области.
Результаты сравнительных производственных испытаний капустоуборочных агрегатов показали, что у эксперименталь ного агрегата процент обрезки кочанов капусты от 30 до 50 мм в среднем в 2 раза, а повреждений кочанов в 3 раза меньше, чем у серийного.
Кроме того, экспериментальный агрегат обеспечивает следую щие качественные показатели работы: общие потери стандартных кочанов по массе – не более 1 %;
содержание поврежденных кочанов (по массе) в ворохе стандартных кочанов – до 8 %;
количество коча нов в ворохе с повреждениями на глубину свыше 6 листов – не более 4 %;
количество кочанов в ворохе с длиной кочерыги от 3 до 5 см и выше 5 см – не более 8 %.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Получены зависимости для определения диаметра вальцов, входного и выходного зазоров между вальцами и дальности отбра сывания кочана при сходе с вальцов. Установлено, что качествен ная работа вальцов обеспечивается при диаметре 0,06–0,12 м, зазо ре между вальцами на входе 0,07...0,09 м, максимальное значение l дальности отбрасывания кочана капусты при различной скорости движения не превышает 0,65 м.
2. Выявлено, что наибольшая деформация кочана при транс портировке приемно-выгрузным элеватором наблюдается в началь ный период его попадания на транспортер, затем происходит вос становление кочана. Этот процесс скоротечен и составляет не более 0,02 с. Установлено, что транспортирование кочанов дополнитель ным транспортером при выборочной уборке в диапазоне изменения радиуса ведущей звездочки (барабана) от 0,1 до 0,25 м не оказывает влияния на деформацию транспортирующей ленты.
3. Установлено, что угол поворота приводной звездочки опреде ляет линейную скорость ленты приемно-выгрузного транспортера, а для обеспечения отвода кочанов капусты в транспортное средство и исключения сгруживания кочанов капусты необходимо, чтобы ли нейная скорость ленты транспортера превышала рабочую скорость агрегата. Определено, что при заданных параметрах капустоубо рочной машины технологический процесс выборочной и сплошной уборки капусты обеспечивается при скорости движения агрегата в пределах от 0,5 до 1,25 м/с.
4. Обоснованы параметры приёмно-выгрузного элеватора, а именно: угол наклона (’=65...750) и радиус кривизны (Rкр=0,15… 0,35 м) транспортёра, что позволило повысить скорость транспорти рования кочанов до V = 1,25 м/с без их повреждений.
5. Лабораторными исследованиями определены значимые размерно-массовые характеристики капусты и их законы распреде ления, а именно: масса капусты (закон Вейбулла с параметрами а = =4,31 кг и в=2,01 кг), диаметр кочерыги (нормальный закон с параме трами = 43,6 мм и = 8,6 мм) и отклонение кочана капусты от оси рядка (нормальный закон с параметрами = 19,4 мм и = 114,6 мм).
6. Установлено, что рациональными параметрами технологиче ского процесса универсальной капустоуборочной машины являются:
рабочая скорость агрегата Vp (2,8…4,5 км/ч), зазор между вальцами на выходе (30…45 мм), угол наклона срезающего аппарата к плос кости поля (100…150).
7. Опытный образец капустоуборочного агрегата НКМ-1 по сравнению с серийным МСК-1 обеспечивает в 2 раза меньшую об резку кочерыги кочанов капусты (от 30 до 50 мм), в 3 раза меньше повреждений кочанов, в 1,3 раза большую рабочую скорость. Со держание поврежденных кочанов (по массе) в ворохе стандартных кочанов составляет до 8 %.
8. Экономический эффект при использовании универсальной капустоуборочной машины с рекомендованными параметрами и режимами работы при выборочном способе уборки капусты со ставляет 62 тыс. руб./га, при механизированном способе уборки – 13 тыс. руб./га.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Костюченкова, О. Н. Универсальная капустоуборочная машина НКМ- [Текст] / О. Н. Костюченкова / / Тракторы и сельхозмашины. – 2010. – № 5. – С. 19–20.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Республики Казахстан 2. Костюченкова, О. Н. Выбор основных параметров приемно-выгрузного элеватора капустоуборочной машины НКМ-1 на криволинейном участке транспортера [Текст] / О. Н. Костюченкова // Вестник науки Казахского аграрного университета им. С. Сейфуллина. – 2003. – № 10. – С. 125–131.
3. Костюченкова, О. Н. Теоретическое обоснование параметров рабо чих органов срезающего аппарата капустоуборочной машины [Текст] / О. Н. Костюченкова // Вестник науки Казахского государственного агротехнического университета им. С. Сейфуллина. – 2007. – № 1 (44). – С. 286–294.
4. Костюченкова, О. Н. Обоснование механизированной уборки бело кочанной капусты и принципов формирования уборочных агрегатов [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова // Вестник сельскохо зяйственной науки Казахстана. – 2008. – № 4. – С. 59–62.
Публикации в других изданиях 5. Костюченкова, О. Н. Теоретические основы выбора параметров рабо чего органа машины уборки маточников капусты [Текст] / Н. В. Костю ченков, М. Д. Алимжанов, О. Н. Костюченкова, А. П. Заика // Материалы международной научно-практической конференции «Агроинженерная наука – повышению эффективности АПК». Кн. 1. – Алматы, 2003. – С. 36–44.
6. Костюченкова, О. Н. Влияние абсолютной погрешности измерений на количество наблюдений при статистической обработке информации [Текст] / Н. В. Костюченков, В. А. Бабушкин, О. Н. Костюченкова // Материалы международной научно-практической конференции «Со стояние, проблемы и перспективы развития механизации сельского хо зяйства и машиностроения АПК». Кн. 2. – Алматы, 2004. – С. 131–135.
7. Костюченкова, О. Н. К обоснованию выборочной уборки белокочан ной капусты [Текст] / О. Н. Костюченкова, А. Н. Костюченков // Тезисы докладов республиканской научно-теоретической конференции «Сей фуллинские чтения-3». – Астана, 2007. – С. 13–14.
8. Костюченкова, О. Н. Технологии и технические средства уборки бело кочанной капусты. Аналитический обзор [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова, А. Н. Костюченков // Акмолинский ЦНТИ. – Аста на : ЦНТИ, 2007. – 102 с.
9. Костюченкова, О. Н. Состояние, проблемы и перспективы механизи рованной уборки белокочанной капусты [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова // Материалы международной научно-практической конференции (16 июля 2007 г.) / МСХ РК, НИИ экономики АПК и раз вития сельских территорий. – Алматы, 2007. – С. 291–295.
10. Костюченкова, О. Н. Моделирование технологической операции транспортирование [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова // Материалы международной научно-практической конференции, посвя щенной 65-летию Курганской ГСХА (28–29 мая 2009 г.). – Т. 2. – Кур ган, 2009. – С. 332–337.
11. Костюченкова, О. Н. Ориентирование растений при машинной уборке капусты [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова // Материалы международной научно-практической конференции (18–19 мая 2010 г.). – Т. 2. – Курган : КГСХА, 2010. – С. 334–337.
12. Костюченкова, О. Н. Исследование технологической операции от клонение (выравнивание) растения при машинной уборке капусты [Текст] / О. Н. Костюченкова, Н. В. Костюченков // Материалы междуна родной научно-практической конференции (18–19 мая 2010 г.). – Т. 2. – Кур ган : КГСХА, 2010. – С. 337–342.
13. Костюченкова, О. Н. Моделирование приёмно-выгрузного транспор тёра универсальной капустоуборочной машины [Текст] / С. Н.Капов, О. Н. Костюченкова // Материалы международной научно-практической конференции. – Курган : КГСХА, 2011. – С. 417–422.
14. Костюченкова, О. Н. Параметры транспортирующих рабочих орга нов универсальной капустоуборочной машины [Текст] / О. Н. Костю ченкова, С. Н. Капов // Вестник ЧГАА. – 2011. – Т. 58. – С. 38–42.
Патенты на изобретения 15. Предварительный пат. № 8747 Республика Казахстан, МПК А01D45/26. Универсальная капустоуборочная машина НКМ- [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова, С. Ф. Чинжаров ;
патентообладатель Костюченков Н. В. – № 980385.1;
заявл. 13.04.1998 ;
опубл. 14.04.2000, Бюл. № 4.– 4 с. : ил.
16. Предварительный пат. № 16746 Республика Казахстан, МПК А01D45/26. Капустоуборочная машина [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова, А. А. Несветеев ;
патентообладатель Костючен ков Н. В. – № 2004/0307.1 ;
заявл. 05.03.2004 ;
опубл. 16.01.2006, Бюл.
№ 1. – 6 с. : ил.
17. Инновационный пат. № 24963 Республика Казахстан, МПК А01D45/26. Срезающий аппарат капустоуборочной машины [Текст] / Н. В. Костюченков, О. Н. Костюченкова, М. Д. Алимжанов, О. С. Ве рещагин ;
патентообладатель Костюченков Н. В. – № 2010/1808.1;
заявл.
30.12.2010 ;
опубл. 15.12.2011, Бюл. № 12. – 4 с. : ил.
Подписано в печать 10.04.2012 г. Формат 6084/ Гарнитура Times. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № КЗ- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Челябинская государственная агроинженерная академия»
454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина,