Разработка и обоснование параметров валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа
На правах рукописи
Ульянов Максим Владимирович
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ВАЛКООБРАЗОВАТЕЛЯ ПЛОДОВ БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР
АКТИВНОГО ТИПА
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет»
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Цепляев Алексей Николаевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Детали машин, подъемно-транспортные машины и сопротивление материалов»
ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ»
имени Н.И. Вавилова Павлов Павел Иванович;
кандидат технических наук, с.н.с. лаборатории механизации бахчеводства и овощеводства ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ»
Мартынов Иван Сергеевич
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет»
Защита диссертации состоится 21 мая 2012 года в 10 часов 15 минут на заседании диссертационного совета Д220.008.02 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет» по адресу:
400002, г. Волгоград, пр-т Университетский, 26, ауд. 214.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет».
Автореферат разослан «_» 2012 года и размещен на официальном интернет-сайте ВАК РФ.
Ученый секретарь диссертационного совета, профессор А.И. Ряднов
Общая характеристика работы
Актуальность темы. При возделывании бахчевых культур уборка пло дов является самой затратной технологической операцией – на нее приходится до 40 % всех затрат.
Уровень механизации в крестьянских и фермерских хозяйствах, занима ющихся производством бахчевых, составляет всего около 15 %. Внедрение передовых технологий на базе комплексной механизации процесса уборки уро жая позволяет не только облегчить труд бахчеводов, но и поднять его произво дительность и снизить себестоимость продукции.
Имеющиеся технические средства, предназначенные для уборки плодов бахчевых культур, из-за высокой их стоимости не находят широкого примене ния среди мелких производителей. Разработанные в нашей стране и за рубежом средства механизации уборки бахчевых имеют низкую производительность и по показателям повреждаемости плодов не отвечают агротребованиям.
В связи с этим, остаётся актуальной проблема механизации уборки пло дов бахчевых культур преимущественно некруглой формы и создания конструкции валкообразователя активного типа, способного производить их уборку с минимальным травмированием. Решение данной проблемы будет способствовать улучшению экономических показателей сельскохозяйственного производства за счёт снижения затрат ручного труда, выполнения всех работ в лучшие агротехнические сроки, повышения товарного выхода продукции, реа лизуемой по более выгодным ценам.
Цель исследования. Создание валкообразователя активного типа для уборки плодов бахчевых культур, преимущественно некруглой формы, умень шающего их травмирование до показателей агротребований, снижающего долю ручного труда, увеличивающего срок хранения плодов.
Для решения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Изучить физико-механические свойства плодов бахчевых культур.
2. Провести анализ существующих валкообразователей, выяснить их пре имущества и недостатки.
3. Разработать валкообразователь плодов бахчевых культур активного типа, способный убирать плоды некруглой формы с минимальным их повреждением.
4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями обосновать конструктивные и кинематические параметры разработанного валкообразовате ля, провести его производственные испытания.
5. Определить экономическую эффективность применения валкообразо вателя активного типа для уборки плодов бахчевых культур.
Объект исследования - технологический процесс уборки плодов бахче вых культур преимущественно некруглой формы с применением валкообразо вателя активного типа.
Научная новизна работы заключается в разработке и исследовании конструкции валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа для уборки плодов преимущественно некруглой формы, защищенного патентом РФ на изобретение;
теоретическом и экспериментальном обосновании конструк тивных и кинематических параметров валкообразователя, подтвержденных экс периментальными исследованиями.
Практическая значимость работы состоит в использовании новой конструкции валкообразователя активного типа, теоретическом и эксперимен тальном обосновании его параметров, рекомендациях по уборке плодов бахче вых культур некруглой формы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Усовершенствованный процесс уборки плодов бахчевых культур не круглой формы.
2. Конструкция валкообразователя плодов бахчевых культур, защищен ная патентом РФ на изобретение № 2399192.
3. Аналитические зависимости, определяющие конструктивные и кине матические параметры валкообразователя.
4. Математическая модель, описывающая процесс работы валкообразова теля активного типа.
5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разра ботанной конструкции валкообразователя.
6. Технико-экономическая оценка эффективности использования разра ботанной конструкции валкообразователя активного типа.
Реализация результатов исследований. Производственные испытания валкообразователя активного типа для уборки плодов бахчевых культур некруг лой формы проводились на полях КХ «Терса» Дубовского района Волгоград ской области;
КФХ «Масленникова С.П.», ИП КФХ «Михайличенко А.Н.», ИП КФХ «Дашевский А.Г.» Быковского района Волгоградской области.
Апробация. Основные результаты исследований по работе докладывались на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Волгоградская ГСХА»
(2008…2011 гг.), ФГОУ ВПО «АЧГАА» (2010 г.), Всероссийском молодежном образовательном форуме «Селигер-2010», «Селигер-2011», 2-й Межрегиональ ной выставке инновационных проектов «ВИП-2010», Специализированной вы ставке «Агропромышленный комплекс»(2010…2011 гг.), 1-ом Волгоградском молодежном инновационном конвенте 2010 г., Всероссийской выставке Научно технического творчества молодежи (2010…2011 гг.), I инновационной выставке достижений в Волгоградской области 2011 г., программе «У.М.Н.И.К.» 2011 г., Всероссийском конкурсе «Ползуновские гранты» 2011 г., проекте «Стимулиро вание молодежного инновационного предпринимательства в РФ» 2011 г.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 13 печатных работ, четыре из них – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено три па тента РФ на изобретения, конструкция валкообразователя отмечена золотой ме далью ВЦ «Царицынская ярмарка» в 2010 г, получен диплом ВВЦ в 2011 г. За разработанный валкообразователь получено три гранта:
- «Ползуновские гранты»;
- программа «У.М.Н.И.К.»;
- «Стимулирование молодежного инновационного предпринимательства в РФ».
Общий объем опубликованных работ составляет 5 п.л., из них 3,28 п.л.
принадлежит автору.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, пяти глав, общих выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит таблиц и 55 иллюстраций, 9 приложений. Список литературы включает 114 ис точников, из них 8 – на иностранных языках.
Содержание работы Во введении изложена краткая характеристика состояния проблемы уборки бахчевых культур существующими валкообразователями, обоснована актуальность темы, цель исследований, задачи исследований, объекты исследо ваний, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выно симые на защиту, реализация результатов исследований, апробация, публика ции, структура и объем работы.
В первой главе «Анализ существующих технологий и технических средств для уборки плодов бахчевых культур» отмечается, что в настоящее вре мя в хозяйствах, занимающихся бахчевыми, нет машин промышленного произ водства, предназначенных для уборки плодов бахчевых культур;
уборка произ водится, в основном, вручную.
Вопросами уборки плодов бахчевых культур занимались: А.Н. Гудков, А.Ф. Ульянов, Г.Е. Листопад, В.Г. Абезин, В.И. Малюков, А.Н. Цепляев, М.Н.
Шапров, Л.Н. Чабан, И.С. Егоров, В.Н. Мутулов и др. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.
В выводах первой главы отмечается, что разработанные и используемые в настоящее время валкообразователи не удовлетворяют агротехническим тре бованиям, предъявляемым к машинам для уборки плодов бахчевых культур.
Во второй главе «Теоретические исследования по определению основ ных параметров валкообразователя активного типа» представлено описание разработанной конструкции валкообразователя активного типа, обеспечиваю щего уборку плодов некруглой формы с минимальными повреждениями.
Разработанная конструкция валкообразователя (рис. 1) включает в себя раму 1, на которой установлен электродвигатель 2 и редуктор с барабаном 3. Ба рабаны связаны между собой плоскими ремнями 4. Лопасти 5 крепятся к рем ням 4, а под ними установлены удерживающие от провисания пластины. К раме валкообразователя 1 снизу крепится плетеотрывная планка 10.
а) б) 1 – рама валкообразователя;
2 – электродвигатель;
3 – редуктор с барабаном;
4 – ремень;
5 –лопасти;
6 – плетеотрывная планка;
7 – колесо параллелограммного механизма а) вид сбоку;
б) вид сверху Рисунок 1 – Схема валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа Рабочий процесс происходит следующим образом. Трактор с помощью гидросистемы опускает валкообразователь на поверхность поля. При этом вал кообразователь опирается на колеса параллелограмных механизмов. При дви жении валкообразователя по бахчевому полю плоды перемещаются к центру машины за счет их взаимодействия с поверхностью ремней и лопастями. В ре зультате по центру агрегата формируется валок.
Для выполнения качественной уборки и достижения агротехнических требований теоретически и экспериментально определены конструктивные и кинематические параметры разработанного валкообразователя.
Работа всех бахчеуборочных машин сопряжена с механическими воздействиями на плоды бахчевых. Они обусловлены ударом и статическими усилиями. При этих воздействиях наблюдается деформация плода.
Рассмотрим взаимодействие барабана и плода в начальный момент (рис. 2).
а) б) 1 – барабан;
2 – плод;
3 – транспортерная лента а) вид сверху;
б) вид сбоку (повернуто) Рисунок 2 – Схема сил, действующих на плод при его защемлении между барабаном и лункой На рисунке 2 представлены: N1 – нормальная сила, действующая на плод от вращающейся лопасти;
N2 – нормальная сила, действующая на плод со сто роны барабана, перемещающегося вместе с машиной;
Р – суммарная сила от действия сил N1 и N2;
точка «С» – точка приложения суммарной силы Р к пло ду, находящемуся в углублении. Точка Д – точка взаимодействия плода с поч вой;
Р – проекция силы Р на линию С и Д;
– угол между векторами сил Р и Р ;
– угловая скорость вращения барабана.
Судя по схеме (рис. 2), повреждение плода возможно от действия суммы сил Ри G, их величина будет равна:
P ) G sin P' G ' G cos(,.
cos Сумма проекций сил:
P G sin P P' G '. (1) cos Сила Р1 будет вызывать деформацию плода и почвы. Поэтому рассмот рим отдельно деформацию почвы от силы Р1 и эту же силу, действующую на плод. Процесс деформации почвы сопровождается уплотнением. Элементарная работа уплотнения почвы определится из выражения:
, (2) где: dh – бесконечно малая величина деформации, м.
Работа при уплотнении почвы высотой слоя от начала деформирования h0 до конечного h может быть записана:
h P dh.
A (3) h h Величина V ln представляет собой смещенный объем Vc, следователь h но:
A pср Vc.
' ' Среднее значение pср, исходя из деформирования различных материалов, в т.ч. и почвы, может быть определено на том основании, что удельное давление равно напряжению текучести почвы. Тогда работа по смещению объема Vc будет равна:
A c Vc, где: c – коэффициент сопротивления почвы смятию, Н/м2.
Сила, с которой рабочий орган валкообразователя будет действовать на плод, определится из выражения:
R (h h0 ) c (h h0 ) 2. (4) 2 A P h h0 h где: h - высота сдеформированной почвы.
Следовательно, учитывая зависимость (1), коэффициент смятия с ра вен:
(h0 h) ( P cos G sin ) с.доп R (h h0 )3. (5) (h h0 ) 2 2 9 Зажатый между двумя элементами (цилиндрическим барабаном и почвой) плод подвергается статическому воздействию. При этом глубина деформации плода не должна превышать толщину коры « а » для арбуза или толщины панциря и мякоти для тыквы « Т ». Элементарная величина работы по деформированию коры будет представлена выражением:
dA 2 Nd.
При ранее принятых обозначениях это выражение будет записано:
dA 2 P d, где: P1 – сила от действия барабана.
Полное выражение работы по деформированию плода запишется выра жением:
A 2 P d. (6) После соответствующих преобразований получим:
d A 2V q. (7) Валкообразователь активного типа ориентирован, в основном, на сбор плодов некруглой формы, в первую очередь, тыквы. По форме тыква может быть представлена сочетанием двух фигур: половиной тора и цилиндром с дву мя одинаковыми основаниями. Площадь поверхности тора определится по фор муле: ST 4 2 ab, где 0 a b, a – радиус окружности. Для принятых нами обозначений запишем площадь поверхности тора в виде:
ST 4 2 R r, (8) где: r – радиус окружности;
R – радиус от оси до центра окружности.
Половина поверхности тора: ST 2 2 R r Площадь поверхности основа ний двух цилиндров равна:
Sц 2R 2. (9) Отсюда суммарная площадь поверхности тыквы определится:
S ST Sц 2 2 R r 2R 2 2R (r R ). (10) Поверхность, подвергающаяся сжатию:
Sсж k n 2 ( R r ) r, (11) где: и – центральные углы, в которых заключены наружная и вну тренняя поверхности тора (тыквы) соответственно, k n.– коэффициент пропор циональности, учитывающий, что деформируется не весь плод, а только его часть.
Максимальное значение объема, в котором будет распространяться рабо та по допустимому сжатию плода, определится:
Vсж S сж, (12) где: – толщина панцирного слоя тыквы.
d Т A k n 2 ( R r ) r q. (13) Т Удельное усилие при сжатии:
q s1 1 f n s 2 1 f n, (14) где: q – удельное усилие приложенное к поверхности плода, Н/м 2;
S 1 – напряжение сдвига на поверхности плода, Н/м2;
f n – коэффициент трения между поверхностью рабочего органа и плодом;
Т – толщина коры с мякотью для тык вы, м;
– толщина панцирного слоя, м;
S 2 – напряжение сдвига слоев мякоти, Н/м2.
Работа при сжатии плода будет равна:
f A k n 2 ( R r ) r S 1 ln Т 0 n Т Т 0 Т f S 2 ln Т 0 n Т Т 0 ln Т 0. (15) Т Т Теоретико-аналитический анализ позволяет определить жесткость мате риала «С»:
НК f R h 2 h К n 2 ( R r ) r (1 n Т ) с.д Т 9. (16) С л Rб д л Rб д Таким образом, если в полученное выражение (16) подставить соответ ствующие числовые значения, то можно подсчитать значение допустимой жесткости транспортерной ленты валкообразователя, исключающей поврежде ние плодов бахчевых.
Начальный контакт лопасти с плодом сопровождается ударом. Фи зико-механическое явление удара по плоду арбуза рассматривалось во многих работах. Новизна наших исследований в том, что мы рассматриваем возмож ность применения валкообразователя на тыкве.
В классической теории удара явление соударения двух тел оценивается ударным импульсом и представляет собой уравнение в виде:
t mu mV Fdt, где: u – скорость тела после удара;
V – скорость тела до удара;
F – сила удара;
dt – бесконечно малый промежуток времени, m – масса тела при ударе.
Известно, что суммарная работа при ударе плода затрачивается на упру гую и пластическую деформации:
A A1 A2, (17) где: A1 – работа упругой деформации;
A2 – работа пластической дефор мации.
В работах, выполненных исследователями Егоровым И.С. и Мутуловым В.Н., теоретически обосновано, выражение для определения полной работы:
cb 2m 2 m 2 1 Н rу2, A (18) Т cb 2 2 m 2 m 2 Н ry A. (19) 1 Т 2 Проведенные далее физико-математические преобразования позволяют найти предельно-допустимую поступательную скорость движения валкообразо вателя. Она будет равна:
cb Н 2 ry 1 Т доп. (20) m Теоретическое определение окружной скорости барабана валкооб разователя.
При движении валкообразователя с активным рабочим органом каждая его точка совершает сложное движение: центр барабана перемещается по пря мой, а каждая его наружная точка – по окружности. При таком сложном движе нии траектория каждой точки будет представлять собой циклоиду. Следова тельно барабан, взаимодействующий с плодом, будет перемещать его по ука занной траектории. На схеме (рис. 3) вычерчена часть такой траектории.
Определим траекторию движения центра плода (т.О1). Координата точки А по осям OX и OY будет представлена параметрическим уравнением:
Y ( Rt (rR ) r cos, X sin (21) A б n ) A М б n где: Rб – радиус барабана;
rn – радиус плода;
– угол поворота бараба на;
М – скорость движения машины;
t – промежуток времени, при котором центр барабана переместится из точки О в точку О '.
Рисунок 3 – Схема траектории перемещения плода при работе валкообразователя Циклоида характеризуется показателем, соотношением скоростей :
U, (22) М где: U – окружная скорость барабана;
– поступательная скорость дви жения его центра.
1 arcsin.
Таким образом, нами получено выражение угла поворота барабана, при котором путь плода по оси OX должен быть минимальным. В нашу последую щую задачу входило определение окружной скорости U транспортера при усло вии минимального пути плода по оси OX c учетом угла установки секции вал кообразователя.
В конечном виде значение окружной скорости транспортера будет равно:
cb Н 2 ry ( R rn ) sin 1 Т. (23) U б L m 1 Теоретическое определение пути, пройденного плодом при различ ных соотношениях скоростей и угла установки секции валкообразователя.
x Sn. (24) cos После аналитического преобразования в конечном виде значение пути, пройденного плодом будет равно:
L Sn U t 1. (25) cos arctg 2 sin 2 L sin R cos a sin Для решения данного уравнения была составлена программа. В результа те получили графики изменения длины пути плодов в зависимости от соотно шения скоростей и угла установки секции валкообразователя (рис. 4).
Рисунок 4 – Изменение длины пути плодов в зависимости от соотношения ско ростей и угла установки секции валкообразователя В третьей главе «Методика проведения экспериментальных исследова ний работы валкообразователя активного типа» были рассмотрены следующие общие и частные методики: определение общей методики экспериментальных исследований и методики проведения поисковых опытов;
изучение некоторых физико-механических свойств плодов бахчевых культур (фрикционные, раз мерно-массовые характеристики, взаимодействие плодов с почвой и рабочими органами, прочностные характеристики плодов и плетей бахчевых культур);
ис следование работы валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа;
оптимизация значений факторов, влияющих на работу валкообразователя активного типа (соотношение скоростей, угол установки, шаг планок).
Лабораторные опыты проводились в 2008-2010 гг. на кафедре «Сельскохозяй ственные машины» Волгоградского государственного аграрного университета. Ис следования выполнялись с применением компьютерного измерительного комплекса.
Рисунок 5 – Лабораторные исследования с использованием АЦП Е-440 по определению усилия необходимого для перемещения плода тыквы «Волжская серая»
Для определения усилия оказываемого на плод тыквы «Волжская серая»
при перемещении по поверхности почвы валкообразователем пассивного типа устанавливался упругий элемент, а к нему крепились датчики, подсоединенные к АЦП Е-440 и компьютеру, таким образом, все данные были представлены на мониторе компьютера в виде графика.
Для определения основных параметров валкообразователя активного типа использовалась лабораторная установка, а для полевых испытаний – изго товлена секция валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований вал кообразователя активного типа» определены физико-механические свойства плодов бахчевых культур (коэффициенты трения покоя и движения, прочност ные показатели плетей и их связей с плодами и почвой, размерно-массовая ха рактеристика плодов бахчевых культур);
найдены оптимальные показатели тре ния плодов по почве и конструкторским материалам, определена высота уста новки планки валкообразователя над поверхностью почвы, сопротивления пло дов статическим нагрузкам, получены данные по изменениям длины пути пло дов, срокам хранения при лабораторных и производственных испытаниях.
На основании результатов проведённого исследования построена зависи мость повреждения плодов от высоты установки планки валкообразователя над поверхностью почвы.
Минимальное травмирование (до 1 %) получено при установке планки над поверхностью почвы высотой 0,04 м, которая принята нами для дальней ших исследований. При этом нижняя кромка планки должна быть скруглена и иметь опорную полку.
Резкое увеличение повреждения происходит при высоте установки 0, м, т.к. минимальный размер подбираемого плода составляет в соответствии с агротребованиями 0,15 м, а это – более половины его диаметра.
На основании опытов по экспериментальному определению оптималь ных параметров работы валкообразователя активного типа построены соответ ствующие кривые, представленные на рис. 6, 7.
При изменении длины пути плодов бахчевых до формирования валка в зависимости от соотношения скоростей и угла установки секции валкообразо вателя видно, что путь плодов уменьшается, если увеличивать угол установки секции и соотношения скоростей. При увеличении соотношения скоростей и угла установки секции валкообразователя плоды бахчевых культур проходят наименьший путь, что ведет к уменьшению повреждения плодов.
Рисунок 6 – Изменение длины пути плодов тыквы «Волжская серая» в зависи мости от соотношения скоростей и угла установки секции валкообразователя а) б) а - тыквы «Волжская Серая» в зависимости от скорости удара;
б - бахчевых культур в зависимости от силы сжатия Рисунок 7 – Сроки хранения плодов Полученные данные позволяют сделать следующее заключение. Измене ние скорости действия машин на плоды бахчевых оказывает непосредственное влияние на сроки их хранения. Чем она выше, тем меньше срок хранения. Не значительные колебания скорости не изменяют показателя хранения. В то же время, если применить резиновые покрытия рабочих органов или их отдельных элементов, можно в несколько раз увеличить скорость агрегатов и их произво дительность. Из (рис. 7,а) видно, что чем ниже скорость удара, тем срок хране ния больше. Судя по результатам опытов, применение резинового покрытия толщиной 30 мм позволяет в 3,0 …3,5 раза увеличить скорость, а лучшим мате риалом считается прорезиненная лента, так как при ударе о её поверхность срок хранения плодов самый высокий.
Срок хранения плодов бахчевых зависит не только от силы сжатия, но и от сорта плодов бахчевых культур (рис. 7,б). Срок хранения плодов уменьшает ся при увеличении силы сжатия. Наименьший срок хранения наблюдается у плодов арбуза «Кримсон Суит», так как их кора тоньше, чем у плодов арбуза «Холодок» и тыквы «Волжская серая». Механическая нагрузка на плоды бахче вых оказывает существенное влияние на сроки хранения плодов. С ее увеличе нием срок хранения снижается.
В соответствии с принятой методикой, для исследования области опти мума был реализован план Рехтшафнера для 3-х факторного эксперимента. На именование факторов, их уровни и интервалы варьирования приведены в табл.
Таблица - Факторы, их уровни и интервалы варьирования Интервал Уровни фактора Факторы варьирования, 0 –1 + х1 – соотношение скоростей, м/с 0,2 0,1 0,3 0, х2 – угол установки, град. 50 30 70 х3 – шаг лопастей, м 0,5 0,3 0,7 0, В результате расчетов получены уравнения регрессии в кодированном виде:
П тык 0,66 0,13х 1 0,38х 2 0,1х 3 0,13х 1 х 2 0,1х 1 х, (26) 0,1х 2 х 3 1,21х 1 1,31х 2 0,64 х 2 П арб 2,3 0,65х 1 1,17 х 2 0,03х 3 0,13х 1 х 2 0,17 х 1 х, (27) 0,15х 2 х 3 1,35х 1 1,18х 2 0,68х 2 Выявлено, что оптимальными являются следующие режимы работы вал кообразователя: соотношение скоростей тык =0,18…0,20 м/с, арб =0,16… 0,18м/с, угол установки тык =51…55 град, арб =58…62 град, шаг планок 0,4… 0,6 м.
Таким образом, предложенный валкообразователь активного типа для уборки бахчевых культур некруглой формы обеспечивает минимальное повре ждение плодов. Качество уборки отвечает агротехническим требованиям, в ре зультате чего достигается увеличение срока хранения плодов.
В пятой главе «Определение основных экономических показателей при менения разработанного валкообразователя активного типа» проведен сравни тельный анализ экономической эффективности валкообразователя активного типа с УПВ-8.
Производственными испытаниями установлено, что наиболее эффектив ным и прибыльным является использование валкообразователя активного типа - 2260,1 рублей, т.к. расчетная прибыль на 1 т продукции на 28 % больше, чем проведение аналогичных операций при использовании УПВ-8 – 1767,1 рублей.
Общие выводы 1. В результате анализа конструкции валкообразователей плодов бахче вых культур установлено, что существующие валкообразователи промышлен ного производства не приспособлены к уборке плодов некруглой формы на продовольственные цели, а экспериментальные не отвечают основным требова ниям, предъявляемым к машинам для уборки.
2. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать удель ные нагрузки от механических воздействий на плоды бахчевых культур. На её основе найдены теоретические зависимости для определения допустимых удар ных и статических нагрузок на плоды, а также параметры конструкторских ма териалов валкообразователя.
3. Полученная математическая модель использована для теоретических исследований по определению кинематических параметров валкообразователя:
максимальной скорости движения агрегата, окружной скорости транспортерной ленты валкообразователя, соотношения скоростей.
4. По результатам теоретических и экспериментальных исследований полу чены значения пути, пройденного плодом при различных соотношениях скоростей и угла установки секции валкообразователя, их оценка по критерию Стьюдента позволяет утверждать, что полученные кривые соответствуют tT t эк.
5. Экспериментальными исследованиями найдены основные параметры плодов тыквы: диаметр изменяется в пределах от 261 до 352 мм, при этом сред ние значения составили 311 мм, высота плодов находится в пределах от 191 до 235 мм, при этом средние значения составили 213 мм, масса плодов варьирова ла в пределах от 5,9 до 8,3 кг, средняя масса плодов составила 7,1 кг. Их значе ния использованы при расчете конструктивных элементов валкообразователя.
6. Опытами по изучению деформации плодов установлено, что в коре плода зона разрушения при допустимом статическом воздействии растет прямо пропорционально силе сжатия, а в мякоти пластическая деформация развивает ся меньше, потому что волна сжатия распространяется больше по площади кон такта, чем в глубину.
7. Полевые испытания разработанного валкообразователя активного типа показали, что при уборке плодов арбуза и тыквы он перемещает плоды в валок с повреждениями до 2 %, а при работе валкообразователя пассивного типа повре ждение плодов достигает 15 %.
8. Срок хранения зависит не только от силы сжатия, но и от сорта плодов бахчевых культур. Наименьший срок хранения наблюдается у плодов арбуза «Кримсон Суит», так как их кора тоньше, чем у плодов арбуза «Холодок» и тыквы «Волжская серая». Механическая нагрузка на плоды бахчевых оказывает существенное влияние на сроки хранения плодов. С ее увеличением срок хране ния снижается.
9. Результатами применения разработанного валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа является:
- уменьшение травмирования плодов арбуза до 2 %, а тыквы – до 0,5 %;
- снижение ручного труда на 20 %;
- увеличение срока хранения плодов бахчевых культур на 40 %.
10. Технико-экономические расчеты показали, что наиболее эффектив ным и прибыльным является использование валкообразователя активного типа, т.к. расчетная прибыль на 1 т продукции на 28 % больше, чем проведение ана логичных операций при использовании УПВ-8.
Рекомендации производству 1. При работе валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа засоренность поля не должна превышать 25 сорных растений на 1 м2.
2. Для снижения повреждения плодов рекомендуемый угол установки секции валкообразователя должен быть в пределах от 40о до 60о.
Список работ, опубликованных по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК 1. Ульянов, М.В. Результаты проведения лабораторно-производственных испытаний валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа [Текст]/ М.В. Ульянов, А.В. Ульянов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2011. – Вып. №3(31). – С. 98-100.
2. Цепляев, А.Н. Определение предельно-допустимой скорости движения валкообразователя активного типа [Текст]/ А.Н. Цепляев, М.В. Ульянов, В.А. Цепляев, А.В. Ульянов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2011. – Вып. № (24). – С. 215-219.
3. Цепляев, А.Н. Разработка современной машины для уборки плодов бахчевых культур [Текст] / А.Н. Цепляев, М.В. Ульянов, А.В. Ульянов // Изве стия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее про фессиональное образование. – 2010. – №4(20). – С. 164-167.
4. Цепляев, А.Н. Результаты экспериментальных исследований валкооб разователя активного типа [Текст]/ А.Н. Цепляев, М.В. Ульянов, А.В. Ульянов, В.А. Цепляев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса:
наука и высшее профессиональное образование. – 2010. – № 3(19). – С. 188-192.
Статьи в материалах конференции 5. Моторин, В.А. Конструкция подборщика плодов бахчевых культур [Текст]/ В.А. Моторин, М.В. Ульянов // Наука и молодежь: новые идеи и реше ния: материалы V Междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей, г.
Волгоград. – Волгоград: ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА, 2011. – Ч. III. – С.
273-275.
6. Ульянов, М.В. Анализ валкообразователей плодов бахчевых культур [Текст]/ М.В. Ульянов // Материалы III Междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей, посвященной 65-летию образования Волгоградской государ ственной сельскохозяйственной академии / ВГСХА. – Волгоград: Волгоград ская ГСХА, 2009. – С. 121-125.
7. Ульянов, М.В. Валкообразователь активного типа [Электронный ре сурс]/ М.В. Ульянов, А.Н. Цепляев // Инновационные идеи молодежи – агро промышленному комплексу: мастерская регионального конкурса инновацион ных разработок молодых ученых, 17 ноября 2010 г. / Волгоградская государ ственная сельскохозяйственная академия: Зворыкинский проект: Молодежный инновационный клуб «Инновариум». – Волгоград, 2010. – 1 CD-диск. – С. ( с.).
8. Ульянов, М.В. Основные показатели применения валкообразователя плодов бахчевых культур активного типа [Текст]/ М.В. Ульянов, А.В. Ульянов // Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей, посвя щенной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне / ВГСХА. – Волго град : Волгоградская ГСХА, 2010. – С. 215-218.
9. Ульянов, М.В. Валкообразователь активного типа как современная ма шина для уборки плодов бахчевых культур [Текст] / М.В. Ульянов // Материалы XVI региональной конференции молодых исследователей Волгоградской обла сти: науч. изд. – Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2012. – С. 228 231.
10. Ульянов, М.В. Применение валкообразователя активного типа [Текст] / М.В. Ульянов // Материалы XV региональной конференции молодых исследо вателей Волгоградской области: науч. изд. – Волгоград: ФГОУ ВПО Волгоград ская ГСХА, 2011. – С. 210-212.
11. Цепляев, А.Н. Исследование работы валкообразователя плодов бахче вых культур активного типа [Текст]/ А.Н. Цепляев, М.В. Ульянов, А.В. Ульянов // Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресур сосберегающих, инновационных технологий: материалы междунар. науч. практ. конф. / ВГСХА. – Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2010. – С. 298-302.
12. Цепляев, А.Н. Исследование работы валкообразователя плодов бахче вых культур активного типа [Текст]/ А.Н. Цепляев, М.В. Ульянов, А.В. Ульянов // Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресур сосберегающих, инновационных технологий: материалы междунар. науч. практ. конф. / ВГСХА. – Волгоград: Волгоградская ГСХА, 2010. – С. 298-302.
13. Цепляев, А.Н. Определение параметров валкообразователя активного типа по результатам проведения лабораторно-производственных испытаний [Текст]/ А.Н. Цепляев, М.В. Ульянов, А.В. Ульянов // Интеграционные процес сы в науке, образовании и аграрном производстве – залог успешного развития АПК: материалы Междунар. науч.-практ. конф., Волгоград 25-27 января г.– Волгоград: ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА, 2011. – Т. 2. – С. 3-6.
Подписано в печать _. Формат 6080 1/ Бумага кн.-журн. Гарнитура Таймс.
Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № _ _ Издательско-полиграфический комплекс ВолГАУ «Нива»
400002, Волгоград, пр-т Университетский,