авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Совершенствование технологии и разработка роторно винтового молотильного аппарата для обмолота нута

На правах рукописи

ДУГИН Юрий Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА РОТОРНО ВИНТОВОГО МОЛОТИЛЬНОГО АППАРАТА ДЛЯ ОБМОЛОТА НУТА Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград – 2008 2

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный консультант: доктор с.-х. наук, профессор Цепляев Алексей Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Емелин Борис Николаевич, кандидат технических наук Павленко Владимир Николаевич Ведущее предприятие: ФГОУ ВПО государственный «Калмыцкий университет» (г. Элиста)

Защита состоится «» 2008 года в 12 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, г. Волгоград, Университетский пр-т 26, ВГСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГСХА.

Автореферат разослан «» 2008 года и размещен на сайте http://www.vgsha. ru

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор Ряднов А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из задач современного с.-х. производства является укрепление кормой базы за счет интенсификации земледелия. При этом большую роль играет правильный, научно обоснованный подбор кормовых культур: высокоурожайных и устойчивых к неблагоприятным факторам среды. Наиболее полно подходит к этим условиям нут, он является засухоустойчивой и адаптированной к светло-каштановым почвам Волгоградской области зернобобовой культурой.

Зернобобовые культуры являются источником получения полноценного растительного белка, способствуют сохранению и повышению плодородия почв, получению экологически чистой продукции. Нут является одним из основных источников белка. Его семена характеризуются повышенным содержанием белка, углеводов и жира, наличием многих микроэлементов и некоторых витаминов. Он способен поднять жизненный тонус, мобилизовать защитные силы организма на борьбу со многими недугами и даже противостоять старости.

Поскольку семена нута чувствительны к механическим воздействиям, а при обмолоте комбайнами возникают достаточно большие потери, то при выращивании этой культуры большое внимание уделяется снижению потерь и травмированию семян во время уборки. Технология уборки зернобобовых базируется на использовании серийных зерноуборочных комбайнов. Однако вымолот зерна такими комбайнами происходит за счет удара, семена нута весьма чувствительны к такому воздействию. Поэтому при уборке серийными комбайнами травмирование семян достигает 7…8%. Поэтому для обмолота нута необходимы новые конструктивные решения, в основу которых положено статическое воздействие. Именно таким способом обмолачивается нут с использованием роторно-винтового молотильного аппарата.

Цель исследования. Усовершенствование технологии обмолота нута, разработка и исследование молотильного аппарата роторно-винтового типа увеличивающего полноту вымолота и снижающего повреждение семян при обмолоте.

Объект исследования. Технологический процесс обмолота нута молотильным аппаратом роторно-винтового типа, обеспечивающего полный вымолот зерна при минимальном повреждении.

Методика исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методы теоретической механики, прикладной математики, математической статистики, а также методика и теория планирования эксперимента. Обработка полученных результатов проводилась с использованием программ: Excel, MathCAD, Turbo Pascal. Испытания новой конструкции молотильного аппарата для обмолота зернобобовых культур в лабораторных и полевых условиях проводились на основе ОСТ 70.10.8- «Испытания сельскохозяйственной техники. Программа и методы испытаний» и ГОСТ 24055-88 «Методы эксплуатационно-технической оценки».

Научную новизну представляют:

- усовершенствование процесса обмолота нута за счет применения молотильного аппарата роторно-винтового типа;

- математические зависимости по определению основных кинематических и конструкторских параметров молотильного аппарата;

- математическая модель, определяющая связь качественных показателей процесса обмолота бобовых культур с конструктивными и кинематическими параметрами роторно-винтового молотильного аппарата и их оптимальные значения.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

- усовершенствованный технологический процесс обмолота нута за счет применения новой конструкции молотильного аппарата роторно-винтового типа;

- математическая модель, определяющая связь качественных показателей процесса обмолота нута с конструктивными и кинематическими параметрами роторно-винтового молотильного аппарата;

- экспериментально обоснованные и подтвержденные конструкторские и кинематические параметры созданного роторно-винтового аппарата на основе многофакторного эксперимента.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований обмолота нута разработана новая конструкция молотильного аппарата роторно винтового типа (патент РФ №2267253), позволяющая снизить травмирование семян, повысить производительность при обмолоте нута, обеспечить полноту вымолота семян до 98,4%, при их повреждении не более 1%. Обоснованы оптимальные конструктивные параметры молотильного аппарата, позволяющие получать высокие показатели качества работы.





Реализация результатов эксперимента. Результаты исследований внедрены в ООО АКХ «Кузнецовская» Иловлинского района Волгоградской области. Новая конструкция молотильного аппарата роторно-винтового типа позволила уменьшить повреждение семян нута до 1% при его уборке на площади 30 га.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации обсуждены и одобрены на итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава и молодых ученых Волгоградской ГСХА (2004-2008гг), а также на международных научно-практических конференциях, посвященных 60 - ти - летию Победы в Великой Отечественной войне и 65 – ти летию освобождения Сталинграда, ВГСХА.

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 8 работ, включая патент РФ на изобретение, одна работа опубликована в журнале, поименном в списке ВАК РФ. Общий объем опубликованных работ составляет 1,5 п.л., из них 1,14 п.л. принадлежит автору.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы и приложений. Материал изложен на 181 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц, 63 иллюстрации, список использованной литературы состоящий из 122 наименований, в том числе 4 - на иностранных языках, приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, ее практическая значимость, приведены цель исследования и вытекающие из нее задачи, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрено значение зернобобовых культур, на примере нута, в сельском хозяйстве, изучены конструкции существующих молотильных устройств и проведен обзор теоретических и экспериментальных исследований процесса выделения семян.

Главная причина ограниченного производства нута – отсутствие высокопродуктивных сортов, несовершенство технологий возделывания применительно к конкретным условиям, высокое травмирование семян при обмолоте нута серийными зерноуборочными комбайнами.

Для условий Нижнего Поволжья созданием высокопродуктивных сортов и новых технологий занимаются ученые Волгоградской ГСХА во главе с заведующим кафедрой профессором В.В. Балашовым. В свое время были выведены новые районированные сорта нута Волгоградский - 5, Волгоградский – 10 и Приво - 1. Однако проблемы совершенствования техники и, особенно для обмолота, остаются нерешенными.

Для разработки более экономичного способа уборки нута на зерно и семена, отвечающего требованиям стандарта, необходимо проанализировать существующие в настоящее время технологии и средства уборки нута на зерно.

Обмолотом различных сельскохозяйственных культур занимились Ряднов А.И., Жалнин Э.В., Скворцов А.К., Иленева С.В., Тронев С.В. и другие. Обмолот нута изучался Пындаком В.И., Павленко В.Н., Балашовым В.В. Наибольший интерес, на наш взгляд, представляют устройства выполненные в виде макетных образцов и апробированные в производстве.

Для снижения травмирования семян, зерновых и зернобобовых культур, ряд авторов рекомендуют использовать на серийном молотильном барабане обрезиненные бичи и другие рабочие элементы. В комбайнах с молотильным барабаном такой конструкции, потери бобов вследствие недомолота не превышают 0,15%. При оптимальной влажности и частоте вращения барабана n=600…800 мин-1 дробление семян нута составляет 2%, травмирование семян – 10%.

Экспериментально выявлены оптимальные параметры инерционно очесного МСУ: количество лопастей – 3, диаметр (описанной окружности) битеров – 125…140 мм, скорость подачи хлебной массы – 0,27…0,5 м/с, частота вращения битеров – 1200…1300 мин-1, потребляемая мощность 0,15кВт.



Данная молотильно-сепарирующая установка, предназначенная для обмолота сорго, позволяет производить обмолот при влажности листостебельной части растений в пределах 50…78%, а влажность зерна – 25…3%.

Анализ существующих средств для обмолота нута позволяет утверждать, что внастоящее время отсутсвуют машины, способные производить обмолот с соблюдением всех агротехнических требований.

Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:

- изучить физико-механические свойства семян и растений нута;

-создать высокопроизводительный молотильный аппарат роторно винтового типа с низкой энергоемкостью и повреждением семян в пределах, рекомендуемых агротребованиями;

- теоретически и экспериментально обосновать кинематические и конструктивные параметры молотильного аппарата и провести исследования по оптимизации факторов, влияющих на процесс обмолота;

- исследовать влияние параметров на качественные показатели обмолота;

- определить технико-экономическую эффективность применения нового обмолачивающего устройства.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса обмолота семян нута» рассмотрена технологическая схема молотильного аппарата и на основе теоретических и экспериментальных исследований существующих конструкций молотильно-сепарирующих устройств разработан молотильный аппарат роторно-винтового типа, рассмотрен и изучен технологический процесс обмолота семян, обоснованы основные констуктивно-кинематические параметры исследуемого аппарата.

При выборе технологической схемы необходимо учитывать следующие технологические требования:

- выделение семян должно быть наиболее полным;

- потери семян не должны превышать 4%;

- повреждение семян рабочими органами не должно быть более 1%.

С нашей точки зрения наиболее полно этим требованиям соответствует молотильный аппарат роторно-винтового типа, принцип действия которого заключается в применении рабочего органа воздействующего только на оболочку боба и разрушающий ее за счет деформации сжатия и сдвига. Данный принцип действия обеспечивает выполнение всех технологических требований, учитываемых при разработке молотильного аппарата.

В качестве рабочего органа в данном молотильном аппарате используются обрезиненные обмолачивающие вальцы. Такой рабочий орган позволяет снизить до минимума травмирование семян при сохранении высокой полноты отделения.

При изучении возможности использования указанного рабочего органа для обмолота семян нута была предложена технологическая схема молотильного аппарата (патент РФ №2267253), представленная на рисунке 1.

Установка включает раму 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 пары обрезиненных вальцов, привод от электродвигателя 4, который через клиноременную передачу приводит во вращение промежуточный вал 5. На валу установлен вариатор 6 для изменения частоты вращения обмолачивающих вальцов.

Каждый валец представляет собой сборную конструкцию. Основой вальца является вал диаметром 25мм. С одной его стороны, приваривается диск, являющийся упором для специальных элементов, в виде жестких резиновых шайб с выступами. Наружная поверхность каждой такой шайбы выполнена в виде многоугольника. После установки резиновых шайб, последняя поджимается гайкой через упорный диск.

Роторно-винтовой молотильный аппарат работает следующим образом.

Масса, поступающая на обмолот, направляется в зазор между первой парой вальцов, которые вращаются навстречу друг другу. Причем конструкция вальцов выполнена таким образом, что из-за смещения выступов шайб на поверхности образуется некоторая винтовая линия, направленная от середины к краям, за счет чего обеспечивается равномерное распределение обмолачивающей массы по всей длине вальцов. При этом верхние слои обмолачивающей массы перемещаются относительно нижних быстрее за счет большей окружной скорости верхнего вальца. Наиболее крупные бобы обмолачиваются первой парой вальцов, а оставшиеся - второй.

Рисунок 1. Технологическая схема молотильного аппарата роторно-винтового типа 1 – рама;

2, 3 – верхняя и нижняя пара обмолачивающих вальцов;

4 – электродвигатель;

5 – промежуточный вал;

6 – вариатор Применение данного роторно-винтового молотильного аппарата позволяет свести к минимуму повреждение семян и увеличить полноту вымолота семян.

При работе первой пары вальцов происходит сжатие материала при его одновременном распределении вдоль оси обмолачивающего вальца. Для теоретического определения радиуса первой пары вальцов рассмотрим схему захвата материала (рис. 2).

Рисунок 2. Схема захвата материала первой парой вальцов Обозначим силы, действующие на материал: N – нормальная сила, возникающая в точке контакта, Н;

F – сила трения поверхности вальца о растения. Указанные силы разложены по осям координат ОХ и ОУ. Условие захвата можно представить неравенством:

FXNX (1) тогда: FX=Fcos, F=fN, FX=fNcos NX=Nsin, считаем, что – угол захвата, f – коэффициент трения между растениями нута и поверхностью вальца.

Если в неравенство (1) подставить значения Nx и Fx, то получим: tgtg где: – угол трения.

Последующее решение позволяет получить нам выражение вида:

hc h R 2(1 cos c ), (2) где: с – угол трения стеблей растений о поверхность вальцов.

Поскольку верхний валец вращается с большей скоростью, чем нижний, то верхние слои массы будут двигаться с большей скоростью, чем нижние.

Последующие преобразования с учетом физических явлений позволяют получить выражение по определению радиуса R:

hc h R. (3) 1 h 2 1 cos c + arcsin 1 2 hc Теоретическое описание процесса уплотнения материала вальцами и одновременного его протаскивания в зазоре можно провести с использованием гипотезы Престона, в которой рассматривается смещение слоев материала в упругих средах.

Принимаем некоторые начальные условия.

1. Уплотняемый слой растений нута обладает упругими свойствами.

2. Смещение слоев материала происходит по некоторой криволинейной поверхности.

3. Касательная к изменению скорости в начале координат направлена вертикально вверх и угол между ней и осью Х равен =/2.

4. Толщина уплотненного слоя остается постоянной и равна размеру зазора /.

Исходя из указанных условий:

p yVmax S i dt d/ =, (4) µs где: d/ - элементарная величина изменения зазора для первой пары вальцов, м;

S – коэффициент пропорциональности, учитывающий приращение усилия, необходимого для протаскивания одних слоев относительно других, Н;

Vmax – максимальная скорость движения слоев материала, м/с;

Si – площадь i-го сечения уплотняемого материала, м2;

dt – изменение времени, с.

Для определения приращения скорости движения материала в зазоре рассмотрим схему (рисунок 3).

b У i Vmax xi dXi Pc P D / h dуi х dуi Уi Уi Рисунок 3. Схема к определению смещения слоев материала при упругой деформации Отсюда сила, необходимая для смещения слоев будет равна:

Рс/ = Ро f. (5) Однако сила Pc при распределении в слоях обрабатываемого материала / не будет иметь постоянного значения и зависит напрямую от закона изменения скорости движения слоев материала. Дифференциальное уравнение закона изменения смещения слоев может быть записано в виде:

d M o =, (6) dy EJ где: – текущий угол между касательной к траектории изменения скорости и вертикальной осью, рад;

Мо – момент смещения слоев, (Н·м);

Е – модуль упругости, обрабатываемого материала, МПа;

J – момент инерции поперечного сечения обрабатываемого материала, относительно оси вращения, перпендикулярной к плоскости вращения, м4.

В соответствии со схемой (рисунок 3) изменение угла в общем виде, равно изменению текущего угла i в криволинейной зависимости и определится:

P0l 0 y y, (7) = i = EJ z 2l где: i - текущий угол между осью координат и касательной к точке в i-ом сечении.

Считая, что каждому значению y и соответствует определенное смещение в системе координат ОХУ, запишем:

dx = d y sin, (8) где: dx – элементарное приращение смещения слоя.

С учетом формул 4, 7, 8 после некоторых математических преобразований, получим интегральное выражение усилия в i – ом сечении слоя:

l 1 y d Р0 l0 f y l. (9) Рi/ = l tg l0 sin 0 0 y Pl dy EJ z 2l Для определения зависимости изменения скорости протаскивания слоев вернемся к выражению (4). Из него следует, что скорость протаскивания верхнего слоя будет равна:

l P0 l0 1 y d y dy tg l0 sin µS EJ z 2l0.

(10) dt = V max l0 P0 l0 f 1 d y y l 0 Полученное выражение (10) из-за своей сложности и громоздкости не может быть решено аналитическими методами и поэтому для его решения разработана программа в Turbo Pascal, с помощью которой получена теоретическая кривая изменения скорости в зависимости от усилия уплотнения (рисунок 4).

V, м/с 4, 3, 3, 2, 2, 1, 1, 0, 0, 0 20 40 60 80 100 Р, Н Рисунок 4. Теоретическая кривая изменения скорости перемещения слоев в зависимости от уплотнения материала Вторая пара вальцов решает основную задачу по выделению семян нута из бобов. Процесс выделения заключается в том, что вращающиеся вальцы захватывают боб и протаскивают его в зазор между ними. При этом минимальный радиус вальцов должен быть таким, чтобы в момент встречи с вальцами боб мог бы быть захвачен ими, то есть при определенном зазоре h минимальный радиус должен обеспечивать условие защемления боба.

Исходя из указанных условий, а также учитывая основные физико механические свойства бобов нута, был определен радиус второй пары вальцов.

Рассмотрим два прямоугольных треугольника ОАВ и О1АВ (рисунок 5).

Сторона АВ у них общая. Тогда на основании теоремы косинусов можно записать:

h h АВ = (R + r ) + R + (R + r ) R + cos.

(11) 2 Поскольку величина зазора h между вальцами напрямую связана с радиусом семени r, то, введя коэффициент пропорциональности меньше единицы, запишем:

r r + r = (R + r ) + R + 2(R + r ) R + cos. (12) sin 2 Рисунок 5. Схема к определению радиуса вальца r 2 ctg 2 (1 cos ) 1 cos sin R=. (13) 2(1 cos ) Для определения усилия разрыва оболочки нута рассмотрим схему взаимодействия вальцов с бобом, представленную на рисунке 6.

При перемещении боба в зазоре h материал вальцов сжимается и совершается некоторая работа деформации и разрыва оболочки. Ее элементарное значение может быть представлено выражением:

dA = 2 Nd, (14) где: N – нормальная сила, Н;

d – элементарная деформация вальца, м.

Работа деформации совершается в некотором постоянном объеме, который представлен объемом сегмента Vc. Объем части оболочки в виде сегмента в соответствии с математическими выкладками, с учетом представленного процесса будет равен:

(3rб 0 ) = Vс.б.

3. (15) На основании зависимостей, рассматриваемых в разделах теоретической механики и сопротивления материалов, а также учитывая особенности обмолота бобов нута предлагаемым молотильным аппаратом, получим:

d А = 0 (3rб 0 )qс, (16) 3 где:qc – некоторое среднее значение удельного усилия, Н/м2 в промежутке от 0 до.

h Рисунок 6. Схема к определению силы разрыва оболочки нута Последующее решение полученного выражения (Ф. 16) позволяет найти значение работы, необходимой для разрушения оболочки боба.

r r 2 н о2 (3rб о )ln о + µ f б б о А= 31 + arcsin + ( о б ) 2 rб. (17) Длина дуги, на которой происходит приращение скорости равна Lд = R, тогда окружная скорость точки вальца должна быть увеличена с Lд R R( f + 1) учетом времени t и будет равна: U = =. (18) t d max Окружная скорость вальца вращающегося с минимальной частотой вращения определится выражением:

U min = 2 R ( f + 1) е 2( f +1)t. (19) Тогда окружная скорость второго вальца будет равна:

R 2 ( f o + 1) U max = 2 R ( f + 1) е 2( f +1)t +. (20) d max При определении указанной скорости необходимо учитывать, что величина этой скорости не должна превышать некоторого его значения, вызывающего разрушение материала. На это указывал в своих трудах В.П. Горячкин, а позже другие исследователи, занимающиеся обмолотом сельскохозяйственных культур. Зависимость допустимой скорости воздействия представляется выражением:

р Vд = (Е ) 1 2.

(21) Если приравнять правые части уравнений 20 и 21, то найдем максимальное значение угловой скорости вальца:

s R (1 + R ) max. (22) (E ) 2 [2(f + 1)e 2(f ] + (f o + 1) )t + Поскольку полученное выражение (22) имеет достаточно много переменных, его решение выполнено с использованием программы Turbo Pascal, с помощью которой получена теоретическая кривая изменения угловой скорости вальца от напряжения разрушения оболочки боба.

, с-1 с Угловая скорость вальца, s,Н/м 70 72 74 76 78 80 82 84 Разрушающее напряжение оболочки боба, Н/м s, Н/м 17 15 13 h=7 h=6,5 h=6 h=5, Рисунок 7. Теоретическая кривая изменения угловой скорости вальца от напряжения разрушения оболочки боба В третьей главе «Методика экспериментальных исследований роторно винтового молотильного аппарата» приводится программа и методика экспериментальных исследований.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры сельскохозяйственных машин Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии.

Для проведения исследования использовались семена нута сортов:

Волгоградский-10 и Приво-1, которые являются основными сортами, районированными в Волгоградской области.

За основу была взята общая методика профессора Г.В. Веденяпина, согласно которой определялось оборудование, количество опытов, объем исследований, затраты времени и средств, необходимых для их проведения.

При изучении физико-механических свойств семян нута наряду с общей методикой использовалась частная методика изучения физико-механических свойств сельскохозяйственных растений ВИСХОМа. Так как семена нута обладают большим разнообразием физико-механических свойств, для некоторых исследований разрабатывались новые методики, а также специальное оборудование и приборы.

Однофакторный эксперимент использовался нами для проведения поисковых опытов и при определении физико-механических характеристик семян нута. Для определения оптимальных значений основных параметров применялось многофакторное планирование.

Для обработки экспериментальных данных и оценки результатов исследований применялись различные методы математической статистики:

оценка достоверности результатов, проверка статистических гипотез, регрессионный анализ.

Определение качественных показателей работы молотильного аппарата роторно-винтового типа выполнялось на основе многофакторного эксперимента. Для этого использован предельно насыщенный план Рехтшафнера. Обработка результатов многофакторного эксперимента проводилась по специальным программам на ПЭВМ.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований молотильного аппарата» показаны результаты опытов которые проводились согласно принятым методикам и выполнена оптимизация конструктивно кинематических параметров молотильного аппарата роторно-винтового типа.

Проведенные измерения размерно-массовых характеристик растений нута показали, что высота растений исследуемых сортов нута колеблется в пределах 60-70 см. Изменчивость данного параметра зависит от сортовых особенностей растений. Высота прикрепления нижних бобов 25- 30 см. Величина боба 1-1,5 см, в нем созревает 1 зерно, реже 2-3. Зерно средней крупности, округлое, белое, масса 1000 зерен 200-300 г. Однако в пределах каждого сорта можно указать некоторую область, которая охватывает большинство размеров.

Прочность боба характеризует способность к обмолоту семян нута и оценивается величиной усилия, необходимого для его разрушения. Полученные значения в виде графиков приведены на рисунке 10 из их анализа следует, что.усилие разрушения зависит от влажности боба в момент обмолота.

Наименьшие значение усилия разрушения имеют бобы с влажностью 2 – 4%. В этом случае при нагружении они ведут себя как хрупкий материал. При возрастании влажности увеличивается усилие отрыва боба от растения.

Судя по графику, усилие для разрушения оболочки боба (Р1) значительно меньше, чем семян (Р3).

Между взаимодействующими поверхностями возникают силы трения. В экспериментальных исследованиях нами были определены: углы трения скольжения зерна нута по шлифованной стали;

окрашенной стали;

резине и пластмассе.

Сила разрушения, Р. Н Р Р 40 Р 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Влажность, W% Р1 – сила разрушения оболочки боба;

Р2 – усилие отрыва боба от растения;

Р3 – сила разрушения семян.

Рисунок 8. Сила разрушения отдельных элементов растений и бобов нута в зависимости от влажности Результаты исследования фрикционных свойств семян нута по различным поверхностям (сталь шлифованная, сталь окрашенная, пластмасса и резина) получены на основании экспериментальных исследований и представлены в таблице 1.

Таблица Коэффициенты трения покоя fп по различным конструктивным поверхностям Поверхность трения Исследуе Сталь Сорт нута мый Сталь Пластмас- Рези шлифован материал окрашенная са на ная Волгоградски Семена 0,35 0,38 0,36 0, й – Приво - 1 Семена 0,36 0,39 0,37 0, Из таблицы следует, что коэффициенты трения зависят от типа поверхности и наибольшее значение имеют по шероховатым поверхностям (резина, сталь окрашенная).

При испытании нута маятниковым копром МК-0,5 на ударные нагрузки использовали три фракции семян: крупные (диаметром 8 мм), средние (7 мм) и мелкие (6 мм) по 50 штук в каждой фракции. Влажность зерна W находилась в пределах 10-26%.

Семена прикрепляли к накладкам вдоль семядолей, поперек семядолей и зародышем навстречу удару. Для всех фракций и режимов испытаний отмечены макроповреждения в виде дробления, вмятин, откола частей. При динамической нагрузке крупная фракция имеет наибольшее повреждение, средняя меньше, а повреждение семян мелкой фракции в 1,5-2,0 раза меньше по сравнению с крупной фракцией.

Некоторые результаты лабораторных исследований приводятся на рис. и 10. Для построения соответствующих кривых были испытаны зерна всех фракций семян. При влажности W=16%, по мере возрастания диаметра d повреждение П зерна увеличивается (рисунок 9).

Повреждение, П,% 0 20 40 60 80 100 120 140 Ударные нагрузки, Р, Н диаметр 6 мм, диаметр 7мм, диаметр 8 мм Рисунок 9. Повреждение семян нута Волгоградский-10 при ударных нагрузках Средние значения повреждения для варианта сталь-резина составляют:

d=6 мм – 17%, при d=7 мм – 26%, d=8 мм – 34%;

дробление семян мелкой фракции в 1,5-2 раза меньше по сравнению с крупной фракцией. Разброс повреждения для обоих вариантов при d=6-8 мм и W=16% составляет 20-40%.

Варьирование влажностью W показало (рис. 10), что для усредненной фракции зерна (d=7 мм), увеличение влажности приводит сначала к уменьшению, затем к некоторому росту дробления. Взаимодействие с резиной приводит к снижению дробления во всем исследованном диапазоне влажности W.

Повреждение,% 10 14 18 22 Влажность семян, W,% Сталь по стали Сталь по резине Рисунок 10. Зависимость повреждения семян нута Волгоградский-10 от влажности при d=7мм Из результатов испытаний семян на ударные нагрузки следует:

1) повреждение семян нута при небольших ударных нагрузках весьма значительно;

2) резина способствует снижению негативного воздействия от удара на зерно;

3) крупные семена отличаются существенно меньшей устойчивостью к ударным нагрузкам;

4) минимум макроповреждений семян наблюдается при влажности W=16 - 20%.

На основании теоретических исследований и результатов предварительных опытов были установлены факторы, назначены уровни (основной, нижний и верхний) и интервалы варьирования (таблица 2). В качестве выходного показателя для оценки эффективности процесса обмолота семян нута была принята полнота вымолота и процент повреждения семян.

Таблица Факторы, уровни и интервалы их варьирования Единицы Уровни факторов Факторы измерени h -1 0 + я Угловая скорость, С- верхних вальцов 800 900 1000 (х1) Угловая скорость С- нижних вальцов 700 800 900 (х2) Зазор (х3) мм 8 10 12 Количество пар шт. 1 2 3 вальцов (х4) На основании экспериментальных данных по оптимизации конструктивных и кинематических параметров молотильного аппарата получены уравнения регрессии полноты вымолота и процент повреждения семян:

В = 91,8 + 3,46 х1 + 4,06 х2 3,39 х3 + 3,21х4 + 0,42 х1 х2 + 0,07 х1 х3 + 0,34 х1 х4 0,08 х2 х3 + (35) + 0,19 х2 х4 0,06 х3 х4 2,13 х12 2, 43х2 2,28 х3 1,78 х4 ;

2 2 Д = 0,8 + 0,29 х1 + 022 х2 0,11х3 + 0,12 х4 0,17 х1 х2 0,09 х1 х3 + 0,18 х1 х4 0,12 х2 х3 + (36) + 0,13х2 х4 + 0,08 х3 х 4 + 0,54 х12 + 0,72 х2 + 0,34 х3 + 0,52 х4.

2 2 В результате обработки уравнений регрессии на ПЭВМ получены оптимальные значения факторов, представленные в таблице 3.

Таблица Оптимальные значения факторов Исследование Исследование Рекомендуемые Факторы изменения изменения значения факторов полноты вымолота повреждения Х1- частота вращения верхних 0,87 -0,3 0, обмолачивающих 987 870 вальцов, мин- Х2- частота вращения нижних 0,9 -0,2 0, обмолачивающих 890 780 вальцов, мин- Х3- зазор между -0,68 0,19 0,2…0, вальцами первой 8,6 10,4 10,4…11, пары, мм.

Х4- количество пар 0,94 -0,14 вальцов, шт. 2 1 Примечание: в числителе – в кодированном виде, в знаменателе – в раскодированном.

Для анализа полученных результатов и изучения поверхности отклика строили двумерные сечения (рисунке 11, рисунке 12.), характеризующие влияние перечисленных факторов на полноту вымолота семян и их повреждение.

Рисунок 11. Двумерное сечение для изучения Рисунок 12. Двумерное сечение для изучения влияния факторов х1 и х2 на полноту влияния факторов х1 и х3 на полноту вымолота и повреждение семян нута вымолота и повреждение семян нута при х3=-0.68 и х4=0.94 при х2=0.9 и х4=0. Анализируя графические изображения двумерных сечений, решали компромиссную задачу, в которой требовалось найти значения факторов, дающих максимальное значение полноты вымолота семян из бобов 98,6% при минимальных значениях повреждения семян до 1%.

Таблица Значение показателей при обмолоте нута Молотильно Молотильный Молотильный аппарат Агротехни сепарирующая Название аппарат по роторно-винтового ческие установка по показателей патенту типа по патенту требования патенту №168330 № № Полнота 96 98 98 98, вымолота, % Повреждение, % 3 5 4 В пятой главе «Технико-экономические показатели применения роторно-винтового молотильного аппарата для обмолота нута» приведены результаты расчетов технико-экономической эффективности применения новой конструкции.

Они позволяют сделать вывод, что годовой экономический эффект составляет 4,6 тыс. рублей на одну машину. Срок окупаемости молотильного аппарата роторно-винтового типа – менее 1 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Анализ работы существующих молотильных аппаратов для обмолота нута показал, что они вызывают большое повреждение семян, недомолот и не удовлетворяют агротехническим требованиям, предъявляемым к данным машинам.

2. Для соблюдения агротехнических требований разработан роторно винтовой молотильный аппарат для обмолота нута, с обрезиненными вальцами, защищенный патентом на изобретение № 2267253 от 10 января 2006г.

3. Теоретически обоснован процесс обмолота семян из нута и получены аналитические зависимости выражений по определению: радиуса первой и второй пары вальцов (Ф. 3, Ф. 13);

усилий для разрыва оболочки боба (Ф. 17);

разности окружных скоростей верхнего и нижнего вальцов (Ф. 19, 20).

Поскольку аналитические зависимости (Ф. 10 и Ф. 22) по определению смещения слоев и предельной угловой скорости вальцов оказались весьма сложными их решение выполнено с помощью программы «Turbo Pascal» и представлено на графиках (рис. 6, и 9) 4. Проведено исследование физико-механических свойств семян нута, показывающее, что сила разрушения зависит от влажности в момент обмолота.

Наименьшие значение усилия: разрушения бобов, их отрыва от растения и разрушения семян при влажности 2 – 4%. В этом случае при нагружении они ведут себя как хрупкий материал. При возрастании влажности более 18% увеличивается усилие отрыва боба от растения и разрушения семян.

5. Разработаны адекватные математические модели процесса обмолота семян нута, критериями оптимизации которого являются полнота вымолота семян и их повреждения, а факторами: частота вращения верхних и нижних обмолачивающих вальцов, зазор между ними и количество пар обмолачивающих вальцов.

6. По результатам многофакторного эксперимента получены следующие оптимальные параметры обмолота семян для нута сорта Приво – 1:

- частота вращения верхних обмолачивающих вальцов 940 об/мин;

- частота вращения нижних обмолачивающих вальцов 820 об/мин;

- зазор между вальцами первой пары 11 мм, а между второй пары 5 мм;

- количество пар обмолачивающих вальцов 2шт.

7. Производственные испытания обмолота бобов нута показали, что применение данной машины позволяет выделять семена за счет статического разрушения оболочки. При этом повреждение зерна не превышает 1%, а полнота вымолота семян составляет 98.6%.

8. Годовой экономический эффект от использования молотильного аппарата новой конструкции составляет 4.6 тыс. рублей.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1. Минимальное повреждение семян при обмолоте нута достигается при полной их спелости и влажности бобов от 16 до 18%.

2. Ширина валка при обмолоте роторно-винтовым молотильным аппаратом должна находиться в пределах до 800 мм, а напряженность его не превышать 5…8 кг/м.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Цепляев А.Н. Вальцовый молотильный аппарат для обмолота / А.Н.

Цепляев, Ю.А. Дугин // Сельский механизатор №11, 2005 – С. 21-22.

2. Пат. № 2267253 Российская Федерация, МПК А01F12/18. Молотильно сепарирующее устройство для обмолота зернобобовых культур / Цепляев А.Н., Дугин Ю.А., Шапров М.Н., Абезин В.Г.;

заявл.: 19.07.2004;

опубл.: 10.01.2006, Бюл. №1 – 4 с.

3. Дугин Ю.А. Теоретическое обоснование вальцового молотильно сепарирующего устройства для обмолота нута / Ю.А. Дугин // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной Войне / ВГСХА. - Волгоград, 2005. – С. 18 21.

4. Дугин Ю.А. Особенности конструкции вальцового молотильного аппарата для обмолота зернобобовых культур / Ю.А. Дугин, А.Н. Цепляев // Материалы 9-ой региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области / ВГСХА. – Волгоград 2005. – С. 49-51.

5. Дугин Ю.А. Оптимизация параметров роторно-винтового молотильного аппарата для обмолота зернобобовых культур на примере нута / Ю.А. Дугин, А.Н. Цепляев // Материалы 10-ой региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области / ВГСХА. – Волгоград 2006. – С. 54-55.

6. Дугин Ю.А. Построение математической модели для определения основных параметров роторно-винтового молотильного аппарата / Ю.А. Дугин // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса №3 Волгоград 2006 – С. 55- 7. Цепляев А.Н. Особенности конструкции вальцового молотильного аппарата для обмолота зернобобовых культур / А.Н. Цепляев, Ю.А. Дугин // Вестник АПК Волгоградской области №1 2005. С. 21-22.

8. Цепляев А.Н. Определение прочностных показателей семян нута применительно к механическому обмолоту / А.Н. Цепляев, Ю.А. Дугин // Вестник ВГСХА наука и высшее профессиональное образование №1 (1) Волгоград 2006 – С. 51-55.

Подписано в печать.

Формат 60х84 1/16. Уч.- изд. л.. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № Типография Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии 400002, Волгоград, Университетский пр-т,

 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.