Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Мая 2013 в 11:30, дипломная работа
Принятая в Рязанской области региональная программа «Картофель» на 2009-2012 годы дала импульс развитию картофелеводства. В 2009 году в сельхозпредприятиях и крестьянских фермерских хозяйствах Рязанской области картофель был размещен на площади 5,6 тыс. га (плюс 2,1 тыс. га к 2008 году). В этих хозяйствах собрано 126,4 тыс. тонн, урожайность составила 23,81 т/га. Во всех категориях хозяйств собрано 450,3 тыс. тонн картофеля (плюс 66,7 тыс. тонн к 2008 году).
Размещение на приводных дисках грунтозацепов, выполненных по логарифмической кривой с постоянным углом скольжения 600, улучшает крошение и транспортировку клубненосного пласта по лемеху. В результате тензометрирования установлено, что монтаж на приводных дисках 4 грунтозацепов, выполненных по кривой с углом скольжения 600, увеличивают горизонтальное усилие диска на 210…240Н. Оптимальное количество грунтозацепов, установленных на диске, равное 4, обеспечивает крошение почвенного пласта и самоочищение рабочего органа.
Исследования
У экспериментального картофелекопателя на базе приемной части КПК-2.01 была изменена подкапывающая часть, был установлен трехсекционный пассивный лемех и боковые диски с грунтозацепами, причем диски, установленные с внешней стороны рабочего органа, имели привод. Результаты проведенных экспериментальных исследований свидетельствуют:
1. Применение приводных отрезающих дисков с грунтозацепами в подкапывающей части позволяет снизить тяговое сопротивление экспериментального картофелекопателя до 4,4 кН на 12-15% в сравнении с бесприводным вариантом их работы. Применение привода на один отрезающий диск подкапывающего рабочего органа улучшает крошение клубненосного пласта и не снижает эффективность его работы. Использование предлагаемых подкапывающих рабочих органов позволило увеличить чистоту сходового вороха на 17,9% в сравнении с вариантом, включающим лемех и пассивные диски.
2. Картофелекопатель с разработанными подкапывающими рабочими органами работал в диапазоне рабочих скоростей от 2,4 до 7,2 км/ч, обеспечивая выполнение агротехнических требований. Полнота уборки составила 97,3%. Повреждения клубней были на допустимом уровне 1,9%.
В четвертом разделе «Исследование активных сепарирующих рабочих органов с комбинированными прутками» представлены исследования процесса сепарации почвы, обоснование параметров и исследования кинематики и динамики сепарирующих органов с комбинированными прутками.
Для повышения полноты сепарации почвенно-картофельного вороха и предотвращения залипания прутков была изменена конструкция пруткового элеватора путем установки на прутки полиэтиленовых трубок с радиальным зазором и возможностью перемещения. Трубки гасят энергию удара при падении на них клубней. В дальнейшем, сочетание прутка с трубкой будем именовать комбинированным прутком.
В качестве перспективного сепаратора был предложен прутковый элеватор с «бегущими» каскадами. На рисунке 7 представлена принципиальная схема сепарирующего элеватора с «бегущими» каскадами. Сепарирующий элеватор картофелеуборочной машины содержит прутковое полотно 3, установленное на ведомой 6 и ведущей 4 звездочках, закрепленных на раме. На прутках, через один установлены трубки 2 из полиэтилена высокого давления ПВ-80 ГОСТ 18599-2001. Для исключения попадания почвы в радиальный зазор трубки 2 закрыты с обеих сторон резиновыми чехлами 8. На прутках имеются специальные буртики (высадки) обеспечивающие герметичность соединения и возможностью вращения трубки. Под полотном элеватора расположен активатор с винтовой навивкой 1, который приводится от гидромотора 5. Гидромотор 5 имеет возможность изменения частоты вращения.
При движении пруткового полотна 3, несущего на верхней ветви картофельный ворох, трубки 2 взаимодействуют с винтовой навивкой активатора 1, в результате чего совершают перекатывание по нему. Трубки комбинированных прутков образуют «бегущие» каскады, препятствующие скатыванию клубней. Вращение трубок в направлении движения элеватора улучшает сепарацию и транспортировку картофельного вороха. Почвенный пласт по мере продвижения по транспортеру претерпевают нагрузки сжатия, растяжения, изгиба, что способствует улучшению сепарации. Интенсивность воздействия трубок комбинированных прутков на ворох определяется частотой вращения активатора с винтовой навивкой.
а – схема элеватора; б – уплотнение комбинированного прутка;
1 – активатор с винтовой навивкой; 2 – трубка комбинированного прутка; 3 – бесконечное прутковое полотно; 4 – ведущая звездочка; 5 – гидромотор; 6 –ведомая звездочка; 7 – высадки прутка; 8 – резиновый чехол.
Рисунок 7 – Принципиальная схема сепарирующего элеватора с «бегущими» каскадами.
Процесс сепарации представляет собой две стадии: - переориентация и сепарация в толще вороха; - просеивание проходовых частиц в просветах между прутками элеватора. Рассмотрим вероятность прохода частицы, с учётом помех просеву частиц друг другом над просветом между прутками. Определим вероятность просева частиц для одного просвета элеватора, та же самая вероятность будет для всех просветов всего полотна элеватора. Тогда вероятность сепарации с учетом непрохода частиц можно вычислить по формуле:
(11)
где l – величина просвета между прутками;
k,n –предельные размеры фракций почвенных агрегатов.
Условные верояности
содержания в картофельном ворохе почвенных
агрегатов определенного
,
где M – масса картофельного вороха,
mi – содержание фракции почвенных агрегатов данного размера.
Полная вероятность просева вороха с учетом фракционного состава тогда будет:
Картофельный ворох
Сепарация картофельного вороха на элеваторе с «бегущими» каскадами определяется работой интенсификатора. В нашем случае, интенсификатором является приводной вал активатора с винтовой навивкой. При вращении активатора на полотне возникают «бегущие» каскады, кинематика которых зависит от геометрических параметров активатора и его частоты вращения. Навивка представляет собой спираль, её вид представлен на рисунке 8.
Трубка комбинированного прутка будет перемещаться со скоростью элеватора, при этом путь, пройденный трубкой за время t ,будет:
,
где - путь, м;
- скорость элеватора, м/с.
1 –виток активатора; 2 – пруток; 3 – трубка
Рисунок 8 – Схема движения трубки комбинированного прутка по навивке активатора
Координаты трубки комбинированного прутка будут выглядеть:
(15)
. (16)
Продифференцировав выражения (15), (16) получим формулы для определения скоростей центра трубки Vх,Vy.
Анализ полученных зависимостей показал, что скорость и ускорение трубки комбинированного прутка определяется как характеристиками комбинированного прутка, так и параметрами активатора. Абсолютная скорость трубки комбинированного прутка (рис.9) показывает возможность воздействия активатора на клубненосный пласт.
v (t) – абсолютная скорость трубки, м/с; t- время, с.
Рисунок 9 – Графическая зависимость абсолютной скорости трубки v при движении по активатору за период времени t (при внутреннем радиусе трубки r =0,0105 м, угловом шаге спирали b=0,2 м, угловой скорости активатора ω=7 рад/с и скорости полотна элеватора Vэ=1,8 м/с)
В зависимости от выбранных режимов скорости полотна элеватора, угловой скорости активатора, диаметра трубки комбинированного прутка абсолютная скорость существенно влияет на процесс транспортировки и сепарации картофельного вороха на элеваторе. При этом относительные значения скоростей трубки не превышают 0,5…0,8 м/с, что обеспечивает снижение повреждаемости клубней картофеля.
Изменение абсолютного ускорения трубки комбинированного прутка приведено на рисунке 10. Из которого видно, что максимальные нагрузки (ускорение) будут соответствовать нахождению трубки либо на впадине, либо на вершине витка активатора. Таким образом, чередование знакопеременных ускорений будет способствовать возникновению нагрузок внутри почвенного пласта, и способствовать его разрушению на частицы. Просеиванию почвы также будет способствовать и вращение трубок вокруг прутков.
а(t) – абсолютное ускорение трубки, м/с2; t- время, с.
Рисунок 10 – Графическая зависимость абсолютного ускорения трубки а(t) при движении по активатору за период времени t (при внутреннем радиусе трубки r =0,0105 м, угловом шаге спирали b=0,2 м, угловой скорости активатора ω=7 рад/с и скорости полотна элеватора Vэ=1,8 м/с)
Используя принцип Даламбера, рассмотрим равновесие трубки комбинированного прутка на активаторе. Действующие на трубку комбинированного прутка силы представлены на рисунке 11: - вес почвенно-картофельного вороха и трубки, - реакцию активатора, - силу тяги полотна элеватора, силы трения - между почвой и трубкой, - между прутком и трубкой, - между активатором и трубкой, - центробежную силу инерции, - касательную силу инерции, а также - момент сил инерции трубки комбинированного прутка.
Спроецировав силы на выбранные оси координат XOY , были составлены уравнения равновесия:
;
;
;
.
Силы трения в соответствии с законом Кулона были представлены в виде выражений, зависящих от силы нормального давления.
Рисунок 11 – Расчетная схема силового взаимодействия трубки комбинированного прутка с активатором
Вращение трубки комбинированного прутка будет зависеть от соотношения моментов, обозначим их и .
(20)
. (21)
Проведено исследование вращения трубки комбинированного прутка при движении по активатору. Полученные в результате расчетов графические зависимости приведены на рисунке 12.
Вращение трубки относительно прутка возможно в начальной фазе контакта трубки с витком активатора. При последующем движении вне зависимости от зазора, наличия клубненосного вороха на элеваторе, трубка будет окатываться вокруг прутка. С одной стороны это позволяет уменьшить износ внутренней поверхности трубок, с другой стороны возникает вероятность залипания внутренней поверхности трубок. Поэтому герметизирующие устройства внутренних полостей комбинированного прутка должны обеспечивать возможность радиального перемещения и вращения трубки относительно прутка. Кроме того, за счет образования «бегущих» каскадов, улучшается транспортировка почвенно-картофельного вороха по полотну элеватора.
- вращающий момент трубки; - момент сопротивления; t- время, с.
Рисунок 12 – Изменение моментов вращения и сопротивления трубки при движении комбинированного прутка по активатору
Для фиксирования вращения трубок при различных режимах работы сепарирующего элеватора с «бегущими» каскадами использовалось видео камера марки Canon MV 700i. Затем полученные видеозаписи оцифровывались и с помощью специальной программы запускались с замедленной скоростью. С учетом уменьшения скорости просмотра оценивалась скорость движения «бегущего» каскада и частота вращения трубок.
В результате обработки опытных данных получена математическая модель, выражающая зависимость числа оборотов трубки на участке полотна элеватора от скорости элеватора и частоты вращения активатора для прутков с внешним диаметром 0,025 м:
, (22)
где - количество оборотов трубки комбинированного прутка, раз;
- скорость вращения элеватора с «бегущими» каскадами, м/с;
- частота вращения шнека активатора, об/мин.
По данной модели построен контурный график поверхности отклика (рис. 13).
Рисунок 13 – Графическая зависимость числа оборотов трубки с внешним диаметром 0,025 м комбинированного прутка на участке полотна элеватора 0,75 м от скорости элеватора и частоты вращения активатора
Анализируя работу элеватора с «бегущими» каскадами с внешним диаметром комбинированного прутка 0,025 м, можно заметить, что число оборотов на участке 1,0 м составляет 3,5 оборота. При этом оптимальному значению максимального числа оборотов соответствует скорость элеватора 1,80…1,85 м/с и частота вращения шнека активатора 80 об/мин.