Содержание к диссертации
Введение
2. Состояние вопроса механизации уборки опавших жстьев с газонов и задачи исследований 8
2.1. Особенности зеленых насаждений городских парковыхзон 8
2.2. Анализ конструкций машин и рабочих процессов уборки опавших листьев 10
2.3. Анализ научно-исследовательских, опытно-конструкторских и патентных работ 24
2.4. Выводы и задачи исследований 35
3. Исследование процесса уборки опавших жстьев с газонов различными типами рабочих органов 36
3.1. Типы рабочих органов машин для уборки покрытий. 36
3.2. Методика исследований рабочих органов для уборки опавших листьев с газонов 40
3.3. Результаты исследований 46
3.4. Выбор роторных грабель с круглыми стальными стержнями в качестве средств для уборки опавших листьев с газонов . 59
3.5. Выводы 61
4. Теоретические исследования рабочего процесса роторных грабель 62
4.1. Расчетная схема переноса порции листьев из убираемого слоя на стержень рабочего органа . 62
4.2. Взаимодействие роторных грабель с убираемой массой . 71
4.3. Сопротивление, вызываемое волочением стержней роторных грабель по почве 83
4.4. Исследование энергетических затрат 103
4.5. Траектория движения листьев после отделения их от стержней 110
4.6. Выбор соотношения между скоростью .движения листо-уборочной машины и скоростью вращения ее рабочего органа 122
4.7. К вопросу о динамике листоуборочной машины 130
4.8. Вывода 140
5. Исследования на эшжшитальной установке 141
5.1. Описание конструкции экспериментальной установки 141
5.2. Планирование и методика экспериментальных исследований, используемая аппаратура 149
5.3. Результаты экспериментальных исследований зависимости коэффициента качества уборки листьев от кинематических параметров 160
5.4. Результаты исследований энергетических затрат необходимых для привода рабочего органа 181
5.5. Траектория полета убираемых листьев 190
5.6. Вывода 191
Общие выводы и рекомендации 195
Литература 197
Приложения 206
- Анализ конструкций машин и рабочих процессов уборки опавших листьев
- Методика исследований рабочих органов для уборки опавших листьев с газонов
- Взаимодействие роторных грабель с убираемой массой
- Планирование и методика экспериментальных исследований, используемая аппаратура
Введение к работе
В отчетном докладе на ХХУТ съезде КПСС отмечалось, что по мере развития народного хозяйства, роста городов и промышленных центров вое больше средств требует охрана окружающей среда -только на эти цели в текущей пятилетке ввделяется около 14 млрд. руб. [79].
Одним из конкретных мероприятий по охране окружающей среды является озеленение городов и населенных мест. В стране развитого социализма оно представляет собой отрасль народного хозяйства, призванного не только украшать места жизнедеятельности человека, но и сохранять его здоровье в условиях постоянно нарастающей урбанизации. В целом по СССР ежегодно лишь для садово-паркового строительства по всем источникам финансирования выделяется свыше 900 млн.руб., что дает возможность рекультивировать выработанные и непригодные для народного хозяйства земли на площади около 50 тыс.га. Такой объем работ требует тщательной координации при проектировании, трудовом и материальном обеспечении, организации новых форм управления в масштабах страны [з, 5, 10, 15, 16, 27, 45, 39].
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года", принятых на ХХУІ съезде КПСС, предусмотрено увеличить к 1985 г. площадь зеленых насаждений и довести ее до 3 млн,га. Соответственно возрастут и расходы по содержанию и уходу за зелеными насаждениями, которые, не считая затрат на пригородные лесопарковые зоны, составят 2 млрд. руб. Решения КПСС обязывают обеспечить прирост площадей зеленых насаждений не за счет механического увеличения ассигнований и мощностей, а путем более эффективного использования машин
и механизмов, оборудования и материалов, на базе широкой механизации всех трудоемких процессов и уменьшения доли ручного труда, Между тем из-за нехватки специальных машин и оборудования большие объемы трудоемких операции по уходу за зелеными насаждениями выполняются пока вручную, что вызывает значительные затраты средств [64, 76, 78, 79, 80, 8і]. По нормативам эти затраты составляют на I га в год: скверы, бульвары - 1500-2000 руб., городские парки - 1000-1500 руб., участки общественных учреждений и жилых зданий - 500-1000 руб., пригородные парки - 750-1500 руб., лесопарки - 300-400 руб. Фактические затраты по Ленинграду составили в среднем по 1900 руб. на I га, а в центральных районах города до 3500-4000 руб. Щ работах по уходу за зелеными насаждениями в Ленинграде за 1980 г. было занято 1920 человек, причем уровень механизации технологических процессов составил 38$, а в некоторых городах РСФСР 15-18$ [59, 82, 84, 97, 98].
По данным Ленинградского Треста эксплуатации зеленых насаждений из 69 уборочных операций частично механизированы лишь 19, остальные выполняются вручную. В связи с этим создание машин, которые позволили бы механизировать операции по уходу за зелеными насаждениями, выполняемые до настоящего времени вручную, имеет большое и важное народнохозяйственное значение [із, 15, 17, 20, 22, 25, 29].
Об актуальности задачи по созданию машины для уборки опавших листьев с газонов достаточно судить по данным городов Москвы и Ленинграда [б8, 70, 77, 89, 97, 99] . В 1978 году опавшие листья с объектов хозяйств Трестов зеленых насаждений собирали вручную с площади 4000 га и объем собранных листьев составил 46000 тонн. Весь этот лист был вывезен в компостные ямы и на свалки. Стоимость затрат на данный объем работ составила около 500 тыс.руб. А в течение 1979 года этими же хозяйствами на газо-
ны было внесено около 10.0 тыс.тн удобрений с общей стоимостью всех затрат 106 тыс.руб. Если бы весь лист был собран механизированным способом, переработан и внесен в газоны как удобрение, то только по Ленинграду" был бы получен экономический эффект за год до 140 тыс.руб. (Приложение I). Работа по уборке и использованию опавших листьев в том виде, как она проводится в настоящее время, является одной из наиболее трудоемких, длительных и дорогостоящих операций.
Отечественной промышленностью не выпускаются специальные машины по уборке опавших листьев с газонов, а используемые иногда для этой цели подметально-уборочные машины могут работать лишь на дорожках и площадях с твердым покрытием, при этом они не обеспечивают должного качества уборки [2, б, 7, 16, 18, 20, 2lJ. Для решения проблемы уборки опавших листьев с газонов в республиках и большинстве городов создают кустарным способом механизмы лишь для своих нужд, зачастую .дублируя друг .друга. В этом случае машины, естественно, дорогие, не эффективные в работе и не соответствующие требованиям к качеству уборки [32, 46, 49, 50, 68, 77]. Одной из главных причин сложившегося неблагополучного положения с механизацией работ по уборке и переработке листьев является отсутствие исследований процесса уборки опавших листьев с газонов [89, 92, 99, 100, 103, 104, 107].
Целью данной работы является исследование процесса уборки опавших листьев с газонов, обоснование выбора типа рабочего органа, его параметров и режимов работы.
В работе по результатам исследований различных машин, работающих по разным технологическим принципам, осуществлен выбор типа рабочего органа для целей уборки опавших листьев с газона; проведены теоретические исследования процесса уборки листьев роторными граблями с установлением характера движения частиц листвен-
ной массы и определением энергозатрат необходимых на привод рабочего органа и влияние кинематических параметров на качество уборки; проведены экспериментальные исследования на экспериментальной установке для выявления границ практического использования полученных при теоретических исследованиях результатов, а также для подтверждения правильности принятых при рассмотрении рабочего процесса допущений.
На защиту выносятся следующие положения:
математические модели, определяющие зависимости качества уборки листьев от кинематических и конструктивных параметров рабочего органа и энергетические затраты на уборку листьев;
методики определения кинематических и конструктивных параметров роторных рабочих органов уборочных машин, энергетических затрат на уборку листьев, а также параметров кожуха приемного устройства и рабочего органа;
рекомендации по выбору кинематических и конструктивных параметров листоуборочных машин.
Основные теоретические и экспериментальные результаты данной работы доложены на научно-технических конференциях в Лесотехнической академии им.С.М.Кирова в 1975,76,77 и 1978 годах и на заседаниях Технического Совета Управления садово-паркового хозяйства и зеленого строительства Исполкома Ленгорсовета II.12.77 г., 28.02.80 г., 18.02.81 г.
Результаты исследований были использованы при создании в 1977 году листоуборочной машины ЛУМ-І.З, которая по результатам междуведомственных испытаний признана удовлетворяющей технологическим требованиям к качеству уборки опавших листьев с газонов (Приложение 3). В конструкции машины нашло применение изобретение "Устройство для уборки листьев", на которое было получено авторское свидетельство № 649366. В процессе эксплуатации машина ЛУМ-І.З пока-
зала высокие технико-экономические показатели, за что автор был в 1978 году удостоен премии НШО Министерства жилищно-коммунального хозяйства РСФСР как создатель лучшей уборочной машины в отрасли. В 1979 году машина ЛУМ-І.З получила диплом первой степени во Всесоюзном соревновании изобретателей и рационализаторов,а в 1980 году машина ЛУМ-І.3 была награждена серебряной медалью ВДНХ СССР.
Консультация работы проводилась доцентом кафедры проектирования специальных лесных машин Лесотехнической академии им.С.М.Кирова кацдидатом технических наук Гуцелюком Н.А.
2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА МЕХАНИЗАЦИИ УБОРКИ ОПАВШИХ ЛИСТЬЕВ С ГАЗОНОВ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Анализ конструкций машин и рабочих процессов уборки опавших листьев
Вопросы технологии работ по уборке опавших листьев сравнительно полно освещены в литературе [49, 54, 68, 70, Пб] . Основу технологических процессов составляют технологические карты, разработанные Академией коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова, утвержденные приказом по Министерству жилищно-коммунального хозяйства РСФСР JS 461 от І2.І0.І97І года [98, 100] . Эти карты составлены для условий средней почвенно-климатической зоны РСФСР. Однако в отношении механизированной уборки опавших листьев с газонов, существующую технологию нельзя считать рациональной.
Отечественной промышленностью не выпускаются специальные машины для уборки опавших листьев. Существующие уборочные машин ПУМ-2СД, ПУМ-9, КО-306 (Рис.2.3), КО-304 (Рис.2.4), ТУМ-975 (Рис.2.5), косилки-подборщики Е-280 (Рис.2.6), КС-Ш (Рис.2.7), газоноочиститель СК-24 (Рис.2.8) с успехом применяются для уборки листьев и мусора с дорожек и площадок с твердым покрытием и частично сухих листьев с газонов. Однако при уборке слежавшихся, влажных листьев они не обеспечивают требований к качеству уборки. Отечественные и зарубежные машины, применяемые для уборки опавших листьев, можно разделить по принципу действия на следующие основные группы:(Таблица 2.1)вакуумно-аэродинамические подборщики,воздуходувные машины,роторные машины.Типичным представителем первой группы являются машины фирмы Parker (Рис.2.9), которые снабжены мощными отсасывающими вентиляторами. Листья и другой убираемый материал засасываются через раструб и транспортируются воздухом в приемный мешок. Эти машины пригодны для работы не во всех условиях: ширина рабочего захвата у них ограничена (не превышает 0.8 м). Поэтому они применяются, в основном, для подметания тротуаров, аллей в парках, дорожек и для уборки листьев в нешироких цветочных грядках. Уборка старых слежавшихся листьев такой машиной затруднена.
Созданный АКХ им.К.Д.Памфилова газоноочиститель СК-24 (Рис.2.8). предназначен для очистки газонов площадью более 500 кг от мусора, листьев, скошенной травы, а также для уборки садовых дорожек и площадок, имеющих усовершенствованное покрытие. Газоноочиститель СК-24 имеет отсасывающий вентилятор центробежного типа и приемный мешок емкостью 0.9 м3, в который засасывается убираемый материал. Зазор между очищаемой поверхностью и кромкой сопла насадки может регулироваться в пределах от 5 до 50 мм. Для повышения эффективности аэродинамического воздействия в газоноочистителе установлен ворошитель кинематически связанный с приводными колесами таким образом, что при скорости газоноочистителя 0.17 м/с частота вращения равна 6.3 рад/с. Трудности, связанные с уборкой влажных слежавшихся листьев ограничивают возможности использования газоноочистителя СК-24.
К характерным воздуходувным агрегатам относится машина Hurri-сап фирмы Parker (Рис.2.10). Ее вентилятор создает воздушную струю скорость которой в регулируемом отверстии более 80 м/с. Сначала листья с газонов, площадок и дорожек сдувают в валки, а затем специальной погрузочной установкой подбирают листья из валков игрузят в транспортные средства. В условиях использования этой машины для уборки аллей в парках ее производительность равна производительности пяти подметальщиков 28,55,68,70 . К недостаткам машины этой грушш можно отнести ограниченность применения и необходимость привлечения для полного цикла уборки дополнительные аг регаты.
Характерным представителем третьей группы является машина Turf-Groomer фирмы Jacobson (Рис.2.II). В этой машине в качестве элементов рабочего органа применяются нейлоновые щетки и ножевые ударные планки, что дает возможность производать подборку лежащих толстым слоем листьев. Интересен для практического использования вариант, при котором к подметально-уборочной машине Turf-Croomer прицепляется кузов с автоматическим устройством для выгрузки листьев. Однако, вследствие большой длины этого агрегата не совсем целесообразно использовать это приемно= загрузочное устройство для работы на небольших площадках или на заросших растениями участках местности. В этих условиях с целью рационального использования машины сначала необходимо применять воздуходувную установку, с помощью которой листья собираются в валки. Недостатком этой группы являются некачественная уборка, большие габариты, необходамооть в привлечении дополнительных подсобных машин.
Машина фирмы Larson (Рис.2.12), которая имеет вращающуюся щетку, установленную горизонтально и перпендикулярно оси .движения, относится к роторным машинам. Щетка направляет собираемые листья по наклонному назад трубопроводу в мусороприемник. Щетина щетки частично расположена по .двойной спиральной линии для направления собираемого материала к середине щетки. На трубопроводе предусмотрен генератор воздуха, усиливающий воздушный поток, создаваемый щеткой. Машина предназначена большей частью для уборки мусора и листьев с твердых покрытий, поэтому - использование ограничено.
К роторным можно также отнести машины, осуществляющие уборку листьев путем их накалывания на радиальные металлические зубья. Примером такой машины может служить конструкция, защищенная па
Методика исследований рабочих органов для уборки опавших листьев с газонов
Определение количественных характеристик выполнения технологического процесса уборки указанными выше рабочими органами производилось на типичных объектах садово-паркового хозяйства. Ш этом этапе исследований ставилась задача выбора типа рабочего органа по основному показателю надежности выполнения процесса уборки с учетом агротехнических требований. Основным критерием оценки рабочего органа на данном этапе исследований принят коэффициент качества уборки, т.е. отношение массы листьев, убранной рабочим органом за один проход к общей массе листьев на пробной площади.
С целью сравнимости результатов эксперимента обеспечивались одинаковые условия работы всех типов рабочих органов. Идентичные участки подбирались по следующим характеристикам: - размеры пробной площади (убираемой полосы); - равномерное распределение массы листа по длине убираемой полосы; - толщина слоя листьев; - влажность листьев; - плотность почвы на убираемой полосе. Перед началом замеров характеристик убираемой полосы производи лось описание напочвенного покрова и состава древостоя. Представленность различных видов растительности определялась визуально по десятибалльной шкале (с точностью до 0.1). Толщина лиственного покрова высчитывалаоь как среднее из 10 замеров с точностью до 3 мм.
Измерение параметров убираемой полосы осуществлялось перпендикулярно оси полосы. Линейка ровно накладывалась на поверхность почвы и отсчет брался по крайним точкам ширины полосы. Для каждого участка количество замеров производилось через 2 м по длине полосы. Места замеров определялись методом идентичной выборки. Результаты измерений заносились в журнал наблюдений.
Определение массы листьев, собранной с полосы, производилось весовым методом. Для этого применялись пружинные весы с точностью до 0.1 кг и полиэтиленовый мешок. Оставшаяся масса листьев убиралась вручную и также взвешивалась. Коэффициент качества уборки определялся отношением веса собранных листьев машиной к общему весу листьев на убираемой полосе. Режимы исследований для импортных машин принимались согласно инструкциям по эксплуатации машин. Скорость движения агрегата принималась в пределах \f =1.0-3.0 м/с, А эксплуатационные скорости уборочных машин, согласно норм и типовых технологических карт Академии коммунального хозяйства им. К.Д.Памфилова находятся в пределах и = 0.5-2.5 м/с.
Влажность листьев определялась согласно требований ГОСТа 11989-66. Сушка производилась в сушильном шкафу с естественной вентиляцией и терморегулятором, настроенным на температуру 102 + 3С, в течение 20 часов (до постоянной массы). Влажностьопавших листьев, при экспериментах, 94.8-95.4$.
Согласно технологии работ уборка листьев производится осенью после их опада и весной [зі,32,33,53,98].
Поэтому для обеспечения наиболее надежного процесса уборки, выполнение экспериментальных исследований провожЙБь рсновном в весенний период, как в наиболее сложных условиях.
Испытания проводились весной, в мае 1976 года, когда пролежавшие листья частично разложились и представляли собой массу, трудно поддающуюся уборке, и осенью 1976 года убирались свежие листья после листопада. Состав древостоя 8БІТІК выбран из тех соображений, что листья березы меньше по размерам остальных лесокультур, преобладающих в зоне г.Ленинграда, а их уборка наиболее трудоемка по сравнению с листьями иного древостоя. Экспериментальная установка, кинематическая схема которой представлена на рис.3.2 была сделана на базе газонокосилки с двигателем I от мотороллера Тула-200. На общую раму навешивался соответствующий рабочий орган 2, вращение на который передавалось посредством цепной передачи 3 через редуктор 4. Ш колеса движение передавалось также через цепную передачу 5 и коробку передач 6. Установка оснащалась аппаратурой для замера длины пути, времени и угловой скорости вращения рабочего органа, для быстрой смены рабочего органа без переделки присоединительных элементов узел стыковки экспериментальной установки был выполнен в двух вариантах, что обеспечивало универсализм сборки как в случае выполнения стыковочного элемента рабочего органа в форме цапфы вала, так и при его выполнении в форме полого цилиндра. В первом варианте стыковочный механизм изготовлен в виде самоцентрирующего трехкулачкового патрона со спирально-реечным механизмом (Рис.3.3). Цапфа вала рабочего органа I заводится между тремя кулачками, имеющими спираль, по которой они сопрягаются с конической шестерней связанной посредством зубчато- .го зацепления с коническим колесом 2 . Для установки рабочего органа вращают зубчатое колесо, что вынуждает кулачки стремиться к центру с последующей надежной фиксацией рабочего органа; при этом обеспечивается передача необходимого крутящего момента от .двигателя на рабочий орган.
Во втором варианте стыковочный.механизм изготовлен в виде кулачковой фланцевой оправки (рис.3.4), на которую одевается цилиндрический край рабочего органа I. Оправка имеет три кулачка 2, могущих скользить по наклонной поверхности трехгранного клинового стержня 3. Последний при заклинке гайки 4 стремится влево, что вызывает радиальное перемещение кулачков, преодолевающих при этом упругие кольца 5. В обоих вариантах опора под рабочий орган выполнена в виде универсальной плавающей опоры, на подшипниках качения.
Порядок испытаний был следующий. Машина подъезжала к началу опытного участка и останавливалась. Ротор устанавливали так, чтобы торцы стержней в нижней точке соприкасались с поверхностью почвы, что диктуется агротехническими требованиями - в противном случае будет сниматься верхний растительный слой. Затем опускали пятое колесо, служащее для контроля длины пути, включали рабочий орган, и машина трогалась. Доехав до конца опытного участка, машина останавливалась. На экспериментальной установке на пути движения листьев, поступающих со стержней рабочего органа, имелся бункер. После остановки машины по завершении уборки все листья из бункера пересыпали в полиэтиленовый мешок и взвешивали. После вычета пустого мешка получали чистый вес собранных листьев. Далее вручную граблями собирали оставшиеся листья в мешок и опять взвешивали. После вычета веса пустого мешка получали вес несобранных машиной листьев. Отношение собранных машиной листьев к общему весу листьев на полосе дает коэффициент качества уборки листьев.
Благодаря вариации по поступательной скорости .движения машины и окружной скорости рабочего органа при анализе испытаний была исключена возможность несопоставления результатов из-за несоблюдения расчетных режимов для разных типов рабочих органов. Некоторую погрешность в этом отношении могла внести разница в значениях на ружного диаметра роторов. Однако, как показали дальнейшие теоретические исследования, фактическая разница в упомянутых размерах такова, что ею можно пренебречь для целей выявления наиболее рационального типа рабочего органа листоуборочной машины.
Результаты исследований для каждого типа рабочего органа приведены на рис.3.5-3.П.Роторные грабли со стальными пластинами представляют собой вал, на котором радиально крепятся шесть чередующихся рядов пластин, три из которых закреплены жестко, а три .других ограничены углом вращения, равным 60. По длине грабель пластины расположены в шахматном порядке на расстоянии 0.06 м. Длина роторных грабель
Обработка полученных данных методом наименьших квадратов 19 позволила получить следующие корреляционные уравнения: 1-е К = 0.0055 0І + 0.08, 2-е К = 0.0052C/J+ 0.07, 3-е К = 0.0042(A) + 0.11, 4-е К = 0.0040оО+ 0.08, 5-е К = 0.0032 и)+ 0.10.
Согласно полученным по результатам исследований графикам, пред ставленным на рис.3.5. коэффициент качества уборки возрастает практически пропорционально угловой скорости вращения рабочего органа, причем улучшение качества уборки, особенно, проявляется при малых скоростях движения установки и увеличении угловой ско
Взаимодействие роторных грабель с убираемой массой
Рассмотрим более подробно движение порции в интервале ( , \JS ) и составим для этого интервала математическую модель движения. Е»удем считать, что стержни роторных грабель расположены по радиусам ротора; процесс стационарен, то есть угловая скорость ротора СО = Const Обозначим: У - текущее значение угла поворота грабель; X - относительная координата центра тяжести порции. В принятых обозначениях дифференциальное уравнение движения материала имеет вид где lip - скорость относительного движения материала, которые соответствуют требованию сбрасывания захваченной массы с заданной скоростью в пределах "угла разгрузки". Придем к системе уравнений: Система (4.4) может связать четыре величины: У0 , Х0 GO , \5 - " любые две из которых могут быть заданы, а оставшиеся две определятся как решение системы (4.4). Заметим, что точные выражения для коэффициентов Cj и Cg системы (4.4) несколько громоздаи, и, следовательно, неудобны для вычислений. Приведем приближенные значения Уравнения (4.10) и (4.II) представляют собой систему двух уравнений с двумя неизвестными, tf и 4 = сО , решение которых определяет У р о - угол разгрузки и сО = о)р -угловую скорость вращения ротора. Пусть р и оО р - решение системы (4.10) и (4.ІІ), найденное, например, методом итераций. Тогда из(4.7) находим t« - время разгрузки. ? Рассмотрим задачу решения системы уравнений (4.10), (4. II) сначала в общем виде. Имеем нелинейную систему с действительными левыми частями. Совокупность аргументов в системе (4.12) можно рассматривать как двумерный вектор 1 выше изложенного систему (4.12) можно записать в виде векторного равенства Для нахождения решения равенства (4.13) воспользуемся методом последовательных приближений. Пусть найдено к-ое приближение одного из изолированных корней векторного уравнения (4.13). Тогда точный корень уравнения (4.13) можно представить в иде Из (4.16) вытекает, что под производной X ( понимать матрицу Якоби системы функций L , , А _ относительно переменных Х± f Хг , т.е. Система (4.16) представляет собой линейную систему относительно поправок" f K (I- L, г) с матрицей i (Ij, = і) г). » поэтому формула (4.16) с учетом (4.15) может быть записана в виде Из уравнения (4.17) следует требование неособенности матрицы If ( ) . Предположим, что это требование выполнено. Тогда решая последнее уравнение относительно поправки , получим Отсюда следует возможность организации метода последовательных приближений, который для нашего случая будет определяться уравнением Итак, подытожим условия сходимости процесса (4.18). Если выполнены следующие условия: Решая нашу систему по алгоритму (4.18), получаем при Абсолютная скорость сбраоываемой в бункер частицы в этом случае, при равномерном движении машины, т.е. в инерциальной системе координат, будет __v _ . __ . где Ue = fcu) , Подставляя числовые значения, получим Если для варьирования конструктивных параметров окажется недостаточно числа степеней свободы, обусловленных системой (4.4), можно ввести еще один параметр, а именно радиус кривизны стержня, Р (рис.4.4). Необходимо учесть, что при наличии кривых стержней возникнут дополнительные компоненты ускорения убираемых частиц, а следовательно, дополнительные динамические добавки. Обозначим - О - радиус кривизны стержня ; eh - угол между нормалью к оси стержня в некоторой промежуточной точке С и радиусом-вектором ОС ; X а\$г - относительная скорость убираемой частицы (относительно стержня). Шйдем проекции абсолютной скорости и ускорения на неподвижные относительно ротора оси » » пРходящие через центр ротора. Очевидно, в этом случае необходимо учитывать кориодисово ускорение. В результате получим Умножив ускорение на массу получим дополнительные действующие силы. Рассмотрим теперь условие, при котором убираемые частицы будут захватываться стержнями ротора без удара (рис.4.5). Обозначим через В угол, составленный стержнем и касательной ТТ в точке входа частицы. Пусть оС0 - угол между вектором скорос ти входа частицы в ротор ]) и касательной TTj ; Ои - угловая скорость вращения ротора. При этих обозначениях условие безударного входа будет определяться следующим соотношением:
Планирование и методика экспериментальных исследований, используемая аппаратура
При исследованиях на экспериментальной модели листоуборочной машины производилась регистрация следующих параметров: скорость движения машины, угловая скорость вращения рабочего органа, крутящий момент на валу рабочего органа, характеристика убираемой полосы, влажность опавших листьев, масса убранных с полосы листьев. При выборе аппаратуры для исследований учитывались такие факторы, как заданная точность исследуевшх величин, требуемая форма регистрации параметров, количество характеристик, одновременно регистрируемых в процессе эксперимента.
Применение активного полнофакторного эксперимента (ПФЭ), проводимого в соответствии с униформрототабельным композиционным планом, вытекает из требований, предъявляемых к методикам испытаний уборочных машин и условий проведения исследований. Порядок плана обуславливается как правило порядком уравнений регрессии, полученных по результатам исследований. Предварительно проведенные нулевые опыты показали, что линейные эмпирические модели неадекватно описывают экспериментальные данные. В связи с этим порядок плана должен быть не ниже второго.
Выходным (определяемым.) параметром при экспериментах является коэффициент качества уборки К , определяемый отношением массы убранных за один проход машины листьев к общей массе листьев, иглеющейся на убираемой полосе. Входными (варьируемыми) являются кинематико-конструктивные параметры рабочего органа: 2 - число стержней по окружности ротора; R, - радиус рабочего органа по концам стержней; U - скорость движения агрегата; OL) - частота вращения рабочего органа. Уравнение модели эксперимента имеет вид
Первоначально эксперименты проводятся в нулевых точках с 25 по 31 опыт и по ним определяется остаточная дисперсия и дисперсия невоспроизводимости. Матрица планирования представлена в таблице 5.1.
Исследования при = 12 не проводились, за их ненадобностью, так как уже при ; = 10, коэффициент качества уборки имел тевден-цию к снижению при рабочих режимах.
Для замера крутящего момента использовался метод тензометриро-вания, конструктивно осуществленный следующим образом. Между гидромотором и валом ротора устанавливался податливый валик диаметром 12 ш. Под утлом 45 к оси вала по полумостовой схеме наклеены проволочные тензодатчики типа ЇЇКБ с базой 10 мм и сопротивлением 10 см. Выводные конце от тензометрического полумоста монтажним проводом по схеме на рис.5.8 подводятся к торцовому окончанию вала через отверстия, просверленные для этой цели в теле вала. Б торец вала с помощью муфты I крепится ртутный токосъемник 2. Сигнал тензодатчика 3 через выводные, концы 4 поступает на токоприемник (109-00-3318 !Ь 1271) и далее по кабелю на измерительную аппаратуру, блок схема которой представлена на рис.5.9. Токоприемник оборудован специальными контактами, дающими отметку оборотов. Это обстоятельство позволяет контролировать и регистрировать скорость вращения ротора. Для того, чтобы по величине электрического сигнала, поступающего от мостовой схемы, можно было оценить величину крутящего момента, в процессе подготовки к испытаниям производилось статистическое тарирование с помощью автоматического электронного измерителя деформаций; К фланцу тензовала присоединялся рычаг с плечом, равным 0.25 м. К рычагу крепился пружинный динамометр ДПУ-002 - (1961 JS 525). Создавая натяг по ступеншл в 2ddH, производилась отметка сигнала, соответствующая этшл сигналам. График М = (—р—) , характеризующий зависимость относительного изменения сопротивления тензодатчика от крутящего момента, приведен на рис.5.10. В качестве регистрирующего прибора использован осциллограф К-Ї2-2І (20024 ТУ25-084-74.І974) с фотолентой шириной 0.2 м, длиной 35 м и скоростью протяжки 0.001-0.0025-0.025-0.1 1,0-2.0 м/с. Визуальное наблюдение за характером изменения крутящего момента, осуществлялось с механической разверткой.
Методика экспериментальных исследований во многом была сходна с методикой определения количественных характеристик процесса уборки листьев в главе 3. В частности, определение массы листьев, собранных в полосы экспериментальной установкой, производилось весовым методом. Для этого применялся пружинный динанометр с точностью до 0,1 dd Н ,
Порядок исследований был следующий. Экспериментальная установка подъезжала к началу убираемой полосы и колесо копировального устройства регулировалось и устанавливалось в такое положение, что концы стержней в нижней точке соприкасались с почвой. Затем включали привод рабочего органа, отрегулировав его на необходимую нагл угловую скорость вращения рабочего органа, и установка начинала двигаться. Одновременно с этим запускали в работу контрольно-регистрирующую аппаратуру. После прохода экспериментальной полосы все листья из приемного устройства (бункера) пересыпали в полиэтиленовый мешок и взвешивали.
Полоса до и после уборки экспериментальной установкой изображена на рис.5,29,Принципиальная схема регистрирующей и измерительной аппаратуры представлена на рис,5.II. Регистрирующая и измерительная аппаратура: 1 - тензометрический датчик крутящегося момента (ПКБ), 2 - компенсационно-настроенный резистор, 3- ртутный токосъемник ("ТРАК-6" Je 1271), 4, - генераторно-усилительный блок (ВИ6-5МА), 5.- измерительный преобразователь пути (пятое колесо), 6 - балансировочное сопротивление, 7 - осциллограф (K-I2-2I),
