Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 10
1.1. Место и перспективы картофеля в структуре земледелия 10
1.2. Анализ современных технологий возделывания и средств механизации технологических процессов уборки и погрузки картофеля
1.3. Обзор погрузчиков используемых на погрузке картофеля 19
1.4. Классификация погрузчиков непрерывного действия 37
1.5. Анализ исследований физико-механических свойств картофеля 41
1.6. Анализ исследований мощности и производительности
45 питателей к погрузчикам непрерывного действия
1.7. Выводы 47
1.8. Цель и задачи исследований 48
2. Теоретические исследования и основы расчета рабочего процесса роторно-цепного питателя 49
2.1. Конструктивно-технологическая схема роторно-цепного питателя
2.2. Кинематическое исследование 52
2.2.1. Основные параметры роторно-цепного питателя 54
2.2.2. Кинематика рабочих органов питателя 55
2.2.3. Исследование процесса взаимодействия лопасти подающего барабана с массой картофеля на участке забора
2.3. Взаимодействие роторно-цепного питателя с массой картофеля и силовой анализ 64
2.3.1. Взаимодействие лопасти подающего барабана с массой картофеля на участке забора
2.3.2. Определение усилий действующих на лопасть подающего барабана
2.3.3. Усилие необходимое для транспортирования груза цепным транспортером
2.4. Мощность роторно-цепного питателя 72
2.5. Производительность роторно-цепного питателя 73
2.6. Выводы 78
3. Программа и методика экспериментальных исследований
3.1. Программа и методика исследований физико-механических свойств картофеля
3.2. Программа и методика исследований влияния режимных и конструктивных параметров питателя на травмируемость клубней картофеля
3.3. Методика лабораторно-полевых исследований 85
3.3.1. Описание экспериментальной установки 86
3.3.2. Порядок проведения исследований 93
3.3.3. Методика планирования лабораторных исследований 96
3.3.4. Анализ математической модели 104
3.3.5. Программа и методика производственных испытаний 106
3.4. Выводы 108
4. Результаты экспериментальных исследований 110
4.1. Физико-механические свойства картофеля 110
4.2. Результаты лабораторно-полевых исследований 112
4.2.1. Влияние исследуемых факторов на крутящий момент на валу подающего барабана
4.2.2. Анализ математической модели описывающей изменение крутящего момента на валу подающего барабана
4.2.3. Влияние исследуемых факторов на крутящий момент на валу цепного транспортера
4.3. Влияние режимных и конструктивных параметров на мощность, затрачиваемую роторно-цепным питателем
4.4. Влияние исследуемых режимных и конструктивных параметров питателя на травмируемость клубней картофеля
4.5. Производительность роторно-цепного питателя 136
4.6. Результаты производственных испытаний 138
4.7. Выводы 142
5. Технико-экономическое обоснование 143
5.1. Расчет экономической эффективности 143
5.2. Вывод 146
Общие выводы 147
Литература
- Анализ современных технологий возделывания и средств механизации технологических процессов уборки и погрузки картофеля
- Исследование процесса взаимодействия лопасти подающего барабана с массой картофеля на участке забора
- Программа и методика исследований влияния режимных и конструктивных параметров питателя на травмируемость клубней картофеля
- Анализ математической модели описывающей изменение крутящего момента на валу подающего барабана
Введение к работе
Картофель - важнейшая продовольственная культура, получившая название «второго хлеба». Картофель - культура универсального использования. В клубнях картофеля содержится в среднем от 14 до 22 % крахмала, 2-3% белка [61]. Спирт из картофеля до сих пор незаменим в фармацевтической, парфюмерной и ликероводочной промышленности. Крахмал так же используют в кондитерском, текстильном и колбасном производстве. Велико значение картофеля как кормового растения. Он - основной компонент в кормовых рационах свиней, применяется для кормления молочного скота и домашней птицы.
Урожайность картофеля зависит от сорта и его репродукции, почвенно-климатических условий, удобрений и технологии возделывания. При заданных условиях возделывания определяющими являются сорт картофеля, внесение удобрений и технология возделывания.
В зависимости от назначения потребители картофеля существенно повышают требования к качеству. Качество - один из главных показателей любого вида продукции, который включает в себя целый комплекс внешних и внутренних свойств. На качество урожая картофеля особое влияние оказывают выбор сорта, подбор технологии и почв для его выращивания.
Для получения продукции высокого качества, с параметрами, учитывающими конкретное назначение картофеля, требуется специализированное его возделывание. При этом технологии должны быть гибкими, предусматривающими адаптивность технологических воздействий с наиболее эффективным использованием ресурсного потенциала агроландшафта и сельхозпроизводителя.
Среди всего многообразия техники для работы с картофелем в технологической цепи возделывания данной культуры важное место занимают погрузочные средства.
Отечественные картофелепогрузочные машины не всегда обеспечивают заданную производительность и выполнение агротехнических требований. Зарубежные рынки предлагают комплексы машин для возделывания и уборки
7 данной культуры, но при своих преимуществах они являются дорого-стоящими и доступны не всем сельхозтоваропроизводителям.
Основной выход в подобной ситуации — это разработка и внедрение высокопроизводительных и надежных рабочих органов погрузчиков, обеспечивающих минимальный уровень повреждения клубней.
В последние годы накоплен определенный опыт механизации погрузоч-но-разгрузочных работ. Клубни из буртов могут грузиться с помощью погрузчиков периодического действия (ППД) экскаватора ЭО-2621, копновоза КУН-10 или погрузчика ПЭ-0,8. Данные погрузчики обладают мобильностью, универсальностью, но имеют небольшую производительность и значительное повреждение клубней за счет напорного действия рабочего органа. Наряду с погрузчиками периодического действия на погрузке картофеля используются погрузчики непрерывного действия (ПНД) такие как транспортер-подборщик ТПК-30, подборщик СПК-25, подборщик T40L. Последние нашли широкое применение в технологии возделывания картофеля в связи с мобильностью, маневренностью, самозабором груза и высокой производительностью, что позволяет сокращать простои транспортных средств под загрузкой. Однако вместе с перечисленными преимуществами данные погрузчики имеют высокую энергоемкость. Заборные органы не достаточно приспособлены к физико-механическим свойствам груза, что ведет к травмируемости материала. Кроме того, ПНД и базовая машина выполняются как одно целое, что исключает возможность использования последней в других технологических операциях и ведет к низкой годовой загрузке.
Эффективность погрузчика напрямую зависит от заборного устройства-питателя, благодаря которому происходит захват груза. В существующих погрузчиках непрерывного действия питатели выполняют одновременно несколько функций, которые можно разделить на: отделение и захват груза; перемещение захваченного материала к отгрузочному транспортеру; разгрузка на отгрузочный транспортер.
При работе с проросшим картофелем, вследствие длительного хранения, совмещение всех трех процессов приводит к увеличению конструктивных размеров питателя, что в свою очередь вызывает рост энергоемкости и металлоемкости. Вследствие этого питатели с одним рабочим органом работают недостаточно эффективно. При погрузке проросшего картофеля в его насыпи происходят явления сводообразования, образование различных откосов, в том числе с отрицательными углами и как следствие их обрушение. Поэтому существующие рабочие органы должны работать эффективно и с буртами груза высотой 0,8-1,2 м.
Одним из направлений совершенствования питателей ПНД является создание конструкций, в которых имеются два рабочих органа, один из которых выполняет функции захвата груза, второй - перемещение и разгрузку на отгрузочный транспортер. Такие питатели получили название «двухфазных». Новые конструктивно-технологические схемы двухфазных питателей к погрузчикам непрерывного действия, благодаря разделению функций захвата и транспортирования груза позволяют сократить энергозатраты на погрузку и повысить производительность погрузчика, а также снизить травмируемость материала.
Следовательно, задача разработки нового питателя к погрузчику непрерывного действия является актуальной.
Целью настоящей работы является повышение эффективности погрузки картофеля путем разработки конструктивно-технологической схемы и обоснования параметров роторно-цепного питателя.
Исследования проводились на кафедре «Детали машин, ПТМ и СМ» СГАУ им. Н.И.Вавилова, СПК «Сталь» и КФХ «Павловское» Петровского района Саратовской области.
В диссертации приведены: результаты теоретических исследований рабочего процесса роторно-цепного питателя; результаты лабораторно-полевых экспериментов по определению оптимальных режимных и конструктивных параметров предлагаемого рабочего органа;
9 - результаты производственных испытаний и технико-экономические показатели эффективности применения роторно-цепного питателя. Теоретические исследования проводились на основе известных положений математического анализа, теоретической и прикладной механики, аналитической геометрии. Экспериментальные исследования проводились с применением теории подобия, физического моделирования, планирования эксперимента, и с использованием ЭВМ при обработке результатов.
Роторно-цепной питатель использовался при погрузке картофеля на буртовой площадке СПК «Сталь» и КФХ «Павловское» Петровского района Саратовской области. Расчетный экономический эффект от внедрения погрузчика с роторно-цепным питателем составил 45 984 рубля.
Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях кафедры «Детали машин, ПТМ и СМ» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2007-2009 гг., на Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова (1-3 октября 2008 г.), на 2-й Международной научно-производственной конференции (г.Пенза) в 2009 г., на Всероссийских научно-практических Международных конференциях «Вавиловские чтения» в 2007-2009 гг.
По результатам выполненной работы опубликовано 8 работ, получен патент на полезную модель РФ № 77855. На защиту выносятся: конструктивно-технологическая схема роторно-цепного питателя, на ко торую получен патент на полезную модель РФ № 77855; результаты теоретических исследований по обоснованию оптимальных режимных и конструктивных параметров, мощности, затрачиваемой на привод, и производительности роторно-цепного питателя; регрессионные модели и экспериментальные зависимости, описывающие влияние режимных и конструктивных параметров на крутящий момент и мощность на привод роторно-цепного питателя.
Анализ современных технологий возделывания и средств механизации технологических процессов уборки и погрузки картофеля
В Российской Федерации и за рубежом, в зависимости от почвенно-климатических условий произрастания картофеля в основном применяются следующие технологии возделывания данной культуры [19,20,45,61].
Голландская технология, возделывания картофеля, применяется на средних и тяжелых суглинистых почвах. Основу голландской технологии возделывания картофеля составляет комплекс агротехнических приемов. Для обработки почвы используют фрезерные орудия с активными рабочими органами на глубину 12-14 см, почва становится очень рыхлой. После этого сажают корнеклубнеплоды четырехрядными картофелесажалками типа СН-4Б, а через 12-15 дней формируют высокообъемные гряды горизонтально-фрезерными культиваторами. Против сорняков обязательно применяют гербициды. Отличительная особенность голландской технологии - сокращение до минимума количества механических обработок при уходе за посадками. После формирования высокообъемных гребней за один проход агрегата междурядную обработку почвы в даль 12 нейшем не проводят. Однако отечественные посадочные, уборочные и другие сельскохозяйственные машины имеют в основном ширину захвата кратную 70 см, что ограничивает возможность применения данной технологии возделывания картофеля.
Гриммовская технология возделывания картофеля применяется на тяжелых почвах засоренных камнями. Особенностью технологии является то, что весной перед посадкой картофеля специальной машиной (камнеудалителем) прочные почвенные комки и камни сепарируются и укладываются в заранее подготовленные борозды. После этого высаживают и убирают картофель двухрядными машинами. Один из вариантов гриммовской технологии возделывания картофеля предусматривает сбор камней и прочных почвенных комков в бункер камнеудалителя и вывоз их за пределы поля. Перевозка многих тонн камней и прочных почвенных комков при использовании гриммовской технологии возделывания картофеля достаточно дорогостоящее мероприятие, которое увеличивает себестоимость произведенной растениеводческой продукции. Частичный вывоз вместе с камнями верхнего плодородного слоя почвы так же в долгосрочной перспективе отрицательно сказывается на урожайности последующих культур.
Грядно-ленточная технология возделывания картофеля применяется в основном в засушливых (Краснодарский и Ставропольский край, Астраханская область и др.) и переувлажненных (Сахалинская и Амурская область, Хабаровский край и др.) районах России. Преимуществом данной технологии возделывания картофеля является то, что объемная гряда в засушливую пору накапливает влагу, а при сильных дождях сбрасывает воду в борозды. Кроме того, рядки посадок не уплотняются колесами трактора при обработке. Однако при уборке урожая корнеклубнеплодов возрастает нагрузка на сепарирующие рабочие органы копателей из-за большой подачи картофельного вороха.
Заворовская технология возделывания картофеля применяется практически на всех типах почв. Особенностью этой технологии является предварительная нарезка гребней (осенью или весной) для создания рыхлой структуры, с це 13 лью оптимальных условий для развития картофеля и возможности уборки копателями-погрузчиками. Недостатком этой технологии является то, что многократное уплотнения междурядий колесами техники приводят к ухудшению роста клубней в уплотненном слое. Однако именно данная технология является самой распространенной в отечественных хозяйствах.
Сортировку клубней по фракциям проводят осенью перед засыпкой их на хранение или в возможно ранние сроки весной, пока клубни не дали ростков. Эту работу проводят на картофелесортировальных пунктах КПС-15Б или на картофелесортировках РКС-10М. Клубни разделяют на 3 фракции: мелкую (до 50 г), среднюю семенную (50 - 80 г) и крупную (более 80 г).
Для механизированной посадки обычно используют выровненные клубни (50 - 80 г). Использование на семена смеси клубней разной крупности недопустимо. Это ведет к изреженности, неравномерному появлению всходов и недобору урожая.
После сортировки при наступлении теплых дней (с положительными ночными температурами) начинают провяливание семенного картофеля. Наиболее распространенный и высокоэффективный агротехнический прием предпосадочной подготовки клубней - проращивание. Он ускоряет появление всходов, способствует более быстрому развитию растений и образованию урожая.
Глубина посадки и способы заделки клубней определяются типом почвы и климатическими условиями. В Нечерноземной зоне обычно практикуют гребневую посадку машинами СН-4, Л-202, с заделкой клубней на глубину 8-12 см, на торфяниках - 10 - 12 см и на пойменных землях - 8 - 10 см. При гребневой посадке поверхность рядков картофеля лучше прогревается, меньше уплотняется от осадков, при этом быстрее прорастают сорняки, что значительно облегчает их последующее уничтожение междурядными обработками, а сама гребневая поверхность дает возможность проводить рыхление почвы в любое время без уплотнения рядков колесами трактора. В зоне недостаточного увлажнения, а в сухие весны и в Нечерноземной зоне, где все агроприемы должны быть направлены на сохранение влаги в почве, особенно на песчаных и супесчаных почвах, применяют гладкую посадку с заделкой клубней на 8 - 10 см. Более крупные клубни во всех зонах обычно заделываются глубже, чем мелкие. Убирают картофель в зависимости от сорта и использования клубней в разные сроки. Ранние сорта картофеля, используемые на продовольственные цели в летнее время, убирают до полной спелости. Картофель, выращиваемый в занятом пару, убирают не позже чем за две недели до посева озимых. Уборка картофеля должна проводиться в сжатые сроки — в течение 10-12 дней на севере и за 15 - 20 дней в средних и южных широтах. Перед уборкой, если к этому времени сохранилась зеленая ботва, ее необходимо предварительно удалить с помощью машин УВД - ЗА или КИР - 1,5Б. Здоровую ботву на участках продовольственного картофеля следует удалять за 1 - 3 дня до уборки, на семеноводческих посевах - за 10 - 14 дней до уборки. При поражении ботвы фитофторой ее скашивают и увозят с поля за 7 - 10 дней до уборки картофеля [45]. Из большого числа районированных сортов картофеля наиболее распространены и пригодны к длительному хранению из ранних - Новоусманский, Горизонт, Приекульский ранний, из средних - Огонек, Адретта, Камераз, из поздних - Лорх, Сотка. Так же используются сорта Фаленский, Темп, Лощицкий, Столовый 19, Любимец [45]. Картофель убирают поточным, раздельным или комбинированным способами (рис. 1.1). Поточную уборку применяют на больших площадях или на полях (не менее 30 - 50 га), расположенных близко друг от друга. Этот способ применяют на легких и средних почвах с влажностью не более 25 %. При поточном способе уборки картофель убирают комбайном (например, ККУ-2А «Дружба»).
Исследование процесса взаимодействия лопасти подающего барабана с массой картофеля на участке забора
В зависимости от конструкции, по характеру движения груза, питатели делятся на три группы: подгребающие (погрузчик УРС «Ростовуголь», рис. 1.9а), нагребающие (ТПК-30) и комбинированные (погрузчик Украинского НИИ, патент № 370145). Предпочтение отдается второму типу рабочих органов, т.к. в отличие от подгребающих, транспортирование груза осуществляется переносом (перекидыванием) через себя, а не по кожуху питателя, что позволяет снизить травмируемость груза и снизить затраты на преодоление сил трения.
По типу рабочего органа питатели делятся на лопастные (погрузчик ЦНИИМЭСХ, погрузчик Государственного НИИ рис. 1.11), пальцевые (ТПК-30) и барабанные (погрузчик АИИЖТ рис. 1.8 а). Лопастные органы наиболее благоприятно сказываются на сохранности груза и производительности питателя.
По возможности регулирования режимных параметров, питатели имеют постоянное (ТПК-30,СПО-4,2) и переменное (погрузчик УРС «Ростовуголь») соотношение скоростей рабочих органов. Предпочтение отдается постоянному соотношению скоростей, т.к. предотвращается ударное воздействие на груз, тем самым снижается травмируемость материала.
Исходя из составленной классификации можно определить общую конструктивно-технологическую схему эффективного питателя к погрузчику картофеля. Анализ составленной классификации показывает, что в качестве перспективного может быть выбран двухфазный питатель с двумя рабочими органами - ротором и сдвигающим цепным, с шарнирным закреплением первого из них, навешиваемый на заднюю навеску базовой машины с постоянным соотношением скоростей рабочих органов. Элементы питателя, осуществляющие захват груза, должны иметь форму лопасти с нагребающим характером движения. Тип привода роторно-цепного питателя - комбинированный с горизонтальным положением осей вращения. Отгрузочное оборудование должно иметь боковое расположение.
Так как производительность и энергоемкость погрузчика напрямую зависят от конструкции питателя, то в качестве наиболее перспективного был выбран питатель роторно-цепного типа, обладающий высокой производительностью и низкой энергоемкостью.
Изучением физико-механических свойств клубней картофеля в период его уборки и послеуборочной доработки занимались многие исследователи, среди них: В.П. Горячкин [31], М.Е. Мацепуро [53], B.C. Митрофанов [59], В.Н. Табачук [78], А.И. Бжезовская [17] и другие, за рубежом: Финней, Халь, Парке, Вилиамс [83] и другие. Исследованиями было установлено, что в период уборки применяемые конструкции машин повреждают около 43% клубней. При этом около половины повреждений приходится на картофелеуборочный комбайн. В то же время при транспортировке и закладке на хранение также повреждается значительное количество клубней. Механические повреждения клубней приводят к значительным потерям картофеля при хранении (до 20 %). Проблемами уменьшения механических повреждений клубней картофеля занимались: Г.Д. Петров [69], С.А. Герасимов [30], О.А. Сафразбекян [75], Н.И. Верещагин [25] и др.
Механические повреждения клубней картофеля классифицируются многими исследователями по-разному. Так, некоторые исследователи разделяют повреждения на слабые, средние и сильные в зависимости от площади потемневшей мякоти или подразделяют на срезы, царапины, сдавливания не учитывая внутренних повреждений. Например, М.А. Мосин и В.А. Толопилов [80] в НИИКХ различали 10 видов повреждений клубней и при том только внешних.
Герасимов С.А. [30] разделял повреждения только на две группы: с ободранной кожурой и с поврежденной и потемневшей мякотью. Леппак [86] разделяет механические повреждения на три группы: 1 - вызываемые ударами или давлением при уборке и транспортировке; 2 - черные пятна, появляющиеся в глубине мякоти как результат старения и высыхания клубней; З - изменения клубней при хранении под давлением верхних слоев картофеля. О.А.Сафразбекян [75] разделял механические повреждения на шесть видов наружных и один вид внутренних повреждений: 1 - содранная кожура с 1/4 по 1/2 поверхности; 2 - содранная кожура со свыше 1/2 поверхности; 3 - вырывы мякоти на глубину более 5 мм; 4 - трещины на поверхности длиной более 5 мм; 5 - разрывы и надрезы; 6 - раздавленные клубни; 7 - потемнения мякоти от удара на глубину более 5мм. Следовательно, можно отметить, отсутствие единой классификации повреждений, что способствует расхождению в результатах исследований при проведении экспериментов, так как различны сами оценки повреждений клубней. Повреждаемость клубней картофеля при механизированной технологии возделывания зависит от многих факторов. Это, прежде всего, конструкция картофелеуборочных, погрузочных и посадочных машин, материал, из которого изготовлены рабочие органы машин и режимы работы. Не последнюю роль играют физико-механические свойства клубней, зависящие, в свою очередь, от сорта, агротехники возделывания, структуры почвы, климатических условий. Так, по результатам исследований, оптимальная температура для уборки должна быть от 10 до 16 С [24]. Снижение температуры на каждый градус ниже 10С дает прирост повреждений на 10 % [38,59]. Резкое увеличение повреждений клубней при температуре ниже 4 С обусловлено повышением содержания сахара в клетках, вследствие чего они становятся менее эластичными.
Программа и методика исследований влияния режимных и конструктивных параметров питателя на травмируемость клубней картофеля
Механические повреждения клубней картофеля зависят от целого ряда факторов: сортовых особенностей, времени начала массовой уборки картофеля и биологической зрелости клубней, физико-механических свойств почвы, уровня агротехники, конструкции рабочих органов уборочных машин.
Программа исследований повреждений клубней в процессе погрузки включала четыре этапа: 1 этап: исследование и определение повреждаемости клубней в зависимости от изменения конструктивных параметров подающего барабана; 2 этап: исследование и определение повреждаемости клубней в зависимости от изменения режимных параметров подающего барабана; 3 этап: исследование и определение повреждаемости клубней в зависимости от кинематических параметров цепного транспортера; 4 этап: исследование и определение повреждаемости клубней в зависимости от сочетания исследуемых конструктивных и режимных параметров рабочих органов питателя (подающий барабан, цепной транспортер). Механические повреждения можно разделить на две группы: внешние (поверхностные) и внутренние. К внешним повреждениям относят повреждения, которые можно определить внешним осмотром. Это обдир кожуры, царапины, трещины, вмятины, вырывы, порезы, раздавленные клубни и т.д. Внутренние повреждения: потемнение мякоти, внутренние трещины. Обдир кожуры возникает при скольжении клубней по поверхности рабочих органов при наличии относительно высокого коэффициента трения [43]. Такие повреждения, как вмятины, раздавливания, трещины, вырывы возникают от давления на клубни при статических нагрузках [38]. Но наибольшее количество повреждений таких серьезных, как трещины, вмятины, повреждения мякоти вызываются исключительно динамическими нагрузками — соударения клубней с рабочими органами [17]. Методика исследований повреждений клубней предусматривает следующие операции [71]. После завершения каждого опыта из массы картофеля прошедшей через рабочие органы питателя выбирается тридцать клубней и взвешивается (серия опытов проводится согласно трехфакторного плана). После этого производится визуальный осмотр каждого клубня на наличие внешних механических повреждений, результаты которого фиксируются в журнале проведения эксперимента с указанием номера опыта. Затем вышеуказанная партия клубней (с номером опыта), с целью определения внутренних повреждений, закладывается на десятидневное хранение при комнатной температуре (около 20...22С0) согласно методике приведенной в стандарте [32]. После хранения определяется наличие потемнений мякоти (наличие повреждений). Для чего клубни картофеля разрезаются перпендикулярно продольной оси на дольки толщиной 3 мм. При резке, клубень считается поврежденным с потемнением мякоти на глубину более 5 мм. Результаты также фиксируются в журнале проведения эксперимента. Анализ значений повреждений клубней позволил определить оптимальные значения параметров питателя, при которых травмируемость материала будет минимальной, и составит не более 5% [19,32]. Целью лабораторно-полевых исследований являлось подтверждение работоспособности роторно-цепного питателя (полезная модель РФ №77855) при работе с картофелем, определение оптимальных режимных и конструктивных параметров, соответствующих минимальным энергозатратам. В связи с поставленными задачами разработана и изготовлена экспериментальная установка; изучены физико-механические свойства картофеля; проведена серия поисковых опытов; разработан план эксперимента; проведен 3-х факторный эксперимент; установлены оптимальные конструктивные и режимные параметры питателя, установлено влияние режимных и конструктивных параметров на травмируемость клубней картофеля. В соответствии с программой экспериментальных исследований необходимо изучить влияние на работу роторно-цепного питателя следующих факторов: диаметра подающего барабана, частоты вращения подающего барабана и поступательной скорости движения цепного транспортера. Для проведения эксперимента была изготовлена экспериментальная установка (рис. 3.2, рис. 3.3), которая состоит из неподвижной рамы 1, подвижной роликовой тележки 2, на которой установлен роторно-цепной питатель. Питатель представляет собой совокупность трех рабочих элементов: подающего барабана 3 (рис. 3.2, рис. 3.5, рис. 3.6), цепного транспортера 4 (рис. 3.2, рис. 3.4, рис. 3.7) и скатной доски. Подающий барабан и цепной транспортер имеют отдельный привод (рис. 3.8, рис. 3.9). Подающий барабан 3 приводится в движение от электродвигателя постоянного тока 9 мощностью 1,0 кВт через редуктор 12, тензометрический вал 6 (рис. 3.10) и цепную передачу 15.
Приводной механизм цепного транспортера состоит из электродвигателя постоянного тока 11, редуктора 14, тензометрического вала 5 (рис. 3.12), цепной передачи 16.
Тележка 2 перемещается по всей длине шестиметровой неподвижной рамы механизмом привода 7 (рис.3.11), включающим асинхронный электро-двигательЮ, редуктор 13, приводную цепную передачу 17, тяговую тросовую передачу 18 (рисЗ.2).
Анализ математической модели описывающей изменение крутящего момента на валу подающего барабана
В период хранения происходят изменения отдельных физико-механических свойств клубней и их насыпи за счет протекания в клубнях определенных процессов жизнедеятельности (дыхания, испарения воды, прорастания и т.д.).
На движение клубней по различным рабочим органам оказывают влияние коэффициенты трения качения и скольжения. При длительном хранении их значения увеличиваются на 10-20%, что особенно следует учитывать при работе машин на операциях выгрузки и вторичной послеуборочной обработки [25,38].
Анализ существующих исследований показывает, что удельный вес картофеля (от 1,1601 до 1,1616 г/см ) зависит от содержания в клубнях крахмала и сухих веществ. Скважистость - наличие межклубневых пространств в массе клубней (в среднем около 40 %) зависит от формы и размера клубней. Она позволяет проводить активное вентилирование картофеля и хранить его в насыпи. В связи с различной скважистостью массы клубней и содержанием в них сухих веществ в 1 м картофеля плотность его принимает значения - от 650 до 730 кг. Угол естественного откоса штабеля картофеля 30 - 40 в зависимости от размеров клубней и их влажности; угол скольжения клубней округлой формы по дереву около 25, по клубням - 38; угол скатывания соответственно 22 и 39. Знание этих величин позволяет легко организовать перемещение массы клубней по элементам транспортеров. Допустимая высота свободного падения клубней при ударе о металл 20 см, о дерево 30 см, о почву 120 см, о клубни 40 см. Клубни повреждаются при давлении 70 - 80 кг/см . Боковое давление массы картофеля на 1 м стены закрома при высоте загрузки 1 м — 75 кг, 3 и 4 м - соответственно 675 и 1200 кг [38].
Засыпанный картофель дает усадку на 5 - 10 %, что следует учитывать при определении первоначальной высоты насыпи. Влажность клубней картофеля при закладке на хранение равна 75 - 80 %, а по окончании хранения 65 - 70 % [38]. Насыпь картофеля после длительного хранения характеризуется наличием остатков почвы, волокнистых примесей и ростков 7-9 см, появляющихся обычно к концу срока хранения. При появлении ростков между отдельными клубнями возникает сцепление. Эти факторы позволяют представить насыпь картофеля как систему с внутренним трением и сцеплением между частицами (клубнями).
При проведении экспериментальных исследований изучались и учитывались основные характеристики картофеля: плотность р, коэффициент внутреннего fm и внешнего /в трения, напряжение сдвига осд и контактные напряжения внедрения клина. Исследования проводились по методике изложенной в главе 3. Захват клубней происходит при прохождении лопастей сквозь слой картофеля. Зона захвата составляет 90-120 в зависимости от высоты насыпи и биологического состояния картофеля [71].
Для снижения повреждения клубней и уменьшения усилия внедрения зазор между внедряемым элементом и основанием насыпи должен быть минимальным, даже при незначительном увеличении значительно увеличивается усилие внедрения и повреждаемость клубней.
Коэффициенты внутреннего // и внешнего /в трения зависят от высоты насыпи и влажности. Увеличение влажности приводит к уменьшению коэффициента внешнего/в трения. С увеличением высоты насыпи растет значение коэффициента внутреннего fm трения, так как растет давление верхних слоев на нижние [59]. Основные физико-механические свойства картофеля приведены в таблице 4.1.
Исследования роторно-цепного питателя осуществлялись при следующих конструктивно-технологических данных. Погрузка производилась на буртовой площадке складской территории. Определение состава погружаемой массы, наличие картофеля и примесей проводилось путем взятия проб у основания и верхней части бурта, из которого производилась погрузка. Поступательная скорость питателя оставалась постоянной на протяжении всего периода исследований, и была равна v = 0,15 м/с. Конструктивные параметры цепного транспортера, такие как ширина, высота и шаг скребков так же оставались постоянными и составляли соответственно: 0,6 м, 0,18 м, 0,4 м.
В качестве исследуемых факторов были приняты частота вращения подающего барабана, скорость движения цепного транспортера, диаметр подающего барабана. Уровни факторов и интервалы варьирования представлены в таблице 4.2.
Похожие диссертации на Повышение эффективности погрузки картофеля путем обоснования параметров роторно-цепного питателя погрузчика непрерывного действия
