Оптимизация процесса транспортирования измельченной массы в роторном кормоуборочном комбайне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Козлов, Владимир Михайлович

• Козлов, Владимир Михайлович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Владимир Михайлович

Введение

1. Состояние вопроса

1.1. Агротехнические и технологические требования при заготовке кормов

1.2. Анализ конструкций кормоуборочных комбайнов

1.3. Анализ исследований процесса транспортирования измельченной кормовой массы

1.3.1. Движение материала из кожуха в горловину трубопровода

1.3.2. Движение материала в трубопроводе

1.3.3. Движение материала по дефлектору

2. Аналитическое исследование транспортирования измельченной массы в роторном измельчающем аппарате комбайна

2.1. Критическая скорость бесподпорного резания

2.2. Расчет параметров роторного измельчающего аппарата

2.3. Аналитическое исследование транспортирования измельченной массы

2.4. Аналитическое исследование аэродинамического тракта кор-моуборочного комбайна

3. Исследование аэродинамической системы комбайна методом планирования эксперимента

3.1. Методика проведения эксперимента

3.2. Метод планирования эксперимента

3.3. Выбор модели

3.4. Обоснование области определения факторов математической модели эксперимента

3.5. Получение математической модели объекта

3.6. Компьютерный анализ регрессионных уравнений воздушного напора

3.7. Анализ поверхности отклика на экстремум

4. Разработка конструкции кормоуборочного комбайна ПН

4.1. Обоснование рекомендаций по рациональному проектированию конструкции аэродинамического тракта комбайна

4.2. Описание конструкции комбайна ПН

4.3. Лабораторно - полевые испытания комбайна ПН

4.3.1. Условия испытаний

4.3.2. Результаты лабораторно - полевых испытаний комбайна ПН

5. Технико - экономический анализ работы кормоуборочных комбайнов

5.1. Реализация результатов исследования

5.2. Экономический анализ работы кормоуборочных комбайнов КИР-1.5Б и ПН-420 101 Общие выводы 110 Список использованной литературы 112 Приложения:

1. Акт об использовании результатов работы при разработке конструкции и постановке на производство комбайна ПН

2. Акты результатов хозяйственных испытаний полунавесного кормоуборочного комбайна ПН

3. Акт о внедрении результатов работы в учебный процесс кафедры « Проектирование и производство сельскохозяйственных машин» Тульского государственного университета

4. Графики экспериментальных зависимостей скорости воздушного потока в сечениях аэродинамического тракта комбайна

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация процесса транспортирования измельченной массы в роторном кормоуборочном комбайне»

Кормопроизводство является одной из важнейших отраслей агропромышленного комплекса любой страны, в том числе и Российской Федерации. Темпы и научно - технический уровень его развития определяют пути решения продовольственной программы страны, ее экономической независимости и самостоятельности.

Социально - экономическая ситуация, сложившаяся в 90 - е годы и связанное с этим ухудшение материально - технического обеспечения сельского хозяйства техникой привели к резкому уменьшению объемов производства кормов. В 2004 году в сравнении с 1990 годом объемы заготовок сена снизились на 62,8%, сенажа на 68%, силоса на 34%.

Одной из основных причин резкого сокращения производства кормов в Российской Федерации является острый дефицит кормоуборочной техники. На начало 2004 года обеспеченность хозяйств Российской Федерации тракторными и самоходными косилками составляла 48,3%, граблями различного типа -43,2%, кормоуборочными комбайнами - 55%, пресс-подборщиками - 51%. Недостаток техники привел к сокращению посевных площадей под кормовые культуры с 41,4 млн. га в 1990 году до 22,4 млн. га в 2004 году, а также к нарушению агротехнических сроков заготовки кормов по прогрессивным технологиям в соответствии с разработанными рекомендациями.

Следует заметить, что разработка и производство кормоуборочной техники в Советском Союзе осуществлялись вне пределов Российской Федерации (Республика Украина, Республика Беларусь и др.). В Российской Федерации практически полностью отсутствовало производство кормоуборочных комбайнов, граблей - ворошилок ротационных, пресс - подборщиков.

Простым воспроизводством недостающих машин возникшие в кормопроизводстве проблемы решить невозможно. Необходимы кардинальные меры по внедрению новейших технологий и комплексов машин повышенной производительности.

В последние годы наблюдается разделение сельхозтоваропроизводителей на три основные категории:

1. Сельхозтоваропроизводители, использующие в своих производствах высокоинтенсивные интегральные технологии, позволяющие получать требуемое количество кормов при определенных затратах в научно - обоснованные агротехнические сроки.

Для этой категории сельхозтоваропроизводителей характерным является использование новейших достижений как в агротехнике и технологии выращивания кормов, так и применение высокопроизводительных машин для их заготовки и хранения.

2. Сельхозтоваропроизводители, использующие в своих производствах интенсивные технологии.

Для этой категории работников характерным является использование в производстве как новейших достижений современной науки в агротехнике и технологиях, так и ранее применяемых, сложившихся в данной регионе, что определяется их финансовыми возможностями.

3. Сельхозтоваропроизводители, использующие в своих производствах устоявшиеся сложившиеся технологии.

Естественно наиболее перспективной в экономическом развитии является первая группа сельхозтоваропроизводителей, ориентированная на производство высококачественных кормов в оптимальные агротехнические сроки.

Из изложенного выше следует, что разработка комплексов машин с современными агротехническими показателями - задача, имеющая государственную значимость.

Повышение производительности кормоуборочных комбайнов путем увеличения степени загрузки транспортных средств (автомашин, прицепов и полуприцепов) приведет к сокращению издержек на транспортировку измельченных кормов к месту хранения или скармливания, что является актуальной задачей, имеющей большое народно - хозяйственное значение.

Такие работы по созданию комплексов машин, повышению их производительности были проведены в период 1995 2004 годов в ОАО «Тульский комбайновый завод».

В настоящей работе представлены результаты исследования аэродинамических характеристик и создания кормоуборочного комбайна с роторным измельчающим аппаратом и швырково - пневматическим транспортированием измельченной массы в транспортное средство.

Работа выполнена автором в период 2001 .2005 годов в рамках концепции разработки и освоения зерно и кормоуборочной техники в ОАО «Тульский комбайновый завод», изложенной в докторской диссертации д.т.н. проф. А.А. Баранова «Методологические основы создания и освоения производства зерно и кормоуборочной техники в условиях реформирования сельскохозяйственного производства России» [1].

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Козлов, Владимир Михайлович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований в работе получены следующие выводы и результаты:

1. Установлено, что швырково - пневматическое транспортирование измельченных кормов является эффективным способом подачи массы в кузов транспортного прицепа. При этом для транспортирования частиц высокой влажности определяющей является швырковая составляющая, для частиц пониженной влажности (сено, сенаж) важное значение приобретает пневматическая составляющая.

Швырково - пневматический эффект зависит не только от параметров измельчающего аппарата, но и от конструктивных особенностей и параметров конфузора, силосопровода и дефлектора.

2. Повышение скорости воздушного потока обеспечивает рост скорости движения частиц массы с различными скоростями витания с момента их срезания до погрузки в кузов транспортного прицепа. В результате этого устраняется вероятность забивания транспортирующей системы комбайна измельченной массой, осуществляется ее более равномерное распределение в кузове транспортного прицепа, т.е. повышается степень его загрузки.

3. Разработанные математические модели движения измельченных частиц по стенкам конфузора и модели движения воздушного потока в сило-сопроводе, экспериментальные исследования позволили определить оптимальные значения параметров (частота оборотов ротора, величина зазора между ножом и противорежущей пластиной, площадь дополнительных отверстий в боковинах конфузора, угол наклона боковых стенок конфузора, соотношение площадей и форма сечений выходного отверстия конфузора и входного отверстия силосопровода, форма и площади сечений силосопрово-да и дефлектора), существенно влияющих на скорость транспортирования измельченной массы.

По результатам анализа экспериментальных данных максимум скорости V =17,8 м/с получен при следующих значениях факторов (в натуральных величинах): частота оборотов ротора п = 1530 об/мин.; величина зазора между ножом и противорежущей пластиной А= 24 мм; площадь дополнительных отверстий в боковинах конфузора S =0,20 м; высота проходного сечения силосопровода Н = 0,24 м; форма соединения конфузора и силосопровода - «круг» - «круг» при соотношении площадей S,/S = 0,97.

4. Установлено, что при оборотах ротора п = 1530 об/мин на начальном этапе транспортирования измельченной массы в большей степени проявляет себя швырковая составляющая эффекта, влияние которой затем уменьшается в зависимости от скорости витания частиц. При небольших скоростях витания величина швырковой составляющей недостаточна для создания благоприятных условий транспортирования частиц измельченной массы. Требуется увеличение пневматической составляющей, что достигается путем введения дополнительных отверстий для забора воздуха, устранением так называемых «мертвых» зон в соединении конфузор - силосопровод, рациональными сечениями силосопровода и дефлектора.

5. Установлено, что за счет повышения пневматической составляющей аэродинамического эффекта транспортирования измельченной массы, особенно обладающей невысокими скоростями витания ее частиц (сено, сенаж), улучшаются условия распределения измельченной массы по площади и объему кузова транспортного прицепа, повышается (при заготовке сена и сенажа на 25.27%) степень загрузки последнего за счет увеличения с 5,5 . 6,0 м до 8,5 .9,0 м дальности транспортирования массы.

6. Разработана конструкция специализированного роторного кормоуборочного комбайна ПН-420 «Простор» с усовершенствованной системой транспортирования измельченной массы. Проведена апробация результатов выполненных работ в ходе полевых испытаний. (Приложение. Акты о результатах сравнительных полевых испытаний комбайнов КИР-1,5 и ПН-420 «Простор»).

Экономический эффект по одной машине составил 14,7 тыс. рублей (в ценах 2004 года). За период с 2000 по 2004 годы хозяйствам агропромышленного комплекса Российской Федерации реализовано 186 единиц комбайнов ПН-420 «Простор».

7. Разработаны методики проектирования и испытания роторных кормоуборочных комбайнов.

Методики использованы в учебном процессе и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности «Сельскохозяйственные машины и оборудование» (Приложение. «Акт об использовании результатов работы в учебном процессе и при дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности « Сельскохозяйственные машины и оборудование»).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Владимир Михайлович, 2005 год

1. Баранов А.А., Особов В.И. К теории измельчающего аппарата кормоуборочных машин. Техника в сельском хозяйстве. - №3 - М. -1998.- С. 1317.

2. Баранов А.А. Выбор поверхности дефлектора кормоуборочного комбайна. Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1998. -№ 3. - 15-С. 18.

3. Беспамятнов А.Д., Кулаков Н.С. Кормоуборочная машина. Авторское свидетельство на изобретение № 2064753 от 01.08.93, бюллетень № 22 от 10.08.96.

4. Большаков С.И. Возможности применения пневмопривода на некоторых сельскохозяйственных агрегатах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М. - 1970.

5. Босой Е.С. Теория, конструирование и расчет сельскохозяйственных машин. М.- Машиностроение. -1978. - С. 566.

6. Василенко И.Ф. Теория режущих аппаратов жатвенных машин. Труды ВИСХОМ, М.,- 1937, № 5.- С. 7-114.

7. Волик.Н.Ф., Шац Л.З., Волик А.А., Кобец А.Н. Пневмотранспортирующий аппарат уборочной машины. Авторское свидетельство на изобретение № 1692360А1 от 19.12.89, бюллетень № 43 от 23.11.91

8. Гальчук В.Я., Соловьев А.П. Техника научного эксперимента. Ленинград.-Судостроение. -1982. С. 256.

9. Герр В.А. Латынцев Н.Ф., Максимчук В.К. Сельскохозяйственный уборочный комбайн. Авторское свидетельство на изобретение № 2102855 от 21.05.96, бюллетень №3 от 27.01.98.

10. Глебов В.Д., Иванова В.М. Выгрузной трубопровод сельскохозяйственнойуборочной машины. Авторское свидетельство на изобретение № 1519566 от 01.07.87, бюллетень №41 от 07.11.89.

11. Горячкин В.П. Собрание сочинений, изд.2-е. Т.З - М. - Колос. -1968. - С. 528.

12. Гранаткин В.П. Теоретическое обоснование рабочих органов машин для заготовки кормов. В сб. «Проблемы сельскохозяйственного машиностроения». -Киев, -1972.- С. 54-68.15; Гутьяр Е.М. К теории резания стеблей. М. -«Сельхозмашина», - 1931, № 7. - С. 12-13.

13. Долгов И.А., Зальцерман И.М. Машины и оборудование для механизации сеноуборочных работ. М. -Машгиз. -1963.- С. 273.

14. Дронова В.А. Исследование измельчающе швыряющих аппаратов силосоуборочных комбайнов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М. -1970.

15. Заущицин В.Е. Исследование пневматического транспорта соломистых продуктов. В кн. «Конструирование и производство сельскохозяйственных машин». - М. -Государственное научно - техническое издательство машиностроительной литературы.-1959.-С. 127- 144.

16. Зеленов А.А. Основные вопросы вентилятора силосорезки. М.- Сельхоз-машина.-1949- №12,- С. 19-25.

17. Зуев В.А., Красников В.В. Вопросы теории вентилятора броскового типа. -М. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства.- 1962. -№5.- С. 187-199.

18. Иванов В.Д., Мамченко В.О. Аэродинамика и вентиляторы Ленинград. -Машиностроение. -1986. -С. 312.

19. Ишлинский АЛО. Задача о скорости косьбы злаков. М.- «Сельхозмашина» -1937-№ 5 - С. 13-24 - № 6 - С.29-36.

20. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. -М. -Машиностроение. -1974. -240С.

21. Козлов В.М. Методы ускоренных испытаний сельскохозяйственных машин.- В сб. «Научные основы проблем сельскохозяйственного машиностроения»- Тула 2003 - С. 19 -26.

22. Козлов В.М. Обеспечение надежности работы машин семейства «Простор» В сб. Известия ТулГУ - «Проблемы сельскохозяйственного машиностроения» - Тула - 2004 - С. 119-121.

23. Крутиков Н.П., Смирнов М.И., Щербаков К.Ф., Попов И.Ф. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин. -Т. 1-М. -Машгиз, -1951 -С 418.

24. Ливанов Ю.Н. Изыскание и обоснование системы машин для комплексной заготовки, приготовления и скармливания консервированного корма из бобовых трав. М. - Отчет «ВИСХОМ» -1967 - С. 67-74.

25. Мацепуро М.Е., Ливанов Ю.Н. Экспериментальные исследования движения материала по лопасти ножа измельчающего барабана кормоуборочных комбайнов. М. -Отчет «ВИСХОМ» -1968 -С. 44-49.

26. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 3 - кн.2 -М. -Машиностроение. -1995.-С. 620.

27. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. - Л. - Колос - 1972 - С. 257.

28. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. М. -Металлургия. -1981 - С. 152.

29. Олива К. Силосоуборочный комбайн. Авторское свидетельство на изобретение № 582737 от 30.11.77, бюллетень № 44

30. Особов В.И., Козлов В.М. Тенденции развития зерно и кормоуборочных комбайнов ведущих западных фирм. - В сб. «Известия ТулГУ. - Проблемы сельскохозяйственного машиностроения» - Тула-2004 - С. 6-14.

31. Портнягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Лещенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. -М. -Наука. 4-ое изд. 1983. -392С.

32. Притченко С.А. Физико механические свойства кормов. - В кн. «Механизация и электрификация сельского хозяйства. - Киев - Урожай -1964 - С. 116-136.

33. Резник Н.Е., Колесников П.Т., Корольчук В.Э., Дмитренко В.Г., Котенок И.П., Зернов В.М., Клементьев К.В. Силосоуборочный комбайн. Авторское свидетельство на изобретение № 188774 от 01.11.66, бюллетень № 22.

34. Резник Н.Е. Кормоуборочные комбайны. М. - Машиностроение. -1980 -С. 424.

35. Верещагин Н.И., Зубков В.В. Испытания сельскохозяйственной техники. -Энциклопедия «Машиностроение».- М. Машиностроение Т. 4-16 «Сельскохозяйственные машины и оборудование- 1998 - С.651 -659.

36. Сабликов М.Н., Ганиев М.С., Халилев А.В., Рудаков Ю.М. Устройство для измельчения и транспортирования стеблей. Авторское свидетельство на изобретение № 372971 от 12.03.73, бюллетень № 14 от 20.08.03

37. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Авт. к. под ред.

38. Клецкина М.И. М.- Машиностроение.- Т. 1,2 -1967,- Т.3,4 - 1969

39. Турбин Б.Г. Вентиляторы сельскохозяйственных машин. -Л. Машиностроение-1968-С. 164.

40. Фирсов М.М. Планирование эксперимента при создании сельскохозяйственной техники.-М. — изд. МСХА- 1999-С.125.

41. Хоменко Ю.В. Скорость витания частиц измельченной растительной массы. Труды ВИСХОМ, М. -1963 - Вып.41 - С.27-32.

42. Хоменко Ю.В. Исследование процесса измельчения и транспортированиярастительной массы измельчающими аппаратами барабанного типа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М. -1965.

43. Хоменко Ю.В. Расчет мощности пневмотранспортера кормоуборочного комбайна. М. - 1967 - С. 76.

44. Чепурной А.И. Кормоуборочные комбайны. В Энциклопедии «Машиностроение», том 4-16 «Сельскохозяйственные машины и оборудование», М.,- Машиностроение, -1998,- С. 555 569.

45. Brenner W. und Grimm К. -Schneid und Wurfvorgange in Frommel -Feldhckaleru. -Landtechnische Forshung. 1956 - № 5.

46. Kampf G. -Beitrag sur Theorie des Wurfgeblasen. -Landtechnishe Forschung. -1956. №5.