Повышение эффективности погрузки навоза погрузчиком непрерывного действия и обоснование параметров элементно-цепного питателя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Гвоздева, Лариса Владимировна

• Гвоздева, Лариса Владимировна
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гвоздева, Лариса Владимировна

РЕФЕРАТ

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Состояние погрузки органических удобрений в сельском хозяйстве

1.2 Обзор конструкций питателей погрузчиков непрерывного действия

1.3 Классификация режущих питателей погрузчиков непрерывного действия.

1.4. Обзор существующих исследований мощности и производительности погрузчиков непрерывного действия

1.5 Выводы

1.6 Цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЭЛЕМЕНТНО-ЦЕПНОГО ПИТАТЕЛЯ

2.1 Конструктивно-технологическая схема элементно-цепного питателя

2.2 Кинематическое исследование.

2.2.1 Кинематика рабочего органа питателя.

2.2.2 Исследование процесса отделения стружки.

2.2.3 Исследование работы питателя с комбинированным рабочим органом

2.2.4 Основные параметры питателя.

2.3 Взаимодействие питателя с грузом и силовой анализ.

2.4 Производительность погрузчика с питателем.

2.5 Мощность элементно-цепного питателя.

2.6 Энергоемкость элементно-цепного питателя

2.7 Выводы

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Методика лабораторных исследований

3.1.1 Описание экспериментальной установки

3.1.2 Порядок проведения исследований.

3.1.3 Методика планирования лабораторных исследований

3.2 Программа и методика производственных испытаний погрузчика непрерывного действия с элементно-цепным питателем.

3.3 Исследование физико-механических свойств навоза.

3.4 Выводы

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Физико-механические свойства навоза.

4.2 Результаты лабораторных исследований элементно-цепного питателя

4.3 Анализ математической модели, определяющей производительность элементно-цепного питателя.

4.3.1 Влияние поступательной скорости и скорости рабочих элементов на производительность при постоянном угле наклона

4.3.2 Влияние поступательной скорости и угла наклона на производительность при постоянной скорости рабочих элементов

4.3.3 Влияние скорости рабочих элементов и угла наклона питателя на производительность при постоянной поступательной скорости

4.4 Анализ математической модели, определяющей мощность элементно-цепного питателя

4.4.1 Влияние исследуемых факторов на мощность питателя.

4.4.2 Влияние поступательной скорости и угла наклона на затрачиваемую мощность при фиксированном значении скорости рабочих элементов.

4.4.3 Влияние скорости рабочих элементов и угла наклона питателя на затрачиваемую мощность при постоянном значении поступательной скорости питателя

4.5 Анализ математической модели определяющей энергоемкость элементно-цепного питателя.

4.5.1 Влияние исследуемых факторов на энергоемкость питателя

4.6 Результаты производственных испытаний.

4.7 Выводы

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности погрузки навоза погрузчиком непрерывного действия и обоснование параметров элементно-цепного питателя»

Важнейшим элементом повышения плодородия почвы и роста урожайности сельскохозяйственных кулыур являются органические удобрения. Благодаря питательным веществам, которые содержатся в них, создаются благоприятные условия для нормального роста и развития растений.

В зависимости от возделываемых культур норма внесения органических удобрений на поля составляет 20.30 т/га. Отсутствие эффективных машин для погрузки органических удобрений привело к снижению этого показателя. В результате содержание в почве органических веществ значительно сократилось и уменьшилась урожайность культур.

Погрузка является одной из основных операций в производственно-технологическом процессе внесения удобрений. Существующие серийно выпускаемые погрузчики непрерывного действия не отвечают требованиям по энергоемкости и материалоемкости.

Перечисленные показатели напрямую зависят от заборного устройства-питателя, с помощью которого происходит отделение навоза от бурта. В существующих погрузчиках непрерывного действия питатели одновременно выполняют несколько функций: отделение и захват груза, перемещение отделенной массы к месту отгрузки, подача на отгрузочный транспортер. Совмещение названных операций при работе с плотным слежавшимся грузом приводит к увеличению конструктивных параметров питателя, что вызывает рост энергоемкости и металлоемкости. Питатели с одним рабочим органом при существующих габаритов последнего не могут работать с массивами груза высотой 2,2.2,5 м, так как снижается надежность функционирования рабочего органа, из-за обвалов в технологической зоне.

Новые конструктивно-технологические схемы питателей к погрузчикам непрерывного действия, благодаря разделению функций отделения и транспортирования груза, позволяют сократить энергозатраты на погрузку и 6 повысить производительность погрузчика. При этом расширяется область его применения.

Целью настоящей работы является повышение эффективности погрузчика навоза путем обоснования параметров и режимов работы элементно-цепного питателя.

Исследования производились на кафедре «Детали машин и ПТМ» СГАУ им. Н.И.Вавилова, в ОПХ ГУ ВолжНИИГиМ г. Энгельса Саратовской области.

В диссертации приведены:

- результаты кинематического и силового анализа и теоретических исследований элементно-цепного питателя;

- результаты лабораторных экспериментов, связанных с определением режимных и конструктивных параметров элементно-цепного питателя;

- результаты производственных испытаний элементно-цепного питателя к погрузчику непрерывного действия;

- технико-экономические показатели эффективности применения элементно-цепного питателя.

Теоретические исследования проводились на основе известных положений математического анализа, теоретической и прикладной механики. Экспериментальные исследования проводились с применением физического моделирования, планирования и проведением трехфакторного эксперимента с использованием ЭВМ при обработке результатов.

Элементно-цепной питатель использовался при погрузке полуперепревшего навоза на территории ферм КРС в ОПХ ГУ ВолжНИИГиМ г. Энгельса Саратовской области.

Расчетный экономический эффект от внедрения погрузчика с элементно-цепным питателем составил 28 791,84 рублей.

Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова в 1999-2002 годах.

По результатам выполненной работы опубликовано шесть работ и получено свидетельство на полезную модель РФ №17524. На защиту выносятся:

- математическое обоснование конструктивно-технологической схемы элементно-цепного питателя;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению кинематических и силовых параметров, производительности и мощности элементно-цепного питателя;

- обоснование оптимальных конструктивных и режимных параметров элементно-цепного питателя. 8

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Гвоздева, Лариса Владимировна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Существующие питатели имеют высокую энергоемкость (300.600 Дж/кг и выше) и не обеспечивают стабильной работы погрузчиков непрерывного действия при погрузке навоза из штабелей высотой 2,2.2,5 метра. Наилучшим образом требованиям снижения энергоемкости процесса погрузки при обеспечении нормального функционирования погрузчика соответствует конструктивно-технологическая схема элементно-цепного питателя (свидетельство на полезную модель 31752).

2. Теоретическими исследованиями установлено, что толщина стружки зависит от конструктивных параметров питателя (R, г, 0, Zn), режимных параметров (скоростей подач питателя и движения рабочих элементов) и является основным фактором при определении производительности, мощности и энергоемкости питателя.

5. Суммарное усилие резания при взаимодействии питателя с технологической средой складывается из усилий затрачиваемых на преодоление сопротивлений отделения стружки от массива, рыхления, транспортирования и подачи материала на отгрузочный транспортер.

6. Максимальная производительность 70 кг/с элементно-цепного питателя достигается в диапазоне скоростей подачи 0,047. .0,083 м/с и движения рабочих элементов 0,37.0,5 м/с. Изменение угла наклона питателя в диапазоне 30°. .60° большое влияние на значение производительности не оказывает.

7. Минимальная энергоемкость по погрузчику составляет 200 Дж/кг, что соответствует значениям производительности 55 кг/с, скорости подачи питателя 0,083 м/с, углу наклона 60°, скорости движения рабочих элементов 0,44 м/с, оптимальное соотношение скоростей 4,5.5,3.

8. Производственное испытание элементно-цепного питателя с радиусом звездочек 140 мм, 250 мм, межцентровым расстоянием 1155 мм и количеством рабочих элементов: 120 ножей, 120 скребков; при работе с буртами 2,2.2,5м позволили установить производительность погрузчика 55 кг/с,

143 энергоемкость рабочего процесса по погрузчику составила 200 Дж/кг, по питателю -124 Дж/кг. 9. Внедрение элементно-цепного питателя позволяет снизить приведенные затраты на 27,9% и получить годовой экономический эффект 28 792 рубля. Срок окупаемости составил 0,87 года.

144

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гвоздева, Лариса Владимировна, 2002 год

1. Лукьяненков И.И. Перспективные системы утилизации навоза.- М.: Рос-сельхозиздат.- 1985.- 175 с.

2. Кругляков M.JI. Механизация подготовки и внесения удобрений. 3-е изд., дополн. и испр. / M.JI Кругляков, A.M. Кругляков. М.: Колос.-1965.-205 с.

3. Авдохин Н.С. Научные основы применений удобрений. М. : Колос.-1972.-311 с.

4. Внесение минеральных и органических удобрений.- М.: Россельхозиз-дат.- 1975.-55 с.

5. Организация и механизация работ при централизованном агрономическом обслуживании сельскохозяйственных предприятий. / Под ред. М.Г. Догановского.- Л.: Колос.- 1979.- 256 с.

6. Письменов ВЛ. Уборка, транспортировка и использование навоза.- М.: Россельхозиздат.- 1973.- 200 с.

7. Лозановская ИЛ. Теория и практика использования органических удобрений. / И.Н. Лозановская, Д.С Орлов, П.Д. Попов. Москва ВО „Агро-промиздат».- 1987.- 260 с.

8. Васильев В.А. Справочник по органическим удобрениям./ В.А Васильев, Н.В. Филиппова. М.: Госагропромиздат.- 1988.- 255 с.

9. Карпов А.Т. Смеситель- погрузчик удобрений СПУ- 40М. // тракторы и с.х. машины.- 1962.- №1.- С. 35-36.

10. Линник Н.К. Погрузчик- смеситель органических удобрений непрерывного действия. // Техника в сельском хозяйстве.- 1977.- №4.- С. 80-81.

11. Цымбалов А.А. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров роторно-ковшового питателя погрузчика твердых органических удобрений. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1987.- 216 с.

12. Карпов А.Т. Универсальный погрузчик добыватель торфа ПДФ — 1,5. // тракторы и с.х. машины.- 1963.-№3,- С. 34.145

13. Никонов В.П. Агротехническая служба селу. // Техника в сельском хозяйстве.- 1982.-Ш2. С. 21-23.

14. Гайнанов Х.С. Исследования рабочих органов машин непрерывного действия для погрузки органических удобрений. Автореф. дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 1964.- 25 с.

15. А.С. 1702902А1. МКИ: А 01СЗ/04. Погрузчик навоза. / И.А. Ворониц-кий, Д.Ф. Кольга, П.Е. Сыман, А.Я Бугаев.- Опубл. 7.06.92.

16. А.С. 1727609А1. МКИ: А01СЗ/04. Заборный орган погрузчика. / А.И. Клименко, А.П. Куримов, В.М. Федотов.- Опубл. 30.04.92.

17. Павлов П.И. Совершенствование технологического процесса уборки навоза и обоснование параметров винтового питателя погрузчика непрерывного действия. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1992.- 172 с.

18. Хитрова Н.В. Повышение эффективности погрузки органических удобрений погрузчиком непрерывного действия и обоснование параметров шнекофрезерного питателя. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1997.156 с.

19. Хакимзянов Р.Р. Повышение эффективности погрузчика органических удобрений путем оптимизации параметров фрезерно-шнекового питателя. Дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 2001.- 165 с.

20. Погрузчик непрерывного действия ГШД- 45: Проспект.- М- 1966.- С. 13.

21. Линник Н.К. Совершенствование технологии приготовления органических удобрений. / Н.К. Линник, В.А. Ярощук, В.В. Высовень. // Техника в сельском хозяйстве.-1995.-№6. С. 22-23.146

22. А.С. 1454288 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Питатель к погрузчику навоза. / В.М. Курочкин, Л.Э. Эбель, СЛ. Ваганов. (СССР)- Опубл. 30.07.89.

23. Тишкович А.В. Универсальный погрузчик непрерывного действия. / А.В. Тишкович, ИЛ. Пиуновский. // Тракторы и с.х. машины.- 1961.-№9.- С. 32-33.

24. Карабан Г .Л. Машины для городского хозяйства. / Г.Л. Карабан, В Л. Баловнев, И.А. Засов, Б.А. Лившиц. М.: Машиностроение.- 1988.- 272 с.

25. Левченко Г.В. Повышение эффективности погрузки органических удобрений погрузчиком непрерывного действия и оптимизация параметров лопастного питателя. Дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 1998.- 156 с.

26. А.С. 1523077. СССР, МКИ: А01СЗ/04. Погрузчик смеситель органо-минеральных удобрительных смесей. / B.C. Кузнецов, Г.В. Копытин, СЛ. Чиженков. (СССР) Опубл. 4.08.89.

27. А.С. 1113014 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Агрегат для уборки навоза. / А.Г. Газизов, Д.Ж. Маркабаев, М.Я. Коргин, М.К. Каликсаров, К.М. Байбуль-синови др. (СССР)- Опубл. 30.04.87.

28. Савченко Ю.А. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров веерного питателя погрузчика непрерывного действия. Дисс. канд. техн. наук. Саратов.- 1985.- 163 с.

29. А.С. 683663 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Погрузчик навоза. / И.К. Текучев, М.С. Текучева. (СССР)- Опубл. 05.09.79.

30. А.С. 1846139 СССР, МКИ: А01СЗ/04. Устройство для уборки плотного навоза. / В.А. Сысуев, А.Н. Шапкин. (СССР)- Опубл. 17.03.85.

31. Jnt ClB65g65/06, B65g65/28, US. №3724635(8). SILAGE LOADER. / A. \ Wylle Byrd. (US)- marz 16.1971.

32. Патент ФРГ № 3530452. МКИ: AG1K5/00 Устройство для смешивания и распределения кормов для скота. Опубл. 9.08.93.147

33. А.С. 1090806 А. СССР, МКИ: Е02РЗ/08, 5/06. Рабочий орган экскаватора. / В Л Миронов, А.В. Юкин. (СССР)- Опубл. 07.05.84.

34. А.С. 604922 СССР, МКИ: Е02Р 5/06. Режущая цепь траншейного экскаватора. / Г.Ф. Буянов, И.И. Ивашков, ЭЛ. Шкнявский, и др.- (СССР)-Опубл. 30.04.78.

35. АХ. 773208. СССР, МКИ: Е02Р 5/06. Рабочий орган землеройной машины. / JLK. Соколов, А.Ф. Гринько, В.П. Степаненко, и др. (СССР)-Опубл.2310.80.

36. А.С. 812883 СССР, МКИ: Е02Р 3/08 Режущий орган экскавационной машины. /Б. А. Басс. (СССР)- Опубл. 15.03.81.

37. А.С. 829811. СССР, МКИ: Е02Р 5/06. Рабочий орган землеройной машины. / А.Ф. Кичигин, В.П. Степаненко, А.И. Эбин, и др. (СССР)- Опубл.1505.81.

38. Павлов П.И. Классификация погрузчиков непрерывного действия. // Механизация и электрификация с/х.- 1996.-№1.- С. 21-23.

39. Горячкин В.П. Собрание сочинений. М.: Колос.- 1968.- 72 с.

40. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивлений резанию грунтов. М.: Росвузиздат.- 1963.- 316с.

41. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. М.: Машиностроение.- 1971.-357 с.

42. Горячкин В.П. Собрание сочинений. / Под. Ред. Н.Д. Лучинского. Изд. 2-е, т. 1,2,3. М.: Колос.-1968.- 1558 с.

43. Домбровский Н.Г. Землеройно-транспортные машины./ Н.Г. Домбров-ский, М.И. Гальперин. М.: Машиностроение.-1965.- 274с. ил.

44. Домбровский Н.Г. Строительные машины. Часть-1. М.: Машиностроение,- 1976.-391 с. ил.

45. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение.-1968.- 376 с.148

46. Зенхов P.JI. Механика насыпных фунтов. М.: Машиностроение.- 1964.-251с.

47. Машины для земляных работ (теория и расчет). / Под ред. А.А. Бром-берга. М.: Машиностроение.- 1964.- 286 с.

48. Погрузочные машины для сыпучих и кусковых материалов (конструкция, теория и расчет). / Под ред. Р.С. Гуркова. М: Машгиз.- 1962.- 287 с.

49. Павлов Н.В. Исследование энергоемкости процесса погрузки органических удобрений погрузчиками периодического и непрерывного действия. Дисс.канд. техн. наук. Рита.- 1969.- 215с.

50. Далин А.Д. Ротационные грунтообразующие и землеройные машины. / А.Д. Далин, П.И. Павлов. М: Машгиз.- 1950.- 258 с.

51. Зуев В.А. Исследование рабочих органов погрузчика силоса. / В.А. Зуев,

52. A.А. Кутлембетов. // Мех. и эл. с.х.- 1969.- №4.- С. 20-22.

53. Козмин П.С. Машины непрерывного транспорта. М.: ОНТИ.-1935

54. Козмин П.С. Машины непрерывного транспорта. Элеваторы, транспортеры и конвейеры. Часть 2. Транспортирующие устройства с тяговым органом. М.- J1. : Машгиз.- 1948.- 358 с.

55. Красников В.В. Подъемно- транспортные машины в сельском хозяйстве. М.: Колос.- 1973.- 464 с.

56. Красников В.В. Подъемно- транспортные машины. М.: Колос.- 1981.-263 с.

57. Спиваковский А.О. Транспортирующие машины. / А.О. Спиваковский,

58. B.К. Дьячков. М.: Машиностроение.- 1968.- 504 с.

59. Шнейкин В.Д. Исследование рабочего процесса и методика расчета зерновых погрузочно-отгрузочных скребковых транспортеров. Дисс.канд. техн. наук. Саратов.- 1974.- 34 с.149

60. Сердечный А.А. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы фрез барабана силосопогрузчика. / А.А. Сердечный, И.М. Грин-чук. // Мех. и эл. соц. с.х.- 1968.- №2.- С. 18-19.

61. Готовцев А.А. Проектирование цепных передач. / А.А. Готовцев, И.П. Котенок. Справочник.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение.-1973.- 160с.

62. Борисов A.M. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные машины. М.: Машиностроение.- 1973.- 160 с.

63. Сорокин А.А. Расчет производительности широкозахватных машин. / А.А. Сорокин, Ю.В. Шутов. // Тракторы и с.х. машины.- 1983.- №10.- С. 14-15.

64. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Ро-щин. М.: Колос.- 1980.- 168 с.

65. Ковган А.П. Методика определения физико-механических свойств почвы: Сб. научи, тр. ВИСХОМа „ Физико-механические свойства почвы и растений.»-М.: 1963.

66. Воронюк В.А. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. / В.А. Воронюк, А.И. Пьянков, JI.B. Милыдева и др. // Методы исследования, приборы и характеристики. М.: Колос.- 1970.- 432 с.

67. Дубинин В.Ф. Физико-механические и перегрузочные свойства сельскохозяйственных грузов. / В.Ф. Дубинин, П.И. Павлов. Саратов.: Сарат. гос. с.х. акад.- 1996.- 100с.

68. Никулин С.Н. Физико-механические и аэродинамические свойства органических удобрений. / С.Н. Никулин, Г.П. Варламов. М.: Колос.-1973.- 263 с.

69. Методы определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно- исследовательских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. ВАСХНЙЛ.-М.: 1980.- 117с.

70. Блох JI.C. Основные графические методы обработки опытных данных. -М.-Л.:Машгиз.~ 1951.- 164 с.

71. Митков А.Я. Статистические методы в с.х. машиностроении. / А.Я. Мит-ков, С.В. Кардашевский. М.: Машиностроение. 1978 - 390 с.

72. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат. 1985. -351 с.

73. Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука. 1965. - 340 с.

74. Литтл Т. Сельскохозяйственное опытное дело. Планирование и анализ. / Т. Литтл, Ф. Хилз. М.: Колос.-1981.- 318 с.

75. Honer G. Selbstgebaute Futterferteiler ftir enge Stalle. // Top agrar. 3 marz.-1998.-S. 124-127.

76. Zumkley Klaus Schulze. Entname der Silage mit einer Fr^£se. // Top agrar. 2 Februar.- 1994.-S 96-111.

77. Gerighausen H.G. Selbstfahren statt gezogener Futter mischwagen? / H.G. Gerighausen, L. K. Rheinland. // Top agrar. 4 April. -1998. S. 120-133.

78. Sturmfels W. Die drei Verfaren im Kostenvergleich. // Top agrar. 4 April.-1998.-S. 123-125

79. Маркова E.B. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей. E.B. Маркова, А.Н. Лисенков. М.: Наука. 1973. - 219 с.

80. Рошин П.М. Механизация в животноводстве. М.: Агропромиздат. -1988. -287с.151

81. Демидович Б.П. Численные методы анализа. / Б.П. Демидович, Н.А. Марон, ЭЗ. Шувалова. изд. 3-е, перер. - М.: - Наука. - 1967. - 368 с.

82. Павлов П.И. Погрузчик органических удобрений. / П.И. Павлов, P.P. Ха-кимзянов. // Сельский механизатор. 2001. - №2. - С. 48.

83. Дубинин В.Ф. Шнекофрезерный питатель погрузчика органических удобрений. / В.Ф. Дубинин, П.И. Павлов, HJ3. Хитрова. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2000. № 10.-С. 14-15.