Разработка и обоснование параметров косилки с бесконечным носителем режущих элементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Бидеев, Сергей Игоревич

• Бидеев, Сергей Игоревич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бидеев, Сергей Игоревич

Введение.

1. Обоснование направления исследований.

1.1 Обзор и анализ конструкций косилок.

1.1.1 Ротационные косилки.

1.1.2 Сегментно-пальцевые косилки и двухножевые режущие аппараты

1.1.3 Анализ механизмов привода сегментно-пальцевых режущих аппаратов

1.2 Классификация косилок.

1.3 Обзор некоторых направлений исследований процесса резания растений.

1.4 Выводы.

1.5 Задачи исследования.

2. Обоснование рациональной конструктивной схемы косилки с гидроприводом

3. Теоретические исследования.

3.1 Обоснование оптимальных диапазонов технологических параметров косилки.

3.2 Сравнительный анализ режимов процесса резания для различных конструкций режущих аппаратов.

3.3 Обоснование шага цепи и диаметра ведомой звездочки.

3.4 Обоснование величины предварительного натяжения цепи.

3.5 Обоснование диаметра паразитной звездочки и шага сегментов

3.6 Обоснование диаметра ведущей звездочки и типа гидродвигателя

3.7 Выводы.

4. Лабораторные исследования.

4.1 Лабораторная установка для определения усилия резания стеблей растений.

4.2 Методика проведения лабораторных исследований.

4.3 Результаты лабораторных исследований.

4.4 Выводы.

5. Экспериментальные исследования.

5.1 Разработка экспериментального образца косилки.

5.2 Обоснование оптимальных значений технологических параметров экспериментальной косилки.

5.2.1 Методика постановки многофакторного эксперимента.

5.2.2 Оптимизация параметров экспериментальной косилки.

5.3 Результаты испытаний экспериментальной косилки.

5.4 Выводы.

6. Экономическая эффективность использования результатов исследований в сельскохозяйственном производстве.

6.1 Методика расчета экономической эффективности.

6.2 Результаты расчета экономической эффективности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование параметров косилки с бесконечным носителем режущих элементов»

Одной из важнейших операций в цикле возделывания сельскохозяйственных культур является его завершающий этап - уборка урожая.

В технологии заготовки большинства видов кормов первой операцией является кошение. В настоящее время операция кошения полностью механизирована. Разработано и производится множество разнообразных ротационных и сегментных косилок.

Широкое распространение получили ротационные косилки. Ротационные косилки обладают рядом преимуществ, в т. ч.: повышенной производительностью, простотой конструкции режущего аппарата и привода. Однако в расчете на единицу работы, ротационные косилки потребляют гораздо больше энергии, чем сегментно-пальцевые. Качество среза растений ротационными косилками значительно ниже.

Одним из недостатков, по которому сегментно-пальцевые косилки уступают ротационным, является динамическая неуравновешенность режущего аппарата и механизма привода. Этот недостаток устранен в конструкции косилки с гибким бесконечным элементом, выполненным, в частности, в виде роликовой цепи с установленными на ней сегментами.

Особенности косилки с цепным ножом таковы, что становится возможным снабдить ее гидроприводом. Таким образом, могут быть устранены вредные знакопеременные инерционные силы, как в режущем аппарате, так и в механизме привода.

Косилка с цепным ножом мало исследована, и потенциал ее раскрыт не полностью. Отсутствует научное обоснование ее параметров. Исследование косилки с такой конструктивной схемой приведет к раскрытию новых ее возможностей. Поиск новых, более прогрессивных конструктивных технологических решений, позволяющих создать машину для скашивания трав, отличающуюся лучшими эксплуатационно-технологическими параметрами, является актуальной задачей. (

Целью настоящей работы является совершенствование косилки с бесконечным носителем режущих элементов и гидроприводом, обоснование ее конструктивных и технологических параметров.

Объектом исследований является косилка с бесконечным носителем режущих элементов и производимый с ее помощью, технологический процесс кошения травянистых растений.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- усовершенствованная конструктивная схема косилки, обоснованная на основании разработанной классификации;

- формулы, определяющие рельеф стерни скашиваемой травы и, построенная на их основе, диаграмма рельефа стерни;

- результаты теоретических исследований по обоснованию основных конструктивных и технологических параметров косилки;

- результаты лабораторных исследований по определению зависимости усилия резания растений от способа резания;

- математические модели, описывающие зависимость расхода горючего от технологических параметров исследуемой косилки, полученные в результате постановки многофакторного эксперимента;

- оптимизированные в результате многофакторного эксперимента значения технологических параметров косилки с гибким бесконечным режущим элементом.

Научная новизна работы заключается в разработке подробной классификации конструкций косилок по их основным признакам; разработке диаграмм рельефа стерни травы, скашиваемой косилкой с гидроприводом; разработке математических моделей для теоретического обоснования оптимальных конструктивных параметров косилки; установлении зависимостей усилия резания от способа (рубящего, скользящего) резания для разных видов культур растений; разработке новой конструкции косилки с ножом на основе бесконечного гибкого элемента и гидроприводом.

Предложенное техническое решение оформлено в виде заявки на получение патента №2005137503 от 30.01.06г., положительно прошедшей предварительную экспертизу.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Результаты теоретических и лабораторных исследований, а также определенные в результате проведенного многофакторного эксперимента оптимальные значения технологических параметров, рекомендовано использовать при проектировании и эксплуатации косилки с ножом на основе гибкого элемента и гидроприводом.

Разработанная и изготовленная на основе результатов исследований косилка с гидроприводом нашла применение в фермерском хозяйстве.

Работа выполнена в Горском государственном аграрном университете с 2002 по 2006 год.

Работа изложена на 162 страницах, содержит 47 рисунков, 18 таблиц, 90 наименований использованной литературы в т.ч. 8 на иностранных языках и 7 приложений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Бидеев, Сергей Игоревич

Общие выводы

1. По результатам проведенного обзора и анализа конструкций косилок разработана подробная их классификация по основным признакам. Определены общие преимущества и недостатки двух основных групп конструкций косилок (ротационных и сегментно-пальцевых) и проведена их сравнительная оценка.

Проведен обзор некоторых направлений исследования процесса резания растений, и на этой основе намечен рациональный путь исследования энергозатрат этого процесса.

2. На основе анализа различных конструкций, а также обзора результатов исследований других авторов, обоснована рациональная конструктивная схема косилки с оригинальной конструкцией режущего аппарата, снабженного гидроприводом.

3. Исходя из требований обеспечения максимальной равномерности нагрузки по длине кромки лезвия сегментов теоретически определено оптимальное соотношение скоростей машины и ножа к. Получено математическое выражение, определяющее эту величину и установлено, что к = 0,84.

4. Построена диаграмма рельефа стерни травы, скашиваемой косилкой с гидроприводом и математические модели, определяющие параметры этой диаграммы, и устанавливающие зависимость оптимального значения величины к от заданной максимальной высоты среза. Например, при высоте среза L,nax- 90 мм, к = 0,76.

5. Получено математическое выражение, определяющее оптимальные значения величины к, исходя из требования отсутствия скольжения стеблей растений вдоль кромки лезвия сегмента при подводе к противорежущей пластине. Установлен оптимальный диапазон 1,04 > к > 0,21.

6. Теоретически обоснованы оптимальные значения основных конструктивных параметров исследуемой косилки: шага цепи, диаметров звездочек, натяжения цепи, шага сегментов и параметров гидравлического мотора.

7. Разработана и изготовлена лабораторная установка для определения зависимости энергозатрат от способа резания. Разработана методика лабораторных исследований.

На основании результатов лабораторных исследований построены графики зависимости усилия резания стеблей от способа резания и диаметра стебля для различных видов культур растений.

Результаты исследований позволили сделать вывод, что для низкостебельных культур усилие резания стебля при скользящем резании превышает усилие резания, происходящего в рубящем режиме, а для высокостебельных -наоборот.

8. С учетом результатов теоретических и лабораторных исследований, на основе принятой конструктивной схемы, разработан и изготовлен экспериментальный образец косилки с плоскопоступательным режущим аппаратом и гидроприводом.

9. Методом постановки многофакторного эксперимента определены оптимальные значения основных технологических параметров экспериментальной косилки для низкостебельных и высокостебельных видов травянистых растений.

Проведены испытания экспериментального образца косилки. В результате испытаний определены значения показателей качества работы. Установлено, что достигнутые качественные показатели соответствуют агротехническим требованиям.

10. На основании стандартной методики с учетом исходных данных проведен расчет экономической эффективности результатов исследований и определены экономические показатели по новой и базовой технике. Определены основные показатели экономической эффективности новой техники. Экономический эффект образуется за счет снижения затрат на ГСМ, ремонт и техническое обслуживание, амортизационные отчисления и отчисления на реновацию.

Снижение себестоимости механизированных работ составляет 23,3%, годовая экономия себестоимости механизированных работ-8,93 тыс.руб., срок окупаемости капитальных вложений - 2,04 лет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бидеев, Сергей Игоревич, 2006 год

1. Горячкин В.П. Собрание сочинений: В 3-х томах -М.: Колос, 1968.-Т.1 .-720с.

2. Горячкин В.П. Собрание сочинений: В 3-х томах 2-е изд. - М.: Колос, 1968. -Т.3.-250 с.

3. Босой Е.С. Режущие аппараты уборочных машин. М.; Машиностроение, 1967.- 167 с.

4. Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1983. - 495 е., ил.

5. Комаристов В.Е., Дунай Н.Ф. Сельскохозяйственные машины. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1984. - 478 е., ил.

6. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Под общ. ред. Г.Е. Листопада. М.: Колос, 1976. - 752 с.

7. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины -М.: Колос, 1980.

8. Байнер Р.И. др. Основы сельскохозяйственной техники. М.: Сельхозгиз, 1959. - 551 с. (пер. с англ.).

9. Каллюс В.Я. Сеноуборочные машины. Киев: Машгиз, 1961. - 257 с.

10. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин / Под. ред. М.И. Клецкина. М.: Машиностроение, 1968. - Т.З.

11. Сельскохозяйственные машины / Под общ. ред. Б.Г. Турбина. Ленинград: Машиностроение, 1967.

12. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. М., Л.: Сельхозгиз, 1940. -371-336 с.

13. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. -М.: Машиностроение, 1975.-311 с.

14. Карлов М.В. Сельскохозяйственные машины. Ижевск, 1972.

15. Чекалин И.С., Иванов А.Е. Механизация уборки трав. Ленинград, 1969.

16. Кусов Т.Т. Разработка двухножевой косилки с гибким приводом к мотоблоку МБ-1 // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1990. -№4. - С.17-21.

17. Мадуца В.К., Железников В.А. Механизация сеноуборочных работ. М.: Колос, 1971.- 159 с.

18. Особов В.И., Васильев Г.К. Сеноуборочные машины и комплексы. М.: Машиностроение, 1988. - 304 с.

19. Сальников С.В. Ротационная косилка для технологий залуженного содержания междурядий в многолетних насаждениях. Автореф. дис. канд. с.-х. наук. М., 2000.

20. Шекихачев Ю.А., Шомахов JI.A. Выбор и обоснование оптимальной схемы привода мульчирующей косилки для обработки приствольных кругов плодовых деревьев // Тез. докл. Республ. научно-практической конференции. -Нальчик, 1989. С. 13-15.

21. Балкаров Р.А., Шомахов J1.A. Двух секционная фронтальная косилка для скашивания растительности с междурядий садов // Инф. листок №33-020-03 КБЦНТИ, 2004.-3 с.

22. Калаев С.С. Поточная машинная технология кормопроизводства в горах / Механизация и автоматизация горного земледелия // Сборник научных трудов. Краснодар, КСХИ, 1989, С. 122-130.

23. Сенников В.В. Устройство для срезания кустарника. А. с. СССР №1607743, кл. A01G 3/00, 23/06., Опубл. в Б.И., 1990.

24. Мухин М.Г. и др. Устройство для срезания растений. / Мухина И.Г., А.с. СССР №1459637, кл. A01G 3/04, 3/02., Опубл. в Б.И., 1989.

25. Сенников В.В. и Куракин В.Н. Устройство для срезания кустарника. А.с. СССР №1690613, кл. A01G 23/00, 23/08., Опубл. в Б.И., 1991.

26. Балановский В.А. и др. Рабочий орган машины для подрезки растений. А.с. СССР №1147288, кл. A01G 3/04., Опубл. в Б.И., 1985.

27. Грищенко В.В. Окашивание каналов косилками с роторным режущим аппаратом цепного типа. Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук Новочеркасск, 1999.

28. Попов И.Ф. Машины для уборки трав на сено. М.: Госсельхозиздат, 1958 -144 с.

29. Алибеков С.К., Краморов Ю.И. Обоснование работоспособности конструкции и основных параметров рабочих органов высокоскоростной косилки для скашивания грубостебельчатых культур. Владикавказ, 1999.

30. Димова А. и др. Ротационная косилка. / Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1979. -№3. - С. 23-24.

31. Бок Н.Б. и др. Ротационной привод режущего аппарата уборочных машин. / Изв. с.-х. наук. 1967. - №5. - С. 7-18.

32. Карпенко М.И. и др. Ротационный режущий аппарат. А.с СССР №882459. Опубл. В Б.И., 1981. - №43. - С. 8.

33. Ваппо Т., Ogawa Т. Studies on the gutting energy of the rotary mover. J. Soc. Agr. Mach., Japan, - 1979. - №4. - P. 524.

34. Honda K., Takahazy K. On the quantative measurement at the Cutting Power of Cutlery. / Journal of the Iron and Steel Institute. vol. 116, 1927. - 357.

35. Heindrichs F. Uber ein verfahren zur Prufung der Schneidfahigkeit von Messer Wingen, / "Maschiner babetribs", 13, 7, - 1928.

36. Kreiselmaher KM 20/22. Betriebsanleitung; Maschinenfabrik. FAHR AG7702 Gottmadin gen, S. 17.

37. Косилка ротационная KPH 2,1. / Техническое описание и инструкция по эксплуатации - М.: РИО Мосооблупрполиграфиздат, - 1978. - 53 с.

38. Гундобин Б.В. Приложение средств малой механизации при окашивании каналов осушительных систем в труднодоступных местах. Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -М., 1963. -24 с.

39. Бидеев С.И. Сравнительный анализ приводов режущих аппаратов жаток и косилок // Вестник научных трудов молодых учёных Горского ГАУ. Вып. 2.- Владикавказ: Издательство ФГОУ ВПО «Горский госагроуниверситет», 2004. С.80-85.

40. Гаииоев Т.Т., Табуев Д.Б. Некоторые вопросы уравновешивания режущих аппаратов с.х. уборочных машин // Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конф. "Современные методы и средства уравновешивания машин и приборов". М. - Волгоград, 1979.

41. Гаппоев Т.Т. Самоуравновешенный режущий аппарат с двойным ходом ножей // Тез. докл. всесоюз. научно-технической конф. "Современные методы и средства уравновешивания". М., 1989.

42. Гаппоев Т.Т. Самоуравновешенный механизм привода ножей косилки с гибкими звеньями//Тез. докл. научн.-произв. конф. ГГАУ. Владикавказ, 1996.

43. Гаппоев Т Т., Табуев Д.Б. Уравновешивание высокоскоростного режущего аппарата уборочной машины // Механизация и электрификация сельского хозяйства. М., 2001.

44. Желиговский В.А. Экспериментальная теория резания лезвием. / Труды ВИСХОМ. М., 1969. - Вып. 60.

45. Schmerwitz G. Die Scharfe von Rasierklingen ist messbar «Die Umschau in; Wis-senschaft und Technik», 1932, Bd. 36, № 42, - S. 827-829.

46. Prince R.P. Compact Gutting of alfalfa University of Connecticut, Storrs, Agric, Stn. Res. Rep., №5,- 1966.

47. Фомин В.И. Обоснование параметров косилочного режущего аппарата сег-метно-дискового типа.

48. ГОСТ 8892 69; Введ. с 01.07.1979 до 01.07.1984 - 7с.

49. Рустамов С.И. Физико-механические свойства растений и совершенствование режущих аппаратов уборочных машин. Киев - Донецк: Высшая Школа,-1981.

50. Дарвин Ю.Э. Изыскание и исследование режущего аппарата горноравнинной косилки Автореферат дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Тбилиси, - 1979. - 18 с.

51. Кузнецов Н.В. Обоснование параметров и разработка рабочих органов машин для заготовки сенажа. ВИСХОМ, М., 2001.

52. Карпенко М.И. Обоснование оптимальных технологических параметров ротационного режущего аппарата косилок с пониженной скоростью ножей Ав-тореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Глеваха, 1984.

53. Hay Mowers, Drum and Disk Types Implement and Tractor, - 1974, - №3, B. 16-17.

54. Lehmann S. Mebwertgeber zur Bestimmung der Schneidarbeit bei freiem Schnitt Deutsche Agrartechnik, - 1970. №10,- S. 455-457.

55. Тарвердян А.П. Технико-технические основы разработки режущих аппаратов уборочных машин и косилок. Ереван: «Луне», 1996. - 105 с.58 Патент ФРГ №1782994.

56. Чукичев А.Н. и др. Устройство для срезания кустарника и тонкомерных деревьев. А.с. СССР №1360647, кл. А016 23/00., Опубл. вБ.И., 1987.

57. Бидеев С.И., Цебоев Э.А., Тавасиев P.M. Обоснование рациональной конструктивной схемы косилки с гидроприводом//Известия Вузов. СевероКавказский регион. Технические науки. 2006. - Прил. к №3. С. 108-110.

58. Тавасиев P.M., Козаев Т.С., Бидеев С.П., и др. Разработка средств малой механизации/Отчет о НИР № Гос. per. 01.960.011812. Владикавказ, 2000.

59. Добровольский В.А. Расчет деталей машин. Киев, 1961.

60. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1967. - 722 с.

61. Кавалевский В.Ф. и др. Справочник по гидроприводам горных машин. М.: Недра, 1973.-504 с.

62. Мотор гидравлический планетарный / Паспорт МГП 80.00.000 СП / Омск, 1993.- 15 с.

63. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. 4.1 Статика, Кинематика: Уч. Изд. 4-е, перераб. М.: Высшая школа, 1971, - 424 с.

64. Математическая статистика: Учебник / Иванова В.М., Калинина В.Н., и др. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1981. 371 е., ил.

65. Веденяпин В.Г. Общая методика экспериментального исследования и обработки данных. М.: Колос, 1973. - 194 с.

66. В.П. Чистяков. Курс теории вероятностей. М.: Глав. ред. физ. мат. лит. изд. Наука, 1978,-224 с.

67. Коваленко И.Н., Филиппова А.А. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1973.

68. Тавасиев P.M., Бидеев С.И. Косилка с гидравлическим цепным приводом режущего аппарата/Труды молодых ученых//Владикавказский научный центр РАН и Правительства РСО-А, Владикавказ: Издательство «Терек», 2006.-Вып. 1.-С. 67-72.

69. ОСТ 10 2.2 2002. Испытания сельскохозяйственной техники. - М.: Методы энергетической оценки, 2002.

70. МУ 29. 030 83. Решение оптимизационных задач при исследовательских испытаниях сельскохозяйственной техники. - М., 1983.

71. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Ленинград: Колос, 1980. -166 с.

72. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.: Статистика, 1974. - 192 с.

73. Насимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 184 с.

74. Хикс Ч.Р. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967.- 154 с.

75. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969.- 168 с.

76. Бидеев С.И., Агузаров A.M. Оптимизация параметров экспериментальной косилки/Вестник научных трудов молодых учёных Горского ГАУ, Владикавказ: Издательство ФГОУ ВПО «Горский госагроуниверситет», 2006. -Вып. 4. - С. 67-69.

77. ГОСТ 20915 75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний. -М., 1975.

78. ОСТ 10 8.2 2001. Испытания сельскохозяйственной техники. Косилки и косилки-плющилки. Методы оценки функциональных показателей. - М., 2001.

79. ОСТ 10 2.18 2001. Стандарт отрасли. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы экономической оценки. Минсельхоз России. - М., 2001.

80. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. М., 1998.

81. ГОСТ 23728 88 - ГОСТ 23730 - 88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. - М.: Издательство стандартов, 1998.

82. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Часть II. Нормативно-справочный материал. -М., 1998.

83. Экономика сельского хозяйства. / И.А. Минаков и др., М.: издательство «Колос», 2004. - 328 е., ил.

84. Попов Н.А. Экономика сельского хозяйства; учебник. М.: издательство «Дело и сервис», 2000. - 368 с.

85. Добрынин В.А. Актуальные проблемы экономики агропромышленного комплекса. М.: Издательство МСХА, 2001. - 402 с.

86. Коваленко Н.Я. Экономика сельского хозяйства с основами аграрных рынков. М.: ЭКМОС, 1998. - 448 с.

87. Методические рекомендации по планированию, учету и калькулированию себестоимости продукции (работ, услуг) в сельском хозяйстве. Минсельхозпрод. РФ, 1996.