авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Обоснование параметров и режимов работы вибрационного высевающего аппарата

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КЛИШИН АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВИБРАЦИОННОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Новосибирск 2009

Работа выполнена на кафедре «Тракторы и автомобили» ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет» (АГАУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Красовских Виталий Степанович

(ФГОУ ВПО АГАУ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мяленко Виктор Иванович

(ФГОУ ВПО КемСХИ)

кандидат технических наук

Усольцев Сергей Федорович

(ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии)

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Омский государственный

аграрный университет»

Защита диссертации состоится 16 декабря 2009 года в 9 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, п. Краснообск-1, а/я 460 ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии; телефон, факс (383) 348-12-09.

www.sibime.sorashn.ru; e-mail: sibime@ngs.ru.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ СО Россельхозакадемии.

Автореферат разослан 14 ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук В.С. Нестяк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства России является создание и поддержание зерновых ресурсов в объемах, необходимых для полного удовлетворения населения продуктами питания, животноводства – кормами, агропромышленности - сырьем. Решение её невозможно без постоянного совершенствования производственных процессов и машин.

Самая значимая операция при возделывании зерновых культур – посев. Он влияет на рост и развитие растений, должен обеспечить каждому растению рациональную площадь питания.

Основными рабочими органами зерновой сеялки является высевающий аппарат, семяпровод и сошник. В результате многолетнего развития преимущественное распространение получил катушечный высевающий аппарат. Это объясняется простотой его конструкции и относительной несложностью установки нормы высева. Однако такой аппарат имеет и ряд недостатков: порционная подача семян, повышенная повреждаемость крупных семян, некачественный высев несыпучих семян, зависимость нормы высева от уклонов местности.



Поэтому разработка принципиально нового высевающего аппарата, обеспечивающего качественное дозирование семян, является актуальной задачей, имеющей народнохозяйственное значение.

Цель исследования – повысить качество дозирования семян высевающими аппаратами за счет применения вибрации.

Объект исследования – процесс истечения семян из вибрационного высевающего аппарата.

Предмет исследования – закономерности формирования непрерывного потока семенного материала в вибрационном высевающем аппарате.

Научная гипотеза – дозирование семян вибрационным высевающим аппаратом со сдвоенными, параллельно и противофазе работающими лотками, позволит повысить равномерность дозирования и высева семян, в том числе и на пересеченной местности.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Усовершенствована математическая модель движения семенного материала под действием вибрации.

Получено уравнение расхода семян.

Установлены зависимости расхода и неравномерности дозирования от угловой скорости вращения эксцентрика, амплитуды колебаний лотка и площади сечения выходного окна вибрационного высевающего аппарата.

Практическая значимость. Определены рациональные параметры и режимы работы вибрационного высевающего аппарата.

Высевающий аппарат позволяет повысить равномерность распределения семян по площади питания, уменьшив коэффициенты поперечной и продольной неравномерности, соответственно, до 1,0 и 1,3 % при агротехнических допустимых пределах в 6,0 и 3,0 %.

Энерго- и металлоемкость высевающего аппарата меньше, чем катушечного.

На защиту выносятся. Результаты теоретических исследований поведения сыпучей среды в высевающем аппарате при вибрации.

Результаты экспериментальных исследований по обоснованию рациональных параметров и режимов работы вибрационного высевающего аппарата.

Результаты сравнительных испытаний экспериментального и катушечного высевающих аппаратов.

Технико-экономическое обоснование эффективности использования вибрационного высевающего аппарата.

Реализация результатов исследования

Экспериментальный образец вибрационного высевающего аппарата спроектирован и изготовлен на кафедре «Тракторы и автомобили», испытан в машинно-тракторной станции Алтайского государственного аграрного университета.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях в Алтайском государственном аграрном университете:

- научно-техническая конференция «Сельскому хозяйству – эффективные технологии и средства механизации» (г. Барнаул, 2004 г.);

- научно-техническая конференция студентов и аспирантов ИТАИ (г. Барнаул, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных статей, в том числе одна - в издании, указанном в «Перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий…», рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 212 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 17 таблиц и 5 приложений. Список использованной литературы включает 119 наименований, в том числе 4 на иностранных языках.

Работа выполнена на кафедре «Тракторы и автомобили» Алтайского государственного аграрного университета в 2002–2009 гг.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение отражает актуальность темы диссертационной работы. В нем сформулирована цель работы, определена научная новизна и практическая значимость результатов исследований.

Первая глава «Состояние вопроса цель и задачи исследования» содержит обзор и анализ рабочего процесса механических высевающих аппаратов, требования к качеству высева и распределению семян. Проведен анализ существующих конструкций механических высевающих аппаратов. На основе работ Н.В. Антонова, С.А. Белокуренко, Н.М. Беспамятновой, А.С. Бойко, А.А. Вишнякова, В.А. Желиговского, В.П. Иванова, В.С. Красовских, Н.Е. Кудрявцева, Р.Г. Кузнецовой, В.И. Лобанова, П.Н. Настенко, Л.Н. Петрова, В.И. Подоляко, Н.В. Сегеды, В.А. Скользяева, В.С. Сухина, Е.И. Турбилина, И.Я. Федоренко, Б.Г. Холина и др., обоснована возможность применения вибрации при высеве семян, систематизированы конструкции вибрационных высевающих аппаратов. Выявлены перспективы использования вибрационных высевающих аппаратов, в том числе лоткового типа со сдвоенными лотками, расположенными в одном цилиндрическом корпусе.

Научную базу поведения сыпучей среды при вибрации заложили В.А. Бауман, В.А. Белецкий, Б.А. Берг, И.И. Блехман, Ю.Г. Джанелидзе, П.М. Заика, В.И. Земсков, Р.Л. Зенков, Л.Г. Лойцянский, Н.Р. Малкин, В.А. Олевский, Я.Г. Пановко, Д.Н. Пирожков, П.Б. Слиеде, А.О. Спиваковский, Г.Д. Терсков, И.Я. Федоренко и другие исследователи.

В соответствии с целью сформулированы следующие задачи исследований:

  1. Разработать математическую модель движения материала в рабочем пространстве вибрационного высевающего аппарата, определить факторы, влияющие на неравномерность дозирования и расход семян.
  2. Определить рациональные параметры и режимы работы вибрационного высевающего аппарата.
  3. Провести сравнительные испытания на неравномерность дозирования опытного вибрационного и серийного катушечного высевающих аппаратов в лабораторно-полевых условиях, оценить экономическую эффективность использования вибрационного высевающего аппарата.

Вторая глава «Теоретические исследования вибрационного высевающего аппарата» посвящена теоретическим исследованиям движения частицы семян в вибрационном высевающем аппарате, обоснованию его параметров и режимов работы.

Определение параметров вибрации, свойств материала и геометрических размеров аппаратов, в которых материал движется под действием вибрации, рассматривается в работах Р.Л. Зенкова, Л.Г. Лойцянского, Д.Н. Пирожкова, Х.И. Раскина, И.Я. Федоренко и других исследователей. Методы определения скорости движения частицы по гармонически колеблющейся поверхности рассматриваются в работах И.И. Блехмана, Г.Ю. Джанелидзе, П.М. Заики, Р.Л Зенкова, Г.Д. Терскова, и др.

В работе предложена и исследована работа вибрационного высевающего аппарата со сдвоенными параллельно работающими лотками 1 и 2, (рисунок 1), имеющим общую ось качения О и установленным под одинаковым углом к жестко прикрепленному к ним рычагу ОВ, приводного устройства с эксцентриком О1А, вращающимся с угловой скоростью , шатуна АВ, сообщающего колебательные движения рычагу OB.

Угол отклонения рычага ОВ от вертикали и, следовательно, лотков под действием вращающегося эксцентрика О1А:

(1)

где - максимальное отклонение или угловая амплитуда колебаний рычага ОВ; t – время; k – длина рычага ОВ; l – длина шатуна АВ; r – эксцентриситет О1А; l1 – расстояния между осью О и точкой А; Х0, Y0 - координаты оси вращения О1 эксцентрика по осям Х, Y.

Изменение угла во времени с незначительной погрешностью можно рассматривать как гармонические колебания с амплитудой и частотой (1).

При малой толщине слоя семян на лотке его движение можно описать, рассматривая движение отдельного зерна – частицы.

Достаточно рассмотреть движение частицы по одному из лотков, например, 1. Исследование сил, действующих на частицу массой m, движущуюся по вибрирующей поверхности лотка (рисунок 2) приводит к получению системы дифференциальных уравнений относительного движения её в проекциях на подвижные, связанные с лотком оси Х1, Y1:

(2)

где FT - сила сухого трения частицы о лоток; N - нормальная реакция лотка на частицу; Pn – нормальная, кориолисова Pk и PT касательная составляющие силы инерции частицы; - угол наклона лотка к горизонту при 0 < t < 2, ; g – ускорение свободного падения.

Кориолисово ускорение Pk мало по величине в сравнении с ускорениями, возникающими от переносного вращательного движения. Поэтому в дальнейших расчетах оно не учитывается.

Для лотка амплитуда абсолютных колебаний частицы на поверхности изменяется от 0 на оси качения до максимального значения на его кромке. Частица перемещаясь в направлении оси Х1 совершает сложное движение: скольжение по поверхности лотка, отрыв от поверхности, полет, падение на лоток и т.д.

Частица остается на вибрирующей поверхности лотка при положительной нормальной реакции , т.е. тогда, когда

. (3)

где t0 – угол поворота эксцентрика в момент отрыва частицы от лотка; – угол наклона лотка к горизонту при t=0; R – удаление частицы К от центра вращения О; - безразмерный коэффициент, часто в место используют ее обратную величину – коэффициент перегрузки .





Скорость движения частицы вдоль оси Х1, лотка в момент времени t=t*, имеет вид:

(4)

Угол поворота эксцентрика t0 при котором происходит отрыв частицы от лотка угол отрыва зависит от её положения на лотке R, и в соответствии с (3) при равен:

(5)

График (рисунок 3) демонстрирует одну из особенностей предложенной конструкции: чем больше R, т.е. сильнее частица удалена от оси качения О, тем меньше угол отрыва t0.

Дифференциальные уравнения движения частицы в момент отрыва от лотка в подвижной системе координат Х1ОY1, в соответствии с (2) при имеют вид:

. (6)

Положение и проекции скорости частицы на ось Х1 и Y1, подвижной системы координат в момент отрыва её от лотка:

. (7)

Проекции скорости частицы при полете на оси Х1 и Y1 подвижной системы координат:

(8)

(9)

Далие следует указать закон изменения скорости частицы при ударе с поверхностью лотка в конце полета. Будем полагать, что в результате удара поперечная составляющая скорости частицы обращается в ноль, т.е., будем рассматривать удар как абсолютно неупругий.

Момент падения , может принадлежать любой части периода колебаний лотка в зависимости от значений параметров системы и от начальных условий движения. Кроме того, необходимо учесть, что положение частиц на всем интервале поверхности лотка зависит от момента отрыва и падения , так как скорость повышается при увеличении R.

Отметим, что формулы (8) и (9) определяют движение частицы до тех пор, пока она не упадет на лоток. Момент падения соответствует :

; (10)

. (11)

Решение уравнения возможно как графически, так и расчетным путем с применением табуляции для определения функции и упрощения расчетов.

Представим уравнение (10) в частном случае и , введем обозначение:

. (12)

Тогда уравнение (10) можно представить в форме:

(13)

Это уравнение позволяет легко протабулировать функцию . Для этого достаточно, задаваясь значениями , определить из (13) соответствующие значения . Тогда угол находится из соотношения (12), рисунок 4.

После падения частицы на лоток она начинает скользить по его поверхности до момента отрыва . Фазовый угол отрыва частицы зависит от переменной R (5), рисунок 3. Уравнение перемещения частицы по плоскости лотка до следующего отрыва от него:

, (14)

где Ri – положение частицы в момент первого отрыва от лотка, мм; Xni - длина полета частицы, мм; Xсi - длина скольжения частицы, мм.

Решив уравнение (5) получим:

. (15)

При равенстве Rj (14) и R (15) происходит отрыв частицы от лотка, (рисунок 5).

С помощью графика можно определить момент отрыва частицы от лотка после скольжения, подставив в уравнения (14) известные значения дальности полета Xni и скольжения Xci.

Приращение скорости частицы за время скольжения до отрыва:

(16)

Формула для приращения скорости частицы за время полета. По формуле (8) и при использовании соотношения (7) об изменении составляющей скорости при ударе частицы о плоскость находим:

; (17)

(18)

где - коэффициент мгновенного трения при ударе.

Общая формула для определения приращения скорости частицы за время перемещения по лотку имеет вид:

. (19)

Влияние угла наклона высевающего аппарата при движении агрегата на спуске или подъеме на скорость схода частицы с лотка представлено на рисунке 6. Скорость движения частицы по лотку при наклоне аппарата изменяется. Однако, использование двух лотков с объединением потоков в один позволяет избавиться от этого влияния: сложения приращений скоростей частиц двух лотков при равенстве абсолютных приращений скорости и разных знаках не изменяет среднюю скорость:

, (20)

где - суммарное приращение скорости частицы, м/с; - приращение скорости частицы на левом лотке, м/с; - приращение скорости частицы на правом лотке, м/с.

В результате модель позволяет определить среднюю скорость движения частицы по поверхности. От неё зависит производительность высевающего аппарата.

Формула для определения расхода (производительности) высевающего аппарата имеет вид:

; (21)

где Vч- средняя скорость движения частицы; – плотность материала; S – площадь поперечного сечения потока, нормального к направлению потока семян; - поправочный коэффициент,, - коэффициент отношения диаметра частицы d к диаметру выходного отверстия D; - поправочный коэффициент, учитывающий отличительные свойства семян.

В качестве условного диаметра зерна d принято среднее геометрическое трех его измерений:

, (22)

где а – длина, мм; b – ширина, мм; c – толщина, мм.

Формула определения диаметра отверстия имеет вид:

. (23)

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены программа, общие и частные методики экспериментальных исследований, применяемая измерительная аппаратура и оборудование.

Исследования процесса высева проводились в лабораторных условиях на экспериментальной установке, рисунок 7. Опытный образец вибрационного высевающего аппарата, показан на рисунке 8.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.