Інтенсифікація процесу утилізації насаджень кущових ягідників - Автореферат

Найбільша проблема виникає при утилізації насаджень кущових ягідників у звязку з відсутністю спеціальної техніки. Тому дослідження, які спрямовані на обґрунтування технологічної схеми і параметрів робочих органів машини для утилізації насаджень кущових ягідників є актуальними і мають важливе народногосподарське значення. Основні її положення увійшли до тематичного плану науково-дослідної роботи (державна реєстрація - № 0104U004136) “Провести дослідження по розробці і впровадженню у виробництво нових машин для механізації трудомістких технологічних операцій в інтенсивних садах та ягідниках”. Відповідно до поставленої мети вирішувались такі завдання: - уточнити геометричні та вагові характеристики найпоширеніших кущових ягідників в Україні, фізико-механічні властивості їх гілок і коренів та вплив цих параметрів на енергетичні та якісні показники процесу їх подрібнення; визначити раціональний ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном і ґрунтовою фрезою та проаналізувати параметри цих робочих органів залежно від ступеня подрібнення гілок та коренів (для фрези);У другому розділі “Теоретичні обґрунтування технологічного процесу та параметрів агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників” у результаті проведеного порівняльного аналізу експлуатаційних показників використання різних комплексів машин та технологій із залишенням органічної маси кущів на полі, обґрунтовано технологічну схему агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників; проаналізовано взаємозв‘язок ступеня подрібнення гілок ґрунтовою фрезою та молотковим барабаном при зміні параметрів фрези та визначено раціональний ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном; проаналізовано залежність довжини подрібнених частинок гілок від параметрів молоткового барабана; визначено конструктивні параметри молотка з умови стійкості його руху та зрівноваження на удар; обґрунтовано раціональні параметри ґрунтової фрези за умови необхідного ступеня подрібнення гілок та коренів кущів і заробки їх у ґрунт; складено рівняння питомої енергоємності процесу утилізації кущових насаджень. Цей ступінь визначається з умови раціонального мінімального подрібнення гілок молотками з урахуванням того, що енергоємність при подрібненні ударом більша чим при різанні. гілка корінь фреза ґрунт Оскільки агротехнічними вимогами задано загальний ступінь подрібнення гілок агрегатом, нами зроблено розрахунок необхідного раціонального ступеня їх подрібнення окремими пристроями агрегата: молотковим барабаном та фрезою, при якому дотримується заданий загальний ступінь подрібнення і досягаються мінімальні енерговитрати на утилізацію гілок. 3) за умови: l > a, l ? b, математичне сподівання кількості частинок, на які поділиться гілка: (3) де N - число паралельних прямих, які перетне гілка; r - кількість частинок гілки, які утворяться при її перетині лініями. , (15) де Ет - теоретична питома енергоємність процесу утилізації, КДЖ/кг; Qг - подача деревини гілок до молоткового барабана, кг/с; мг - маса однієї гілки, кг; Аб і Вб - дослідні коефіцієнти; Агп - енергія, необхідна для одного перебивання гілки, КДЖ; ? - колова швидкість руху молотка, м/с; g - прискорення вільного падіння м/с2; ргр - питомий опір деформації грунту, КПА; bн - довжина крила ножа, м; zфр - кількість ножів на барабані; пфр - частота обертання фрезерного барабана, об/с; Q - подача деревини гілок та коренів кущів, кг/с; мк - маса відповідно однієї, попередньо подрібненої молотковим барабаном, частинки гілки, кг; Арізфр - енергія, необхідна на перерізання гілки або кореня, КДЖ; Qфр - маса грунту і подрібнених частинок гілок та коренів кущів, що відкидається за секунду, кг/с.Порівняльний аналіз існуючих машин для утилізації кущових ягідників свідчить про доцільність застосування одночасного подрібнення гілок і коренів із заробкою їх у ґрунт. Для зменшення енерговитрат на утилізацію деревини кущів запропоновано послідовний з раціональним ступенем подрібнення технологічний процес, який містить ударне відокремлення молотками гілок із частковим подрібненням їх цими ж молотками, розрізання цих гілок та коренів ножами ґрунтової фрези на частки з довжиною, що відповідають агротехнічним вимогам, і кінцеву заробку подрібненої деревини у ґрунт. Аналітичними дослідженнями на підставі теорії ймовірностей встановлено взаємозвязок між ступенем подрібнення гілок молотковим барабаном і параметрами фрези. Обґрунтовано ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном і ножами фрези: ?м = 1,8, ?фр = 3,1, що забезпечить мінімальні енерговитрати процесу утилізації насаджень кущових ягідників. Експериментальними дослідженнями отримано рівняння регресії відносного вмісту подрібнених частинок гілок та коренів кущів згідно агротехнічних вимог у залежності від кутової швидкості ?р молоткового барабана, поступальної швидкості агрегата ?м і погонної маси кущів qk.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Порівняльний аналіз існуючих машин для утилізації кущових ягідників свідчить про доцільність застосування одночасного подрібнення гілок і коренів із заробкою їх у ґрунт. Агрегат для виконання цієї операції поєднує молотковий подрібнювач гілок і ґрунтову фрезу.

2. Для зменшення енерговитрат на утилізацію деревини кущів запропоновано послідовний з раціональним ступенем подрібнення технологічний процес, який містить ударне відокремлення молотками гілок із частковим подрібненням їх цими ж молотками, розрізання цих гілок та коренів ножами ґрунтової фрези на частки з довжиною, що відповідають агротехнічним вимогам, і кінцеву заробку подрібненої деревини у ґрунт.

3. Аналітичними дослідженнями на підставі теорії ймовірностей встановлено взаємозвязок між ступенем подрібнення гілок молотковим барабаном і параметрами фрези. Обґрунтовано ступінь подрібнення гілок молотковим барабаном і ножами фрези: ?м = 1,8, ?фр = 3,1, що забезпечить мінімальні енерговитрати процесу утилізації насаджень кущових ягідників.

4. Визначено вплив основних кінематичних та геометричних параметрів робочих органів молоткового барабана на довжину подрібнених частинок гілок. Обґрунтовано масу та геометричні розміри молотка з умов перебивання ним гілки і зрівноваження його на удар та зрівноваження системи барабан-молоток.

5. Експериментальними дослідженнями отримано рівняння регресії відносного вмісту подрібнених частинок гілок та коренів кущів згідно агротехнічних вимог у залежності від кутової швидкості ?р молоткового барабана, поступальної швидкості агрегата ?м і погонної маси кущів qk. Режим роботи ?р = 125 рад/с при поступальній швидкості агрегата в межах ?м = 0,7-0,9 м/с і qk = 1,85-2,77 кг/м відповідає теоретичним посиланням, як режим, що забезпечує основне подрібнення гілок молотками з показником подрібнення ?м = 1,8-2 і фрезою ?ф = 2,8-3,1. При зростанні погонної маси до qk = 3,69 кг/м необхідно підвищення частоти обертання молоткового барабана до ?р = 136 рад/с.

6. Експериментально досліджено вплив швидкісних параметрів ?р, ?м та погонної маси qk деревини кущів на загальну потужність, необхідну для їх утилізації, та питому роботу на виконання цього процесу. Найменша загальна потужність знаходиться в межах від 21 до 25 КВТ і досягається при найменших значеннях регульованих факторів у вибраному діапазоні їх зміни: для ?р = 125 рад/с, ?м = 0,5 м/с, qk = 1,85 кг/м при якості подрібнення, що відповідає агротехнічним вимогам. Раціональний режим роботи з мінімальними питомими витратами енергії Е = 11,44 КДЖ/кг на подрібнення і заробку деревини у ґрунт із забезпеченням необхідної якості досягається при максимальній подачі деревини, яка має місце для агрофону з погонною масою кущів qk = 3,69 кг/м при ?м = 0,9 м/с та ?р = 140 рад/с. Для агрофону з невеликою погонною масою кущів (qk = 1,85 кг/м) доцільно збільшити поступову швидкість агрегата до 1,7 м/с.

7. У результаті теоретичних і експериментальних досліджень та на основі аналізу ступеня подрібнення деревини кущів та енергоємності процесу рекомендовані наступні параметри агрегата для утилізації насаджень кущових ягідників: робоча швидкість до 6 км/год, діаметр молоткового барабана по кінцях молотків 0,5 м, швидкість обертання молоткового барабана 125-136 рад/с., висота встановлення нижнього обріза протирізального бруса відносно осі ротора ? = 0,05 м, виліт протирізального бруса ап = 0,15 м, кількість молотків, які рухаються по одному сліду zm = 1 шт., діаметр фрезерного барабана 0,55 м, швидкість обертання фрези 25 рад/с., кількість ножів, що рухаються по одному сліду z = 3, відстань між секціями ножів а = 0,18 м.

8. Впровадження технології утилізації кущових ягідників із застосуванням розробленого агрегата порівняно з існуючою технологією дозволяє отримати питомий економічний ефект 205 грн/га та скорочення затрат праці в 1,7 раз.

1. Кравченко В.В. Актуальність питання та стан механізації утилізації насаджень кущових ягідників / С.Г. Фришев, І.С. Привалов, В.В. Кравченко, Д.І. Швець // Науковий вісник НАУ. - 2005. - Вип. 80, Ч. 2. - С. 330-332. (Здобувачем проведено аналіз стану механізації утилізації насаджень кущових ягідників).

2. Кравченко В.В. Обґрунтування технологічної схеми машини для утилізації насаджень кущових ягідників / С.Г. Фришев, В.В. Кравченко // Науковий вісник НАУ. - 2005. - Вип. 91. - С. 197-200. (Здобувачем проведено порівняльний економічний аналіз використання основних технологій утилізації насаджень кущових ягідників з використанням різних комплексів машин).

3. Кравченко В.В. Визначення зусилля динамічного перебивання гілок кущових ягідників / С.Г. Фришев, В.В. Кравченко, В.О. Заєць // Техніка АПК. К., 2007. - № 3. - С. 18-20.

4. Кравченко В.В. Аналіз параметрів подрібнювача кущових ягідників / С.Г. Фришев, В.В. Кравченко // Науковий вісник НАУ. - 2007. - Вип. 107, Ч. 1. - С. 285-294. (Здобувачем знайдено залежність зміни довжини частинок подрібнених гілок від конструктивних параметрів подрібнювача).

5. Кравченко В.В. Обґрунтування розподілу ступеня подрібнення гілок окремими пристроями агрегату / С.Г. Фришев, Т.А. Скороход, В.В. Кравченко // Науковий вісник НАУ. - 2007. - Вип. 115. - С. 206-214. (Здобувачем проаналізовано взаємний вплив ступеня подрібнення гілок молотковим барабаном і параметрів фрези).

6. Деклараційний патент на корисну модель 13079 Україна, МПК (2006) В 02 С 18/06. Машина для утилізації насаджень кущових ягідників / Фришев С.Г., Привалов І.С., Кравченко В.В., заявник та патентовласник Національний аграрний університет. - №u200508815; заявл. 16.09.2005; опубл. 15.03.2006. Бюл. №3.

7. Пат. на корисну модель 18776 Україна, МПК (2006) А 01 G 23/00, А 01 F 29/00. Подрібнювач рослин / Фришев С.Г., Мельник І.І., Кравченко В.В.; заявник та патентовласник Національний аграрний університет. - №u200606095; заявл. 01.06.2006; опубл. 15.06.2006. Бюл. №11.