Семен Ярослав Васильович. Обґрунтування параметрів і режимів роботи плодознімального агрегату з акумулятором енергії

brief description

Семен Ярослав Васильович. Обґрунтування параметрів і режимів роботи плодознімального агрегату з акумулятором енергії : Дис... канд. наук: 05.05.11 - 2007.

Семен Я.В. Обґрунтування параметрів і режимів роботи плодознімального агрегату з акумулятором енергії. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Львівський державний аграрний університет, Львів, 2007.
Дисертаційну роботу присвячено питанням підвищення ефективності механізованого знімання плодів завдяки скороченню тривалості циклу плодознімальним агрегатом з акумулятором енергії та обґрунтування параметрів і режимів його роботи. Для вирішення поставлених завдань проведено структурно-схемний аналіз та запропоновано спосіб збирання; запропоновано конструкцію та отримано аналітичні умови ефективного використання плодознімального агрегату на базі енергетичного засобу класу 0,6; запропоновано динамічну модель системи „гідродвигун віброзбурювач коливань дерево” та методи її аналізу; обґрунтовано теоретично й підтверджено експериментально раціональні параметри й режими роботи вказаної системи; досліджено вплив фізико-механічних властивостей дерев на зміну окремих їх характеристик; розроблено методику визначення показника політропи процесу розширення газу пневмогідроакумулятора тросового струшувача, а також методику проведення експериментальних досліджень з позиціювання плодознімального засобу біля двох і чотирьох дерев.
Основні результати роботи реалізовані в експериментальному зразку плодознімального агрегату, обладнаного системою акумулювання енергії.

У дисертації наведено обґрунтування енергоощадного знімання плодів і нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає у підвищенні ефективності механізованого збирання врожаю плодознімальним агрегатом з акумулятором енергії, на підставі системного розкриття впливу параметрів і режимів роботи плодознімального агрегату на енергомісткість процесу. З огляду на це, запропоновано технологію збирання, що уможливлює зменшення тривалості позациклових операцій, та є головною підставою створення конструкції системи акумулювання енергії, режим роботи якої підпорядковується закономірності опадання плодів широкого діапазону розмірних груп багаторічних насаджень.
Проведений структурно-схемний аналіз та синтез технологій, способів і засобів знімання плодів дозволив обґрунтувати енергоощадну технологію та структурну і конструктивну схеми плодознімального агрегату на базі енергетичного засобу класу 0,6. Доведено, що основними параметрами модернізованого плодознімального агрегату є: радіус ексцентрика віброзбурювача коливань, зазор між упорами та бойком ударного механізму, зусилля попереднього натягу троса, потужність та крутний момент, реалізований на валу гідродвигуна, робочий тиск у гідросистемі, об’єм ПГА; режимами роботи є: середня тривалість знімання плодів з одного дерева, час зарядки пневмогідроакумуляторів робочою рідиною, частота коливань та лінійні прискорення штамбів.
У результаті розв’язку числовим методом рівнянь (2) (14), що описують роботу моделі системи гідродвигун віброзбурювач коливань дерево”, встановлено максимально можливу частоту струшування (са= 101,3 144,6 с-1) та лінійні прискорення штамбів (=386,2 558,1м/с2) за радіуса ексцентриситетуr= 15 мм, зазору між упорами та бойком ударного механізму (y0= 7,92 22,0 мм), зусилля попереднього натягу троса (F0= 200 600 Н). При цьому подачаQгдробочої рідини до порожнини гідродвигуна повинна становити (3,02 5,75)10-4м3/с, а корисний об’ємVпневмогідроакумуляторів має бути не меншим 5,3210-3м3.
Аналітичними дослідженнями встановлено, що корисна потужність (17), яка реалізується на валу гідродвигуна, підвищується до 9,03 кВт, а зменшення тиску в системі акумулювання енергії з 16 до 8,4 МПа є раціональною межею її роботи (18), причому подальше зниження тиску призводить до втрати роботоздатності струшувача (МстрМгд).

Дослідженнями і систематизацією фізико-механічних властивостей дерев виявлено вплив урожаю на зміну таких їх характеристик: друга частота вільних коливань 54,7394,37 с-1(яблуні з плодами) та 56,0496,84 с-1(дерева без плодів); коефіцієнт демпфірування 17,3251,13 с-1(яблуні з плодами) та 18,1253,23 с-1(без плодів), зведена маса яблунь з плодами 10,1653,15 кг і без плодів 10,0152,16 кг; друга частота вільних коливань 89,23120,57 с-1(груші з плодами) та 93,01122,0 с-1(дерева без плодів); коефіцієнт демпфірування 48,6369,11с-1(груші з плодами) та 50,1870,93 с-1(без плодів), зведена маса груш з плодами 7,750,54 кг і без плодів 7,0949,36 кг.
На підставі експериментальних досліджень на виготовленій лабораторній установці встановлено, що найнижчий діапазон значень коефіцієнта в’язкого (0,2910,373 кНс/м) та найвищий коефіцієнта жорсткого (7819,610105,8 кН/м) опорів деформуванню притаманний петлі-захвату, яка обладнана оболонками із сипким наповнювачем і рекомендується для дерев з діаметрами штамбів 80200 мм.
Показник політропи розширення газу в ПГА тросового струшувача плодів, визначений експериментально на виготовленій лабораторній установці, коливається в межах 1,386 1,438 та залежить в основному від тиску підпору зливу і збільшується із зростанням співвідношення між тисками попередньої його зарядки й максимальним робочим.
На основі багатофакторного експерименту отримано регресійні залежності (19) та (20) та встановлено такі раціональні режими струшування окремих груп багаторічних насаджень: для діапазону діаметрівdc(я)штамбів яблунь 80130 мм максимальної частоти струшуванняс(я)= 144,8145,06 с-1можна досягти за робочого об’ємуVПГА 0,005 м3, попереднього натягу тросаF0= 600 Н і висоти зведенняh= 0,4 м; для яблуньdc(я)= 130170 мм максимальної частотис(я)= 143,33143,88 с-1досягають заV= 0,006 м3,F0= 500 Н таh= 0,45 м; для яблунь, діаметрdc(я)штамбів яких 170200 мм максимальна частотас(я)змінюється в межах 142,7143,1 с-1, якщоV= 0,006 м3,F0= 450 Н таh= 0,5 м; для діапазону діаметрівdc(г)центральних провідників груш 180210 мм максимальна частотас(г)= 143,09143,54 с-1досягається відповідно в інтервалі зміни висотh= 0,91,1 м і силF0= 400500 Н заV= 0,005 м3; дляdc(г)= 210 240 мм відповідно оптимальніh= 1,1 1,5 м іV= 0,0058 0,006 м3,F0= 600 Н забезпечать максимальну частотус(г)= 143,09143,54 с-1. Такі режими струшування будуть реалізовані за робочого тиску зарядки ПГАРтах= 16 МПа.
Розроблена гідравлічна схема приводу віброзбурювача коливань тросового струшувача із системою акумулювання енергії паралельно з’єднані ПГА забезпечує знімання врожаю дерев у широкому діапазоні зміни розмірних показників (діаметра й висоти штамбів), одночасно зменшуючи затрати енергії до 49,75%.
Обґрунтована технологія знімання плодів (патент України на винахід) дозволяє, завдяки скороченню середньої тривалості знімання плодів з одного дерева до 0,91 хв, підвищити продуктивність модернізованого плодознімального агрегату до 0,0630,069 га/год, що в середньому на 27,13% більше, ніж при використанні базової моделі тросового струшувача, що агрегатується з енергетичними засобами класу 1,4.
Річний економічний ефект від використання плодознімального агрегату з акумулятором енергії в садах зі схемою садіння 35 м за умови його позиціювання біля двох дерев становить 8344,17 грн., а у випадку послідовного знімання врожаю з чотирьох дерев без переїзду 10184,74 грн.

Основні результати досліджень з обґрунтування параметрів знімання плодів тросовим струшувачем з системою акумулювання енергії схвалені та прийняті до впровадження комісіями Львівської дослідної станції садівництва УААН, Львівської державної зональної машиновипробувальної станції.