Spindle-free cotton-cleaner vibrator and optimization of its parameters

АННОТАЦИЯ

В статье приведены принцип работы серийных хлопкоуборочных машин и новый способ сбора хлопка-сырца из раскрытых коробочек, обеспечивающий сохранение природных технологических свойств и исключение предуборочной дефолиации кустов. Основное отличие от существующих – комплексное воздействие нескольких возмущающих сил: вибрации, ионизации, электростатического поля и воздушных потоков на дольки хлопка-сырца.

ABSTRACT

The article describes the principle of operation of serial cotton pickers and a new method for collecting raw cotton from open boxes, which preserves the natural technological properties and eliminates pre-harvest defoliation of bushes. The main difference between which and the existing ones is the combined effect of several disturbing forces: vibration, ionization, electrostatic field and air flows on the cotton segments.

Ключевые слова: хлопкоуборочная машина, возмущающая сила, способ сбора хлопка-сырца, вибрация, природных технологических свойств.

Keywords:  cotton picking machine, disturbing force, method of collecting raw cotton, vibration, natural technological properties.

Известно, что принцип работы серийных хлопкоуборочных машин основан на извлечении долек хлопка-сырца из раскрытых коробочек хлопчатника путем механического воздействия вращающихся вокруг своих осей вертикальных зубчатых рабочих органов шпинделей. При этом для обеспечения контакта рабочих органов с раскрытыми коробочками кусты хлопчатника габаритной шириной 40-50 см принудительно сжимаются в рабочей щели 32-34 мм между противостоящими шпинделями. Извлечение долек хлопка-сырца из коробочек происходит за счет захватывания их зубцами, растяжения и наматывания на цилиндрическую поверхность шпинделей.

Изложенный процесс механического воздействия на хлопок-сырец и другие элементы кустов хлопчатника вызывает отрицательное влияние на технологические свойства собранного хлопка-сырца. Выкалывание зубьев шпинделей в хлопок-сырец при их наматывании на шпиндель может привести к разрыву волокон. Принудительное сжатие кустов хлопчатника в рабочей камере вызывает повреждение их элементов, приводящее к повышению засоренности хлопка-сырца, а также сбивание на землю нераскрытых коробочек.

Кроме того, серийные хлопкоуборочные машины требуют предуборочную дефолиацию хлопчатника с целью снижения засоренности хлопка-сырца, что отрицательно влияет на экологию.

В связи с вышеизложенным, под руководством д.т.н., профессора Г. Ш. Зокирова, проводятся исследования по созданию хлопкоуборочной машины, обеспечивающей сохранение природных технологических свойств собранного хлопка-сырца и исключение предуборочной дефолиации кустов.

Предложен новый способ сбора хлопка-сырца из раскрытых коробочек, основным отличием которого от существующих является комплексное воздействие нескольких возмущающих сил: вибрации, ионизации, электростатического поля и воздушных потоков на дольки хлопка-сырца.

Возмущающая сила вибрации обеспечивает уменьшение силы связи долек хлопка-сырца со створками коробочек или полное их отделение. Эта сила создается за счет ударного колебательного воздействия рабочего органа вибрационного устройства уборочного аппарата машины – вибратора на нижнюю часть стеблей кустов хлопчатника.

Вибратор состоит из двух основных частей: ударного рабочего органа и передаточного механизма.

Нами разработаны и экспериментально проверены вибраторы с различными конструкциями рабочих органов и передаточных механизмов.

С целью определения входных параметров движения рабочего органа для синтеза передаточного механизма вибратора были исследованы закономерности передачи частоты и амплитуды рабочего органа на элементы кустов хлопчатника.

Анализ технологического процесса показывает, что эффект воздействия вибратора на кусты хлопчатника оказывает определяющее влияние на показатели работы бесшпиндельного хлопкоуборочного аппарата. Эффект воздействия вибратора в свою очередь зависит от ряда факторов, связанных с его рабочим процессом и конструкцией. Определение оптимального сочетания численных величин этих факторов, обеспечивающего требуемую эффективность воздействия, возможно планированием и проведением многофакторного эксперимента [1, 2].

На основе результатов поисковых однофакторных опытов установлено, что основными факторами, определяющими эффект воздействия вибратора на кусты хлопчатника являются: частота колебания рабочего (ударного) органа вибратора, Гц - х₁, амплитуда колебания рабочего органа А, мм - х₂  высота точки удара рабочего органа  по стеблю куста хлопчатника относительно его основания  мм - х₃. В качестве критерия оптимизации у, выражающего эффект воздействия вибратора, было принято количество раскрытого хлопка-сырца, уменьшившего связи со створками коробочек или потерявшего эту связь. 

В целях исследований и рабочей гипотезы указывалось на необходимость сохранения природных технологических свойств хлопка-сырца при сборе его бесшпиндельным уборочным аппаратом с вибратором кустов хлопчатника. В связи с этим, для определения влияния рабочего процесса бесшпиндельного уборочного аппарата с предлагаемым вибратором на технологические свойства собранного хлопка-сырца были проведены стендовые опыты.

Рисунок 1. Двумерные сечения поверхности отклика при Х₃=0

Рисунок 2. Двумерные сечения поверхности отклика при Х₂=0

Рисунок 3. Двумерные сечения отклика при Х₃=0

С поля были срезаны и привезены недеформированные кусты хлопчатника сорта «Ташкент-1», засеянные на междурядьях 90 см и раскрытые на 65...80%. Часть из них была закреплена на рейке стенда, которой затем сообщено поступательное движение в рабочей камере аппарата с предлагаемым вибратором. С собранного в процессе работы аппарата хлопка-сырца были отобраны образцы (вариант 1) для определения их технологических свойств. С оставшейся части кустов раскрытый хлопок-сырец был собран вручную, из него также были отобраны образцы для анализа (вариант 2).

Образцы хлопка-сырца были переданы для анализа в исследовательскую лабораторию НПО «Хлопкопром». Лабораторный анализ проводился на приборах ДШ-ЗМ и Жукова в десятикратной повторности. В таблице 1 приведены обработанные статистически результаты анализа. Из таблицы 1 видно, что технологические свойства хлопка-сырца, собранного бесшпиндельным аппаратом с вибратором кустов, почти не отличается от ручного хлопка-сырца. Большее количество коротких волокон (на 0,6%) в хлопке-сырце ручного сбора можно объяснить влиянием механического воздействия рук на волокна при извлечении долек из коробочек.

Таким образом, рабочий процесс бесшпиндельного уборочного аппарата с вибратором кустов хлопчатника не оказывает отрицательного влияния на природные технологические свойства собранного хлопка-сырца.

Таблица 1.

Результаты лабораторного анализа образцов хлопка-сырца

Область применения указанных факторов, т.е. уровни и интервалы их варьирования установлены с учетом физико-механических свойств и конструктивных требований, связанных с компоновкой вибратора на уборочном аппарате, а  также на основе однофакторных поисковых опытов.

Для выбора нижнего и  верхнего уровня  варьирования  частоты удара вибратора по кусту хлопчатника требовалось проведение поисковых однофакторных опытов. С другой стороны частота удара определяет кинематику и динамику передаточного механизма вибратора, и тем самым влияет на надежность работы последнего. То есть при превышении частоты удара определенной величины, возникающие в звеньях и кинематических парах силы могут привести к поломке механизма.

Анализ полученных по трем вариантам сочетаний факторов показывает, что в качестве оптимальных могут быть приняты следующие их значения: х₁=0,5; х₂=-0,5;   х₃=-0,71.

Планированием и проведением многофакторного эксперимента получены оптимальные параметры воздействия рабочего органа вибратора на кусты хлопчатника, обеспечивающие требуемое входное возмущение стеблей: амплитуда колебаний рабочего органа  А=40 мм, частота удара n=25 Гц, высота приложения удара относительно основания кустов h=75 мм.

Список литературы:
1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976, -280 с.
2. Тихомиров В.В. Планирование и анализ эксперимента. М.: Легкая индустрия, 1974, -262 с.