Анотація до роботи:

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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 ексцентриситету r = 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 подача Q_гд робочої рідини до порожнини гідродвигуна повинна становити (3,02 – 5,75)10^-4 м³/с, а корисний об’єм V пневмогідроакумуляторів має бути не меншим 5,3210^-3 м³.

4. 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 (М_стр М_гд).

5. Дослідженнями і систематизацією фізико-механічних властивостей дерев виявлено вплив урожаю на зміну таких їх характеристик: друга частота вільних коливань – 54,73–94,37 с^-1 (яблуні з плодами) та 56,04–96,84 с^-1 (дерева без плодів); коефіцієнт демпфірування – 17,32–51,13 с^-1 (яблуні з плодами) та 18,12–53,23 с^-1 (без плодів), зведена маса яблунь з плодами – 10,16–53,15 кг і без плодів –10,01–52,16 кг; друга частота вільних коливань – 89,23–120,57 с^-1 (груші з плодами) та 93,01–122,0 с^-1 (дерева без плодів); коефіцієнт демпфірування – 48,63–69,11с^-1 (груші з плодами) та 50,18–70,93 с^-1 (без плодів), зведена маса груш з плодами – 7,7–50,54 кг і без плодів –7,09–49,36 кг.

6. На підставі експериментальних досліджень на виготовленій лабораторній установці встановлено, що найнижчий діапазон значень коефіцієнта в’язкого (0,291–0,373 кНс/м) та найвищий коефіцієнта жорсткого (7819,6–10105,8 кН/м) опорів деформуванню притаманний петлі-захвату, яка обладнана оболонками із сипким наповнювачем і рекомендується для дерев з діаметрами штамбів 80–200 мм.

7. 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.

8. На основі багатофакторного експерименту отримано регресійні залежності (19) та (20) та встановлено такі раціональні режими струшування окремих груп багаторічних насаджень: для діапазону діаметрів d_c(я) штамбів яблунь 80–130 мм максимальної частоти струшування _с(я) = 144,8–145,06 с^-1 можна досягти за робочого об’єму V ПГА 0,005 м³, попереднього натягу троса F₀ = 600 Н і висоти зведення h = 0,4 м; для яблунь d_c(я) = 130–170 мм максимальної частоти _с(я) = 143,33–143,88 с^-1 досягають за V = 0,006 м³, F₀ = 500 Н та h = 0,45 м; для яблунь, діаметр d_c(я) штамбів яких 170–200 мм максимальна частота _с(я) змінюється в межах 142,7–143,1 с^-1, якщо V = 0,006 м³, F₀ = 450 Н та h = 0,5 м; для діапазону діаметрів d_c(г) центральних провідників груш 180–210 мм максимальна частота _с(г) = 143,09–143,54 с^-1 досягається відповідно в інтервалі зміни висот h = 0,9–1,1 м і сил F₀ = 400–500 Н за V = 0,005 м³; для d_c(г) = 210 – 240 мм відповідно оптимальні h = 1,1 – 1,5 м і V = 0,0058 – 0,006 м³, F₀ = 600 Н забезпечать максимальну частоту _с(г) = 143,09–143,54 с^-1. Такі режими струшування будуть реалізовані за робочого тиску зарядки ПГА Р_тах = 16 МПа.

9. 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%.

10. 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 0,063–0,069 га/год, що в середньому на 27,13% більше, ніж при використанні базової моделі тросового струшувача, що агрегатується з енергетичними засобами класу 1,4.

11. 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.

Публікації автора:

1. Шевчук Р.С., Ріпка І.І., Семен Я.В. Удосконалення тросового струшувача плодів //Сільськогосподарські машини: Зб. наук. статей /Луцький ДТУ. –Луцьк, 2000. –№6. –C. 208–211 (автором запропоновано схему гідроприводу тросового струшувача з системою акумулювання енергії та розраховано її параметри).

2. Семен Я.В., Шевчук Р.С., Крупич О.М. Датчик для вимірювання тиску в гідравлічних приводах струшувачів //Сільськогосподарські машини: Зб. наук. статей /Луцький ДТУ. –Луцьк, 2000. –№7. –C. 136–138 (автором запропонована методика та створено стенд для дослідження гідроприводу плодозбиральної техніки).

3. Семен Я.В., Рибарук В.Я., Крупич О.М. Обґрунтування структурнoї схеми плодознімального засобу струшувального типу //Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. –2001. –№5. –C. 110–116 (автором запропоновані структурна та конструктивна схеми плодознімального засобу, проаналізовано закономірності зміни тиску й подачі робочої рідини).

4. Семен Я.В. Енергетичний аналіз процесу знімання плодів тросовим струшувачем // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. –2002. –№6. –С. 131–135.

5. Семен Я.В., Шевчук Р.С., Крупич О.М. Господарські дослідження процесу збирання яблук тросовим віброударним струшувачем з акумулятором енергії // Праці Таврійської держ. агротехн. академії. –Мелітополь: ТДАТА, 2002. –Вип. 7. –С. 36–43 (автором обґрунтовано структуру циклу та розроблено циклограму процесу знімання плодів, опрацьовано результати господарських випробувань).

6. Крупич О., Шевчук Р., Семен Я., Паславський Р. Обґрунтування гідравлічної схеми приводу тросового струшувача плодів //Механізація сільськогосподарського виробництва: Зб. наук. праць /Нац. аграр. ун-т. –К.: НАУ, 2003. –Т. 14. –С. 385–391 (автором запропоновано схему та проаналізовано роботу гідроприводу тросового струшувача з автоматизованою системою управління на всіх етапах включення і виокремлено систему акумулювання енергії).

7. Семен Я.В. Економічна ефективність використання тросового струшувача плодів // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. –2004. –№8. –С. 88 – 96;

8. Шевчук Р.С., Семен Я.В. Математична модель пневмогідравлічних акумуляторів у гідроприводі тросового віброударного струшувача плодів //Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. –2005. –№9. –С. 48–60 (автор удосконалив математичну модель пневмогідроакумуляторів у гідроприводі тросового струшувача плодів).

9. Ніщенко І.О., Семен Я.В. Аналітична модель підсистеми “гідродвигун – віброзбурювач коливань” // Вісн. Львів. держ. агр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. –2005. –№9. –С. 222 – 227 (авторові належить розробка та аналіз роботи вказаної аналітичної моделі на всіх етапах включення гідроприводу).

10. Пат. 32324 А Україна МПК 6 А 01D 46/24, 51/00. Тросовий віброударний струшувач /Я.В. Семен, Р.С. Шевчук, О.М. Крупич. –№99041940; Заявл. 6.04.99; Опубл. 7.03.2000, Бюл. №7-ІІ. –2 с (автором обґрунтована суть винаходу, розроблена конструктивна схема та виготовлений дослідний взірець системи акумулювання енергії для тросового струшувача плодів).

11. Пат. 53357 А Україна МПК 7 А01D 46/26. Плодознімальна машина /О.С. Миронюк, Р.С. Шевчук, Я.В. Семен, Р.І. Паславський. –№2002053745; Заявл. 07.05.2002; Опубл. 15.01.2003, Бюл. №1. –2 с (автором обґрунтовано структурну схему системи акумулювання енергії як складової гідроприводу плодознімального засобу та втілено її в дослідний взірець).

12. Пат. 39698 А Україна МПК 7А01D 46/26. Струшувач плодів / Р.С. Шевчук, Я.В. Семен, О.М. Крупич, Р.І. Паславський –№2000127503; Заявл. 26.12.2000; Опубл. 15.06.2001, Бюл. №5. –2 с (автором запропоновано конструктивне виконання регулятора тиску).

13. Пат. 63242 А Україна МПК 7А01D 46/26. Спосіб і засіб механізованого знімання плодів струшуванням / Я.В. Семен, Р.С. Шевчук, В.Я. Рибарук та ін. –№20031110513; Заявл. 21.11.2003; Опубл. 16.08.2004, Бюл. №8. –2 с (авторові належить ідея, розробка конструкції кронштейна поворотної платформи, обґрунтування часу циклу за різних умов позиціювання плодознімального агрегату).

14. Семен Я.В. Шляхи удосконалення плодозбиральної техніки // Теорія і практика розвитку АПК: Тези доп. міжнар. наук.-практ. конф. –Львів, 1999.–С. 151–152.

15. Семен Я.В. Дослідження розмірно-масових показників дерев та їх плодів //Здоров’я села – здоров’я держави: Тези доп. міжнар. конгресу молодих вчених та студентів –Львів, 2000. –С. 65.

16. Семен Я.В. Методика визначення показника політропи розширення газу в пневмогідроакумуляторі // Матеріали між нар. наук. практ. форуму „Теорія і практика АПК”: У 3 т./ –Львів: Львів. держ. агроуніверситет, 2006. –Т.2. –С. 263 – 266.

17. Семен Я.В., Крупич О.М., Шевчук Р.С. Енергетична ефективність застосування пневмогідравлічних акумуляторів у гідроприводах плодозбиральних машин / MOTROL Motoryzacja i Energetyka Rolnictwa. –Lublin: Akademia Rolnicza, 2006. –Т. 8А. –С. 251 – 257 (автор провів розрахунок енергетичної ефективності використання тросового струшувача плодів).