http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42584 Sat, 18 Apr 2026 00:02:53 GMT 2026-04-18T00:02:53Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/51974 Назва: Удосконалення конструкції кавітаційного апарата за результатами моделювання гідродинамічних параметрів потоку Автори: Вітенько, Дмитро Олегович; Vitenko, D. O. Короткий огляд (реферат): Вітенько Д.О. Удосконалення конструкції кавітаційного апарата за результатами моделювання гідродинамічних параметрів потоку. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 133 галузеве машинобудування. Тернопільський національний університет імені Івана Пулюя МОН України, м. Тернопіль, 2026 р. У дисертаційній роботі вирішено нове науково-практичне завдання удосконалення конструкції кавітаційного апарата статичного типу на основі результатів моделювання гідродинамічних параметрів потоку з метою підвищення інтенсивності та енергоефективності кавітаційної обробки технологічних середовищ. У дисертаційному дослідженні було поставлено такі завдання. Виконано аналіз сучасних досліджень, присвячених застосуванню гідродинамічної кавітації у виробництві, підходам до моделювання кавітаційних течій та конструктивним рішенням апаратів по типу труби Вентурі. На основі аналізу існуючих конструкцій кавітаційних апаратів запропоновано удосконалену геометрію внутрішнього каналу та вставок, що підлягали дослідженню. Створено тривимірні (3D) геометричні моделі досліджуваних конфігурацій апарата та задано розрахункові області для моделювання. Обґрунтовано постановку моделі, що включала вибір фізичних припущень, граничних умов, параметрів дискретизації та кавітаційної моделі для течії нестисливої робочої рідини. Виконано чисельні розрахунки в SolidWorks Flow Simulation (2019-2020) для обраних конструктивних варіантів та отримано розподіли тиску, швидкості й об’ємної частки парової фази. Проаналізовано вплив геометрії внутрішнього каналу (діаметр горловини, форма і положення вставок) на гідродинамічні параметри потоку та кавітаційні характеристики (локалізацію і протяжність двофазної зони, об’єм парової фази, гідравлічні втрати). Виконано валідацію результатів чисельного моделювання за 3 експериментальними даними (перепад тиску, витрата, візуальні ознаки двофазності). Проведено прикладні експериментальні дослідження щодо ефективності удосконалених конструкцій на реальних об’єктах (гомогенізація молока, зміна фізико-хімічних параметрів води) та виконано порівняння ефективності досліджуваних конфігурацій апарата. На основі отриманих результатів сформульовано інженерні рекомендації щодо застосування кавітаційних апаратів у промисловості. Об’єктом дослідження є конструкція кавітаційного апарата статичного типу зі змінною геометрією проточної частини на базі труби Вентурі. Предметом дослідження є закономірності впливу конструктивної конфігурації проточної частини апарата на гідродинамічні параметри та фазовий склад потоку, встановлені шляхом чисельного моделювання, що складають наукову основу для оцінки ефективності конструктивних модифікацій та енергодоцільності кавітаційного обладнання Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень дали змогу обґрунтувати удосконалену конструкцію кавітаційного апарата та розробити комплекс практичних рішень для впровадження запропонованих модифікацій у виробництво, зокрема критерії вибору модифікацій за показниками інтегральної двофазності та питомої енергоефективності η∗. Розроблено інженерні рекомендації щодо удосконалення вузла карбонізації лінії солодких напоїв для Тернопільської пивоварні «Опілля» та модульної компоновки кавітаційних апаратів для гомогенізації молока. З огляду на це вперше реалізовано та апробовано CFD-модель кавітаційної течії для удосконаленого статичного кавітаційного апарата на основі 3D CAD- моделей конфігурацій внутрішнього каналу (базова, з конусною або шнековою вставками). Встановлено вплив конфігурації проточної частини апарата на розподіл тисків, швидкостей, об’ємної частки пари та протяжності двофазної ділянки, що забезпечило коректне порівняння запропонованих модифікацій. 4 Удосконалено метод порівняльного аналізу та вибору конфігурацій шляхом застосування інтегральної оцінки двофазності за сумарним об’ємом парової фази і показником питомої кавітаційної ефективності. Набули подальшого розвитку закономірності гідродинаміки в кавітаційних апаратах по типу труби Вентурі, що дозволяють прогнозувати ділянки максимальної активності парової фази залежно від геометрії внутрішнього каналу. У першому розділі дисертаційної роботи здійснено аналіз і узагальнення науково-технічних джерел, присвячених гідродинамічній кавітації та конструкціям кавітаційних апаратів проточного типу. Систематизовано фізичні передумови ініціювання й розвитку кавітації у звужувально-розширювальних каналах, а також критерії, які застосовують для порівняння апаратів за інтенсивністю кавітаційних проявів та гідравлічними характеристиками. Розглянуто механізми кавітаційної дії на технологічні об’єкти та чинники, що визначають реалізацію технологічного ефекту. Проаналізовано підходи до математичного й чисельного опису кавітаційних течій, зокрема моделі динаміки бульбашки, емпіричні залежності та CFD-постановки кавітації як двофазної течії з фазовим переходом, і окреслено їхні можливості та обмеження в задачах дослідження гідродинаміки, фізики кавітації та інженерного зіставлення статичних апаратів проточного типу. За результатами огляду сформовано вихідні положення для вибору об’єкта та методики дослідження, обґрунтовано постановку мети й визначено завдання дисертаційної роботи. У другому розділі дисертаційної роботи наведено об’єкти та методику досліджень і визначено вихідні положення для подальшого аналізу гідродинамічних і кавітаційних характеристик удосконаленого кавітаційного апарата. Задано геометрію внутрішнього каналу апарата та обґрунтовано прийняті конструктивні зміни. Обґрунтовано застосування CFD-моделювання в середовищі SolidWorks Flow Simulation (EDU 2019-2020) із використанням двопараметричної моделі турбулентності k -ε та однорідної рівноважної моделі суміші “рідина-пара” 5 (HEM, equilibrium). Показано, що прийнята постановка є достатньою для інженерних задач порівняння геометрій внутрішнього каналу статичних апаратів. У межах HEM критерій кавітації (утворення парової фази) задавали умовою p<pv(T) з використанням об’ємної частки пари α та залежностей для усереднених властивостей суміші ρ(α) і μ(α). Наведено методи оцінювання технологічного ефекту обробки середовищ за показниками дисперсності та фізико-хімічних властивостей. У третьому розділі дисертаційної роботи виконано постановку чисельної задачі та реалізовано CFD-модель для аналізу потоку в досліджуваному апараті на основі розрахункової моделі кавітаційної течії, обґрунтованої в розділі 2. Отримано розподіли тиску, швидкості та об’ємної частки парової фази для досліджуваних конфігурацій і сформовано масиви даних на основі яких проведено їхнє порівняння. Запропоновано підхід до визначення інтегральних характеристик двофазності через розрахунок об’єму парової фази з урахуванням змінної площі поперечного перерізу внутрішнього каналу. На основі отриманих результатів виконано порівняльний аналіз конфігурацій за локальними та інтегральними показниками двофазної зони. Адекватність результатів моделювання гідродинамічних параметрів течії та розрахунку кавітаційних характеристик підтверджено експериментальними даними та візуальними спостереженнями. У четвертому розділі дисертаційної роботи виконано енергетично- кавітаційну оцінку досліджуваних конфігурацій кавітаційного апарата та здійснено порівняння розрахункових гідродинамічних параметрів з експериментальними. Витрати енергії оцінювали за перепадом тиску в апараті , а кавітаційний результат за об’ємом парової фази в робочому об’ємі. На основі аналізу отриманих даних запропоновано показник питомої кавітаційної ефективності, що визначає питомі енерговитрати на одиницю об’єму парової фази та забезпечує порівняння конфігурацій. Встановлено, що застосування вставок у внутрішньому каналі змінює співвідношення між інтенсивністю формування двофазної структури та 6 гідравлічними втратами, унаслідок чого питома кавітаційна ефективність може як зростати, так і зменшуватися порівняно з базовою конфігурацією. Експериментальну перевірку технологічного застосування різних модифікацій кавітаційного апарата виконано на прикладі гомогенізації молока, яку оцінювали за показниками дисперсності жирової фази за даними цифрової мікроскопії. Показано, що модифіковані конфігурації забезпечують різний ступінь диспергування жирових глобул. Виконано порівняння технологічної доцільності запропонованих модифікацій апарата. Досліджено зміну pH та електропровідності води як індикаторів фізико-хімічних перетворень під впливом кавітаційних ефектів та встановлено залежність цих змін від конфігурації апарата. У п’ятому розділі дисертаційної роботи розроблено та обґрунтовано інженерні рішення практичного використання удосконаленої конструкції проточного кавітаційного апарата в харчовій галузі. Для промислового вузла карбонізації напоїв на базі труби Вентурі виконано аналіз базової конструкції та встановлено її обмеження щодо формування необхідного зниження статичного тиску в зоні введення CO₂. Запропоновано модернізацію карбонізатора шляхом встановлення конусної вставки з тангенційними канавками з метою інтенсифікації диспергування CO₂ та масообміну. Виконано розрахунок удосконаленого карбонізатора за заданими технологічними параметрами для лінії карбонізації солодких напоїв для Тернопільської пивоварні «Опілля» де й використовуються отримані результати. Розроблено компоновку кавітаційного модуля гомогенізації молока для невеликих ферм. Розраховано контрольовані режимні параметри та розроблено проєктні пропозиції. Конструкції кавітаційних апаратів захищено деклараційними патентами №160839 U та №160838 U. Отримані результати та методики використовуються у освітньому процесі Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя для викладання дисциплін “Комп’ютерний інжиніринг в експриментальній механіці” та “Технологічне обладнання харчових виробництв”. 7 Виконано розрахунок економічної доцільності запропонованих технічних рішень (економічний ефект та термін окупності). Запропоновані конструктивні рішення кавітаційного апарату захищено патентами на корисні моделі, що забезпечує правову охорону розробок і можливість їх практичного впровадження. Ключові слова: гідродинаміка, моделювання, тиск, швидкість, парова фаза, перемішування, гідравлічний опір, кавітація, гомогенізація, число кавітації, енергія, зношування, конструкція, чисельні розрахунки,апарат.; Vitenko D. O. Improving the design of a cavitation device based on modeling results for hydrodynamic flow parameters. - Qualification scientific work, manuscript. Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the Field of Study 13 Mechanical Engineering, Specialty 133 Industrial Machinery Engineering. Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ministry of Education and Science of Ukraine, Ternopil, Ukraine, 2026 The dissertation addresses a new scientific and applied problem, improving the design of a static hydrodynamic cavitation device by modeling hydrodynamic flow parameters to increase the intensity and energy efficiency of cavitation treatment of technological media. In the dissertation, the following tasks were set and accomplished. A review and critical analysis of current studies on the application of hydrodynamic cavitation in industrial processing, approaches to modeling cavitating flows, and design solutions for Venturi-type devices were performed. Based on the analysis of existing cavitation device designs, an improved geometry of the internal flow passage and interchangeable inserts to be investigated was proposed. Three-dimensional (3D) geometric models of the considered device configurations were developed, and computational domains were prepared for numerical simulation. The modeling framework was substantiated, including the selection of physical assumptions, boundary conditions, discretization parameters, and a cavitation model for the flow of an incompressible working fluid. Numerical simulations were carried out in SolidWorks Flow Simulation (2019-2020) for the selected design variants, yielding pressure, velocity, and vapor volume fraction distributions. The influence of the internal flow passage geometry (converging and diffuser angles, throat length and diameter, as well as the shape and position of inserts) on the hydrodynamic flow parameters and cavitation characteristics (localization and extent of the two-phase region, vapor-phase volume, and hydraulic losses) was analysed. The numerical simulation results were validated against experimental data (pressure drop, 9 flow rate, and visual indicators of two-phase flow), and the reproducibility of the computational findings for different device configurations was assessed. Experimental studies were conducted to evaluate the performance of the improved designs in real processes (milk homogenization and changes in the physicochemical parameters of water), and the effectiveness of the investigated configurations was assessed. Based on the obtained results, engineering recommendations for the industrial application of hydrodynamic cavitation devices were formulated. The object of the research is a static hydrodynamic cavitation device with a variable-geometry internal flow passage. The subject of the research comprises the hydrodynamic flow parameters (pressure and velocity distributions) and cavitation characteristics (distributions of the vapor volume fraction) for modifications of the flow passage geometry and operating conditions, as determined from numerical simulations; as well as the milk homogenization process and changes in the acidity (pH) and electrical conductivity of water. The results of the theoretical and experimental studies made it possible to substantiate an improved design for the cavitation device and to develop a set of practical solutions for implementing the proposed modifications in industrial practice. In particular, criteria were formulated for selecting design variants based on integral twophase intensity and the specific energy efficiency index η∗. Engineering recommendations were developed to improve the carbonation unit of a soft-drink production line at the Opillia Brewery (Ternopil) and to implement a modular arrangement of cavitation devices intended for milk homogenization. In this context, a CFD model of cavitating flow for the improved static cavitation device was implemented and validated for the first-time using 3D CAD models of internal flow-passage configurations (baseline, with a conical insert, and with a helical/screw insert). Under identical modeling conditions, the effect of the configuration on pressure, 10 velocity, vapor volume fraction, and the length of the two-phase region was quantified, enabling a consistent comparison of the proposed modifications. The approach to comparing configurations was improved by introducing an integral assessment of two-phase flow based on the total vapor volume and a specific cavitation efficiency indicator. Furthermore, the understanding of hydrodynamic regularities in Venturi-type cavitation devices, which govern vapor-phase formation and its localization as a function of the internal passage geometry, was further developed. In the first chapter of the dissertation, an analysis and synthesis of scientific and technical sources on hydrodynamic cavitation and the designs of flow-through cavitation devices were conducted. The physical prerequisites for the initiation and development of cavitation in converging-diverging channels were systematized, along with the criteria used to compare devices in terms of the intensity of cavitation manifestations and hydraulic characteristics. The mechanisms by which cavitation acts on technological objects and the factors determining the realization of the technological effect were considered. Approaches to the mathematical and numerical description of cavitating flows were analyzed, in particular, bubble dynamics models, empirical relationships, and CFD formulations of cavitation as a two-phase flow with phase transition. Their capabilities and limitations in problems of studying hydrodynamics, cavitation physics, and engineering comparison of static flow-through devices were outlined. Based on the review results, the initial provisions for selecting the object and research methodology were formulated, the aim was substantiated, and the objectives of the dissertation were defined. In the second chapter of the dissertation, the research objects and methodology are presented, and the initial provisions for further analysis of the hydrodynamic and cavitation characteristics of the improved cavitation device are defined. The geometry of the internal flow passage of the device is specified, and the adopted design modifications are substantiated. The use of CFD modeling in SolidWorks Flow Simulation (EDU 2019- 2020) is substantiated using the two-parameter k-ε turbulence model and the 11 homogeneous equilibrium mixture model “liquid-vapor” (HEM, equilibrium). It is shown that the adopted formulation is sufficient for engineering problems of comparing the geometries of the internal flow passage of static devices. The cavitation transition within the HEM is described by the condition p<pv(T) using the vapor volume fraction α and relationships for the averaged mixture properties ρ(α) and μ(α). Methods for evaluating the technological effect of media treatment based on indicators of dispersity and physicochemical properties are presented. In the third chapter of the dissertation, the choice of a computational model for cavitating flow is justified, and it is implemented in a CFD environment to analyze the flow in the cavitation device. Distributions of pressure, velocity, and vapor volume fraction were obtained for the investigated configurations, and data arrays were formed to enable comparison. An approach to determining integral two-phase characteristics is proposed by calculating the vapor-phase volume while accounting for the variable crosssectional area of the internal flow passage. Based on the results, a comparative analysis of the configurations was performed using local and integral indicators of the two-phase region. The adequacy of the modeling results for hydrodynamic flow parameters and for calculating cavitation characteristics is confirmed by experimental data and visual observations. In the fourth chapter of the dissertation, an energy-cavitation assessment of the investigated configurations of the cavitation device was conducted, and the computed hydrodynamic parameters were compared with experimental results. Energy consumption was evaluated by the pressure drop across the device, and the cavitation outcome was evaluated by the vapor-phase volume in the working volume. Based on the analysis of the obtained data, an indicator of specific cavitation efficiency is proposed, which quantifies the specific energy expenditure per unit volume of the vapor phase and enables comparison of configurations by a single physical attribute. It is established that the use of inserts in the internal flow passage alters the relationship between the intensity 12 of two-phase structure formation and hydraulic losses, thereby causing the specific cavitation efficiency to either increase or decrease relative to the baseline configuration. The experimental verification of the technological applicability of different modifications of the cavitation device was carried out using the example of milk homogenization, which was evaluated by the dispersity indicators of the fat phase based on digital microscopy data. It was shown that the modified configurations provide different degrees of dispersion of fat globules. A comparison of the technological feasibility of the proposed device modifications was performed. Changes in the pH and electrical conductivity of water were investigated as indicators of physicochemical transformations under the influence of cavitation effects, and the dependence of these changes on the device configuration was established. In the fifth chapter of the dissertation, engineering solutions for the practical application of the improved design of a flow-through cavitation device in the food industry were developed and substantiated. For an industrial beverage carbonation unit based on a Venturi tube, the baseline design was analyzed, and its limitations in achieving the required reduction in static pressure in the CO₂ injection zone were identified. Modernization of the carbonator by installing a conical insert with tangential grooves is proposed to intensify CO₂ dispersion and mass transfer. A calculation of the improved carbonator was performed for the specified process parameters of the soft-drink carbonation line at the Opillia Brewery in Ternopil, where the results are used. The layout of a cavitation module for milk homogenization for small farms was developed. Controlled operating parameters were calculated, and design proposals were developed. The designs of the cavitation devices are protected by utility model patents No. 160839 U and No. 160838 U. The obtained results and methods are used in the educational process of Ternopil Ivan Puluj National Technical University for teaching the courses “Computer Engineering in Experimental Mechanics” and “Technological Equipment of Food Productions”. A calculation of the economic feasibility of the proposed technical solutions (economic effect and payback period) was performed. The proposed design 13 solutions of the cavitation device are protected by utility model patents, which ensure legal protection of the developments and the possibility of their practical implementation. Keywords: hydrodynamics, modeling, pressure, velocity, vapor phase, mixing, pressure drop, cavitation, homogenization, cavitation number, energy, wear, design, numerical calculations, device. Опис: Подається на здобуття наукового ступеня доктора філософії. Дисертація містить результати власних досліджень. Використані ідеї, результати і тексти інших авторів мають посилання на відповідне джерело. Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/51974 2026-01-01T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/49071 Назва: Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів малогабаритного самохідного обприскувача Автори: Левицький, Богдан Богданович Короткий огляд (реферат): Левицький Б.Б. Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів малогабаритного самохідного обприскувача. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 133 Галузеве машинобудування. Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя МОН України, м. Тернопіль, 2025 р. У дисертаційній роботі вирішено нове наукове завдання підвищення ефективності хімічного захисту рослин шляхом удосконалення конструкції малогабаритного обприскувача з обґрунтуванням конструктивно- технологічних параметрів пневмогідравлічної системи живлення розпилюючих пристрої та стабілізації штанги. У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та поставлено задачі дослідження. Описано наукову новизну, практичне значення отриманих результатів та наведено особистий внесок здобувача у проведених дослідженнях. Наведено відомості щодо апробації та опублікування результатів наукових досліджень, структуру та обсяг дисертаційної роботи. Для реалізації мети дисертаційного дослідження у роботі поставлені та вирішені наступні задачі. На основі відомих конструкцій малогабаритних обприскувачів запропоновано удосконалену конструктивну схему самохідного обприскувача з маятниковою підвіскою штанги. Розроблено теоретичні моделі, які описують напружено-деформований стан бака обприскувача, що транспортує робочу рідину та витісняє її при наявності надлишкового тиску, а також динамічні моделі кутових та вертикальних коливань штанги обприскувача у системі маятникової підвіски з доданою масою. Для реалізації наукових досліджень виготовлено малогабаритний самохідний штанговий обприскувач та проведено його польові випробування. Реалізовані експериментальні дослідження міцності бака та кінематичних параметрів штанги обприскувача, які добре корелюють з виконаними аналогічними теоретичними дослідженнями, в тому числі, і при застосуванні імітаційного моделювання. Об’єктом дослідження є процес обприскування малогабаритним самохідним штанговим обприскувачем з маятниковою підвіскою та пневмогідравлічною системою живлення розпилюючих пристроїв. Предметом дослідження є взаємозв’язки між параметрами і режимами експлуатації обприскувача, їх вплив на міцність бака та стабілізаційні властивості підвіски штанги, яка забезпечує рівномірне нанесення робочого препарату на оброблювану поверхню. Проведення окреслених наукових досліджень дозволило підвищити ефективність хімічного захисту рослин через обґрунтування раціональних конструктивно-технологічних параметрів пневмогідравлічної системи живлення розпилюючих пристроїв та стабілізації штанги обприскувача. На цій підставі вперше розроблено динамічні моделі коливання штанги малогабаритного самохідного обприскувача у системі маятникової підвіски із штучно збільшеною масою штанги; математичну модель, що описує напружено-деформований стан циліндричного вертикально розміщеного бака обприскувача у пневмогідравлічній системі живлення розпилюючих пристроїв штанги та дозволяє встановити вплив на загальний напружено-деформований стан оболонки краєвого ефекту при навантаженні півеліптичних його днищ; отримали подальший розвиток теоретичні залежності, що обґрунтовують вплив положення штанги на рівномірність та ефективність обприскування. У першому розділі дисертаційної роботи виконано аналіз доцільності створення малогабаритного самохідного обприскувача для обслуговування технологічних процесів вирощування культур у невеликих фермерських чи підсобних господарствах. Проведено аналіз наявних малогабаритних обприскувачів, які відрізняються за способом агрегатування, функціональним призначенням, вказано на сфери їх застосування, затрати ручної праці, переваги та недоліки. Такий аналіз дозволив сформувати ідею створення малогабаритного самохідного обприскувача, для якого були висунуті критерії для реалізації. Також в цьому розділі розглянуто конструкції ключових вузлів малогабаритних обприскувачів та проведено теоретичний аналіз залежностей, які показують вплив положення штанги на можливість нанесення робочого препарату на оброблювану площу. Розвинуто залежності, на основі яких можна встановити ступінь нерівномірності обприскування, що залежить від положення штанги по висоті над об’єктом обробки. Всі ці чинники дозволили сформулювати основні задачі дисертаційного дослідження. В другому розділі побудовано теоретичні моделі, які дозволяють обґрунтувати конструктивні та технологічні параметри розглядуваних систем. На першому етапі дослідження розроблено теоретичну модель на основі безмоментної теорії оболонок, яка дозволяє оцінити напружено-деформований стан циліндричного бака обприскувача, що працює у пневмогідравлічній системі живлення розпилюючих пристроїв штанги. На основі таких досліджень були визначені колові та меридіональні напруження у циліндричній стінці бака, встановлено допустимий внутрішній тиск з умови міцності конструкції, він склав [p ]1,07 МПа. Циліндрична частина бака обприскувача обмежена півеліптичними днищами. Утворену оболонку описано теоретичною моделлю, яка дозволяє оцінити напружений стан днищ з врахуванням впливу краєвого ефекту на загальний напружено-деформований стан бака. Розвинуто теоретичні моделі та отримано вирази, які описують та враховують вплив гідростатичного тиску робочої рідин, що міститься у баку машини, на загальний напружений стан оболонки. Описано принципову схему утворення маятникової підвіски зі штучно збільшеною масою штанги та на цій основі побудовано теоретичну модель, яка описує коливні процеси штанги. Розвинуті теоретичні моделі дозволяють дослідити кінематичні параметри кутових та вертикальних коливань штанги при різних її положеннях по висоті та ступеня заповненості бака робочою рідиною як доданої маси штанги. У третьому розділі описано конструктивні особливості дослідного зразка виготовленого обприскувача, складено його технічну характеристику. Серед виділених основних параметрів машини є: ширина захвату – 5 м; діапазон висоти встановлення штанги – 350-1100 мм; діапазон зміни ширини колії – 900-1500 мм; продуктивність за годину основного часу – 1,8-2,7 га/год. Складено програму та описано методику проведення експериментальних досліджень. Для підтвердження результатів теоретичних розрахунків в окресленій постановці завдання прийнято план та побудовано матрицю повного факторного експерименту типу N= 3². У четвертому розділі наведено результати польових та експериментальних досліджень дослідного зразка малогабаритного обприскувача. При виконанні польових випробувань на чистих парах при внесенні ґрунтового гербіциду, при обробці просапних культур, роботі у садах із застосуванням додаткової ручної штанги – обприскувач засвідчив свою високу технологічну ефективність. При проведенні експериментальних досліджень, які були розділені на кілька етапів, отримали результати напруженого стану бака обприскувача при різних його навантаженнях. Результати експерименту підтвердили теоретичні розрахунки. Розбіжність значень отриманих напружень у циліндричній стінці бака склали: для колових напружень – відносна похибка 5,39 % ; для меридіональних – 3,5 %. Аналогічним чином були проведені експериментальні дослідження кінематичних параметрів коливання штанги на розробленій маятниковій підвісці. Отримані значення прискорень на краю секції штанги добре корелюють з прискореннями, що знайдені за результатами теоретичного моделювання коливного процесу. Розбіжність результатів теоретичного розрахунку та експериментальних даних складає 8,8%. Також при проведенні експериментальних досліджень було виконано порівняльний аналіз, за прискореннями, ефективності роботи підвіски штанги при закріпленні штанги на маятниковій підвісці та при умовно жорсткому кріплені (робота маятника була заблокованою). Отриманий ефект використання маятникової підвіски для даного режиму експлуатації обприскувача (повний бак, швидкість 4,5 км/год, рельєф умовно складний) знижує вертикальні прискорення у 1,7 рази. Це позитивно відображається на стабільності положення штанги, зниженні дії на неї динамічних сил та збереженні ресурсу роботи. У п’ятому розділі дисертаційного дослідження наведено ряд методик для оцінки напружено-деформованого стану бака обприскувача при повному його навантаженні. Виокремлено вплив дії гідростатичного тиску робочої рідни на загальний напружений стан бака та встановлено, що його питома частка не перевищує 1,51%. Це означає, що визначальним для роботоздатності бака як оболонки, що працює під тиском, є тільки значення внутрішнього надлишкового тиску. В цьому розділі отримано ряд графічних залежностей оцінки напружено-деформованого стану бака в цілому. Крім того, аналогічні результати отримано при використанні прикладних програм 3-D моделювання, таких як SolidWorks2019 у модулі Simulation. Збіжність результатів складає більше 99%. При дослідженні ефективності використання маятникової підвіски штанги обприскувача отримано ряд графічних залежностей, які характеризують кінематичні параметри роботи такої підвіски. Для отримання окремих результатів було змодельовано таку систему у програмі SolidWorks, звідки отримано як вихідні дані моменти інерції для теоретичного розрахунку. Тоді за результатами дослідження отримано амплітуди, швидкості та прискорення для кутових та вертикальних коливань штанги. Визначено частоти власних та вимушених коливань штанги на маятниковій підвісці, зроблено висновки про неможливість виникнення резонансних режимів. Частоти власних та вимушених коливань відрізняються на різних режимах по-різному, але не менше як у 3,6 рази. Також пророблене питання економічної ефективності розробленого малогабаритного обприскувача, річний економічний ефект складає 15111,4 грн/рік на одну машину, розрахунковий термін окупності – 2,84 роки. Конструкцію підвіски штанги малогабаритного самохідного обприскувача захищено деклараційним патентом на корисну модель №157047 U, результати дисертаційного дослідження використовуються ТОВ «Плотича Агро» при проєктуванні сільськогосподарських машин, а також в навчальному процесі Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя.; Levitskyi B.B. Justification of structural and technological parameters of a small-sized self-propelled sprayer. – Qualifying scientific work as a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the field of knowledge 13 Mechanical Engineering, specialty 133 Industrial Engineering. Ternopil Ivan Puluj National Technical University MES of Ukraine, Ternopil, 2025. In the dissertation, a new scientific task was solved to increase the efficiency of chemical plant protection by improving the design of a small-sized sprayer with the justification of the structural and technological parameters of the pneumohydraulic power supply system for spraying devices and stabilizing the rod. The introduction substantiates the relevance of the topic, formulates the goal and sets the task of the study. The scientific novelty, practical significance of the obtained results are described and the personal contribution of the applicant in the conducted studies is given. Information on testing and publication of the results of scientific research, the structure and volume of the dissertation work are provided. To realize the purpose of the dissertation research, the following tasks are set and solved in the work. On the basis of known designs of small-sized sprayers, an improved structural scheme of a self-propelled sprayer with a pendulum suspension of a rod is proposed. Theoretical models have been developed that describe the stress-strain state of the sprayer tank, transporting the working fluid and displacing it in the presence of excess pressure, as well as dynamic models of angular and vertical vibrations of the sprayer rod in the pendulum suspension system with added mass. For the implementation of scientific research, a small-sized self-propelled rod sprayer was manufactured and its field tests were carried out. Experimental studies of tank strength and kinematic parameters of the sprayer rod were implemented, which work well with similar theoretical studies performed, including the use of simulation modeling. The object of the study is the spraying prosses of a small-sized self-propelled rod sprayer with a pendulum suspension and a pneumohydraulic power supply system for the spraying devices. The subject of the study is the relationship between the parameters and operating modes of the sprayer, their effect on the strength of the tank and the stabilization properties of the rod suspension, which ensures uniform application of the working preparation to the treated surface. Carrying out outlined scientific researches made it possible to increase efficiency of chemical protection of plants through substantiation of rational structural and technological parameters of pneumohydraulic power supply system of spraying devices and stabilization of the sprayer rod. On this basis, dynamic models of oscillation of the rod of a small-sized self-propelled sprayer in a pendulum suspension system with an artificially increased rod mass were first developed; a mathematical model describing the stress-strain state of the vertically oriented cylindrical sprayer tank in the pneumohydraulic power supply system of the rod spraying devices and allowing to investigate the effect on the general stress-strain state of the shell of the edge effect when loading the bottoms; theoretical dependencies substantiating the influence of the rod position on the uniformity and efficiency of spraying were further developed. In the first section of the dissertation, an analysis of the feasibility of creating a small-sized self-propelled sprayer for servicing the technological processes of growing crops in small farms or subsidiary farms was carried out. An analysis of the available small-sized sprayers, which differ in the method of aggregation, functional purpose, indicated the scope of their application, manual labor costs, advantages and disadvantages. Such an analysis made it possible to form the idea of creating a small self-propelled sprayer, for which criteria for implementation were put forward. Also in this section, the designs of key units of small-sized sprayers are considered and a theoretical analysis of dependencies is carried out, which show the influence of the position of the rod on the possibility of applying the working preparation to the treated area. Dependencies are developed, on the basis of which it is possible to establish the degree of unevenness of spraying, depending on the position of the rod in height above the object of processing. All these factors made it possible to formulate the main tasks of the dissertation research. The second section builds theoretical models that make it possible to justify the design and technological parameters of the systems under consideration. At the first stage of the study, a theoretical model was developed on the basis of a moment-free theory of shells, which allows us to assess the stress-strain state of the cylindrical sprayer tank operating in the pneumohydraulic power supply system of the rod spraying devices. Based on such studies, circular and meridional stresses were determined in the cylindrical wall of the tank, the permissible internal pressure was established based on the strength of the structure, it was 1.07 MPa. Cylindrical part of the sprayer tank is limited by semi-elliptical bottoms. The resulting shell is described by a theoretical model, which makes it possible to assess the stress state of the bottoms, taking into account the influence of the edge effect on the overall stress-strain state of the tank. Theoretical models have been developed and expressions have been obtained that describe and take into account the influence of the hydrostatic pressure of the working fluids contained in the machine tank on the general stressed state of the shell. The basic scheme of formation of the pendulum suspension with artificially increased mass of the rod is described and on this basis a theoretical model is built that describes the oscillatory processes of the rod. Developed theoretical models allow us to explore the kinematic parameters of angular and vertical vibrations of the rod at its various positions in height and the degree of filling of the tank with working fluid as the added mass of the rod. The third section describes the design features of the prototype of the manufactured sprayer, its technical characteristics are compiled. Among the selected main parameters of the machine are: the width of the capture - 5 m; bar installation height range – 350-1100 mm; gauge range – 900-1500 mm; performance per hour of normal time -1.8-2.7 ha/h. A program has been compiled and the methodology for conducting experimental studies has been described. To confirm the results of theoretical calculations in the outlined statement of the problem, a plan was adopted and a matrix of a complete factor experiment, such as, N 3^2 . The fourth section presents the results of field and experimental studies of a prototype of a small-sized sprayer. When performing field tests on pure vapors when applying a soil herbicide, when processing hoed crops, working in gardens with the use of an additional hand rod - the sprayer proved its high technological efficiency. During experimental studies, which were divided into several stages, the results of the stressed state of the sprayer tank were obtained at different loads. The results of the experiment confirmed the theoretical calculations. The difference in the values of the obtained stresses in the cylindrical wall of the tank was: for circular stresses - relative error 5.39 %; for meridional – 3.5%. Similarly, experimental studies of the kinematic parameters of the rod oscillation on the developed pendulum suspension were carried out. The obtained values of accelerations at the edge of the bar section are well crowned with accelerations found from the results of theoretical modeling of the oscillatory process. The discrepancy between the results of theoretical calculation and experimental data is 8.8%. Also, during experimental studies, a comparative analysis was carried out, according to accelerations, of the effectiveness of the rod suspension when the rod was fixed on the pendulum suspension and conditionally rigidly attached (the pendulum was blocked). The obtained effect of using a pendulum suspension for this mode of operation of the sprayer (full tank, speed 4.5 km/h, the relief is conditionally complex) reduces vertical acceleration by 1.7 times. That positively affects the stability of the position of the bar, reducing the action of dynamic forces on it and preserving the resource of work. The fifth section of the dissertation study provides a number of methods for assessing the stress-strain state of the sprayer tank at its full load. The influence of the hydrostatic pressure of the working fluid on the general stressed state of the tank is allocated and it is established that its specific share does not exceed 1.51%. This means that only the value of internal overpressure is decisive for the operability of the tank as a pressure shell. In this section, a number of graphical dependencies of the assessment of the stress-strain state of the tank as a whole are obtained. In addition, similar results are obtained using 3D modeling applications, such as SolidWorks2019 in the Simulation module. The convergence of the results is more than 99%. When studying the effectiveness of the pendulum suspension of the sprayer rod, a number of graphic dependencies were obtained that characterize the kinematic parameters of the operation of such a suspension. To obtain individual results, such a system was modeled in the SolidWorks program, from where the moments of inertia for the theoretical calculation were obtained as initial data. Then, according to the results of the study, amplitudes, velocities and accelerations for angular and vertical oscillations of the rod were obtained. The frequencies of natural and forced oscillations of the rod on the endulum suspension were determined, conclusions were drawn about the impossibility of resonance modes. Natural and forced oscillation frequencies differ at various modes in different ways, but not less than 3.6 times. Also worked out the question of the economic efficiency of the developed small-sized sprayer, the annual economic effect is 15111.4 UAH/year per car, the estimated payback period is 2.84 years. The design of the suspension rod of a small-sized self-propelled sprayer is protected by a declaration patent for a utility model No. 157047 U, the results of the dissertation research are used by Plotycha Agro LLC in the design of agricultural machines, as well as in the educational process of Ternopil Ivan Puluj National Technical University. Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/49071 2025-01-01T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/49058 Назва: Обґрунтування параметрів картоплезбиральної машини з комбінованим активним лемешем Автори: Головецький, Іван Васильович; Golovetskyi I.V., I.V. Короткий огляд (реферат): Головецький І.В. Обґрунтування параметрів картоплезбиральної машини з комбінованим активним лемешем. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 133 Галузеве машинобудування. Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя МОН України, м. Тернопіль, 2025 р. У дисертаційній роботі вирішено наукове завдання підвищення ефективності збирання картоплі при обґрунтуванні параметрів комбінованого активного лемеша в системі однорядного картоплекопача. У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та поставлено задачі дослідження. Описано наукову новизну, практичне значення отриманих результатів та наведено особистий внесок здобувача у проведених дослідженнях. Наведено відомості щодо апробації та опублікування результатів наукових досліджень, структуру та обсяг дисертаційної роботи. Для реалізації мети дисертаційного дослідження у роботі поставлені та вирішені наступні задачі: провести аналіз конструктивних особливостей однорядних картоплекопачів, їх підкопуючих робочих органів, та на цій основі запропонувати удосконалену конструкцію комбінованого активного лемеша з розширеними можливостями щодо підкопування та транспортування бульбоносного пласту ґрунту; розробити теоретичні моделі для визначення кінематичних параметрів багатоланкового механізму лемеша та дослідити умови направленого руху частинки бульбоносного пласта на його коливній лощині; розробити модель для дослідження приведеного моменту інерції механізму приводу вібраційного лемеша картоплекопача; розробити модель для визначення енергетичних затрат на процес відділення та підкопування бульбоносного пласту ґрунту; виготовити однорядну картоплезбиральну машину з вібраційним лемешем та активними боковинками, провести її польові випробування, зробити оцінку якісних показників роботи; скласти план та провести експериментальні дослідження щодо визначення тягового опору та споживаної потужності для приводу робочих органів картоплекопача. Об’єктом дослідження є процес підкопування картопляної грядки комбінованим активним лемешем в системі однорядного картоплекопача. Предметом дослідження є взаємозв’язки між кінематичними, конструктивними та енергетичними параметрами активного комбінованого лемеша при підкопуванні пласта ґрунту картопляної грядки. Науковим результатом дисертаційного дослідження є отримання якісно нових теоретичних залежностей, на основі яких отримано раціональні конструктивні та кінематичні параметри комбінованого активного лемешем в системі однорядного картоплекопача, що дозволило підвищити ефективність підкопування картоплі. На цій підставі вперше розроблено: теоретичну модель, яка описує кінематику багатоланкового механізму лемеша з активними боковинками та дозволяє досліджувати умови направленого руху частинки бульбоносного пласта на його коливній площині; математичні моделі для визначення енергетичних затрат на процес відділення та підкопування бульбоносного пласту ґрунту комбінованим активними лемешем; отримали подальший розвиток теоретичні залежності для дослідження приведеного моменту інерції механізму приводу вібраційного лемеша картоплекопача. У першому розділі дисертаційної роботи виконано аналіз конструкцій картоплекопачів, який вказує, що на практиці застосовуються багато різних типів картоплезбиральних машин з пасивними напівактивними та активними лемешами. Кожен з них призначений для заданих умов роботи та забезпечує певну ефективність. Разом з тим, спостерігаються і недоліки, які пов’язані з обмеженою функціональною здатністю, наявністю значних вібрацій, обмеженість роботи у складних умовах. Наведена проблематика спонукала розробити нову конструкцію картоплекопача в частині комбінованого активного лемеша. Особливістю конструкції є те, що леміш закріплений на двох парах підвісів, що мають регульовану довжину та забезпечують можливість заданого направленого руху частинки бульбоносного пласту площиною лемеша; передні підвіси виконані заодно із активними боковинками, які здійснюють коливні рухи у протифазі до зворотно-поступального руху лемеша, що значно зрівноважує механізм, а їх проникнення у ґрунт дозволяє відділяти підкопуваний пласт від основного масиву; в якості кривошипа використано зрівноважувальний маховик з регульованим шарніром для приєднання шатуна, що забезпечує можливість зміни радіуса кривошипа, а від того і амплітуди коливань лемеша. Наведені чинники направлені на підвищення ефективності підкопування картоплі при збиранні, особливо для більш складних умов роботи та дозволили сформувати основні задачі дисертаційного дослідження. У другому розділі запропоновано принципову схему вібраційного лемеша, для якого побудовано кінематичну схему та описано теоретичною моделлю, що базується на методі замкнених векторних контурів. Аналіз кінематичних параметрів утвореного механізму дозволив отримати скореговану кінематичну схему механізму лемеша як теоретичного прототипу фізичній конструкції комбінованого активного лемеша. Використовуючи графоаналітичний метод планів, отримано кінематичні параметри для характерних точок лемеша та його активних боковинок. Для отриманих значень переміщень, швидкостей та прискорень, крім скалярних значень, визначені їх напрямки, що є важливим чинником для аналізу направленого руху пласта ґрунту на площині лемеша; Побудовано теоретичну модель, яка дозволяє для визначеного кінематичного режиму роботи лемеша проаналізувати значення діючих сил на частинку бульбоносного пласту, що знаходиться на площині лемеша, та визначити напрямок можливого її руху. Такий підхід дозволяє моделювати направлений рух бульобоносного пласту на площині лемеша, змінюючи частоту обертання і радіус кривошипа, довжини задніх підвісів та кут встановлення лемеша до горизонту. Побудована теоретична модель описує закон руху механізму лемеша та базується на теоремі про зміну кінетичної енергії, дозволяє визначити приведений момент інерції приводного механізму вібраційного лемеша, який лежить в основі оцінки енергетичних затрат на привод даного робочого органу. У третьому розділі на основі проведених теоретичних досліджень окремих конструктивних та кінематичних параметрів та, аналізуючи досвід аналогічних рішень, що стосуються такого типу машин, та відповідно до розробленої програми експериментальних досліджень було виготовлено дослідний зразок однорядного картоплекопача з комбінованим активним лемешем, для якого встановлені основні технічні характеристики та регулювальні параметри: швидкість руху агрегату – 0,83–1,4 м/с; діапазон регулювань амплітуд коливань лемеша – 5,5 мм; 11,6 мм; 17,3 мм; установочний кут нахилу лемеша – 12°; 14°; 16°; розрахункова продуктивність при міжряддях 0,7 м – 0,21-0,35 га/год. Описано методику та технічне забезпечення для проведення експерименту. Сплановано повний факторний експеримент типу 3^2, для якого складено матрицю експерименту, записано рівняння квадратичної регресії та вирази для визначення її коефіцієнтів. У четвертому розділі описано проведення польових експериментальних досліджень відповідно до програми та затвердженої методики. Тут показано розроблене відповідне приспосіблення для визначення тягового опору картоплекопача, його монтаж на машині; для визначення потужності приводу – моментомір, що введено в ланку карданного валу, який з’єднує вихідний вал ВВП трактора та конічний редуктор картоплекопача з контролем частоти обертання ВВП лазерним тахометром. При реалізації експериментальних досліджень щодо визначення тягового опору картоплекопача було розроблено план експерименту типу 3^2, незалежними факторами якого були: поступальна швидкість – 0,6 м/с, 1,0 м/с, 1,4 м/с; частота коливань лемеша – 5,0 Гц, 6,0 Гц, 7,0 Гц. Результатом є отримання значень тягового опору в межах 7,59 - 10,27 кН у залежності від режиму роботи лемеша та поступальної швидкості картоплекопача. Описано проведення експериментальних досліджень при визначенні моменту приводу робочих органів картоплекопача, де за незалежні фактори прийнято частоту коливань лемеша – 5,0 Гц, 6,0 Гц, 7,0 Гц; амплітуду коливань лемеша – 5,5 мм, 11,6 мм, 17,3 мм. Знайдена потужність на різних режимах коливається у межах 4,55 - 6,15 кВт. На основі отриманих експериментальних даних розв’язано локальні оптимізаційні задачі з вибору оптимальних параметрів налаштування картоплекопача для отримання мінімальних значень тягового опору y = 7,721 кН – швидкість v= 0,6 м/с, частота коливань 7,0 Гц; найменша споживана потужність ( y = 4,698 кВт) спостерігається при частоті коливань лемеша 5,626 Гц та амплітуді коливань A= 5,5 мм. Отримані значення регулювальних параметрів носять рекомендаційний характер, визначальними будуть такі регулювання, які дозволять не накопичувати підкопаний пласт ґрунту біля вхідного вікна лемеша та будуть максимально його сепарувати на коливній площині. При визначенні показників якості роботи картоплекопача встановлено наступні результати: повнота підкопування – 97,31% > [97%]; пошкоджені бульби – 2,33% < [3%]; втрати бульб, які залишились у ґрунті – 2,69% < [3%]; глибина підкопування – -0,5 см; +1 см менше ±2 см. У п’ятому розділі при дослідженні приведеного моменту інерції механізму приводу вібраційного лемеша картоплекопача встановлено, що при застосуванні в якості кривошипа класичного ексцентрикового вала нерівномірність зміни моменту інерції, тобто відношення максимального до мінімального значень за цикл буде складати – 9,2 рази; за варіантом – при використанні зрівноважувального маховика, це співвідношення складе 1,34 рази. Це означає, що використання маховика в системі приводу лемеша підвищує рівномірність його роботи за цим співвідношенням майже у 7 разів при холостій роботі лемеша. При врахуванні моменту інерції бульбоносноно пласта, що знаходиться на площині лемеша, маємо: перше виконання приводу лемеша – нерівномірність роботи приводу за приведеним моментом інерції складає 11,4 рази, при використанні маховика ця нерівномірність – 1,43 рази, тобто використання маховика «згладжує» нерівномірність приведеного моменту інерції майже у 8 разів. За розробленою теоретичною моделлю взаємодії активних боковинок лемеша з ґрунтом отримано значення зусилля їх проникнення при відділенні підкопуваного бульбоносного пласта від основного масиву ґрунту, що значно полегшує основне підкопування. Отримані значення визначені при коефіцієнті зминання ґрунту q = 2⋅10 ^6 Н/м3 та лежать в межах 325 Н при куті заточування їх лез α = 45° . Зусилля при умовно статичному проникненні активних боковинок збільшене на 35-50%. На основі розробленої моделі визначення енергетичних затрат на процес підкопування бульбоносного пласта встановлено наступні результати: отримано графічні залежності та числові значення, які показують зміну зусилля підкопування при повороті кривошипа на робочому та зворотному ходах лемеша; встановлено, що зусилля для підкопування пласта «пасивним» (зафіксованим) лемешем більші на 25,3% у порівнянні із зусиллями, що необхідні для проникнення активного лемеша; розбіжність значень горизонтальної складової опору переміщення лемеша, яка визначена теоретично (7810 Н) та із проведеного експерименту (8423 Н) складає 7,3%; отримано залежності зміни моменту та потужності приводу протягом циклу і на цій основі визначено дійсну потужність приводу, яка складе N дійсне 5,315 кВт при частоті коливань лемеша 7,2 Гц; відносна похибка теоретичної та експериментальної потужностей для аналогічних умов становить 6,9%, що свідчить про їх добру збіжність. Річний економічний ефект від використання розробленої машин складає 23607 грн на рік при повному її завантаженні. Конструкцію вібраційного лемеша захищено деклараційним патентом на корисну модель №156320, результати дисертаційного дослідження використовуються ТОВ «Плотича Агро» при проєктуванні сільськогосподарських машин та в освітньому процесі Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя; Golovetskyi I.V. Justification of the parameters of a potato harvesting machine with a combined active ploughshare. – Qualifying scientific work as a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the field of knowledge 13 Mechanical Engineering, specialty 133 Industrial Engineering. Ternopil Ivan Puluj National Technical University MES of Ukraine, Ternopil, 2025. In his dissertation, the scientific task of increasing the efficiency of harvesting potatoes was solved when justifying the parameters of a combined active ploughshare in the system of a single-row potato digger. The introduction substantiates the relevance of the topic, formulates the goal and sets the task of the study. The scientific novelty, practical significance of the obtained results are described and the personal contribution of the applicant in the conducted studies is given. Information on testing and publication of the results of scientific research, the structure and volume of the dissertation work are provided. To realize the purpose of the dissertation research, the following tasks have been set and solved: to analyze the design features of single-row potato diggers, their undermining working bodies, and on this basis to offer an improved design of a combined active ploughshare with advanced capabilities for digging and transporting a tuberous layer of soil; develop theoretical models to determine the kinematic parameters of the multi-link mechanism of the ploughshare and investigate the conditions of directional motion of the bulb-bearing bed particle on its oscillatory plane; develop a model for studying the reduced moment of inertia of the mechanism for driving the vibratory ploughshare of the potato digger; develop a model for determining the energy costs for the process of separating and digging a tuberous layer of soil; make a single-row potato harvesting machine with a vibrating ploughshare and active sides, conduct its field tests, evaluate the quality indicators of work; draw up a plan and conduct experimental studies to determine the traction resistance and power consumption for driving the working organs of the potato digger. The object of the study is the process of digging a potato ridge with a combined active ploughshare in the system of a single-row potato digger. The subject of the study is the relationship between the kinematic, structural and energy parameters of the active combined ploughshare when digging a bed of soil in a potato bed. The scientific result of the dissertation research is to obtain qualitatively new theoretical dependencies, on the basis of which rational constructive and kinematic parameters of the combined active ploughshare in the system of a single-row potato digger were obtained, which made it possible to increase the efficiency of digging potatoes. On this basis, for the first time developed: a theoretical model that describes the kinematics of a multi-link mechanism of a ploughshare with active sidewalls and allows us to explore the conditions of directed movement of a bulb-bearing bed particle on its oscillatory plane; mathematical models for determining energy costs for the process of separating and undermining the bulbous layer of soil with a combined active ploughshare; theoretical dependencies were further developed to study the reduced moment of inertia of the mechanism for driving the vibratory ploughshare of the potato digger. In the first section of the dissertation, an analysis of the designs of potato diggers was carried out, which indicates that many different types of potato harvesting machines with passive semi-active and active ploughshares are used in practice. Each of them is designed for given working conditions and provides certain efficiency. At the same time, there are also disadvantages that are associated with limited functional ability, the presence of significant vibrations, and limited work in difficult conditions. The above problems prompted the development of a new design of the potato digger in the part of the combined active ploughshare. The peculiarity of the design is that the ploughshare is fixed on two pairs of suspensions having an adjustable length and providing the possibility of a given directional movement of the bulb-bearing bed particle by the plane of the ploughshare; front suspensions are made integral with active sidewalls, which perform oscillating movements in antiphase to reciprocating motion of the ploughshare, which significantly balances the mechanism, and their penetration into the soil allows to separate the penetrated layer from the main mass; the crank used is a balancing flywheel with an adjustable hinge for connecting the connecting rod, which makes it possible to change the radius of the crank, and from that the amplitude of the ploughshare oscillations. The above factors are aimed at increasing the efficiency of digging potatoes during harvesting, especially for more complex working conditions and made it possible to form the main tasks of the dissertation research. In the second section, a schematic diagram of a vibration ploughshare is proposed, for which a kinematic scheme is built and described by a theoretical model based on the method of closed vector circuits. Analysis of the kinematic parameters of the formed mechanism made it possible to obtain a coordinated kinematic scheme of the ploughshare mechanism as a theoretical prototype of the physical design of the combined active ploughshare. Using a graphic-analytical method of plans, kinematic parameters for characteristic points of ploughshare and its active sidewalls are obtained. For the obtained values of displacements, velocities and accelerations, in addition to scalar values, their directions are determined, which is an important factor for analyzing the directional movement of the soil layer on the ploughshare plane; A theoretical model has been built, which allows for a certain kinematic mode of operation of the ploughshare to analyze the value of the acting forces on a particle of a bulb-bearing formation located on the plane of the ploughshare, and determine the direction of its possible movement. This approach allows you to simulate the directional movement of the tuberous formation on the plane of the ploughshare, changing the rotation frequency and radius of the crank, the length of the rear suspensions and the angle of installation of the ploughshare to the horizon. The constructed theoretical model describes the law of motion of the ploughshare mechanism and is based on the theorem on the change of kinetic energy, allows us to determine the reduced moment of inertia of the driving mechanism of the vibration ploughshare, which underlies the assessment of energy costs for the drive of this working body. In the third section, on the basis of theoretical studies of individual structural and kinematic parameters, and analyzing the experience of similar solutions related to this type of machine, and in accordance with the developed program of experimental studies, a prototype of a single-row potato digger with a combined active ploughshare was made, for which the main technical characteristics and adjustment parameters were established: the speed of the unit movement - 0.83-1.4 m/s; adjustment range of ploughshare oscillation amplitudes – 5.5 mm; 11.6 mm; 17.3 mm; setting angle of ploughshare inclination – 120; 140; 160; design capacity at 0.7 m rows - 0.21-0.35 ha/h. The method and technical support for the experiment are described. A complete factor experiment of type 32 was planned, for which an experiment matrix was compiled, an equation of quadratic regression and expressions were written to determine its coefficients. The fourth section describes the conduct of field experimental studies in accordance with the program and approved methodology. Here is shown the developed appropriate attachment to determine the traction resistance of the digger, its installation on the machine; to determine the power of the drive - a torque meter introduced into the link of the driveshaft, which connects the output shaft of the tractor GDP and the conical reduction gear of the potato digger with the control of the GDP rotation frequency with a laser tachometer. When implementing experimental studies to determine the traction resistance of a potato digger, a type 32 experiment plan was developed, the independent factors of which were: translational speed – 0.6 m/s, 1.0 m/s, 1.4 m/s; Ploughshare oscillation frequency – 5.0 Hz, 6.0 Hz, 7.0 Hz. The result is to obtain values of traction resistance in the range of 7.59 - 10.27 kN, depending on the operating mode of the ploughshare and the translational speed of the potato digger. Experimental studies are described in determining the moment of driving the working organs of a potato digger, where the frequency of ploughshare oscillations is taken as independent factors – 5.0 Hz, 6.0 Hz, 7.0 Hz; the amplitude of the ploughshare oscillations is 5.5 mm, 11.6 mm, 17.3 mm. The found power in different modes ranges from 4.55 - 6.15 kW. On the basis of the obtained experimental data, local optimization problems were solved to select the optimal settings for the potato digger to obtain the minimum values of traction resistance y 7.721 kN – speed 0.6 m/s, frequency of oscillations 7.0 Hz; the lowest power consumption ( y 4.698 kW) is observed at the oscillation frequency of the ploughshare 5,626 Hz and the oscillation amplitude 5,5 mm. The obtained values of the adjustment parameters are advisory in nature, such adjustments will be decisive, which will allow not to accumulate the dug-up layer of soil at the entrance window of the ploughshare and will separate it as much as possible on the oscillatory plane. When determining the quality indicators of the potato digger, the following results were established: completeness of digging – 97.31% > [97%]; damaged tubers – 2.33% < [3%]; loss of tubers remaining in the soil – 2.69% < [3%]; digging depth – -0.5 cm; + 1 cm less ± 2 cm. In the fifth section, when studying the reduced moment of inertia of the mechanism for driving the vibratory ploughshare of the potato digger, it was found that when using a classic eccentric shaft as a crank, the unevenness of the change in the moment of inertia, that is, the ratio of the maximum to the minimum values per cycle will be – 9.2 times; according to the variant - when using a balancing flywheel, this ratio will be 1.34 times. This means that the use of a flywheel in the ploughshare drive system increases the uniformity of its operation at this ratio by almost 7 times with idle operation of the ploughshare. When taking into account the moment of inertia of the tuberous formation located on the plane of the ploughshare, we have: the first version of the drive of the ploughshare - the unevenness of the drive by the reduced moment of inertia is 11.4 times, when using the flywheel this unevenness is 1.43 times, that is, the use of the flywheel "smoothes" the unevenness of the reduced moment of inertia by almost 8 times. According to the developed theoretical model of the interaction of active sides of the ploughshare with the soil, the value of the force of their penetration was obtained when the dug-up tuberous formation was separated from the main soil mass, which greatly facilitates the main digging. The obtained values are determined at the soil creasing coefficient q = 2⋅10 ^6 N/m3 and lie within 325 N at the angle 45° of sharpening their blades. On the basis of the developed model for determining energy costs for the process of digging in a bulbous formation, the following results were established: graphic dependencies and numerical values were obtained, which show a change in the digging force when turning the crank at the working and reverse strokes of the ploughshare; it was found that the forces for digging the formation with a "passive" (fixed) ploughshare are greater by 25.3% compared to the forces required for the penetration of the active ploughshare; the discrepancy between the values of the horizontal component of the resistance to movement of the ploughshare, which is determined theoretically (7810 N) and from the experiment (8423 N) is 7.3%; dependence of change of moment and power of the drive during the cycle is obtained, and on this basis the actual power of the drive is determined, which will be Nreal 5.315 kW at the frequency of oscillations of the ploughshare 7.2 Hz; the relative error of theoretical and experimental powers for similar conditions is 6.9%, which indicates their good convergence. The annual economic effect of using the developed machines is 23.607 UAH per year with its full load. The design of the vibration ploughshare is protected by a declaration patent for utility model No. 156320, the results of the dissertation research are used by Plotycha Agro LLC in the design of agricultural machines and in the educational process of Ternopil Ivan Puluj National Technical University Wed, 01 Jan 2025 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/49058 2025-01-01T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42757 Назва: Обгрунтування параметрів обрізника залишків гички коренеплодів цикорію Автори: Бойко, Володимир Андрійович; Boyko, V. A. Короткий огляд (реферат): Бойко В.А. «Обгрунтування параметрів обрізника залишків гички коренеплодів цикорію». – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії галузі знань 13 Механічна інженерія за спеціальністю 133 Галузеве машинобудування. Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, м. Тернопіль, 2023 р. У дисертаційній роботі вирішено нове наукове завдання підвищення показників якості зрізування залишків гички з головок коренеплодів цикорію шляхом розробки та обґрунтування раціональних параметрів робочих органів обрізника . Підвище ння показників якості зрізування залишків гички досягається шляхом удосконалення конструкції підпружиненої вертикальної тяги копіра . У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та поставлено задачі дослідження. Описано наукову новизну, практичне значення отриманих результатів та наведено особистий внесок здобувача у проведених дослідженнях. Наведено відомості щодо апробації та опублікування результатів наукових досліджень, структуру та обсяг дисертаційного дослідження. Вирішення даної мети зведено до розв’язання таких науково-прикладних задач: враховуючи відомі конструкції та технологічні процеси обрізування залишків гички з головок коренеплодів розробити удосконалену конструктивну схему обрізника; розробити математичні моделі, які функціонально описують процес контактної взаємодії копіра з головкою коренеплоду цикорію з умови невивалювання коренеплодів з грунту та непошкодження коренеплодів; отримати аналітичні залежності для визначення допустимої маси та допустимого прискорення рухомих частин обрізника; провести експериментальні дослідження процесу обрізування залишків гички з головок коренеплодів цикорію удосконаленим обрізником; провести польові порівняльні дослідження базового та удосконаленого обрізників; визначити економічні показники виробничого застосування удосконаленого обрізника. Об’єкт дослідження. Технологічний процес зрізування залишків гички з головок коренеплодів і робочі органи обрізника, залишки гички коренеплодів. Предмет дослідження. Конструктивно кінематичні параметри р обочих органів і їх вплив на технологічні показники роботи обрізника залишків гички з головок коренеплодів коренеплодів. На основі проведених наукових досліджень обґрунтовано основні раціональні конструктивно-кінематичні параметри робочих органів обрізника. На цій підставі: вперше розроблено: детерміновані математичні моделі, які функціонально описують процес контактної взаємодії копіра з головкою коренеплоду цикорію за умови невивалювання коренеплодів з грунту та непошкодження коренеплодів залежно від конструктивних і кінематичних параметрів робочих органів обрізника та часу контакту; математичні моделі, які дозволяють визначати допустиму сумарну горизонтальну та нормальну силу удару копіра по головці коренеплоду цикорію які забезпечують умову невивалювання коренеплоду з грунту та непошкодження коренеплоду; дістали подальший розвиток аналітичні залежності для визначення допустимої маси рухомих частин обрізника залежно від допустимої горизонтальної та нормальної сили ударного контакту копіра з головкою коренеплоду; уточнено рівняння для визначення горизонтального та нормального прискорення руху копіра після його контакту з головкою коренеплоду. У першому розділі наведено аналіз способів зрізування гички коренеплодів, конструкцій робочих органів гичкозрізувальних машин і обрізників залишків гички з головок коренеплодів, обгрунтовано вибір удосконаленої конструктивно-компонувальної схеми обрізника для проведення досліджень, а також проаналізовано відомі результати теоретично-експериментальних досліджень процесу зрізування залишків гички з головок коренеплодів робочими органами обрізників. Для більш ефективного усунення вивалювання коренеплодів з грунту та їх пошкодження у процесі динамічного контакту копіра з головкою коренеплоду нами запропоновано вдосконалену конструкцію вертикальної шарнірної тяги. Всередині стакана змонтована рухома тяга квадратної форми, яка у верхній частині переходить у циліндричний палець, а нижня частина рухомої тяги закріплена на амортизаторі. До бокових поверхонь рухомої тяги закріплено кронштейни в отвори яких вставлено нерухомі пальці. На пальці посаджено ролики, які переміщуються вверх і вниз у своїх пазах, утворених обмежувальними боковинамии. Зворотно-поступальний рух роликів обмежений верхнім і нижнім упорами, які виконані у вигляді плоских пластин. Стисна пружина вставлена в циліндричний палець, верхня частина якої упирається в упорну пластину. Копір наїжджає на головку коренеплоду та переміщується одночасно вздовж і вверх відносно неї. Рух копіра вверх передається рухомій тязі, яка стискає пружину, а далі – паралелограмному механізму, який підіймає (опускає) ножовий блок та встановлює ніж на задану висоту обрізування залишків гички. У другому розділі наведено теоретичний аналіз технологічного процесу контактної взаємодії копіра з головкою коренеплоду. На основі теоретичного аналізу процесу зрізування залишків гички з головок коренеплодів удосконаленим обрізником розроблено математичні моделі, які функціонально описують процес контактної взаємодії копіра з головокою коренеплоду залежно від основних параметрів робочих органів обрізника. Рішення моделей дозволило розробити залежності для визначення допустимої маси рухомих частин обрізника з умови невивалювання коренеплодів з грунту та непошкодження коренеплодів. Встановлено, що за середніх значень коефіцієнта жорсткості пружини регулювальної тяги 40 Н/м, коефіцієнта жорсткості пружини стакана вертикальної тяги 50 Н/м та кута встановлення копіра до горизонту 30 град. допустима сумарна маса рухомих частин обрізника за умови невивалювання коренеплодів з грунту дорівнює 6,9 кг, а за умови непошкодження коренеплодів – 5,2 кг. Отримано залежності для визначення сумарної горизонтальної та нормальної сили ударного контакту копіра з головкою коренеплоду. Сумарна горизонтальна сила контактної взаємодії копіра з головкою коренеплоду змінюється в межах від 212 до 162,5 Н, а сумарна нормальна сила – в межах від 61,5 до 161,5 Н залежно від зміни основних параметрів робочих органів обрізника, при цьому оптимальні теоретичні параметри робочих органів удосконаленого обрізника становлять: сумарна маса рухомих частин обрізника 8…9 кг; кут встановлення копіра до горизонту 30 град.; коефіцієнт жорсткості пружини регулювальної тяги 40 Н/м; коефіцієнт жорсткості пружини стакана вертикальної тяги 50 Н/м; коефіцієнт пружності амортизатора 4,7 Н/м. У третьому розділі наведено програму, опис експериментальних установок і методику проведення експериментальних досліджень. Програма проведення експериментальних досліджень удосконаленої конструкції обрізника залишків гички з головок коренеплодів цикорію передбачала виконання таких видів робіт: - спроектувати та виготовити маятниковий копер; - провести експериментальні дослідження для визначення характеру зламу коренеплодів цикорію залежно від параметрів контактної взаємодії підпружиненого ножа; - спроектувати та виготовити робочі органи обрізника; - провести польові експериментальні дослідження для визначення кількості вивалених коренеплодів з грунту та кількості пошкоджених коренеплодів робочими органами обрізника залежно від параметрів процесу; - провести польові порівняльні дослідження серійного та удосконаленого обрізника залишків гички з головок коренеплодів в виробничих умовах. В загальному для реалізації експериментів було розроблено структурну схему моделі проведення експериментальних досліджень на основі базових принципів поняття «чорної скрині». Для проведення експериментальних досліджень кількості зламаних коренеплодів цикорію було застосовано лабораторно-польову установку, яку виконано за принципом маятникового копра.Для реалізації польових експериментальних досліджень з визначення кількості вивалених коренеплодів з грунту та пошкодження коренеплодів цикорію застосовували: трирядну гичкозрізувальну машину для зрізування основного масиву гички; удосконалену конструкцію обрізника залишків гички з головок коренеплодів цикорію. За параметр оптимізації було вибрано показники якості зрізування гички з головок коренеплодів цикорію порівнюваних схем (5-х типів) обрізників, які виконано за принципом «пасивний копір-пасивний ніж» і «пасивний копір- підпружинений ніж»: кількість вивалених коренеплодів з грунту вкk ; кількість пошкоджених коренеплодів пк k , із них: кількість зламаних коренеплодів зкk ; кількість сколених коренеплодів скk . Типи порівнюваних обрізників залишків гички з головок коренеплодів цикорію були такими: 1 тип – базовий; 2 тип – без амортизатора; 3 тип – без пружини ножа; 4 тип – без пружини стакана; 5 тип (серійний). Контрольовані показники якості, або показники параметрів оптимізації визначали згідно з стандартними методиками, за результатами яких утворювали порівняльну таблицю. Методика проведення експериментальних досліджень базувалася на основі наукових методів планування та реалізації планованих факторних експериментів з метою отримання рівнянь регресії параметра оптимізації. Обробку експериментального масиву даних проводили за загальновідомими методами розрахунку з використанням методик регресійного та кореляційного аналізу. У четвертому розділі наведено результати реалізації програми експериментальних досліджень. На основі обробки експериментального масиву даних отримано: рівняння регресії, які описують функціональну зміну кількості зламаних коренеплодів цикорію у загальному випадку та кількості зламаних коренеплодів встановлених груп (відносно висоти розташування головки над рівнем грунту), кількості вивалених коренеплодів з грунту та кількості пошкоджених коренеплодів робочими органами обрізника залежно від параметрів процесу. Кількість зламаних коренеплодів цикорію у загальному випадку змінюється у діапазоні від 0 до 33 шт. та збільшується в середньому на 15…20 шт. за зміни коефіцієнта жорсткості пружини ножа від 30 до 60 Н/см в діапазоні зміни швидкості руху ножа від 1,6 до 2,4 м/с. Встановлено, що кількість зламаних коренеплодів цикорію для групи коренеплодів, які розташовані над рівнем поверхні грунту на висоті 5, 9 і 13 см змінюється, відповідно, у діапазоні від 0-6 шт., 0-12 шт. та 2-16 шт., при цьому за середнього діаметра зламу коренеплоду 4…6 см мінімальне значення кількості зламаних коренеплодів 6 шт. отримано за швидкості руху підпружиненого ножа від 1,6 до 2,0 м/с, коефіцієнта жорсткості пружини ножа від 30 до 45 Н/см. К Кількість вивалених коренеплодів з грунту та кількість пошкоджених коренеплодів цикорію змінюється у діапазоні, відповідно, від 1,5 до 5,5 % та від 11 до 24 % за зміни швидкості руху копіра у межах від 1,5 до 2,1 м/с, коефіцієнта жорсткості пружини стакана вертикальної тяги копіра від 35 до 65 Н/см, кута встановлення копіра відносно горизонту від 20 до 40 град. Агротехнічні вимоги, за яких кількість вивалених і пошкоджених коренеплодів менше, відповідно, 2,5 %, і 15 % дотримуються за таких параметрів обрізника: швидкість руху копіра – менше або рівна 1,8 м/с; маса рухомих частин обрізника – 5…8 кг; коефіцієнт жорсткості пружини ножа – від 30 до 45 Н/см; коефіцієнт жорсткості пружини стакана вертикальної тяги копіра – менше або рівний 45 Н/см; кут встановлення копіра відносно горизонтальної площини від 30до 35 град. За результатами порівняльних досліджень встановлено, що кількість вивалених коренеплодів з грунту, кількість пошкоджених, зламаних і сколених коренеплодів удосконаленим обрізником зменшується у 1,4 рази порівняно з серійним обрізником, а залишки гички на головках коренеплодів – у 1,5 рази. У п’ятому розділі наведено шляхи подальшого удосконалення робочих органів обрізників залишків гички з годовок коренеплодів і розрахований економічний ефект від застосування удосконаленого модуля. На основі аналізу теорет ично експериментальних досліджень було обґрунтовано такі раціональні параметри гичкозбирального модуля: рробоча швидкість руху обрізника 1,6…1,8 м/с; коефіцієнт жорсткості пружини ножа, 30…45 Н/м; коефіцієнт жорсткості пружини стакана вертикальної тяги копіра до 45 Н/м; кут встановлення копіра відносно горизонтальної площини 30…35 град. Розраховані показники економічної ефективності підтверджують доцільність використання удосконаленого обрізника в виробничих умовах економічний ефект на 1 га зібраної площі становить 4439,7 грн/га.; Boyko V.A. «Justification of the parameters of the trimmer of chicory root crop haulm». Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Qualification scientific work with the manuscript copyright. Doctor of Philosophy thesis on specialism 133 «Industrial Engineering» (13 –Mechanical Engineering). – Ternopil I. Puluj national technical university, Ternopil, 2023. In the dissertation work, a new scientific task of improving the quality indicators of cutting the remains of the bran from the heads of chicory root crops was solved by developing and substantiating the rational parameters of the cutter's working organs. An increase in the quality indicators of the cutting of the scrap residues is achieved by improving the design of the spring-loaded vertical thrust of the copier. The introduction substantiates the relevance of the topic, formulates the goal and sets the objectives of the research. The scientific novelty, the practical significance of the obtained results are described, and the personal contribution of the winner in the conducted research is given. Information on the approval and publication of the results of scientific research, the structure and scope of the dissertation research is provided. The solution of this goal is reduced to the solution of the following scientific and applied problems: taking into account the known designs and technological processes of trimming the remains of the burdock from the heads of root crops, to develop an improved structural scheme of the trimmer; develop mathematical models that functionally describe the process of contact interaction of the copier with the head of the chicory root under the condition that the roots do not fall out of the soil and the roots are not damaged; obtain analytical dependencies for determining the permissible mass and permissible acceleration of the moving parts of the cutter; to carry out experimental studies of the process of cutting off the remains of chicory from the heads of chicory root crops with an improved cutter; to conduct comparative field studies of basic and advanced trimmers; to determine the economic indicators of the production application of the improved trimmer. Object of study. The technological process of cutting off the remains of root crops from the heads of root crops and the working organs of the trimmer, the remains of root crops. Subject of study. Structural and kinematic parameters of the working bodies and their influence on the technological indicators of the cutter of the remains of the ghee from the heads of root crops. On the basis of the conducted scientific research, the main rational structural and kinematic parameters of the cutter's working bodies are substantiated. On this basis: deterministic mathematical models were developed for the first time, which functionally describe the process of contact interaction of the copier with the head of the chicory root under the condition that the roots do not fall out of the soil and the roots are not damaged, depending on the structural and kinematic parameters of the cutter's working organs and contact time; mathematical models that allow you to determine the permissible total horizontal and normal impact force of the copier on the head of the chicory root crop, which ensure the condition that the root crop does not fall out of the ground and that the root crop is not damaged; analytical dependences were further developed to determine the permissible mass of the moving parts of the cutter depending on the permissible horizontal and normal force of impact contact of the copier with the head of the root crop; the equation for determining the horizontal and normal acceleration of the movement of the copier after its contact with the head of the root crop was refined. The first section provides an analysis of the methods of cutting root vegetables, designs of working bodies of vegetable cutting machines and cutters of vegetable residues from root crops, the choice of an improved structural and compositional scheme of the cutter for conducting research is substantiated, as well as the known results of theoretical and experimental studies of the process of cutting vegetable residues from heads are analyzed root crops by the working bodies of pruners. In order to more effectively eliminate root crops falling out of the soil and their damage in the process of dynamic contact of the copier with the head of the root crop, we have proposed an improved design of the vertical hinged thrust. Inside the glass, a square-shaped moving rod is mounted, which in the upper part turns into a cylindrical finger, and the lower part of the moving rod is fixed on a shock absorber. Brackets are attached to the side surfaces of the movable thrust, in the holes of which fixed fingers are inserted. Rollers are placed on the fingers, which move up and down in their grooves formed by the limiting sidewalls. The reciprocating movement of the rollers is limited by the upper and lower stops, which are made in the form of flat plates. The compression spring is inserted into a cylindrical finger, the upper part of which rests against the thrust plate. The copier hits the head of the root crop and moves simultaneously along and up relative to it. The upward movement of the copier is transmitted to the moving rod, which compresses the spring, and then to the parallelogram mechanism, which raises (lowers) the knife block and sets the knife to the specified cutting height of the scraps. The second chapter provides a theoretical analysis of the technological process of the contact interaction of the copier with the head of the root crop. Based on the theoretical analysis of the process of cutting off the remains of burdock from the heads of root crops with an improved trimmer, mathematical models have been developed that functionally describe the process of contact interaction of the copier with the head of the root crop depending on the main parameters of the trimmer's working organs. The solution of the models made it possible to develop dependencies for determining the permissible mass of the moving parts of the trimmer from the condition of nev extraction of root crops from the soil and non-damage of root crops. It was established that at the average values of the stiffness coefficient of the spring of the regulating thrust of 40 N/m, the stiffness coefficient of the spring of the vertical thrust cup of 50 N/m and the angle of installation of the copier to the horizon of 30 degrees. the permissible total weight of the moving parts of the pruner is 6.9 kg, provided the roots are not pulled out of the soil, and 5.2 kg, provided the roots are not damaged. Dependencies were obtained to determine the total horizontal and normal force of impact contact of the copier with the head of the root crop. The total horizontal force of the contact interaction of the copier with the head of the root crop varies from 212 to 162.5 N, and the total normal force - from 61.5 to 161.5 N depending on the change in the main parameters of the cutter's working organs, while the optimal theoretical parameters the working bodies of the improved cutter are: the total mass of the moving parts of the cutter is 8...9 kg; the angle of installation of the copier to the horizon is 30 degrees; stiffness coefficient of the adjusting rod spring 40 N/m; stiffness coefficient of the spring of the vertical thrust cup 50 N/m; the coefficient of elasticity of the shock absorber is 4.7 N/m. In the third section, the program, description of experimental installations and methods of conducting experimental research are given. The program for conducting experimental research on the improved design of the trimmer for the remnants of chicory root crops included the following types of work: - to design and manufacture a pendulum coper; - to conduct experimental studies to determine the nature of the fracture of chicory root crops depending on the contact interaction parameters of the spring-loaded knife; - design and manufacture working bodies of the trimmer; - conduct field experimental studies to determine the number of root crops that have fallen out of the ground and the number of root crops damaged by the cutter's working bodies, depending on the process parameters; - to conduct field comparative studies of serial and improved cutter of the remains of the root crops in production conditions. In general, for the implementation of the experiments, a structural diagram of the experimental research model was developed based on the basic principles of the "black box" concept. To conduct experimental studies of the number of broken roots of chicory, a laboratory-field setup was used, which was made according to the principle of a pendulum copra. To implement field experimental research on the determination of the number of root crops that have fallen out of the soil and damage to chicory root crops, the following were used: a three-row gorse cutting machine for cutting the main massif of gorse; the improved design of the trimmer for the remains of the chicory root heads. The optimization parameters were selected for the quality indicators of cutting the stalks from the heads of chicory root crops of the compared schemes (5 types) of trimmers, which were made according to the principle of "passive copier-passive knife" and "passive copier-spring-loaded knife": the number of root crops that fell out of the ground; the number of damaged root crops, of which: the number of broken root crops; the number of crushed roots. The types of compared cutters for the remains of the chicory root heads were as follows: 1 type – basic; 2 type – without shock absorber; Type 3 – without knife spring; Type 4 – without a glass spring; Type 5 (serial). Controlled quality indicators, or indicators of optimization parameters, were determined according to standard methods, based on the results of which a comparative table was formed. The methodology of experimental research was based on scientific methods of planning and implementation of planned factorial experiments with the aim of obtaining regression equations of the optimization parameter. Processing of the experimental array of data was carried out according to well-known calculation methods using regression and correlation analysis methods. The fourth chapter presents the results of the implementation of the experimental research program. Based on the processing of the experimental array of data, the following regression equations were obtained, which describe the functional change in the number of broken roots of chicory in the general case and the number of broken roots of established groups (relative to the height of the head above the ground level), the number of roots that fell out of the ground and the number of damaged roots by the working organs of the pruner depending on the process parameters. The number of broken roots of chicory in general varies in the range from 0 to 33 pcs. and increases by an average of 15...20 pcs. for changes in the stiffness coefficient of the knife spring from 30 to 60 N/cm in the range of changes in the speed of the knife movement from 1.6 to 2.4 m/s. It was established that the number of broken chicory root crops for the group of root crops, which are located above the soil surface at a height of 5, 9, and 13 cm, varies, respectively, in the range from 0-6 pcs., 0-12 pcs. and 2-16 pcs., at the same time, for the average diameter of the broken root crop of 4...6 cm, the minimum value of the number of broken root crops is 6 pcs. obtained at the speed of movement of the spring-loaded knife from 1 .6 to 2.0 m/s, the stiffness coefficient of the knife spring from 30 to 45 N/cm. The number of root crops fallen from the soil and the number of damaged root crops of chicory varies in the range, respectively, from 1.5 to 5.5% and from 11 to 24% for changes in the speed of the copier in the range from 1.5 to 2.1 m/s, stiffness coefficient of the spring of the vertical thrust of the copier from 35 to 65 N/cm, the angle of installation of the copier relative to the horizon from 20 to 40 degrees. Agrotechnical requirements, under which the number of fallen and damaged root crops is less than 2.5% and 15%, respectively, are met with the following parameters of the cutter: speed of movement of the copier is less than or equal to 1.8 m/s; mass of moving parts of the trimmer - 5...8 kg; stiffness coefficient of the knife spring - from 30 to 45 N/cm; the coefficient of stiffness of the spring of the vertical thrust of the copier is less than or equal to 45 N/cm; the angle of installation of the copier relative to the horizontal plane is from 30 to 35 degrees. According to the results of comparative studies, it was found that the number of root crops that fell out of the ground, the number of damaged, broken and chipped root crops with the improved pruner is reduced by 1.4 times compared to the serial pruner, and the remains of gorse on the heads of root crops – by 1.5 times. In the fifth chapter, the ways of further improvement of the working bodies of the cutters of the remains of the ginseng from root crops are given and the calculated economic effect of the use of the improved module is given. On the basis of the analysis of theoretical and experimental studies, the following rational parameters of the string harvesting module were substantiated: working speed of the trimmer 1.6...1.8 m/s; stiffness coefficient of the knife spring, 30...45 N/m; stiffness coefficient of the spring of the copier vertical thrust cup up to 45 N/m; the angle of installation of the copier relative to the horizontal plane is 30...35 degrees. The calculated indicators of economic efficiency confirm the expediency of using the improved trimmer in production conditions - the economic effect per 1 ha of harvested area is UAH 4439.7/ha. Fri, 17 Nov 2023 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42757 2023-11-17T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42699 Назва: Обгрунтування параметрів багатофункціонального гвинтового конвеєра для транспортування та змішування сипких матеріалів Автори: Марунич, Олександр Петрович; Marunych, О. P. Короткий огляд (реферат): Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 133 «Галузеве машинобудування». – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2023. У дисертації виконано теоретичне та експериментальне нове вирішення наукової задачі шляхом проектування і обґрунтування параметрів гвинтових багатофункціональних конвеєрів із розробленням теоретичних передумов, конструктивного і технологічного устаткування, що забезпечує підвищення ефективності транспортування та змішування сипких матеріалів. На основі структурного морфологічного синтезу і механіко- математичних методів моделювання розроблено багатоваріантні структури конструктивних та функціональних можливостей реалізації процесів з розширенням їх технологічних та конструктивних множини в результаті синтезу із генеруванням можливих альтернатив для кожного із трьох ієрархічних рівнів. На основі системного підходу до дослідження технологічних процесів багатофункціонального гвинтового конвеєра для транспортування та змішування сипких матеріалів у роботі отримано такі наукові результати: − набули подальший розвиток аналітичні залежності, які визначають кінематичні параметри процесу переміщення вантажу гвинтовим багатофункціональним конвеєром, за яких покращуються умови змішування сипких матеріалів; - вперше досліджено кінематику сипкого вантажу у багатофункціональному гвинтовому конвеєрі з конусоподібним гвинтовим робочим органом, отримано параметричні рівняння траєкторії, швидкості та прискорення руху вантажу, які дозволяють визначати інтенсивність переміщення матеріалу та продуктивність роботи конвеєра; - вперше розроблено динамічну модель шнекового робочого органу багатофункціонального транспортера з встановленням визначальних параметрів коливального процесу залежно від зовнішніх та внутрішніх чинників, що описуються законами зміни основних параметрів робочого органу під час проходження через головний резонанс системи; - отримали подальший розвиток аналітичні дослідження крутильних коливань гвинтового робочого органу шнекового багатофункціонального конвеєра із урахуванням динаміки суцільного потоку середовища, що транспортується з визначальними параметрами його коливань для нерезонансного та резонансного випадку; - вперше встановлено емпіричні закономірності впливу конструктивних параметрів та режимів роботи багатофункціонального гвинтового конвеєра на його продуктивність, витрати потужності і неоднорідність змішування при транспортуванні та змішуванні сипких матеріалів. Приведено методику розрахунку похилих середньошвидкохідних гвинтових конвеєрів, які в граничних режимах призводять до інтенсивного перемішування вантажу і працюють як ефективні змішувачі. Виведені залежності для визначення кінематичних та експлуатаційних параметрів, що забезпечують стабільну роботу таких змішувачів. Теоретично обґрунтовано технологічний процес транспортування і змішування сипких матеріалів конусоподібним гвинтовим конвеєром. Виведено аналітичні залежності для визначення зміни зовнішнього радіуса шнека та внутрішнього радіуса кожуха, при якій початковий радіус шнека зростає на величину на кожному наступному витку. Встановлено, що приріст радіуса переміщення вантажу на одному витку конусоподібного гвинтового конвеєра суттєво впливає на збільшення швидкості вантажу, що сприяє інтенсифікації процесу змішування. Зокрема при збільшенні приросту радіуса переміщення вантажу на одному витку від 1 мм до 5 мм призводить до зростання швидкості вантажу від 1,28 рази до 2,44 рази. Розроблено математична модель динаміки процесу багатофункціонального конвеєра, отримано аналітичні залежності, які були базовими для визначення закону зміни визначальних параметрів коливального процесу залежно від зовнішніх та внутрішніх чинників системи. На основі аналітичних залежностей отримано, що: - амплітуда переходу через головний резонанс для більших значень швидкостей відносного руху оброблювального середовища є більшою. Збільшення відносної швидкості від 2 до 5м/с при спричиняє збільшення амплітуди переходу через головний резонанс на 17%; - збільшення погонної маси оброблювального середовища за незмінної відносної швидкості його руху спричиняє збільшення амплітуди переходу через резонанс. Збільшення погонної маси від 25 кг/м до 40 кг/м при відносній швидкості його руху 4м/с спричиняє збільшення амплітуди переходу через резонанс на 61%. Розроблена методика дослідження крутильних коливань гвинтового робочого шнекового транспортера із урахуванням його поперечних коливань та руху вздовж нього суцільного потоку оброблювального середовища при цьому встановлено: • стала кутова швидкість обертання гвинтового робочого органу зменшує частоту власних згинних коливань гвинтового робочого органу; • відносне переміщення оброблювального середовища вздовж гвинтового робочого органу, який обертається і здійснює поперечні коливання спричиняє додаткову дією на останній у вигляді періодичного крутного моменту; • амплітуда переходу через резонанс на основній частоті згинних коливань приймає менше значення для гвинтових робочих органів із більшою жорсткістю на кручення. Розроблено і виготовлено стендове обладнання для дослідження продуктивності транспортування та змішування сипких матеріалів, а також характеристик гвинтових конвеєрів в широкому діапазоні частоти обертання, при плавному та різкому пуску, зміні частоти обертання і реверсуванні в процесі досліджень в автоматизованому режимі за допомогою перетворювача частоти серії Altivar 71 та універсальної вимірювальної системи з акселерометрами для визначення динамічних навантажень з отриманням відповідних даних у ПК. Встановлено, що при збільшенні кута нахилу твірної конусної поверхні шнека, частоти обертання шнека та зменшенні величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку максимальна продуктивність під час транспортування пшениці складала 9,44 т/год., а мінімальна – 3,8 т/год. Збільшення частоти обертання конусного шнека від 200 об/хв. до 500 об/хв. призводить до зростання продуктивності в 2 рази. При цьому збільшення кута нахилу твірної конусної поверхні шнека від 1 град до 2 град забезпечує зростання продуктивності в 1,18 рази, а зміна величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку від 0,004 м до 0,01 м призводить до спадання продуктивності в 1,07 рази. За результатами досліджень встановлено, що максимальна продуктивність під час транспортування пшениці складала 4,7 т/год., а мінімальна – 0,35 т/год. Із збільшенням частоти обертання гофрованого конусного шнека від 70 об/хв. до 270 об/хв. призводить до зростання продуктивності транспортування в 3,36 рази. При цьому збільшення висоти гофр на зовнішньому діаметрі шнека від 0,004 м до 0,012 м забезпечує зменшення продуктивності в 2,55 рази, а зміна величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку від 0,004 м до 0,01 м призводить до спадання продуктивності в 1,19 рази. Визначено, що при збільшенні кута нахилу твірної конусної поверхні шнека, частоти обертання шнека та зменшенні величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку потужність на приводі шнека під час транспортування пшениці складала 0,37 кВт, а мінімальна – 0,11 кВт. Збільшення частоти обертання конусного шнека від 200 об/хв. до 500 об/хв. призводить до зростання потужності на приводі в 2,5 рази. При цьому збільшення кута нахилу твірної конусної поверхні шнека від 1 град до 2 град забезпечує зростання потужності на приводі в 1,17 рази, а зміна величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку від 0,004 м до 0,01 м призводить до спадання потужності на приводі в 1,18 рази. Досліджено, що при збільшенні величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку, кута нахилу твірної конусної поверхні шнека та зменшенні частоти обертання шнека максимальна величина коефіцієнта неоднорідності змішування склала 11,8 %, а мінімальна – 9,4 %. Збільшення частоти обертання конусного шнека від 200 об/хв. до 500 об/хв. призводить до зростання коефіцієнта неоднорідності змішування в 1,07 рази. При цьому збільшення кута нахилу твірної конусної поверхні шнека від 1 град до 2 град забезпечує зменшення коефіцієнта неоднорідності змішування в 1,12 рази, а зміна величини приросту кроку шнека на кожному послідовному витку від 0,004 м до 0,01 м призводить до спадання коефіцієнта неоднорідності змішування в 1,04 рази. Коефіцієнт неоднорідності змішування звичайним конусним шнеком є в 1,38 рази вищим ніж коефіцієнт неоднорідності змішування гофрованим конусним шнеком в межах досліджуваних частот обертання шнеків від 200 об/хв до 270 об/хв, поряд з цим продуктивність звичайного конусного шнеком є вищою 1,53 рази. Проведено моделювання багатофункціонального гвинтового конвеєра оснащеного гвинтовим конічним робочим органом, яке показало, що максимальні напруження спостерігаються на вихідному кінці конічного шнека та становлять приблизно 34,5 МПа, а максимальні загальні переміщення - 0,27 мм. Встановлено що максимальні переміщення вздовж осі становлять 0,15 мм і спостерігаються у середній частині спірального шнека, де радіус спіралі становить 200 мм і цьому відповідає кут закручування φ=0,04 рад. Приведено візуалізація розрахунку протуктивності залежно від кроку шнека на кожному послідовному витку, кута нахилу твірної конусної поверхні шнека, частоти обертання шнека та висоти гофр на зовнішньому діаметрі шнека та розроблено алгоритм математичної моделі, який дозволяє краще зрозуміти процес транспортування та змішування сипких матеріалів для кожної відповідної комбінації вхідних параметрів з використанням технології LINQ. Наведено перспективні конструкції гвинтових транспортних механізмів з розширеними технологічними можливостями та їх дослідження, на основі яких отримано 9 патентів України на корисні моделі. Річний економічний ефект від використання багатофункціонального гвинтового конвеєра оснащеного гвинтовим робочим органом, виготовленим із заготовок одержаних методами навивання, становить 18889 грн.; The dissertation presents a theoretical and experimental approach to solving a scientific problem through the design and justification of parameters for screw conveyors with multifunctional capabilities, aiming to enhance the efficiency of conveying and mixing bulk materials. Using structural morphological synthesis and mechanical-mathematical modeling methods, various structural and functional configurations were developed, expanding their technological and constructive possibilities. This synthesis process generated multiple alternatives for each of the three hierarchical levels. Applying a systemic approach to the study of technological processes involving multifunctional screw conveyors for conveying and mixing bulk materials, the following scientific results were achieved: − analytical dependencies were further developed to determine the kinematic parameters of cargo movement by a multifunctional screw conveyor, leading to improved conditions for mixing bulk materials; - for the first time, the kinematics of loose cargo within a multifunctional screw conveyor with a cone-shaped screw working element were investigated. Parametric equations for trajectory, velocity, and acceleration of cargo movement were obtained, enabling the determination of material displacement intensity and conveyor productivity; - for the first time, a dynamic model of the screw working element of a multifunctional conveyor was developed, establishing key parameters of oscillatory processes influenced by external and internal factors. These parameters describe the changes in the main working element parameters during passage through the system's main resonance; - further analytical studies were conducted on torsional vibrations of the screw working element in the multifunctional screw conveyor, accounting for the dynamics of the continuous transported medium. This study included defining the parameters of its vibrations for both non-resonant and resonant cases; - for the first time, some empirical regularities were identified for the influence of structural parameters and operational modes of the multifunctional screw conveyor on its productivity, power consumption, and the uniformity of mixing during conveying and mixing bulk materials. A methodology for calculating inclined medium-speed screw conveyors is presented, which, in extreme conditions, lead to intensive cargo mixing and function effectively as mixers. Dependencies are derived to determine the kinematic and operational parameters that ensure stable operation of such mixers. The technological process of conveying and mixing bulk materials using a cone-shaped screw conveyor is theoretically substantiated. Analytical relationships are derived to determine the change in the external radius of the screw, denoted as R, and the internal radius of the casing. These relationships describe how the initial screw radius, increases by an amount with each successive turn. It has been found, that the increment in the displacement radius of the cargo in one turn of the cone-shaped screw conveyor significantly influences the increase in cargo velocity, thereby enhancing the mixing process. Specifically, increasing the increment of the cargo displacement radius per turn from 1 mm to 5 mm results in a velocity increase ranging from 1.28 times to 2.44 times. A mathematical model of the dynamics of a multifunctional conveyor has been developed, and analytical relationships have been obtained as the foundation for determining the law of change in defining parameters of the oscillatory process depending on external and internal factors of the system. Based on these analytical relationships, the following conclusions have been drawn: - the amplitude of transition through the main resonance is greater for higher values of relative motion speeds of the processed medium. Increasing the relative speed from 2 to 5 m/s results in a 17% increase in the amplitude of transition through the main resonance; - increasing the linear mass density of the processing medium while keeping the relative speed of its motion unchanged leads to an increase in the amplitude of transition through resonance. Increasing the linear mass density from 25 kg/m to 40 kg/m at a relative speed of 4 m/s causes a 61% increase in the amplitude of resonance transition. A methodology for studying torsional vibrations of screw conveyors with consideration for their lateral oscillations and the motion of the continuous processing medium along them has been developed. The following conclusions have been drawn: ➢ a constant angular rotation speed of the screw working element reduces the frequency of its natural bending vibrations; ➢ the relative displacement of the processing medium along the rotating screw, which also undergoes lateral oscillations, exerts an additional influence on it in the form of periodic torque; ➢ the amplitude of resonance transition at the fundamental frequency of bending vibrations is smaller for screw working elements with higher torsional stiffness. A test setup has been designed and manufactured to investigate the productivity of conveying and mixing bulk materials, as well as the mechanical characteristics of screw conveyors over a wide range of rotational frequencies, including smooth and rapid starts, changes in rotational frequency, and reversals, all in an automated mode using the ALTIVAR 71 series variable frequency drive and a universal measurement system with accelerometers for determining dynamic loads and obtaining corresponding data on a PC. It has been determined that increasing the inclination angle of the forming cone surface of the screw, the screw rotation frequency, and decreasing the increment of the screw pitch at each successive turn result in a maximum productivity during wheat conveying of 9.44 t/h and a minimum of 3.8 t/h. Increasing the rotation frequency of the conical screw α from 200 rpm to 500 rpm leads to a doubling of productivity. Moreover, increasing the inclination angle of the forming cone surface from 1 degree to 2 degrees provides a 1.18-fold increase in productivity, and varying the increment of the screw pitch from 0.004 m to 0.01 m per turn results in a 1.07- fold decrease in productivity. Based on the research results, it was determined that the maximum productivity during wheat conveying was 4.7 t/h, while the minimum was 0.35 t/h. Increasing the rotation frequency of the corrugated conical screw from 70 rpm to 270 rpm, leads to a 3.36-fold increase in conveying productivity. Additionally, increasing the height of the corrugations on the external diameter of the screw from 0.004 m to 0.012 m, results in a 2.55-fold decrease in productivity, and changing the increment of the screw pitch per turn from 0.004 m to 0.01 m, leads to a 1.19-fold decrease in productivity. It was determined that increasing the inclination angle of the forming cone surface of the screw, the screw rotation frequency, and decreasing the increment of the screw pitch per turn, the power at the screw drive during wheat conveying was 0.37 kW, while the minimum was 0.11 kW. Increasing the rotation frequency of the conical screw, from 200 rpm to 500 rpm, results in a 2.5-fold increase in power at the drive. Furthermore, increasing the inclination angle of the forming cone surface, α, from 1 degree to 2 degrees, provides a 1.17-fold increase in power at the drive, and changing the increment of the screw pitch per turn, from 0.004 m to 0.01 m, leads to a 1.18-fold decrease in power at the drive. The investigation revealed that by increasing the increment of the screw pitch per turn, the inclination angle of the forming cone surface of the screw, and decreasing the rotation frequency of the screw, the coefficient of mixing nonuniformity ranges from 11.8% to a minimum of 9.4%. Increasing the rotation frequency of the conical screw, from 200 rpm to 500 rpm, results in a 1.07-fold increase in the coefficient of mixing non-uniformity. Moreover, increasing the inclination angle of the forming cone surface, α, from 1 degree to 2 degrees, leads to a 1.12-fold decrease in the coefficient of mixing non-uniformity, and changing the increment of the screw pitch per turn, from 0.004 m to 0.01 m, results in a 1.04-fold decrease in the coefficient of mixing non-uniformity. The mixing non-uniformity coefficient for a regular conical screw is 1.38 times higher than the mixing non-uniformity coefficient for a corrugated conical screw within the investigated rotational frequency range of the screws, from 200 rpm to 270 rpm. Moreover, the productivity of the regular conical screw is 1.53 times higher. Modeling was carried out for a multifunctional screw conveyor equipped with a conical screw working element. The results showed that the maximum stresses are observed at the outlet end of the conical screw, reaching ≈ 34.5 MPa, and the maximum total displacements are 0.27 mm. It was found that the maximum displacements along the Z-axis are 0.15 mm and occur in the middle part of the spiral screw, where the spiral radius is 200 mm, corresponding to a helix angle φ=0.04. Visualization of the productivity calculation is provided, considering the increment of the screw pitch per turn, the inclination angle of the forming cone surface, the rotation frequency of the screw, and the height of the corrugations on the external diameter of the screw. An algorithm for a mathematical model has been developed, enabling a better understanding of the process of conveying and mixing bulk materials for each corresponding combination of input parameters using LINQ technology. Some promising designs of screw transport mechanisms with expanded technological capabilities have been presented, along with their research, which resulted in 9 patents for utility models in Ukraine. The annual economic benefit from using the multifunctional screw conveyor equipped with a screw working element manufactured from blanks obtained by winding methods amounts to 18,889 UAH. Опис: Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 133 «Галузеве машинобудування». – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2023. Sun, 01 Oct 2023 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42699 2023-10-01T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42585 Назва: Обґрунтування параметрів шнекових механізмів з еластичними змінними поверхнями для транспортування насіннєвих зернових матеріалів Автори: Станько, Андрій Ігорович; Stanko, A.I. Короткий огляд (реферат): Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 133 “Галузеве машинобудування”. – Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2023. Дисертація присвячена теоретичному обґрунтуванню і новому технічному забезпеченню вирішення наукового завдання, яке полягає у зниженні ступеня пошкодження насіннєвих зернових матеріалів при транспортуванні гвинтовими конвеєрами шляхом розроблення нових змінних гвинтових робочих органів з еластичними поверхнями і вибору раціональних конструктивних параметрів та режимів їх роботи. Проведено структурний синтез гвинтових робочих органів із еластичними поверхнями з метою пошуку конструктивних рішень для зменшення пошкодження зернових матеріалів при транспортуванні гвинтовими конвеєрами у порівнянні із традиційними жорсткими шнеками, використовуючи морфологічний аналіз з ієрархічним групуванням конструктивних ознак. Одержано декілька конструкцій гвинтових робочих органів, що відповідають меті синтезу, на які одержано патенти України на корисні моделі, зокрема з щіткоподібною гвинтовою частиною, з периферійною еластичною щіткоподібною частиною, із суцільною камероподібною частиною. Проведено теоретичні дослідження деформації волокон еластичних щіткоподібних гвинтових робочих органів при транспортуванні зернового матеріалу. Виведено та розв’язано числовим методом диференціальне рівняння для середньої лінії деформації декількох волокон еластичного щіткоподібного гвинтового робочого органу горизонтального та нахиленого гвинтового конвеєра із тихохідним режимом роботи під час транспортування сипкого матеріалу при коефіцієнті завантаження до 0,45. На основі проведеного розв’язку диференціального рівняння встановлено, що при зменшенні діаметра волокна від 2,3 мм до 1,7 мм для однакових зовнішніх навантажень відбувається деформація волокон на величину 5 мм. При збільшенні робочої частини волокон від 20 мм до 40 мм для однакових зовнішніх навантажень відбувається деформація волокон на величину 8,6 мм. Відтак використання волокон із більшою довжиною робочої частини знижує навантажувальну здатність еластичного щіткоподібного шнека, проте призводить до зменшення величини травмування насіннєвого зернового матеріалу, що транспортується. Проведено теоретичні дослідження параметрів взаємодії волокон еластичного щіткоподібного гвинтового робочого органу із зерновим матеріалом. Виведено рівняння рівноваги зернини в початковий момент контакту із волокнами еластичного щіткоподібного гвинтового робочого органу. Визначено кут контакту між зерниною та волокном гвинтового робочого органу. Виведено рівняння для знаходження допустимого зовнішнього навантаження на зернину, при якому величина прогину волокон не перевищує граничну величину, при якій забезпечується транспортування зернового матеріалу. Встановлено, що збільшення кута α контакту між зерниною та волокном призводить до зменшення значення зовнішнього навантаження Р. При куті α=90 град на зернину діють тільки сили тертя. Збільшення відстані l1 між центрами волокон круглого поперечного перерізу, що взаємодіють із зерниною, призводить до зменшення навантаження Р, при чому збільшення коефіцієнтів тертя µ1 та µ2 призводить до зростання навантаження Р. Суттєве зменшення навантаження Р спостерігається при l1, що дорівнює діаметру зернини. Визначено умову защемлення зернини між волокнами еластичного щіткоподібного гвинтового робочого органу та внутрішньою поверхнею кожуха. Встановлено, що збільшення кута α контакту між зерниною та волокном та відстані l1 між центрами волокон круглого поперечного перерізу призводить до збільшення ймовірності защемлення зернини між волокнами еластичного щіткоподібного гвинтового робочого органу. Для коефіцієнта тертя між зерниною та волокном µ1<0,5 кут α знаходиться в межах від 50 град до 90 град, а відстань l1 від 4 мм до 5 мм при радіусі зернини 2 мм. Визначено критичний кут контакту між зерниною і волокном та критичну відстань між центрами волокон круглого поперечного перерізу, при яких відбувається защемлення зернини. Встановлено співвідношення зазору між волокнами та діаметром зернини, при яких можливе защемлення зернини, з якого випливає, що чим більший коефіцієнт тертя µ1, тим менше таке співвідношення. Так для коефіцієнта тертя µ1=0,5 защемлення зернини можливе при співвідношенні зазору до діаметра зернини від 0,75, а для µ1=0,3 – від 0,89. Спроектовано та виготовлено дослідний зразок гвинтового конвеєра із можливістю використання різних діаметрів кожуха та змінних гвинтових робочих органів з еластичними поверхнями (суцільною камероподібною частиною, з периферійною еластичною щіткоподібною частиною, з щіткоподібною гвинтовою частиною), та з можливістю керування режимами роботи конвеєра за допомогою ПК через перетворювач частоти струму Altivar 71 з автоматичною візуалізацією та фіксацією отриманих результатів при дослідженні продуктивності транспортування та ступеня пошкодження насіннєвого зернового матеріалу після його переміщення в діапазонах частоти обертання гвинтового робочого органу від 0 до 511,2 об/хв, внутрішнього діаметра кожуха від 96 мм до 108 мм та кута нахилу конвеєра від 0º до 30º. Представлено результати експериментальних досліджень трьох різних типів гвинтових робочих органів з еластичними поверхнями, на основі статистичної обробки яких, за допомогою прикладного програмного забезпечення, встановлено емпіричні закономірності впливу конструктивних параметрів та режимів роботи гвинтових конвеєрів із змінними гвинтовими робочими органами з еластичними поверхнями на їх продуктивність та ступінь пошкодження насіннєвих зернових матеріалів при транспортуванні. Одержано такі результати. Продуктивність під час транспортування гвинтовим робочим органом з еластичною суцільною камероподібною частиною складала: для ячменю максимальна ­ 6,37 т/год., а мінімальна – 3,98 т/год.; для кукурудзи максимальна ­ 6,67 т/год., а мінімальна – 4,18 т/год. Збільшення частоти обертання гвинтового робочого органа n від 284 об/хв. до 511,2 об/хв. призводить до зростання продуктивності в 1,29 рази. При цьому збільшення діаметра кожуха від 96 мм до 108 мм забезпечує зростання продуктивності в 1,11 рази, а зміна кута нахилу конвеєра від 0 град до 30 град. призводить до спадання продуктивності в 1,12 рази. Продуктивність під час транспортування гвинтовим робочим органом з периферійною еластичною щіткоподібною частиною складала: для ячменю максимальна ­ 6,61 т/год, а мінімальна – 3,49 т/год.; для кукурудзи максимальна ­ 6,92 т/год, а мінімальна – 3,84 т/год. Збільшення частоти обертання гвинтового робочого органа n від 284 об/хв. до оптимальної частоти обертання призводить до зростання продуктивності в 1,25 рази для ячменю (від 430 до 440 об/хв.) та в 1,22 рази для кукурудзи (від 450 до 480 об/хв.). Продуктивність під час транспортування гвинтовим робочим органом з щіткоподібною гвинтовою частиною складала: для ячменю максимальна ­ 4,37 т/год, а мінімальна – 1,77 т/год.; для кукурудзи максимальна ­ 5,25 т/год, а мінімальна – 2,56 т/год. Збільшення частоти обертання гвинтового робочого органа n від 284 об/хв. до 470…480 об/хв. призводить до зростання продуктивності в 1,25 рази. При цьому збільшення діаметра кожуха від 96 мм до 108 мм забезпечує зростання продуктивності в 1,36 рази для ячменю та в 1,29 рази для кукурудзи, а зміна кута нахилу конвеєра від 0 град до 30 град. призводить до спадання продуктивності в 1,54 рази для ячменю та в 1,36 рази для кукурудзи. Встановлено, що максимальна величина ступеня пошкодження зерна кукурудзи при транспортуванні гвинтовими робочими органами з еластичними суцільними камероподібними частинами складала 0,26%, при транспортуванні гвинтовими робочими органами з периферійною еластичною щіткоподібною частиною ­ 0,25%, а при транспортуванні гвинтовими робочими органами з гвинтовими робочими органами з щіткоподібною гвинтовою частиною ­ 0,24%. Травмування кукурудзи при її переміщенні шнеками з суцільним камероподібним елементом та периферійною еластичною щіткоподібною частиною є нижчою в 4,06… 4,32 рази, а при використанні шнека з щіткоподібним елементом є нижчою в 4,5 рази, ніж при використанні звичайних жорстких шнеків. Збільшення частоти обертання гвинтового робочого органа n від 284 об/хв. до 511,2 об/хв. призводить до зростання ступеня пошкодження зерна кукурудзи в 1,55 рази. Розроблені конструкції гвинтових конвеєрів оснащених гвинтовими робочими органами із еластичними поверхнями та інших видів гвинтових конвеєрів захищені дев’ятьма патентами України на корисні моделі, а гвинтовий конвеєр з еластичною щіткоподібною поверхнею, що виготовлений на основі патенту України № 150968, пройшов успішні промислові випробування у Селянському фермерському науково­виробничому господарстві «Коваль». Річний економічний ефект від використання дослідного зразка склав 6870 грн.; Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences in specialty 133 "Industrial engineering". ­ Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, 2023. The thesis is devoted to the theoretical foundations and new technical support for solving the scientific task, which consists in reducing the degree of damage to seed grain materials during transportation by screw conveyors by developing new variable screw working bodies with elastic surfaces and choosing rational design parameters and modes of their operation. A structural synthesis of screw working bodies with elastic surfaces was carried out in order to reduce damage to grain materials during transportation by screw conveyors in comparison with traditional rigid screws, using morphological analysis with hierarchical grouping of structural features. Several designs of screw working bodies corresponding to the purpose of synthesis were obtained, for which patents of Ukraine for useful models were obtained, in particular with a brush­like helical part, with a peripheral elastic brush­like part, with a continuous chamber­like part. Theoretical studies of the deformation of elastic brush­like screw working bodies fibers during the transportation of grain material have been carried out. The differential equation for the mean line of several fibers deformation of an elastic brush­like screw working body of a horizontal and inclined screw conveyors with a low­speed mode of operation during transportation of bulk material at a loading factor of up to 0.45 was derived and solved numerically. Based on the solution of the differential equation, it was established that when the fiber diameter decreases from 2.3 mm to 1.7 mm for the same external loads, the fibers are deformed by 5 mm. When the working part of the fibers is increased from 20 mm to 40 mm for the same external loads, the fibers are deformed by 8.6 mm. Therefore, the use of fibers with the longer length of the working part reduces the load capacity of the elastic brush­like auger, but leads to a decrease in the amount of damage to the seed grain material being transported. Theoretical studies of the parameters of the interaction of the fibers of the elastic brush­like screw working body with the grain material have been conducted. The equation of the grain equilibrium at the initial contact moment with the fibers of the elastic brush­like screw working body is derived. The contact angle between the grain and the fiber of the screw working body is determined. An equation is derived for finding the permissible external load on the grain, at which the amount of fiber deflection does not exceed the limit value at which the transportation of the grain material is ensured. It was established that an increase in the contact angle α between the grain and the fiber leads to a decrease in the value of the external load P. At an angle α=90 degrees, only frictional forces act on the grain. An increase in the distance l1 between the centers of round cross­section fibers interacting with the grain leads to a decrease in the load P, while an increase in the friction coefficients µ1 and µ2 leads to an increase in the load P. A significant decrease in the load P is observed at l1, which is equal to the diameter of the grain. The condition of grain chocking between the fibers of the elastic brush­like screw working body and the inner surface of the casing is determined. It was established that an increase in the contact angle α between the grain and the fiber and the distance l1 between the centers of the fibers of a circular cross­section leads to an increase in the probability of the grain being chocked between the fibers of the elastic brush­like helical working body. For the friction coefficient between grain and fiber µ1 <0.5, the angle α is in the range from 50 degrees to 90 degrees, and the distance l1 is from 4 mm to 5 mm with a grain radius of 2 mm. The critical angle of contact between the grain and the fiber and the critical distance between the centers of the fibers of round cross­section, at which the chocking of the grain occurs, were determined. The ratio of the gap between the fibers and the diameter of the grain, at which chocking of the grain is possible, is established, from which it follows that the greater the friction coefficient µ1, the smaller this ratio is. Thus, for a friction coefficient of µ1=0.5, chocking of the grain is possible when the ratio of the gap to the diameter of the grain is from 0.75, and for µ1=0.3 – from 0.89. A prototype of a screw conveyor with the possibility of using different casing diameters and variable screw working bodies with elastic surfaces was designed and manufactured (with a continuous chamber­like part, with a peripheral elastic brush like part, with a brush­like screw part), and with the possibility of controlling the modes of the conveyor operation using a PC through the current frequency converter Altivar 71 with automatic visualization and fixation of the obtained results when studying the transportation performance and the degree of damage to the seed grain material after its movement in the ranges of the rotation frequency of the screw working body from 0 to 511.2 rpm, the inner diameter of the casing from 96 mm to 108 mm and the angle of the conveyor inclination from 0º to 30º. The results of experimental studies of three different types of screw working bodies with elastic surfaces are presented. For the screw conveyors with variable screw working bodies with elastic surfaces empirical equations for determining productivity and degree of seed grain materials damage during transportation are derived, which is based on the experimental results statistical processing with the help of application software. The following results were obtained. Productivity during transportation by a screw working body with an elastic continuous chamber­like part was: for barley, the maximum ­ 6.37 t/h, and the minimum ­ 3.98 t/h; for corn, the maximum is 6.67 t/h, and the minimum is 4.18 t/h. Increasing the rotation frequency of the screw working body n from 284 rpm. up to 511.2 rpm. leads to a 1.29 times increase in productivity. At the same time, an increase in the casing diameter from 96 mm to 108 mm provides a 1.11 times increase in productivity, and a change in the angle of inclination of the conveyor from 0 degrees to 30 degrees. leads to a decrease in productivity by 1.12 times. Productivity during transportation by a screw working body with a peripheral elastic brush­like part was: for barley, the maximum ­ 6.61 t/h, and the minimum ­ 3.49 t/h; for corn, the maximum ­ 6.92 t/h, and the minimum ­ 3.84 t/h. Increasing the rotation frequency of the screw working body n from 284 rpm. to the optimal rotation frequency leads to a productivity increase of 1.25 times for barley (from 430 to 440 rpm) and 1.22 times for corn (from 450 to 480 rpm). Productivity during transportation by a screw working body with a brush­like screw part was: for barley, the maximum ­ 4.37 t/h, and the minimum ­ 1.77 t/h; for corn, the maximum is 5.25 t/h, and the minimum is 2.56 t/h. Increasing the rotation frequency of the screw working body n from 284 rpm. up to 470...480 rpm. leads to a 1.25 times increase in productivity. At the same time, an increase in the casing diameter from 96 mm to 108 mm provides an increase in productivity by 1.36 times for barley and 1.29 times for corn, and a change in the inclination angle of the conveyor from 0 degrees to 30 degrees. leads to a 1.54 times decrease in productivity for barley and 1.36 times for corn. It was established that the maximum degree of damage to corn grain during transportation by screw working bodies with elastic continuous chamber­like parts was 0.26%, during transportation by screw working bodies with a peripheral elastic brush­like part ­ 0.25%, and during transportation by screw working bodies with a brush­like screw part ­ 0.24%. Damage to corn during its movement by augers with a solid chamber­like element and a peripheral elastic brush­like part is 4.06... 4.32 times lower, and when using an auger with a brush­like element, it is 4.5 times lower than when using conventional rigid augers. Increasing the rotation frequency of the screw working body n from 284 rpm. up to 511.2 rpm. leads to an increase in the degree of corn grain damage by 1.55 times. The developed designs of screw conveyors equipped with screw working bodies with elastic surfaces and other types of screw conveyors are protected by nine patents of Ukraine for useful models, and the screw conveyor with an elastic brush­like surface, manufactured on the basis of Ukrainian patent No. 150968, passed successful industrial tests in Country agricultural scientific and production farm "Koval". The annual economic effect from the use of the experimental sample amounted to 6,870 UAH. Mon, 11 Sep 2023 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/42585 2023-09-11T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/36521 Назва: Підвищення інтенсивності процесу та розроблення обладнання для перемішування компонентів Автори: Паньків, Юлія Юріївна; Pankiv, Y.Y. Короткий огляд (реферат): У дисертаційній роботі вирішено нове наукове завдання зниження енерговитрат процесу приготування рідкої опари шляхом дискретно імпульсного дозованого введення компонентів у зваженому стані та обґрунтування раціональних параметрів робочих органів змішувача. Зниження енергоємності процесу приготування рідкої опари досягається за рахунок інтенсифікації основних етапів і, як наслідок, скорочення часу її приготування.; In the dissertation work, the new scientific problem reduction of energy consumption of preparation process of liquid sponge by discrete-pulse dosed injection of components in a suspended state and substantiation of rational parameters of mixer working bodies is solved. Reducing the energy consumption of the liquid sponge preparation process is achieved by intensifying the main stages and, as a consequence, reducing its cooking time Wed, 01 Dec 2021 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/36521 2021-12-01T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/35808 Назва: Обгрунтування параметрів робочих органів гичкозбирального модуля Автори: Береженко, Євген Богданович; Berezhenko, E.B. Короткий огляд (реферат): У дисертаційній роботі вирішено нове наукове завдання зниження енерговитрат процесу збирання основного масиву гички коренеплодів шляхом розробки та обґрунтування раціональних параметрів робочих органів гичкозбирального модуля. Зниження енергоємності процесу досягається за рахунок одночасного поєднання операцій зрізування та переміщення зрізаної гички одним активним (роторний гичкоріз) і пасивним (направляючий канал) робочими органами.; In the dissertation work the new scientific problem of energy consumption reduction of root crops tops harvesting process is solved by development and substantiation of rational haulm gatherer working bodies parameters. Energy consumption is reduced by combining the cutting and moving operations of the cut-off tops with one active (rotary top cutter) and one passive (guide channel) working body. Mon, 26 Jul 2021 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/35808 2021-07-26T00:00:00Z http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/35189 Назва: Обґрунтування параметрів канатної системи малих складських приміщень для переміщення сільськогосподарських продуктів у тарі Автори: Никеруй, Юрій Степанович Короткий огляд (реферат): Дисертаційна робота присвячена підвищенню експлуатаційних показників канатних систем для завантаження малих складських приміщень сільськогосподарськими продуктами у тарі шляхом розроблення нових конструкцій механізмів та їх окремих елементів з обґрунтуванням раціональних параметрів.; The thesis under discussion is devoted to the increase of rope system performance for small warehouses loading with agricultural products in containers by means of the development of new design of mechanisms and their separate parts including the substantiation of the most efficient parameters. Sat, 01 May 2021 00:00:00 GMT http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/35189 2021-05-01T00:00:00Z