WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Повышение эффективности применения модульного чизельного плуга путем разработки к нему устройства для поверхностной обработки каменистых почв

На правах рукописи

Нисин Денис Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОДУЛЬНОГО ЧИЗЕЛЬНОГО ПЛУГА ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ К НЕМУ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ

Специальность 05.20.01

« Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

Автореферат диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2007

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук».

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Клейн Вячеслав Федорович.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

Валге Александр Мартынович,

ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии;

- кандидат технических наук

Щербаков Вячеслав Анатольевич,

Псковский ГПИ

Ведущая организация – ФГУ Северо-Западная МИС.

Защита состоится “12” ноября 2007 г. в 1100 часов на заседании диссертационного совета К 006.054.01 при ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии по адресу: 196625, Санкт-Петербург, п.о. Тярлево, Фильтровское шоссе, 3, факс (812) 466-56-66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.

Автореферат разослан “____” октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Черей Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Значительное увеличение стоимости энергоресурсов вызывает необходимость поиска путей снижения энергоемкости почвообработки. Одним из центральных мест в данной проблеме занимает совершенствование конструкций рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, повышающих качество работы при минимальных затратах труда на единицу полученной продукции.

В практике сельского хозяйства отвальная вспашка в основном проводится на глубину 20-22 см, только на отдельных высоко плодородных участках- 25- 27 см. При многолетней обработке почвы на одну и ту же глубину образуется так называемая плужная подошва. В связи с тем, что чизельных плугов для разрушения плужной подошвы в хозяйствах еще недостаточно, рыхление подпахотных горизонтов проводится редко. В результате этого резко ухудшается воздушный режим почвы, снижается водоемкость, воздухоемкость и водонепроницаемость почвенного профиля.

На почвах с мощным гумусовым горизонтом чизелевание проводят через 3…4 года, на маломощных почвах с резким ухудшением агрофизических и агрохимических свойств – через 2…3 года.

В связи с малой годовой загруженностью чизельных плугов, появляется необходимость проводить исследования по повышению эффективности их использования.

Эффективное использование модульного чизельного плуга может быть достигнуто путем разработки комбинированного модульного чизельного агрегата, совмещающего в себе выполнение нескольких технологических операций.

Цель исследования. Целью работы является разработка и теоретическое обоснование устройства к модульному чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50 (конструкции СЗНИИМЭСХ) для поверхностной обработки каменистых почв.

Объектом исследования является экспериментальный образец модульного чизельного плуга с исследуемыми устройствами для поверхностной обработки каменистых почв.

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована эффективность использования устройства для поверхностной обработки каменистых почв, крепящегося непосредственно к каждому рабочему органу модульного чизельного плуга для засоренных камнями почв. Исследованы силы, действующие на рабочие органы модульного чизельного плуга и устройства для поверхностной обработки каменистых почв при обходе препятствия по сложной пространственной траектории.

Практическая значимость работы. Предложена конструкция устройства для поверхностной обработки каменистых почв к модульному чизельному плугу, позволяющая максимально приблизить центр масс агрегата к трактору, улучшить работу предохранительных устройств плуга

при обходе препятствия и повысить качество обработки каменистых почв. Результаты исследований использованы при создании устройства для поверхностной обработки каменистых почв к модульному чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50.

Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в статье журнала «Техника в сельском хозяйстве» №4 2007 г. и доложены на конференциях ГНУ СЗНИИМЭСХ 2006-2007 г.г..

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано три печатных работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационный материал изложен на 149 страницах машинописного текста, в котором помещены 18 таблиц, 74 рисунка. Состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 87 наименований, из которых один на иностранном языке, и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные положения работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проанализированы исследования о применении различных конструкций устройств для поверхностной обработки каменистых почв к чизельным орудиям. В настоящие время накопилось большое количество трудов в области чизелевания почвы. Существенный вклад в развитие почвообрабатывающих орудий в этом направлении сделан В. С. Жегаловым, Л. И. Воробьевым, С. П. Бубликом, Н. П. Зволинским, А. К. Кострициным, В. А. Юзбашевым, И. М. Пановым и другими. Проведен обзор, в котором представлены орудий для совмещения чизельной и поверхностной обработки каменистых почв включающих в себя чизельно-дисковые, чизельно-катковые, чизельно-бороновальные и другие конструктивные типы комбинированных агрегатов. Анализ конструкций комбинированных агрегатов, совмещающих чизельную и поверхностную обработку почвы, позволяет отметить, что большинство технических решений устройств для поверхностной обработки каменистых почв разработано к чизельным плугам общего назначения, что не учитывает характерные для Нечерноземной зоны условия и, в первую очередь, наличие почв засоренных камнями.

На основании изложенного сформулированы следующие задачи исследований:

– провести анализ известных чизельных орудий и определить направление совершенствования технологического процесса обработки почвы;

– разработать и обосновать основные конструктивно-технологические параметры рабочих органов устройства для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу;

– обосновать способ крепления устройства для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу;

– исследовать процесс силовых взаимодействий препятствия и грядиля модульного чизельного плуга с рессорным предохранительным механизмом, на котором закреплено устройство для поверхностной обработки каменистых почв;

– экспериментально изучить влияние типа и параметров устройства для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу на агротехнические показатели его работы;

– изыскать оптимальный тип приспособления для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу и определить его энергетические показатели в совместной работе с плугом;

– в хозяйственных условиях провести производственную проверку модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв;

– дать технико-экономическую оценку эффективности применения разработанного устройства к чизельному плугу на операции предпосевной подготовки.

Во второй главе «Теоретические исследования по обоснованию выбора устройства для поверхностной обработки каменистых почв к модульному чизельному плугу» обоснован выбор способа крепления устройства для поверхностной обработки каменистых почв к модульному чизельному плугу.

Проведена проверка проектируемой сельхозмашины на грузоподъемность навесного устройства трактора и продольную устойчивость агрегата.

При выборе способа крепления устройства для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу, было рассмотрено два варианта:

1. крепить устройство к раме плуга сзади (рис. 1 а);

2. крепить устройство к каждому грядилю плуга (рис. 1 б).

Графо-аналитический расчет грузоподъемности навесного устройства при навеске орудия произведен по методу рычага Н. Е. Жуковского, т. е. пользуясь построением повернутого на 900 плана скоростей конкретного механизма и перенесением на него (в масштабе плана скоростей) действующих сил.

Согласно расчетов, гидроцилиндр навесного устройства трактора Т-150К не поднимет агрегат в транспортное положение, при размещении единой конструкции устройства для поверхностной обработки каменистых почв сзади модульного чизельного плуга (рис. 1 а) перпендикулярно движению.

Для равномерного распределения массы устройства по раме модульного чизельного плуга, надежности устройства в работе при встрече с препятствием, нами было предпринято крепить его к каждому грядилю.

а

б

Рис. 1. Способ крепления устройства к модульному чизельному плугу: а - крепление

устройства сзади плуга, б - крепление устройства к каждому грядилю плуга

Для равномерного распределения массы устройства по раме модульного чизельного плуга, надежности устройства в работе при встрече с препятствием, нами было предпринято крепить его к каждому грядилю.

Кроме того, такое крепление позволяет использовать чизельный плуг, как модульный, т.е. с различным количеством рабочих органов и с различными тракторами.

Для колесных навесных агрегатов критерием продольной устойчивости служит коэффициент использования запаса продольной устойчивости трактора хн, представляющий собой отношение опрокидывающего момента, создаваемого весом навесного орудия, поднятого в транспортное положение, к моменту, способному вызвать отрыв от земли передних колес трактора, находящегося в горизонтальном положении:

, (1)

где

, (2)

, (3)

Продольная устойчивость и удовлетворительная управляемость навесного агрегата будут обеспечены при . В нашем случае хн меньше допустимого.

Теоретическое обоснование работы предохранительного устройства модульного модульного чизельного плуга. Работа предохранительных механизмов, у которых при обходе препятствия в продольно-вертикальной плоскости вокруг горизонтального шарнира, изучена в трудах Е.И. Давидсона, В.И. Вайнруба, И.М. Панова, Л.Х. Кима и других ученых.

При столкновении рабочего органа грядиля модульного чизельного плуга с препятствием, действие ударной силы Fs создает выглубляющий момент, которому противодействует давление Рр упругого элемента предохранителя (рессоры), силы инерции, силы трения в шарнирах рессорного и пружинного предохранительного механизма и рабочего органа плуга. На устройство, закрепленное на грядиль, в этот момент действует давление Рп пружинного предохранителя, которое выглубляет его частично из почвы, сила тяжести GУ устройства, и противодействует сила трения в шарнирах пружинного предохранительного механизма. Как видно из рисунков 2 а и 2 б, при встрече и обходе препятствия грядилем устройство для поверхностной обработки каменистых почв находится все время на земле и не препятствует, а даже за счет жесткости пружины предохранителя устройства в первый момент помогает выглублению грядиля из почвы. Исходя из этого, силой тяжести GУ устройства можно пренебречь.

Ударный импульс S, действовавший на рабочий орган в течение промежутка времени, является величиной конечной. Удары, возникающие при столкновении звеньев, входящих в одну механическую систему, не могут вызвать изменения скорости движения ее центра масс, поэтому моментом трения в шарнирах и моментом силы, удерживающей рабочий орган в заглубленном состоянии, можно пренебречь.

Учитывая, что w0 = 0, т. к. до удара рабочий орган имел прямолинейное движение, то момент ударной силы определится как:

, (4)

При столкновении рабочего органа грядиля модульного чизельного плуга с препятствием, рабочий орган выглубляется, скользя по поверхности этого камня (рис.2 б).

В зависимости от конфигурации поверхности камня происходит изменение угла по линии скольжения рабочего органа. Для упрощения расчета примем, что препятствие является клином с углом.

Для определения горизонтальной составляющей ударной силы Fsx, стремящейся повернуть грядиль вокруг шарнира О в соответствии с выражением (4), необходимо определить угловую скорость поворота w:

, (5)

где V – поступательная скорость агрегата; r0 – расстояние от оси вращения грядиля до носка долота; 0 – угол наклона r0 к вертикали; – угол поворота грядиля в плоскости xz.

 а б асчетная схема к-7

а

б

Рис. 2 Расчетная схема к определению ударных нагрузок в продольно-вертикальной

плоскости: а- момент встречи с камнем, б- момент скольжения по камню

Момент ударной силы относительно горизонтального шарнира О :

, (6)

где FSХ, FSZ – проекции силы FS на оси Х и Z; lFs, Н – расстояния от носка до шарнира в Х- и Z- проекциях.

В момент удара рабочего органа о препятствие i = 0, поэтому составляющая ударной силы определяется из приведенных ниже выражений:

, (7)

, (8)

Тогда ударная сила определится как:

, (9)

Выражение (9) отражает зависимость ударной силы FS от параметров препятствия и предохранительного механизма r0, lFs, 0.. Моделирование показало, что потери энергии при ударе значительны, а удар является не упругим.

После обхода препятствия рабочий орган заглубляется, занимая исходное положение, под действием силы PР, создаваемой упругим элементом предохранительного механизма. По выражению (10) можно определить усилие, действующее со стороны рессоры на рабочий орган:

, (10)

где RП – усилие, необходимое для преодоления сил сопротивления почвы; GР.У.общ. – заглубляющие усилие, создаваемое весом рабочего органа грядиля с устройством для поверхностной обработки почвы; LР – плечо действия рессоры; LRп – плечо действия RП; rC – расстояние от оси вращения грядиля до точки заглубляющего усилия, которое создается за счет веса рабочего органа.

Полученные результаты теоретического исследования ударного процесса показали, что энергия рассеивания удара зависит от скорости движения грядиля модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, момента инерции относительно шарниров грядиля, формы препятствия, величины нагрузки со стороны упругих элементов предохранителя и силы тяжести грядиля с устройством.

Представлена информационная модель функционирования модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

Объектом исследования является чизельный плуг с устройством для поверхностной обработки каменистых почв. На рис. 3 представлена исходная информационная модель такого плуга с устройством, где входными воздействиями являются: V(t)- поступательная скорость перемещения плуга с устройством в почве, В(t)- ширина захвата плуга, а(t)- глубина обработки почвы, R(t)- сопротивление почвы, (t)- влажность почвы; Т(t)- твердость почвы; Y(t)- степень засоренности камнями. Входные воздействия влияют на сопротивление рабочей машины, а также на технико-экономические показатели.

Параметры V(t), а(t), В(t) являются регулируемыми и не случайными во времени, а остальные являются случайными.

Важным входным воздействием в данной модели функционирования является сопротивление почвы R(t). Его величина определяется состоянием почвы, ее влажностью, физико- механическими свойствами и др. Для оценки сопротивления R(t) используют обобщенный показатель физико-механических свойств в виде твердости Т(t)

Технологический показатель N(t) определяет выполнение технологической операции обработки почвы, которая включает в себя систему минимально допустимых величин показателей качества обработки почвы.

Величина M(t) определяет затраты энергии на получение необходимой величины технологического показателя качества.

Чизельный плуг с

устройством для

поверхностной обработки

каменистых почв

Рис. 3 Информационная модель модульного чизельного плуга с

устройством для поверхностной обработки почвы

Случайные параметры являются неуправляемыми, поэтому их влияние на выходные показатели не рассмотрено.

Если обозначить ограничение технологического показателя качества обработки через [N(t)], то критерий оптимизации можно сформулировать следующим образом: обеспечение минимального тягового сопротивления при соблюдении заданного качества обработки:

при N(t) [N(t)], (11)

Данная модель позволяет разработать методику обоснования параметров модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» описаны конструкции лабораторно-полевых установок, конструкции экспериментальных устройств для поверхностной обработки каменистых почв, приборы, оборудование используемые при исследованиях, а также изложена программа экспериментальных исследований.

Объектами исследования являлись однокорпусная лабораторно- полевая установка (рис. 4, б) в агрегате с трактором МТЗ-82 и агрегат, составленный из трактора Т-150К или МТЗ 2022.3 и модульного чизельного плуга типа ПКЧ-(4+1)-50 (рис. 4, а) с изменяемой шириной захвата (конструкция СЗНИИМЭСХ).

2

4

б

а

Рис. 4 Схема установок: а – экспериментальный образец плуга, б – однокорпусная лабораторно-полевая установка, где 1 – рама; 2– опорное колесо; 3 – навесное устройство; 4 – рабочий орган; М = 0,5 м, 0 = 400

Планом предусматривалось выполнение следующих работ:

1. Изготовление экспериментальных рабочих органов;

2. Проведение сравнительных агротехнических лабораторно-полевых исследований работы экспериментальных устройств для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу и выявление лучшего;

3. Проведение исследований работы предохранительного механизма грядиля модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв;

4. Определение тяговых показателей модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, являющимся лучшим по агротехническим показателям из исследованных;

5. Определение технико-эксплуатационных показателей модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

По результатам поисковых исследований и анализа технических средств для совмещения операций чизельной и поверхностной обработки каменистых почв рациональными были признаны конструкции устройств диско-бороновального типа. В соответствии с этим в качестве объектов исследования было принято три типа конструкции устройств для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу (рис. 5, №1, №2, №3).

№1 №2

№3

Рис. 5 Конструкционная схема устройств для поверхностной обработки каменистых почв к модульного чизельного плуга: №1, №2, №3 – типы устройств; 1 – грядиль; 2 – пружина; 3 – трубчатый каток; 4 – пружинная борона; 5 – скоба; 6 – зубовая борона; 7 – дисковая секция

В программе экспериментальных исследований приведены частные методики по определению агротехнических, энергетических и технико- эксплуатационных показателей модульного чизельного плуга типа ПКЧ-(4+1)-50 с исследуемыми устройствами для поверхностной обработки каменистых почв. Агротехническую оценку определяли по СТО АИСТ 4.1-2004, СТО АИСТ 4.2-2004, СТО АИСТ 10 4.6-2003, ОСТ 10 2.2-2002.

Однокорпусная лабораторно-полевая установка с устройством для поверхностной обработки каменистых почв была оснащена динамометрической автосцепкой к тракторам класса 1,4 (МТЗ-82). При помощи её определялась горизонтальная составляющая тягового сопротивления однокорпусной лабораторно-полевой установки с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

При определении энергетических показателей был применен метод рационального планирования эксперимента. Входные факторы, их уровни и интервалы варьирования выбирались на основании теоретических исследований, предварительных опытов и литературных данных.

Для регистрации и записи сигналов, поступающих с тензометрических датчиков автосцепки, использовался комплект аппаратуры, размещенный автономно в тракторе. Комплект состоял из: измерительного блока (архив, реле), конвертера, переносного персонального компьютера. Все данные в режиме реального времени записывались в виде таблицы программы Microsoft Exel.

Статистическую обработку данных проводили на ЭВМ с использованием электронных таблиц Microsoft Exel и статистической графической системы STATGRAPHICS Plus 5.1 for Windows

Для лабораторных исследований предохранительного устройства использовали однокорпусную лабораторно-полевую установку с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

Конструкция лабораторно- полевой установки с устройством позволяла при помощью тензодатчиков регистрировать вертикальную RZ и горизонтальную RX составляющие силы, действующей на носок грядиля при столкновении и обходе препятствия. Высота подъема грядиля регистрировалась по показаниям реохордного датчика ДОС- 800А. Путь пройденный агрегатом измеряли при помощи индукционного датчика. Все датчики соединялись с усилителем ТОПАЗ-4-01 и осциллографом Н-700. Обработка материалов, полученных во время опытов, проводилась статистическими методами на ЭВМ с использованием электронных таблиц Microsoft Exel и статистической графической системы STATGRAPHICS Plus 5.1 for Windows.

В четвертой главе «Результаты исследований» приведены результаты лабораторных полевых исследований. Дан их краткий анализ.

Агротехническая оценка работы модульного чизельного плуга с исследуемыми устройствами диско- бороновального типа проведена на Северо- Западной МИС Ленинградской области. Почва- дерново-слабо-подзолистый легкий суглинок. Средняя твердость в зависимости от горизонта изменялась в пределах 1,4… 5,1 МПа, влажность 16,8… 27,8 %.

В таблице 1 приведены числовые характеристики поперечного профиля поверхности поля после прохода модульного чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-5 с устройством и без (агрофон – поле после уборки картофеля; mx = 3,4 см ; х = 3,1 cм)

Анализируя совместную работу грядиля модульного чизельного плуга с исследуемыми устройствами для поверхностной обработки каменистых почв, можно подвести итог:

– агротехнические показатели исследуемого устройства №1 к чизельному плугу не удовлетворяют установленным нормам по поверхностной обработке каменистых почв;

– агротехнические показатели исследуемых устройств №2 и №3 удовлетворяют требованиям поверхностной обработки каменистых почв.

Числовые характеристики поперечного профиля Таблица 1

Показатели Варианты опыта
плуг ПКЧ-(4+1)-5 без устройства Плуг ПКЧ-(4+1)-5 с устройством
Устройство №1 Устройство №2 Устройство №3
Максимальная высота неровностей, h, см 8,9 3,9 2,8 1,4
Средняя высота неровностей mx = xср, см 2,42 2,07 1,24 0,7
Среднее квадратическое отклонение высоты неровностей, х, см 2,2 1,9 1,1 0,6
Вероятность сохранения агротехнического допуска, Р 0,97/0,64 0,68 0,91 0,999

При сравнение агротехнических показателей исследуемых устройств №2 и №3, выявлено, что исследуемое устройство №2 лучше устройства №3 по качеству крошения почвы на 4%, но хуже по гребнистости в два раза.

В системе обработки почвы необходимо после отвальной вспашки и культивации предусмотреть выравнивание поверхности специальными рабочими органами. Применяемые с этой целью планировщики, зубовые и пружинные бороны некачественно выравнивают поле и требуют больших затрат энергии. Наилучшие агротехнические показатели при выравнивании и уплотнении почвы перед посевом достигаюся при применении диско-каткового типа. Каток создает уплотнение на глубину заделки семян, выравнивает поверхность, крошит крупные комки в верхнем слое почвы.

На основание приведенного, лучшим из исследуемых устройств было выбрано устройство №3.

В процессе лабораторно-полевых исследований была установлена зависимость тягового сопротивления грядиля модульного чизельного плуга с устройством №3 от скорости движения и глубины обработки на поле после уборки картофеля (рис 6, 7).

Получена математическая модель зависимости сопротивления плуга от скорости движения и глубины обработки, полученная в ходе экспериментальных исследований, где факторы представлены в кодированном виде:

Р=-1,211-0,044*Х1+0,083*Х2+0,002*Х12+0,018*Х1*Х2-0,001*Х22, (12)

где фактор Х1 – скорость обработки; фактор Х2 – глубина обработки.

Знак «плюс» свидетельствует о том, что с увеличением значения фактора величина отклика возрастает. Чем больше значение фактора, тем сильнее его влияние.

Рис. 6 Зависимость тягового сопротивления Р чизельной стойки с устройством №3 от

скорости движения и глубины обработки: 1 – при глубине обработки 35 см;

2 – при глубине обработки 30 см; 3 – при глубине обработки 25 см

Х2

Х1

Рис. 7 Контуры сечений поверхностей отклика:

фактор Х1 – скорость обработки; фактор Х2 – глубина обработки

Анализируя графики (рис. 6), можно отметить, что изменение тягового сопротивления грядиля с устройством №3 при изменении глубины обработки составило: при V=9 км/ч – 24,7 %, при V=3 км/ч – 15,9% и при V=3 км/ч – 8,7%.

На графике (рис. 6, 7) характерно видно что, при увеличении скорости движения исследуемого агрегата и глубины обработки почвы, тяговое усилие возрастает. Фактор скорости движения исследуемого агрегата, в отличии от фактора глубины обработки почвы, на 14% существеннее влияет на тяговое усилие исследуемого агрегата.

Результаты исследований предохранительного устройства. Силовая характеристика кинематической схемы предохранительного механизма лабораторно- полевой установки №1 с устройством, построенная графо- аналитическим способом, аналогична характеристике при статическом нагружении.

Сила Fs удара по результатам лабораторных опытов зависит от НПР высоты препятствия, V скорости столкновения с препятствием и Рр давления (натяжения) рессоры. Производили кодирование факторов, где Х1 соответствовало натуральному значению НПР высоты препятствия, Х2 соответствовало значению V скорости столкновения с препятствием и Х3 соответствовало значению Рр давления (натяжения) рессоры. После обработки опытных данных получены зависимости силы удара от скорости, высоты препятствия и натяжения рессоры предохранителя грядиля модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв:

, (13)

, (14)

, (15)

По результатам опытов было рассчитано уравнение регрессии

, (16)

где фактор Х1 – высота препятствия HПР; фактор Х2 – скорость столкновения с препятствием V; фактор Х3 – значение давления Рр (натяжения) рессоры

Результаты исследований дают основание считать, что при столкновении препятствия и рабочего органа грядиля модульного чизельного плуга с устройством, устройство для поверхностной обработки каменистых почв не мешает выглублению, обходу препятствия и заглублению. В момент удара рабочего органа о камень, пружинный предохранительный механизм устройства помогает выглублению. В момент заглубления рабочего органа грядиля, устройство под действием своей силы тяжести помогает заглублению.

Анализ кинематической схемы предохранительного механизма грядиля модульного чизельного плуга, проведенный с учетом статических нагружений и экспериментальных характеристик изменения усилий на рабочем органе нашел свое отражение в экспериментальном образце устройства для поверхностной обработки каменистых почв к модульному чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50.

Результаты производственных полевых испытаний.

Цель испытаний – определение технико-эксплуатационных показателей модульного чизельного плуга в составе с лучшим, по агротехнической оценки, устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

Производственно-полевые испытания делились на две части:

– лабораторно- полевые испытания,

– производственные испытания.

Лабораторно-полевые испытания проводили на ФГУ СЗ МИС. Испытания проводили по зяби после операции – закрытия влаги. При глубине обработки 30 см, скорости 8,5 км/ч и ширине захвата 2,2 м, крошение почвы по содержанию фракций до 5 см составляла 100%. Гребнистость составляла 2,5 см.

Анализируя полученные результаты агротехнической оценки, можно сказать, что разработанное экспериментальное устройство к модульному чизельному плугу, в разы повышает эффективность его использования.

Модульный чизельный плуг в совместной работе с устройством для поверхностной обработки каменистых почв создает равномерное уплотнение на глубину заделки семян, оставляет на поверхности рыхлый мелкокомковатый слой почвы, уничтожает сорняки, создает условия для посева семян.

Производственные испытания проводили на полях Ленинградской области в хозяйстве ООО «МОРО-Агроцентр». Средняя производительность модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв составила 1,62 га в час при скорости обработки 8,2 – 8,7 км/ч.

В пятой главе «Экономическая эффективность использования модульного чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50 с устройством для поверхностной обработки каменистых почв» приведены результаты расчетов эффективности использования модульного чизельного плуга с устройством в технологическом процессе по подготовке почвы под посев зерновых культур.

Расчет экономической эффективности использования проведен в соответствии с общепринятой методикой оценки результатов научно- исследовательских работ.

Экономический эффект от использования модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, в технологическом процессе подготовки почвы под посев, достигается за счет уменьшения расходов в лимитной цене, на горючее, реновацию, текущий и капитальный ремонты. Уменьшить эти расходы позволила лимитная цена и сокращение операций применяемых в технологическом процессе подготовки почвы под посев зерновых культур.

При лимитной цене 200 000 руб. и нормативной загрузке модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв 400 га экономический эффект от использования составит 79567 руб. Экономический эффект на 1 га составляет 199 руб (в ценах 2007 года).

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Теоретически и экспериментально подтвержден выбор способа крепления устройства к модульному чизельному плугу.

Навесное устройство к чизельному плугу для поверхностной обработки каменистых почв должно быть максимально приближено к гидравлической сцепки трактора, равномерно распределяться по раме плуга для сохранения

продольной устойчивости трактора и обладать незначительной металлоемкостью (до 200 кг/м).

2. Разработана математическая модель соударения препятствия и рабочего органа грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв. Математическая модель позволяет представить процесс столкновения и обхода препятствия рабочим органом с устройством. При моделировании ударного процесса (при V = 0,8…2,2 м/с;

= 300…700) обосновано, что параметр lFs должен быть не менее 0,7 м. Силовые характеристики кинематической схемы предохранительного устройства полученные экспериментально (уравнение 16), нашли свое отражение в схеме конструкции устройства для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50. Результаты экспериментальных исследований дают основание считать, что при столкновении препятствия и рабочего органа грядиля чизельного плуга с устройством, устройство для поверхностной обработки каменистых почв помогает выглублению и заглублению.

3. Разработана информационная модель чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, учитывающая скорость перемещения рабочих органов в почве V(t), его ширину захвата Ва(t), глубину обработки почвы а(t), сопротивление почвы R(t), влажность почвы (t), твердость почвы (t), степень засоренности камнями G(t). Информационная модель позволила выявить доминирующие факторы влияющие на работу грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв.

4. Результаты лабораторно-полевых исследований экспериментальных устройств к чизельному плугу, проводимых на ФГУ СЗ МИС, показали, что конструкция устройства №3, состоящие из дисковой секции и трубчатого катка, обеспечивает лучшие агротехнические показатели из сравниваемых вариантов. После прохода чизельного плуга с устройством №3, агротехнические требования выдерживаются не менее, чем на 99,9 % площади обрабатываемого участка, что на ~ 9 % больше, чем в сравниваемых вариантах.

5. Определена оптимальная рабочая скорость 8,5 км/ч, обеспечивающая максимальную производительность агрегата за час основного времени при соответствующей ширине захвата.

6. На основании результатов исследований было изготовлено устройство к модульному чизельному плугу для поверхностной обработки каменистых почв. Разработанное устройство для поверхностной обработки каменистых почв повышает эффективность использования чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50. Например, чизельный плуг ПКЧ-(4+1)-50 с устройством для поверхностной обработки каменистых почв может выполнять предпосевную обработку каменистых почв под посев наиболее отзывчивых к этой обработке зерновых культур.

7. Полученная комбинированная машина позволяет снизить трудоемкость при возделывании с. х. культур и улучшить качество обработки почвы. При нормативной загрузке чизельного агрегата ожидаемый годовой экономический эффект от использования результатов научно- исследовательских работ составляет 199 руб. на 1 га (в ценах 2007 года).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Нисин Д.С. Комбинированный глубокорыхлитель для обработки почв, засоренных камнями // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства: Сб. научн. тр. – СПб.- СЗНИИМЭСХ- 2006. – Вып. 78. – с. 85-90

2. Клейн В.Ф., Нисин Д.С. Устройство для обработки каменистых почв к чизельному плугу // Техника в сельском хозяйстве. – 2007. – № 4 – с. 34-35

3. Клейн В.Ф., Волков А. Е., Нисин Д.С. Модульный комбинированный глубокорыхлитель // Экология и сельскохозяйственная техника / М-лы 5-ой МНПК. Т.2 Экологические аспекты производства продукции растениеводства, мобильной энергетики и сельскохозяйственных машин. – С. – Пб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2007. – с. 165-177

Ртп. СЗНИИМЭСХ Заказ № Подписано к печати “____” __________ 2007

Объем 1 печ.л. Тираж 75 экз.



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.