автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Интенсификация технологических процессов возделывания картофеля активными рабочими органами

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕШЬСИИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЗЛЕК1РШШЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НЕЗЕРНОЗЕМНОЙ ЗСНЫ СССР

На правах рукописи

. ЛОВКИС ЗЕНСН ВАЛЕНТИНОВИЧ

' УДК 631.3.01-82:635.21

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕШ АКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МИНСК 1990

Работа выполнена в Белорусском институте механизации сельского хозяйства (БШСХ). '

Научный консультант: академик ВАСХНИЛ,заслуженный деятель науки и техники БССР, доктор технических наук,профессор Назаров С.И.

Официальные олпонёнты: доктор технических наук,профессор Дмитриев А.Ы.

доктор технических наук,профессор Кленин Н.И.

доктор технических наук,профессор Сорокин А. к.

Ведущее предприятие: Всесоюзный ор\'>на Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства-(ВИМ).

Защита диссертации состоится "_"_ 1990 г.

в 10 часов на заседании специализированного совета Д. 122.05.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при ЦНИИМЭСХ Нечерноземной зоны СССР (220610, Минск-4' ■Кнорина, I).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "_"_:_ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

И.И. Пиуновский

ОБЩАЯ X АРЛгСТЕР! 1С ТИКА РАБОТЫ

Аа ту ал ьн ос т ь пр о б лемы. Успешное решение поставленной перед аграрным комплексом задачи по устойчивому снабжению населения картофелем возможно только путем повышения количества и качества урожая, составными частями которого являются:' технология, состояние почвы и сортность культур. Учитывая высокие трудоемкость производства картофеля и удельную металлоемкость системы машин для возделывания картофеля по сравнению с другими сельскохозяйственны!.« культурами, многократность проходов и значительное переуплотнение почвы, сникающие урожайность на 20...30%, дальнейшее развитие механизации в картофелеводстве должно сопровождаться сокращением затрат энергии, повышением производительности и качества выполняемых работ. При возделывании и уборке картофеля технологиям! предусмотрено использование множества машин, в том числе для внесения удобрений, основной и поверхностной обработки почвы, нарезки гребней, рыхления междурядий, уборки ботвы и картофеля, рабочие органы которых взаимодействуют с неоднородными органо-минеральнмми средами. Для повышения производительности и качества выполнения технологических процессов при возделывании картофеля, увеличения урожайности необходимы эффективные меры.

Решению поставленной научно-технической проблемы на основе изучения неоднородных сред, научной разработки способов их рыхления и активных рабочих органов, построенных на новых принципах исследования "среда-рабочий орган-технологический процесс" при возделывании и уборке картофеля и посвящена настоящая работа. Рассматривая ее результаты в свете важнейших народнохозяйственных задач, следует отметить актуальность и экономическую значимость.

Работа выполнялась в 1972-1980 гг. в Московском институте инженеров сельскохозяйственного производства им. В.П. Горячкина и в 1981...1909 гг. в Белорусском институте механизации сельского хозяйства в рамках межотраслевой целевой комплексной программы по совершенствованию техники, используемой в сельскохозяйственном производстве, на основании заданий Государственного комитета по науке и технике при Совете Министров СССР (проблема 051.12), Республиканской научно-технической программы (51.05.Р) по заданию 03 "Разработать и внедрить технологические процессы в средства механизации возделывания картофеля" и плана НИР.ЕИМСХ.

L работе использованы отдельные фрагызнты частных задач и исследований аспирантов Анципюка В., Бендеры И.Н., Герука С.Н., Красноруцкого Н.В., лашука А.Д., Лахмакова B.C., Орлова U.E., Оскирко С.И., проводимых совместно и под научным руководством автора.

Цель работы - интенсификация технологических процессов воздействия на неоднородные сельскохозяйственное среды имеющих место при возделывании и уборке картофеля, а также разработка hodi:< методов и технических средств для их реализации на основе активных рабочих органов с регулируемым гидроприводом.

Для выполнения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Изучены физико-механические свойства и напряженно-деформированное состояние неоднородных сред имеющих место при возделывании картофеля, разработана мето-.чка оценки их однородности, как функция способа повышения ик .•ифмкадаи их рыхления.

2. Обоснованы способы повышения ефа- ;smo- • t воздействия на почвенно-органические среды, разра ;. ■ ' этические модели, научные и практические рекоыендащ:. • ■ -.ру оптимальных параметров активных рабочих органов при . --вании картофеля.

3. Разработаны технологические схемы машин с использованием зл— липсных рабочих органов обеспечивающих повышение производительности и качества.

4. Разработаны теоретические основы использования гидропривода •активных рабочих органов, как средства их аффективного использования при регулировании технологического процесса.

5. Обоснованы совместно с ГСКБ по мшинам для возделывания и

уборки картофеля макетные образцы машин на основе предложенных технологических решений, разработаны и внедрены отдельные рабочие органы и машины, даны рекомендации по их усовершенствованию.

6. ''Предложены составляющие интенсивной технологии возделывания

и уборки картофеля за счет использования эффективных энергосберегающих процессов, совмещения операций и активных рабочих органов.

• Объекты исследований - обрабатываемая среда, машины, технология и средства для возделывания и уборки картофеля, включающие в себя рабочие органы, взаимодействующие с органическими удобрениями при их внесении, с почвой при ее рыхлении и запасе удобрений, нареаке гребней, рыхлении междуршм!*. !5oir<ofl и к,-;-5нрми

при уборке (9 видов машин и II наименований работ). Показатели сравнивались с серийными г 'регатами и принятыми технологиями.

Хозяйственные исследования были проведены в 1974-89 гг. в хозяйствах Минской, Рязанской и Московской областей, на Западной МИС, Центральной МИС и ЛНИИС НАШ. Все исследования проводились согласно государственны!« координационным планам. Номера тем государственной регистрации:01850070432,04830029344,01824062463, 80023767 , 800237511, 79004548 и др.

Научная новизна. Теоретическое обобщение, разработка и практическая реализация методик, способов и средств интенсифицирующих технологии рыхления неоднородных сред при возделывании картофеля, что обеспечивает решение важнейших народнохозяйственных задач по повышению производительности, эффективности и качества сельскохозяйственных машин и составляет новое научное направление работы.

Научную новизну составляет методология и критерий сценки неоднородности обрабатываемых сред, модели и способы рыхления клубненосных сред, математическая модель и синтез рабочих элементов эллипсного исполнения, основанный на концепции качественного выполнения операций рыхления, выравнивания и измельчения. В результате исследований впервые обоснованы: кинематические и динамические параметры ЭРО; способы, критерии, показатели и методы оценки их работы; методы расчёта, испытаний и синтеза гидропривода активных рабочих органов. Научную новизну такие составляют представленные технологические схемы машин и их использование в технологии возделывания и уборки картофеля.

На основании проведенных исследований преда о,пени новне чие органы иашин для внесения удобрений, обработки почвы, образования гребней, уборки ботвы и клубней, обеспечивающие повышение производительности труда и высокое качество операций. Научная новизна защищена 22 авторскими свидетельствами и иолокгтрль~ ннми реаенияш на изобретения и открытия.

Практическую ценность работы представляют:

- методика определения однородности обрабатываемой среда и энергосберегающие способы обработки почвы, другой неоднородной сельскохозяйственно'.* среды;

- обоснование параметров актирных рабочих гадов 1' ЭРО д*г выполнения оен гвних операций роздал г ¡панн я и уборки кярто|а>ш;

- технологические схемы машин для возделывания и уборки картофеля с использованием ЗРО и гидропривода, рекомендации по выбору их рациональных параметров.

Реализация результатов исследований.

Рекомендации и конструкции активных рабочих органов и гидропривода роторного плуга и приспособление к чизельному плугу приняты к внедрению ПО "Одессапочяомаш". Предложенная конструкция активных рыхлителей-измельчителей органических удобрений принята к внедрению ПО "Бобруйскфермая" и реализована в конструкциях РОУ-б с хозяйствах Мядельского района, Минской области.

Предложенная автором конструкция активных рыхлителей-выравнивателей клубненосного слоя реализована в ГСКБ по машинам для возделывания и уборки картофеля (г. Рязань) и семи хозяйствах Глу-бокского рай сна, Витебской области.

Результаты исследований по оптимизации параметров интенсифи-каторов сепарации почвы, схемам и конструкциям гидропривода нашли отражение при разработке и внедрении в серийное производство картофелеуборочного комбайна ШК~3(2) на ПО "Рязсельмащ".

По результатам исследований разработана и апробирована в хозяйствах Минской, Витебской и Рязанской областей интенсивная технология возделывания и уборки картофеля с использованием машин с активными рабочими органами и гидроприводом.

Книга'Тидроприводы сельскохозяйственных малин" внедрена в учебный процесс ВУЗов страны. Отдельные конструкции экспонировались на ВД1Х БССР и СССР. Применение разработок позволяет снизить общие затраты на 25...30$, повысить производительность в 1,3... 2 раза, повысить урожайность на 12% и более. Народный экономический аффект от реализации результатов исследований составляет свыше 7 млн. руб.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях ШЙСП им. В.П. Гсрячкина, МИМЭСХ, УКрНИСХСМа, ЕСХА, БШСХ, Каменец-Подольского СХИ, Ташкентского ШМСХ, Свердловского СХИ, на научно-технических Советах ГСКБ ПО "Рязсельмаш", ГСКБ 110 "Одессапочвомаш", Госагропрома БССР в 1975-89 на Всесооэкис научно-технических конференциях в ВИСХСМ в 1978-89 гг., на секции западного отделения ВАСХНИЛ (г. Минск 19В9 г.).

Результаты работы рассмотрены и одобрены на расширенном совместном заседании координационно-экспертного Совета "Механизя-

ция и автоматизация технологических процесс«ь в раотеняеводстео и совершенствование мобильных ¡энергетических средств и сельхозмашин и кафедры "Теоретическая механика и теория механизмов и машин" БИМСХ в 19® г. и на заседании научно-технического Совета ЩИИМХХ Нечерноземной зоны СССР в 1990 г.

Публикация. Материалы диссертации опубликованы в 75 научных трудах общим объемом 24 п.л., получено 16 авторских свидетельств на изобретения и 6 положительных решений на предполагаемое изобретение, изданы 2 книги. Подробное изложение материалов по отдельным разделам работы дано в 12 научно-технических отчетах, прошедших государственную регистрацию.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 391 странице, состоит из введения, семя глав и общих выводов, содержит III рисунков, 23 таблицы, актов внедрения законченных разработок и приложений на 64 страницах. Список использованной литературы содержит 282 наименования, в тем числе 19 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, определены цель и основные вопросы, выносимые на защиту.

I. Обоснование научного направления, задачи исследований

В числе важнейших факторов, определяющих урожайность картофеля и характеризующих ту или иную технологии, являются селекционная работа, агротехнические факторы, средства механизации, технология и приемы возделывания.

При решении проблемы возделывания и уборки картофеля важно иметь полное первоначальное представление о свойствах обрабатываемых сред: "почва-минеральные включения", "почва-органические удобрения", "почва-клубни-ботва" и т.п., знание которых позволит проводить поиск эффективных способов и средств механизации. Необходимо достичь снижения переуплотнения почвы, исключить условия образования комков, нужен поиск способов рыхления и технических средств интенсифицирующих процессы воздействия на сложные неоднородные системы.

Качинский H.A., Бахтин II.У., Мильцев А.И. и многие другие, изучая гинетический и механически!'! соетавн почв, провели клае-сификацвч в основном по разнеринм ¿ракгдея?» песчачюс частик (елот-

ношение частиц, пылеватой фракции и глинистых частиц). Отдельно Митрофановым B.C., Мацепуро Ы.Е., Петровым Г.Д. и другими изучено влияние физико-механических свойств почвы на работу картофелеуборочных машин, однако нет критериев оценки содержания в-почве камней, клубней, остатков ботвы, наличие которых влияет на качественные и энергетические показатели. При рыхлении почвы с органическими удобрениями свойство среды имеют отличия от достаточно полно изученных Веракшей П.Г., Пажерой L.H., Борисенко Е.И., Озолс Я.Г. и др. физико-механических свойств органических удобрений.

Все вышеиздокенное обусловило необходимость углубленного дополнительного изучения сред состоящих из почвы, клубней, ботвы, каменистых включений при различном их сочетании. Следует изучить физико-механические свойства почвы как неоднородной среды (почва, органические остатки, каши) при обработке в зависимости от коэффициента однородности и определить основные соотношения составлявших .

При решении задач рыхления, разрушения и выравнивания неоднородных сред необходимо знать их начальное напряженно-деформированное состояние. В трудах Цытовича H.A., Герсеванова H.U., Далина А.Д., Терцаги К., Турецкого Р.Л., Зеленина А.Н., Доыб-ровского Н.Г., Биыопа В.А. и др. представлены полные предельные характеристики состояния грунтов, как однородного, двух-, трехфазного изотропного материала, сопротивления сдвигу при резании и разрушении. Однако для случаев разрушения под нагрузкой сложных систем с учетом органических и минеральных включений необходимо дополнительное изучение их предельного состояния.

Установлено, что за один технологический цикл при возделывании корнеклубнеплодов почва подвергается четырехкратному и более уплотнению, а это значит, что 20...70$ поверхности почвы имеет повышенную до значений 1,3...1,5 г/см3 (на Lb% и более) плотность. Этот фактор противоречит задачам почвообработш, так как снижает процент содержания пор размером более 60 мкм, нарушает воздушный, водный и питательные режимы, образуется почвенная корка, крупные почвенные агрегаты и как следствие снижается урожай. Анализ показал, что существующие способы рыхления и применяемые пассивные рабочие органы при возделывании картофеля исчерпали свои возможности с позиций экономии энергии и труда, повышения кя'мх'тпп рнполночия работ и необходим пои?к нот« limits

равленкй в технологиях обработки почв, рыхлении и переработке клубненосных сред. ,

Изучение работ отечественных и зарубежных авторов показало, что применение активных рабочих органов позволяет существенно повысить эффективность рыхления, более полно использовать мощность двигателя (через Bff.S, ГСШ), существенно повысить тягово-сцепные свойства, ширину захвата и производительность. Эффективность активных рыхлителей объясняется не только технологическими свойствам!, но и сравнительно невысокой металлоёмкостью (1Ь0-180 кг/м), по сравнения с пассивными (250-350 кг/м).

Основным направлением развития техники, взаимодействия активных рабочих органов и поведения сред посвятили свои учения такие ведущие учвпые как Бахтин Ii.У., Вурчекко П.Н., Василенко П., Вилде .'i.A., Верияев 0.3., Гячев ,'i.B., Каг^гин В.В., Кяенин Н.Л., Канарев Ф.И., Новиков В.1-., Любимов А.'.!., Панов ü.M., Петров Г.Д., Подскребко М.Д., Сорокин A.A. и mi. другие. й:ли разработаны основы проектирования и расчета активных рабочих органов, обоснованы оптимальные параметры, энергетические и эксплуатационные показатели. Проведенный анализ используемых активных рыхлителе,'! показывает их широкое разнообразие с различными принципами воздействия на различные среды.

Однако многообразие шнековых, фрезерных и других актизшж рыхлителей не может полностью решить вопросы рыхления неоднородных сред, так как при од/, средства и существующие теории основаны на взаимодействия с идеальной средой, поэтому необходимо обоснование моделей активных универсальных рабочих органов, слоссЗ-ных интенсифицировать процесс рыхления неоднородных сред, решение вопроса привода активных рабочих органов и регулирования те:; -нологического процесса при выполнении операций, снижение енерге-тических затрат, совмещение операций и т.п.

2. Физико-механические свойства и состояние сред при возделывании картофеля

Картофель на территории СССР воздслывается в разнообразных условиях, в том числе в 30$ случаях и на почвах с каменистыми включениями, особенностью является н то, что в почве и, в последующем, в клубненосном слое содержится в определенном соотношении почва, клубни, ботва, камни и другие органические остатки.

Установлено, что физико-механические свойства и технологические параметры обрабатываемой почвенной среда зависят от её однородности. Однородность структуры органических сред ранее не изучена и не принималась во внимание при ее рыхлении, а также -при проектировании рабочих органов взаимодействующих с реальной средой. Состав включений при подготовке почвы под посадку картофеля при уходе и уборке зависит от нормы внесения органических удобрений, каменистости почвы, урожайности ботвы и клубней. Верхний слой почвы содержит, например, для слабокаменистой - 0,5... Ь%, средкекаменистой - до 10$ каменистого материала, дернины и остатков органических удобрений до 125» по объему. В процессе уборки картофеля в картофелеуборочные машины, при урожайности клубней 260-320 ц/га и урожайности ботвы соответственно 80-150 цАо, поступает до 15% клубней, до ботвы и других примесей от общего объема. Все эти составляющие в работе оценены количественно, установлены законы их влияния на иапраенно-деформированное состояние, свойства, а также онергетачзехкй и технологический процесс. Анализ составляющих включений, входящих в почвенную среду при возделывании картофеля, показывает, чю их количественную и качественную сценки возможно проводить с учетом коэффициента однородности среды. Коэффициентом однородности обрабатываемой среда предложено считать отношение объема среды без механических включений к общему объему среда

у ' (I)

у }

где Ё - соответственно объемы клубней,

ботвы, камней, органических удобрений и прочих включений.

На основании исследований обрабатываемых сред при возделывании и уборке картофеля установлены зависимости коэффициента однородности /\о от урожайности клубней и ботвы, содеркания камней в почве, получены значения линейной деформации Л клубнен ной среды, почв с органическими удобрениями и каменистыми включениями в их предельном состоянии в процессе деформации (рис.1). От количественного состава включений изменяется плотность , которая в зависимости от урожайности и каменистости изменяется в пределах &...Y¿%. Установлено, что при деформации и рыхлении неоднородных сред необходимо прикладывать нагрузку существенно отличающуюся от значений при рыхлении однородных сред, при этом величины линейных деформаций предельных значений разрушения при сдвиге, сжатии и растяжении также отличаются от принятых ранее

о; -

В

идеальных сред.

Анализ функций показывает, что напряжение разрыва в зависимости от деформации клубненосного слоя ниже в 5 раз, каменистой почвы в 1,5 раза, почвы с органическими удобрениями в 2 раза при наличии в почве указанных включений в составе 10$ от общего объема по сравнению с напряжением однородной почвы (I% =0,01 Ша). При этом разрушение каменистой почвы и клубненосного слоя наступает при деформации 0,2 мм, что в 1,5...2 раза меньше по сравнению с деформацией однородной почвы.

Я

Зависимости плотности и линейной деформации Д среды от коэффициента однородности

500

0,3

Л,

им

с? з\

VI

Г /Ч X

0,8

0,9 К,

почва каменистая; 3 -

0,3 К,

Рис. I. I - клубненосный слой; 2 почва-органические удобрения.

Полученные численные значения и функции зависимостей предельного наарякеинэ-деформированного состояния в функции линейной деформации для неоднородных сред имеют значительные отклонения по сравнению с однородными средами. Предельное значение напряжения скатия возрастает для сред "почва-клубни" в 1,7 раза, а для сред "почва-каменистые включения", "почва-органические удобрения" в 2 раза по сравнению с однородной почвой ( (Й^ = 0,0В КНа) при тех п9 процентных содержаниях включений. Величины линейных деформаций до начала разрушения почвенной среды с включения!« (камни, клубни, ботва, органические удобрения) возрастают в 1,5 ...2 раза (с 4 мм до 6-8 мм). Это очень существенно влияет на энергетические затраты, так 'как преобладающими деформациями при рыхлении являются сжимающие. Почва, няемпмпюя каменистыми вклв-

ченияма и клубнями, при сдвиге имеет повышенные в 1,5.-.2 раза предельные напряжения сдвига ( <Г = 0,9...0,1 0а), при одинаковых линейных деформациях (5-6 мм). Все эти выявленные закономерности можно объяснить изменением' природы концентрации и распределения нормальных и касательных напряжений при наличии включений произвольной формы (клубни, ботва, каши и т.п.). Полученные данные предельного состояния сред использованы при расчете и проектировании параметров активных рабочих органов.

3. Интенсификация процесса рыхления неоднородных с сл ь с к ох о зяйс тв ен пых сред

¡¡сходя ио анализа приемов и средств для рыхления, основанных на взаимодействии с идеальной средой, способы разрушения почвенных комков, глыб или других сред модно классифицировать по характеру силового воздействия на пласт, по месту выполнения операций в технологическом процесс./, по виду деформаций разрушения среды к ио типу устройств. В процессе рыхления почвенной среди с каменистыми включениями, кдубш,-;.', и другими органическими остатками происходит деформация поч^м как со стороны рабочего органа, так и включений. 6 связи с этим деформации могут распространяться в плоскостях равнодействующих сил со стороны рабочего органа, а также клубня, минерала, имеющих произвольные формы. Деформации сжатия от предметов произвольной формы (камней), их направления и величины не изучены - это требует дальнейшего исследования. Деформации растяжения неоднородных почвенных сред при наличии в обрабатываемой массе камней, клубней, растительных остатков приобретают сложный характер и зависят от состояния поверхностей и их сцепляемости с почвенными частицами, дайны и характера волокнистых включений растительных остатков и т.п. Рассматривая процесс сдвига слоев при рыхлении неоднородных сред,, следует отметить, что наличие камней, клубней нарушает обг^й процесс классического сдвига слоев, напряжения при этом для разного по составу и виду включений сред резко изменяется как в сторону увеличения, так и снижения, напряжения сдвига существен.-э зависят и от присутствия в среде органических остатков и ботвы, их параметров и расположения по отношению к вектору нормали поверхности рабочего органа.

С целью интенсификации технологических процессов обоснована научная гипотеза о рыхлении неоднородных сельскохозяйственных

сред, включающих клубни, минералы, ботву и другие органические остатки методом комплексного приложения нагрузок способных вызвать одновременно, на коровий промежуток времени (цикл), напряжения сжатия, растяжения и сдвига, что будет способствовать концентрации напряжений и эффективному их крошению, разработаны способы и средства осуществления процесса.

Предложен графоаналитический метод расчета изменения суга.тр-ного напряжения в зависимости от величины деформации Л и коэффициента однородности обрабатываемой среды. Метод основан на двойном графическом дифференцировании Функциональных зависимостей сил г и позволяет дополнить существующую теорию прочности и распространить ее на неоднородные деформируемые среды.

Использование результатов теоретического и лабораторного анализа напряженно-деформированного состояния органических сред неоднородного состава позволяет охарактеризовать по известному коэффициенту однородности среды действительную нагруяенность и произвести силовой расчет, а по величине деформации среды установить энергетическую характеристику и обосновать параметры рабочих элементов для совершения деформации и рыхления. При рыхлении в полузамкнутом объеме затрачивается работа, характер которой носит параболический вид ( А - С ), чем выше коэффициент

однородности материала, тем большую деформацию тела нужно прово- -дить и большую энергию затрачивать для достижения конечного результата рыхления. Эти положения и легли в основу дальнейших исследований с целью повышения интенсификации технологических процессов.

Обзор существующих способов и средств не позволил остановиться на эффективном методе воздействия на неоднородную среду, а анализ показывает что применение пассивных рабочих органов не позволяет интенсифицировать процесс их рыхления.

Автором предложен способ рыхления (а,с. № М42099), принципы построения и применения рабочих органов для реализации предложенного способа в конструкциях активных рыхлителей клубненосной массы, почвы, органических удобрений и другой неоднородной сельскохозяйственной среда,!, что характерно при возделывании картофеля.

..v.'iiitii! способ p: ;:;.<::!!'.?« Mc.-.tT пли р..;лч>:г:1

::r)::iitM;;i-:i:u я и;д': ~:;s, ус;.чн.^льнг;;,:;: ьа

ï; • : л > О'ч-гобане) ti yv;;ir:i к но;; осп сала (олг лбъиа) н

¡;од :мл уг*лллг;; /7>УГ,У СТ-¿-'с» CjVicrjiîOii с

пс:>;егяпост:.& елулп для Б ьгр о Е- н ; i р г: :- î; î и ¡ьгсленая ; сшучсй среди. покрытые регшюЗ другими материл;-

лп:.:и, кз:;;;и: применение для ржления клубненосно:';) слоя и ¡:;,;раь-мштя его по сеппр:рую'чс;: певорхиссти. Для мвге&шя вис-ргоопт-рзг на и -¡мельчены«; растите/, пи« остатков и на '.холыяение йави-;;г!Иля г."ii при ггхлен;:« почва, рабстае зубья могуг бшь .uî !it> - i'iiK i'iiTi. i/iiji. с огнораниг;; ь [.'«до нпп-^лелотч'^м'да, дэдш'яп gcl ¡:от''р--'Гу -ис-полгаена в плоскости оялппса. В случае г;гклсн;:я il частично;1'! ;;:-!;сльчснкя с слоистого назооа ка;ц;;п применение

рехлптилн с иигугнгм нубчатьм (гшлообриснк;.;) npoU;;;e:i. Для рьжлспик и вуровиивакия поверхности старопахотных ночь пород пс<е«ьом и посадкой олгиг.сн:п! улсмснт клкст Йот». ьылолнен ?уОс-)■'.!?. или коневой ферм;. Ь:;т:';енл уу-улч ■ ^хупргсск слоя клубненосной v.acci', ы-ссторонняя очистка юг. i cv "t&ikcd почт; ïjoo-мочнг. с применением ворсистой (сла-л,'"-•;;■." Î '"ч-сг-гноот;;, оекрел-.-rwicR на поверхности л л : s г i с я - j у : с s а,

Pif с. 2. а - схема расположения Э?0: I - даек; 2 - бярабеп; 3 - вал; диски: б - сплошной; ti - ножевой; v - зубовий; д - вк~ резиой; е - .вореигтмГ-.

С х-"?"' еллппепж оооо..;-; l<?J2

Образование стсукни, оборот и укладка слоя обрабатываемой среды при работе зубьс-в, ре?-уц;ях и др. сегментов, установленных в плоскости эллипса и враз? »щегося с заданной частотой, представляют сложный процесс. При врацении эллипса и одновременном поступательным движении последний совершает сложную траекторию и воздействует на среду в объеме усеченного конуса. После полного подрезания, за счет резудьтируклдих сил, действующих на стружку, поверхность сегмента увлекает ее в движение, а при дальнейшей повороте сегмента, смешении центра тяжести стручки и реакции сея-зи, почва скользит относительно рабочей поверхности, поворачиваясь у ребра и одновременно деформируясь. Таким образом, происходит перемещение почзи в направлении ограниченном век тором скорости в плоскости перпендикулярной элементу рыхления. Этот аффект направлен на законченный цикл операций рыхления при снижении удельной энергия процесса.

4. Исследования рыхлителей-интенси¿икаторов

Эффективность выполнения технологического процесса зависит от конструктивных (входных), эксплуатационных (промежуточных) и качественных (выходных) параметров. Основываясь на исследованиях Панова И.И., Крамаренко Л.П., Сорокина A.A., Подскребио М.Д. и многих других авторов, иоучивгих взаимодействия активных рабочих органов с почвой, а также трудах Василенко U.M., Кленииа К.И., Моцепуро U.E., Гудкова A.M., Дскина Б.Д. и др., изложивших кинематику движения материала по роторным и барабанным поверхнсстш, с учетом результатов работ Кснарёва Ф..М., Дскина А.Д., Яцуна С.С., Панова И.М. и мн. других по выбору основных параметров активных рабочих органов, их сочетания и расположения, в работе проведено теоретическое исследование эллипсного рабочего органа (СРО). П.ч'тролике рабочих поверхностей ЭР О с цель» интг.нсифккшз!« процесс сз р!гхЛ''?ния возможно только после изучения его кинематических, динамических ii ионстругст.'.ак'.т: оссСспноет;:!; (прнЕопится кнор-въ:е). Основу рабочих: органов и мямснтег) соотэвляот ди::к-эл."цг:с. уствноатекны? под у .vom к сои.

Бзрибан I (рис. 3) длемсчг:::,! О йН чрчззется вокруг о'.'и с углопел скорость» О/ и одисерскекно врподнярт пс;тупателы'с-> допсекие У, вдоль :си , нзпр-п:.\снн0й п е рп е: :: ,v л яр! п О-::: орачуа:чя, прячем ll-t&'H • Ra бзр-.бчне устпно?л>'н стек-рляипе 2,

В начальный момент времени ( ¿ ~ 0) плоскость щека образует двугранный угол оС с плоскостью = 0 {^(¡¡Уд • В процессе вращения барабана (вала) ( ¿Л0) уравнение плоскости диска постоянно изменяется. В случае, если между средой и валом (барабаном) существует контакт, он приводит к возникновению дополнительно й силы трения. Диск 2 может иметь саи.ую различную геометрии. Ниже рассмотрен даек в виде эллипса (круг - предельный случай эллипса). На рис. 3 приняты обозначения: Ь - глубина обработки; П - вектор нормали к плоскости диска; ХУИ~ неподвижная систем координат; X) подвижная система координат, связанная с движущимся валом I. Диск эллипса 2 в продельном случае может трансформироваться в круг ). Кинематические свойства плос-

кости эллипса изучены при помовя вектора нормали П (рнс.З), который при вращении описывает конус, центральной осью которого является X) •

Схемы к расчету оллипегкт'

Рис. 3.

В трехмерном пространстве уравнение эллипса получено как сечение плоскости и поверхности эллиптического цилиндра, направляющая которого параллельна вектору П > поворота системы координат на угол еС вокруг оси и на угол= вокруг оси &

мр-¿.япЛ-емув-О } (2)

— 1 , \о)

. Взаимодействие диска со средой зависит от относительной скорости, т.е. показателя кинематического режима работы А •

В работе приведено детальное изучение формы обрабатываемой поверхности путем кручения траектории движения минимума кривой

-р.

на интервале времени 0..Л, решены частные вопросы оптимальной глубины и ширины рыхления,<высоты "гребней", объема обрабатываемой среды. Получены глубина Ь активной обработки .ЭРО

/ V в* соф - сг№Чмпг/> н / >

(4)

высота гребня: дЛ=С(7-СС«/), Объем рыхления:

уг7 агссйл % -

(6)

Интенсификация Технологического процесса при взаимодействии ЭРО со средой зависит от кинематических показателей, траектории движения, шшщадд и объем обрабатываемой среды. Характер изменения скорости и ускорения для точек поверхности диска-эллипса, находящихся в контакте с органической средой, позволяет определить начальную траекторию движения материальных частиц, направление движения, а также величину и направление действия силы инерции как по осям коорданат, так и обгций вектор.

В случаях контакта нижних точек эллипса-диска с почвой и другой средой разработана программа расчета параметров на ЭВМ согласно которым построены зависимости и годографы перемещения, скорости и ускорения, что позволяет объяснить физический смысл объемной деформации элллипсным рабочим органом, определить направление приложение сил и реакций. Взаимодействие диска с обрабатываемой средой можно охарактеризовать определяющими углами £ и 0 относительного положения вектора Г)

£ = агс31г?(мп УР мг?к/1).

В зависимости от углов в и £ , т.е. от угла поворота эл-липсного диска изменяется вид деформации почвы и нагрузка на рабочий орган. Степень и величина распространения деформации в обрабатываемой среде зависят от конструктивных особенностей, (формы и состояния ЭРО, физико-механических свойств неоднородной среды, первичного напряженно-деформированного состояния. Обработка,

рыхление и выравнивание среды при взаимодействии с ЭРи сопровождаются .{аэдма уплотнения, сдвлга, растяжения, транспортирования

я в!:р'1ш:и:а!тя.

Я';я анализа взаимодействия поверхности диска с частицам!! неоднородной органической срецы введена ее модель: обрабатываемая среда представляет с.оОой смесь агрегатов с допустимой усредненной массой fife и линейным размером '2'«? , которые связаны через приведенную плотность. Рассмотрены траектории перемещения клубней, каше», частиц почвы и т.д. ари движении в с,, лдо и вне ее. На частицу действует силы норшкыюго давления N , трения покоя fJt - f/V , трения екольжжш к веса частицы///г д •

Оо'в;ие уравнения движения частицы и проекции на оси координат

тЪ-fi/^ +Fr* ;

пф /У F^, г«., ; (8)

где //= 4Г+ 3. (ztMn arising * C&V ,

Решения (8) приведено о использованием четвертого уравнения - уравнения для кночштелей Jjarpaima. Ргоск'ггренн следующие ¿азы движения диска: 0-cdt ,0<(/'<'!/s\ (Ac&L - 3"

Для случая, когда частица, увлекаемая диском, выходи» со срсды на днеен.у» поверхность, лишение по внешней сторона ЭРО мояет осуществляться только гз интервале

- % + г ids 6 c&t £ % f а

Резгив общие уравнения, получим начальные условия для свободного движения частиц среды

к*Хо- ;

/ / ^

У»--?*-

Ze ~ ^r.^(l'CD^d)io),

Начальная скорость составит

Л = - S- тУ smuoio; , I0)

г X so72/ мп 3 alt с ;

1б

Кроме того, Хм, У, £ ) ^ при фЬ % Я

происходит смена внешней и внутренней поверхности. Дальнейшее движение частиц среды происходит вне контакта с поверхностью диска.

Получена максимальная высота подъема частиц

Ялйм - (п)

а также выражения для перемещения среды вдоль осей

х = ^г (£« +/Ь« Счг) . (ш

^^ __

¿{'-^(Съг* с,у, (13)

с** ~ ^гмЬ * шШо];

с

в

Исходя из действующих на диск сил сдвига ГсЗ и увлечения Fyf частиц (рис.4а) и режима движения, момент сопротивления диска складывается из моментов затраченных на деформацию среды Mg , перемещение Ма и трение Mr. (рис.46).

Реализация программы лабораторных и полевых исследований потребовала дополнительной разработки конструкций установок доя приготовления образцов органических сред, тензометрированлй, приспособлений для агрономической оценки, а также методик моделирования, планирования и проведения ¡экспериментов и обработки опытных данных. При создании и исследовании ЭРО в лабораторных условиях в сжатые сроки создавались искусственно климатические условия и осуществлялось моделирование. Обосноьани углы уста

плоскости эллипса с различными рыхлительными элементами, проверка проведена по двум критериям: минимальным затратам энергии и максимально обрабатываемому объему среды. Определены значения углов установки ЭРО для обработки клубненосного слоя (25 .

32°), для рыхления почвы (27°...34°), для измельчения органических удобрений (28°...ЗЬ°).

600

200

Изменение сил и момента сопротивления ЭРО

ч

Ру8,у \г\С

60

(20

«Л

Рис. 4.

Проверена целесообразность использования тех или других рыхлительных элементов, установленных на эллипсе для поверхностного рыхления различного фона почвы, клубненосной среды, органических удобрений, при этом определялись: крошение почвы, заделка растительных остатков, твердость после обработки почвы ротационными рабочими органами в слое 0-8 см, крутящий момент на рыхлителе и мощность на выполнение технологического процесса. Установлены удельные затраты мощности на рыхление объема среды (рис.5), получены показатели качества работы и параметры интенсификации технологических процессов при выполнении отдельных операций .

Испытания показали, что удельное тяговое сопротивление на 5...£$ нияе у машин, оборудованных ЭРО с гидроприводом, онерго-насыщенность на 10...15% выше аналогов, удельная материалоёмкость в 1,2...2 раза ниже по сравнению с серийными машинами. Момент сопротивления ЭРО при выполнении технологического процесса зави-

сит от коэффициента удельного сопротивления среды . Для

сплошного ЭРО в зависимости от поверхности и угла сС~ - 600-...2400 Н/м, для ЭРО с рыхлительными зубьями - = 2400... 4600 Н/м, с режущими ножами - = 1200...3800 Н/м, вырезной

поверхности - ¿у? -- 1600.. .3400 Н/м.

Удельные затраты мощности на руление объема среды

М, Г5ч~ ! Грм,0 МПй;

Ш. I >л/= (27»;

90----Сц^-:-С-

60—ЙЙчН- :

30---—-

Рис. 5. Элементы ЭРО: I - зубовнй; 2 - ножевой;' 3 - вырезной; 4 - сплошной обрезиненный; 5 - сплошной металлический.

5. Привод активных рабочих органов. Характеристики системы "среда-ЭРО-гидропрявод"

Достичь высоких показателей при использовании активных рабочих органов можно при точном управлении скоростью и технологическим процессом, т.е. при определенном сочетании параметров "среда -3P0". Привод и регулирование ЗРО в мобильных машинах для возделывания и уборки целесообразны с использованием гидропривода. Преимущества гидропривода перед механическим заключается в том, что его удельная металлоемкость в 5...10 раз ниже механического (0,5...1,5 кг/кВт), применение его способствует свободной компоновке, повышению технического уровня, надежной защите от поломок, удобству обслуживания, регулированию скорости и реверсированию и т.п. С целью обеспечения высокого качества, надежности работы гидропривода и повышения эффективности активных рабочих органов при возделывании картофеля проведены дополнительно лабораторные исследования.

Удельные затраты мощности на руление

____ рмбмпа; и) - 0,3с

3-

5

Г'У 30' АО* X

Основными показателями работоспособности гидропривода при работе с активными рабочими органами могут быть условия совместимости диаграмм нагрузки и механической характеристики гидропривода:

\-Np-N >0;

Г (И)

-г?„~п > О;

JN

í(n)

JH

-^¡Мр-Мс >0/

где , ,М - располагаемые мощность, частота вращения и пусковой момент гидромотора; А/ , П , Мс- требуемые мощность, частота вращения и момент нагрузения для качественного выполнения технологического процесса.

В установившемся режиме момент, развиваемый гидромотором, равен моменту сопротивления ЗРО и скорость привода является постоянной. Однако при работе мобильных сельскохозяйственных машин из-за неустановившейся нагрузки неоднородной среда гидропривод работает с ускорением или замедлением, возникают инерционные силы (момент), которые гидродвигатель должен преодолевать, находясь в переходном режиме.

Уравнения гидравлического и механического равновесия системы с ЭРО

Mr = k!&Pg Мо ; (15)

• M« = Jzf+AM0. (16)

Приравняем правые части уравнений (15,16), разделим все члены на aPQ. , преобразовав и проинтегрировав получим общее решение уравнений -t

. С1Г= ЦГ0-диГс+Сет/ (17).

гд\é Mr > /^У- вращающий момент и момент сопротивления; А Р - перепад давления; J- инерционный (динамический) момент; ^ - обкм-ная постоянная гидромотора; - постоянная времени гид-

ропривода; ¿\(j)c~¿^jffi ~ изменение угловой скорости при нагрузке моментом ¿x Мс 1 W=¿tP^PQ.~ ^иловая скорость при установившемся движении; гМо/^рц- угловая скорость вала при холостом ходе;

- расход жидкости; Q-; - подача жидкости насосами; = д Qp+A¿}r+&üg'+&(l¿- "0ТеРи расхода;0

потеРи в распределителе; kJp - коэффициент

ьитерь- потери чидкости о гицромоторс; cfyr - коэффициент, уагошащий утечки и зависимости от температуры; ,ttr - коэффициент, учить'елют;1й утечки от времени наработки; Т - часовая продолжительность эк<:п дотации; JA. - ксэИицлент расхода; л л Р - потерл жидкости на дросселиро-

вание; «ji - площадь окна дросселя-регулятора; - коо,фй1ЯСИТ дросселирования у иди ости; 4 Qsr - Л Цу + Л Û, - потери кидкости на трение н^ежатиИгр- коэ$1адз<снт потерь на трение;

= Р » ¿>- объемный модуль упругости кидкости. Лабо-

раторные исследовании элементов гидропривода пз:<вол,ч-"Л' ориентировочно принять значения яшзариэованнис коэффициентов следуя-

= 0.03 смя/с.С; .Иг = 0,01; tiP = 10,05 см3/с.М71а; "g, = V см"*/с.Жа; ^JJ - 0,65; ¡¿r - 3...4 ся°/с.га1а.

Исследование системы "средз-ЗРО-глдрепрадоу;'' с учетом полу-uemnix характеристик ¡позволило определит:! основные законы юегудп-сойзния технологических параметроэ активными рабочими органа;/.;: прл возделывании картофеля. Устойчивость частоты Ер чтения гидро-МЛ31Н 'Л степень регулирования 0PQ во шогон зависят от характера нагрузки на раб' ем оргене, а т.'«;гц> свойств пдеосмазян: объемных и механических потерь, равномерности подачи, температуры рабочей жидкости л т.п. Объемные потери зависят от нагрузки il темпетэатуры рабочей ми,цкости и оказывают существенное влияние на характеристики системы.

Для 5РО, работающего с клубненосно/ массой! при глубине рыхления /? 4: 0,1 м, для рабочей длины £ - I м проведены теоретические и экспериментальные исследования к построены номограммы, с помощью которых можно определить взаимосвязь условий, конструкционных параметров ргхлнтепочвы и гидропривода. Предложена методика регулирования скорости и управления качеством технологического процесса ЭР0.

Подробные данные по расчету гидропривода сельскохозяйственных машин, обоснованию схем, исследованию гидросистемы отбора мощности (ГСОМ), расчету систем автоматического регулирования (САР) и другие сведения приведены в книге "Гидропривод сельскохозяйственных машин", Мн.: Урахдай, 1986.

б. Методика проектирования и использования активных рабочих органов в схемах машин для возделывания картофеля

При взаимодействии с неоднородной органической средой, почвой, клубненосной массой возделывая картофель активные рабочие органы должны обеспечивать выполнение агротехнических требований по кродению (измельчение) почвы (органических удобрений), полностью уничтожать сорные растения и присыпать их почвой, выравнивать поверхность почвы, поступающих органических удобрений и клубненосной массы, значительно интенсифицировать технологический процесс. Качественные и энергетические показатели при применении ЭРО в той или другой технологии и машин являются определяющими. Схемы расположения вллипсных рабочих органов по отношению к обрабатываемой среде могут быть в зависимости от стационарности обрабатываемой среды, расположения ЭРО самыми разнообразными. Исходя из исследований и экспериментальной проверки, рекомендовано применять в конструкциях машин для рыхления почвы с растительным покровом ЭРО с ножевыми вставками, для обработки старо-пахотных земель - ЭРО с зубьями, в технологических схемах картофелеуборочных машин - ЭРО сплошного профиля и для рыхления сред "почва-органические удобрения" или органических удобрений - ЭРО с вырезным профилем. Достижение требуемого качества рыхления можно осуществить при определенных конструктивных параметрах: наружном Z и внутреннем R радиусах эллипсного диска, углах его наклона в продольной U- и поперечной JS плоскостях, соотношении угловой W и поступательной V скоростей. Выровненность поверхности может быть достигнута при условии = 0, т.е. при отсутствии зазора между барабаном и поверхностью среда с одной стороны и образованными микроплоскостями гребней в результате оборота пласта. Согласно агротехническим требованиям высота гребней необработанной зоны при сплошном рыхлении не должна превышать 0,5/} { /? - глубина обработки), максимальная ширина захвата tfmax будет при еСтох., а минимальное рыхление Ьтш при "¿min ■ Оптимальным углом наклона эллипсных элементов, исходя из вышеизложенного материала и исследований, следует считать с>С - 28...34°; показатель кинематического режима работы для клубненосного слоя, исходя из условий минимального отбрасывания почвы Jt = 2,5... 4,3, для рыхления почвы -Л. = 3...7, радиус рыхления зависит

от условий и требований к обработке. Максимальная величина погружения элемента рыхлителя в почву ограничивается радиусом барабана /1о и равна //' Т- До . Минимальный радиус барабана0,Юм (из условия предотвращения наматывания растительных остатков). Угол наклона диска ¿С к оси барабана обоснован в главе 4. Общая ширина рыхления и деформации одним : шотснш элементом с учетом угла скалывания среды составит-Расстояние между дисковыми элементами, с учетом перекрытия и требований обработки . С целью исключения пли сни-

жения колебаний крутящего момента ЭРО эллипсы необходимо располагать по винтовой линии с угловым расстоянием между смскнуми сегментами равным Наиболее устойчивое положение

при симметричном расположении элементов относительно продольной оси барабана. Режугцие олементы эллипсов, представленных ножами или зубьями, следует располагать под углом с>С = 27...32° к радиусу вектора. При использовании ГС 0.1 для привода ЭРО реализуемая мощность двигателя изменяется и перераспределяется на привод активных рыхлителей и мощность сцепления, что приводят к увеличена общего гГП,. Качество работы активных рабочих органов, взаимодействуете« с органической средой, зависит от ряда параметров как самой машины, так и свойств обрабатываемой среды. При основной и поверхностной обработке почвы, в зависимости от ее первоначального состояния (плотности, фона влажности), для доведения ее до необходимого состояния согласно агротребованиям, необходим набор разнообразного количества почвообрабатывающих машин с активными рабочим органами, а использование ЭРО. позволяет достичь за один проход агрегата высокого качества выпол- • няемого процесса.

На основании проведенных исследований одаородности и деформации обрабатываемой среды, изучения рыхления и технических средств на основе ЭРО с учетом качества выполняемого процесса предложена методика расчета эллипеных рабочих органов, проектирования машш и регулирования качества выполнения технологического процесса с использованием гидравлического привода (рис.6). В качестве примера' приведен расчет и проектирование эллипеного рыхлителя для картофелеуборочных кати из расчета на 1м сирины захвата. Зная, для каких условий планируется использование проектируемых рыхлителей проводим расчет коэффициентов однородности к!о и деформирования Л обрабатываемой среды, на осно-

вании которых методом исключения общего параметра встроим график д -Методом графического интегрирования полученных опытным путем характеристик напряженного состояния /ёц,^, Т) определяем необходимую мощность рыхления среды зависимости от назначения рыхлителя, выбираем форму эллипсов, угла наклона дисков о(-{(. определяем коэффициент удельного сопротивления /Ь^д (I - сплошной диск, 2 - вырезной, 3 -ножевой, 4 - зубовый). Определив пределы качественного выполнения технологического процесса согласно требованиям ГОСТ на повреждаемость и засоренность клубней и мощность на выполнение процесса работы, устанавливаем параметры гидропривода. Ограниченная зона позволяет определить для конкретного гидромотора пределы регулируемого давления и расхода жидкости для качественного выполнения технологического процесса.

7. Использование результатов исследований в машинах и технологиях возделывания и уборки картофеля

Любая интенсивная технология возделывания картофеля основана на использовании факторов, обеспечивающих максимальную реализацию потенциальных возможностей самой культуры и комплексную механизацию ее производства. Рациональные севообороты способствуют повышению урожайности на 10...15%, система удобрений - на 30. ..4055, -усовершенствование обработки почвы и ухода за посадками на 20...30^, внедрение новых сортов картофеля и использование качественного семенного материала - на 15...20$. Таким о'бразом, прогрессивные технологии, интенсифицирующие действие второго и третьего факторов, является наиболее значительны!,! резервом увеличения выхода продукции.

Интенсификация технологических процессов при возделывании картофеля проведена по результата;-.! теоретических <л лсборатортг.: исследований рыхления неоднородных сельскохозяйственных сред. Нами разработаны и усовершенствованы на основе ЭРО, активных рабочих органов и гидропривода конструкции шшн:

- навозоразбрасыватель (обеспечивает поБызенке стелаш измельч-:- -н.ия .навоза в 2...3 раза, повызение равномерности распределения навоза на 10... 155?, увеличение сирины захвата на 8...Щ'-, снижение удельной мощности в расчзте на метр сирины на 8...14Й);

- роторный плуг (обеспечпваот сшгввиие металлоемкости на 1.Й, расхода горячего на 20/;, пошнзш«» стыенн кройени» почвы кэ

К, 0,55 О,'.?

И "

Т;т

¡Г^Ч

т»й

^ .

I

I ,-•>•'■ УУ

г л

I ■. > л

001

0ч\\| . ■ % \ \ \ ! „\_3_l4

N \1

\

\

еч'

ш Ло ^

30

во

50 У/.т/га

-------

Л> 7П /' 17 \

1: И

"I,

П,ггГ

Клс. С), о-сгязь коэ.|ф1цг!ента однородности , ведичшш .одор'аши Л и мощности /V ; б-г; определения ¡со-Уртпента/Аг? (Х-сплошюя диск; Я-в.-шезноЯ; З-ноясезоД; 4-оубовнЯ) в-заеиси-;<ое?ь /.',-> от урожайности клубнеп пли содержащая-тнерэлооЦ , дозы снесения V'/ (1-псчво срсднекаменистая; 2-почва слабокаменистая; 3-печва без включения;.4-клубненосный слой; 5-почва-<1)ганические .удобрения) г-спредедение параметров гидропривода.

20...30%, снижение тягового сопротивления на 12...2.0%, повышение производительности в 1,4...Г,8 раза);

- комбинированный чизельный почвообрабатывающий агрегат (обеспечивает снижение тягового сопротивления на 45...47%, металлоёмкости на 13%, повышение качества обработки и производительности в 1,2 раза;

- универсальная почвообрабатывающая машина для поверхностной обработки почвы (обеспечивает крошение почвы - 98%, повышение производительности в 1,8 и более раз);

- универсальная почвообрабатывающая машина-гребнеобразователь (обеспечивает глубокое рыхление и нарезку гребней с 97% степенью крошения почвы, повышение производительности в 2 раза, снижение удельной металлоемкости на 27%);

- ботеоизмельчащая машина (повышает степень удаления полеглой ботвы на '30%);

- картофелеуборочный комбайн (обеспечивает повышение производительности в 1,7...2 раза, снижение потребляемой мощности на 18%);

- картофелекопатели (обеспечивают снижение потерь клубней на 25$, снижение металлоемкости на 10...24%, повышение производительности в 1,2...1,4 раза).

Все машины использованы в интенсивной технологии возделывания и уборки картофеля. Применение активных ЭРО в машинах й использование их в технологии возделывания и уборки картофеля позволяет снизить общие удельные показатели материалоемкости на 12...20%, мощности - на 10...15%, расхода топлива на б...9%, сократить прямые эксплуатационные затраты на 35,4%, трудовые затраты -на 23,5%, капитальные вложения на 17,4%. Годовой экономический эффект от использования одного комплекса машин с активными рабочими органами составит 9762,2 рубля, а-за счет повышения урожайности на 12...30% дополнительный экономический эффект -240...600 руб/га. Долевой народнохозяйственный эффект от внедренных разработок соискателя составил свыше 330 тыс. рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возделывание картофеля на суглинистых, супесчаных и других почвах, содержащих минеральные включения, органические остатки, комки и глыбы, и существующая технология, с применением серийных машин имеет ряд агротехнических и качественных недостатков. Их снижение необходимо искать в применении новых приемов, машин и

технологий.

В работе обоснованы пути повышения, эффективности и качества рыхления неоднородных сред и даны рекомендагтии по обеспечению рациональных видов и параметров активных рабочих органон, применение которых в конструкциях машин дня "сновной и поверхностной обработки почвы, нарезки гребней, ухода, уборки ботвы и картофеля, позволяет более эффективно и качественно выполнять технологические процессы.

1. Установлено, что требования нового подхода к повышению качества технологических показателей и теория активных рабочих органов, взаимодействупщих с неоднородной средой при возделывании картофеля определяются физико-механическими свойствам! и напряЖ&нно-деформированным состоянием сред, характеристики которых находятся в функциональной зависимости от коэффициента однородности По результатам исследований определены показатели неоднороднее почсенно-органических срод в зависимости от количественного соотнесения составляющих "почва-клубнн-органичеекпо остатки-минеральныр включения". Коэффициент объемного смятия <Хв

и предельные напряжения растяжения, сжатия, сдвига бр зависят от наличия в среде включений органического и минерального происхождения: при изменении Нг на 0,05 - ф-о изменяется на 10,о, а предельные напряжения деформарш - на 16...25%. Причем деформация растяжения снижается в 2 раза, а сжатия - возрастает в 1,5 раза. Предельное напряжение разрыва для сред "почва-клубни-комки" в 2...3 раза, а "почва-органические удобрения",в 2 раза ниже по сравнению с однородной почвенной средой. Предельные напряжения на сжатие и сдвиг в неоднородных почво-клубне-каменистых средах в 1,7...2 раза выше по сравнению со структурной почвой. Это можно объяснить изменением природы концентрации и распреде-лениянормальных и касательных напряжений.

Полученные показатели рекомендованы для обоснования перспективных технологических приемов и параметров технологических средств используемых при возделывании картофеля и других сельскохозяйственных культур.

2. Учитывая исключительную важность рыхления в технологических процессах при возделывании картофеля предложен и научно обоснован энергосберегающий способ повышения эффективности-рыхления и обработки неоднородных сельскохозяйственных сред путем создания циклических нагрузок с преобладающими менее энергоемкими,

по сравнению с сжатием,ц-?*ортцаяик г ютяздмя и сдвига (п.с. Ii 1442099). Практическое применение данного способа рыхления позволило повысить удельную производительность до 30% и снизить энергоемкость процесса по сравнению с аналогами на 10...15%, при более высоком качестве.

3. Обоснован новый тип активного рабочего органа - эллипс-ный рабочий орган ЭРО (A.c. tf I2I8942, 1424746, III8308 и др.), преимущества которого заключается в эффективном рыхлении неоднородных сред с различными включениями (клубни, органические удобрения, камни и т.п.). Применение ЭРО позволило для различных технологических операций измельчения органических удобрений, рыхления почвы, выравнивания и рыхления клубненосного слоя достичь высокого качества процесса за один технологический цикл.

4. Разработана математическая модель ЭРО реализация которой позволила получить оптимальные значения кинематических и динамических -параметров, характеризующих эффективное рыхление конкретной неоднородной среды: максимальный диаметр ЭРО О = 380... 440 мм, регулируемые значения перемещений среды 0,2... 1,2 м, скорость рыхления среды Up = 0,4...5 м/с, частота вращения 10 ^ W ^ 30 1/с. Решение математических уравнений позволяет также определить значения перемещений, скорости и ускоре- • ния частиц среды, находящейся в зоне обрабатываемого слоя,при выходе на дневную поверхность.в зависимости от конструктивных

и кинематических параметров ЭРО.

5. Обоснована методика проектирования и выбора кинематических и конструктивных параметров ЭРО и использования их в технологических схемах машин с учетом однородности среды if о и ее линейной деформации Л . По результатам экспериментов определены конкретные предельные значения углов установки ЭРО для повышения эффективности и качества выполнения процессов рыхления нес,дно-родных сред: клубненосной среды-(25...32°), рыхление почвы с включениями органического и минерального происхождения-(27... 34^), органических удобрений с почвой-(28...35°) и другие. Установлены значения удельного сопротивления ЭРО: для сплошного дис ка 800...2400 Н/м, вырезного - 2600...3400 Н/м, ножевого - 1200 ...3800 Н/м, зубового - 2300...3800 Н/м применительно к технологическим операциям при возделывании картофеля.

6. Разработаны лабораторные установки, стенды и модели, что позволило провести исследования ЭРО и установить оптимальные

эксплуатационные показатели: при обработке почвы достигается качественное крошение, заделка растительных остатков при показателе кинематического режима работы Л = *-'.,.8; клубненосного слоя, во избежании повреждения клубней JL = 3...4; установлены удельные затраты мощности для рыхления различных изучаемых неоднородных сред.

7. Теоретически доказана необходимость использования гидравлического привода для выполнения технологического процесса ЭРО. На основании лабораторных исследований изучены характеристики и устаноалены значения приведенного объемного модуля упругости

( Esjc= 1400... 1700 iflla), коэффициента утечек в зависимости от температуры жидкости [tfgr ~ 0,03 см3/с.°С), коэффициента потерь { = 10,05 смэ/с.Mia), коэффициента дросеилирования ( .f = = 7 см3/с.ЬШа), коэффициента потерь от времени работы ( Ив = = 0,01 см3/с.Т), колебания расхода жидкости ( = 150...180 ем3/с), закономерн ;тн накопления механических примесей и химических элементов, и определить их влияние на устойчивое выполнение параметров и регулируемы}; показателей при выполнении операций в технологии аозделыгания и уборки картофеля. Приведены результаты теоретических исследований динамической системы "гидро-привод-ЗРО'1, даны практические рекомендации и представлены номограммы для определения параметров гидропривода по эксплуатационным показателя;!.

8. Практической реализацией разработок данной проблемы яви--лось создание конструкций гидрофицированных машин с использованием рабочих органов (ЭРО) и гидропривода: роторного плуга, универсального рыхлителя-выравнивателя поверхности почвы, навозоразбрасывателя, почвообрабатывающей машины, гребнеобразователя, картофелеуборочных комбайнов и копателей, а такие приспособлений картофелеуборочных машин и комбинированных почвообрабатывающих агрегатов. Использование ЭРО и гидропривода позволило снизить общие удельные показатели материалоемкости до 205?, расхода топлива на 6...9%, повысить производительность с 1,3...2 раза.

9. Изучена, на основании предложенных разработок, и внедрена интенсивная технология возделывания и уборки картофеля на средних и тяжелых почвах с использованием предложенного комплекса машин с активными рабочими органами (ЭРО), что позволило улучшить качество выполнения технологических операций, сократить . их число, увеличить урожайность картофеля на 12...30% при одноя-

ременном снижении трудовых затрат на 23,Ь% и прямых эксплуатационных затрат на 35,4%, уменьшить капитальные вложения на 17,4$ за счет сокращения шлейфа машин.

10. Годовой экономический эффект от применения одного комплекса машин с активными рабочими органами составляет свыше 9700 рублен. Дополнительный экономический эффект от увеличения выхода продукции на 12.. .30/о составляет 240...600 руб/га. Экономический аффект, приходящийся на долю автора подтвержденный актами составил свыта 330 тыс. рублей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ СПУШКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Гидроприводы сельскохозяйственных маиин. - Мн.: Ураджай, 1986. - 215 с._

2. К вопросу о моделировании процессов к гидрораспределителям

■ тракторных гидросистем для разработки методики их ускоренных испытаний. В кн. Ремонт машин и технология металлов. - Тр.МИИСП, т. IX, М., 1973, с. 129-135 (соавторы Зведре К.Е., Соковников В.К.).

3. Исследование пульсаций расхода и давления масла в гидронавесной системе класса 3 тс. В кн. Тракторы и автомобили. - Тр. ЫИЮ1, • т. IX, М., 1973, с.223-230, (соавтор Соковников В.К.).

4. Исследование переходных процессов гидропривода силового регулирования трактора МТЗ-80 в агрегате с плугом Ш1-3-35. В кн. Тракторы и автомобили, эксплуатация МТП. - Тр. МИИСП, т. XI, М., 1974, с. 41-50.

Ь. Статический анализ низкочастотных колебаний давления и расхода масла в гидронавесной системе в процессе регулирования. В кн. Тракторы и автомобили. - Тр. МИИСП, т. X, М., 1973, с. 159- ' 164.

6. Исследование изменений параметров давления и расхода масла в ШЛангах гидронавесной системы трактора при работе на пахоте. В кн. Тракторы и автомобили. - Тр. МИИСП, т.Х, М., 1973,

.с. 164-170. '

7. Тенэометрический расходомер. - Механизация и электрификация социалистического сельского-хозяйства - № 3, 1974, с. 58-59.

8. (пределение объемных моделей упругости рукавов высокого давления и рабочего масла гидронавесных систем тракторов седьско-

хозяйственного назначения. В кн. Тракторы и автомобили, эксплуатация МТП. - Тр. МИИСП, т.Х, М., 1974, с.50-55,(соавтор Соковников В.К.).

9. Электрогидравлический стенд для испытания деталей почвообрабатывающих машин при случайном нагружении. В кн. Сельскохозяйственные машины. - Тр. МИИСП, т. ' ГУ, М., 1977, с.73-

. 77. . . . . _ .

10. Анализ возможностей применения гидропривода рабочих органов разбрасывателей удобрений. В кн. Земледельческая механика. -Тр. МИИСП, т. ХУ, вып.1, М., 1978, с. 51-54.

11. К исследованию привода активных подкапывающих лемехов картофелеуборочных комбайнов. В кн. Земледельческая механика. -Тр. МИИСП, т. ХУ, вып.1, М., 1978, с. 56-58, (соавтор Смирнов Л.П.).

12. Картофелеуборочный комбайн ККУ-2А с гидроприводом рабочих органов. Тракторы и сельхозмасины, 1978, 3 12, с.34-35 (соавторы Тимофеев А.И., Угланов М.Б. и др.).

13. К методике обоснования оптимальных параметров гидропривода рабочих органов 'артофелеуборочных машин. В кн. Земледельческая механика. - Тр. МИИСП, т. ХУ1, вып.1, М., 1979, с. 2731.

14. Результаты испытаний гидрофицированного картофелеуборочного комбайна ККУ-2А. - Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1980, ',"•> 10, с. 10-11 (соавторы Смирнов Л.П., Шуваев В.П. и др.).

15. Перспективы развития земледельческих машин. - Техника в сельском хозяйстве, 1980, № 10, с. 12-13, (соавтор Тимофеев AJ

16. Гидропривод - новый этап дальнейшего развития сельскохозяйственных машин. В кн. Земледельческая механика. - Тр. МИИСП, т. ХУ1, вып.1, М., 1980, с. 55-58 (соавтор Тимофеев А.И.).

17. К обоснованию параметров регулятора скорости элеватора гидрофицированного картофелеуборочного комбайна. В кн. Земледельческая механика. - Тр. МИИСП, т. ХУЛ, вып. I, М., 1980,

с. 35-40 (соавтор Шуваев В.П.).

Регулирование процесса сепарации почвы в картофелеуборочном комбайне 1ШУ-2.1. В кн. технологические процессы механизированных работ в сельском хозяйстве. - Тр. МИИСП, М., 1981,

г-. 55-59.

19. Работа объемного гидропривода картофелеуборочного комбайна при переменной подаче. В кн. Технологические процессы механизированных работ в сельском хозяйстве. - Тр. МИИСП. М., 1981, с. I0I-I06. .

20. Возможности снижения энергоемкости подкапывающих лемехов картофелеуборочных машин. - Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1983, да 12, с. 19-21 (соавторы Угланов М.Б., Орлов А.Е.).

21. Повышение технического уровня картофелекопателей. - Сельское хозяйство Белоруссии, 1984, № 12, с. 22 (соавторы Красноруц-кий Н.В., Оскирко С.И.).

22. Обоснование формы ротора комбинированного плуга. В кн. Земледельческая механика. - Тр. МИИСП. М., 1985, с. 17-19, (соавтор Бендера И.Н.).

23. К вопросу моделирования параметров рабочих органов комбинированной почвообрабатывающей машины. В кн. Повышение производительности МТА, - Тр. МИИСП. М., 1985, с. 36-41 (соаьтор Анцишок В.).

24. Анализ работы рыхлителя почвы картофелеуборочных машин. В кн. .Земледельческая механика. - Тр. МИИСП. М., 1985, с. 25-Z? '(соавтор Оскирко С.И.).

25. Обоснование взаимного расположения корпуса и ротора комбинированного плуга. В кн. Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып. 29, Мн., Урадаай, 1986, с. 10-19 (соавтор Бендера И.Н.).

26. Комбинированный плуг для обработки тяжелых переувлажненных 'почв. Тракторы и сельхозмашины, 1987, № I, с. 37-40, (соав-•тор Бендера И.Н.У.

27. К расчету гидропривода фрезерных и шнековых рабочих органов. Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 3, 1987, с.'55-56.

28. Комбинированный почвообрабатывающий модуль. Тракторы и еел!-хозмашины,1987, № 6, с, 22-25, (соавторы Бендера H.H.,

• Анцишок В., Г'ерук С.Н.).

29. Обработка почв чизельным плугом с активным рыхлителем. Земледелие, 1987, № 4, с. 9, (соавтор Бендера H.H.).

30. Технология обработки почвы под картофель в условиях БССР. Механизация и электрификация сельского хозяйства г i960, № 4, с. 22.

31. Универсальная машина для интенсивной технологии возделыва- ■ ния картофеля. Картофель. Овощи и бахчевые культуры, 1988, $ 7, с. б (соавторы Герук СЛ., Ермаков Н.К.).

32. Результаты испытаний рабочего органа для обработки почв. Деп. ШИИГЗИ, Госагропром, 1988, с. II (соавтор Герук С.Н.).

33. Почвообрабатывающая машина-гребнеобра^ователь. Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1989, $ 7, с. 39-40 (соавтор Лахмаков B.C.).

34. Определение обобщенного показателя качества работы активных рабочих органов. - Техника в сельском хозяйстве, 19Ш, !"' I, с. 18.

35. К расчету гидропривода активных рабочих органов сельскохозяйственных машин. Состояние и перспективы развития электро-и гидроприводов сельскохозяйственных машин. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции ВКСХШ. М., 1989, с. 56-57 (соавтор Шуваев В.П.').

36. Активный ротор дал образования гребней. Технические средства дая обеспечения и уборки сельскохозяйственных культур. -

Тр. МИИСП. М., 1989, с. 43-46 (соавтор Лахмаков B.C.).

37. A.c. 673228 (СССР). Сепарирующее устройство картофелеуборочных машин. - Опубл. в Б.И., 1979, ¡ß 26 (соавторы Угланов М. Б., Орлов П.Е.).

38. A.c. 835335 (СССР). Картофелеуборочная машина. - Опубл. в Б.И., 1981, № 21 (соавторы Тимофеев А.И., Никулин Н.В., Угланов М.Б.).

39. A.c. 882430 (СССР). Плуг дая гладкой пахоты. - Опубл: в Б.И., I9BI, № 43 (соавторы Шмелев Б.И., Сакун В.А., Панов И.М. и др.).

40. A.c. I0I4504 (СССР). Выкапывающие устройство корнеклубне-уборочной машины. - Опубл. в Б.И., 1983, $ 16 (соавторы Угланов М.Б., Норчаев Р.).

41. A.c. III8308 (СССР). Картофелеуборочная машина. - Опубл.' в Б.И., 1984, i 28 (соавторы Петров Г.Д., Кроптов А.П. и др.).

42. A.c. 121ВЭ42 (СССР). Рабочий орган почвообрабатывающего орудия. - Опубл. в Б.И., 1986, № II (соавтор Оекирк'о С.И.).

43. A.c. I24692I (СССР). Подкапываще-сепарирующее устройство корнеуборочной машины. - Шубл. в Б.И., 1986, $ 28 (соавторы Липский Н.Ю., Лохяч H.H.).

44. A.c. 1291037 (СССР). Комбинированный плуг. - Опубл. в Б.И.,

198?, >й 7 (соавторы Подскребко Äi.Д., Вендера H.H., Оскирко С.И.).

45. A.c. 1366094 (СССР). Сепарирующее устройство корнеклубне-уборочной машины. - Опубл. в Б.И., 1988, № 2 (соавторы Петров Г. Д., Орлов П.Е.).

46. A.c. I375I66 (СССР). Сепарирующее устройство корнеклубне-уборочной машины'. - Опубл. в Б.И., 1988, № 7 (соавторы Размыслович И.Р., Межеевский А.З.).

47. A.c. 1424746 (СССР). Орудие для обработки почвы. - Опубл. в Б.И., 1988, » 35 (соавторы Бендера И.Н., Шилко A.C.).

48. A.c. 1442099 (СССР). Способ рыхления почвы. - Опубл. в Б.И. 1988, » 45.

49. A.c. I463I45 (СССР). Ротационный рабочий орган почвообрабатывающего орудия. - Опубл. в Б.И., 1989, № 9 (соавторы Бендера И.Н., Турецкий Р.Л., Герук С.Н.).

50. A.c. 1464924 (СССР). Способ обработки почвы под посадку картофеля. - Опубл. в Б.И., 1989, № 10 (соавторы Лахмаков B.C., Ермаков H.H.).

51. A.c. 1466673 (СССР). Машина для внесения твердых органических удобрений. - Опубл. в Б.И., 1989, si> II (соавторы Лашук

A.Д.', Громов Н.П.).

52. A.c. I5I0730 (СССР). Рабочий орган для формирования и обработки гребней. - Опубл. в Б.И., 1989, № 35 (соавтор Лахмаков

B.C.).

53. О йкгезбхлш л'/рогу £гусг/?у/77 /у/с^гс//?

- Wyä. Watsza&v, ¿te (Злпг&гу ///7£i/?i(/4- W., ¿Ъ?л?еге>аЫг ¿?г.)

54. О/fftätfocca/fli/ ji&aydi cjarof&zys^/ /<?/?/■

SandezaJ. tf/rcipivif W. J Получены положительные решения по заявкам на изобретения:

1. Машина для внесения органических удобрений. & 4395566/30 - 15 (002683) от 28.12.88. ВНИИГПЭ, М.,(соавторы Жук Н.М..Лахмаков

В.С^Лашук А.Д.).

2. Машина для внесения органических удобрений № 4681563/30-15 (039861) от 21.08.89. ВНШП1Э, Ы.,(соавтор Лашук А.Д.).

3. Ботвоуборочное устройство. М 4432669/31 - (15044585) от 29.11.89. ВНИИП1Э, М., (соавторы Троцкий J1.K., Красноруцкий II. В.).

4, Окучник. » 462744/3I-IÖ ( 18066-4) or 27.12.03. ИШНЭ, У., (соавторы Красноруцк1<й Î1.П., Угланов И.Б. и цр.>.

5, Рабочий орган для формирования и обработки гребней,

» 4633100/30-10/174258 от 12,02.И {соавторы íam-isce B.C., Краснолуцкнй П.П.). ô. Орудие для обработки псчяы и нарсзкч гробней. £4440-102/30 -15/Ш39Б0) от 15.04.Ш кссазтсри ¿кжж» B.C., Owe П.В. и др.).