автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы рыхлителя почвы с поперечно-колебательным движением рабочих органов

г 5 од

1 о пи?, В-л

£ паи "Тгдудхж

КИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СШ/ЖОХОЗЯЙСТВЕННиЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

АШЕНОВ ГАЗИЗ АБУОВИЧ

' УДК 631.31;631.18

- ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ

РАБОТЫ РЫХЛИТЕЛЯ ПОЧВЫ С ПОПЕРЕЧНО-КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы - 1995

Работа выполнена в Казахском ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент К.К.КОНЫСБАЕВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.И.БАЙМЕТОВ

кандидат технических наук, доцент Е,А.БАЙМАКАНОВ

Ведущее предприятие

Казахская Государственна;; Головная машиноиспытательная станция .

Защита диссертации состоится " 29 " января_1996 г.

в 14.00 часов на заседании специализированного совета К 18.02.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Казахском сельскохозяйственном институте по адресу: 480021, г.Алма-ты. пр;Абая, 8, ауд.84.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " 28 " декабря 1995 г.

Учетный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

ХАЗИМОВ М.Ж.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРЛСЕША РА БОШ

Актуальность темы. Площадь орошаемой пашня Казахстана составляет 1,8 млн.га. Они сосредоточены а основном в шшх районах республики, для которых характерны микроструктурнке» малогумусные я тяжелые по мехсоставу почвы. Такие почвы трудно поддаются тха-шческэп обработке. Проблема усугубляется еще и тем, что т Юге захать приходится чаще всего переувлажненную или переоушеняую ¡ючву. В результате оборот пласта происходят сплошной вентой пж отдельны.«! крушшш кусками. Для доведения глыбистых почв до мелкокомковатого состояния требуются 6...9 (на рисовых полях II...12) проходов различных почвообрабатывающая орудий. Даже после этого содержанке агротехнически ценных комочков размером до 2,5 см перед посевом не превышает 50...60% вместо 80...85$ по агротребо-панллы.

Зто обстоятельство настолько существенна, что требует разработка новой техники с учетом особенностей оросаемоЯ зоны. Попытки внедрения здесь ротационных, в частности фрезерных орудий не сняла проблему.

Поиски в этом направления праве ля к созданию рихлатоля почвы с поперечяо-колебательяш движением рабочих органов. Он позволяет интенсивно рыхлить дереуплотяеяяуп зябь ели ночзу после планировки, разрушать затвердевшие нрушше глыбы и комья послэ есшзшкп.

Работа'! процесс такой шшины не пзучея. Поэтому иэучеяло и па этой основе обоснование параметров и режимов работы активного рнхлптоля является актуальной задачей.

Настоящая диссертационная работа выполнена а соответствии с заданием О.СХ.108.03 "Создать и внедрить в производство оптимальные технологические процессы в комплексы агрегатов для воз-

делывания с.-х. культур" Общесоюзной научно-технической программы СССР на 1981-1986 гг. и планом НИР Казахского ИИ по теме; "Разработать активный рыхлитель-выравниватель почвы с поперечно-волебателышм движением рабочая органов"{ номер гос. регистрации 78039373).

Объект исследования. Объектом исследования является рыхлитель дочвы с активными рабочюш органами в виде прямого круглого {иилшуфического, конического и т.д.) зубка, которым кроме поступательного движения вперед сообщается через ЬШ трактора по-перечно-коле батальное движение.

Цель и задачи исследования. Цельэ работы являетоя изыскание й" обоснование конструктивных и кинематических параметров рыхлителя на сснове изучения его энергетических в агротехнических сроцеосов.

В соответствии с цельв были поставлены следующие задачи: аяа-,ли8 конструкция е рабочих процессов почвообрабатывающих кашин с ехтивкытш рабскими органами; изучение процесса взаимодействия активного рыхлителя с почвой; установление аналитических зависимостей энергетических и агротехнических показателей процесса от конструктивно-технологических параметров рыхлителя; оптимизация параметров и р? лмов работы рыхлителя почвы; экспериментальная проверка достоверности результатов теоретических исследований; разработка методика расчета рыхлителей с поперечно-колебательным движением рабочего органа; конструирование, изготовление и испытание рыхлителя для работы с тракторами класса тяги 30 кН.

Научная новизна. Рыхлители почвы с колеблющимися рабочими органами составляют самостоятельный класс почвообрабатывающих машин. Параметру подобных шщия ни теоретически, на экспериментально не исследовались, Впервые изучены елглния конструктивно-

технологических характеристик активного рахлятедя на энергетические и агротехнические показатели процесса рыялекил почвы я получены ях аналитические зависимости. В результата создана издана, обеспечнрающая необхэдккое качество рыхления, я разработана ыето-дш'л, позволяющая рассчитывать оптпьалыше параметра и рехямы работы рыхлителя по заданному состоянию почвы и требуеыоЗ степени рыхления.

Реализация .результатов кспяедспзщгй. 5кспер;шеятальннЗ вариант рыхлителя прошел предварительное испытание в Казахской ШС. По результатам исследований и испита гшй сконструирован и изготоз-лен производствешша образец рыхлителя, который успешно прошел полевке испытания в Кзнл-Орданской ИКС и хозяйственные испытания з Карагандинской с.-х. опытной станция. Рабочие чертеки рыхлителя гранятся яа кафедре, о чем путем выпуска рекламных проспектов оповещены заводо-дзготояпгели и с.-х.товаропроизводители.

Апробация работа. Основные пологеная работы долоаенн п одобрена на каяно-практЕческих конференциях КазСХИ (1980-1933 гг.), па заседании технического совета Главрнссовхосстроя (Алма-Ата, 1982), на заседаниях лаборатория механизированных технологий растениеводства УНИИМХХ (г.Киев - Глеваха, 1984), кафэдрц "Эксплуатация иащмно-трактэрного парка" МИКСП (г.Москва, 1985 г.) в кафедры ЗИП Ленинградского Ш (г.Леняяград-Пупаин, 1385 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы II работ.

Обьем работу. Диссертационная работа излояена на 134 страницах машинописного текста, включает введение, четыре главы, выводы и рекомендация, список использованной литература пз Ш наныв-нованиЯ и 4 прнлог-енпЗ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Введение содержит краткое обоснозаяло актуальности работы

й основные положения, выносимые на защиту.

В первой главо "Состояние вопроса и задачи исследования" да-.кы технология и технические средства рыхления потаи в орошаемом земледелии, результаты исследований процессов взаимодействия рыхлителей с почвой, анализ конструкций активных рыхлителей.

Из ыкокества свойств, характеризующих состояние почвы как среда для произрастания культурных растений, наиболее важными являются ее плотность в структурность. Агротехнические требования к ник удовлетворяется технологическим процессом рыхления, которое подразделяется в зависимости от глубины обработки на поверх-яоетноэ (до 8 си), мелкое {до 20 сы) и глубокое (свыше 20 ск). Оно осуществляется различным набором почвообрабатывающих орудий с нассивнщ, активны;,: и актиБ.чо-пассквшм рабочими органами, которых в целях исследований сводят к элементарным профилям: клину и стойке. Взаимодействие их с почвенным пластом изучал»; Горяч-кид В.П., Ееяиговокий Б.А., Сжнеоков Г.Н., t/.ацепуро М.Е., Зеленин А.Н., Клешш Н.И., Кацыган В.В., Ветров Ю.А., Подскребко М.Д., Прокоп?ёнко Д.Д., Панов И.М., Турецкий Р.Л., Кушнарев А.С.,Шар-шак В.К., Мурадов К.Н., Новиков ¡D.O., Кострицын А.К., Байметов Р.И., Канарев Ф.М. в многие другие, и среди них наши отечественные учение: Алшшбаев М.Р., ГрибановскиЯ А.П., Деграф Г.А., Зе-нан JI.C., Кадыров A.C., Конысбаев К.К., Плющев Г.В., Скидан Ю.Ф., Усмапов A.A. и др. Результатами их труда заложены научные основы разработки и совершенствования конструкции почвообрабатывающих какая, по которым yse моеяо проектировать рыхлители на основа строгих инженерных расчетов, прогнозировать их энергетические и агротехнические процессы, находить новые приемы механического воздействия яа обрабатываемую почву и т.д.

Для мелкого к поверхностного рыхления почвы при ее предпосев-

Рис Л. Рыхлитель почвч с поперечно-колебательным движением рабочих органов: I - рама; 2 - навеска; 3 - опорное колесо; 4 - поперечный брус; о - зуб; о - редуктор; 7 - пал с кривошипом; 6, 9 - гибкие шатуна; 10, II - коромчслэЦ - шарнир.

Ью.г. Кинематическая схема рчхллтеля.

бой обработке предложена конструкция почвообрабаишзвдей ыашинв . (ркеД) о колеблащЕмися^рханаш коперзк направления дапкения агрегата (А.с. # 1056933).При двикеяяЕ рыхлителя поперечные брусья 4 (рас.2) с зубьями 5 получат воввраяно-ыостунательное депнеяне .рт коромысел 10 к 22, которые в свои очередь приедятся в колебательное двюкеше от вала с кривошипом ? через гибкие оиааи 8 и 9. Гибкие шатуны в зависимости от угла поворота кривошша работав® попеременно только на растлаеаае. Привод вала 7 осуществляется от БШ трактора через «идивдрпчбскяа редуктор 6,

Качественна® показатели рыхлителя поддастся регулировании в зависимости от а'шш и состояния пэтвы и агротребОЕаиий к обработке. Обоснование его параметров и рекиыов работа, обес;;еч&ваяь дае эти качества при шяыенызнх энергетических затратах, представляет нессшеяшЯ лаучкнй интерес.

Во второй главе "Теоретические исследования энергетических ,.е агротехнических процессов активного р&шстзля почва" раскрыта фиакческая картина взаимодействия с почвой круглого де^эрлатора, определена величина его нагруяения, получены дифференциальное урашеняя синусоидального движения рихлктедьного вуОка, установлена аналитическая зависимость качества рыхления от параметров я режимов работы рыхлителя, обоснована математическая модель критерия 'оптякальзости его конструкция.

¥ исследуемого рыхлителя технологический процесс рыхления осуществляется передней круглой кроткой зубца (рис .3). Траектория движения аубка оаяенвается синусоидальной функцией времени и в прямоугольной сястецэ хоорданат представляется в виде системы уравнений;

где ¿. - - дуть, срсйденщй рыхлителем кз вреш Ь ; <Й и Со> _

амплитуда и частота колебаний бруса,на иогорои закрешшгш зубья; И ~ глубина резащш.

Скорость зубка V б кавдый момент'вреизнв Ь геемгграчсоки складывается ;:з Щ к (т.к. :.-0), где определяется

скорость» движения агрегата „ а , т.е.

изменяется от 0 до . Соответственно, сила резаяия ^ пред-

ставляет собой геометрическую сушу Рх и Рц , где Р^ есть сила тяге , & Ру изменяется но гаршнэтесксму закону независимо от Щ> .

Таким образом, рабочие влементи ршсднтеля в виде зубка в . почве совершай? слоаяое переиещзязе {как продольно?., так и поперечное) с переменном направланЕса действия експзяшс сил я пгко-ашадзася но гардгонкчзскоыу шк>п$ гелдчиаой скоросяи. Эти обстоятельства требует рассмс?]?звЕЯ уерзднзншгх величия, лзраме-разупис: кагру~е;:::е орудия.

Среякеиазсяшльиуа сяду р^еанля я разрушения почзензого пласта одшз зубком Рв при V , близкой к кул», могно расеиэтря-вать состоящей из трех частей (модель Ю.А.Ветрова). Одна из ягх служат для преодолели соцрошвлений почвл яг передней грани зубка,две другие - по боковкм сторонам зубца (рис,5), т.е.

Ро - Рс& + %/е ;

гдо ~ еяла сопрогавдзния сматвв лобовой гранью зубка; Р$ок - сила сопротивления разрушению пласта в боковых расшлре-киях прерэгг.; Рб0к.ср ~ сгла бокового срегз.

Р0 + к-тбок-Ь + к-тБок.С1;Ь , (I)

где - коэффициент, утаютаапдай хяшае угла рззаввг т силу ; /Я,/ » ^¿дг Я - удельная села сэотвгтмвенпо

резаная лобовой граньв зубка при я 45®, разрувеяая пласта в боковых расширениях прорези к сопротивления срезу боиовыш реб-

Рис.З. Дшхение зубка.

2 я" у-

Рис.4. К определению К1р,

Р^о'.о. Составлявшие силы сопротивления почвы рыхлении.

Рис.6. Кинематика рихлйтельных зубков

раш: зубка; а - ширина (диаметр окружности) зубка; К - тшсло блокированных сторон среза.

Сила сояротгвлсняя резании о учетом влияния скорости резания

Р ° ikr-Р. + АР , (?.)-

где & - ошший коэфЗицаент для учета влияния физических факторов скорости раза.'И'я; АР - дололшмеяьяая сила для сообщения дмшншя отбраснэаекой аассе почвы, АО ^ rbínó'cofO

где Fcp - слсдадь среза; f~ - объемная масса почвы; в угол ыазду траекторией ножа а направление» двиззния отбрасываемая ' массы почва; - ускорение силы тяжести.

Если юшешш« рабочего органа определяет округлую (дялиа-драческув, коническую т.д.) <$орму зубка, то ns.is достезояея из наибольшего эффекта ршпанпя и кроше 1шя пласта тргбуэт,чтойа угол розаяая бил близок к SO0,

Т.к. <Г к90°, то Sin SO0 m I, a -Sin (SO * Q ) шв. Следовательно s

AP.fz^- (3)

Составляющие силы сопротявления обработке почва

fit-fV^ (4а)

p^faP.+ áPj.tinSUjk} ■ (4б)

£ - P&s m's > т

где Рр^ - нормальная сила резания; /77' - приведенная к одному зубку масса орудия.

Сила Pgg связана с Р зависимостью

Pg = P-ctg,(£+j*) или m-fr-Se > (5)

где J* - угол внешнего трения;- б"' - коэффициент крепости почвы, характеризующий сопротивление почва одноосноыу саатпю;

ю

- площадь поперечного сеченая зубка.

В связи с тем, что деагаяяе зубка осуществляется по синусоидальной траектории, в пределах одного периода абсолютное значение скорости аубка в относительном движении изгоняется от 0 до П\ах .в обратно (рис.4). Т.к. в наших исследованиях рассматривается усредненная модель рыхлителя в дроизвольны!) кошнг времени, то будем пользоваться усредненным значением 'Тер • Она определяется как центр тяжести опаоиваеиой зубком плоской фигуры, ограниченной четвертью периода синусоида, путем применения определенного Ш1-

• х/г

теграла > г , , ,

я=—£— / a■J¿n<X)t'1^e{t у ...

С{> 28 V <6)

о

где 3 - шюгадь ояисыьеауой зубком Злгуры ва четверть периода изменения скорости •

6 = и-со-ш—— (7)

о

Подставляя (7) в (6) и учитывая, что£?» Утах »пос® интегрирования в заданных пределах получим

Щ> f ■■ « ^ <7,4 ^

Работа активных сил, прклокзмшх к исследуемому орудию, в идеальном случае, т.е. без учета сопротивления в механических передачах, адекватна работе сил сопротивления почвы обработке за одинаковый промевуток" времени. С учетов того, что сопротивление движению рыхлителя ооисыаается зависимостями (I) и (2), эалишеы зависимость для опредзлвшм работы, совершаемой вубкои в процессе обработка доиан

Учитывая, что/^ » ¿-А , К в2 в Г» , к подставив в (9) соответствующе шачения И8 (I) и (3):

С другой стороны, закон деформации В.А.Кирпичева связывает затраты работы на разрушение А с величиной деформируемого объема V по /С2 • I/ л к- \ / _ •

- —> (II)

где К^ - коэффициент пропорциональности} Сгсж- предел прочно-Г

сти почвы на сжатие; с - модуль упругости.

С учетом степени дробления пласта Д .равной отношении средневзвешенных размеров тел до разрушения с© и после сС

или, с учетом свойства логарифмов

Приравняв (12) и (10), оешим уравнение относительно

о ¿ ь г21

Полученная формула отражает взаимосвязь между степенью дробления почвы и физико-механическими свойствами обрабатываемой среда и параметрами орудия. В ней наиболее знччимули кинематическими параметрами на величину степени дробления лвлявтся спорость движения зубков в почве Щ:р я площадь среза Р^р . Обозначив через

и

¡4 ^ У¡^^ (т.к.У!т-о ). а также допуская,что в малосвязной среде к ср незначптельнн, выражение

(13) запишем в виде Л/ + А2'Уср с

Л = е 6 (И)

Выражение (14) позволяет качественно и количественно оценить степень влияния параметров ГСр и на величину разрыхления

цочвк* Оно ыокет быть выбрано в аачестве целевой функция да оп-твшаации параметров, характеризующих конструкцио и рекпы работы рыхлителя. Такой выбор обосновывается $ушщиональнш назначением исследуемого орудия, т.е. необходимостью получения в результате .обработка почвц частицу требуемого размера. Тогда еа дачей оптимизации в общем виде, для ааилх условий, будет установление таких 'ааачеаий Гер и , при которых степень дробления макоимальна,

Л(Гср,ГсР) — тах (15)

Ери оптимизация функциональных параметров отдельного обравца техники в качестве обобщенного критерия оптимальности рекомендуется принимать приведенные затраты на объем механизированной работы, С цадью конкретизации связи ыевду экономическими к техноло-тескшш покаваголяш,' накн детально рассмотрена структура себестоимости рыхяеадя почвы, которая разделена на постоянную Сп п переменной С3 , т.е. С ~ Сп + С^ . Последняя характеризует энер-'гетичеекке гатргти, связанные е работой рыхлителя.

Энергозатраты на обраоотну I сочяи

где ^ - стоимость едаддца моаностя; Ы - мощность двигателя Сазавоз ыаодш, затрачиваемая на ршелеиие почвы; \\/ - производительности рыхлителя; ¿4/^ - удельная анергоеккэот.ь процесса обработка почвы рыхлителей.

Удельная елергоемкость функционально связана с важяейиики параметрами исследуемого процесса и конструктивными характеристикам;: рыхалтеед со

С , А1-й)Р + в-Ур _ п-2 РЯ-сор Рг-Ур

и? на —иГ"' ц7)

гда М* - крутящий .момент ка валу редуктора прихода брусьев; СОр -угловая скорость виходнзго ьала редуктора; П - ко.-ц-.честьо Ору -

сьев;<2 - количество зубков па брусо; R - длина водзла орусьсг.

Параметр Eyg с физической стороны определяет затрат» онер-глн на единш:у производительности и как комплексный показатель служит критерием оптимальности. С экономической точки вреяия наибольшая »¡»{ективность обработки достигается я тон случае} когда величина Е^ принимает минимальные значения. Пра атом параметра, отвечающие такому рекяыу работы, являются оптимальными.

Величина W , входящая в (I?), связана с таким важным показателем ко следуемего процесса как площадь обработки орудием. Для ее определения необходимо узнать площадь криволинейной фигурц, списываемой одним зубком при работа. Эта фигура ограничена двумя синусоидальными кривыми, описываемыми законом ^ = С1■ finCüÚ ~

и смещении«! друг относительно друга на величину вяраян 3y6ita, а также двумя ордаиатами, определяемые начало« обработки я шхеимальяоп длиной обработка за один проход tí .

Тогда плоцадь обработки одним зубком

Щф olí -/(а - 6)-Sin Щф- di (IB)

Интегрируя (16) с учетом заданных пределов, посла умножения на общее количество зубков получаем плодадь обработка рыхлителем

■ s.Sp±.(t-ut£g-) ««

Зависимость (13) позволяет установить производительность обработки почв и рыхлителем за единицу Бремени цикла полезной работы через реякмкые и конструктивные параметры ассигнуемого орудия.'

С20)

Удельная энергоемкость Eyg . выбранная а качестве критерия оптимальности рассматриваемого процесса, при использовании зависимости (20) функционально выражается через площадь обработал почвы орудием 5 . сто означает, что при оценке я оатшгзац.-*л реапма я

конструкции исследуемой машина необходимо, наряду с минимизацией удельних энергозатрат, стрешгьоя к. увеличению площади обработки. Практически вти условия можно реализовать путем введения зависимости (17) в (20): • м

г Р /М-СОр [ р\

ЬГ Гр . 7 ( ^

Выбранный и"обоснованный критерий оптимальности процесса обработки почвы рыхлителем может быть применен для оптимизации ре-хяыа после установления аналитических зависимостей, определяющих величину,:

момента от оил сопротивления на валу редуктора

м * ЬЛ'П.2>(^те6.& + К-ГП£0к.сруЯп ^ф- (22)

vp

и салч сопротивления почва разрыхлению

Р = [bv-h-n-i-(&s-me(f i \ +

+ —J v

(23)

Посла ряда преобразований, получена формула Еucj, в конечном виде, удобном для оптимизации:

/ СО- I w h (25)

Зависимость (24) является основой для анализа энергозатрат lia обработку почвы рыхлителем. В нее входит как конструктивные параметры орудия ( R , h , è> ), так и величины, характеризующие физико-механические свойства почвы { ^ci' ^бо/с ср <J* кРсме того, из (24) следует, что Еуд зависит от кинематических характеристик процесса рыхления почвы (параметры ci ).

В уретьеЭД главе изложены проградма, средства и методика постановки эксперимента, которые проводились в лабораторных .и лябо-раторяо-полевых условиях с целью подтверждения, корректировки и

дополнения полученная аналитическим путем результатов.

Для лабораторных опытов была изготовлена действующая иодель (в масштабе 1:10) рыхлителя. Исследоваякэ аа иоделв зелосг> для обоснования схемы размещения колебательных брусьев я рабочих зубьев ц выбора соотношений менду частотой, амплитудой я скорость при которых достигается нужная нам кинематика рыхдятеля (рис.6).

Полевые исследования проводились да натурном образца на опытном участке КаяМИС- Опыты ставились з соответствии с требованиями ОСТ 70.4.2-80 "Машины и орудия для поверхностной обработки почаы. Програша а методы испытаний". Экспериментальный рыхлитель агрегатировался с трактором T-I50K на рабочих передачах. Частота вращения кривошипа менялась редуктором я путем включения BCU на разные реявши. Амплитуда колебаний брусьев изменялась удлинение« или укорачиванием длины кулиса н проыонуточных звеньев.

Для определения силы сопротивления.почвы рыхлении на зсэ четыре бруса устанавливались тензометрические зубья с фольговеми датчиками. Собирались два измерительных коста для измерения в продольном и поперечной направлениях. С далью измерения крутящего момента на месте первичного вала редуктора устанавливался спзцп-альяо изготовленный тензовал с наклеенными на нем тензодэтчлкамя. Передача сигнала от теязодатчшов осуществлялась чэрез токосъемник. Измерение частоты вращения BOM Besses посредством индуктивного датчика оборотов. Для вакерез пройденного пути использовалось путеизмерительное колесо с индуктивным датчиком. Время доп-аеняя фиксировалось отметчиком вреыепя. Глубина рыхления записывалась с поиощьа глубиномера. Выровнешюсть поля сшивалась про-филографом. Качество ярешэяяя почвы оценивалось иетодон сит.

Регистрация сигналов от датчиков осуществлялась осциллографов Н-700 через усилительную аппаратуру мобильной измерительной

.систеш СТИМ-19. Экспериментальные даншзе обрабатывались методами гла тематической статистики с соблюдением правил РТМ-44-62.

В четвертой глазе "Результаты исследований" приведены анализ и экспериментальное подтвервдение аналитических зависимостей второй главы, процедура и результаты оптимизации параметров рыхлителя, методика инженерного расчета и итоги испытаний исследуемого орудия в МКС.

Изучение зависимости (14) велось на участках, почвы которых соответствуют принятому делению ее на три категории: легкие,средние и тяжелые (таблД).

Таблица 1

Параметры обрабатываемой почвы

Параметра

;ед.

.азм.

Группа почвы

"Г 7--.д

Удельное сопротивление лобовому срезу

Объемны!! вес почвы

Предел прочности почвы на сжатие

Модуль упругости почвы

Угол внешнего трения ПОЧЕЫ

Ц/м2 0,5» Ю5 1,5 *ю5 1Ум3 1,23 -Ю4 1,5с-104

0,2-Ю5 0,35.10** 0,1Ы07 0,15-1С7

К/ м2 Н/м2

град

20

25

2,0 -Юь 1,87-Ю4

0,5Л05 ОДЭ.Ю7

30

Зависимость степени дробления почвенного пласта Д от скорости обработка V , как это следует из рис.7, монотонно возрастает с увеличением V - Повышение прочности почвы с I по Ш группы вызывает уменьшение степени дробления в 1,5 раза при V-* 2,5 а/с. С дальнейшим увеличением скорости резания (2,5^2^^5,0 ад/с) зависимость Л от прочности почвы резко возрастает (до 250%). Изменение V в интервале рабочих скоростей от 0 до 3 м/с .увеличивает Я на ЮТ (I группа), 120> (П группа) и 11Ь% (Ш группа^, т.е. с повышением прочности почвы зависимость Я = /(¡г]

7

< S i

Рис.7.

* W

A*m

/Ш

IS ff Рас. Ö.

TS-

<s es в je ir 3(n¡ P.tc.V.

P.jc.IÜ.

ослабевает.

Графин зашаглости степени дробления кожов почвы Л от ча-• ототь* колебаний СО при различных амплитудах нолзуяа CL (ряс,8) показывает» что с ■ увеличением СО ц а. улучшается качество обработка почва со парабалачеокому закону\ В количественном выражении ето означаетсдэдуздее. Увеличение СО на 150> вызывает рост Я. № 180% при U* const. Гост гыачешй О. от 0,04 до 0,12 v вызывает увелЕченкэЛ на 120^ при постоянной СО =15 Гц. Наиболее ¿нтеясивкое дробление ■ котов начинается при час-тоге около 14,3 Гц, С увелзчеяаеы аишщвдды до 160-мы выход агролоьшчэскя ценных фракцзй возрастает от 43 до 85%. Идтеы экспериментальное графика хорошо согласуется « 'х-еоретическк® зависимостями. Расхождения КсЕду шши лека? в пределах 10,,.14%, что для исследования по реологическим срезам вполне дсаустймая величала.

Оценка отопокп влшшя различных параметров, зходедях в »а-ваопмостъ (24), на евергеилйскую картину процесса сочвообработ-ка ршсягае®и показала, что увеличение количео-тва работа: оргг-йоа от Ю до 50 штук на орудии вязазает скакание удельной анергоешсооти рыхденая Еу.% в 4 раза (рис.9). 2то говорят о вог-«занести оснааеяпд орудий как мохно большим количеством зубков.

Интерес представляет изменение в • зависимости от ширины рабочего зубка ?э , которая происходи по гиперболическому закону, Змпгршенты подтверждают линейный характер теоретических за-вавиностей = f(mcS ,mSciccp ,//, R).

Для внбэр'а оэтшддьяоз конструкции рыхлителя, ссеспеодвагцеа 'обработку ссчыз с шшзшшшет энергозатратами, была проведена 'шшашая оптшжйвдщ параметра Едд в зависшости от величина Кч {фэрмула 25). EbiCSep Кц в качестве базового для оптимизации определяется та«» что. входящие в него величина характеризуют фу як-

циональную зависимость Eye, от главных параметров рояяма обработки почвы {h,&,fnc£ , Мвсх.ср )> которые наиболее сущее??е£нп влшшт ка нагрукение рыхлителя. Оптимизация Е^ выполнялась на персональном ЭШ "Искра-223". Для этого была разработана про- ■ грамма, которая работает па принципе выбора и сравнения различных значений /Су и определении на этой основе min Еу я. . Для этого ЭБМ перебирает варианта в заданном диапазоне конструктивных и поч-чеяных характеристик.

На основе проведенных исследований разработана методика инженерного расчета активного рыхлителя, которая позволяет получать его силовы«, кинематические, конструктивные и режимные параметры, обеспечивающие наибольшую степень дробленая данной почвы. Клок-схема расчета представлена на рис.10. По этой методика на ЭШ просчитан процесс рыхления почвы П категории, наиболее характерной для зоны поливного земледелия Юга Казахстана. Расчет дал следующие оятишльяыз параметры рыхлителя (при заданной Л к 2,2): количество рыхлитедьных зубков П-Z =77 шт.; рабочая высота зубка h =0,15 и; ширина (диаметр) зубка =0,019 и; расстояние ду зубьями /?7 =0,14 м; угол резания «Г =57°; радиус кривошипа 2 » =0,1 м; длина кулисы =1,01 м; амплитуда колебаний зубовых брусьев d =0,20 м; частота колебаний СО =6,7о-'!'; максимальная скорость обработки V/n ах ~18,44 ум/ч", средняя скорость обработки ='7,3? kw/ч; необходимое тяговое усилие для обработки /f ® I644IH; крутящий момент на залу кривошипа, необходимая для преодоления сопротивления почвы М. =1644,1 Н• м; потребляемая модность Л/ = 112 кВт.

По результатам расчета спроектирован и изготовлен производственный образец назесного четырехбрусного рыхлителя с шириной захвата 3,6 и, массой S60'кг я габаритными размерами 15f>0x3640x 1750 ым, агрегатнруекш! с трактором T-I50 К. Результаты предаа-

рительных испытаний рыхлителя сначала в Казахской МИС (протокол й 03-56-81), затем в К8ыл-0рдошскоГ МИС (отчет Л 10-16-84) приведены в табл.2. Кроме того, испытания показали, что рыхлитель с поперечно-колебательным движением рабочего органа при обработке вяби .ва один проход может подготовить почву к посеву в соответствии о агротребованиями. По итогу хозяйственной проверки рыхлителя в Карагандинской областной а.-х. опытной станции годовой еконоыический аффект от его использования составил 950 руб. (акт внедрения от 25.01.1985 г.).

Таблица 2

Показатели експлуатацаонно-технологяческой оценки

Показатели ---

! Оцениваемые шшины_-_____

Рабочая скорость, кы/ч 4,5...8,0 6,2...7,1 7,0...8,4

Глубина рыхления, см 10...18 13...15 16...18

Эксплуатационная производительность, га/ч 1,6...2,9 1,57 1,92

Уд.расход топлива, кг/га 28,80 18,84 15,57

Затраты труда,'чел-ч/га 1,82 0,58 0,47

Примечание: 1..ТШЬ - существующий технологический комплекс ма-ЕЩН: К-700А ВДГ-7,0; ДТ-75М + МВ - 6,0; ДТ-75 +. ЗБЗТУ-1,0 (10 шт.); ШЗ-6 4 ЗКШ - 6.2.ЕВ-3,6® - условная марка испытуемого'рыхлителя.

вывода и предложения

I. Почвн орошаемых аекель Казахстана отличаются бесструктурностью и тяжелым мехсоставом, которые под воздействием поливной .воды и мобильной с.-х. техники .сильно уплотняются. Вспашка таких йочв дает очень глыбистую паиню, для разделки которой требуются 9...12 проходов различных почвообрабатывающих ыапкн. Поэтому возникает необходимость разработки новой техники, рассчитанной условиям орошаемой зоны.

2. В орошаемом земледелии принято три вида рнхления (в нави-слыости от глубины): поверхностное (до 0 см), мелкое (до 20 см) и глубокое (свыше 20 см). Наукой и практикой доказана целесообразность мелкого я поверхностного рыхления тяжелых глыбистых соча активнкм и активно-пассивным рабочими органами. Применение для втой цели ротационных орудий решило проблему лишь частично.

3. Почву в период предпосевной обработка следует рассматривать как дисперсную среду, состоящей из частиц самого различного размера: от пылевидных до крупных комков. Рыхление такой среды с дроблением комков агротехнически вффективно веста туша деформа-тороы, сообщив ему переменную скорость, максимум которой приближается к скорости удара.

4. Предложена конструкция рыхлителя (рис Л я 2), рабочие органы которого в виде прямого круглого (цилиндрического, конического в т.д.) зубка совершав! в почве колебательное движение, для чего ему сообщается возвратно-поступательное двиаэние в плоскости, перпендикулярной направлению дэиаеияя базел ого трактора,

5. Технологический процесс рыхления почвы предлагаемы« родителем осуществляется передней круглой кромкой зубца в характеризуется следующими особенностями: синусоидальной траекторией двияеняя дефордатора, криволинейной формой резца и режущей кром-кя, энакоперемеаностью направления действия активных сил я в связи с эти?) непостоянством давления на поверхность рабочего органа: изменяющейся по гармоническому закону величиной скорости рязаняя.

6. Силовая характеристика рнхлительного зубка описывается заражениями (4а, б, в), а скоростная - формулой (7). Онп позволяет прогнозировать энергетические процессы рыхлителя в зависимости от скорости рыхления, типа в состояния аочвн (формула 10).

7. Установлена зависимость степени дрсблеяия почвенного пласта от параметров, характеризующих конструкцию и режим работа

рыхлителя (формула 14), которая служит целевой функцией оптимизации по качеству крошения и средством прогнозирования агротех-•иических процессов рыхлителя.

8. В качестве критерия оптимальности рыхлителя предложена удельная энергоешшоть рыхления почвы, функционально связанной с ваяшейшиш его параметрами (формула 24).

.9. Экспериментальные исследования рыхлителя в различных почвенных условиях (табл.1) подтвердили достоверность подученных аналитических зависимостей, позволили изучить качественную в количественную картину изменения агротехнических и энергетических показателей от различных-параметров (рис.7...9).

10. Разработана методика инженерного расчета активного рыхлителя, основанная на оптимизацию процесса рыхления по ПКИ энергоемкости при шданных свойствах почвн и степени ее дробления. Алгоритм расчета (рис.10) доэволяот путец введения в программу равличных диапазонов конструктивных и режимных характеристик проводите выбор одгяиа.шш параметров.

11. Определена оптимальные параметры и режимы работы рыхлителя (стр. 19. ), со которым спроектирован и изготозлен навеской .четырехбрусный рыхлитель с шириной захвата 3,6 м, дассоз 960 кг и агрегатируекшЗ трактором Т-150К. Испытания в Ш1С показали достаточную агротехническую и технико-экономическую его эффективность (табл.2).

Основное содержание диссертации опубликовано в следуеадх грудах автора;•;

I. К обоснованию схемы активного рыхлителя-выравнивателя "по.чвы /Мех.возделывания риса и использование МГП в рисоводческих хозяйствах Казахстана.- Алш-Ата, 1981.- С.106...107 (соавтор Науркзбаев Р.К.).

2. Экспериментальный рыхлитель-выравниватель /Буклех ЕДПХ Каз.ССР.- Алма-Ата, 1981.- 4 с. .

3. Проектирование оптимального состава М1П совхозов поливной зоны юга Казахстана /Рекомендации по законченным КИР за 1 &ч-

'тилетку.- Алма-Ата, 1981.- С.62...64 (соавтор Ерканов A.B., Ко-нысбаев К.К.).

4. Проектирование, изготовление и испытание активного рыхлителя-выравнивателя почвы с поперечно-колебательным дни» шем рабочих органов /Отчет о НИР и ОКР по проблеме О.СХ.108.03.04.

й гос.регистрации 78039373.- Алма-Ата: КазСХИ, 1982.- 71 с. (соавторы Еряшнов А.Е., Конысбаев К.К., Бобович И.О.).

5. A.c. 1056933 СССР. Вибрационная борона /Ашенов Г.А., Бобович И.О. и др.- Опубл. в Б.И. Л 44, IS83.

6. О некоторых результатах полевых испытаний экспериментального рыхлителя и привода его рабочих органов /Основы выбора технологий и технических средств для возделывания с.-я. культур в поливной зоне Казахстана,- Алма-Ата, 1983.- С.146...149 (соавтор Наурызбаев Р.К.).

7. Комплектование машинно-тракторных агрегатов для обработки рисовых полей / Там же.-С.130...139 (соавторы Конысбаев К.К., Абдикаликов G.A.).

8. Рыхлитель-выравниватель почвы с поперечно-колебательным движением рабочих органов /Информационный листок.- Караганда: ЦНТИ, 1984,- 3 с.

9. Вибрационный рыхлитель почвы /Рекомендации по законченным НИР за XI пятилетку.- Алма-Ата, 1987.- С.10...II.

10. Математическая модель энергетического процеоса вкброрых-лителя /Сб.статей науч.конференции КазСХИ. 4.2. Мех. я эдектр. сел. пр-стна. - Алыаты, 1993. - С.24...26.

11. Методика инженерного расчета рыхлителя почвы с поперечно-колебательным движением рабочего органа /материалы научно-практической конференции факультета ыех. сел.хоз-ва.- Алыаты: КазСХИ, 1Ь94,- С.140.. .142.

ауНЦСГЫК ТЕТIГI К9ЛДЕНЕН, ТЕРБЕЛНЕЛ! 'ШИРАК ЦОИСЫВДШТЬШ, ПАРАМЕТР! КЕН КУМЫС РЕЖЫн ДбйШЕУ

дШОБ ГАЗИЗ ОБ У У ЛЬ/ А Н л А Г ¡1 А

Бул кумыс епн егуге 8э1рлеу максатымен суармалы жерд!н топы-рагын копсытып ендейт1н мзвине жасауга арналган. Копситныатыц жу-ныстыц тет!г1 б 1р ушы уиталган жумыр т!с тур!нде жасалган. Еумыс кез!нде т(ске агрегат жгр1с|не колденен багытта «айталиалы-|лгер]-лемел! нозгалыс бер!л1п отырады. Тербелмел! козгалыс т[с бек1т!л-ген квлденец б!лемге трактордьщ 1;уат алу б1л!г!нен цилиндрл! редуктор, одан эр! кривошип пен тек кана созылыига куиыс !стейт1н солдылдак булгак арцылы бер!лед!.

Теориялык зерттеулер арцылы тербел1стег1 т1с пен топырактын озара 8сер1кЩ физккалын ман 1сI айцындалып, копсыту гроцес1н1н эн-ергетикалиц жене агротехшкалык ноделдер! цуралды, топырак ецдеу-Д1К ен аэ куат сийымдылыгына кол жетк!зет1н копсыткыв параметр!Шн /конструкциялык кзне кинематикалык/ оптималды мэн1 аныкталды. Коп-сыткыатыд тех1рибел!к Улг1с1мен еПн алдабында яург!з1лген лабора-ториялик зерттеулер табнлган заидилнктардыц дурыстыгын растады,

Теж!рибеден алынган дерекюрге суйсшп есептвулер иург!зу кене инкеиерл1к кобалау аркилы аспалы, торт б!лемд1, алым ен! 3,6 м, Г-150К тракюримен кумыс Iс-геИтIн копсытцыштын енд1р1ст1к глпс! ка-салды. Улг! Казак кане Кызылорда маоиие сынау стансаларыида сыиак-тан ет.1п, со ниц нетинесиде ол б|р иурШ еткендс тогшракты агротехникалык таланка сай децгейде ег1ске дайындай алатындыги коне жгмыстын техникалык-экононикалык тшквшпн камтаиасыз етет!нд!г! белил! болды.

on parameters and process modes of soil-loosener with diametrically vibrating parts.

gaziz a. ashenov abstract

The work focuses on inventing a machine which improves soil by loosening ii before sowing is done. The main pait of the soil-loosener consists of a rounded cogs with sharp ends moving back and forth across the direction of movement of the whole machine. The cogs, propped to diametrical squared beams, get motion from a tractor's shaft via a tubular redactor, a crank, and flexible connecting-rods that only can stretch.

Theoretical elaboration disclosed the physical essence of the interaction between vibrating cogs and soil. The energy and agrotechnics! models of the crumbling process svere developed. Using the minimum of the energy capacity of the soil cultivation, the main constructive and cinematic parameters of the soil-loosener were optimised. Laboratory and field research of the experimental item of the soil-loosener conformed with the analytical dependences.

Based on the tests, a real sample item of the hanging four-beam V6 metre wide soil-looscner was produced to work with T-150K tractor. The tests conducted in Kazakhstan and Kzyl-Orda Machine Testing Sites showed that the machine is capable to prepare soil in one turn according to the agrotechnical requirements and to ensure sufficient technical and economic efficiency.

Подписано к печати гз.1г.95 г. Заказ 1079. Тираж 100 экз. Ротапринт КазНИЙЭО ЛПК. Апматы, ул. акап.Сатпаева ЗО6.