автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Обоснование параметров комплекса машин для возделывания и уборки овощей на мелкоконтурных участках

£ - >

Г.-л С ;

КАУЧКО- ПРОЖЭБОДСГТЕИЕЮЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО СЕйЬСКОХОЗЯЙСТВИМ)^ МАШЮСТРОЕНИЮ НПО ВМСХОМ

Г*0 1-1.

11а правах рукописи

СЕЛИВАНОВ Сергей Евгеньевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСА МАШИН ДЛЯ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ ОВОЩЕЙ НА МЕЛКОКОНТУРНЫХ УЧАСТКАХ

Специальность 05.20.04 - сельскохозяйственные и гидромелиоративные маитш 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 1Р93

Работа выполнена в Научно - производственном объединении по сельскохозяйственному машиностроению - НПО ВИСХОМ.

Научный руководитель - доктор технических наук,

старший научный сотрудник В.А. Хвостов

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, академик Академии транспорта РЕ Н.Н. Колчин

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.Г. Шевцов

Ведущее предприятие - ГСКБ по машинам для

овощеводства

Защита состоится " 10 " " марта " 1993 года в 12 часов на заседании специализированного совета Д 132,02.01 в Научно-производотвенном объединении по сельскохозяйственному машиностроению (НПО ВИСХОМ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПО ВИСХОМ.

Отзывы и замечания в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 127247, г.Москва, Дмитровское шоссе, 107, специализированный совет НПО ВИСХОМ.

Автореферат разослан "_£_" "" 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Д132.02.01 доктор технических наук, ("¡У ы

профессор ¡г А. А. Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Овощеводство отличается широкой! номенклатурой культур, каждая из которых возделывается на ограниченной площади. При этом, наряду с крупными (100 га к более) участками в специализированных овощеводческих хозяйствах значительную часть (свыше 50 X) овощных посевов составляют мелкоконтурные (до 10 га) на которых традиционную сельскохозяйственную технику использовать либо невозможно, либо экономически не оправдано.

Доминировавшая ранее концепция неуклонного повышения единичной производительности машин за счет увеличения мощности и ширины захвата (в том числе путем создания самоходных машин) не может считаться единственно правильной. Использование в фермерском хозяйстве с.-х. агрегатов с высокой единичной мощностью неэффективно не только по экономическим критериям (высокая материалоемкость и дороговизна), но и по экологическим - перемещение по полю тяжелых агрегатов приводит к недопустимому разрушению почвы ходовыми системами. Поэтому наряду с высокопроизводительными сложными машинами должны выпускаться легкие, дешевые, маневренные и удобные в эксплуатации машины, отвечающие требованиям мелкоконтурных участков.

Цель работы - обоснование параметров и разработка комплекса машин, обеспечивающего замену ручного труда при производстве овощей в фермерских хозяйствах и на мелкоконтурных участках государственных и коллективных предприятий.

В качестве объекта исследования приняты мобильные агрегаты, включающие модульное энергосредство МЭС-0,6 и с.-х. машины и орудия, входящие в комплекс машин для возделывания и уборки овощей на мелкоконтурных участках.

Методика исследований. Проведены теоретические и экспериментальные исследования изучаемого объекта. В теоретических исследованиях применены основы теоретической механики, высшей математики с использованием современных методов математического моделирования рабочих процессов на ЭВМ и статистической обработкой результатов исследований. Экспериментальные исследования проводились с использованием тензометрических средств измерения, гироскопического эффекта и регистрации па-

раметров. При проведении эксперимеитгитных исследований'еа основу были взяты государственные и отраслевые стандарты,

Научная новизна, н процессе теоретических и экспериментальных исследований получены следующий результаты, представляющие научную новизну:

- зависимости давления на почву от нагрузки на колеса 6,6-16, 9.6-32 и 11,2-28 при различных значениях даьления воздуха в шне;

- зависимости поперечной и угловой жесткости шин 9,6-32 и 11,2-28 от нагрузки и давления в шине на жесткой и деформируемой поверхности;

- методика тягового расчета мобильных машин на базе МЭС;

- дан., развитие теории устойчивости курсового движения машинно-тракторных агрегатов в кинетостатике при наличии асимметричного нагружения.

Практическая ценность работы состоит в том, что рекомендованные для различных зон страны технологические схемы машин обеспечивают замену ручного труда на операциях возделывания и уборки овощей и повышает экономическую эффективность при использовании на мелкоконтурных участках по сравнению о ¡сомп-лексом машин на базе МТЗ-80/82. На баае теоретических и экспериментальных исследований получены рекомендации по доработке компоновочных схем мобильных с.-х. агрегатов на базе МЭС-0,6, что обеспечило повышение производительности труда, высокое качество выполнения технологического процесса возделывания и уборки овощей о минимальными повреждениями продукции при щадящем воздействии ходовых систем на почву. Па основе полученного алгоритма составлена программа для ЭВМ и проведено обоснование параметров шин, обеспечивающих снижоние несативного воздействия движителей на почву.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований переданы ь ГСКБ по машинам для овощеводства и используются при разработке машин для овощоводства. В 1991...1992 г. успешно проведены хозяйственные испытания первоочередного комплекса машин. Комплекс рекомендован к выпуску опытной партии. Разработанное программное обеспечение по обоснованию параметров ходовых систем передано в Отраслевой <£онд алгоритмов и программ отдела математического и программного обеспечения создания новой техники НПО ВИСКОМ для практического использо-

вания.

Научные результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы научно-исследовательскими и конструкторскими организациями других отраслей машиностроения для. блочно-модульного построения самоходных агрегатов.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и одобрены на научно - технической конференции ВНИПТИМЭСХ по итогам; исследований 1990 г. (г. Зерноград); на научно-технической! конференции Саратовского института механизации в январе 1993 г; на секции НТС ВИСХОМ по машинам для уборки и послеуборочной обработки корнеплодов и овощей (г. Москва, 1990..1992 г.).

Публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы 108 наименований, из которых 3 на иностранных языках. Работа наложена на 254 страницах машинописного текста, включая 59 рисунксв, 26 таблиц, б приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткое обоснование актуальности работы и изложены основные ее положения, выносимые на защиту, приведены практические результаты реализации работы.

В первой главе "Состояние вопроса. Цель и задачи исследований" приведен анализ и определены тенденции развития комплексов машин для возделывания и уборю* овощей, позволяющим механизировать технологический процесс.

Вопросам механизации технологических процессов в овощеводстве посвящены работы докторов наук Л.С. Бакулева, H.H. Колчина, Ю.Л. Колчинского, В.П. Нетесова, Г.Д. Петрова, A.A. Сорокина. В.В. Тарасенко, В.А. Хвостова, В.П. Чичкина и кандидатов наук Н.Ф. Диденко, Э.Д. Галушко, Л.С. Землянова, И.А. Майковского, В.П. Медведева, A.A. Михалченкова, В.А. Орлова. Н.Е. Руденко, Н.И. Тихонова др. авторов. В этих работах обоснованы технологические процессы механизированного производства овощей, параметры основных рабочих органов и технологических схем машин; разработаны рекомендации по организации труда при механизированном возделывании и уборке овощей.

Однако, они посвящены в основном вопросам индустриального производства своими в крупных специализированных хозяйствах госсектора и не учитывают специфику производства овощей на мелкокоятурных участках.

В качестве средств энергетического обеспечения машин для' овощеводства до последнего времени наиболее широкое использо-, вание получали пропашные тракторы и самоходные шасси.

Второе направление^ расширения_функциональных возмоашос-тей энергосредства - модульный принцип построения агрегата. Исследования в этом направлении проводились д-рами техн. наук Г.Д. Петровым, В.А. Хвостовым, В.В. Яцкевичем, канд-тами техн. наук В.Р. Золотаревым, В.Г. Шевцовым, инж. А.Н. Лысенко, , Н.В. Позовым и другими авторами. Ооновными преимуществами МЭС перед пропашными тракторами является:

- высокие тягово-сцепные качества при ограниченной ширине колес за счет более равномерного распределения нагрузки на; 'ведущие колеса;

- возможность составления комбинированных агрегатов иа> однооперационных машин, работающих в классическом "тянущем" режиме;

- возможность компоновки уборочных агрегатов взамен сложных и дорогих самоходных специализированных машин.

На основании проведенного анализа научно-исследовательских работ сфорь./лированы основные задачи исследований:

1. Обоснование производительности машин комплекса как' функции типа севооборота и количества трудоспособных человек в хозяйстве.

2. Выбор мощности и тягового класса энергетического средства.

3. Обоснование рациональной схемы энергетического средства и агрегатов на его базе.

4. Обоснование рациональной развесовки агрегата и типа ходовой системы, обеспечивающей экологическую совместимость движителей с почвой.

5. Обеспечение устойчивости курсового движения агрегатов с асимметричным тяговым нагружение«.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований, основанные на функциональном подходе к объекту исследования.

Основные параметры агрегатов комплекса машин (энергоеи-кость, металлоемкость, устойчивость движения и др.) определяются обеспечивающими функциями. Учитывая, что главные рабочие функции достаточно подробно рассмотрены в работах Бакулева Л.С., Петрова Г.Д., Хвостова В.А., Чичкина В.П. и других ученых и их рекомендации применимы в равной степени и для уелкоконтурных участков, основное внимание в данной работ е| уделено обеспечивающей функции - перемещению агрегата по-по-лю. т.к. именно в ней отражается в наибольшей степени опеци-, фика работы на мелкоконтурных участках.

Для обоснования производительности следует, в первую; ¡очередь, определить рациональную площадь земельного участка о .учетом необходимости выполнения работ в агротехнические сроки, по двум основным критериям:

- тип севооборота и определяемые им трудоемкость вовде-лывания 1 га и экономические показатели (стоимость валовой! продукции с 1 га, прибыль и рентабельность);

- количество трудоспособных членов семьи.

Исследования проводилиоь на примере рекомендованного

НИЭСХ НЗ РСФСР севооборота N 1:•

1. Капуста белокочанная. 4. Однолетние травы о подсевом

2. Свекла. многолетних.

3. Морковь. Б. Многолетние траты.

б. Многолетние трааы.

Площадь пашни на 1 трудоспособного человека при сезонной ¡загрузке 1200 часов и ззтратах труда на 1 га при севообороте, N 1 - 189,0 ч-час/га получаем 1200,0/189,0-6,3 га. Соответственно для семьи из трох трудоспособных человек имием общую площадь пашни 6,3x3-18,9 га.

Графическая зависимость площади вемельного участка от числа работников для хозяйства овощеводческою типа представ-.лена на рис.1. Данный график содержит исходные Предпосылки , для определения оптимальной плошадя земельного участка для специализированного овоцеьодческого хозяйства.

Рациональная производительность мяпин комплекса опрог«-ляегся с учотом площади пелжи для различных культур. '

Поскольку размер посевши апоЕДДг-'й еависит пр?*до р.с*.'0 •от количества трудоспс хУтых человек в хозяйсгг.е, и-'^ч^Т и^о-изьодительнооти превши на пример'? дкух размеров •ш-лгнв'хги

Рис.1. Рекомендумая площадь земельного участка для хозяйства овощеводческого типа: 1, 2...10 - N N севооборота

работников в хозяйстве: "малое" хозяйство (семья от 1 до 3| трудоспосбных человек) и "большое" (от 3,1 до 6).

Для вышеуказанного севооборота у "малого" хозяйства площади участков под каждой из овощных культур составит 0,0...3,15 га; у большого соответственно под овощами -2,7...6,3 га.

Для наиболее трудоемкой уборочной операции, используя, традиционные методы, при сезонной загрузке 200 часов получаем производительность за час сменного времени:

а) в первом случае ("малое" хозяйство) для капустоубо-' рочной машины «-(0,9...3,15)/200-0,005...0,016 га/час

для универсальной корнеплодоуборочной машины (свекла + морковь) №-(0,18...6,3)/200-0,009...0,032 га/час

б) во втором случае ("большое" хозяйство) для калустоу-йорочной машины И-(2,7...6,3)/200-0,014...0,032 га/час

для универсальной корнеплодоуборочной машины (свекла +

-Ы0РК0Ш>1_У-(5,4,,.12,61/200-0,027. .0,063 га/час,_

Для исключения стратегического риска потери урожая ий-за, неблагоприятной почвы и других непредвиденных факторов представляется целесообразным е 2...3 раза увеличить производительность малин для "малого" хозяйства до №-0,02... 0,10 га/час и для Ч5ольшого - до_\МЗ,04. . .0,20 га/час. _Пр_и ширине .ыеадурядий 0,45...0,70 м и скорости движения"зГ. .4 км/чтакую 6

производительность в первом случае обеспечивают однорядные уборочные машины; во-втором - могут эффективно испольвовагься как однорядный, так и двухрядные машины. Аналогично, о учетом ширины захвата определяются и производительность других машин комплекса.

Для рекомендованного выше набора культур л посевных площадей требуется следующий комплекс машин:

1. Модульное энергетическое средство МЭС-0,6 - с штуки

2. Шасси технологическое ШТ-0,6.

3. Фреза для предпосевной обработки почвы.

4. Сеялка овощная.

5. Рассадопосадочная машина.

6. Машина для внесения удобрении и посева семян трав.

7. Культиватор-растениепитатель.

8. Машина для защиты растений.

9. Машина теребильного типа для уборки корнеплодов.

Ю.Капустоуборочная машина.

12.Универсальный агрегат для погрузки и транспортировки с.-х. грузов.

Определение показателей энергетического средства проьо-дилось о учетом следующих параметров:

- энергоемкость выполняемых работ в рааличных условиях;

- максимальная допустимая единичная нагрузка на кошеный движитель;

- рекомендуемые агротехническими трьбованияуги скорости движения агрегатов;

- максимальная касательная сила тяги, которую могут реализовать движители энергосредства.

Для определения максимальной величины вертикальной нагрузки на движитель била составлена программа для ПЭВМ, по&го-ляющая определить эти значения при давлении движителя на почву, не превышающая допустимой величины по ГОСТ-26955-89. На рис.2 показаны зависимости допустимой нагрузки на колесный движитель от типа кохеоа, давления гоздуха ь шино и скорости дьижения. '

На этом же рисунке нанесены и гэеисиь'ости допустимой ■нагрузки от давления пояду.ча г шине депуеттюго дирл^ния :т почву. Точки пересечения их определяет величину нагрузки, отвечающую обоим ТребОВ.'1!МИМ: '

- Прочность ИИНН в СООТЬОТГ'ТВИИ с ГОСГ 7<!бЗ-£Ю; давление на поч."у в соогветс теин с ГОСТ

Рис. 2. Допустимые нагрузки на движители агрегатов на

Сазе МЭС-0,6: ..... 6,5-16; -- 9,5-32;

- 11.2-28; 1 - при скорости движения 30 км/ч; 2 - при скорости движения 25 км/ч; 3 - при скорости движения 20 км/ч.

Иэ графиков видно,uto для шины 6,6-16 при допустимом да-лении на почву Рк-125 кПа (летне-осенний период при влажности почвы >0,9 НВ) допустимая нагрузка на колесо составляет 4,2 КН. При Рк-1Б0 кПа (весенний период при влажности почвы О,7...О,9 НВ) давление в шине Р* может быть увеличено до 156 кПа^ при этой нагрузке на колесо при скорости до 20 км/ч может достигать 5,4 кН.

При допустимом давлении на почву 115 кПа (летне-осенний; период при влажности почвы >0,9 НВ) оптимальное давление ъ шине 9,5-32 при скорости до 20 км/ч составляет 120 кПа, а допустимая нагрузка на колесо 9,3 кН; для шины 11,2-28 эти по-, казатели соответственно 160 кПа и 13 кН. При допустимом давлении на почву 130 кПа нагрузка на колесо с шиной 9,5-32 ог-. раничена значением 10,9 кН (при давлении в шине 155 кПа), а; колеса с шиной 11,2-28 - 13,5 кН (при давлении в шине 180! кПа).

Суммируя максимально допустимые нагрузки на колесо можем'' 8 :

определить, что два управляемых колеса В,5-16 (при давлении воздуха в шине 155 кПа) и два ведущих - 9,6-32 (120 кПа) при скорости движения до 20 км/ч в десенний период могут выдержать суммарную нагрузку 2-(4,2 + 9,3) - 27,0 кН и в летне-осенний период 2-(5,4 + 10,9) - 32,6 кН , что соответствует предельной массе агрегата 2,75 т и 3,32 т при условии, если центр масс находится в плоскости симметрии агрегата на расстояниях от осей управляемых и ведущих колес, обратно пропорциональных допустимым нагрузкам на них.

Поскольку модульное энергетическое средство МЭС-0,6 и шасси технологическое комплектуются преимущественно из унифицированных серийно выпускаемых узлов (двигатель, кабина, трансмиссия, мосты ведущих и управляемых колес, навесная система и др.), их масса определена аналитически. В зависимости от модификации эксплуатационная масса МЭС-0,6 в агрегате с. ШТ-0,6 находится в пределах от 2,20 до 2,34 т.

Таким образом, масса машин, агрегатируемых с ШТ-0,6, не должна превышать 640...1120 кг. Для большинства машин это вполне реальные значения.

Сложнее дело обстоит с агрегатированием уборочных машин, в особенности - машин для уборки корнеплодов.

Во-первых, эти машины имеют ярко выраженную асимметричную компоновку ,• что затрудняет равномерное распределение нагрузки на ведущие колеса;

во-вторых, для сепарации почвы требуются сложные и мате-риалоемкие рабочие органы, которые трудно согласуются с вышеуказанным значением суммарной массы агрегата.

в третьих, уборка производится зачастую при влажности почвы, превышающей 0,9 HB.

Для решения вопроса снижения массы корнеклубнеуборочных машин воспользуемся выдвинутой д-ром техн. наук В.А. Хвостовым рабочей гипотезой, в соответствии с которой "повышение полноты отделения примесей целесообразно интенсифицировать путем изыскания более .эффективных корнеизвлекающих устройств при необходимости ценой повышения их материалоемкости, но при условии минимизации суммарной материалоемкости системы корнеизвлекающих и сепарирующих рабочих органов.

На основании этой рабочей гипотезы процесс сепарации представлен как комплексный непрерывный процесс, состоящий из двух последовательно выполняемых операций:

- отделение примесей в процессе извлечения корнеклубнеплодов из почвы (первичная сепарация);

вторичная сепарация на сепарирующих решетах.

Данное представление позволяет получить аналитическое выражение для определения длины сепарирующей поверхности, как функции состояния почвы, типа корнеизвлекающего устройства И других факторов:

1 г 1 - охр (-кшп) 1 - ехр(-ктсхЬ , „ ь---1п--. - 1п-—--- (1)

Мпр 1 ехр(-кшп) ехр(-кшсх) -1

где К - коэффициент пропорциональности (для расчетов можно принимать к-0,00581);

Чпр - коэффициент, характеризующий состояние почвы (ее сепарируемость), кг/м2-с.

Учитывая эксплуатационную массу МЭС-0,6 с гидроотбором мощности 1830 кг, массу выгрузного транспортера 110 кг и массу моста управляемых колес 240 кг, на долю корнеизвлекающих и сепарирующих рабочих органов остается не более 570 кг при ис-Ьользоваши шин 9,6-32 и 1430 кг при - 11,2-28. Этому условию отвечает однорядная машина теребильного типа во всем диапазоне состояния почвы и однорядная машина выкапывающего типа с дисковыми копачами при работе на легких почвах.

Специфика условий работы морковеуборочной машины заключается в следующем:

- наличие стабильного разворачивающего момента в горизонтальной плоскости от асимметричного тягового сопротивления;

- ограниченные тягово-сцепные свойства колес агрегата, объясняемые сложными погодными условиями сезона уборки;

- относительно невысокие значения рабочей скорости и ширины захвата агрегата.

В этих условиях определяющими являются нарушения устойчивости, связанные с поворотом уборочной машины в горизонтальной плоскости. Поэтому ограничимся исследованием только этого вида устойчивости, рассматривая агрегат как систему с одной степенью свободы. С учетом вышеуказанных условий, практически более значимы вопросы сохранения курсовой устойчивости основного (невозмущенного) движения в кинетостатике.

Рассмотрим случай установившегося прямолинейного движения морковеуборочной машины с колесной формулой 4К2 при асимметричной (левосторонней) нагрузке (рис.3).

Принимаем.следующие допущения:

- масса морковеуборочной машины постоянна;

- действием сил сопротивления воздуха и ветровым давлением пренебрегаем.

При работе на уборочную машину действуют следующие силы и моменты сил:

I? - равнодействующая сил сопротивления рабочих органов (ввиду малости величины угла будем считать рабочий орган простейшим и заменим главный вектор и главный момент одной равнодействующей силой);

Р', Р" - движущие силы ведущих колес трактора соответственно правого и левого (при наличие дифференциала Р'-Р"-Р);

Та ,Т' ,Т" - поперечные силы, приложенные к колесам перпендикулярно плоскостям ободьев;

М1 ,М'.М" - стабилизирующие моменты колес.

При асимметричной нагрузке плоскости ободьев устанавливаются к вектору скорос.ти_ агрегата под углами 61. 5р.

Углы отклонения, плоскости колес от направления.движения при поступательном движении, связаны соотношением:

б2 = « - 51 (2)

Обозначим коэффициенты, характеризующие жесткость шин переднего колеса через щ .VI , к1 задних - через ¡12' и иг". 42' и Уг" , кг' и кг" .

Принимая допущение, что поперечная и угловая жесткости

шины но зависят от'нормальной нагрузки на колеса, мокем записать :

И2 - - иг" V2 V2' - v¡¿" к2 - кг' - кг" (3) Угловые де^юрмации шин и действующие на них поперечные силы и стабилизирующие моменты можно записать в следующем виде:

5i - ki-Ди 5а - кг-Дг; • |

Ti - ui-Ai; Та - Т2' - Тг" - №>-Дг . > (4)

Mi - vi-ki-Ди Ma - М2' ~ М2" - У2-к2-Д2 I

Спроецируем действующие на агрегат силы на оси X и Y; запишем в виде уравнений:

EXi- 2-F-cos52 - R-cos52 - S-cos(a - Si) - Ti-slna - 0; EYi- S-T2 - 2-F-sln52 + R'COs52 + S-cos(oi - 5i) -

- Ti-cosot - 0;

Dtlozi- Ml - 2-M2 +R-h-cos52 - R-l-3in62 - F-(B -Bi)-cosS2+

t 2-F-l-sinS2 + F-Bi-cos52 -2-T2-L - 0;

£Mo2Zi- Mi - 2-M2 + R-h*cos52 + R-(L - l)-sin52 -

- S-(B/2 - Bi)-cos(5 - a2) + S-L-sin(5 - ct2) -

- Ti-L-Sln6 - Tj•(B/2 - Bi)-cosa - 0; Величина боковой деформации:

Д2 - (R-h - F-(B - 2-Bi)/(2-Ck2-v2 + H2-L - (6) - k2-(F-l - R-l)- U2--U). Отсюда можем определить значения углов увода колес:'

52 - ке-Д2; (6)

5i - (2-к1-Ц2-Д2)/Ц1; С?)

и угол а - 6i + 52. (¡8)

Угол устаногси переднего эквивалентного колеса, при котором обеспечивается устойчивое движение-двухосного агрегата, зависит от жесткости шин передних и задних колес и поперечной деформации шин.

На рис.4 представлены графические зависимости углов, а и С2, определяемые по уравнениям (6) и (8). Зависимости построена при постоянных значениях R-3 кН, h-0,45 м, к2-3 м-1, И2- 200 КН/м, S~l,l КН, 1-0 М, L-4,5 М, Bi-0,225 М, В-1,4 м.

В целом графические зависимости показывают, что величина 52 не превышает 3,2 град, а а - 3,5 град.

В третьей главе" Программа и методика экспериментальных исследований" оп^сйна экспериментальная установка и комплекс измерительно-регистрирующей аппаратуры.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатор-

гроо\

А

¿,

№ бгЗ

200 5,0 0,6

300

4,5

0,9

Я, кН/Н

Рис.4. Зависимости углов от параметров 1 - а - $ " ~ .....

- а - { (Ю; 2 - б2 - ( (К); 3 - « - Г (ц*);

- - ( Сна); 5-й - Г (Б); 6 - Й2 " ^ (2).

3

ных и лабораторно-подеЕих условиях.

Исследования по определению параметров жесткости проводились, на недефоримируемой опорной поверхности и а почвенной ванне. При проведении исследований был поставлен полный многофакторный эксперимент. Нагрузка на колесо задавалась ступенчато от 7 до 13 кН при давлении в шине 110, ИЗО и 1Е0 кПа.

Показатели энергетической оценки определялись методом динамометрирования, устанавливающего определение эиергосгло-вых показателей тягового и мощнооного баланса прямил измерением.

При исследовании устойчивости движения морювоуборочной машины был поставлен ммогофпкторный эксперимент второго порядка со следующими Факторами: Р* - давления вездуча в 'шинах, кПа; 1 - расстояние от моста упрдвиемых коле: до /мобильной секции;. V - скорсоть движении, м/с; Ь ■ глубина уе-

тановки копача. Четыре исследуемых фактора варьировались на двух уровнях с постановкой 16 опытов в трехкратной повтор-нооти. Проверка адекватности проводилась по критерию Фишера, значимость коэффициентов регрессии по критерию Стыодента. Связь между факторами определялась коэффициентами множественной корреляции.

Статистическая обработка результатов исследований проводилась общепринятыми методами на ЭВМ.

В четвертой главе "Экспериментальные исследования" приведены результаты экспериментальных исследований.

Основные характеристики увода шины - зависимости боковой силы Т от Соковой деформации Д, полученные при различных значениях вертикальной нагруаки и давления в шине 110 кПа при качении по твердой опорной поверхности представлены на рис. б.

Линейная зависимость боковой силы от величины боковой деформации сохраняется до 10-16 мм.

Расчетные значения коэффициентов к и ц по результата^ экспериментов при движении по недеформируемой опорной поверхности представлены в табл.1.

Таблица 1

Коэффициенты сопротивления боковому уводу, мм/град и боковой деформации, кН/м

Тип шины Внутреннее давление в шине, кПа Вертикальная нагрузка на колесо, кН к И

9,6-32 110 7,0 3,07 167

10,0 3,65 1СЗ

13,0 4,53 143

150 7,0 1,65 296

10,0 2,81 183

13,0 3,44 150

180 7,0 1,70 227

10,0 4,11 172

13,0 6,51 146

11,2-28 ' 110 7,0 3,62 180

10,0 4,62 110

13,0 7,03 142

150 7,0 4,62 138

10,0 5,41 121

13,0 6,44 125

180 7,0 3,77 120

10,0 4,64 111

13,0 5,35 100

т

кн

¥

(5 О

о -то 2ор зо,о 4о,о л,мм

Рис.5. Зависимость Т-Г(Д) при качении по твеодой

опорной поверхности с давлением в шине 110 кПа

для шин: - шина 9,5-32;--шина 11,2-28

при нагрузке: 1. - вк. - 7 кН; 2. - вк - 10 кН; 3. - 01с - 13 кН.

Для обеспечения курсовой устойчивости уборочного агрегата при асимметричном нагружении рабочего органа предпочтительнее использование шин 9,5-32, как шин о более высотами жесткостными параметрами во всем диапозоне нагрузок и иямен'Э-ния давления воздуха в шине.

Исследования воздействия движителей управляемых колео о шиной 6,5-16 на почву показали (табл.2), что максимальная нагрузка в летне-осенний период на глинистой почве (влажность более 0,9 НВ) ограничена пеличиной 4,20 кН (рис.6). Все машины комплекса находятся в диапазоне допустимых ш^рувок, за исключением капустоуборочной и агрегата, состоящего из шасси! грузового ШГМ-0,6 и погрузчика ПМШ-0,25. Однако, этот агрегат используется на погрузочно-транспортных работах, и для него, требования минимизации нагрузки на опорную поверхность не' столь актуальны. Капуетоуборочная машина требует перекомпоновки.

Использование колес с шинами 9,5-32, даже с минимально допустимым давлением в шине 110 кПа, на глинистой чочь-э в летний период при влажности более 0,9 НВ приводит к переуплотнению почвы при вертикальной нагрузка превышающей 9,21 кН

¿г \

л ✓ г'" 2 3

А

¿Я

(рис.7). В это время предпочтительно применение шин 11,2-28, которые обеспечивают экологическую совместимость с почвой до| 13,0 кН.

Ив графиков видно, что агрегатирование опрыскивателя и| рассадопосадочной машины на задней навесной системе МЭС-0,6 приводит к недопустимой перегрузке ведущих колес вне зависи-' мооти от того, с какими шинами (9,5-32 или 11,2-28) установлены колеса.

Давление на почву движителей других агрегатов на базе МЭС-0,6 находится в допустимых пределах. При этом для обеспечения допустимого давления движителей уборочных машин, работающих при влажности почвы Солее 0,9 НВ, требуется замена ши-

Таблица 2

Статическая нагрузка на единичный колесный движитель агрегатов комплекса машин на базе МЭС-0,6

Обозначение агрега-гата Вид агрегата Нагрузка на движитель, кН

Мост управляемых колес Ведущие колеса

правое левое

А МЭС-О.б+ШТ-О.6 4,55 9,36 9,50

Б МЭС-0,6+ШТ-0,б+ФМ-1,8 6,61 10,05 10,13

В МЭС-0,6+ШТ-0,6+С0М-1,8 6,90 10,10 10,29

Г МЭС-0,6+ШТ-0,б+МРУ 6,14 14,00 17,2

д МЭС-0,6+ШТ-О,6+КРМ-1,8 6,33 10,11 10,38

Е МЭС-0,6+ШТ-О,6+К0М-1,8 6,80 9,96 10,11

Ж МЭС-0,6+ШТ-О, 6+01Ш- 320 1,54 13,74 13,58

3 МЭС-0,6+ШТ-О,б+МВУ 3,53 11,28 10,96

И Комбинированный 7,27 12,16 11,02

МЭС-0,6+ШТ-О,6+ФМ-1,8+

СОМ-1,8

к МЭС-0.6+МШ-0.6 7,17 8,49 13,08

л МЭС-0,6+КММ-0,6 9,22 12,40 8,40

м МЭС-0,6+111ГМ-0,6 (спе- 9,19 8,31 8,31

реди) ПМШ-0,25

н МЭС-0,б+ШГМ-0,6 (сза- 6,31 8,95 8.94

ди)

ни 9,5-32 на 11,2-28.

Результаты исследований дали основания для вывода о том, что для доведения статического давления на почву до допустимого значения требуется перекомпоновка ряда агрегатов. Доработка опрыскивателя, рассадопосадочной и других машин позволили довести давление на почву -ходовых колес до допустимого значения.

Для анализа энергоемкости мачшн были построены диаг-

ft, Kilo

№

120

допустимо? для aipetomoS /V

(б,В,ГJ£ Ж, 5) // // *

допустим ое для s Jг* У. И

удорочних машшуг, I t

S 'км ¡mi Inn I 11 i !' i ,, I i >i J-LU—

АШ MA 5 вккН

Рис. 6. Зависимость давления на почву от нагрузки на колесо с шиной 6,5-16 при давлении в шине:

- 150 кПа;

--- 200 кПа.

% р

120 100 Но

m. ^ * 9,5-32 - m ^

дот/стимое tOidfAb/SOh OA W я MOUtUh -1 - " " 1

-fr [■•T— 1

1 с I (do/ivc 1 уоо/э w X- —" ' FT"- —•

? 1 1 1 —1—

15 К

Рис. 7. Зависимость давления на почву от нагрузки на колесо с шинами 9,5-32 и 11,2-28 при давлении в шине : - 180 кГ!а; — - 150 ------110 кПа.

раммы эффективной мощности двигателя, приведенные к оптимальной скорости движения на соответствующей операции. Кроме того, учитывалась_составляющая эффектиьной мощности - тяговая мощность агрегата, т.к. она имеет существенное значение., определяющее выбор тягового класса энергетического средства.

Максимальные значения эффективной и тяговой мощности имеет фреза для предпосевной обработки почвы ОМ-1,8 - 39,3 кВт при скорости 2,0В м/с, мннимальноа-сеялка СОМ-1,8 - 19,8 кВт при скорости 2,64 м/с. По эффективной мощности двигателя МЭС-0,6 мощностью 18,4 кВт все машины за исключением фрезы для сплошной обработки почвы могут агрегатироваться с МЭС-0,6. Более того, по мощностным показателям нет ограничений для увеличения ширины захвата сеялки СОМ-1,8 и культиватора КРМ-1,8 до 2,8 и даже до 4,2 м. Энергоемкость фрезы о| шириной захвата 1,8 м при скорости более 0,7 м/с превышает, 'возможности МЭС-0,6, оснащенного двигателем 18,4 кВт.

Учитывая энергоемкость фрезы, а также целесообразность; унификации базовой колеи при возделывании'овощей и картофеля, был разработан комплекс машин с шириной захвата 1,4 м. Это| позволило увеличить рабочую скорость фрезы до 1,4 м/с и.обеспечить производительность Ь соответствии с техническим заданием.

Обработка результатов эксперимента по определению параметров устойчивости проводилась на ЭВМ с применением метода корреляционно-регрессионного анализа, на основе которого получены уравнения регрессии для натуральных значений факторов. Анализируя коэффициенты регрессии, приходим к выводу, что взаимодействия более высокого порядка, чем линейные, не оказывают существенного влияния на отклик (являются незначительными) и, следовательно, их можно опустить при описании уравнения отклика.После оценки значимости коэффициентов регрессии по критерию Стылпента tp (997.) и Г-критерия Фишера уравнение регрессии имеет вид: .

: У - 0,08 + 0.016-Х1 + 0,174-Х2 + 0,112-Хэ + 0.123-Х4 (д) Полученные значения коэффициентов регрессии по Г-крите-рию Фишера значимы для уровни достоверности 95Х, что подтверждает гипотезу об адекватности Модели.

Максимальное значение угла « составляет 3,06°, что подтверждает выводы теоретических исследований о достаточной курсовой устойчивости агрегата.

ЛаСороторно-полевыми и хозяйственными испытаниями коми

лекса малин на Оаэе МЭС-0,6 установление), что по основным агротехническим показателям он отвечает требованиям технического задания и по ряду показателей превосходит серийно выпускаемый комплекс.

Отдел испытаний Информагротех рекомендовал комплекс машин к выпуску опытной партией. .

В пятой главе "Экономическая эффективность комплекса машин для возделывания и уборки овощных культур на мэлкоконтур-ных участках" проведено технико-экономическое обоснование целесообразности использования комплекса машин методом наложения на модельное крестьянское хозяйство. Результаты проведенных расчетов показали, что для выполнения комплекса работ в крестьянском хозяйстве на площади 18,9 и 31,5 га достаточно иметь один МЭС-0,6 с шасси технологическим ШТ-0,6 и набором к1 нему с.-х.машин и один МЭС-0,6 с шасси грузовым ШТМ-0,6. Экономический эффект за срок службы одного комплекса в ценах на 1.08.92 г. составляет соответственно 1211,9 тыс. руб и 2635,0 тыс. руб.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

Постановка и решение задачи обоснования параметров комплекса машин для возделывания и уборки овощей на мелкоконтурных участках позволили впервые получить как теоретические предпосылки, так и инженерные рекомендации по выбору рационального типа и основных параметров энергосредства и комплекса машин на его базе.

По результатам исследований сделаны; следующие основные выводы:

1. Существующий тракторный парк не отвечает требованиям предъявляемым к машинам для мелкоконтурных участков и фермерских хозяйств ни по мощности (в то время, как за рубежом основную часть парка составляют тракторы мощностью 15-;30 ^ кВт, в нашей стране й'а их долю приходится менее 16 7.), ни по возможности рациональной компоновки с.-х. агрегата.

2. Предложена и научно обоснована схема компоновки двухосного агрегата для возделывания и уборки овощных культур, состоящего из одноосного энергетического ' модуля с колесной формулой 2К2 и и одноосного технологического (2К0). При этом рабочие органы размещаются в межосевом пространстве в зоне обзорности машиниста.

3. Для овощеводческих агрегатов рекомендуются шины •управляемых колео 6,5-16 и ведущих колес - 9,5-32 и 11,2-28. При атом предельно допустимая масса навесной на ШТ-0,6 машинц находится в пределах 640... 1120 кг, а пристыкованной к* МЭС-0,6 уборочной машины - 1430 кг.

4. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что с целью ускорения освоения производства разработку первоочередного комплекса машин для фер-' мерских хозяйств следует вести на базе серийно выпускаемых: агрегатов самоходного Т-16МГ, за исключением коробки перемены! передач, диапазон рабочих скоростей которой должен быть приведен в соответствие с оптимальными рабочими скоростями агре-гатируемых машин.

Б. Разработанные по результатам исследований и при участии автора агрегаты для возделывания и уборки овощей обеспечивают соблюдение ГОСТ 7463-80 по допустимым нагрузкам на ши-:ны 6,5-16 и 9,5-32, ГОСТ 12.2.111-86 по устойчивости и управляемости агрегата и ГОСТ 26955-89 по нормам допустимого воздействия на почву.

6. Двигатель мощностью 18,4 кВт и тяговый класс 0,6, обеспечивают работу шлейфа .машин с базозой колей 1,8 ^ при оптимальной рабочей скорости, за исключением фрезы для оплошной обработки почвы. При ширине колеи 1,4 м мощность 18,4 кВт достаточна для агрегатирования всех машин комплекса.

7. Уборочные агрегаты на базе МЭС-0,6 о асимметричным тяговым сопротивлением и асимметричным расположением управляемых колес относительно ведущих обладают высокой курсовой устойчивостью движения, не уступающей МТА с трактором тягового класое 1,4.

. 8. Лабораторно-полевые и хозяйственные испытания комплекса машин на базе МЭС-0,6 показали, что по основным агротехническим показателям он не уступает серийно выпускаемым машинам, а по' отдельным показателям (ширина защитной зоны при междурядной обработке, заделке семян в слое средней фактичес-: кой глубины, полнота выкапывания корнеплодов) и превосходит их. По результатам испытаний 1992 г. Отдел испытаний Инфор-магротех рекомендовал комплекс к выпуску опытной партией.

9. Расчет экономической эффективности выполненный методом наложения на модельное крестьянское хозяйство с площадью 18,9 и 31,5 га показал, что экономический эффект за срок службы одного комплекса в ценах на 1.03.92 г. составляет со-

ответственно 1211,9 тыс. руб и 2635,0 тыс. руО.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах :

1. Комплекс машин для арендатора. Техника в сельском хозяйстве, 1990, N 4, с. 15 - 17. (соавторы В.А. Хвостов,

П.С. Звягинцев)

2. Модульное построение машин для фермерских хозяйств. Тракторы и сельхозмашины, 1990, N 10, с. 4 - 7. (соавтор ■

В.А. Хвостов)

3. Создание машин для овощеводства к самоходному шасси; класса 0,6 (сеялка для рядового высева семян овощных культур,, сеялка для точного высева семян овощных культур, рассадопосадочная машина, машины для уборки капусты, моркови, перца, томатов, платформа) Отчет о НИР (заключительный) / НПО ВИСХОМ.-N ГР 0188006Е361.-М., 1991. - 193с. (соавторы В.А. Хвостоп, Э.С. Рейнгарт и др.)

4. Комплекс машин. Сельский механизгтэр, 1991, N 11, с. 18. (соавторы В.А. Хвостов, Э.С. Рейнгарт)

5. Организация крестьянского (фермерского) -хозяйства. Обзорная информация/ЦНИИТЭИтракторосельхоэмаш, 199". - 43 о. (соавторы В.А. Хвостов, Э.С. Рейнгарт)

6. Состояние и тенденции развития энергетических средств, используемых в овощеводстве Лен. рук. ЩШТЗИтрачтс-. росельхозмзш, N 1Р01, тс 92.

7. Устойчивость движения машины для уборки моркови на базе модульного энергетического средства. Деп. рук. ЦНИЛ1&И-тракторосельхозмаш, N 1502, тс 92.

8. Экологические показатели комплекса машин для возделывания и уборки овощей в фермерских хозяйстнах. Тракторы и сельхозмашины, 1992, N 10-12, с. 2-4. (соавтор В.Л. Хвостов!