автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров рабочих элементов игольчатых рабочих органов для сплошной обработки почвы в условиях юга Украины

^ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

со

І

БІЛОКОПИТОВ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

ОБГРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ РОБОЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГОЛЧАСТИХ РОБОЧИХ ОРГАНІВ ДЛЯ СУЦІЛЬНОГО ОБРОБІТКУ ГРУНТУ В УМОВАХ ПІВДНЯ УКРАЇНИ

Спеціальність 05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата

техлічішх наук

Мелітополь, 1998 р.

Дисертацією с рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Сільськогосподарські машини” Таврійської державної агротехнічної академії (ТДАТА).

Науковий керівник -Науковий консультант■

Офіційні опонента -

Провідна устаноза -

доктор технічних наук, професор [КАРПУШАІЇАВЛО ПАВЛОВИЧ ~]

доктор технічних наук, член-коресиондент УААН, професор КУШНАРЬОВ АРТУР СЕРГІЙОВИЧ, ТДАТА, завідувач кафедри «Теоретична механіка та теорія машин і механізмів»

доктор технічних наук, професор БАБИЦЬКИЙ ЛЕОНІД ФЕДОРОВИЧ, Кримський державний університет, професор кафедри “Сільськогосподарські машини”

кандидат технічних наук,

САНЬКОВ СЕРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ, інститут зрошуваного садівництва УААН, старший науковий співробітник лабораторії механізації трудомістких процесів

Інститут механізації і електрифікації сільського господарства УААН (с.Глеваха Київської обл.).

Захист відбудеться р () - годиш на засіданні

спеціалізованої вченої ради К 18.819.01 Таврійської державної агротехнічної академії (332339, Запорізька обл , м.Мелітополь, пр-т Б.Хмельницького, 18, ТДАТА).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійської державної агротехнічної академії (332339, Запорізька обл., м.Мелітополь, пр-т Б.Хмельницької оД 8).

Автореферат розісланий "86 - л'іг.'^гьо 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТІ! АКТУАЛЬНІСТЬ І СТУПІНЬ ДООІІДЖЕННОСТІ ТЕМАТИКИ

В практиці хліборобства Німеччини, СШЛ, Канади, Італії, Японії, нині Росії, Білорусії, Казахстану, починаючи з 30-х років, широко використовуються робочі органи голчастого типу. Голчасті робочі органи для суцільного обробітку грунту, шо використовуються в умовах півдня України мають ряд недоліків, які не забезпечують необхідну якість підготовки грунту як по стерньовому фону, так і по попередньообробленому, або для його підготовки необхідна велика кількість проходів, що веде до підвищеного переущільнення грунту й зниження врожайності; недостатньо аналітичних й експериментальних досліджень, які встановлюють взаємний зв’язок кінематичних, конструктивних і технологічних параметрів в залежності від грунтовокліматичних умов їх застосування.

В зв’язку з цим обгрунтування основних кінематичних, конструктивних і технологічних параметрів голчастих робочих органів для суцільного обробітку грунту виявляється актуальним і має важливе народногосподарське значення.

МЕТА ТА ОСНОВНІ ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Метою досліджень є розробка та обгрунтування раціональних параметрів та режимів роботи робочих елементів голчастих робочих органів для поверхневого обробітку труту. Досягнення цієї мети потребує рішення слідуючих основних задач.

1. Провести кінематичний аналіз роботи голчастих робочих органів, на основі цього розробити методики досліджень

2. Провести теоретичні дослідження взаємодії геометричних параметрів та режимів роботи голчастих робочих органів з грунтом з врахуванням їх фізико-механічних властивостей

3. Розробити методику та дослідити міцнісні, жорсткісні властивості грудки грунту та визначити частоту їх власних коливань.

4. На підставі розробленої методики обгрунту вати основні конструктивні параметри та режими роботи голчастих робочих органів, зпроектувати та виготовити експериментальну установку.

5. Виконати лабораторно-польові дослідження по обгрунтуванню раціонать-ннх параметрів розроблених робочих органів.

6. Здійсниш виробничі порівняльні випробування знарядь з голчастими робочими органами іі дати техніко-економічну оцінку їх застосування.

ОБГРУНТУВАННЯ ТЕОРЕТИЧНОЇ ТА ПРАКТИЧНОЇ ЦІННОСТІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЙОГО НАУКОВОЇ НОВИЗНИ

Теоретична цінність. Обгрунтовані геометричні параметри та режими роботи голчастого робочого органу, що забезпечують збільшення сгупеня розпушування та подрібнення грудок фунту, збереження стерні, поліпшення стійкості ходу робочих органів по глибині в порівнянні з серійними робочими органами.

Практична цінність. Розроблена методика проектування робочих елементів голчастих робочих органів може бути використана проектно-конструкторськими організаціями для створення грунтообробних машин та знарядь.

Наукова новизна досліджень. Одержані нові відомості про деякі фізико-механічні властивості грудки грунту - міцність, пружність та частота власних коливань грудки. Визначена швидкість удару робочого елементу' при взаємодії з трунгем, розроблені математичні моделі, шо встановлюють взаємний зв’язок кінематичних., технологічних та конструктивних параметрів голчастого робочого органу з фізико-мехашчними властивостями фунтів при умовах виконання агровимог. При невиконанні цих умов та неможливості змінення конструктивних та технологічних параметрів роботи машини визначена маса баласту голчастого диску (батареї). Розроблена методика обгрунтування режимів робо-

з

тії агрегату га геометрії робочих елементів для розпушу'вання грунту по стерньовому фоні та для подрібнення ірудок,

РІВЕНЬ РЕАЛІЗАЦІЇ, ВПРОВАДЖЕННЯ НАУКОВИХ РОЗРОБОК

Дисертація виконана відповідно з комплексною програмою “Розробка теоретичних основ ресурсозберігальних зональних технологій та технічних засобів обробітку грунту, що забезпечують збереження та відтворення Ті грунтової родючості на 1991- 1995 рр."

Одержані результати досліджень прийняті для використання КБ ВАС “Сільмаш" м.Гуляйполе. Дослідні зразки знаряддя з експериментальними робочими органами впроваджені в К СП “Повопавлівський” Красноперекопського район}'Автономної Республіки Крим.

АПРОБАЦІЯ ТА ПУБЛІКАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ НАУКОВОГО ДОСЛІДЖЕННЯ, СТРУКТУРА ТА ОБ’ЄМ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи обговорювались на наукові« конференціях професорсько-викладацького складу, наукових співробітників та аспірантів ТДАТА (М1МСГ) у 1984-1997 роках, АЧІМЕСГ у 1986 рощ, ЛСП у 1988 та 1990 роках, у 1986 році - ВНДПТІМЕСГ.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 6 роботах, загальним об’ємом 2 друк., аркуша.

Структура і об’єм дисертації. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Робота викладена на 112 сторінках машинописного тексту, містить 10 таблиць і 50 малюнків.

ОСОБИСТИЙ ВКЛАД В РОЗРОБКУ НАУКОВИХ РЕЗУЛЬТАТІВ, ЯКІ ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ

Під час виконання роботи автором отримані слідуючі наукові результати, які виносяться на захист:

1. Методика визначення основних кінематичних, технологічних і конструктивних параметрів з урахуванням фізико-механічних властивостей грунтів;

2. Залежність для обчислювання маси баласту диску (батареї) під час виконання технологічного процесу обробітку' фунту:

3. Методика проектування і формування робочого елемента голчастого робочого органу для спушування грунту і дрібнення грудок.

ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОЛОГІЇ, МЕТОДУ ДОСЛІДЖЕННЯ, ПРЕДМЕТУ І ОБ’ЄКТУ

Методолог ія досліджень - аналіз умив руйнування грунтового пласта і грудки грунту піт час взаємодії з ними робочого елемента.

Методи досліджень. Кінематичні дослідження, ан&ііз взаємодії голчастого робочого органу з грунтом виконані на основі використання положень механіки фунтів, аналітичної геометрії, теоретичної механіки, математичного моделювання і математичного планування експерименту.

Експериментальні дослідження проводились з допомогою розроблених експериментальних приладів. Для афотехнічної і енергетичної оцінки дослідницьких процесів за основу були взяті галузеві стандарти. Фізико-механічні властивості грунту визначались за допомогою стандартних приладів, а також спеціальних приладів з використанням приватних методик.

Результат» досліджень оброблялись з використанням методів математичної статистики на ЕОМ.

Предмет дослідження - взаємодія робочого елементу голчастого робочого органу з грунтом під час його обробітку.

Об'єкт дослідження - робочий елемент голчастого робочого оріану для спушування і дрібнення грудок піл час обробітку важких пересушених грунтів

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступ» обгрунтована актуальність теми і положення, що виносяться на захист.

З першому розділі "Стан питання і залачі досліджень" розглянуті задачі і особливості підготовки гру чіл' в умовах півдня України, надасться аналіз існуючих грунтозахисних технологій обробітку грунтів, а також знарядь і робочих органів для виконання цих технолоїічннх операцій, виявлена їх перевага і недоліки, обгрунтована необхідність розробки спеціальних робочих органів. По конструкції і принципу дії на грунт і рослинність такі робочі органи ловинш бути віднесені до знарядь поверхневого обробітку грунту для роботи по стерньовому фону і до знаряддя додаткового обробітку, що забезпечує руйнування великих грудок .

Основи теорії ротаційних робочих органів розроблені в працях В.П.Горячкіна, В.О.Желігозського. Значний внесок в обтрушування параметрів голчастих робочих органів і дослідження пронесу їх взаємодії з грунтом внесли П.А.Самойлои, П.П.Каргіуша, В.Ф.Губарсз, М.В Доценко, МВ.Чайчин, Р.Ф.Зиязетдинов, А.А.Коїшщев, В.Я.Шатин, О.В.Коптєв, П.Н. Пожидасв, О.Сопаров та інші.

З аналізу дослідження виходить, то питання взаємодії робочого елементу з грудкою грунту повністю не вивчене. До нинішнього часу процес роботи г олчастих дисків по с терньовому фону, а також обгрунтування параметрів цих дисків не досліджені в повному обсязі, що дало змогу визначити мету і задачі досліджень.

В другому розділі “Теоретичний а на: пз процесу взаємодії голчастого робочого органу з фунтом” проведені кінематичні і динамічні дослідження, визначена маса баласту довантаження диска (батареї), запропонована методика проектування та обфуитування раціональної форми робочого елемента. Голчастий робочий орган встановлений під гострим кутом до напрямку руху arpera-

Рис.1. Схема до складу рівняння руху голчастого диску

робочого елемента в координатній формі по складових

Л', = ± X cos а + r sin а sinfín - ер);

ту б системі координат О, Хі, Х2, Хз здійснює обертальний рух навколо власної осі К; поворот навколо вертикальної осі X5; переміщується уздовж ОС! X> (Рис. 1).

Це дозволило скласти матриці: обертання Лі(ц>). повороту' А ¿(о.) і пере-міщенняА}(Р). Складене рівняння леза робочого елемента при заданих фіксу-смих значеннях поточного радіуса диска г і кута фіксації \у, були приведені до матриць четвертого порядку, дії над якими дозволили визначити величину переміщення довільної точки на лезі

(1)

■ / N nR cosa

Л 2 = reos a -<р)н---------------------ф,

180Х.

_ (2)

Л'з •- Я-г -<р), (3)

де Х\і - величина відхилення леза робочого елементу' від площини диска при заданому значенні л м. При .У>, = 0 точка леза лежить у площині диску, а - кут атаки диска, град;

г - поточне значення радіусу від центру диска до точки на лезі робочого елементу, г ~ /(\Д м;

- куг фіксації положення точки при повертанні диску' ,град; ер - кут повороту диска, град;

И - радіус диска , м;

к - кінематичний показник режиму роботи голчастого диска,

де ш - кутова швидкість, с'1 ;

Ум - поступальна швидкість руху агрегату, м/с;

ї] - коефіцієнт ковзания-буксування (знак “+” вказує на буксування кінця голки, “-“-ковзання).

Рішення рівнянь (1, 2,3) дозволили визначиш:

- величину абсолютної швидкості довільної точки на лезі робочого елемента

г/г , r І R2 2Rcos(v-<p) f,.

V;t = У ir cosa • — ■ J1 + -rr--;----------т-----; №

R \ r k cos a гЛ

- величину абсолютного прискорення робочого елемента

' a], =~j-í'2?.Jcos2a, (5)

- кут і час, що визначають початок взаємодії' з грунтом і вихід із взаємо-

до

/{( 180 ± arccos-— ^

ФП =180° ± arccos—--------, /,, =-------------------г—-, W

r ' cosa

деЛ - глибина обробітку, м; (знак - вказує початок взаємодії, - вихід робочого елемента із взаємодії);

- довжину лінії дії робочого елемента на поверхні грунту від початку до закінчення взаємодії

т гг f !г~^-2 сos2 а-со5(\{/-и/) 2r/.cos2 а-соз(^-ю/)

-------------її----------------------------R--------------; (7)

Ін

- кількість робочих елементів на диску робочого органа

де к -коефіцієнт деформації; сі - діаметр голки, м;

0 - кут сколюзання грунту, град.

- відстань між дисками голчастих батарей

Ь

І - 1,8ft sin a sin

arccog 1

R

- кут відхилення лінії дії' довільної точки на лезі робочого елемента по відношенню до напрямку руху агрегата

гЯ. cos1 X cos( >j/ - cp)

^ = —-------- — - ■— ■ - ^---------------------■ — ■ (10)

I r’X.2 cos1 acos,(v(/~ф) 2rXcos2 acos(iy-<р)

V + ~ К1 R

що врешті дозволило прийти до конструктивного рішення встановлення різального краю робочого елемента відносно площини диска для голчастого робочого органу при спушені грушу під кутом атаки

P = a + 5^+i»«zinb.f {П)

де і £min - кут відхилення лінії дії голки в грунті в межах максимальної і мінімальної глибини обробітку.

Динаміка взаємодії - робочий елемент голчастого диска — грунт - досліджувалась з використанням рівняння Лагранжа П роду і дозволила визначити технологічну швидкість при якій буде забезпечено виконання технологічного . процесу з урахуванням фізико-мехапічних властивостей грунтів:

- при умові зростання навантаження по лінійному закону

2Р„5е>'

Уи=—£-------Лй (12)

71

- при умові раптово прикладеної сили

V„ = РрЬа'-Д\, (13)

де Рр - величина руйнівної сили від статичного прикладеного навантаження, Н; &' - частота власних коливань грудки грунту, с'1;

Ді - значення швидкісного динамічного коефіцієнта при навантаженні по лінійному закону;

Лі' - значення швидкісного динамічного коефіцієнта від раптово прикладеної сили;

5 - де С - жорсткість грунту, Н/м.

Враховуючи, що ліві частини рівнянь 4 та 12 і 13 рівні, то, прирівнюючи праві частини цих рівнянь, встановлюємо взаємозв’язок кінематичних, технологічних і конструктивних параметрів з фізико-механічними властивостями грунту, Очевидно, що для забезпечення виконання технологічного процесу необхідно, щоб дотримувалась умова: V/ > !'//. При невиконанні цієї умови необхідно змінити режим роботи диска, його конструктивні параметри, а в разі неможливості рішення »оставленої задачі визначити значення маси батасту диска (батареї), при якому гарантовано забезпечиться виконання технологічного процесу по формулі

R'A і „ , и, ■ п ■

^;— < і cosa — k.,bh sin / - Р, sm

> 21 г 2 л -----1 ... 1 <• ■'

RlV‘\cosra i де R - радіус інерції диску , м ,

' ( /ЛІ]

arccosi 1-----j ІК (14)

3S¡ І-----------п-

, sma , „

¿\ - І J------ величина деформації грунту під голкою диска при руину-

cos / ' ' '

ванні, м;

Р - реактивна сила, яка є частиною сили тяги, іио прикладена до толки диска в напрямку руху. Н: кп - питомий опір деформації грунту, Н'хґ : h - ширина голки, м;

/ - кут тертя грунту об сталь, град

Основуючись на кінематичних і експериментальних дослідженнях, розроблена методика проектування і обгрунтування раціональної форми робочого елемента голчастого робочого органу для спушення і дрібнення грудок грунту. Для сп\ шення грунту використано два методи, аналітичний -- полягає в уста-

иовці різального краю робочого елемента, радіально розташованого на диску, а в поперечному перерізі маючого краплеподібну форму (Рис.2), близько до вектору абсолютної швидкості під кутом р, що визначається з виразу (II)

Рис.2. До методики обгрунтування форми робочого елемента для сну-

шеннн грунту

Графоаналітичний метод передбачає виконання слідуючих еіапів І -побудова траєкторії кінця голки, 2 - визначення кута початку взаємодії робочого елемента з грунтом і вихід із взаємодії; З - побудова траєкторії лінії дії робочого елемента на поверхні грунту; 4 - проведення усередненої лінії її - п через центр отриманої фігури, приближено! до вектора абсолютної швидкості; 5 - установка в пентр отриманої фігури поперечного перерізу робочого еле-

мента краплеподібної форми. Під відповідним кутом атаки вс гановіпоється диск і проводиться остаточне формування голчастого робочого органу (Рис.2).

Проектування і обгрунтування раціональної форми робочою елемента для дрібнення грудок основане на графоаналітичному методі і передбачає виконання слідуючих етапів-1 - побудова траєкторій кінця голки і поточних значень радіусу диска в межах глибини обробки; 2 - вибір траєкторії, яка до повного свого занурення пересікається з попередньою або наступною на мінімать-ному відрізку взаємодії; 3 - приймається кут загострення робочого елемента, рівний 15'1 , на підставі експериментальних досліджень; 4 - формується кут загострення робочого елемента по мінімально пересічній траєкторії і плоскопа-ралельних переміщеннях переноситься кінець голки в точку початку взаємодії з грунтом; 5 - проводиться формування робочого елемента на попередньому етапі. Через сформований кут проводиться бісектриса на висоту, рівнуг глибині обробки. !з точки О проводиться осьова в точку К - центр радіусу диска, який був в положенні моменту початку взаємодії з грунтом (Рис.З); 6 - після завершення попереднього етапу повторюються пункти і...5, але з урахуванням конструктивних особливостей. Ідеальною умовою остаточного формування робочого елемента являється повторення траєкторії точки 1 всіма траєкторіями точок, що лежать на робочому елементі в межах глибини обробки, до повного занурення на глибину її.

Після остаточного формування робочого елемента кут між вектором абсолютної швидкості і вертикаллю в точці моменту початку взаємодії не повинен перевищувати куга тертя грунту об сталь

В третьому розділі "‘Програма і методика експериментальних досліджень” викладені програмні питання і методи їх вирішення, описані лабораторні у становки, апаратура, приведені плани реалізації дослідів і техніка вимірювань.

Експериментальні дослідження включали проведення лабораторно-пошукових дослідів на підставі попередніх теоретичних досліджень: визначен-

ня фізико-механічнкх властивостей грунту'; проведення польових досліджень, які включали в себе визначення технологічних і енергетичних показників роботи експериментальних, робочих органів.

Рігс.З. До методики обгрунтування параметрів робочого елемента для

дрібнення грудок

Результати експериментальних досліджень оброблялись методами математичної статистики з використанням ЕОМ.

В четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” подалі наведені результати лабораторних і польових досліджень. В процесі пошуку та теоретичних досліджень були вибрані три основні типи робочих органів: БІГ -ЗА - робочий орган серійної борони, Б1Г-ЗД - робочий орган для дрібнення грудок грунт} і БІГ-ЗР- робочий орган для спушення грунту. Причому, дослідження БІГ-ЗА і БІГ-ЗД проводились в активному і пасивному положенні. Найкращі результати порівнюваних пошукових досліджень для дрібнення грудок за ступенню дрібнення та розкидання показав робочий орган БІГ-ЗД в як-

тивному положенні; для спушення - за ступенем зміщення помічених часток по довжині та глибині - робочий орган БІГ-ЗР. Результати дозволили зробити висновок про вірність теоретичних досліджень і методики проектування, а також вибрати рівні варіювання по куту атаки для цих робочих органів.

Дослідження по визначенню показників фізико-механічних властивостей грунтів містились у визначенні:

- величини руйнівного зусилля грудки грунту Р, Н, яке в значній мірі залежить від величини вологості IV, % і від куга заточки деформатора;

- величини жорсткості як функції волоіості \У і кута заточки деформатора (Рис.4);

- величини частоти власних коливань грудки грунту' через період її власних

Гг

коливань або через значення величини жорсткості со =.— або через мо-

V т

дуль пружності о:

V а

Під час польових досліджень були отримані математичні моделі оцінки ступеня впливу окремих факторів і їх взаємодії на технологічний процес на основі реалізації багатофакторного експерименту ЦКРУ.

Для обробгатку грунту по стерньовому фону з робочим органом БІГ-ЗР параметрами огітимізації були прийняті:

- ступінь спушення У і,% , ступінь зберігати стерні - Ї2,%, стійкість ходу робочих органів по глибині У}, см'1 і питомий тяговий опір їц, Нсм'1, математичні моделі яких мають вигляд:

Г, = 63,21 + 1,89Хі + 9,98X2 + 6,87Хз + 0,В9ХлЬ + М ІХіХїХз+ '

- 1,2.2х22-1,31Х2ь (15)

У2 = 75,99 - 1,54х,- 9,82X2-6,63X3-1,02ХзХз - 0,62Х2і+0,82х\ + І^х’з; 06)

Г3 = 0,79 + 0,57X1 - 1,68Хг- 1,29*3 - 0,19ХіХз + О^Х з - 0,65ха +2,15х22 - 1,04х2з;

2 .

Їі = 45,15 + 1,35X1+ 7,13X2+ 4,90Хз-0,1 8ХіХз+0>21 ХіХз + °>63ХЯ з + ,]8)

+ 0.79 ЫлЪ + 0,38х2і - О^Д- 0,94x4

!Рис.4. Залежність величини жорсткості від вологості і куга заточкн деформатора

Огримані залежності були досліджені при оптимізації моделей методом градієнтів, а також за допомогою метода даомірних перерізів поверхні відгуку.

Аналіз результатів показує, що при умові високої якості кришення на рівні 81,96% ступінь збереження стерні менше 60% ііри дуже високому питомому тяговому опорі і стійкості ходу робочих органів на рівні 1,02 см'1, що відповідає відхиленню по глибині 20%. При мінімальному питомому опорі в 30,2 Н/см, дуже низький ступінь дробленая 42,26%, ступінь зберігання стерні 94,38%, а показник стійкості 5,82 см

Це вимагало рішення компромісної задачі по визначенню якісних і енергетичних показників з обмежувальними факторами з урахуванням прогнозування врожайності, представленої в вигляді системи рівнянь

< ю/о

О,« "

о, =2іо,б + п,зг, + 6,74г, -4.б8}',г1 +1 о,тхг- '■

■ = (Х,,Х2,.\\) ( (19)

К ~ (Л\ ,Х2, Л\ ) > 60%

};=(.Г1,А'1,Л'з).<0,55 с.іГ1 Г4 = (Л',,Л\,Л',)<14 кН

де Отя\ - максимально можлива врожайність, 24,2 ц'га,

О, - поточне значення врожайності (прогнозуеме);

її - відсотковий вміст структури з розміром агрегзтів менше 50 мм в шарі

0...4 см;

7/ - відсотковий вміст структури з розміром агрегатів 0,25...5 мм з шарі 4...8 см.

Вирішення системи рівнянь дозволило отримати слідуючи результати: по ступеню кришення У; = 75,76 % .по ступеню збереження стерні Г? -63,08%, стійкості ходу робочих органів К; - 0,53 см'1 і по питомому тяговому опору 46,27 Н/см при швидкості руху агрегату' Ум =10 км/год, куту атаки о. = !6° і установчій глибині 6,5 см. При цьому прогнозусма врожайність становила 23,96 ц/'га, шо на 2,36 ц га більше в зрівнянні з серіґш.чм робочим органом.

Результати порівняльних господарських випробувань показали, що робочий орган БІГ-ЗР за один прохід забезпечує ступінь спушення груїпу на 79 %., на 64% сту пінь зберігання стерні і відхилення від заданої глибини не перевищує 1 см. Робочий орган серійної борони при дуже низькій якості кришення мав відхилення від заданої глибини більш ніж на 43%. При повторному проході по ступені спушення. показник на 6% кращий, на 1,3 % кращий по глибині обробки, при ступені зберігання стерні на рівні 44% і великих енергови гратах.

Для обробітку грунту’ по дрібненню ірудок робочим органом БІГ'-ЗДт параметрами оптнмнації були прийняті: - ступінь дрібнення У, і %, питомий тяговий опір У\ 2 НУсм, математичні моделі яких мають вигляд:

У, і - 49.37 - 4,54^| -1,20уа + 2,38^1 - ~ 0-627. зУи ^ -:,787.2і

4 8,02і22 - 1,05х:і

} і 2 - 39,87 + 2,96X2 - О.бОХя + 1,25х»Х= + 1.87ХіХ* + 3,05ХїХ* -

- 0,46хіХ2Хз +0,85хгі - 0,15х’2 + 4,63х:;

Двомірний переріз поверхні відгуку залежності ступеня дрібнення У, , від швидкості Г.,(хі) і кута атаки а(хг) гіри фіксованому значенні глибини обробітку /;(£-.) (Рис.5) показує, ідо .максимум функції відгуку У|,і = 79 % можна отримати при швидкості руху У„(Хі) = 3,33 м/с, куту атаки а(хі) = 2° і установчій глибині обробітку /ї(хл) = 8 см.

(20)

(21)

7$'. 16 г:>—■-і • : ''

, £8.74 / ‘ !іЗ-ь «' .

' . ) ’ І ■ ' * ! ' <гГїб •. | 1 *: ; ' ’ і :

екд Рівняння: и~ 50 <70+ 4.5ЙхА ~7 . іЗ'ол'а -2.17x1x2 __

* 5, 7УХІХІ+ й.иЗхігіхіі

РнїпКнд.”"и,ЗД.,-- 0,45)-- ¿ї-у. Риа«<кІ~ 1<00, х2 -1,00 ) ~ ?9.00

хЗ= 1.000 _

Рис.5. Вплив на ступінь дрібнення грудок грунту Ум швидкості руху агрегату У,((хі), кута атаки дисків а(хг) при фіксовано,му значенні глибини обробітку Ь(хз)

Дослідження отриманих моделей методом градієнтів показує, що мінімальний питомий опір У].2 - 35,96 Нсм'1 мас місце при Ул, = 2,93 мс1, куту ата-

ки а = 2° і глибині обробітку її = 6,64 см. При цьому ступінь дрібнення знижується майже на 11%.

Теоретичними дослідженнями встановлено, то найбільші інерційні сили, а отже, і більш висока вірогідність дрібнення грудки мають місце при а = 0. Тоді, розширивши пошук оптимуму на зірчасті точки по куту атаки і зафіксувавши його на цьому рівні, отримані слідуючи результати: по ступені дрібнення Ті і =■ 91,76 % і питомому тяговому опорі ? = 33,86 Н/см, при швидкості руху агрегату \\, = 11 км/г, куту атаки а -= 0, і установчій глибині /? = 8 см.

Результати порівняльних господарських досліджень робочого органу БІГ-ЗД при загальній обробленій площі 60 га, на якій проводилися якісні проби по ступеню дрібнення, склали 87,4 % . На площі 20 га ступінь дрібнення грудок серійним робочим органом БІГ-ЗА склав 52,6 %, що на 34,8 % менше в порівнянні з експериментальними. Ступінь дрібнення на площі 10 га при повторному проході склав 84,3%.

В п’ятому розділі приведений розрахунок техніко-економічних показників. Річний економічний ефект від застосування голчастих робочих органів склав: для обробки грунту' по стерньовому фоні робочим органом БІГ-ЗР, з урахуванням пропіоіушого підвищення врожайності - 17543,74 грн.: для дрібнення грудок робочим органом БІГ-ЗД як знаряддям додаткової обробки -

495,56 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 1 ПРОПОЗИЦІЇ

1. Використання голчастих робочих органів в грунтозахисних технологіях стримується в зв’язку з низькою стабільністю ходу робочих органів по глибині, високої енергосмності процесу. і недостатньої якості підготовки грунту що до застосування в конкретних грунтово-кліматичних умовах.

2. На основі теоретичних досліджень визначені кінематичні, конструктивні і технологічні параметри голчастого диску з урахуванням фізико-механічних властивостей грунтів при умові виконання вимог агротехніки.

При невиконанні цих вимог і неможливостей зміни констр\ктивни\ і технологічних параметрів роботи машини визначена маса баласту голчастого диска (батареї).

3. Розроблена оригінальна методика визначення режимів роботи агрегату і геометрії робочих елементів голчастого робочого органу для спушеним грунгу по стерньовому фону і для дрібнення грудок гисля основної обробки.

4. На основі теоретичних і експериментальних досліджень обгрунтовані основ-

ні конструктивні параметри і режими роботи голчастих робочих органів, виготовлені експериментальні зразки і проведені їх польові дослідження.

5. Результати досліджень дозволили визначити основні раціональні параметри і режими роботи голчастого диску і грунтообробного агрегату.

Для еггушення грунту по стерньовому фону робочий елемент, радіально розташований на диску і в поперечному перерезі, мас краплеподібну форму

з кугом заточки 60°, ріжучий край, повернутий відносно площини диску на кут р, описаний виразом (1 Г). Параметрами, що задовольняють умови роботи агрегату, є' швидкість руху агрегату У,, ~ 10 км/г; кут а гаки дисків а = 16° ; установча глибина И 6,5 см.

Для дрібнення грудок грунту після основного обробітку робочий елемент має кут загострення 15° і загнутий від радіального положення по траєкторії, описаної рівняннями (2) і (3), і яка обмежена поверхнею грунту7 і максимальною глибиною обробітку. Параметрами роботи агрегату' є: швидкість руху агрегату Ум - 11 км/г; кут атаки дисків а = 0 , установча глибина й=8 см

6. Галузеві випробування дослідних зразків голчастих робочих органів в умовах півдня України і в степовій частині Криму показали їх високу стабільність при заданих технологічних вимогах. Річний економічний ефект від застосування експериментальних робочих органів при обробці фунту по стерньовому фону (БІГ-ЗР) з урахуванням прогнозуємо"! врожайності склала 17543,74 грн., а для обробки грунту при дрібненні грудок (БІГ-ЗД) --

495,56 грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В СЛІДУЮЧИХ

РОБОТАХ:

І Кочев В.И., Белокопытов A.B. Обработка почвы комбинированными машинами - залог повышения плодородия почв// Повышение плодоролия почв: Сб.научлр/УСХА.-К.,1982. с.57-59. (Доля здобувана 50% - збирання даних та польові випробування)

2. Кочев В И., Белокопытов A.B., Вершков A.A. Особенности обработки почвы юга степной зоны Украины под посев зерновых культур // Изучение технологических свойств почв в связи с уплотняющим воздействием сельскохозяйственной техники на почву: Сб.науч.тр/УСХА.-К.., 1984.с. 139-144. (Доля здобувача 40% - збирання даних по фізико-механічшш властивостям

грунг/)

3. Кочев В.И., Белокопытов A.B. К вопросу взаимодействия игольчатого рабочего органа с комком почвы // Механизация и электрификация сельского хозяйства.К.,1989,- Вып. 70, с.24-29 (Доля здобувача 80% - теоретичні дослідження)

4. Белокопытов A.B. Определение упругих свойств почв.// Совершенствование технологических процессов и рабочих органов сельскохозяйственных машин: С б. н ау ч. тр/У С X А. - К., 1989. - с.54-58.

5. Кочев B.I., Білокопигов О.В., Сергеев Л.В. Дослідження кінематики голчастого робочого органа, встановлениого під гострим кутом до напрямку руху,// Механізація та електрифікація сільського господарства,- K., 1993. --Вип. 77, с. 29-36. (Доля здобувача 80% - теоретичні дослідження)

6. Карлуша ГІ.П., Белокопытов A.B. К вопросу определения массы игольчатой бороны // Механизация и электрификация сельского хозяйства № 6, 1986. -

4 с., № 128/2 ВС - 86. Деп. (Доля здобувача 80% - теоретичні дослідження)

Білокопитов О.В. Обгрунтування раціональних параметрів робочих елементів іолчастих робочих органів для суцільного обробітку грунту в умовах півдня України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.20.01 - Механізація сільськогосподарського виробництва. -Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 1998.

Захищається робота, яка містить в собі результати теоретичних і експериментальних досліджень по обгрунтуванню робочих елементів голчастих робочих органів для суцільного обробітку грунту.

Використання запропонованих робочих органів дозволяє проводити якісну обробку фунту при значному зниженні енергетичних витрат.

Ключові слова: робочий елем єні, голчасті-гй робочий орган, фудка грунту.

Белокопытов А.В. Обоснование рациональных параметров рабочих элементов игольчатых рабочих органов для сплошной обработки почвы в условиях юга Украины. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.0І - Механизация сельскохозяйственного производства. - Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 1998.

Защищается работа, которая содержит в себе результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию рабочих элементов игольчатых рабочих органов для сплошной обработки почвы.

Использование предложенных рабочих органов позволяет проводить качественную обработку почвы при значительном снижении энергетических затрат.

Ключевые слова: рабочий элемент, игольчатый рабочий орган, комок-почвы.

Belokopyutov A.V. Rational Needle Tools Parameters Substantiation for Overall Soil Tillage under Southern Ukraine Conditions. - Manuscript.

Dissertation for scientific degree of Technical Sciences on specialty of 05.20.01 - mechanization of farming, Tavria State Agrotechnical Academy, Melitopol, 1998.

Under defense is dissertation containing the resuits of theoretical and experimental investigation on substantiation of needle tools elements for overall soil tillage.

The above proposed tools usage enables to conduct qualitative soil tillage at considerable decrease of power expenses.

Key words: working part, needle working part, soil clot.

Підписано до друку _ '.'.02.1998. Зам.Л»

. Формат 60<84 1'і 6 Обл -вид. арк. 1,0 Тираж 100 прим Видруковано в Таврійській державній агротехнічній академії. Адреса: 332339..Україна. Запорізька обл.. м.Мелітополь, пр-т Б.Хмельницького, і8.