автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование технологического процесса выкопки саженцев и параметров вибрационного копателя

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕНШХ НШ ■ ВСЕРОССИЙСКИЙ СШ5КЩ-ЮНН0-ТЕИ10ЛОП1ЧЕСКИК ИНСТИТУТ САДОВОДСТВА И ЗИТОЖШЮЗОДСТЗА'

На правах рукописи

КЛИПОВОЙ Сергей Иванович

УДК 634.1:631.358+631.3-25

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЕЫКОПКИ САЖЕНЦЕВ И ПАРА;.ЩТРОВ ВИБРАЦИОННОГО КОПАТЕЛЯ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТ0РЭ5ЕРАТ

диссертации,на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питоккнководства /ВСТИСЦ/. г. Москва.

Научный руководитель: кандидат технических наук,'

старший научний сотрудник ЖЖМ A.A.

, Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор лУЛЬЧИЕВ Б.Х. кандидат технических каук, 1ЖЕНК0 П.И.

Ведущее предприятие: Всероссийский ордена рудового Красного Знамени научно-исследовательский институт садоводства им. И.В. Мичурина /г. Мичуринск/.

Защита состоится ЛИ^П/U 1994 г.. в 14 — часов на заседании специализированного совета К 020.20.02 во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководсс

1 . -

Адрес: 115598, Москва-598, Бирюлево-Загорье.

С"дассефтацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 1993 г.

Ученый секретарь специализщюван-ного совета,- кандидат технических

наук, ст. науч. сотрудник / A.A. ЦУ'-ЪАЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. В технологическом процессе производства посадочного материала плодовых и ягодных культур наиболее трудоемкой -является выкопка сачсенцев. На эту операнда затрачивается до 50% • всех затрат труда. Применение выкопочных машин позволяет повысить производительность труда, облегчить труд рабочих на выборке саженцев я снизить эксплуатационные затраты.

В настоящее время для выкопки саженцев используют машины с пассивными 'рабочими органами, либо применяются специальные приспособления для разрушения почвенного пласта. Недостатком конструкций данных машин является их высокая энергоемкость, т.е. они агрегати-руются с энергонасыщенными трактора'®, низкое разрушенае почвенного пласта, что сказывается на условиях работы выборщиков саженцев.

Перспективным направлением в создании внкйпочных машин является использование активных рабочих органов, обеспечивающих низкую энергоемкость процесса и, соответственно, высокую производительность , а также качественное разрушение почвенного пласта, что ведет к снижению усилия извлечения селсенцев. Эффективная разработка выкопочных шшш с активными рабочими органами затруднена из-за недостаточной изученности процесса взаимодействия колеблющегося рабочего органа с почвенным пластом, связанного корневой системой саженцев.

В связи с изложенным разработка активных рабочих органов няз-коэнергоемких, качественно разрушахадих почвенный пласт выкопочных мшив, является важной а актуальной задачей.

Цель работы - исследование процесса выкошен саженцев плодовых я ягодных культур рабочая органами вынопочной машины, совершающими колебания по траектории эллипса.

Объект исследований - вибрационный копатель' и процесс ¡выкопки саженцев плодовых и ягодных культур.

Методика исследований Исследование процесса выкопки саженцев проводились путем теоретического анализа и экспериментов в лабораторных и полевых условиях, фи постановке экспериментов были использованы руководящие документы и методические указания ВЛСХОМ, ШС, разработаны частные методики. Результаты исследований обработаны с использованием методов математической статистики и применением ЭВМ. ^

Научная новизна. В диссертации доказана эффективность применения рабочих органов, совершающих колебания с траекторией движения конца лемеха в виде эллипса; проведено изучение физико-механических свойств саженцев и их расположение в питомнике с учетом требований, предъявляемых к машинной уборке; разработан метод расчета геометрически параметров рабочего органа, исходя из распределена корневой системы в почве; рассмотрена модель взаимодействия лемех, с почвенным пластом, связанного корневой системой саженцев; предложен метод для определения крутящего момента на приводном валу колеблющихся лемехов; определены рабочие режимы вибрационного ко-пааеля, осуществляющего выкопку саженцев.

Практическая значимость работы. Создан экспериментальный обра зец вибрационного копателя саженцев. Разработанный вибрационный копатель осуществляет вяколку саженцев с кенее энергоемкими тракторами, разрушает почвенный плаот, что снижает усилие извлечения саженцев из почвы и повышает производительность по сравнению с Шфоко применяемым агрегатом ДТ-75 + ВПК-2 до 290,«.

Реализация результатов исслекованиР. Материалы диссертационнс работы приняты Крымским НПО "Плодмашпроект" для внедрения при разработке выкопочных машин. Техническая документация на вибрационный копатель находится в ПКБ ВСТИСП. Рабочие образцы внедрен* в хозяйствах Витебской, Оренбургской и Орловской областей. • Апьобацир работы. Основные положения диссертационной работи

обсуждены и одобрены: на П Республиканской конференции "Перспективы отечественного садоводства" /г. Киев, 1991 г./; на научной конференции молодых ученых Московской сельскохозяйственной акаде- . ши им. К. А. Тимирязева /т. Москва, • 1392 г./; на научно-практической конференции по вопросам садоводства /г. Москва, ВСТИСЛ, 1993 г./; на заседаниях секции механизации Ученого Совета ВСТЖШ /19911993 гг./.

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в пяти печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, ваводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 211 стр., из которых на-'35 стр. - 44 рисунка, на 17 стр. - 14 таблиц, на 9 стр. -список используемой литературы, состоящей из 103 наименований /из них 9 на иностранных: языках/ п на 35" стр. - 1А приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены основные положения, которые выноеятся на защиту.

В первой главе - "Состояние вопроса и задачи исследований" проведен анализ, научно-технических информационных материалов. По публикациям оценены существующие способы и средства, используемые на выкопке саженцев, указаны их преимущества и недостатки. Основными недостатками существующих машин являются их высокая энергоемкость, низкие качественные показатели выполнения процесса: усилие на извлечение до 500 Н у ягодных и до 1000 Н у плодовых культур.

В связи с зтим необходимо создать машину, которая бы агрегатй-ровалась о энергетическим средством класса 1,4 кН. Наиболее приемлемым способом снижения энергоештости является применение активных рабочих органов, которые к тому же, разрушая почвенный пласт, улучшают качество работы.

Исследования взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с почвой, в том числе н шкопочных, были проведены Г.П. Варламовым, Г.А. Хайлисом, В.В. Илюхиным, A.A. Строем, В.К. ] купленным.

Вопросами влияния вибрации рабочих органов почвообрабатывающи; машин занимались шогие ученые: A.A. Дубровский, П. С. Шкуренко, Б.А. Чугин, A.A. Василенко, Г.И. 1)?аник, O.E. Верняев и другие. Исследования били посвящены влиянию вибрации на энергоемкость рабочих органов культиваторов, подкапывающих лемехов корне-, клубне уборочных машин, но в них не рассматривается полностью процесс взаимодействия активных рабочих органов с почвой.

Была проведена оценка конструкций рабочих органов выкопочньис машин по способу разрушения почвенного пласта. Выявлено, что лучш всего разрушают почвенный пласт активные рабочие органы.

В связи с этим, программой исследований предусматривалось ре-* шение следующих задач:

1. Изучение физико-механических свойств саженцев различных культур в связи с мвханиз5фованной выкопкой.

2. Исследования по определению оптимальных размеров подкапывг щего лемеха.

3. 'Теоретическое, исследование взаимодействия колеблющегося рабочего органа с почвенным пластом.

4. Силовой анализ предложенного механизма.

5. Проведение яаборагорно-полевнх исследований по оценке эне! гоемкости и качества процесса выкопки.

6. Црбведение испытаний экспериментального образца машины и определение ее экономической эффективности.

Во второй главе - "Исследования физико-механических свойств саженцев плодовых и ягодных культур в связи с разработкой выкопо' ной машины" изложены основные показатели размещения с&тенцев в

питомника и физико-механические характеристики саженцев различных культур и различных возрастов. Данные показатели являются осново- • полагавдиш при определении конструктивных размеров вибрационного Копателя и эксплуатационных рекимов его работы. Кроме этого, было изучено размещение корневой' системы в почве для саженцев плодовых культур как обладащих наиболее развито! корневой системой.

Исследования проводились в питомнике ОПХ ВСТИСй и на лабораторном участке. Изучались саженцы: яблони однолетки, сорт Мелба; яблони двухлетки, сорт Антоновка; сливы однолетки, сорт Нижегородская;' вшни однолетки и двухлетки, сорт Молодежная; смородины черной, сорт Загадка; смородккч красной, сорт Ранняя сладкая; малины, сорт Киржач; крыжовника, сорт Колобок. Исследовались показатели, предусмотренные ОСТ 70.15.1-85: ширина мездурядай; расстояние между растениями в ряду; отклонение от оси ряда; высота растений; диаметр штамба; количество корней первого порядка; суммарная длина коряей; средняя длина корней.

Было установлено, что расстояние между рядами находилось в пределах от 89,6 см у сяибы до 91,7 см у яблони двухлетки. Отклонение от оси ряда были незначительны и составляли 2,8 см у яблони однолетки и ¿,2 см у яблони двухлетки. Наибольшее расстояние между растениями в ряду отмечено у яблони двухлетки 20,2 см, наименьше у крыжовника - 13,1 см. В целом, у ягодных культур более плотная схема посадки, чем у плодовых.

Результаты исследований размерных характеристик показали, что красная смородина имеет среднюю высоту 58,3 см, высота малины в ■ ' среднем составляет 154,3 см. Средняя высота однолетних плодовых ' культур находится в пределах от 60,0 см у яблоки до 93,7 си у"вишни, у двухлеток она равна, соответственно, 126,3 и 175,9 см.

Диаметр штамба зависит от возраста: у яблони однолетки 4,4 мм, у двухлетки - 9,9 мм; у вшни диаметр штамба увеличился с 12,1 по

5

19,8 ш. У черной и красной смородины, малины и крыжовника диамет[ штамба составляет, соответственно, 12,1; 16,7; 8,9 и 9,4 мм.

Количество корней первого порядка зависит от изучаемой культуры: у.ягодных их количество значительно больше, в среднем 13-19 против 5-12 у плодовых. Однако суммарная длина корней примерно одинакова, так как их средняя длина у.плодовых культур существен» больше. Общая средняя длина корней у двухлеток яблони и вишни равна 289,7 и 285,9 см, соответственно; у малины и смородины черной -288,9 й 217,8 см, соответственно.

фи разработке рабочих органов машины для выкопки саженцев, в частности, для обоснования размеров 'подкапывающего лемеха, глубин] подкопа и формы лемеха, необходимо знать пространственное распределение корневой системы саженцев в поверхностном слое почвы. Распределение корневой системы оценивалось по массе ее залегания в зонах и ярусах. Зона - это слой почвы с находящимися в ней корнями, расположений к периферии от штамба.саженца в обе стороны шириной 0,01 м. Ярус - это слой почвы,с размещенными в нем корням расположенный на расстоянии от поверхности почвы равном1 0,05 м. .

В результате было установлено, что распределение корневой системы в почве-по зонам и по ярусам подчиняется закону нормально-.го распределения с функцией распределения: '

где б"- среднее квадратяческое отклонение случайной переменной X для различных объектов исследований; пгс- величина математического ожидания расположения корней.-Для изученных культур расположение по зонам было получено: для .вишни однолетки (Г= 14,34, т = -0,61; яблони однолетки (Г= 14,72, т= 0,62; виши двухлетки б"= 16,71, т = -0,17; яблони двухлетки (Г = 11,95, т = 0,54-. фи размещении по ярусам

средняя величина математического ожидания у всех видов саженцев будет одинакова т = 2,5, а среднее квадратическоэ отклонение б~ будет равно у вишни однолетки - 8,15; вишни двухлетки - 9,52; яблони однолетки - 5,15; яблони двухлетки - 2,22. Графики рас-цределения корневой системы представлены на рисунке 1.

В третьей главе - "Теоретические исследования процесса выкол-ки саженцев" представлена методика расчета размеров подкапывающего лемеха, проведен кинематический анализ предложенного механизма для выкопки саженцев, исследован процесс взаимодействия вибрирующего лемеха с почвенным пластом; рассмотрена схема сил, действующих на лемех.и определен крутящий момент на приводном валу.

Корневая система сат.екцев в почве имеет пространственное расположение, которое характеризуется функциями распределения-Поскольку при движении маияны вперед подкапывается весь рядок

растений и корневая система, расположенная вдоль ряда, не обрезается рабочим органом, то интерес представляет распределение корневой системы по глубине залегания и ширине ряда. Поэтому, и ходя из законов1 распределения корневой системы по глубине залегания и по ширине ряда, было получено двухмерное распределение плотностью распределения:

1Л со

где 6у; б* - дисперсии случайных величин у в г ;

СЛ «-0

у ; 2 - нормированные отклонения;

у ¿V ' '

у; 5 - математические ожидания случайных величин.

Плотность распределения двухмерной величины представлена графически некоторой поверхностью распределения /рис. 2/. В качестве оси ординат была выбрана ось,.совпадающая с направлением движения.

Для определения процентного извлечения корневой системы лемехом определенных геометрических размеров, необходимо ограничить область двухмерного распределения шириной лемеха и глубине выкопки. Таким образом, процентное извлечение корневой системы решается

«в а е I "(У-9) , -(2-2,)

/

Решение проводилось на ЭВМ с использованием стандартного пакета программ "Еигеке»; рра|ЯКИ зависимости полноты извлечен корневой системы двухлетних саженцев яблони и вишни лемехами ра личной ширины представлены на рисунке 3.

Поскольку для снижения энергоемкости щ.оцесса выкопки сачен

Рис. 2. Поверхность распределения расположения корневой система: 1 - полная поверхность; 2 - поверхность, выделяемая лемехом

ё

г

■ ——- -4 -4

£ 0 ___—- ___

$ у

■

и я 3 И 1 1 30 3.1

а/

б/

Рис. 3. Зависимость дюлнотн извлечения.корневой системы вишни /а/ и яблони 1-30 см; 6-80 см

и яблони /б/ от глубины выкопки при ширине лемеха: 1-30 см; 2-40 см; 3-50 см; 4 - 00 см; 5-70 см;

дев необходимо использовать активные рабочие органы, предложен механизм, осуществляющий колебания в продольновертикальной плоскости /рис. 4/.

• Проведенный кинематический анализ механизма позволил рассчитать траекторию движения конца лемеха, которая определяется координатой точки Я" .

" хгЩЩлМфтт^

ТЕЩчШШт^

огск А_ ЗГ/ +В )

-а

^ ЫоЩ+ВЛоЩ 1 ^

где £ ; Вг ; ^ ; В* ; ¿с - Длины звеньев механизма;

Рис. 4. Схема к кинематическому анализу рабочего органа вшсопоч-

8оГ машины: мл - рама; |Г - шатун;

кривошип; Ер - лемех

Рис. 5. Двухмасснэя упруговязкопластическая феноменологическая модель взаимодействия вибрирующего лемеха, с почвой

Lft~ угол наклона звена к горизонтали;

-' 1Д- угол поворота приводного вала;

угол между звеном £t, л звеном . По составленной программе- оВ:.' было определено влияние основных конструктивных параметров на траекторию движения. Кроме этого, программа позволяет рассчитать скорость и ускорение конца лемеха в зависимости от частоты вращения приводного вала.

фи рассмотрении процесса взаимодействия лемеха выкопочноё машины и почвенного пласта была использована двухмассная упруг- -вязко пластическая феноменологическая шдель /рис. 5/.

Процесс перемещения почвенного пласта сопровождается сложны-, ми переплетениями механических движений на одних этапах и деформацией на других. Поэтому полное описание данной системы может быть достигнуто при одновременном использовании методов механики и реологии.

Рассматривая предложенную модель, можно выделить два случая: 1/ контакт с рабочим органом; 2/ свободное движение. В направлен! перемещения пласта модель рассматривается как двухмассная колебательная с массами Цп и т», которые'связаны между собой упругими элементами жесткости Ик и К* и двумя демпферами с коэффициентами вязкости Сх . фоме этого, в направлении оси ОХ в режиме свободного движения - силы сопротивления, пропорциональные абсолютной скорости перемещения /упругие демпферы с коэффициентами -вязкости Сх и и жесткости Кж и /.

В направлении оси ОУ модель представляет из себя одномассну) систему, так как масса в режиме совместного движения неподвижна и относительно грузонесущего органа уцруговязкие свойства моделируются двумя демпферами с коэффициентами вязкости 1/2 £ у ; необратимые деформации клиновидным элементом и парой сухого трения. В режиме свободного движения массы го и то по оси ¿7У перемещаю' ся совместно, преодолевая вязкостные силы сопротивления, пропорциональные относительной скорости /упругий демпфер с коэффициент.

п " I/ "

ми Су ; «V / и абсолютной скорости /упругий демпфер с коэффициен тами£у и^у'/.

Процесс взаимодействия почвенного пласта с лемехом описывает системой дифференциальных уравнений, составленных для каждого эт па движения и системой трансцендентных уравнений для определения 'момента перехода от одного этапа движения или деформации к другому.

Движение почвенного пласта на различных этапах описывается следующими системами дифференциальных уравнений: '

1/ на этапе совместного движения при отсутствии'.проскальзывг ния в парах трения:

-глу-у-^у /5/

2/ на этапе совместного движения при наличии проскальзывания:

(Х» *у4д<Ц х ^¿л^-гп*. ■ (х -Хо)

; Ьдпы,

3/ на этале свободного движения:

У * -У'- а/»у

Хв-х'+^-ймс1-2Пх (><-ко)-р!- (*-Хс) /7/

це у ¡у ;у - ускорение, скорость и перемещение по оси О У массы т;

X ; X ; X - ускорение, скорость и перемещение по ост&ОХ массы ;

X»; Ха1 - ускорение, скорость и перемещение по оси /?Х

массы/Я» ; ^- ускорение свободного падения; с? - угол наклона лемеха;

• /V - собственные частоты колебаний модели груза в направлении осей /?Хи/7У ; ; А*; Пу - коэффициенты затухания, обусловленные внутренними

сопротивлениями; 2Ях -Сж//п ; 2Лу-Су/т; Л*; Лу ; /1у - коэфициенты затухания, обусловленные внешними сопротивлениями; С*/(п\+тв); ¿г\

«А*;«/^ коэффициента, соответственно, внешнего и Внутреннего ■

трения; ',

«

К«- начальная упругая деформация слоя;

Ьд&о - коэффициент, учитывающей уплотнение слоя при сяатяп;

X' ; х' - ускорение, скорость рабочего органа в направлении№{.

у' ; у' - ускорение, скорость рабочего органа в направлении £?У .

Давление, возникающее в почвенной пласте, может привести к упругой или пластической деформация и, соответственно, равно:

N^Jb'Kffa+yljJJ, /8/

. ■ • /э/

. Момент перехода от упруговязкой деформации к пластической и обратно определяется в результате решения трансцендентных, уравнений, соответственно:

л/ДУС ао/

<< л/;2'.

Переход от скольжения к остановке и обратно определяется решением. трансцендентных уравнений:

/«n тс g-SiU + Сх-(к-х.)+К*.(хъ)/, /12/

jU»'lt:9l<l-ituX' + Sin* + /13/

По составленной прокате на IBM PG/AT, .была проведена оценка влияния конструктивных параметров механизма' на изменение давления в почвенном пласте-.Было установлено, что наиболее существенное влияние на величину максимального давления оказывает угол наклона лемеха В и размеры, с ним связанные /рис. 6/. Было выявлено, что

Гис. 6. Изменение давления внутри почвенного пласта при воз-_ действии вибрации для различных углов наклона лемехар: —-Из = <30*; - - - В = 0е ->

увеличение угла свыше 20* нецелесообразно, так как увеличение давления происходит незначительно. Поэтому, чтобы достигнуть большей вели'йшы давления, необходимо увеличить частоту и амплитуду колебаний.

Предложенная модель позволяет определить кинематические пока- . затели почвенного пласта. Гак, была-- определена скорость вибро- ' транспортирования и, исхода из нее, была- определены оптимальные режимы работы. Скорость вибротрачспортирования должна быть, равна или превышать скорость движения' агрегата. Это условие выполняется при амплитуде колебаний 7 ш и частоте вращения приводного вала 600 об/мин. • _

Поскольку увеличение частоты и ашлитуды колебаний ведет к увеличению затрат модности проведена оценка энергетических показателей. Для этого -предложена схема гам, действующих- на лемех /рио. 7/.

Еа лемех действуют сила: гравитационная, сила инерции, сила

трения почвы с почвой, сила трения почвы о металл, когезиошгае

силы, если на почвенном пласте.образуется поверхность разрушения.

Эти силы действуют? на уже. отколотые глыбы,"-находящиеся на поверх. ■ •■ Г

ности лемеха, а также на почвенный пласт со стороны режущей кром-. ш лемеха^ '

13 результате, исходя аз условий равновесия сил, было получено:

<1 -CosM)) /и/

|/?у = -В Ш -Ыо%г - £ +W

где /г- сила тязеоти;

Jn- сила инерции отколотых глыб;

С - когезионная сила;

3 - сила инерции при внедрении лемеха в почву;

<Я - угол наклона лемеха;

угол направления силы инерции отколотых глыб; .

У - угол направления линии скалывания;

В - угол направления силы инерции лемеха;

Л; Д - коэффициенты внешнего и внутреннего трения.

На основании формул /14/ составлена.программа расчета на ЭВМ изменения крутящего момента на приводном валу машины.

В четвертой главе - "Экспериментальные исследования процесса выкопки саженцев" изложены методика и результаты лабораторных и полевых исследований процесса выкошш саженцев плодовых и ягодных культур вибрационным копателем, позволяющие обосновать конструкционные параметры г режимы работы. Приведены результаты хозяйственных испытаний экспериментального образца вибрационного копателя на вынопке саженцев.

. Целью лабораторных исследований явилась идентификация выбранной феноменологической модели с реальным процессом взаимодействия почвы с лемехом. 1фоме этого, определены энергетические показателя, крутящий момент и тяговое усилие агрегата. ■

Лабораторные опыты проводились на почвенном к.нале-НПО ВИСХОМ на установке, состоящей из. приводной тележки с тензометрической п

проводились в полевых условиях, в питомнике саженцев плодовых культур совхоза "Заболотье" Витебской области.

По результатам откликов били получены уравнения регрессии П порядка:

7Х = 86,4 - 2,8Х1 +• 3,6Х2 + 1,523 + 0,4х| - 0,1х| - 2,ЗХ§ -

- 0,ЗХ1Х2 - 1,41^ + О,?!^; /18/

72 = 25,5 - 4,5Х1 + 3,?Х2 + 2,П3 + 2,2Х^ + 0,1х| + 1,И§ - •

-1,3X^2+1,3X^3+0,6X2X3; " /19/

73 = 2,70 + 0,42Х1 - 0,35X2 - 0,Ш3 + 0,0п| + 0,21х| -

- 0,19Х| - 0,10X^2 + 0,04X^3 - О.Ш^. /20/ Полученные уравнения регрессии позволяют оценить влитие

каждого фактора и их сочетаний на величину отклика.

Сопоставляя' полученные уравнения регрессии по крошению почвн на Пушкинской ШО и в совхозе "Заболотье" можно сделать вывод, • что они незначительно отличаются друг от друга.

Хозяйственные испытания экспериментального образца вибрационного копателя, навешенного на трактор МТЗ-82, показали следующие результаты: полнота выкопкя составила 100%; повреждение надземной части наблюдалось в виде единичных обломов' мелких веточек и обдиров коры; повреждение подземной части - в виде частичного обрыва корневых волосков, при этом наличие повреждений соответствовало а1ротехническям требованиям ГОСТ 3317-77, ГОСТ 25769-83, ОСТ 46-79-80 - ОСТ 46-83-80 и ОСТ 46-13-80; усилие на извлечение саженцев из почвы составляло от .42 до 95 Н; масса почвы, связанной корневой системой, составляла от 4,1 до 7,6 кг.

В пятой главе - "Экономическая, эффективность применения вибрационного копателя на выкопке саженцев" изложены расчеты экономической эффективности применения агрегата в составе МТЗ-80 + ВКС-2 в сравнении с широко применяемым ДТ-75 + ВГШ-2.

Расчет экономической эВДектявкостл дал следующие результата:

производительность агрегата с вибрационным копателем в сравнении с агрегатом ДТ-75 + З.Ш-2 повышается на 290%; годовой экономический эффект /в ценах 1990 г./ составит 578,9 руб.; прямые издержки при выкопке саженцев снижаются на 32,5,?.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ состояния и тенденции развития машин, используемых -на выкопке саженцев, способов, применяемых для снижения тягового сопротивления агрегата, устройств, служащих для разрезания почвенного пласта, показал, что в условиях нечерноземной зоны России перспективным и целесообразным является применение активных рабочих органов, в виде колеблющегося лемеха. Данные устройства, помимо снятия тягового сопротивления, способствуют разрушению почвенного пласта, что улучшает показатели качества выкопки. ;

2. Изучение основных размерных и физико-механических характеристик саженцев различных культур и их размещение в питомнике показало, что саженцы располагаются в соответствии с принятой схемой посадки, на изучаемых участках ширина междурядий составляла от 89,6 до 91,7 см; отклонение от оси ряда составляло от 2,8

до 4,2 см; расстояние между растениями в ряду не превышало 20,2 ом. Высота плодовых культур, двухлетних яблонь и вишен, в' среднем составляла 123,3 и 176,9 см, соответственно; высота смородины черной и красной - 48,5 и 58,3 см; малины - 154,3 см. Было изучено расположение корневой системы в почве плодовых культур, так как они обладают большей длиной корней, в среднем от 10,6 до 47,5 см. Выявлено, что расположение корней поперек ряда и по глубине залегания подчиняется закону нормального расцределения.

3. Для определения размеров подкапывающего лемеха получено пространственное распределение корневой системы, характеризуемое распределением по глубине залегания и ширине ряда. Было выявлено, что при ширине лемеха 40 см может быть извлечено из почвы при

глубине выкопки 35 см для различных культур от 58 до 79/5 корневой системы, а при ширине 60 см - от 75 до 86%.

4. При исследовании процесса взаимодействия колеблющегося лемеха с почвенным пластом, связанным корневой системой саженцев, в качестве расчетной модели может быть принята двухмассовая упруго вязкопластическая модель, где массы взаимодействуют посредством упругих и вязких элементов. Процесс разрушения пласта моделируется клиновидными телам с парами тления.

5.' В результате теоретического анализа процесса взаимодействия почвенного пласта с лемехом был определен характер изменения давлений в почва. Для различных режимов работы и длин звеньев' механизма рассчитаны максимальные давления, составляющие, от 0,8 , до 10,5 кПа. Исходя из полученных данных,, определены оптимальные длины звеньев механизма и режимы работы. Цри угле наклона лемеха к горизонту 20° , частоте вращения приводного вала 300 об/мин, амплитуде колебаний 7 мм давление составляет 1,6 кПа.

6. Оптимальные кинематические режимы работы определены исходя из условия, что скорость виброперемещения -почвенного .пласта должна превышать скорость движения -агрегата. Это условие соблюдается при амплитуде колебаний 7 мм и частотой вращения приводного вала 300 об/шн и составляет 1,35 м/с.

7. В результате анализа сил, действующих на лемех был опреде-■ лен характер изменения крутящего момента, а также максимальные

крутящие моменты для различных р.ежимов работы агрегата, которые составили от 15,5 до 161,2 Ем.

8. Спроектированный и изготовленный по теоретическим расчетам вибрационный копатель саженцев показал идентичное совпадение процессов с доверительной вероятностью 95%, происходящих в почвенном

■ ' I

пласте, с выбранной теоретической моделью. Также балл получена '

экспериментальные величины кутящего момента ог 12 до 64 йи на

приводном валу и тяговое сопротивление агрегата от 2950 до 10750 Н, которые незначительно отличаются бт рассчитанных теоретически. ■ *

9. Рациональными эксплуатационными параметрами вибрационного копателя на выкопке саженцев плодовых и ягодных культур следует считать амплитуду колебаний 7 ш, частоту вращения приводного вала 450...750 об/мин, скорость движения 0,5...0,8 м/с. При этом достигается ношение почвы 76...85$.

10. При хозяйственных испытаниях вибрационного копателя на выкопке саженцев плодовых культур установлено, что они обеспечивают полноту выкопки на lOCfé, повреждения надзешой части и корневой системы в пределах, допустимых по отраслевому стандарту, при этом крошение почвы достигало 92|, максимальное усилие на извлечение саженцев 42...95 H /в зависимости от состояния почвы/, масса почвы, связанной с корневой системой 4,1...7,6 кг.

11. Использование вибрационного копателя позволяет повысить производительность aiperaia с 0,12 до 0,35 га/ч по сравнению с ДТ-75 + ВПН-2 и достигается сокращение расходов на нефтепродукты с 3,26 до 2,64 руб/га. Годовой экономический эффект достигает не менее 578;9 руб. /в ценах 1990 года/-. 1

Основные ' положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Применение вибрационных рабочих органов на выкопочннх машинах// Перспективы отечественного садоводства: Тезисы докл. П Респ. конф.- Киев, 1991.- с.143.

2. Испытания машины для 'внкопки саженцев ВКС-2 // Тезисы научной конференции молодых ученых 9-11 июня 1992. Московская с/х академия им. К.А. Тимирязева.- Н., 1992. Рукопись депонирована во ВЩЙТЭИ-агропром.

3. Кинематика рабочего органа внкопочной машины // Труды.научной конференции молодых ученых 9-11 июня 1992 г. псковская с/х ака-

демия им. К.А. Тимирязева.- М., 1992. Рукопись депонирована во ВНКЙТЭИахропром.

4. Размещение корневой системы саженцев// Плодоводство в Нечерноземье.- М., 1993. /Соавт. Цьшбал A.A., АОдусаламова Л.А./

5. Оценка энергетических показателей работа двухрядного тадкапыва-, теля саженцев//Техника в сельском хозяйстве. J63, 1993.- с.30. /Соавт. Цимбал A.A./ . .