автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры и режимы работы чизельного плуга для засоренных камнями почв, повышающие его эффективность

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ исследований по уменьшению тягового сопротивления почвообрабатывающих орудий с пассивными рабочими органами.

1.2. Анализ исследований по уменьшению тягового сопротивления и забиваемости почвообрабатывающих орудий с активными рабочими органами

1.3. Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРВДЮСЫЛКИ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ

ЧИЗЕЗШЮГО ПЛУГА ДНЯ ЗАСОРЕННЫХ КАМНШИ ПОЧВ

2.1.Теоретические предпосылки к уменьшению энергоемкости чизельного плуга со стреловидной рамой

4 2.2. Влияние стреловидной рамы на величину технологического меядуследия шарнирно закрепленных рабочих органов.

2.3. Теоретические предпосылки к уменьшению энергоемкости и забиваемости шарнирно закрепленных рабочих органов.

2.4. Взаимосвязь конструктивных параметров шарнирно % закрепленного рабочего органа с величиной его поперечных колебаний.

2.5. Влияние поперечных колебаний шарнирно закрепленных рабочих органов на величину их технологического меядуследия.

Выводы.

3. ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ И ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Устройство лабораторной установки, регистрирующая и измерительная аппаратура.

3.3. Методика проведения лабораторных и лабораторно-полевых исследований. ЮЗ

3.3.1. Методика определения статистических характеристик возмущающего воздействия и влияния на них различных факторов . .ЮЗ

3.3.2. Методика определения момента инерции рабочего органа

3.3.3. Методика определения влияния конструктивных параметров рабочего органа на его тяговое сопротивление и забиваемость.

3.3.4. Методика проведения лабораторно-полевых опытов по обоснованию параметров чизельного плуга . III

3.4. Обработка опытных данных и определение погрешности измерений. III

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Зависимость тягового сопротивления рабочего органа от меядуследия и угла стреловидности рамы

4.2. Зависимость высоты гребней на дне борозды от меадуследия и угла стреловидности рамы.

4.3. Статистические характеристики возмущающего усилия и их зависимость от различных факторов

4.4. Зависимость величины колебаний рабочего органа от его конструктивных параметров. Т9о

4.5. Результаты определения рационального расстояния f мезду носком рыхлящей лапы и осью вертикального шарнира.

4.6. Влияние скорости движения и глубины рыхления на тяговое сопротивление рабочего органа при шарнирном и жестком соединении его с рамой

4.7. Влияние свойств почвы на величину колебаний шарнирно закрепленного рабочего органа.

X 4.8. Статистические характеристики поперечных колебаний рабочих органов и зависимость от них технологического мевдуследия

4.9. Результаты определения параметров, обеспечивающих заданное технологическое мелщуследие трех средних рабочих органов.

4.10. Результаты полевых испытаний чизельного плуга ч с параметрами, обеспечивающими заданное технологическое меядуследие 3-х средних рабочих органов

Выводы

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЧИЗЕЛЬНОГО ПЛУГА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОВВДЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Результаты сравнительных полевых испытаний чизельного плуга с расстановкой рабочих органов на стреловидной раме и в шахматном порядке

5.2. Результаты сравнительных полевых испытаний чизельного плуга при шарнирном и жестком соединении рабочих органов с рамой.,

5.3. Экономическая эффективность применения результатов исследований.

В соответствии с "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года", принятыми на ШП съезде КПСС, предусмотрено обеспечить рост выпуска и совершенствования структуры сельхозмашин и орудий согласно предусмотренной на 1986-1990 годы Системы машин для механизации сельскохозяйственных работ, повысить в 1,5.1,8 раза их производительность /I/. Значительную часть из них составят почвообрабатывающие машины, в том числе такие орудия для основной обработки почвы, как чизельные плуги.

В сельскохозяйственном производстве вследствие многократного прохода тяжелых машинно-тракторных агрегатов наблюдается уплотнение почвы на значительную глубину / 2,3 /. Уплотненная почва и плужная подошва, которая появляется вследствие вспашки отвальным плугом на постоянную глубину, препятствует проникновению корневой системы растений в нижние слои почвы и способствует застою воды в пахотном горизонте, что ухудшает водно-воздушный режим роста сельскохозяйственных культур и в конечном итоге отрицательно влияет на урожайность. Исследования, выполненные в нашей , стране и за рубежом, показывают, что уплотнение почвы ходовыми системами тракторов и самоходных сельхозмашин приводит к снижению урожайности на 8.30$ / 4,5 /.

В значительной степени эти отрицательные явления можно устранить, используя глубокое рыхление чизельными плугами, которые предназначены для безотвальной обработки почвы на глубину до 45 см при борьбе с уплотнением почвы ходовыми системами, для углубления пахотного слоя, повышения фильтрационной способности тяжелых почв, сохранения влаги в почве в засушливый и ликвидации переувлажнения во влажный периоды, для борьбы с водной эрозией почв 6 /. Кроме того, чизельные орудия могут частично заменить плуги для отвальной вспашки при перепашке зяби и обработке паров.

Таким образом чизельные плуги обеспечивают внедрение более совершенной технологии обработки почвы, позволяют улучшить ее плодородие и уменьшить эксплуатационные затраты в растениеводстве. Чизелевание способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур в течение нескольких лет после проведения рыхления / 4,7 /.

В Нечерноземной зоне РСФСР, ще значительная часть пахотных земель засорена камнями, глубокое рыхление почв также необходимо. Это нашло отражение в системе машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на I981-1990 годы. В ней предусмотрена разработка чизельных плугов для обработки почв, засоренных камнями.

Чизелевание является энергоемким видом обработки почвы. Следовательно, увеличение сменной выработки и со1фащение расхода топлива на этой операщш даст значительную экономию затрат. На производительность агрегата влияют тяговое сопротивление орудия и коэффициент использования времени смены, который зависит помимо других факторов от забиваемости рабочих органов орудия растительными остатками. Поэтому снижение энергоемкости глубокорыхлит елей при обеспечении высокого качества обработки почвы и уменьшение забиваемости рабочих органов являются важными проблемами в сельскохозяйственном машиностроении.

Решению этих задач посвящены многие работы. В настоящее время известны различные способы снижения энергозатрат и устранения забиваемости почвообрабатывающих орудий. Все они дают положительный эффект, но из-за усложнения конструкции лишь немногие из них нашли широкое применение.

Исследования, направленные на уменьшение тягового сопротивления и забиваемости чизельного плуга для засоренных камнями почв, еще не проводились. Поэтому необходима разработка сравнительно простого способа уменьшения энергозатрат и забиваемости этого орудия.

Данное исследование проведено с целью повышения эффективности работы чизельного плута для засоренных камнями почв за счет снижения тягового сопротивления при высоком качестве обработки почвы и уменьшения забиваемости растительными остатками, является актуальным, и направлено на выполнение решений ОТ съезда КПСС.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Рабочие органы чизельного плуга, размещенные на стреловидной раме в виде клина, при совместной работе создают общую зону деформации. Высота гребней на дне борозды и энергоемкость рабочих органов в этом случае меньше, чем при их несовместной работе. На средних по механическому составу почвах разнила в энергоемкости достигает 14%.

2. Энергоемкость орудия и высота гребней на дне борозды при совместной работе рыхлящих лап, размещенных на стреловидной раме, уменьшается с возрастанием угла стреловидности рамы и мевдуследия. Из условий наименьшей энергоемкости, забиваемости растительными остатками и выполнения агротехнических требований целесообразно принять утол стреловидности рамы равным 100 градусов и мевдуследие равным 500 мм.

3. Реакции почвы всех рабочих органов 1фоме среднего, размещенных на стреловидной раме в виде клина, имеют поперечную составляющую, направленную к продольной оси орудия. Рабочие органы, связанные с рамой вертикальным шарниром за счет поперечной составляющей реакции отклоняются в том же направлении. При этом уменьшается технологическое мевдуследие трех средних рабочих органов. Для компенсации его уменьшения достаточно увеличить конструкщивнное меж-дуследие трех средних рабочих органов на величину А & их отклонения к центру. Значение Л & зависит от угла стреловдцности рамы £ , расстояния мевду носком рыхлящей лапы и осью вертикального шарнира L , скорости движения W . При 6 = 100 градусов,

L = 500 мм, W = 2 и/о и £ - 500 мм необходимая величина &S = 50 мм.

4. При движении в почве шарнирно закрепленной рабочий орган чизельного плуга за счет ее неоднородности совершает поперечные колебания, самоустанавливаясь по пути наименьшего сопротивления.

Режим колебаний и экономия силы тяга зависят от свойств почвы и глубины обработки, и не зависят от скорости движения в пределах рабочего диапазона. Основным конструктивные параметром, влияющим на режим колебаний и уменьшение энергоемкости, является расстояние L от носка рыхлящей лапы до оси вертикального гарнира.

Расстояние L у чизельных плутов для засоренных камнями почв не должно превышать 500 мм. При L = 500 мм на тяжелых почвах величина среднего квадратического отклонения угловых колебаний бравна 1,2. 1,6 градуса, а экономия силы тяги достигает 13$.

5. Колебания рабочих органов при обработке полей с растительным покровом уменьшит забиваемо с ть плуга растительными остатками.

6. Поперечные колебания рабочих органов увеличивают их технологическое мелдуследие. Увеличение меядуследия А&* зависит от параметра L . При L = 500 мм значение л 4 к не превышает 2,5 см. Мездуеледиф, равное 500 мм, является допустимым с учетом колебаний рыхлящих лап.

Предложения по рациональным параметрам исследуемого орудия переданы в ГСКБ П.0."0дессапочвомаш" и использованы при разработке чизельных плутов для засоренных камнями почв ПЧК-2,5 и ПЧК-4,5 (приложение16).

Плуги ПЧК-4,5 прошли производственную проверку в хозяйствах Ленинградской области (приложение 7,8).

1. Материалы ХХУП съезда КПСС.- М.: Политиздат, 1986.- 358 с.

2. Берко А.Н. Технико-экономическая оценка влияния движителей тракторов на почву и урожай зерновых. В кн.: Использование и обслуживание техники в совхозах и колхозах зоны Южного Урала, Челябинск, Сб.печ.тр.ШЭСХ, вып.148, 1979.- С.19.24.

3. Безотвальное рыхление под пропашные культуры.- Информ.листок. Смаленский ВДТИ, № 51-74, Смоленск, 1974.

4. Панов И.М. Особенности зарубежных конструкций чизелышх орудий и эффективность их применения.- Тракторы и сельхозмашины, 1981, * 3, с.34. .37.

5. Особенности конструкций и тенденции развития чизельных орудий. Обзорная информация ЦШШТЭИтракторсельмаш, М., 1977.- 44 с.

6. Чизельный плуг.- Инф.листок ЛенВДТИ, № 504^86; Л., 1986.

7. Ревякин Е.Л. Развитие машин для минимальной и нулевой обработки почвы. Обзорная информация ВНИИТЭИСХ. М., 1981.- 52 с.

8. Горячкин В.П. Земледельческая механика: В 3-х т. T.I.-М.: Колос, 1968.- 720 с.

9. Трапезников И.В. Влияние формы лемехов на тяговое сопротивление тракторного плуга: Автореф.дис. . казд.техн.наук.-Иркутск, 1962.- 21 с.

10. Швейкин А.П. Исследование способов снижения энергозатрат на пахоте в условиях Юго-Востока РСФСР.- Дис. . канд.техн. наук.- Саратов, 1965.- 154 с.

11. Семенов Г.А. Исследование технологического процесса работы зубчатых лемехов: Автореф. дис. . кацц.техн.наук.- Челябинск. 1967.- 20 с.

12. Шакиров Б. Обоснование конструктивных и технологических параметров чизельного плута и эффективность его применения на основной обработке почвы: Автореф.дис. . кавд.техн.наук.-М., 1984.- 19 с.

13. Адшировский А.Д. Исследование особенностей основной обработки почвы Северного Зауралья плутами с роликовыми отвалами: Автореф.дис. . кавд.техн.наук.- Челябинск, 1968.- 22 с.

14. Бредун М.И. Изыскание методов борьбы с залипанием рабочих органов почвообрабатывающих машин. Автореф. дис. . кавд. техн.наук.- М., 1964.- 22 с.

15. Обработка почвы с помощью сжатого воздуха. Экспресс информация ЦНИИТЭИ * 3, М., 1984.

16. А.с. II6485 (СССР). Способ уменьшения трения и устранения залипания рабочих органов землеройных орудий; Автор.изобр. А.И.Кузнецов.- Заявл.22.05.58, № 610345.

17. Виноградов В.И. Влияние жидкостной смазки рабочих органов на тяговое сопротивление культиватора-глубокорыхлителя.-В кн.: Механизация сельскохозяйственного производства, Челябинск. Сб.науч.тр.ЧИМЭСХ, вып.43, часть 2, 1969.- С.19.27.

18. Поздняков Ю.В. Исследование трения при гидродинамической смазке рабочих поверхностей почвообрабатывающих машин: Автореф. дис. . кавд.техн.наук.- Челябинск, 1966.- 30 с.

19. Шаров В.В. Обоснование основных параметров роторного плуга для гладкой вспашки: Автореф.дис. . кавд.техн.наук.-М. 1986.- 20 с.

20. Ддылов X. Исследование параметров и схем расстановки рабочих органов культиватора на меящурядной обработке посевов хлопчатника: Автореф. дис. . кавд.техн.наук.- Ташкент, 1966.-28 с.

21. Моргачев В.Е. Исследование и обоснование параметров культиватора с упругими стойками для работы на скоростях 9. 15 нм/час: Автореф.дис. . кацц.техн.наук.- М., 1972.- 28 с.

22. Таранин В.И., Токарев Н.А. Исследование рабочих органов тяжелых культиваторов с разными схемами установки. В кн.: Совершенствование средств механизации возделывания полевых культур,- Зерноград, 1983.- с.77.90.

23. Пантюхов В.Г. Результаты экспериментальных исследований широкозахватного культиватора с угловым расположением рабочих органов. В кн.: Механизация технологических процессов в полеводстве.- Зерноград, 1980.- с.7.12.

24. Панов И.М. Перспективы направления создания почвообрабатывающих машин с активными рабочими органами. Обзор ЦНИИТЭИ-тракторсельмаш.- М., 1971.- 66 с.

25. Cidtfira.tc ur/tb се££/ , UfC*cc<1. Wtfc/Wey Jouznai , V.40,

26. Дубровский А.А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве.- М.: Машиностроение,- 1968.- 204 с.

27. Цветников В.И. Исследование влияния вынужденной вибрации плута на расход мощности при вспашке: Автореф.дис. . канд. техн.наук.- Л., 1953.- 22 с.

28. Свирский Г.Э. Исследование процесса вибрационной обработки почвы: Автореф.дис. . кацд.техн.наук.- М., 1958.- 15 с.

29. Усков В.И. Вибрирующий рабочий орган культиватора: Авто-реф.дис. . канд.техн.наук.- Саратов, 1963,- 16 с.

30. Александрии К.В. Экспериментальное исследование влияния вибрации на тяговое сопротивление рыхлителей (результаты лабораторных опытов). В кн.: Сб.науч.тр.АрмНИИМЭСХ, том I, Ереван, 1963.- С.83.98.

31. Александрян К.В. Полевые испытания вибрационного рыхлителя для каменистых почв "киров". В кн.: Сб.науч.тр.АрмНИИМЭСХ, том I, Ереван, 1963.- С.99.106.

32. Зоненберг P.M. Исследование влияния вибрации на тяговое сопротивление рабочих органов , взаимодействующих с почвой: Автореф.дис. . канд.техн.наук,- Омск, 1965.- 20 с.

33. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов.- М.: Машиностроение, 1983.- 80 с.

34. Васильковский С.М. Исследование сопротивления почвы движению рабочих органов культиваторов.- Тракторы и сельхозмашины, 1967, № 9, с.34.35.

35. Дьяченко Г.Н. Исследование активных рабочих органов культиваторов.- Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1966, № 3, с.8.10.

36. Волков Е.Т. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса воздействия на почву лемешно-отвальной поверхности с вибрирующим лемехом; Автореф.дис. . кавд .техн.наук.-Волгоград, 1970.- 22 с.

37. Островский В.П. Обоснование параметров рабочих органов и режимов работы глубокорыхлителя и щелевателя почвы в условиях Украинской ССР.- Дис----кавд.техн.наук.- Члеваха, 1984.184 с.

38. GcLtm Э. 7Г, ПамопЪг» V.M Oshttotfcn oj-£( Наде tmptcfticnts . dfxuccce^urae jgff, we. 36 J Ж/Л p 72*.--727.40. A. Vtzsuche nut G-i*pf>e»s^etnondcxi cc/jv/nfende* Hack *егkze^e. , Crtu»cLU$eb dez LoxdtecAwk,

39. Ко feed 5.5. k'/ve/na.t/es otsd pc^eZ peputzenetft osct£€atr*y1. J out vat &zfieseacek , /SW, 73.

40. Анализ экспериментальных исследований вибрационных почвообрабатывающих орудий. Экспресс информация ЦНИИТЭИ № 14, М., 1973.

41. Рябцев Г.А. Технологические основы применения почвообрабатывающих машин с упругой подвеской рабочих органов: Автореф. дис. . докт.техн.наук.- Ворона», 1973.- 58 с.

42. Ак^урин А.Г. Исследование работы ярусных рыхлителей: Автореф.дис.кацд.наук.- Саратов, 1970А- 30 с.

43. А.с. 398X84 (СССР). Почвообрабатывающие орудия. Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства. Авт.изобр.С.В.Благиров, В.П.Карпов, Б.М.Франкштейн, Б.М.Шмелев, Я.Б.Эльгурт.- Заявл. 13.03.72, № I758I4I/30-I5, опубл.в Б.И. 1973, $ 38.

44. Скакун Т.С. К изысканию схемы крепления плоскореза-рыхлителя. В кн.: Сб.науч.тр.МИИСП Сельскохозяйственные машины, том.II, вып.1, часть I, М., 1974.- С. 15. 18.

45. Тимофеев А.И., Скакун Т.С., Фдайшер Н.М. Результаты экспериментальных исследований культиваторов-плоскорезов КПП 2,2

46. КПП 2,2-Э, В кн. :Сб.науч.тр. МИИСП. Сельскохозяйственные машины.

47. Том 12, вып.I, часть I, М., 1975.- СД6.19.

48. Кяенин Н.Й., Попов И.Ф., Скакун В.А. Сельскохозяйственные машины.- М.: Колос, 1970.- 456 с.

49. Бронштейн Й.Н., Семецдявв К.А.Справочник по математике.-М.: Наука, 1986.- 544 с.

50. Тарг С.М. 1фаткий курс теоретической механики.- М.: Наука, 1968.- 480 с.

51. Плющев Г.В. Исследование процесса глубокого рыхления почвы и выбор оптимальных параметров рабочего органа пропашного куль тиватора- глубо корьшгит еля для Южной орошаемой ** зоны земледелия; Автореф.дис. кацц.техн.наук.- М., 1974.- 31 с.

52. Лурье A.S. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов.- М.: Колос, 1970.- 376 с.

53. Лурье А.Б. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления.- Л.: Колос, 1979.- 312 с.

54. Лурье А.Б., Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатывающие машины.- Л.: Машиностроение,.1981.- 270 с.

55. Бабаков И.М. Теория колебаний.- М.: Наука, 1968.- 560 с.

56. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний.-М.: Наука, 1971.- 240 с.

57. Яблонский А.А., Норейко С.С. Курс теории колебаний.-М.: Высшая школа, 1975.- 248 с.

58. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.- М.: Высшая школа, 1972.- 368 с.

59. Описание и инструкция многоканального транзисторного усилителя постоянного тока "ТОПАЗ-I".- Апрелевка, 1971.- 7 с.

60. Двенадцатикаяальный магнитоэлектрический осциллограф КГ2-22. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.- 76 с.

61. Высоцкий А.А. Динамометрирование сельскохозяйственных машин.- М.: Машиностроение, 1968.- 292 с.

62. Ратобыльский В.Ф., Гернет М.М. Определение моментов инерции.- М.: Машиностроение, 1969.- 247 с.

63. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем.-М.: Машиностроение, 1976.- 216 с.

64. Пугачев B.C. Основы автоматического управления.- М.: Наука, 1968.- 678 с.

65. Кляровский В.А. Математическое моделирование работы колеблющегося рабочего органа чизельного плуга. В кн.: Вклад специалистов в ускорение научно-технического прогресса.- Псков, 1987.- с.183,184.

66. ГОСТ 70.2.15-73. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний.- М., 1974.- 24 с.

67. ОСТ 70.4.1-80 Иснытание сельскохозяйственной техники. Плуги и машины для глубокой обработки почвы. Программа и методы испытаний.- М., 1980.- 34 с.

68. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований,- М.: Наука, 1973,- 199 с.

69. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов.-Л.: Колос, 1980.- 168 с.

70. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.- М.: Машиностроение, 1981.-184 с.

71. Лакин Г.Ф., Биометрия.- М.: Высшая школа, 1973.- 344 с

72. Бевдат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов.- М.: Мир, 1974.- 464 с.

73. Методические рекомендации по технико-эеономическим расчетам для растениеводства Нечерноземной зоны РСФСР.- Л., 1986.- 88 с.

74. Базров А.А. Чизельный плуг на каменистых почвах. В кн. Тезисы докладов Закавказской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Ереван, 1986.- С.84.

75. Базров А.А., Вайнруб В.И., Кляровский В.А. Уменьшение усилия на рабочем органе чизельного плуга при использовании в его предохранительном механизме вертикального шарнира.

76. В кн.: Интенсификация работы сельскохозяйственных машин и агрегатов в условиях Нечерноземной зоны РСФСР. Л.: НИПТИМЭСХ НЗ, 1986.- С.Э2.38.

77. ГОСТ 23728-79, ГОСТ 23730-79. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки.- 24 с.

78. Расчет утла отклонения реакции почвы от направления движения для долотообразных рабочих органов чизельного плута со стреловидной рамой при глубине обработки И = 45 см

79. Вычисление координат центра сопротивления необработанной половины зоны деформацииi Г2 i^f ) .

80. J . J * <£* <&/ (5,72-5,4Zz.) cLz0 0 1 0 / JJfJZ-fs&z) Uz0,о, т-