автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Повышение ресурса дозирующих дисков пневматических пропашных сеялок

На правах рукописи

МАРЬИН НИКОЛАИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ДОЗИРУЮЩИХ ДИСКОВ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРОПАШНЫХ СЕЯЛОК

Специальность 05.20.03 - технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 АПР 2015

005567ЬЬ»

Мичуринск - Наукоград РФ, 2015

005567568

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ставропольский государственный аграрный университет» (ФГБОУ ВПО СтГАУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лебедев Анатолий Тимофеевич

Официальные оппоненты: Лялякин Валентин Павлович,

доктор технических наук, профессор / ФГБНУ ГОСНИТИ «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка», заслуженный деятель науки РФ, научный консультант

Жачкнн Сергей Юрьевич,

доктор технических наук, доцент/ ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», кафедра автоматизированного оборудования машиностроительного производства, профессор

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное научное

учреждение «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ СКНИИМЭСХ, г. Зерноград)

Защита диссертации состоится «21 » мая 2015 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, зал заседаний диссертационных советов, тел/факс (47545)9-44-12, E-mail: dissov@mgau.ru.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» и на сайте www.mgau.ru, с авторефератом - на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «¿У » ¿¿¿frbe^tf 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Для посева пропашных культур наибольшее распространение получили пневматические вакуумные пропашные сеялки «Миллеровосельмаш», «John Deere», «Mashio Gaspardo», «Ma-terMacc», «Monosem», «Kunh» и др. отечественного и импортного производства с дисковым высевающим аппаратом. Сменные дозирующие диски обеспечивают точный посев подсолнечника, кукурузы, сахарной свеклы и других пропашных культур.

Высевающие аппараты нижнего расположения из-за отсутствия семяпроводов улучшают равномерность распределения семян в рядке, но при этом работают в зоне большой запыленности воздуха с увеличенной концентрацией пылевидного абразива, который попадает в зону трения дозирующих дисков и уплотнительных прокладок. Так как посев культур проводится в сжатые агротехнические сроки, требуется практически 100 % надежность сеялок и ее узлов, поэтому допускается работа агрегатов с изношенными деталями, в том числе и дозирующих дисков. При этом происходит нарушение процесса посева и появление как изреженных, так и загущенных всходов, что приводит не только к снижению урожайности культуры, но и перерасходу семенного материала. Предупредительная замена дозирующих дисков и уплотнительных прокладок приводит к недоиспользованию заложенного ресурса и повышению материальных затрат в эксплуатации, особенно для сеялок импортного производства.

Критерии выбраковки дозирующих дисков в инструкциях по эксплуатации сеялок не определены. При этом имеются только ориентировочные данные по периодичности их замены, полученные для конкретных конструкций высевающих аппаратов, эксплуатирующихся в определенных производственно-климатических условиях и с различной годовой нагрузкой сеялок.

В связи с этим разработка мероприятий, обеспечивающих повышение ресурса высевающего комплекта, состоящего из дозирующего диска и уплотнительной прокладки, и обеспечение его безотказной работы за весь период эксплуатации представляет научный и практический интерес, а выбранная тема диссертационной работы является актуальной.

Степень разработанности темы. Разработке и модернизации конструкций высевающих аппаратов, совершенствованию существующих технологических процессов сельскохозяйственного производства, а также вопросам повышения работоспособности машин, восстановления и упрочнения различных деталей и узлов посвятили свои исследования ученые: Н.В. Валуев, Я.П. Лобачевский, A.B. Яковец, И.М. Беспамятнова, В.Б. Рыков, Н.Е. Руденко, А.И. Завражнов, А.Н. Зазуля, В.П. Лялякин, С.Ю. Жачкин, В.И. Черноиванов, A.B. Кочемасов и др.

Обзор проведенных исследований показал, что работоспособность высевающих аппаратов пневматических пропашных сеялок отечественного и импортного производства обеспечивается заменой дозирующих дисков и

уплотнительных прокладок при их полном износе, поэтому вопросы повышения долговечности деталей высевающего комплекта, особенно в современных условиях импортозамещения, требуют проведения дополнительных исследований, представляют практический интерес и являются перспективными.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» 2010-2015 гг., № 1.4.32 по теме «Повышение долговечности машин и оборудования АПК путем их модернизации при ремонте и создание требуемых эксплуатационных свойств рабочих поверхностей деталей, контактирующих друг с другом».

Цель работы - повышение надежности работы пневматического высевающего аппарата пропашных сеялок.

Задачи исследований:

- выявить закономерности и установить основные причины снижения качества работы дозирующих дисков и уплотнительных прокладок;

- на основе анализа установить взаимосвязь между ресурсом дозирующего диска и уплотнительной прокладки, их износом и затратами на выполнение процесса посева, обеспечивающими надежную и эффективную работу сеялки;

- обосновать способ повышения ресурса пары трения «диск - прокладка» за счет формирования требуемых свойств рабочих поверхностей;

- провести сравнительные испытания экспериментальных дозирующих дисков и уплотнительных прокладок и определить технико-экономическую эффективность предлагаемых решений.

Объект исследований - рабочие поверхности деталей пары трения дозирующего диска и уплотнительной прокладки пневматической пропашной сеялки, определяющие ее межремонтный ресурс.

Предмет исследований - закономерности процесса изнашивания рабочих поверхностей деталей дозирующего диска и уплотнительной прокладки пневматической пропашной сеялки.

Методы исследований - предусматривали использование теории вероятности и надежности, математического анализа и системного подхода, обеспечивающих аналитическое описание эффективного применения пневматической пропашной сеялки, стандартных методик стендовых и эксплуатационных испытаний на современном оборудовании, а также методов планирования многофакторного эксперимента, математической статистики для обработки полученных результатов и частных методик исследования работоспособности пневматической пропашной сеялки.

Научная новизна работы заключается: - в рассмотрении сеялки как сложной иерархической системы, низшим элементом которой являются рабочие поверхности дозирующего диска и уплотнительной прокладки, контактирующие друг с другом, что позволило определить их целевое назначение с точки зрения надежности обеспечения процесса посева культур;

- обосновании и определении оценки показателя надежности технологического процесса посева;

- теоретическом обоснован™ закономерности износа рабочих поверхностей деталей пары трения «диск - прокладка» и его влияния на эффективность процесса посева;

- разработке методики оценки эффективности различных вариантов дозирующих дисков и уплотнительных прокладок, учитывающей кратность увеличения ресурса и стоимости на дополнительные операции, связанные с повышением срока службы данных деталей.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- определена функциональная зависимость основных показателей, оказывающих влияние на скорость изнашивания пары трения «диск - прокладка»;

- установлена зависимость влияния суммарного износа дозирующего диска и уплотнительной прокладки на потери давления в системе;

- предложена методика увеличения ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки при реализации различных способов;

- предложены технические решения, обеспечивающие увеличение ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки в 1,5-2,5 раза по сравнению с серийными;

- способы повышения ресурса за счет насыщения уплотнительной прокладки дополнительными точками твердой смазки, переустановки воро-шильных флажков в другую рабочую позицию и восстановления дозирующих дисков с его последующим упрочнением при ремонте.

Новизна предложенных технических решений подтверждена патентами РФ на изобретение: № 2485749, № 2510318.

Положения, выносимые на защиту:

- новый подход к рассмотрению сеялки как сложной системы, низшими элементами которой являются рабочие поверхности дозирующего диска и уплотнительной прокладки, позволяющие определить целевое назначение рабочих поверхностей с точки зрения обеспечения надежности процесса посева пропашных культур:

- методика оценки эффективности различных вариантов дозирующих дисков и уплотнительных прокладок, которая учитывает кратность увеличения ресурса н стоимости дозирующего диска и уплотнительной прокладки;

- оценка технологического процесса показателем надежности, определяющая высокое качество работы дозирующего диска и уплотнительной прокладки;

- закономерности износа рабочих деталей пары трения «диск - прокладка» высевающего аппарата и его влияние на эффективность процесса посева;

- эксплуатационные исследования ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки и влияние их износа на надежность процесса посева.

Степень достоверности и апробация результатов исследований -подтверждается высокой сходимостью теоретических предпосылок и закономерностей с результатами экспериментальных исследований, выполнен-

ных с использованием современной контрольно-измерительной и вычислительной техники.

Основные результаты исследований доложены на Международном научно-техническом семинаре имени В.В. Михайлова «Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники» (Саратов, 2012); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (Одесса, 2012); Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции - новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства» (Тамбов, 2013); международных специализированных агропромышленных выставках (Ставрополь, 2010-2015).

Победитель программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» (У.М.Н.И.К.), г. Ставрополь, 2012 г.

Реализация результатов работы. Модернизированные дозирующие диски и уплотнительные прокладки прошли сравнительные испытания, а результаты исследований внедрены в СХ племколхозе «Россия» Новоалександровского района Ставропольского края. Технология повышения ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки используется в учебном процессе ФГБОУ ВПО СтГАУ факультета механизации при подготовке студентов, магистров и слушателей программ профессиональной переподготовки инженерно-технических кадров предприятий АПК.

Публикация по теме диссертации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента на изобретение. Общий объем публикаций составил 2,89 печ. л., в том числе 1,73 печ. л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 52 рисунка 8 таблиц и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, степень ее разработанности, цели и задачи, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работа, методология и методы исследования, положения, выносимые на защиту, степень достоверности и апробация результатов.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» представлен обзор конструкций высевающих аппаратов, нх анализ, в результате которого было выявлено, что наибольшее распространение получили пневматические высевающие аппараты дискового типа. Были выявлены основные причины нарушения работоспособности дисковых высевающих аппаратов пневматических пропашных сеялок.

В решение проблем эффективности использования средств механизации, улучшения эксплуатационных показателей и повышения долговечности деталей машин внесли весомый вклад такие ученые, как А.И. Завражнов, А.Н. Зазуля, А.Т. Лебедев, В.П. Лялякин, В.В. Остриков, В.В. Сафонов, Е.А. Пучин, А.Г. Пастухов, В.И. Черноиванов и др.

В качестве одного из направлений повышения точности высева производители сеялок размещают высевающий аппарат в так называемом нижнем расположении. Из-за нижнего расположения высевающего аппарата он попадает в зону наибольшего запыления, что приводит к абразивному изнашиванию данных материалов. В паре трения «диск - прокладка» жидкие смазочные материалы оказались непригодными для использования в виде основного смазочного материала из-за насыщения абразивными частицами данного материала. При этом одним из наиболее перспективных направлений является применение антизадирных или твердых смазок. На основании вышеизложенного была сформулирована рабочая гипотеза.

Рабочая гипотеза - ресурс пары трения «диск — прокладка» высевающего аппарата возможно повысить путем насыщения уплотнительной прокладки дополнительными точками твердой антифрикционной смазки, в результате чего контактируемые поверхности покрываются тонким слоем такой смазки, происходит заполнение микронеровностей и снижается интенсивность износа.

Во второй главе «Теоретические исследования ресурса пары трения «диск — прокладка» высевающего аппарата пневматической пропашной сеялки» изложены основные результаты теоретического исследования влияния на процесс высева в зависимости от условий работы рабочих поверхностей дозирующего диска и уплотнительной прокладки на надежность выполнения процесса посева пропашных культур.

Согласно методике, предложенной А.Т. Лебедевым, пневматическая сеялка для посева пропашных культур представлена как самостоятельная сложная техническая система, её низшими элементами являются рабочие поверхности дозирующего диска и уплотнительной прокладки.

Применительно к работе высевающего комплекта эти рабочие поверхности должны обеспечивать максимальную герметизацию контакта для необходимого усилия присасывания семян к присасывающим отверстиям диска и предотвращения попадания абразивных частиц почвы в зону контакта пары трения.

Конструктивной особенностью уплотнительной прокладки (на примере сеялки «Kunh» Planter 11) является то, что в зоне контакта с дозирующим диском по окружности расположены два продолговатых паза высотой Ь„Р и шириной Ьв и Ьн которые ограничивают рабочий объем рессиверной камеры (РК) (рис. 1). Исходный объем РК можно определить из формулы

VK = Sp ■ hnp + Мот ■ VOT + V,,, (1)

где hnp — высота ушошшелыгой прокладки, м; Sp — площадь паза, м:; Мот - коэффициент, учитывающий количества присасывающих отверстий, шт; \'с,7 — объем воздуха в присасывающем отверстии, м3; V,K — объем воздуха в корпусе крышки высевающего аппарата, м3.

а — контактирование новых рабочих поверхностей «диск - прокладка»;

б — контактирование изношенных рабочих поверхностей «диск - прокладка»;

I — высевающий диск; 2 - утотнительная прокладка; 3 -ресиверная камера Рисунок 1 - Схема состояний работы ресиверной камеры, созданной соединением дозирующего диска и ушютнительной прокладки

При этом объем поз духа в корпусе крышки высевающего аппарата является постоянным и поэтому в течение времени не изменяется.

Площадь паза определяется

5р=~(гёв-г1н) , (2)

где Гнв - радиус нижней точки контакта верхнего выступа, м; гвн - радиус верхней точки контакта нижнего выступа ушютнительной прокладки, м; а - угол сектора длины паза ушютнительной прокладки, в градусах.

С увеличением наработки и из-за разности значений касательных скоростей по площади контакта возникает неравномерный износ дозирующего диска и уплотнительной прокладки, приводящий к увеличению зазора в паре трения «диск - прокладка» от до Ьтах.

В процессе эксплуатации возникает перекос дозирующего диска относительно жестко закрепленной уплотнительной прокладки на угол а"(рис. 16). Что приводит к присасыванию по контуру дозирующего ,диска дополнительного семенного материала и его перерасходу (рис. 2). На противоположной зоне прилегания периметра диска сила вакуума снижается, и семенной материал не удерживается присасывающим отверстием, что приводит к пропускам.

Отклонение высевающего диска от вертикальной оси на максимальный угол ос", можно определить по формуле

= (3)

где Ятах ~~ радиус до максимального износа высевающего диска и уплотнительной прокладки, м; Ьта>; - максимальный износ высевающего диска и уплотнительной прокладки, м.

Отклонение диска происходит вследствие износа дозирующего диска и уплотнительной прокладки.

Скорость изнашивания высевающего диска и уплотнительной прокладки зависит от многих факторов: шероховатость высевающего диска концентрация абразивных частиц Са, скорость относительного перемещения и, материалы дозирующего диска и уплотнительной прокладки Мвк, коэффициент трения ктр, и в общем виде это можно представить как

итн = ^а,Мвк,Са,и,ктр). (4)

Анализ данного функционала показывает, что для стабилизации вакуума в РК необходимо улучшить условия взаимодействия пары трения «диск - прокладка» и снизить интенсивность их взаимного изнашивания.

Основные направления повышения ресурса высевающих комплектов пропашных сеялок представлены на рисунке 3.

Для предлагаемых способов проводим сравнительную оценку экономических затрат в зависимости от наработки по сравнению с серийными дозирующими дисками и уплотнительными прокладками.

Общие затраты для выполнения заданного объема работ Т будут зависеть от количества замен дозирующих дисков и уплотнительных прокладок и можно будет представить в виде выражения

1 - высевающий диск; 2—уплотнителъная прокладка; 3 - присасывающие отверстия дозирующего диска; 4 - сбрасыватель лишних семян; 5 — семенной материал;

6 - ворошилъные флажки Рисунок 2 - Работа изношенного высевающего комплекта

. Повышение ресурса |

Яедоговш» зшга парную

аарынашайх фтшм

......_

Замок)

ЛрОИШГКН

т

йзшан'ни« антетфр вь-циояим* матер *»л о-и

Настчснк*-

5 (Терачяшикз | даропшлыдах фдгшяж | влруг/дарй&п^уи^

3шяа хкзддем аз насыи?еи»у»

ИевЫЙ СПООЙО

Ш485749

} БвМШЖСЙВЙ •

йуямш«елх.«ай 1 ироюшкй )

Упрочните дотпрующето .адска (ФПУ)

ДОЯруйМЗДЗД ЯЛОМ

{. >¿0. БУФОкФЗВУ?

щрт&шяа фяюшда рлйочу» ДМйЙЦ?"_______

Упрочните датару«<шс10 уюяа

(фиу)

| Лошйсжяяб

Рисунок 3 - Схема основных направлений

повышения ресурса пары трения «диск-прокладка» высевающих комплектов пропашных сеялок

^общ — К • (Здц + Зуп + Зпп), (5)

где Здд, Зуп - затраты на приобретение, доставку и заработную плату при замене дозирующего диска и уплотнительной прокладки соответственно, руб.; Зпгт - затраты, связанные с потерей продукции в результате пересева и недосева семенного материала, руб.: К-коэффициент, учитывающий потребность в замене серийных дозирующих дисков и уплотнительных прокладок.

Потребность в замене серийных дозирующих дисков и уплотнительных прокладок можно определить по формуле

К = ~ (6)

'ср

где Тст - средние значении ресурса высевающего комплекта, га.

Затраты, связанные с работами по увеличению ресурса по первому предлагаемому способу (рис. 4), можно определить по выражению

З1 = Здд + 23уп + 3ПЕ, (7) где Зпе — затраты на переустановку ворошильиых флажков в другую рабочую позицию, руб.

Следует учесть, что необходимо производить операции по продлению ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки и их замене, при достижении ими выбрако-вочного износа с целью исключения дополнительных затрат, связанных с потерей семенного материала в результате пересева и недосева.

Затраты на поддержание работоспособного состояния по второму способу (рис. 5) определяются по выражению

32 = Здд + 23УП + 23н + 3ПЕ, (8)

где Зн - затраты на насыщение уплотнительной прокладки антифрикционным материалом, руб.

Затрать!, связанные с комплексным подходом по повышению ресурса серийного высевающего комплекта (рис, 6), определяются по выражению

Зй = Здд + 43уп + 43у + 43н + 3ПЕ + 233. (9)

Выражая все составляющие затрат по комплексу предлагаемого способа в долях от затрат на приобретение, доставку и заработную плату при замене дозирующего диска Звд, получим

Зк = Здд ■ (1 + 4КуП + 4КН + 4КУ + 2КВ + КПЕ), (10)

где Куп. Кн, Ку, Кв, КПЕ — коэффициенты, соответственно учитываЕогцие стоимость уплотнительной прокладки, насыщения антифрикционным составом, выполнения операции по упрочнению, восстановлению и перестановке ворошильных флажков в зависимости от стоимости дозирующего диска.

Рисунок 4 - Технико-экономическая модель общих затрат при выполнении заданного объема посева пропашных культур при переустановке ворошильных флажков на дозирующих дисках (способ 1)

Рисунок 5 - Технико-экономическая модель общих затрат при выполнении заданного объема посева пропашных культур при использовании 2 способа

Рисунок 6 -Технико-экономическая модель выполнения заданного объема посева пропашных культур и общих затрат сравниваемых серийных и усовершенствованных по комплексному подходу повышения ресурса дозирующего диска и уплотнитеяьной прокладки

Объединив эти коэффициенты, получим обобщенный коэффициент Коб: К0Б = 1 + 4/СуП + 4КН 4- 4Ку + 2КВ + КПЕ, 01)

Для оценки эффективности технологического процесса высева пропашными сеялками воспользуемся основами теории вероятности и теории надежности (рис. 7). Каждое сложное событие можно оценить как соотношение удачного или успешного применения к общему возможному количеству использования данного объекта. Рассматривая процесс высева пропашных культур с этой позиции, принимаем, что пересев и недосев являются отказом в работе высевающего аппарата.

Надежностью процесса высева является соответствие фактического

распределения семян в погонном метре к заданным агротехническим нормам (равномерность распределения растений по площади, количество внесенного посевного материала на единицу площади). Поэтому оценка процесса высева характеризуется вероятностью безотказной работы Р(Т)

Р(Т) = 1 — F(T), (12)

где F(T) - это вероятность отказа.

P{T)-i~fr*(T>

Вьйгеа г собтдени&м щютехничесхих

■ Нщ^а&т . агротехнических ' недр ö&teSa

„reo "Г(.т>

о Т<:рНарабогка, га

Рисунок 7 — Теоретическая вероятность безотказной работы серийного высевающего комплекта в зависимости от его наработки

Дополнительно используем показатель фактической результативности, предложенный профессором А.Т. Лебедевым, который определяется как

р лт»

грв - Р(т)-

Физический смысл Ерв заключается в том, что он показывает, сколько приходится надежных применений объекта на каждое ненадежное (соответствующих и несоответствующих установленным требованиям), т.е. фактическая результативность процесса.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» разработана программа исследований, даны общие и частные методики исследований, описано оборудование и условия проведения эксперимента.

Для определения износа дозирующих дисков и уплотнительных прокладок использовалась поверочная плита ГОСТ 10197-70, штатив UJM II В ГОСТ 10197-70 и электронный индикатор ИЧЦ-12.7. ГОСТ 577-68.

Микротвердость определялась с помощью твердомера HV-1000 ГОСТ 9450-76. Для определения шероховатости использовался профилометр MarSurf PS 1 ГОСТ 8.296-78. Для проведения многофакторного эксперимента также использовалась машина трения МТУ-01 ТУ 4271-001-29034600-2004 (рис, 8). Для нее были изготовлены образцы «диска» в качестве движущегося элемента и «прокладки» в качестве подложки с различным количеством смазочного материала (рис. 9). Перед установкой образцы промывались для очистки от загрязнений и подвергались замерам. Для измерения износа использовались электронные аналитические весы серии ALC 210d4 ГОСТ 24104-2001 с точностью 0,1 мг.

В качестве основных факторов были приняты следующие: Xi — отношение площади поверхности смазочного материала к общей площади контакта, %; Хз - давление в зоне контакта, кПа; Хз - концентрация абразива, % для заданных условий при использованных разных материалов (табл.).

Для осуществления многофакторного активного эксперимента принят трехуровневый план второго порядка Боксг^-Бенкина для трех факторов. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью разработанной программы в Microsoft Excel.

Ишмяюгште фюсгордо я их вежмина ^

Пшаэдшпь Коднровашюе Отиошеиде »-ЮИЙУЙ! ооиерхоетй смажювого мэтериадакобт.^ ШЯЙЦЗДН ЖЖОДОД % Дзпавнне 8-ЗОНС »¿дозктз, кП& Шяйчйс абрлзтеа, %

ВерХНЯ"Й + 1 га 15

Осноъеый уровень 0 5 4 10

Нижний & УЛ 5:

Иит<$8аа. варьирования ДХ 5 5

Рисунок 9 - Образцы «диск» и «прокладка»

1 - привод вращения: 2 - маша для нагрузок; 3 - тензодатчик; 4 - ноутбук; 5 - вращатель;

б - держатель Рису нок 8 - Общий вид универсальной машины

трения модели МТУ-01 Таблица - Варьирование факторов в эксперименте

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» изложены результаты проведенных экспериментальных исследований и дан их анализ.

Обработка данных по микрометражу дозирующего диска позволила установить закономерность и характер износа в зонах контакта с выступами уплотнительной прокладки (рис. 10).

ШМ ,

Рисунок 10-

Экспериментальное и теоретическое распределение износа диска в месте контакта: а - нижнего выступа; б - верхнего выступа

После обработки экспериментальных данных проведенного эксперимента по плану Бокса-Бенкина были получены зависимости процесса изна-

шивания уплотнительной прокладки (иуп) и дозирующего диска (идд) от абразива, давления и количества твердой смазки

иуп = 0,9732 - 0,09664СМ + 0,006648Са + 0,06525Р + 0,0142СМР - 0,003716 СмСа; (14) Цдд = 0,0728 + 0,00004СМ + 0,01225Р + 0,00548Са - 0,0004СмСа. (15) Анализ зависимостей показал, что максимальная скорость изнашивания иуп = 1,9512 мг/ч получена при Р=3,2 кПа без точек твердой смазки, при этом минимальная скорость изнашивания наблюдается при Р=4,8 кПа с 10% твердой смазки иуп = 0,9632 мг/ч, что на 50,6% меньше (рис. 11).

Для диска максимальная скорость изнашивания также наблюдается при Р=3,2 кГТа без смазки идц = 0,1864 мг/ч, что примерно в 10 раз меньше, чем у уплотнительной прокладки, а минимальная скорость изнашивания ида =0,1272 мг/ч при Р=4,8 кПа с 10% твердой смазки, что на 31,7% меньше (рис. 12).

—»—кПа

-Ш- Пуг.Р'-'А КПЗ -П]>нР=4,8 КПЕ

0 5 10

Откоккняе .тющади поверхности точе;: твердой сщжв к общей пяопйзе, %

Рисунок 11 - Зависимость скорости изнашивания материала уплотнительной прокладки от давления Р и количества твердой смазки См при Са=10%

0,12

О 5 10

Огаощеш!ё паощоди дазерхности то^ак твердой смазки: к общей вдшаадк, %

Рисунок 12 — Зависимость скорости изнашивания материала дозирующего диска от давления Р и количества твердой смазки Смири Са=10%

Относительная износостойкость пары трения «диск - прокладка» с 10% смазочного материала (кг) варьируется от 1,2 до 1,6 раза по сравнению с той же парой трения, но с 5 % площади смазочного материала (кл) (рис. 13, 14).

: 1.« ' ¡.«5 ¡Ш • 1,65 11,55 | 1,45 [ 135 ; ¡.в

11.15

-В-Са» 10**1 -Са~!5% (г! - Са-5% к2 -в-СгНСШ 5% 62

4,8 Р,кПг

Рисунок 13 - Зависимость относительной износостойкости материала уплотнительной прокладки без смазки к этой же паре трения с 5 и 10% твердой смазки

Рисунок 14 - Зависимость относительной износостойкости материала дозирующего днска без смазки к этой же паре трения с 5 и 10% твердой смазки

3,2 4 ?„чй.г

Поэтому предлагается насыщать 10% от площади рабочих поверхностей (выступов) уплотнительной прокладки контактирующих с рабочими поверхностями дозирующего диска, твердой антифрикционной смазкой в виде графита.

На основании данных полевого эксперимента по равномерности распределения семян подсолнечника после посева сеялкой «Kunh» Planter II была построена экспериментальная и теоретическая зависимость нарушения процесса высева семян (рис. 15, 16).

Huyywciwe (ц-р!>.с*11ичсск»А норы tttfceii

Прйфядапсточсеяге:

»1

»4-

„ ; : "> 39 ;

] Высев s соблюдением *"} агротехнических : » ш;рм

нтн

•! \

"ИИ 1

ш

]« j :

i.y т

......

S~ *

Нврабст»,та

Рисунок 15 - Экспериментальная и теоретическая зависимости нарушения распределения семян от наработки серийного высевающего комплекта

Рисунок 16 - Зависимость надежности процесса высева от наработки для серийного высевающего комплекта

Оценка процесса высева показателем надежности показала, что оощая наработка серийного комплекта в среднем составила 1л = 54...58 га, а предельный суммарный износ деталей дозирующего диска и уплотнительной прокладки, установленный по результатам микрометража выбракованных деталей, составил 2,5...2,8 мм (рис. 16). При этом показатель надежности составил всего Р(1)= Ю...23%, а показатель фактической результативности незначителен Ррв=0,1...0,3, при оценке эффективности процесса высева по предлагаемой методике.

Анализ рисунка 16 позволил установить рекомендуемую наработку 47...49 га. которая соответствует уровню надежности процесса высева Р(1)=80...90%, по которой установлена величина выбраковочного износа на один высевающий комплект в данных эксплуатационных условиях (рис. 17). Данная величина будет характеризовать не только условия контактного взаимодействия диска и прокладки, но и стабильность контакта диска с семенем, что обеспечивает надежность процесса высева в целом для всех рассматриваемых вариантов. Величина выбраковочного износа составляет 2,1...2.2 мм, что сохраняет надежность процесса высева не ниже 80...90% как для серийных, так и для модернизированных высевающих комплектов.

Суммарная наработка высевающего комплекта при надежности процесса высева 80...90% с учетом всех стадий упрочнения и восстановления для комплексного подхода соответствует 14 = 305...321 га.

г 2 Предельно ;кшусггаммй

5 * итиле

О 10 20 10 40 50 60 70 80 9« 100 110 120 130 140 150 160 --------Серяйинй —— С го*>хлаи ждоой шкжп Наработка, Га

—- ■■ с —---С точками тий^хтой «лазкк и пвре«:сая4№лзматш

вгцюшнльнычн фзажкзмн еоруншлызьши фззжкяым

Рисунок 17 — Зависимость величины суммарного износа высевающих комплектов для рассматриваемых вариантов

В пятой главе «Технико-экономическая оценка резз'льтатов исследования» описана методика определения затрат на повышение ресурса высевающего комплекта. Оценку увеличения ресурса высевающего комплекта «диск — прокладка» рассматривали применительно к 4 вариантам.

Установлены диапазоны значений коэффициентов: Куп=0,2...0,25, Кн=0,025...0,075, Ку=0,1...0Д5, Кв=0,075...0,125, Кш=0,05...0,1. Обобщенный коэффициент составил Коб=2,5...3,25.

При эксплуатации высевающего комплекта с наработкой 400 га и с надежностью процесса высева семян 80...90% удельные затраты на серийный высевающий комплект составили 37,1 руб/га (рис. 18). При переустановке во-рошильных флажков в другую рабочую позицию с заменой уплотнительной прокладки удельные затраты будут составлять 26.8 руб/га, что на 28% меньше. При выполнении тех же операций по переустановке ворошильных флажков, но уже с насыщенным антифрикционным материалом уплотнительных прокладок затраты составят 17,8 руб/га, что на 52% меньше. При использовании комплексного подхода по повышению ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки необходимо затратить 16,4 руб/га, что на 55% ниже.

20000-,

М 1ЯЮ0-

I

£2- мооо-со

ш 1

т^^рои'хе^ч,.......

Рисунок 18 - Удельные затраты при посеве пропашных культур

Заключение

1. С увеличением наработки и из-за переменных значений касательных скоростей по длине поверхности возникает неравномерный износ в зоне контакта дозирующего диска и уплотнительной прокладки, приводящий к увеличению зазора между ними. Процесс износа усиливается при увеличении концентрации абразивных частиц в зоне контакта, которые поступают в высевающую камеру в результате распыления почвы с высевным материалом, а также из-за присутствия продуктов износа. Все это приводит к изменению геометрических параметров и искажению начальной формы деталей пары трения «диск — прокладка», в результате ухудшается качество посева.

2. Предложены способы и технические решения повышения ресурса высевающего ком пне ¡ста пневматической пропашной сеялки более чем в 2 раза за счет формирования требуемых свойств рабочих поверхностей, которые обеспечивают снижение интенсивности изнашивания пары трения «диск — прокладка». Получена теоретическая модель надежности процесса высева, которая предполагает равномерное распределение растений в соответствии с агротребованиями, исключающими недосев и пересев. Разработаны способы увеличения работоспособного состояния высевающих комплектов, новизна которых подтверждена патентами РФ на изобретение: № 2485749 и №2510318.

3. Разработана методика оценки эффективности различных вариантов дозирующих дисков и уплотнительных прокладок, которая учитывает кратность увеличения ресурса и стоимости дозирующего диска и уплотнительной прокладки. Экспериментально определены диапазоны значений коэффициентов в разработанной модели: Куп=0,2...0,25, Кн=0,025...0,075, Ку=0,1...0,15, Кв=0,075...0,125, Кпе=0,05...0,1, обобщенный коэффициент составил Коб=2,5...3,25.

4. Экспериментально установлена суммарная предельная величина износа в зоне контакта пары трения «диск - прокладка» 2,5—2,6 мм, соответствующая в данных эксплуатационных условиях наработке 56...58 га, при этом надежность процесса посева составляет 10...23%, а показатель фактической результативности 0,1...0,3. На основании этого рекомендуемая величина выбраковочного износа 2,1...2,2 мм, при которой обеспечивается надежность процесса высева не менее 80...90%, что соответствует наработке:

— для серийного высевающего комплекта 47...49 га;

- высевающего комплекта с переустановленными ворошильными флажками в новую рабочую позицию с последующей заменой уплотнительной прокладки 78...81 га;

- комплекта с прокладкой насыщенной 10% твердой антифрикционной смазки с последующей переустановкой ворошильных флажков и повторной заменой прокладки 135.„139 га;

— при использовании комплексного подхода по повышению долговечности дозирующего диска и уплотнительной прокладки 305...321 га.

5. При эксплуатации высевающего комплекта при наработке 400 га с надежностью процесса высева семян 80...90% затраты на серийный высевающий комплект составили 15120 руб., а на переустановку ворошильных флажков в другую рабочую позицию с заменой уплотнительной прокладки 10922 руб., что на 28% меньше. При реализации третьего варианта повышения ресурса высевающего комплекта затраты составят 7227,5 руб., что на 52% меньше в сравнении с исходным. Для внедрения комплексного подхода по повышению ресурса дозирующего диска и уплотнительной прокладки необходимо израсходовать 6736,4 руб., что на 55% ниже по сравнению с аналогом. Окупаемость основных затрат составит при переустановке ворошильных флажков 0,4 года, при насыщении уплотнительной прокладки с последующей переустановкой ворошильных флажков 0,2 года, а при использовании комплексного подхода 0,5 года.

Рекомендации производству

На основании теоретических и экспериментальных исследований определены выбраковочные износы дозирующего диска и уплотнительного материала. Установлено, что максимальный износ высевающего комплекта составляет 2,5 мм - при этом показатель фактической результативности снижается в 9 раз по сравнению с 90% надежности процесса высева, что при достижении 52,3 га соответствует 50% надежности, то есть каждый второй гектар высевается с нарушением агротехнических норм. Рекомендуемый предел использования высевающих комплектов, соответствующих гарантированной 80—90% надежности процесса высева с соблюдением агротехнических требований, был установлен и соответствует выбраковочному износу, равному 2,1-2,2 мм.

Перспективы дальнейшей разработки темы

Разработать рекомендации по насыщению деталей твердыми антифрикционными смазками, работающими в условиях граничного трения и пылевидного износа. Усовершенствовать устройства для переустановки ворошильных флажков.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Марьин, Н. А. Исследование неравномерности износа дозирующих дисков высевающих аппаратов пропашных сеялок / [Текст] А. Т. Лебедев, Н. А. Марьин, А. В. Каа // Вестник АПК Ставрополья. - 2011. № 4(4). — С. 38-43.-0,31 п. л.

2. Марьин, Н. А. Повышение износостойкости пары трения «диск — прокладка» высевающего аппарата [Текст] / Н. А. Марьин, А. Н. Марьин, А. Т. Лебедев, Е. К. Королёва, А. С. Шумский // Сельский механизатор. — 2013. - № 7 - С. 35, 37. - 0,12 п. л.

та

3 Марьин, Н. А. Влияние износа деталей высевающего комплек-1а пневматической сеялки на качество посева пропашных культур [Текст] / А. Т. Лебедев, Н. В. Валуев, Н. А. Марьин, А. В. Захарин // Вестник АПК Ставрополья. - 2014. - № 2(14). - С. 65-70 - 0,25 п. л.

Патенты РФ:

4 Пат. 2485749 Российская Федерация, МПК51 А01С 7/04. Уплот-нительная прокладка для пневматического высевающего аппарата [Текст] / Лебедев А. Т., Марьин Н. А., Каа А. В. [и др]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет». -№ 2012101155/13 ; заявл. 11.01.2012 ; опубл. 27.06.13. Бкш.. № 18 - 9 с.

5. Пат. 2510318 Российская Федерация, МПК B23F о/ии, шзп 9/00 Способ восстановления высевающего диска для пневматического высевающего аппарата [Текст] / Лебедев А. Т., Марьин Н. А., Каа А. В. [и др]; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет». № 2012122133/02 ; опубл. 27.03.14. Бюл. № 9. -

10 с.: ил. л. -

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференции.

6 Марьин, Н. А. Восстановление работоспособности дисков высевающих аппаратов пневматических сеялок импортного производства методом перестановки ворошильных флажков [Текст] / Н. А. Марьин, А. В. Каа II Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК : сборник материалов Международной научно-практической конференции. - Ставрополь :

АГРУС, 2012. - С. 208-211. - 0,19 п. л.

7 Марьин, Н. А. Восстановление работоспособности дисков высевающих аппаратов пневматических сеялок импортного производства [Текст] / Н А Марьин А. В. Каа // Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники. - Саратов : КУБиК, 2012. - С. 156-159. - 0,19 п. л.

8 Марьин, Н. А. Анализ возможности организации восстановления работоспособности дисков высевающих аппаратов пневматических сеялок [Текст] / А Т. Лебедев, Н. А. Марьин, А. Н. Марьин, Е. Н. Королёва // Сборник научных трудов SWorld. - Одесса, 2012. - Т. 6. - С. 97 -100. - 0,19 п. л.

9 Марьин, Н. А. Влияние состава почв на эффективность работы и износ пар трения высевающего аппарата [Текст] / А. Т. Лебедев, Н. А. Марьин, А Н Марьин, П. А. Лебедев, Р. В. Павлюк, Е. Н. Королёва // Сборник научных трудов SWorld. - Одесса, 2013- - Т. 11. - С.91-95- - 0,25 п. л.

10. Марьин, Н. А. Повышение долговечности пары трения «диск-прокладка» высевающих аппаратов пропашных сеялок / А. Т Лебедев, Н. А. Марьин, А. Н. Марьин // Наука в центральной России. - Тамбов, 2014. -№3. - С.41-47. - 0,38 п. л.

Подписано в печать 20.03.2015. Формат 60x84 '/,6. Гарнитура «Тайме». Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.

Тираж 100. Заказ № 118.

Отпечатано в типографии издательско-полиграфического кс СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15.