автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров машины для плоскорезной обработки почвы с одновременным разуплотнением подпахотного слоя

На нравах рукописи

РГ6 од

Г

ПОПОВ Игорь Васильевич

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ ДЛЯ ПЛОСКОРЕЗНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ С ОДНОВРЕМЕННЫМ РАЗУПЛОТНЕНИЕМ ПОДПАХОТНОГО СЛОЯ

специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург-1996

Работа выполнена в Оренбургском ордена Трудового Красного Знамени, государственном аграрном .университете.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и

техники га, доктор технических наук, академик МАИ и ААО И. Т. Ковриков.

Научный консультант:

Офицадьные оппоненты:.

кандидат технических наук, доцент Р. К. Сиражетдинов.

доктор технических наук, профессор Р.Т. Абдрашитов.

кандидат технических наук, доцент В.И.Ковзаюв.

Ведущая организация - Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства ( СибНИИСХоз, г. Омск )

Защита состоится "о "¿»¿¿¿М & 1996 г. в часов на

заседании специализированного совета Д 120.95.01 при Оренбургском государственном аграрном университете.

Адрес: 460795,ГСП, г. Оренбург, ул. Челюскинцев 18, ОГАУ,диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь диссертационого совета, доктор технических наук, профессор

Огородников Б. И.

Обавк характеристика работы

Актуальность. Сйнзй кг важнейших гадач, стоящ« перед сельским хозяйством, является дальнейшее увеличение производства зерна. Особенно актуальна она в настоящее Еремя в сеяэи с тем, что плодородные почвы Ккного Урала и Заволжья, занимавшие ведущее место в производстве зерна, подвержены водкой и ЕетроЕой зрог-ии. Еакная роль в решении зтой проблемы прпнздлэжт качеству выполнения агротехнических приемов и, прежде всего, качеству ооноввой обработки почвы, которая должна быть дифференцирована для каждой почвен-нс-климатической зоны. Одним иа аффективных приемов почвозащитной системы земледелия, направленной на борьбу с водной и ветровой эрозией, является безотвальная плоскоревная обработка почвы- о сохранением на поверхности стерни и других растительных остатков. Однако, используемые в настоящее время орудия с плоскорежущими рабочими органами не в полкой мере удовлетворяют агротехшгчеокш и эксплуатационно- технологическим требованиям из-за неравномерности глубины обработки и уплотнения подпахотного горизонта, вследстЕШ чего образуется плужная подоиез, препятствующая проникновению влаги и корневой системы растений в нижние горизонты, а такте к появлению поверхностного и подпочвенного стога водь! и смыву верхнего плодородного слоя почвы. Поэтому актуальной является задача создания таких орудий, которые предотвращали бы водную и ветровую эрозии и одновременно разуплотняли подпахотный горизонт с целью улучвения водно-воздушного и пкдевого режимов развития растений, "сохранения и накопления влаги б почве.

Дель исследования, "н-ыскание путей совершенствования технологического процесса разуплотнения подпахотного горизонта, разработка схемы, обоснование технологических к конструктивных параметров комбинированного орудия - плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя, обеспечивающих удушение качества осноеной обработки пахотного и подпахотного горизонтов почвы.

Объект исследования. Процесс плоскореэной обработки почеы с одновременным разуплотнением подпахотного горигонтз и плоскорез- глубокорыхлнтедь-рзгуплстнптелъ для его осуществления.

Научная новизна. Создана комбинированная машина для основной

ллоскореэной обработки почвы с одновременным разуплотнением подпахотного горизонта, разработана математическая модель комбинированной почвообрабатывающей малины, обоснована схема и основные конструктивные параметры шюскореза-глубокорыхлителя-рззуплотнигеля для трактора класса 50кН.

Практическая значимость работы. Разработаны научнее основы проектирования комбинированной машины для основной плоскорезной обработки'почвы - • плоскВ^еаа-глубОкоршуштеля-рагушютнитеха. Эти машины эффективны при обработке почв, подверженных еодной и ветровой эрозии. Разработанные методы расчета могут быть использованы проек-тно-конструкторскими организациями при разработке новых и совершенствовании существующих машин для основной обработки почвы, материалы переданы в ГСКБ ПЭТ.

Внедрение. Опытные образцу плоскореза-глубокорыхлителя-разуп-лотнителя в 1990...1995 г. использованы для основной обработки поч-еы в колхозе " Заветы Ленина " Кувакдккского района в а/0 " Красная житница " Сакмарского района Оренбургской области.

Апробация. Материалы диссертации докладывались на научно-практических конференциях Оренбургского государственного аграрного университета ( 1936...1996 г. ) и ка региональной конференции молодых ученых и специалистов ( 1935 г. ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано десять работ, одна из которых - монография. Общий объем публикаций составляет 10.25 печзтных листов.

Объем работы.Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и проожений, содержит 1S6 стрз-ниц машинописного текста, 17 таблиц, 36 рисунков, 115 наименований литературных источников, 4 приложения.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснован!® актуальности выбранной темы и ее практической значимости.

В пергой главе " Состояние вопроса и вадачи исследования " приведен обгор и анализ существующих исследований технологий, способов обработки почв, взаимодействия рабочих органов с почвой и устойчивости хода мобильных маши.

Изучению механизма воздействия почвообрабатывающих рабочих органов на почву посвятили свои исследования такие ученые, как В.П.Горячкин, В.А.Желитовский, В.И.Виноградов, М.Д.Подскреби», П.М.Василенко", Г.Н.Синеогов, Л.В.Гячев, И.Т.Ковриков, А.С.Кушнарев, А.П.Грибановский и другие.

Проблема обоснования формы почвообрабатывающих рабочих органов потребовала от ученых глубоких теоретических исследований в области разрушений почвы рабочими органами.

Ими разработаны основные положения теории деформации и разрушения почв под воздействием клина, предложены принципы расчета тягового сопротивления почвообрабатывающих машин и их рабочих органов.

Некоторые результаты этих работ и методики проектирования рыхлительных рабочих органов могут быть полезны при обосновании геометрических параметров разуплотняющих рабочих органов для комбинированных машин-, выполняющих шюскорезную обработку почвы с одновременным- разуплотнением подпахотного горизонта, теоретическое обоснование форш последних должно вестись с учетом Есех особенностей и отличий в их работе.

Вопросами устойчивости хода почвообрабатывающих агрегатов занимались В.П.Горячкин, И.И.Артоболевский, П.М.Василенко, М.Л.Гусяц-кий, Л.Е.Гячев, А.Б.Лурье, И.Т. Ковриков, А.М.Любимов, А.И.Тииофе-ев, Х.А.Хачатрян , Е.В.Бледных , Р.с.Рахимов, С.З.Есенжанов, и ряд других ученых.

Чтобы почвообрабатывающая машина при работе не выходила из равновесия, то есть, чтобы она удовлетворяла агротехническим требованиям, необходимо, чтобы изменение одной или нескольких сил , з тзкже появление ноеых не изменяло характер движения.

Анализ теоретических закономерностей движения згрегатов пока-

- б -

вал, что повышение устойчивости хода прицепных и навесных машин обеспечивается ва счет уменьшения момента инерции орудия, увеличения его.,длины и силы сопротивления рабочих, органов, что прямолинейное движение агрегата практически невозможно даже при отсутствии возмущений. Это говорит о необходимости более свободного соединения орудия с трактором.

Проведенный, обзор работ по исследованию устойчивости хода почвообрабатывающих орудий показал, что изучены вопросы влияния типов и параметров навески, массы орудия, расстояния между центром сопротивления рабочих органов и точкой присоединения к трактору, момента инерции орудия на устойчивость движения плугов и культиваторов. Обоснованы оптимальные скорости движения агрегатов с соблюдением агротехнических требовании при минимальном тяговом сопротивлении, на основании этого предложены методики расчета оптимальных параметров почвообрабатываищих агрегатов.

Однако, в недостаточной степени исследованы вопросы устойчивости хода комбинированных машин.

*

Анализ литературных источников позволяет сделать следующие выводы:

- в зонах, подверженных водной и ветровой эрозии, наряду с основной почвозащитной обработкой почвы целесообразно проводить разуплотнение подпахотного горизонта с целью улучшения водно-воздушного и пищевого режима развития расшчий, сохранения и накопления влаги в почве;

- существующие машины с плоскорежущими раооччми органами не устойчивы по глубине и ширине захвата и уплотняют подпахотный слой;

- целесообразно разуплотнение подпахотного горизонта соьмап-тить с основной плоскорезной обработкой почвы, с целью снижения эксплуатационных затрзт и для возможного повышения устойчивости хода почвообрабатывающих машин;

- необходимы теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию оптимальных конструктивных параметров разуплотняющих рабочих органов и плоскореза-гдубокорыхлителя-разуплотнитела в целом.

На основе вышеизложенного перед диссертационной работой поставлена цель: изыскание путей совершенствования технологического процесса разуплотнения подпахотного горизонта, разработка схемы, обоснование технологических и конструктивных параметров комбинированного орудия - плоскореза-глубокорыхлитела-разуплотннтеля, обес-

печивающих улучшение качества основной обработки пахотного и подпахотного горизонтов почвы.

Дли достижения поставленной цели намечена решение следующих

задач:

- разработать схеиу и обосновать основные параметры плоскоре-за-глубокорыхлителя-раэуплотнителя для трактора класса 50 кН.;

- определить оптимальные параметры разуплотняющего рабочего органа и место его установки относительно плоскорежущей лапы;

- провести производственную проверку плоскореза-глубокорыхда-теля-разуплотнителя и определить экономические показатели его рабо-

■ ты.

Во второй главе " Теоретические исследования " получены функ-щюнальннке связи от, действующих на разуплотняющие рабочие органы и исследованы вопросы обеспечения устойчивости движения комбинированной машины - плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя в продольно-вертикальной плоскости.

Тяговое сопротивление плоскореза- глубокорьклителя-разушютни-теля, в основном,•зависит от конструктивных параметров плоскорежущей лапы и разуплотняющего рабочего органа.

Согласно расчетной схемы (рис.1), составляющие сил тягового сопротивления разуплотнителя можно определить по следующим зависимостям:

Рх » РхсазВ + Рцз1п8 + Расозв + 2(Рг+Гз+Рб) -

- К^ШВ .+ РХ4 ■+ Г5С0302 + Н531па2 ; (1) Ъх ' РцСОЗЭ + ГаБШЕ + Р531п«2 + N10036-

- (РхгапЭ + Г24 + Я5СОЗИ2 + бп + (Зро) , (2) где Рх.Рн - силы, возникающие в процессе деформации почвы, кН;

Р1- сила трения на передней грани разуплотнителя, кН;

Рй!Рз >Рб" силы трения нз боковых гранях разуплотнителя и стойки, кН;

N1- сила нормального давления на переднюю грань раз-уплотнителя, кН;

реактивная сила на затылочной фаске лезвия (у затупленного лезвия ), кН:

Ре- сила трения на передней грани стойки, кН;

N5- сила нормального давления на переднюю грань стойки, кН;

■Зп- вес пласта, кН;

вро- вес рабочего органа, кН;

в - угол скола, град;

В - угол крошения, град;

02- угод наклона стойки рагуплотнителя, град;

г - угол раствора разуплотнителя, град.

Выразив силы, входящие в уравнения (1) и (2), через физико-механические свойства почвы и конструктивные парзметры раэуплат-нителя в виде двугранного клина, получим систему уравнений, представляющую собой математическую модель функционирования последнего;

Кх - 26ыаЬ+аЬСс1ев+агоб(Гс03В+31па) СЫ-ас1:е,К1-^з:1пф):1х

1д+У25ШВ/£

х- +2Гр1(1дб+аЬо/з1па2)+0.5№1*'Ь{1ет>сон4э+1 Н

согВ-Гз1пВ (3)

+раЗ(£,с1еа2+1)сЬг(в'/2) ;

Кг - аЬбм(с1е6-1е6)-аЬС+агоб(?51П8-созв) ■ ИЫ-ас^фОд-^зхп*)}*

¡д+У^пВ/е . , ■ , „

х-- +ар5с1Е(в /2) (1-с1ря2)-0.51>Ь1 Ь(,С1Ё,4з-1<Р)- (4)

аКВ^ЗЗ-ПВ _аГоб1дСЬ+ас1еф(1-Гз1п1|1)3-Бр0 .

Для разуплотнящего рабочего органа б виде трехгранного клина

Рис.1. Схема сил, действующих на разуплотняющий рабочий орган.

- 9 -

математическая модель имеет вид:

2браЬ аЬСЛеВ

дх „-+-+ агобСЬ+ас1гф(1-Гпз1п1))]х

БЬИТ 51ПГ

С£С03ВС03Г+ЗШВ31ПГН1+\'231ПВ/Е)

х-+ 2£р1аЬ0/з1ш2 +

51пг(созг-£51п8запг)

+0.5^)fhl2b(tr#COSí;э+l)^paS(fctgtt^+l)ctg(8'/2); (5)

аЬб аЬС

Е2 « ----+ агоб С1-Гз1пгзШЛ]х

зтг- этт

[b+actgф(l-fпsinф)Пl+Vzsins/gJ „ „

х-—----->- + ра5(£-с1Еа2)с^(В /2)-

21ПГ(С03>-Т31ПЙ31ПГ)

з!т -

- О.БОЬ^ЬСс^а^г-ф)--^сь+ас1гф(1-гпз1пф)] - (Зро , ' (6)

5ШГ

где Г - коэффициент трения почвы о стань; Гоб- объемный вес почвы, кН/м3; 1 - длина клина, м; Ь - шрина долота, ы; а - глубина обработки, м; Ф - угол наклона боковой поверхности, град; р - удельное сопротивление стойки, кН/ы2; а - длина рабочей части стойки по глубине обработки, м; 5 - толщина стойки, м; «2 - угол наклона стойки, град; р! - удельное давление на стойку сбоку, кН/м2; в0 - ширина стойки, м;

в' - угол заострения передней грани стойки, град; 5 - толщина долота, м;

О - коэффициент объемного смятия почвы, кН/м3; Ь' - толщина слоя почеы, сминаемого затылком лезвия, м; 4 - задний угол резания, град; с - сцепление почвы, кН/м*.

Горизонтальная составляющая общего тягоеого сопротивления плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя складывается из следующих элементов:

f?x * Rx, пл + Rx, py + Qx, к j (7)

где Rx.cy.Rx,пл - горивонтальные составляющие сил сопротивления соответственно разуплотняющих рабочих органов и плоскорежущих лап;

Ох,к." горизонтальная составляющая сил действующих на опорные колеса;

Плоскореэ-гдубокорыхлитель-разуплотнитель представляет собой комбинированный агрегат состоящий из энергетического средства и почвообрабатывающей машины. Его можно рассматривать как динамическую систему, находящуюся под воздействием нескольких возмущающих факторов, таких как рельеф поверхности шля Z (t), физико-механические свойства почвы p(t), воздействие трактора на плоскорез-глу-бокорыхлитель-разуплотнитесь, которые при работе оказывают влияние на орудие через прицепное устройство, опорные колеса и рабочие органы.

С целью упрощения построения модели работы плоскореза-глубо-корыхлителя-разушютнителя с учетом реальных условий можно принять ряд допущений:

- движение плоскореза-глубокорыхяителя-разушютнителя прямолинейно, равномерно и рассматривается в продольно-вертикальной плоскости;

- рама орудия в горизонтальной и поперечно-вертикальной плоскости не тлеет подвижности;

- масса орудия постоянна;

- воздействие трактора на орудие несущественно;

- рельеф поля под опорными колесами орудия имеет одинаковые характеристики;

- выходные переменные Q(t), R(t) коррелированны слабо и влияние входных параметров Zn(t) и p(t) на Еыходные можно рассматривать отдельно;

- отклонение колебаний орудия от установившегося положения под воздействием Zn(t) и p(t) при слабо выраженном рельефе малы и приращениями переменных второй и более высоких степеней можно пренебречь .

С учетом принятых допущений и выбранной схемы орудия, расчетная схема плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя имеет вид представленный на рис.2.

Согласно расчетной схемы составлено дифференциальное уравнение движения по обобщенной координате а:

а' + 2nd + кга - Q(t}H/I», (5)

где а, а, а - соответственно угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение центра сопротивления;

ЕД2соза

2Шя

/вд1 к = / -

1к

- коэффициент пропорциональности; (10)

- собственная частота колебаний орудия; (11)

Д - расстояние от центра сопротивления до мгновенного центра вращения;

.1п - момент инерции орудия относительно его мгновенного центра вращения; Ч - возмущающая сила.

. Рис.2. Расчетная схема плоскореаз--глубовдрыхлителя-разушгатнителя.

Согласно исследованиям Л.В.Гячева лучшая устойчивость машины обеспечивается при равенстве коэффициентов п и к, что соответствует предельному апериодическому характеру движения. Следовательно:

НД4С050

,/вд1

у

или, после некоторых преобразований,

/ (Кхг+Кг2)Дх3 / _

1 .

(12)

(13)

Данное уравнение позволяет оптимизировать основные параметры плоскореза- гдубокорыхлителя-разуплотнителя.

В третьей главе " Методика экспериментальных исследований " изложены программные вопросы и методы их решения, описана экспериментальная -установка, приведены планы опытов и техника измерений.

Программой исследований предусмотрено:

- проверка теоретических положений по.обоснованию параметров разуплотняющего рабочего органа для разуплотнения подпахотного горизонта и размещения их на раме орудия;

- исследование устойчивости хода комбинированной машины -- плоскореза-глубокорыхлигеля-разуплотнителя;

. - исследование влияния параметров и расположения разуплотняющих рабочих органов на энергетические и агротехнические показатели работы орудия;

. - подтверждение общей рабочей гипотезы полозштельного влияния разуплотнения подпахотного горизонта на урожайность возделываемых культур;

- разработка экспериментального орудия и проведение его испытания;

- подбор регистрирующей аппаратуры и разработка методики еэ применения;

- выбор целесообразных методов обработки экспериментальных данных. .

Экспериментальная установка представляет собой макет плоскореза- глубокорыхлителя-разушгатнителя, агрегатируемый с трактором К-701.

Для регистрации и измерения исследуемых параметров применена тевзоыетрическая лаборатория на базе автомобиля УАЗ-452Д.

Измерительный комплекс позволяет регистрировать следующие параметры:

- общее тяговое сопротивление шюскореза-глубокорыхлите-ля-разуплотнителя;

- горизонтальные йх и вертикальные 5?г составляющие тягового сопротивления разуплотняющего рабочего органа;

- угол а между рамой орудия и направлением движения;

- глубину обработки почвы (аПд) плоскорежущим и (аро) разуплотняющим рабочим органом;

- пройденный путь;

- код осцшгагрэшы.

Для определения общего тягового сопротивления плоскореза-глу-бокорыхлителя-разуплотнителя нами была разработана и изготовлена специальная тензонавеска на трактор К-701, состоящая из трех тен-зозвеньев.

Измерение горизонтальной, и вертикальной составляющей тягового сопротивления отдельного рабочего органа проведено с помощью специально разработанной и изготовленной тензостойки для рабочего органа.

Полевые эксперименты проведены в два этапа. Эксперименты первого этапа имели цель определить оптимальные параметры разуплотняющего рабочего органа.

В качестве плана был выбран симметричный композиционный ортогональный план.

Эксперименты второго этапа имели целью изучить влияние конструктивных параметров плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя на устойчивость его движения.

Значимость коэффициентов оценивалась по критерию Стыодента, адекватность полученных моделей по критерию Фишера.

Модели преобразовывались к каноническому виду с последующим поиском оптимальных решений. При этом был составлен ряд программ на ЭВМ для обработки полученных результатов.

Показатели качества работы (степень крошения пласта, степень сохранение стерни, ширина и глубина развальных борозд, гребнистость поверхности поля, глубина обработки ) серийных орудий и экспериментального плоскореза - глубокорыхлителя - разуплотнителя определены согласно ОСТ*70.4.1.-80 .

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований" приведены ■результаты экспериментальных исследований в сравнении с теоретическими. ;

Основные конструктивные параметры разуплотняющего рабочего органа определены из условия влияния их на составляющие тягового сопротивления и агротехнические показатели работы орудия.

Для проверки и дополнения результатов теоретических исследований по определению параметров и режимов работы разуплотняющего рзбочего органа спланированы и проведены многофакторные эксперименты.

Предварительные эксперименты и теоретические исследования

- и -

в,

град

35

25

\ Ч \

XV

0,?51 \jfeff

град

1

1.5

а)

У,м/с

У,м/с

Рис.3. Влияние угла крошения в (XI) и скорооти движения агрегата V (ХЗ) на составляющие тягового сопротивления йс и Не разуплотняющего рабочего органа: а - в варианте двугранного . клина; б - в варианте трехгранного клина;

-:--Их;--------- Кг.

°'5/ Р1

1.5

V,

м/с

1.5

4 9.55 ^ \ \ ч \\ \ ДЧЛ \Х\ \

ЧЛ \ N \ \ 4:

аг.град.

70 90 П2,град

б) •

Рис.4. Влияние углз наклона стойки аг (Х4) и скорости движения агрегата V (ХЗ) на составляющие тягового сопротивления Ех и йг разуплотняющего рабочего органа: а - б варианте двугранного клина; б - в варианте трехгранного клина;

-:--Кх;--------

позволили выделить наиболее существенные факторы, оказывающие влияние на величину тягового сопротивления разуплотняющего рабочего органа. К выделенным факторам относятся:

- угол крошения разуплотняющего рабочего органа в, XI;

- угол раствора т, Х2;

- скорость движения V, ХЗ;

- угол наклона стойки иг, Х4.

После обработки опытных данных и исключения незначимых коэффициентов получены уравнения регрессии - для трехгранного клина

Рл=2.74+0.068X1-0.312X2+0.162X3+0.0075X4-0.007X1X2+ +0.021X1X3-0.021X1X4-0.106X2X3-0.035X2X4-0.049X3X4--0.017X12+0.058Х22+0.0023Х32+0.19Х42, кН;

96-0.32X1-0.63X2+0.219X3-0.0012X4+0.23X1X2+ (14)

+0.13X1X3+0.0318X1X4- 0.22X2X3+0.0035X2X4-0.0247X3X4+ 0.0779X12+0.134Х22+0.021Х32-0.014X42 , кН.

- для двугранного клина

йх-2.536+0.06847X1+0.07308X3+0.004608X4+0.0288X1X3--О.0056X1X4-0.017X12-0.0182Х32+0.12Х42, кН ; 1^=0.579+0.03243X1+0.06468X3+0.01373X4-0.0288X1X4+ (15)

+0.0192X3X4-0.006562Х12+0.00106Х32-0.01037Х42, кН ,

- где X - факторы в кодированном масштабе.

В результате анализа уравнений методом двумерных сечений, построив поверхности откликов по факторам XI,ХЗ; Х4.ХЗ (рис.3,4.), получены следующие оптимальные параметры разуплотняющего рабочего органа:

- в виде двугранного клина: угол крошения 25<в<30°, угол наклона стойки 80<аг<90°, длина стойки 1Ст*0.8 м, ширина захвата в=0.1...0.15 м, глубина обработки а=0.3...0.4 м;

-в виде трехгранного клина - угол крошения 15<В<20°, угол раствора 2г=110...120°, угол наклона стойки <12=70...80° при скорости движения орудия У=2...2.5 м/с, ширине зачвата в=0.1. ..0.15 м.

Минимальное расстояние от лапы до разуплотняющего рабочего органа следует определять из отсутствия заклинивания почвы между плоскорежущими и разуплотняющими рабочими органами, а максимальное

- из условия исключения динамической и статической нагрузки на разуплотняющий рабочий орган от сходящего с плоскореаиой лапы пласта почвы. При оптимальных В, аг и т расстояние находится в пределах 0.25...0.5 м.

Отклонение от оптимальных параметров разуплотняющего рабочего органа обуславливают увеличение тягового сопротивления.

Согласно теоретическим предпосылкам коэффициенты пик дифференциального уравнения движения орудия положительны, поэтому движение орудия асимптотически устойчиво по Ляпунову. Но характер движения и решение уравнения будут зависеть от их соотношения.

Удобно определять характер движения по коэффициенту вида движения К предложенному A.B. Гячевым:

K=n/k (16)

( при К<1 имеет место затухающее колебательное движение, . при К>1 -апериодическое движение, при К=1 - предельное апериодическое движение, при К*0 - гармоническое колебательное движение).

Коэффициент вида движения К является функцией следующих факторов: V -скорость движения; R - сила сопротивления почвы; Н - положение мгновенного центра вращения; Jn - момент инерции орудия относительно мгновенного центра вращения.

Основываясь на том, .'что лучшая устойчивость обеспечивается при К =1, чему соответствует предельный апериодический характер движения, определены оптимальные параметры орудия.. При этих параметрах орудие будет наиболее быстро восстанавливает начальное положение, причём время (путь) этого переходного процесса будет минимальным. .

Теоретические и экспериментальные зависимости коэффициента вида движения К от массы орудия m , скорости движения агрегата V , положения мгновенного центра вращения (Н) приведены нз рис.5.

Если массу орудия определить, исходя из прочностных расчетов, обеспечивающих необходимую прочность конструкции, то факторами, изменением которых можно влиять на устойчивость движения, являются скорость движения агрегата V и положение мгновенного центра вращения- (Н). На рис.6.представлены зависимости положения мгновенного центра вращения Н от скорости движения. агрегата V при обработке почв, различных по механическому составу.

Анализируя полученные зависимости, можно сделать заключение, что при обработке легких почв, со скоростью движения V=2 м/с и массой орудия 22D0 кг, оптимальным расстоянием будет Н=2.1 м; при обработке средних почв, в тех же условиях, Н=1.82 м; на тяжелых и очень тяжелых почвах значения Н соответственно равны 1.4 м и 1.42м.

Если допустить, что для легких почв оптимальным является значение расстояния Н равным 2.1 м (К=1), то для тяжелых почв опти-

1. V« .м/с. ,.5м/с 2м/с.

1

2

2.5

1.5

1.Н=2.5м.

2.Н-2.2М.

3.Н-1.7М. т=2200кг.-

У

1.У=1м/с. 2.7=1.5м/с 3.У*2м/с. т=2200кг. -

О

О

2 2.1 тх10 , кг 1 1.5 2.0 У,м/с 1

а) б)

Рис.5. Характеристика вида движения К в зависимости от следующих факторов: а) - массы машины т; б) - скорости движения V; в) - положения мгновенного центра Еращения Н;

теоретическая;

- экспериментальная.

Рис.6. Зависимость положения мгновенного центра вращения Н от скорости движения машины V для различных по механическому составу почв: „

1 - легкие почвы, КУД=ЗС кНЛс;

2 - средние почвы,Куд=50 кНЛс;

3 - тяжелые почвы,КуД«78 кН/м;

4 - очень тяжелые почвы, Куд=98 кН/м .

2.5 У,м/с

сально значение Н=1.47 м. Орудие с Н=2.1 м на тяжелых почвах работает не в оптимальном режиме, для того чтобы орудие работало в оптимальном режиме Н необходимо уменьшить до 1.5 м. В связи с тем, что с увеличением Н коэффициент вида движения К возрастает, то ха-

1

рактер движения орудия с Н-2.1 м на тяжелых почвах является апериодическим (К>1). Однако, если иметь Н=1.5 м и работать на легких почвах,_характер движения будет уже колебательным ( К<1 ).

Следовательно, характер движения орудия в зависимости от почвенных условий, при прочих равных, меняется и поэтому параметр Н необходимо иметь регулируемым. При невозможности его регулировки положение Н следует выбирать по условиям работы на легких почвах, так как на средних, тяжелых и очень тяжелых почвах характер движения будет апериодическим. Для услоьии гоны Южного Урала и Заволжья Н следует иметь в пределах 1.5<Н<2.4 м.

Параметр Н выбран нами, исходя из условия обеспечения предельного апериодического характера движения комбинированного орудия, при этом обеспечивается минимальное время нахождения орудия е отклоненном положении и наименьшее нарушение качества обработку почвы.

Определив положение мгновенного центра вращения (Н), представляется возможным оптимизировать параметры навески трактора.

Сравнивая агротехнические показатели работы плоскореза-глубо-корыхлителя и плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя с различными вариантами разуплотняющих рабочих органов , можно отметить, что при глубине обработки плоскорежущей лапой 0.25...0.3 м и разуплотняющим рабочим органом 0.35...0.4 м скорости движения сравниваемых орудий отличались незначительно, несколько меньшая скорость у разуплотнителя связана с большим его тяговым сопротивлением, чем у серийного плоскореза.

Устойчивость хода по глубине у комбинированного орудия в обоих вариантах установки разуплотняющих рабочих органов выше чем V ПГ-3-5 (среднее квадратическое отклонение 6=0.02м, в то время как у ПГ-3-5 - 6-0.045 м).

По таким агротехническим показателям как степень сохранения стерни и высота гребней, существенных отличий в сравниваемых орудиях не наблюдается.

Качество крошения у комбинированного орудия значительно выше, чем у плоскореза-глубокорыхлителя за счет дополнительного перемешивания почвы разуплотнительными рабочими органами, особенно это проявляется при работе орудия с разуплотняющими рабочими органам!! I виде трехгранного клина.

Можно отметить, что улучшение устойчивости хода плоскореза- глубокорыхлителя- разуплотнителя приводит к стабилизации сил,

гйствующих на рабочие органы. Среднее квадратическое отклонение мы R комбинированного орудия, по сравнению с серийным ПГ-3-5, леньшается на ZQ...Z57. в варианте разуплотняющих рабочих органов в вде двугранного клина; в варианте же трехгранного клина - на Э...35Х, а коэффициент вариации почти в полтора раза, что обуслав-ивает более равномерную загрузку тракторного двигателя.

Общее тяговое сопротивление экспериментального орудия составит 52,3 кН, что на 21Х выше чем у серийного плоскореза ПГ-3-5, но еньше общего суммарного тягового сопротивления при работе их в ва-иантах плоскореза-глубокорыхлителя и разуплогнителя на 12%.

Это показывает экономическую целесообразность совмещения двух нергоёмких операций.

Расчетная производительность га час сменного времени, с уче-ом коэффициента использования времени смены Т=0.82, составила" .5 га/ч, что несколько ниже, чем у ПГ-3-5.

Результаты многолетних экспериментальных исследовании позво-или сделать вывод, что за счет увеличения запасов продуктивной лаги в почве перед посевом на 20...30 мм средняя прибавка урожай-ости составила 2.9...4.1 ц/га.

Теоретические и экспериментальные исследования подтвердили татотезу о возможности совмещения глубокой плоскорезной обработки :очвы с разуплотнением подпахотного горизонта.

Б пятой главе " Экономическая эффективность применения плос-креза-глубокорыхлителя-разуплотнителя " дан расчет экономической |ффективности применения'комбинированного орудия с различными типа-ai разуплотняющих рабочих органов, который показывает, что несмотря ¡а некоторое увеличение эксплуатационных издержек, годовой экономи-шсккй эффект от внедрения плоскореза-глубокорыхлителя-разушготни-геля составляет, в зависимости от конструктивного исполнения маш-ш, до 11308 рублей ( в ценах 1991г.), при нормативной загрузке шоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя, за счет дополнительной зродукции, особенно в засушливые годы.

общие вывода и ервдшения ■

. 1.В результате многолетней обработки почвы на постоянную глу-5ину образуется уплотненный подпахотный слой, значительно уменьшающий ее водо- и аэропроницаемость. Для повышения эффективности поч-

возащитного земледелии, с целью разрушения плужной подошеы, необходимо проводигь разуплотнение нижних горизонтов одновременно с- основной плоскорезной обработкой почвы.

2..На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель функционирования разуплотняющих рабочих органов двух типов и определены основные конструктивные параметры. Для разуплотняющего рабочего органа, выполненного в виде двугранного клина, получены следующие их оптимзлькые значения: угол крошения -25<В<30° ; угол наклона стойки к горизонту B0<oi2<S00 ; ширина захвата в=0.1м.; глубина обработки а=0.30..,0.4м. Для разуплотняющего рабочего органа, выполненного в виде трехгранного клина- угол крошения - 15<В<20° ; угол раствора - 2т=1Ю.. .120° ; угол наклона стойки к горизонту - аг=70...80°; ширина захвата Б=0.1...0.15м.; глубина обработки - а=0.3...0.4м.

Отклонение от рекомендуемых параметров приводит к увеличению тягового сопротивления и снижению качества обработки.

3. Экспериментально, из условий качества обработки, установлено, что наиболее приемлим для разуплотнения подпахотного горизонта разуплотняющий рабочий орган в форме трехгранного клина.

4. Разработана математическая модель функционирования комбинированной машины - плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя, н, основе которой предложена методика расчета оптимальных параметров машины, при условии обеспечения ими предельного апериодического характера движения, характеризующегося минимальным временем нахождения орудия в отклоненном положении, и установлено, что наиболее устойчивый ход машины наблюдается при:

- минимальной массе машины, обеспечивающей прочность конструкции;

■ - положении мгновенного центра вращения на расстоянии 2.4 м от центра масс.

5. В результате испытания комбинированной машины в полевых условиях установлено, что агротехнические показатели работы машины находятся в допустимых пределах,.а установка разуплотняющих рабочих органов уменьшает колебания орудия в продольно-вертикальной плоскости на 50Х, при этом устойчивость хода по глубине улучшаемся на 25 7..

6. Годовой экономический аффект от внедрения плосксрега-глу-бокорыхлителя-разуплотнитедя составляет, в зависимости от конструктивного исполнения машины, до 11308 тыс. рублей, при нормативной

загрузке плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя, вследствии

прибавки урожайности, особенно в засушливые годы, на 2.9...4.1 ц/га ( в ценах 1991 г ).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Обоснование и разработка схемы машины для плоскорезной обработки почвы с одновременным разуплотнением подпакотного горизонта. Материалы научно-практической конференции ОГСХА,Оренбург 1995г, ( соавтор Ковриков И.Т. ).

2. Влияние параметров плоскорез а-разуплотнителя на устойчивость его хода. Материалы научно-практической конференции ОГСХА, Оренбург 1995г, ( соавтор Ковриков И.Т. ).

3. Обоснование параметров разуплотняющего рабочего органа для плоскореза-глубокорыхлителя-разуплотнителя.Материалы научно-практической конференции ОГСХА, Оренбург 1995, ( соавтор Ковриков И.Т. ).

4. Исследование устойчивости хода плоскореза-глубокорыхлите-ля-разуплотнителя. Материалы научно-практической конференции ОГСХА, 1995, ( соавтор Ковриков И.Т. ).

5. Обоснование основных параметров плоскореэа-глубокорыхлите-ля-разуплотнителя. Материалы научно-практической конференции посвященной 65-летию ОГСХА, Оренбург 1995, ( соавтор Ковриков И.Т. ).

6. Разработка и обоснование параметров малшны для плоскорезной обработки почвы с одновременным рыхлением подпахотного слоя. Материалы региональной конференции молодых ученых и специалистов, Оренбург 1995, ( соавтор Ковриков И.Т. ).

7. К вопросу определения оптимальных параметров плоскореза- глубокорыхлителя-разуплотнителя. Тезисы докладов научно-производственной конференции научны?: сотрудников и преподавателей ОГАУ, Оренбург, 1996, С соавтор Ковриков И.Т. ).

8. К вопросу обоснования параметров разуплотняющего рабочего органа плоскореза-разуплотнителя. Тезисы докладов научно-производственной конференции научных сотрудников и преподавателей ОГАУ, Оренбург, 1996, С соавтор Когриков И.Т. ).

9. Разработка проекта поточно-комплексного метода использования МТП в условиях почвозащитного земледелия совхоза "Междуреченс-кий" Мартукского района Актюбинском области. Отчет о НИР (заключительный) за 1991гг.N ГР01910005985, Оренбург, 1991, (соавторы Ковриков И.Т., Фахрутдинов P.C. и др.).

10. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации маши-но-тракторного парка. Учебное пособие для ВУЗов. Оренбург, 1995, (соавтор Ковриков И.Т.),(в мчэ^и).