автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка методики проектирования и обоснование параметров пластинчатого отвала плужного корпуса для липких почв

-! 1)9

а

Научно-производственное объединение то сельскохозяйственному машиностроению

НПО.ШСХОМ

На правах рукописи

ЩЩГОВ Шамиль Самадович

УЖ 631.312.021.4.001.2

РАЗРАБОТКА. МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСШНАТОП) ОТВАЛА ПЛУЖНОГО КОРПУСА ДМ ЛИПКИХ почв

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Научно-производственном объединении но сельскохозяйственном? машиностроении НПО ВИСХОМ.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент

Ю.Г.КАРДАШЕВСШ

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор

B.А.СЛКУН

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор, Лауреат премии Совета Министров СССР П.Н.БУРЧЕНКО

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

C.А.ТРОСТЯНСКИЙ '

Ведущее предприятие - Головное специализированное

конструкторско-технологичес-кое 'бюро по почвообрабатывающим машинам ПО "Одессапочво-■ май" (г.Одесса).

Защита диссертации состоится "31 ** октября 1990 г. в 10 час. на заседании специализированного совета К 132.02.01 Научно-производственного объединения по сельскохозяйственному машиностроению НПО ВИСХОМ по адресу: 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией маяно ознакомиться в библиотеке НПО шсхда.

Автореферат разослан " " сентября 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ШАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

; Актуальность проблемы. Важнейшей задачей сельскохозяйственного производства является повышение производительности труда п снижение материальных затрат на выполнение одной из самых трудоемких сельскохозяйственных работ - вспашки.

Решению этой задачи в немалой степени способствует качественное выполнение основной обработки почвы, в основном которая зависит от выбора совершенной геометрической формы лемешно-отвальной поверхности (ЛОП). В настоящее время создаются варианты корпусов дам работы в определенных почвенных условиях, в том числе и для липких почв. При этом лемешно-отвальная поверхность удовлетворительно обеспечивает агротехническое качество пахоты при очень большой энергоемкости, так как отсутствует аппарат поиска компромиссного решения задач энергетического и технологического характеров.

Изучение состояния вопроса по применения ЭВМ при проектировании и анализе ЛОП плужных корпусов показало, что до настоящего времени нет прикладных программ (ППП) конструирования, энергетической и технологической оценок ЛОП. Это не позволяет решить задачу сравнительной оценки различных рабочих поверхностей, приводит к необходимости их изготовления и натурных испытаний, затягивает и удорожает процесс создания новых рабочих органов. В связи с этим, научно-исследовательская работа, посвященная разработке методики автоматизированного проектирования ЛОП корпуса плуга и обоснованию рациональных параметров пластинчатого отвала доя липких почв актуальна в научном и практическом отношении.

Цель работы. Разработка методики проектирования и обоснование параметров пластинчатого отвала плужного корпуса на основе энергетической и технологической оценок, позволяющих решать задачи по совершенствованию формы поверхности корпуса, снижению их энергоемкости и повышению качества пахоты.

Объект исследования - плужные корпусы со сплошным и пластинчатым отвалами и процесс их взаимодействия с почвой.

Предмет исследования - выявление закономерностей процесса взаимодействия плужных рабочих органов с почвой.

Методы исследований. Для решения поставленной цели разработан комплексный алгоритм автоматизированного проектирования и технологического анализа ЛОП. Алгоритм такяе включает энергетический анализ плужного корпуса. Реализация алгоритмов осуществлена на ЭВМ "Грзфикск" фирмы "Ник-си" (Франция).

Проведены теоретические и экспериментальные исследования, включая лабораторные, лабораторно-полевые, а также испытания производственных плугов, оснащенных разработанными рабочими органами.

Теоретические исследования базировались на анализе взаимодействия рабочих органов с почвой, представляемой в виде сплошной среды. Дея определения усилий резания, крошащих и оборачивающих свойств ЛОП использованы современные методы, в том числе моделирование, алгоритмизирование и программирование.

Для проверки теоретических предпосылок проводились экспериментальные исследования, включающие методы тензо-метрирования. При обработке результатов испытаний использовались методы математической статистики и теории планирования эксперимента.

Оценка достоверности методики системы автоматизации проектирования ЛОП проводилась путем аппроксимации поверхностей уравнениями 2-го порядка и полиномиальными сплайнами с использованием симплекс-метода и метода Ритца.

Научная новизна. Разработана эффективная схема диалога проектировщика с ЭВМ по проектированию лемешно-от-вальных поверхностей. Конструирование ЛОП произведено в автоматизированном режиме. Получены математические модели и алгоритмы построения ЛОП культурного и полувинтового типов. Разработана математическая модель и алгоритм расчета

тягового сопротивления плуяного корпуса со сплошным отвалом, состоящая из подблоков расчета усилий на лезвии лемеха, лицевой поверхности лемеха и груди отвала, а также отвальной части.

Разработан алгоритм расчета теоретической траектории, являющейся обобщенной характеристикой энергетической и технологической оценок ЛОП. Установлена математическая модель и разработан алгоритм расчета тягового сопротивления плужного корпуса с пластинчатым отвалом. Для оценки крошащих свойств ЛОП установлены аналитические зависимости, позволяющие определить начальную и конечную границу пластической зоны, а также углы ее наклона к координатным осям. Полугена. аналитическая зависимость, позволяющая рассчитать суммарный угол закручивания пласта, также зависимости по расчету отброса пласта отвалом по мощности, затрачиваемой на кручение почвенного пласта и кинетической энергии вращательного движения. На основе вариаций относительной траектории и оптимизации расстояния между пластинами, обоснована рациональная конструкция пластинчатого отвала. Совместно с лабораторией САПР НПО ВИСХОМ разработан пакет прикладных программ (ППП) конструирования, энергетической и технологической оценок ЛОП культурного и полувинтового типов.

Практическая ценность. Разработаны рекомендации по расчету и проектированию в автоматизированном режиме лемеш-но-отвальных поверхностей плужных корпусов низкой энергоемкости с улучшенными агротехническими и эксплуатационно-технологическими показателями. На основании исследований разработан пакет прикладных программ (ГОШ) и методика САПР ЛОП, которые также можно использовать применительно к рабочим органам других сельскохозяйственных машин, а также дорожно-строительного, мелиоративного и лесного назначений. Применение методики САПР ЛОП позволило сократить сроки и повысить качество проектирования в 15-20 раз. Экономический эффект от внедрения этой методики составил более 60 тыс.руб.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований цриняты ГСКТБ ПО "Одессагочвомаш" и СКВ "Алтайсель-маш" для использования при создании и совершенствовании

плушшх корпусов с пластинчатыми отвалами для липких почв. В 1989 г. опытная партия плужных корпусов прошла испытания на Щ МИС.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и получили положительную оценку на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МИИСП в I980-IS86 гг. (Москва); на научно-технической конференции ВНШТГИМЭСХ по итогам исследований 1988 г. (г.Зерноград, 1989); на Всесоюзной научно-практической конференции "Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе" (г.Новосибирск, 1989); на секции НТС ЕИСХОМа по комплексам машин дон мелиорации, обработки почвы, посева и ухода за сельскохозяйственны!® культурами (г.Москва, 1990).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ общим объемом 3,85 печ.л. (в том числе лично автора 3,53 печ.л.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы 105 наименований, из которых 10 - на иностранных языках. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, включая 62 рисунка, 34 таблицы, 17 приложений.

СОДЕШЖЕ РАБОТЫ

Отсутствие общепринятой модели почвы и законченной теории взаимодействия с ней рабочих органов породило множество форм рабочих поверхностей и способов их построения. Ле-мешно-отвальные поверхности, применяемые на практике, подразделяются на три геометрические формы: цилиндрические, геликоидальные и цилиндро-геликоидальные.

Известны отечественные и зарубежные работы по математическому описанию и построению лемешно-отвальных поверхностей. Среди этих методов есть графические, графо-анали-тические и методы, основанные на технологических основаниях. Большой вклад в их разработку внесли В.П.Горячкин, Н.Б.Щучкин, Н.В.Сладков, А,Д.ХЬр0ШШ£0В, Л.В.Гячев, П.Н.Бур-

ченко и другие. Однако, эти метода проектирования обладают серьезным недостатком - они трудоемки в выполнении. К тому же, отсутствует аппарат оценки поверхностей по энергетическим и технологическим признакам.

В настоящее время сделаны попытки восполнить этот пробел. Так трудами В.П.Найдыш, В.С.Обуховой, Ю.Г.Карда-шевской, Ж.В.Горбатовяч, А.Г.Гегьман, Л.В.Мамедовой намечены определенные сдвиги в автоматизации расчета развертки, шаблонов, построения геодезической линии и т.п. Но все эти задачи носят частный характер и не дают завершенной картины.

В связи с этим, разработка методики автоматизированного проектирования ЮП, включающая возмоясносгь комплексной оценки энергетических и технологических свойств поверхностей остается открытой.

Чтобы оценить полученную поверхность по энергетическим параметрам, необходимо выбрать или разработать математическую модель расчета тягового сопротивления.

Исследованиям процессов, происходящих при вспашке, посвящены многие работы как советских, так и зарубежных ученых. Особую актуальность имеют работы В.А.Желиговского, Г.Н.Синеокова, Ю.Ф.Новикова, В.И.Виноградова, А.И.Любимова, И.М.Панова, А.С.Кушнарева, В.А.Сахуна, В.В.Еледных, В.Г.Ки-рюхина и других ученых. В этих работах накоплен значительный теоретический и экспериментальный материал по исследованию почвообрабатывающих машин и разработаны теории расчета тягового сопротивления плужных корпусов. Однако, отсутствуют обобщенные модели энергетической оценки проектируемых корпусов плугов.

Аналогичный подход расчета на основе математических моделей выработан и для оценки крошащих и оборачивающих свойств ЛОП, основанного на предварительном анализе работ

B.И.Буромского, Н.Е.Шейнина, В.К.Шаршака, В.А.Лаврухина,

C.А.Тростянского.

Учитывая то обстоятельство, что за рубежом в настоящее время большое применение находят корпуса с пластинчатыми отвалами, обеспечивающими снижение энергоемкости и залипа-емости поверхностей, была поставлена цель теоретически на

базе разработанного аппарата автоматизации проектирования проверить эту гипотезу. Управляя площадью ЛОП, необходимо оптимизировать и обосновать параметры пластин отвальной поверхности пластинчатого корпуса.

На основании вышеизложенного сформулированы следующие задачи исследования:

- разработка математических моделей и алгоритмов автоматизированного проектирования ЛОП;

- разработка математических моделей и алгоритмов автоматизированного расчета тягового сопротивления плужных корпусов со сплошным и пластинчатым отвалами;

- разработка математических моделей и алгоритмов автоматизированной технологической оценки ЛОП;

- обоснование параметров, разработка пластинчатого отвала и выбор ЛОП плуаного корпуса, обеспечивающей выполнение качественных показателей пахоты при минимальных энергетических затратах;

- экспериментальные исследования корпусов с пластинчатыми отвалами с целью определения влияния основных параметров и режимов работы на энергетические и агротехнические по-казатсди;

- расчет технико-экономической эффективности применения пдуаннх корпусов с пластинчатыми отвалами и методики системы автоматизации проектирования ЛОП.

Автоматизацию проектирования ЛОП начинали с алгоритмизации и формализации.

Исходные данные вводились с клавиатуры перед запуском программы в интерактивном режиме. В качестве исходных данных использовались: ширина захвата корпуса 3 , глубина пахоты А , утлы наклона лемеха ко дну и стенке борозды соответственно В и •£> , минимальный и максимальный углы образующих в плане 23 тм и , вылет направляющей кривой Д> , высота направляющей кривой И0 , угол касательной к направляющей кривой ¿е?//в , угол трения (р , скорость пахоты ТЯ и другие. Кроме того, в программе предусмотрено варьирование шагом образующих по высоте корпуса, также шагом

шаблонов по лезвию лемеха. Графические зависимости либо задавались аналитически в тексте программ, либо чертились с помощью магнитного планшета графического ввода.

Формализация процесса построения верхней ветви направляющей кривой осуществлялась продлением этой кривой до высоты большего из шаблонов при соблюдении имеющегося закона уменьшения радиуса кривизны в зависимости от высоты. Этот закон неявно задавался при помощи определяющих углов. Программный модуль построения направляющей кривой имел на выходе координаты звеньев ломаной, аппроксимирующей эту кривую.

Как только ЭВМ доходила до этой стадии вычислений, на экране графического терминала появлялся контур лобовой проекции корпуса (рис.1), которая вычерчивалась с использова-

Рис. I. Расчет и проектирование на ЭВМ направляющей кривой, лобовой и горизонтальной проекций ЛОП

нием графических примитивов под управлением двумерного графического пакета. Подходящую форму бороздного обреза выбирали при помощи магнитного планшета. На выходе получали двумерные координаты пересечения проекций, образующих с контуром лобовой проекции ЛОП.

Промежуточные утлы графика изменения углов образующих со стенкой борозды находили по закону прямой или параболы. После расчета на экране дисплея появлялся контур графика.

Затем по заданному закону изменения углов наклона образующее, лобовой проекции и направляющей кривой вычерчивалась горизонтальная проекция с применением вышеупомянутых графических примитивов. На выходе этого модуля получали двумерные координаты этой проекции (рис.1).

Зная обе проекции корпуса, таг образующих по высоте и шаг шаблонов по лезвию лемеха, ЭВМ приступила к построению шаблонов, которые вычерчивались вначале в ввде отрезков на горизонтальной цроекции, а затем при помощи направляющей кривой переносились на лобовую проекцию корпуса. Выходом этой части являлись трехмерные координаты шаблонов (рис.2), Исходя из последних вычерчивалась ее развертка.

Внедрение подсистемы автоматизированного проектирования ЛОП позволило ускорить процесс конструирования. Потребное время расчета одного варианта от ввода до получения рабочего чертежа менее одного часа.

До настоящего времени отсутствует вычислительный метод энергетической и технологической оценок ЛОЕ плужного корпуса на ЗИЛ. Отображением энергетической оценки проектируемых ЛОП является тяговое сопротивление с анализом сил на передней грани неизношенного лезвия лемеха ( А/ху,1 ,

), лицевой поверхности лемеха и груди отвала ( > ) и отвальной части ( Л/^хг ).

Для подробного анализа рассчитывалась геодезическая траектория движения пласта, которая строилась на лобовой проекции корпуса как сопряжение отрезка и дуг. Отрезок характеризовал движение пласта по лемеху, первая дуга - по груди и вторая - по крылу отвала. Трехмерные координаты звеньев ломаной, аппроксимирующей эту кривую, получались из координат ее лобовой проекции аналогично контуру ЛОП. 8

Рис. 2. Расчет и проектирование на ЭВМ иаблоноз ЛОП

За основу расчета деформаций пласта принята модель, разработанная Ю.Ф.Новиковым.

Общее тяговое сопротивление корпуса плуга со сплошным отвалом определяли по формуле

Чтобы определить рациональный вариант плужного корпуса со сплошным отвалом, строились графические зависимости (рис.3 а,б).

Анализ полученных результатов показал, что зависимость тягового сопротивления от вылетов направляющей кривой тлеет параболический характер, т.е. чем больше вылет при увеличивающихся углах в гаане, тем меньше тяговое сопротивление. Но в этом случае ухудшаются агротехнические показатели. На практике такая закономерность подтвержается. В целях поиска компромиссного решения выбраны полувинтовые корпуса, которые менее энергоемки и лучше о агротехнической точки зрения по сравнению с культурными (рис.3, а).

Варьирование тягового сопротивления в зависимости от утла охвата касательными направляющей кривой при возрастающих углах в плане (рис.3,6) имело характер нарастания энергоемкости корпусов при улучшающихся агротехнических показателях. с

Рис. 3. Зависимости тягового сопротивления при изменяющихся углах в плане от:

а - вилетоЕ направляющей кривой; б - углов захвата касательными направляющей кривой

Параметрами, влияицтш на энергетику корпуса и оцениваемыми системой, являлись угол охвата пласта отвалом, минимальный радиус кривизны относительной траектории, длина относительной траектории вычисления которых вручную довольно трудоемкая операция.

Показателями, оцениваемыми системой и влияющими на агротехнику являлись угол закручивания пласта и дальность отбрасывания пласта отвалом. Оценка крошащих свойств производилась по расположению фокальной поверхности относительно дна борозды и вынос вперед от лезвия лемеха. 10

Разработанная методика системы автоматизации проектирования ЛШ позволила соблюдать по возможности условие компромисса при одновременном изменении одного или двух показателей. При этом оценка производилась визуально по получаемой графической и аналитической информации в интерактивном режиме. Таким образом, значения перечисленных выше характеристик для серийных корпусов культурного и полувинтового типов получены в пределах 42-60,4°; 1,215-1,396 1/м; 1,0841,386 м. Теоретические значения тягового сопротивления доя корпусов культурного и полувинтового типов получены в диапазоне 3350-6100 Н. Анализ полученных данных выявил, что с точки зрения уменьшения энергоемкости и улучшения качества пахоты рациональной конструкцией является полувинтовой корпус на базе КУ-40.

Технологический анализ Л0П включал расчет ее крошащих и оборачивавших свойств. Наилучшее крошение будет обеспечено, если область локализации элементарных сил 1-1', 2-2', 3-3 и т.п., действующих на пласт, имела минимальные размеры и располагалась в верхней трети пахотного слоя (рис.4).

Если область сгущения элементарных ст. располагалась в пластической зоне Ал О А , то в этом случав по теории акад. В.А.Келиговского обеспечивается максимальное крошение почвенного пласта. Тогда, устанавливая зависимость между радиусом , координатой центра расположения фокальной поверхности (эволютой) по высоте М и выносу вперед от лезвия лемеха Л с одной стороны и углами расположения начальной 1%, и конечной границ пластической зоны, с другой, оказалось возможным теоретически оценить на ЭВМ крошащие свойства Л0П.

Предполагалось, что трансформация срезаемого слоя пласта почвы в транспортируемую на отвале происходила путем последовательных: сдвигов вдоль семейства линий скольжения, сходящихся у режущей кромки лезвия лемеха. Отсюда наружная граница АгД пластической зоны ЛлОД- определялась интенсивностью сдвигов только вдоль первого семейства линий скольжения. Направление линий сдвигов принято совпадающим с направлением линий максимальных касательных напряжений.

у

о а, в, с,

Рис. 4« Схема к выводу аналитического выражения для исследования: крошащих свойств ЛОН

Координату центра расположения фокальной поверхности от дна борозда определяли по формуле

V- М,360°С6££

где

- площадь поперечного сечения шгаста (у, - А 5 ); £ - плотность почвы; £ - радиус кривизны поверхности в сечении, перпендикулярном образующим; О - ускорение свободного падения =9,81 1л/о ); рА - удельная сила прилипания почвы к ЛОП; Т' - тангенциальная сила, необходимая для перемещения почвенного пласта; - угол, составленный касательной в точке приложения равнодействующей силы /4* и ординатой У . 12

Конечная граница пластической зоны (линия ОАлна рис.4) разделяет упрутсчапряженный пласт от этой зоны. На границе этих зон должно удовлетворяться следующее условие пластичности _ (7~

сСГ

Тогда вводя - 0 и совершая ряд несложных тригоно-

метрических преобразований, получили формулу доя определения максимального сдвига на границе ОАа :

где у - ордината точки пересечения плоскости сдвига ОС с

наружной границей пластической зоны; - угол наклона касательной к наружной границе пластической зоны..

Угол наклона левой границы 2% получен в виде:

Збо'/гм

где Я - сила, определяемая из выражения (I);

- касателыше напряжения в пластической зоне Ал ОД. Уравнение наружной границы пластической зоны (кривой ЛрД ) находили из дифференциального уравнения

решение которого определило искомую кривую где

м- Збо°а [__

С ' ' "г? ]

771 ~Т> '*-А'

Угол наклона правой границы (линия ОД ) пластической зо!Г:? к оси ОХ с учетом вышеполученних формул получили в ввде:

где Фс - константа, характеризуидая предел прочности почвенного пласта.

В результате теоретических исследований установлено, что оптимальные параметры расположения области сгущения

элементарных сил относительно дна борозды И и вынос вперед от лезвия лемеха L для корпусов культурного и полу-вингового типов найдены в пределах

/У = 0,215 - 0,254 ми Ь = 0,156 - 0,214 м.

Исходя из предположения о правильности протекания рабочего процесса и возможности точного решения задачи о закручивании пласта по отвалу считали, что математическая модель определения суммарного угла закручивания пласта включает задачу расчета угла закручивания пласта при движении по ЮН Л/ и угла поворота пласта по инерции после схода с поверхности Л^ :

kwtA +&)&& sta Р

/CAôW-f) + ^7)

1 _ vm^fio

&

где А0 - коэффициент, определяемый как А1- т/^-у' \ - угол, составленный диагональю поперечного сечения и боковой гранью пласта; У - коэффициент усадки пласта; К - главная кривизна поверхности; ^ - угол сдвига пласта; с = УЙ^Ж -г?* ем я* , ; - у™ постановки крыла отваластенке борозды; /2К- высота падения частицы с крыла отвала; % - начальная скорость схода почвенного пласта с крыла отвала; </,0 - угол, составленный 14

касательной к траектории пласта в точке схода с отвала и лезвием лемеха; - угол меду касательными траектории движения пласта и первой линии кривизны.

Анализ выражения (7) показал, что для улучшения оборачивающих свойств ЛОП необходимо по возможности стремиться к увеличению кривизны относительной траектории и геодезической кривизны в ее конечной точке. Угол закручивания пласта доя корпусов культурного и полувинтового типов найден в пределах 75,6,..124,8°.

Для расчета отброса пласта отвалом выведена формула кинетической энергии вращательного движения

_ М фжумф -х) \

где - Угол вступления почвенного пласта на лемех;

- величина смещения почвенного пласта вперед по ходу движения агрегата; Хд - нормальная кривизна поверхности;

и X - Утлы коррекции, возникающие от усадки почвенного пласта при движении по лицевой поверхности лемеха и груди отвала.

Указанный параметр для корпусов культурного и полувинтового типов составил соответственно 0,34...О,48 м и О,23...О,36 и.

Одним из направлений сниженяя энергоемкости плужного корпуса является усовершенствование конструкции отвальной поверхности.

В качестве одной из реализаций методики САПР ЛОП с целью рационализации конструкции и оптимизации частных параметров рассматривался вопрос о плужном корпусе с пластинчатым отвалом для вспашки липких почв, в котором направление н форма пластин должны соответствовать траектории частиц пласта.

С учетом выведенной расчетной формулы тягового сопротивления плужного корпуса с пластинчатым отвалом были проведены расчеты на ЭВМ по выбору рациональных параметров пластин отвальной поверхности:

fíS/ADMXF v </ ^ (9

f O)

=> бежЕ^

X ? < ^

+ — £//г 3.£>ее$£ (ежЕ -Ш !))(-/ +№?£>) л

где В - нормальнее напряжение; об , , Ла - см.рис.5; Н(Н°) . Р(Р°) , , 7/1с , /О0 - показатели, зависящие от типа почвы, материала л состояния поверхности; - коэффициент влияния наклона сдвига почвы на клин; - коэффициент тягового сопротивления подъемной грани пластины плужного корпуса; , - коэффициенты нормальных реакций соответственно нижней и боковой опорных поверхностей.

Ширина пластин рассчитывалась по полученным методикам с оценкой энергетических и агротехнических показателей. Дня обоснования ширины вырезов пластин отеэльеой поверхности выведена формула (рис.5)

А - fc-íi

(10)

где - площадь ЛОП без учета прорззей пластин.

Исходя из вышзполученных результатов и на основе выведенных аналитических зависимостей (9), (10) обоснована рациональная конструкция отвальной поверхности, состоящей из отдельных полосовидных пластин,

Для проверочных расчетов, з качестве ориентировочной лемешш-отвальной поверхности брали корпус КУ-40, на основе которой разработаны корпуса КП-04 (ширина пластин -0,045 м), КПУ-40 (ширина пластин - 0,050 м). Остальные значения, полученные в результате расчетов на ЭВМ, сведены в таблицу.

г

Анализ табличных значений показывает, что ожидаемое снижение тягового сопротивления экспериментальных корпусов может составить 10...13$, а повышение качества пахоты до 12-15%.

С целью уточнения теоретических предпосылок, программа экспериментальных исследований предусматривала: определение углов вступления пласта на лемех и относительных траекторий на ЛОП; определение энергетических, эксплуатационно-технологических и агротехнических показателей работы плуга, оборудованного шужными корпусами со сплошным и пластинчатым отвалами.

Конструкцией башмаков корпусов КП-04 и КПУ-40 предусмотрена возможность их трансформаций в корпус КУ-40 путем замены пластин отвалов с деталями крепления на сплошной от-

Расчетные значения экспериментальных корпусов

пп: Наименование : показателей КУ-40 КП-04 : КПУ-40

I. Тяговое сопротивление, 5752 5143 4978

2. Угол охвата пласта отвалом, град. 56,4 54,6 52,1

3. Высота расположения фокальной поверхности от дна борозды, м 0,230 0,235 0,215

4. Вынос ее вперед от лезвия лемеха, м 0,190 0,145 0,175

5. Угол закручивания пласта, град. 87,4 86,2 85,4

6. Взличина отброса пласта отвалом, м 0,385 0,325 0,296

7. Длина отвальной поверхности, м 0,820 0,780 0,780

8. Установочное расстояние между пластинами, м 0,040 0,045

9. Длина относительной траектории, и 1,198 1,092 1,084

10. Средняя кривизна относительной траектории, 1/м 1,284 1,763 1,895

вал корпуса КУ-40. Агрегатирование плугов проводилось с трактором Т-150К.

Энергетическая оценка предусматривала определить следующие показатели: тяговое и удельное тяговое сопротивление корпусов. Эксплуатационно-технологическая оценка - производительность за I ч основного времени, часовой и удельный (погектарный) расход топлива на основной работе. Агротехническая оценка предусматривала определение крошения пласта почвы (по фракциям), степени и глубины заделки пожнивных растительных остатков, глубины пахоты, ширины захвата плуга.

В качестве информационно-измерительной системы использован комплект аппаратуры ЭМА-П конструкции КНИИТИМ, смонтированный в кузоне автомобиля и кабине тензотрактора Т-150К. 18

Сопоставление энергетических, агротехнических, эксплуатационно-технологических показателей плужных корпусов со сплошными и пластинчатыми отвалами производилось по значениям математического ожидания и среднеквадратичного отклонения.

Экспериментальные исследования проводились на полях Поволжской государственной зональной машиноиспытательной станции, Поволжского филиала ВПСХОМа, Всероссийского научно-исследовательского и проектно-технслогнческого института механизации и электрификации сельского хозяйства (ЕНШТИГОСХ) и Центрально-Черноземной МИС.

Установлена зависимость угла вступления пласта от углов установки лемеха относительно стенки и дна борозды, вида и состояния почвы, а также от скорости.

Результаты энергетической оценки работы плужных корпусов КУ-40 и КП-04 показали, что удельное сопротивление корпуса КП-04 получено на 10...12% меньше.

В диапазоне рабочих скоростей 1,90-2,55 м/с плужный корпус КПУ-40 по сравнению с КУ-40 обеспечил снижение удельного сопротивления до 14$. Это объясняется меньшей площадью отвальной поверхности и правильной ориентацией прорезей пластин, которые совпали с относительными траекториями. Лучшие показатели по энергоемкости этого же корпуса свидетельствуют о правильном выборе форм и параметров атас-тин.

Сопоставление результатов экспериментального и теоретического определения тягового сопротивления Я%,у.1 с целью проверки достоверности разработанной методики САПР ЛОП показало хорошую сходимость опытных и расчетных данных - наибольшие расхоящения не превышают 15...20% (Алгоритм КЬУМ).

По качеству крошения почвенного пласта корпуса КП-04 и КПУ-40 превосходят на 2...16% в зависимости от рабочей скорости корпус КУ-40. При взаимодействии почвенных агрегатов с краями1 пластин корпусов КП-04 и КПУ-40 повышается интенсивность разрушения почвенного пласта, которое выражается в уменьшении фракции свыше ТОО мм и увеличении фракции менее 50 мм, причем наиболее интенсивное увеличе-

ние содержания фракций менее 50 мм на 14% показали корпуса КПУ-40.

Результаты эксплуатационно-технологической оценки показали, что корпус КПУ-40 обеспечил большую на 10... 125? производительность за I ч времени основной работы и получено снижение удельного (погектарного) расхода топлива на 9,5...10,5$.

С целью расширения области применения методики системы автоматизации проектирования на поверхности с криволинейными образующими была проведена работа по аппроксимации лемешно-отвальных поверхностей плужных корпусов соответственно уравнениями 2-го порядка и параметрическим сплайном. В результате были получены значения вектора параметров, устанавливающих тип поверхности и аналитическое уравнение геометрической формы поверхности с отклонением не превышающим заданное (+ Ъ%).

Путем обработки массива данных ЛОП на ЭВМ с использованием метода Рктца, согласно которому зависимость параметрических координат образующих на аппроксимирующей поверхности представляется в виде степенного ряда, получены эмпирические модели рабочих поверхностей плужных корпусов с криволинейными: образующими.

Использование описанной системы анализа эффективно совместно с базой данных о различных типах рабочих поверхностей. Эта база включает как информацию о геометрической форме поверхности, так и ее рабочие характеристики в различных условиях применения.

Внедрение плуга с корпусами пластинчатого типа позволило увеличить производительность труда на основной обработке почвы на 10...12%. Годовой экономический эффект составил 527 руб. на агрегат или 36,3 руб. на корпус. Годовой экономический эффект за срок службы на корпус составил 131,8 руб.

ОНШЕ ВЫВОДУ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработанная математическая модель рабочей поверхности плужного корпуса позволяет строить аналитическим методом лобовую и горизонтальную проекции, параметры направляющей кривой и графики изменения углов образувдих по высоте, шаблонов и развертки. На основе полученных моделей разработаны алгоритмы и составлена программа для ЭВМ.

2. Разработанная методика расчета тягового сопротивления плужных корпусов со сплошным и пластинчатым отвалами осуществляет расчет теоретической траектории (геодезической линии), являющейся обобщенной характеристикой для определения угла охвата пласта отвалом, длины относительной траектории, ее средней кривизны, угла закручивания пласта и крошащих свойств. На основе данной методики проведен расчет показателей серийных корпусов культурного и полувинтового типа, значения перечисленных выше характеристик которых находятся в пределах 42...60,4°, 1,084...1,386 м, 1,215... 1,396 1/м.

3. Разработаны алгоритмы оценки крошащих и оборачивающих свойств лемешно-отвальной поверхности. В качестве параметров, оценивающих крошащие свойства поверхности, следует принимать расположение области сгущения нормалей относительно дна борозды Н и вынос вперед ее от лезвия лемеха L . Для серийных корпусов культурного и полувинтового типа по разработанной методике проведен расчет этих показателей, значениями которых являются // = 0,215...0,254 м, L = 0,156...0,214 м. Угол закручивания пласта получен в

диапазоне 75,6...124,8°.

4. введенное аналитическое выражение для определения сопротивления скольжению липких почв положено в основу алгоритма обоснования конструкции отвальной поверхности, состоящей из отдельных полосовидяых пластин. В качестве варьируемого параметра использовано расстояние между пластинами -Л . Расчеты, проведенные на основе методики энергетической оценки, показали, что для липких почв это значение находится в пределах 0,035...0,050 м.

5. Проведенные расчеты показали, что с целью уменьшения тягового сопротивления целесообразно пластины отваль-

ной поверхности направить по относительным траекториям. В этом случае ожидается наименьшая погрешность отклонения теоретических и экспериментальных значений (+ 15...20%).

6. Разработанная подсистема САПР лемешно-отвальная поверхность может быть реализована на любой ЭВМ, обладающей техническими средствами графического диалога.

Пакет прикладных программ дает возможность вьщавать в качестве продукции чертежи или перфоленты для станков с ЧПУ для изготовления штампов и развертки, переходя к безбумажной технологии.

7. Испытания в различных почвенно-климатических регионах страны плугов, оборудованных плужными корпусами с пластинчатыми отвалами, позволили выявить энергетическую и агротехническую эффективность:

- в диапазоне рабочих скоростей 1,91...2,65 м/с плужные корпуса КП-04 и КПУ-40 обеспечили снижение удельного сопротивления до 13,7% по сравнению с корпусом КУ-40;

- по качеству крошения почвенного пласта корпуса с пластинчатыми отвалами превосходят на 2...!&% в зависимости от рабочей скорости корпуса КУ-40;

- плужные корпуса КПУ-40 и КП-04 обеспечили большую, на 10...12% производительность за I ч основного времени и снижение удельного (погектарного) расхода топлива на

9,5...10,5%.

8. В результате экспериментальных исследований уточнено, что приемлемыми параметрами отвальной поверхности, состоящей из отдельных подосовкцных пластин, являются: рабочая длина отвала - 0,780 м, установочное расстояние между пластинами лемешно-отвалькой поверхности - 0,045 м, ширина пластин - 0,050 м.

9. Результаты лабораторно-полевых исследований подтвердил целесообразность применения разработанной методики САПР для проектирования пластинчатых отвалов. Они позволили обосновать параметры лласглн отвальной поверхности для липких почв, применение которых даст экономический эффект 527 руб. на плуг, а на один корпус 36,3 руб.

Применение пакета прикладных программ (ППП) позволило сократить сроки и повысить качество проектирования в 15... 22

20 раз. Экономический эффект от его внедрения составит более 60 тыс.руб.

10. Результаты исследований используется в ГСКТБ ПО "Одессапочвомаш" и СКВ "Алтайселъмаш" при разработке плужных корпусов со сплошным и пластинчатым отвалами к плугам общего назначения с применением САПР рабочих поверхностей почвообрабатывающих машин.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Анализ экспериментального и теоретического исследования семейства геодезических линий на плужных поверхностях. - В кн.: Механическая технология сельскохозяйственного производства. - М., МИИСП, 1984. - С. 12-17.

2. К вопросу формирования модуля математической модели лемешно-отвальной поверхности в САПР с.-х. машин. - В сб. научн.тр.: Научно-методические вопросы управления научно-техническим прогрессом в сельскохозяйственном машиностроении. - М.: ВИСХОМ, 1984. - С. 98-103.

3. Машинный алгоритм исследования форм плужных поверхностей. - В сб.науч.тр.: Исследование и разработка почвооб-рабатыващих и посевных машин. - М.: ВИСХОМ, 1985. - С. 22-24.

4. Анализ автоматизированных методов исследования и конструирования отвально^демешных поверхностей. - В сб. научн.тр.: Автоматизация проектирования сельскохозяйственной техники. - М.: ВИСХОМ, 1986. - С. 95-101 (соавтор Б.М.Кочубиевский).

5. Применение полиномиальных сплайнов в конструировании лемешно-отвальных поверхностей. - В сб.науч.тр.: Автоматизация проектирования сельскохозяйственной техники. - М.: ВИСХОМ, 1986. - С'. 70-75.

6. Отвал ... из пластин // Сельский механизатор, 1989, №9, с. 39 (соавтор А.Е.Афонин).

7. Автоматизация проектирования лемешно-отвальной поверхности / Тракторы и сельхозмашины, 1989, № 4, с. 7-10 (соавторы В.Г.Кирюхин, Ю.И.Волков, Б.М.Кочубиевский).

8. Автоматизированное исследование крошащих свойств отвалов У/ Тез. докл. / Механизация и автоматизация техно-

логических процессов в агропромышленном комплексе, ч. I, М., 1989, ВИМ, с. 21-22.

9. Алгоритм определения тягового сопротивления пластинчатого корпуса. - В кн.: Автоматический контроль и сигнализация в сельскохозяйственных глашинах: Сб. науч. тр. -М., НПО ВИСХШ, 1989. - С. 128-135.

10. Расчет и исследование на ЭШ оборачивающих свойств лемешо-отвальной поверхности: - В сб. науч. тр.: Рабочие органы у, устройства для возделывания, уборки и послеуборочной обработки корнеклубнеплодов и овощей. - М., НПО ВИСЖМ, 1990. - С. 20-26.

11. Изыскание методов анализа и проектирования отваль-но-лемешных поверхностей плужных корпусов и разработка пакетов программ автоматизированного расчета на ЭВМ для САПР. - Заключительный отчет в 3-х частях. - Шифр 01.102-86. & госрегистрации 01860021902. - М., НПО ВИСХ0М, 1988, 1ч.- 181 е., П ч. - 78 е., Ш ч. - 209 с.

12. Алгоритм определения крошащих свойств лемешно-от-вальной поверхности. - В сб. науч. тр.: Обоснование параметров средств механизации в растениеводстве. - Зерноград, ВНИПТИМЭСХ, 1990, 1У кв. (в печати).

Заказ Л 727-90 Подп. в печать 08.С8.90 г. Т - 300 экз.

Группа оперативной полиграфии 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107, БИСХОМ