автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв засоренных камнями

На правах рукописи

ХАДАЕВ Вадим Ахурбекович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРОВ ДЛЯ СПЛОШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВ ЗАСОРЕННЫХ КАМНЯМИ

Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наукам)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ 2006

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный

университет»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Кудзаев А. Б.

доктор технических наук, член-корреспондент РАСХН, профессор Утков Ю. А.

доктор технических наук, профессор Гаппоев Т. Т.

Ведущая организация

Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия.

Защита состоится « йН » Md/O/Dd 2006г. в /о . часов на

заседании диссертационного совета КМ 220.023.01 в ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» по адресу: 362040, PCO-Алания, г. Владикавказ, ул. Кирова 37.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета. Автореферат разослан ((2.0 » ^р2006г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

Сужаев Л.П.

45ПО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В некоторых регионах Российской Федерации большое количество пашни засорено камнями. К числу таких относится и PCO - Алания, в которой площадь пахотных угодий засоренных камнями составляет 88,5 тыс. га (50,6 %).

Ввиду наличия большого количества камней затруднено проведение операций по обработке почвы, в том числе и культивации.

Отечественной промышленностью выпускается ряд марок культиваторов, предназначенных для сплошной обработки каменистых почв. Все их можно разделить на 3 группы: культиваторы с жесткими стойками и предохранительными устройствами, с упругими стойками и комбинированные.

При работе культиваторов, оснащенных рычажными предохранителями, во время взаимодействия рабочих органов с камнями часто возникают большие нагрузки, которые передаются на раму машины и трансмиссию трактора. Основными причинами их возникновения являются зацепление рабочих органов о камни и срабатывание большинства предохранителей только на вы-глубление стойки или только на её поворот вокруг вертикальной оси. Из всего многообразия культиваторов, предназначенных для обработки каменистых почв, особенно выделяются машины с упругими стойками. Упругие стойки последнего поколения обеспечивают не только обход камней, но и значительное снижение тягового сопротивления машины в процессе работы, а следовательно и расхода ГСМ.

Однако, на практике имеют место случаи поломок стоек, что негативно отражается на производительности машины в целом и себестоимости возделываемой культуры. Другим их недостатком является отсутствие регулировки упругости, что не всегда позволяет эксплуатировать машину с максимальной эффективностью.

В связи с этим работа, посвященная совершенствованию рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв, засоренных камнями, является актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка и обоснование основных параметров рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв, засоренных камнями, обладающих хорошей надежностью и обеспечивающих снижение энергоемкости процесса обработки. Для её достижения были выдвинуты задачи:

■ провести анализ существующих конструкций культиваторов для сплошной обработки почв и научных работ, посвященных вопросам их разработки и совершенствования;

■ изучить некоторые важные физико-технологические характеристики полей и почв, засоренных камнями, которые eme недостаточно изучены:

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА [ С.Пстер*х»г /д ff

09 ljn¡

Ml

■ разработать конструктивные схемы новых рабочих органов культиваторов для каменистых почв;

■ теоретически обосновать и экспериментально уточнить значения основных параметров предлагаемых рабочих органов;

■ провести полевые испытания разработанных рабочих органов и определить экономическую эффективность от их внедрения.

Все рабочие органы разрабатывались с учетом технологических возможностей машиностроительных и ремонтных предприятий г. Владикавказа.

Объекты и место исследований. Объектами исследования являлись засоренные камнями поля и их почва, серийные и экспериментальные образцы рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почвы, технологические процессы их взаимодействия с почвой и камнями.

Исследования проводились в лаборатории ГГАУ, на засоренных камнями полях Учхоза ГГАУ им. Сапамова, Учебного парка ГГАУ, ОАО «Ногир», совхоза им. Цаголова РСО-Алания.

Методика исследований. Исследования проводились путем теоретического анализа и экспериментов, выполняемых в лаборатории и в полевых условиях.

Теоретические исследования проведены с использованием положений математического анализа, аналитической геометрии, теоретической механики.

В экспериментальных исследованиях применялись стандартные методики, а в отдельных случаях, для получения максимального объема информа-ции-частные. При проведении лабораторных и полевых экспериментов широко применялся метод тензометрирования с одновременной записью измеряемых величин в компьютер. Расшифровка и обработка данных производились практически сразу методами корреляционно-регрессионного и спектрального анализа по разработанным программам на языке Visual Basic. Научная новизна работы заключается:

- в результатах исследования некоторых физико-технологических характеристик каменистых почв горной и предгорной зон возделывания с/х культур, необходимых для обоснования оптимальных параметров рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почвы;

- в совершенствовании теории взаимодействия предложенных рабочих органов культиваторов с камнями и почвой, а также в математических зависимостях по определению оптимальных значений их основных параметров;

- в результатах экспериментальных исследований основных характеристик предложенных рабочих органов и процессов их взаимодействия с почвой и камнями.

Техническая новизна трех рабочих органов подтверждена патентом РФ на изобретение и двумя положительными решениеми на выдачу патента. По

остальным рабочим органам поданы заявки на выдачу патентов.

Практическую значимость представляют разработанные конструкции рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв, засоренных камнями, и оптимальные значения их основных параметров. Разработанные рабочие органы по сравнению с серийными обеспечивают снижение тягового сопротивления, как при взаимодействии с почвой, так и с камнями. Помимо возможности их использования при проектировании новых машин, отдельные образцы пригодны для переоборудования имеющейся в хозяйствах техники. Для изготовления рабочих органов не требуется высокотехнологичное оборудование. Возможно также использование вторичного сырья различных ремонтных предприятий.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований реализованы в конкретных образцах рабочих органов, проходивших испытание в учебном парке ГГАУ, Учхозе ГГАУ им. Саламова, в ОАО «Ногир», совхозе им. Цаголова в 2002 ...2005 годах. Результаты исследований приняты к внедрению в Минсельхозе PCO - Алания, ЦОКБ ГГАУ и используются для создания новых культиваторов и переоборудования имеющейся в хозяйствах техники.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 11 научных трудах, в числе которых 1 патент на изобретение и 2 положительных решения на выдачу патента.

Апробация. Основные результаты исследования доложены: на ежегодных научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского состава и сотрудников Горского ГАУ и CK НИИ ГПСХ НПО «Горное» (г. Владикавказ 2001-2005 гг.); на 2-ой Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в садоводстве» (г. Москва 2003 г.); на 1-ой международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (г. Владикавказ 2005 г.); на заседании НТС МСХ PCO -Алания (г. Владикавказ 2005 г.); на технических советах в хозяйствах.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса сплошной культивации тяжелых и каменистых почв» проведен анализ существующих культиваторов как отечественного, так и зарубежного производства, проанализирована научная и патентно-техническая литература, посвященная данному вопросу. Первоначально нами изучались материалы, посвященные применению вибрации при

обработке почвы. Большой вклад в изучение данного вопроса внесли A.A. Дубровский, П.М. Василенко, К.В. Александрян, Г.В. Силаев, С.И. Старовой-тов, М.В. Стоянов, Ю.А. Утков, И.И. Смирнова и др. На основании анализа их работ нами был сделан вывод, что активный привод почвообрабатывающих машин, в том числе культиваторов, выгоден только в ограниченном диапазоне скоростей. Учитывая при этом, что конструкция культиватора для сплошной обработки почв, засоренных камнями, сильно усложняется, можно заключить, что введение в их конструкцию активного привода нерационально.

На следующем этапе анализа нами изучались конструкции культиваторов, оснащенных различными предохранителями, и научные работы по их разработке и совершенствованию. Из большого количества работ, посвященных данному вопросу, выделяются труды Панова И.М., Синеокова Г.Н., Ма-тевосяна В.Г., Александряна К.В., Погосбекяна C.B. и др.. В их трудах изложены материалы по разработке конструкций рычажных предохранителей и обоснованию рациональных значений их основных параметров. Конструкция машин, оснащенных подобными устройствами, несколько сложнее обычных и не лишена недостатков. К их числу можно отнести большие нагрузки на стойки рабочих органов из-за срабатывания предохранителей только на вы-глубление или поворот рабочего органа вокруг вертикальной оси. Кроме того, большинство машин данного типа оснащены рабочими органами с жесткими стойками.

Большой интерес представляют комбинированные культиваторы, которые в процессе работы имеют меньшее тяговое сопротивление. В их конструкции применяются и предохранительные устройства и упругие стойки. Недостатками их являются большие нагрузки на элементы машины из-за зацепления рабочих органов о выступы камней и сложность конструкции.

Все большее распространение получают культиваторы с упругими стойками. Культиваторы, оснащенные упругими стойками последнего поколения, выгодно отличаются от остальных простотой конструкции и меньшим тяговым сопротивлением. Вопросом разработки полужестких и упругих стоек посвящены труды Бурченко П.Н., Моргачева В.Е., Труфанова В.В., Рябцева Г.А., Стовба Н.И., Вилде A.A., Кушнарева A.C., Базарова В.П., Игнатенко И.В., Карпуша П.П., Завражнова A.A., Гасилина В.И. и т.д. Из числа последних работ особой глубиной отличаются работы Завражного A.A., в которых разработана методика анализа упругих стоек и приведены результаты исследования стоек Кобрин №1, Кобрин №2, ВИСХОМ №1.

Большой вклад в изучение данного вопроса внесли и зарубежные ученые Moller A., Cassela A., Haman J. и др. Исследованию упругих стоек типа «Vederstand» применительно к окучивающим устройствам посвящены труды В.Ф. Клейна, A.B. Стрикунова, А.Е. Муравьева.

Практика эксплуатации культиваторов показывает, что, несмотря на их высокую эффективность, им присущи такие недостатки, как зацепление рабочих органов о выступы камней, вследствие чего возникают большие нагрузки на стойки и раму машины, приводящие иногда к поломке стоек. Ввиду большого различия почв по твердости на момент обработки в хозяйствах горной и предгорной зон возделывания с/х культур отсутствие регулировки упругости у стоек данного типа также значительно снижает их эффективность.

На основании проведенного анализа были сформулированы цель работы и задачи исследования.

Во второй главе диссертации приведены исследования некоторых характеристик почв PCO - Алания применительно к вопросу совершенствования конструкции парового культиватора. Изложена методика и результаты исследования рельефа засоренных камнями полей, каменистости и твердости почвы.

Рельеф поля изучался по рекомендациям, изложенным в трудах профессора А.Б.Лурье. Профилирование поверхности поля проводилось перед проведением предпосевной культивации. Экспериментальные данные обрабатывались на компьютере по специально разработанным программам.

В качестве закона изменения нормированной корреляционной функции нами был выбран закон

Px{i)=e-"\<\ .cos(ß.e)

где а и ß - коэффициенты определяемые расчетным путем.

Результаты статистической обработки показали, что среднее значение отклонения составило - 1,79 см, дисперсия процесса составила - 4,54 см2. Относительная ошибка среднеарифметического составила - 4,8 %. Процесс носит гармонический характер с ярко выраженной областью наиболее значимых частот с периодом -1,5-1,9м.

Исследования каменистости полей показали, что среднее значение массы составило 0,79 кг. Средние значения размерных характеристик составили: высота - 5,7 см; длина - 10,3 см; ширина - 7,9 см. Среднее значение расстояния между соседними камнями - 1,2 м. Все результаты были статистически обработаны.

Для исследования продольной твердости почвы нами был выбран метод непрерывного её определения. С этой целью, опираясь на конструкцию твердомера ЛСХИ, нами был разработан и изготовлен собственный твердомер. В процессе его движения в почве сигнал от тензодатчиков твердомера поступал в расположенные на тракторе тензоусилитель ТОПАЗ-З-01, АЦП и в закрепленный на тракторе компьютер. Питание оборудования осуществлялось от установленной на крыше трактора мини-электростанции YAMAHA. Частота опроса датчиков составляла 1мс. Первичные данные подвергались сразу же

спектральному анализу по разработанным нами программам на языке Visual Basic. Эксперименты проводились на 4,6, и 7 передачах трактора МТЗ - 80 на глубине 9-13,5 см, перед проведением предпосевной культивации.

Установлено, что среднее значение твердости почвы на глубине 9-13,5 см незначительно возрастает при увеличении скорости движения твердомера и составляет 0,51 ...0,54 мПа. Наиболее значимые частоты изменения твердости составили 1,27...7,2 Гц. В свою очередь, из них наиболее значимый вклад имеют частоты 1,27...2 Гц.

В третьей главе «Обоснование конструктивных схем усовершенствованных образцов рабочих органов культиваторов для каменистых почв» приведены конструкции предлагаемых рабочих органов культиваторов (рисунок !)•

Одним из первых нами был разработан рабочий орган КСП-1 (культива-торная секция поворотная) (рисунок 1, 1а, 16).

Первый вариант КСП-1 представляет собой нож с двумя крыльями (рисунок 1, 1а). Нож обладает возможностью поворачиваться вокруг вертикальной оси при встрече крыла с камнем, а при фронтальном взаимодействии с камнем может выглубляться из почвы, благодаря повороту грядиля.

Помимо эксплуатации с предлагаемым ножом секция может быть оснащена стандартной культиваторной стойкой (рисунок 1, 16). Регулировка рабочего органа осуществляется изменением длины плеч и натяжением пружин. Данный рабочий орган защищен патентом РФ № 2261566.

У стойки УС-2 рабочий орган подвешен в двух пружинах сжатия, которыми регулируется высота и упругость (рисунок 1, 2). В данной конструкции нет трущихся соединений, она чувствительна к сопротивлению почвы. Во время работы стойка вибрирует, а при встрече с камнем отклоняется. На данный рабочий орган получено положительное решение на выдачу патента (заявка № 2003129432).

Следующей нами была разработана стойка УС-3, представляющая собой кронштейн, к которому скобой прикреплена пружина с небольшим углом наклона витков (пружина сжатия) (рисунок 1, 3). Задний конец пружины С -образно загнут, и на него крепится стрельчатая лапа или другой орган. Регулировка упругости осуществляется болтом. Во время работы стойка вибрирует, что снижает значение силы тяги, а при встрече с препятствием легко отклоняется. На данный рабочий орган получено положительное решение на выдачу патента (заявка № 2003120295).

У стойки УС-4 (рисунок 1, 4), с целью улучшения соблюдения геометрии резания почвы пружинный грядиль и С - образная стойка выполнены раздельно и соединены между собой скобой. Это дает возможность при значительной стяжке нижних витков пружины корректировать положение стойки.

В стойке последней конструкции УС-5 (рисунок 1, 5) применен пруток большего диаметра чем в предыдущих. Сама стойка значительно выше чем предыдущие, что дает возможность применения её и на пропашных культиваторах. При оснащении стойки регулировочным болтом она превращается в многофункциональную.

В четвертой главе «Теоретическое исследование технологического процесса культивации почв, засоренных камнями, предлагаемыми рабочими органами», нами приведен краткий анализ научных работ вышеназванных и других авторов, посвященных разработке и исследованию культиваторов, предназначенных для обработки почв, засоренных камнями. На наш взгляд, в дополнение к этим исследованиям, определенный интерес представляет анализ данного вопроса в представлении лапы, как клина с углом а0, контактирующего с жестким препятствием. Это связано с тем, что на практике имеют место случаи зацепления, стрелок лап о выступы неровных камней, а в садо-

водстве и виноградарстве - об элементы корней растений, что сопровождается значительным возрастанием нагрузок на стойку и раму.

Пусть клин, взаимодействуя с препятствием, имеет возможность поворачиваться вокруг какой-то точки для его обхода (рисунок 2). Размерами препятствия пока пренебрегаем.

В результате исследования, нами было получено выражение для определения длины грядиля, обеспечивающего надежный обход препятствия:

I =-Ь.--н, (1)

8Ш(ао ~~ 9)

где (р - угол трения камня о материал рабочего органа.

Очевидно, что значение зт(а0 - ср) не должно равняться 0, иначе мы

получим бесконечно большой грядиль. Поэтому важное условие работоспособности будет:

а0> (р ■ (2)

На рисунке 3, графически представлены результаты расчета необходимой длины грядиля для одного из вариантов, из которых видно, что с увеличением СС0 необходимое значение длины грядиля сильно уменьшается.

Для случая обхода препятствия путем выглубления грядиля вместе со стойкой получено условие выглубления:

Ас >9- (3)

где Д0 - угол между горизонталью и прямой проходящей в момент начала контакта через точку крепления грядиля к раме и носок стрелки.

i

2 2,5'

к

а и-

к

е-

се X

1,0

£0,5

Рисунок 2 - Схема к обоснованию зависимости длины грядиля 1гр от угла поворота клина (3 и высоты расположения Ь

30 45 60 75 90

Угол клина а, градус Рисунок 3 - Зависимость минимально допускаемой длины грядиля от угла клина а

Дополнив схему 2 пружиной поддерживающей грядиль в транспортном положении и поместив в точке В пружину кручения с жесткостью Су™ (Н*м/рад), обеспечивающей необходимую работоспособность, получим принципиальную схему секции, обходящей препятствие методом обкатывания.

Для ориентировочного значения силы тяги такой секции в период обхода препятствия получено выражение:

2ЯХИ + суа \ у - а0 + агсвт

— -О -БШ а0)

Л. =

А • вт а г

(4)

На рисунке 4, приведены результаты расчета силы тяги, необходимой для обхода жесткого препятствия одним из вариантов секции, из которых видно, что значение усилия обхода можно уменьшить, увеличив угол а0.

7000 - — х 6000 - — 5000 ■ -5 4000 - — ? 3000 ■ — | 2000 ■ -° 1000 ■ — 0 - —

0 20 40 60 80 100 Угол клина , град

Рисунок 4 - Зависимость силы тяги от угла клина при длине грядиля 0,55м, жесткости пружины стойки Сугл=700 нм/рад и высоте стойки 11=0.47м

Далее, с учетом вышеприведенных положений, мы приступили к обоснованию рациональных значений основных параметров секции КСП-1, в которой большое значение угла а0 реализовано в ноже (рисунок 1, 1а), а крылья имеют угол а как у универсальных стрелок.

Первоначально анализировался процесс заглубления и обхода камня для случаев расположения рабочего органа впереди основной рамы и сзади неё. В результате проведенных расчетов на компьютере по полученным аналитиче-

ским зависимостям установлено, что более эффективным является расположение рабочего органа сзади основной рамы. Минимальное значение длины грядиля составило 0,15м.

Выражение для рабочего момента сил Мр относительно точки крепления грядиля к раме будет:

Мр =ЗД,-1Н =Си/аД^2 + тДо +£п1 созДо], (5)

где Ях -горизонтальная составляющая реакции почвы;

(н - высота ножа;

Спр - жесткость возвратной пружины (см. рисунок 1.1а);

Апр — предварительное натяжение пружины;

£п1- вертикальное плечо (расстояние /АВ/);

£ „2 ~ горизонтальное плечо (расстояние /ВС/);

Рпо -угол между горизонталью и продольной осью натяжной пружины;

(гр - длина грядиля (расстояние /О А Г).

После выглубления рабочего органа, выражение для возвратного момента М. будет:

К =СПРК +АШп2 +^)-соз(о3 -ря)+1л{$ша, -Д,)]. (6)

где А —удлинение пружины;

Рп — текущее значение угла наклона пружины к горизонтали; а3 - угол между прямой, проходящей через точки О и Д и горизонталью.

На следующем этапе анализировался процесс поворота лапы при встрече почвообрабатывающего крыла с камнем.

В результате было получено условие поворота крыла с ножом:

1" > —7-гт-^-> (?)

sin(у, + цгг )1„2 2 (/л2 + /в )sin Д, + /„, cos fiQ где L -смещение силы действующей на крыло от продольной оси ряда;

у/х — угол между продольной осью ряда и прямой, проходящей через

центр ножа и точку С (рисунок 1,1а) после поворота; у/2 — угол между продольной осью ряда и прямой, проходящей через точку Е и точку С после поворота.

Длину ножа мы выбрали, исходя из рекомендаций, изложенных в справочной литературе £и = 0,45 м, ширину ножа - ан и толщину -1„ из удобства

размещения почвообрабатывающих крыльев и обеспечения необходимой прочности. Их значения составили ан = 0,1 м, 1„ >0,01 м.

Далее аналитические зависимости (5)...(7) были заложены в компьютер, и по результатам расчета определены рациональные значения остальных параметров: вертикальное плечо £ п]=0,25м; горизонтальное £ „2= (0,02...0,05)м; угол наклона пружины Д,0=Ю...20°, жесткость пружины Спр= 5,4 кН/м.

Расчеты также показали, что если смещение камня от продольной оси ряда более 5см, то рабочий орган разворачивается, если менее - то выглубля-ется. Отношение возвратного момента к рабочему 1,25... 1,52.

Затем мы перешли к исследованию упругих стоек. Первоначально теоретически анализировался процесс колебания от действия случайной силы упругой стойки типа «УеёегБЫагк!». Анализ показал, что ввиду наличия у стойки всего 2-х витков, ось которых перпендикулярна к направлению движения, в процессе её работы возможно интенсивное поглощение энергии колебаний, что, в свою очередь, может неблагоприятно отразиться на её надежности.

После этого мы приступили к исследованию колебаний стоек предложенной конструкции под воздействием случайной силы.

Анализ проводили, основываясь на положения теории колебаний пружин. Выделив из пружины упругой стойки криволинейный элемент, запишем дифференциальные уравнения колебаний пространственного тонкого стержня: г

ли с аги .... ..

= рр —тг~ - * )

<& Л

*в А ду

—^ = а М сЬ

(¡и ,?гт . . </2 б

— -("•О + с-^ . (8)

<т -» -» N *

<к ЕР

где Й, Л? — внутренняя сила и момент;

О - вектор смещения осевой линии (О = О (л, /)); £) - углы поворота сечения стержня относительно подвижной системы Г, р, Р, где ? - касательный к осевой линии орта, а два другие - нормаль и бинормаль; ¿>(.у)- функция Дира; / - время;

— вектор распределения внешней нагрузки; Е - модуль упругости материала пружины; Б - площадь поперечного сечения.

Решение данной системы очень громоздко. В результате, с учетом наличия у пружины хвостовика в виде С-образной части стойки, выражение для расчета амплитуды колебаний стойки будет:

У = -

й + Г> 4220-Я /

Я ЕЕМ'К0

^•/оЛ/(яО/)2+Я\ (9)

где (I — диаметр прутка пружины;

/0 - амплитуда случайной силы;

Н - длина пружины;

И - диаметр пружины;

/ — число витков;

Ко - первый корень дисперсионного уравнения решенного в ходе решения системы (8), К0 -1,88 ;

И — высота стойки.

При проведении расчетов амплитуду колебаний силы мы принимали 1^= 200Н. С учетом обеспечения необходимой деформации при обходе камня для пружин с (1 =18....22 мм число витков принимали 1 = 6...8, при А -21...30,1 = 2,5...4. Диаметр пружины Б выбирается как минимально допустимый по рекомендациям к расчету пружин сжатия, шаг также определяется по известной методике.

Расчеты показали, что стойки с с! =18. ...22 мм имеют большие значения амплитуды колебаний, и для увеличения их упругости стяжка нижних витков выглядит рациональной. Стойки с (1 =27...30 мм имеют хорошие показатели по амплитудам колебаний, и для них стяжка нижних витков не требуется.

В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований предложенных рабочих органов»» первоначально кратко описана конструкция и приведен общий вид экспериментальных образцов с параметрами, определенными теоретическим путем (рисунок 5). Образцы строились на нескольких предприятиях г.Владикавказа: ОАО «Электроконтактор»; Владикавказский вагонно-ремонтный завод; ЦОКБ Горского ГАУ.

На рисунке 5 изображены основные из построенных образцов. В действительности некоторые образцы, например УС-5, строились с различными конструктивными особенностями, но после проведения лабораторных испытаний на прочность были выбраны оптимальные.

Рисунок 5 - Общий вид экспериментальных образцов

Далее на специально разработанном и изготовленном стенде изучались отклонения и выглубления носка рабочих органов от горизонтально приложенной силы. Результаты показали, что все разработанные конструкции имеют хорошие характеристики.

Жесткость стойки УС-3 при стяжке нижних витков увеличивается от 10 ООО Н/м до 12 340 Н/м, УС-4 от 7 300 Н/м до 7 750 Н/м. У стойки УС-5 жесткость с увеличением нагрузки возрастает от 5 300 Н/м до 7 143 Н/м, при нагрузке в 1 кН. В работе приведены также результаты исследования стойки УС-2.

Затем с применением метода тензометрирования, нами исследовалась частота собственных колебаний стоек предложенной конструкции. Результаты исследования показали: частота собственных колебаний у стойки УС-3 в зависимости от степени стяжки нижних витков может изменяться в пределах 11,3... 12,8 Гц, у стойки УС-4 от 9... 11,6 Гц, у стойки УС- 5 она составляет 8,8 Гц, то есть характеристики стоек неплохо согласуются со спектром изменения твердости почвы. Для сравнения нами была исследована частота собственных колебаний стойки типа «Vederstand», которая составила 10,4 Гц.

Далее нами был проведен первый этап полевых испытаний. Рабочие органы испытывались при проведении предпосевной обработки почвы на каменистых участках полей Учебного парка ГГАУ и Учхоза им. Саламова Горского ГАУ. В ходе испытаний рабочие органы первоначально крепились на специально изготовленную и навешиваемую на трактор МТЗ-80 раму, а затем устанавливались на серийный культиватор вместо отдельных секций.

Было установлено, что все рабочие органы обеспечивали хорошее качество обработки почвы.

Так же все конструкции, за исключением стойки УС-2, обеспечивали хороший обход встречающихся камней, в связи с чем из дальнейших исследований стойка УС-2 была исключена.

Определившись с наиболее перспективными конструкциями, мы приступили к подробному исследованию процесса их взаимодействия с труднопреодолимым препятствием. Для этого в полевых условиях нами с различной высотой над поверхностью почвы (4... 15см) закапывался бетонный столб, а на тракторе МТЗ-80 была смонтирована тензолаборатория, схема которой приведена на рисунке 6. Опыты снимались на видеокамеру.

Расшифровка осциллограмм показала, что при скорости движения рабочих органов 3,43 м/с и высоте препятствия 0,15 м усилие тяги не превышает 3750 Н. При отсутствии камнеотражателя у стоек УС-3, УС-4, УС-5 тяговое сопротивление колебалось в пределах 3700...7500Н и выше. Наименьшее усилие тяги было у КСП-1.

Следующие серии экспериментов были посвящены исследованию тягового сопротивления предложенных рабочих органов. Опыты проводились с помощью тензолаборатории при предпосевной обработке почвы и при обработке

запущенного пара (экстремальные условия). Все первичные данные статистически обрабатывались. Работа устройств фиксировалась на видеокамеру.

Рисунок 6 - Схема мобильной тензолаборатории для исследования тягового сопротивления предложенных рабочих органов при обходе препятствия: 1 - установка с тензозвеном и рабочим органом; 2 - усилитель ТОПАЗ; 3- АЦП; 4 - компьютер; 5 - электрогенератор «YAMAHA»

мое 2000

Время, мс

Рисунок 7 - Одна из осциллограмм обхода препятствия стойкой УС-5

На рисунке 8 представлены зависимости средних значений тягового сопротивления рабочих органов от скорости движения при предпосевной обработке каменистой почвы на глубину 12 см.

По сравнению с креплением стандартной стойки в грядиле культиватора КПС-4 при скорости рабочих органов 3,4 м/с предложенные конструкции обеспечивали снижение: стойка УС -5 на 3,9%; УС-3 на 6,3%; УС-4 на 8,2%; КСП-1 на 12,2%. При скорости 2,9 м/с: стойка УС-5 на 9,8%; УС-3 на 12,2% УС-4 на 10,7%; КСП-1 на 11,9%.

Результаты полевых испытаний в экстремальных условиях показали, что при правильной настройке наименьшим тяговым сопротивлением обладает рабочий орган КСП-1. На всех испытываемых скоростях хорошие показатели имел рабочий орган со стойкой УС-5, его тяговое сопротивление меньше стандартного жестко закрепленного на раме на 38 %, при скорости -3,4 м/с и на 2% по сравнению с креплением стандартной стойки в грядиле.

800

Стана с жест, крепя •^-Оганд в

грядиле(КПС-4) -•- УС-3 с жест.

крепл — УС-3 в грядиле

НЖ УС-4 с жест

крепл. -О-УС-5

-В-КСП-1

Рисунок 8 - Зависимость тягового сопротивления предложенных рабочих органов от скорости движения при предпосевной обработке почвы на

глубине 12 см

Как показал анализ видеосъемки, стойки УС-3 и УС-4 хорошо работают на скоростях до 3 м/с, дальше сильно нарушается глубина обработки, то есть

для эксплуатации в данных условиях целесообразно увеличить диаметр прута до 20...22 мм, что нами было и сделано.

В шестой главе «Экономическая эффективность культиватора с предложенными рабочими органами» приведены расчеты экономических показателей от внедрения предложенных рабочих органов. Расчеты проведены по «Методике определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники» от - 1998 года. Расчеты экономической эффективности многовариантны. Они производились для случаев оснащения новых культиваторов всеми типами предложенных рабочих органов и сравнения их с базовыми моделями, а также для случаев переоборудования машин, наиболее широко распространенных в хозяйствах горной и предгорной зоны возделывания с/х культур. В зависимости от применения типа предлагаемого рабочего органа и базовой модели, расчетное значение годового экономического эффекта составляет 8 486...43 896 руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа конструкции культиваторов для сплошной обработки почв и научных работ, посвященных их разработке установлено, что рабочие органы с жесткими стойками более энергоемки, чем с упругими, однако и тем и другим присущ такой недостаток, как зацепление о выступы камней, что увеличивает нагрузки на стойки и раму. Кроме того, у упругих стоек отсутствует регулировка их упругости.

2. Исследованы рельеф, каменистость и твердость почвы некоторых засоренных камнями полей PCO - Алания перед проведением на них предпосевной культивации. Установлено, что

- кривая нормированной спектральной плотности рельефа поля хорошо апроксимируется выражением р((?) = е-*"''' ■ cos {ßi), где а =0,902, ß =3,229. Спектральная плотность процесса имеет гармонический характер с наиболее значимыми частотами, соответствующих периодам Т = 1,49 ...1,9 м;

- среднее значение массы камней составляет - 0,793 кг, со средне-квадратическим отклонением - 0,961 кг; среднее значение длины ширины и толщины и расстояния между камнями соответственно составляют 0,104 м, 0,08 м, 0,059 м и 1,2 м;

- среднее значение твердости почвы на глубине - 0,09...0,135 м, при скорости движения твердомера 2,4 ...3,4 м/с составляет - 0,517 ...0,541 мПа, а основной спектр частот её изменения находится в диапазоне 1,27 ...7,2 Гц.

3. Теоретическими исследованиями процесса взаимодействия рабочего органа культиватора с камнем определены выражения для расчета длины грядиля секции и жесткости пружины, а также условия, от соблюдения которых во многом зависит работоспособность предложенных технических решений.

4. Разработаны аналитические зависимости, необходимые для расчета оптимальных значений предлагаемой секции культиватора КСП-1. Расчетное значение длины грядиля составило 0,15 м, причем его целесообразно размещать сзади основной рамы. Длина ножа £ н =

0,45м, вертикальное плечо £ пХ =0,25 м, горизонтальное £ п2 <0,05 м,

жесткость пружины Спр= 5400 Н/м.

5. На основании исследования процесса взаимодействия упругих стоек с почвой установлено, что расположение витков стойки поперек направления движения при небольшом их количестве может отрицательно отразиться на ее надежности ввиду интенсивного поглощения энергии колебаний. Для стоек предложенной конструкции получено выражение для расчета амплитуды колебаний рабочего органа от действия горизонтальной по направлению случайной силы. Также установлено, что для предложенных стоек УС-3 и УС-4 при диаметре прутка её пружины 18 ...22 мм, стяжка нижних витков для увеличения упругости стойки выглядит рациональной. При диаметре прутка 26...28 мм (стойка УС-5) стяжка нижних витков не требуется.

6. Экспериментально установлено, что все предложенные конструкции имеют хорошие характеристики на выглубление при прикладывании горизонтальной силы к носку рабочего органа. Также установлено, что при стяжке нижних витков у стойки УС-3 жесткость увеличивается с 10000 Н/м до 12340 Н/м, а частота собственных колебаний с 11,36 Гц до 12,8 Гц. У стойки УС-4 жесткость изменяется от 7300 Н/м до 7750 Н/м, а частота с 9 Гц до 11,6 Гц. У стойки УС-5 жесткость составляет 7143 Н/м, а частота собственных колебаний 8,84 Гц.

7. Исследованиями процесса взаимодействия с труднопреодолимыми препятствиями предложенных рабочих органов установлено, что при оснащении их камнеотражателями максимальные значения силы тяги не превышают 3,75 кН, а при отсутствии камнеотражателя у стоек УС-3, УС-4 и УС-5 находятся в диапазоне 3,7...7,5 кН. У рабочего органа КСП-1 значение силы тяги не превышает 3,5 кН.

8. Полевые испытания экспериментальных образцов, проведенные на засоренных камнями почвах, показали их высокую надежность и снижение тягового сопротивления по сравнению с серийными на 3,9... 12,2%, а в отдельных случаях - до 38%. Качество обработки почвы соответствует агротребованиям.

9. Расчетное значение годового экономического эффекта от внедрения предложенных решений, в зависимости от типа рабочего органа и базовой модели, составляет 8 466...43 896 руб.

Предложения производству

Производству предлагаются разработанные: культиваторная секция КСП-1; регулируемые упругие стойки УС-3 и УС-4; стойка УС-5 с параметрами обоснованными в диссертации. Для их производства не требуется высокотехнологичное оборудование, возможно также использование вторичного сырья ремонтных предприятий. Предложенные технические решения пригодны для оснащения новых машин, а отдельные образцы - для переоборудования имеющейся в хозяйствах техники.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Хадаев В.А. Совершенствование конструкции рабочих органов культиваторов для каменистых почв. /А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев// Исследования по механизации садоводства и виноградарства: Сб. науч. тр. -Владикавказ, 2002. -с. 169-179.

2. Хадаев В.А. Методика проведения и результаты испытаний рабочего органа культиватора. /А.Б. Кудзаев, А.Э. Цгоев, В.А. Хадаев // Исследования по механизации садоводства и виноградарства: Сб. науч. тр. - Владикавказ, 2002. -с. 180-186.

3. Хадаев В.А. Анализ конструкции стойки типа «Уес1ег81ап(1». / А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев // Известия ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет». -Владикавказ, 2004. т.41. -с. 87-88.

4. Хадаев В.А. Обоснование конструктивной схемы усовершенствованного образца рабочего органа культиватора для каменистых почв. / А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев // Известия ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».

- Владикавказ, 2005. т.42. -с. 79-83.

5. Хадаев В.А. Взаимодействие рабочих органов культиваторов с камнями. /А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев// Известия ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».

- Владикавказ, 2005. т.42. -с. 83-86.

6. Хадаев В.А. Анализ процесса взаимодействия рабочего органа культиватора с камнем. /В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев // Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки: Материалы 1-ой международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Владикавказ, 2005. - с. 184.

7. Хадаев В.А. Результаты исследования тягового сопротивления новых рабочих органов культиваторов /В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев // Сб. науч. тр. СОО АН ВШ РФ, - Владикавказ, 2005. - № 2. -с.3-6.

8. Хадаев В.А. Результаты экспериментального исследования процесса взаимодействия рабочих органов культиватора с камнями /А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев // Сб. науч. тр. СОО АН ВШ РФ, -Владикавказ, 2005. - № 2. -с.6-10.

9. Хадаев В.А. Рабочий орган культиватора для сплошной обработки почв засоренных камнями /А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев, З.Х. Пораева // Патент РФ № 2261566, опубл. в Бюл. №28 от 10.10.2005г.

10. Хадаев В.А. Культиватор /А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев // Положительное решение на выдачу патента, заявка № 2003 129 432, решение о выдаче от 17 января 2006г.

11. Хадаев В.А. Культиватор /А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев // Положительное решение на выдачу патента, заявка № 2003 120 295, решение о выдаче от 1 февраля 2006г.

2,ООб (V

щ- 4 5 1 9

Подписано в печать 20.01.2006 г. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Бумага 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 4.

362000, Владикавказ, ул. Кирова 37. Типография ФГОУ ВПО «Горский госагроуниверситет».

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА СПЛОШНОЙ КУЛЬТИВАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ И КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ.

1.1 Принудительное колебание рабочих органов.

1.2 Упругие колебания рабочих органов.

Выводы.

Цель и задачи исследования.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ РСО - АЛАНИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ВОПРОСУ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ПАРОВОГО КУЛЬТИВАТОРА

2.1 Рельеф поля

2.2 Каменистость почв РСО - Алания.

2.3 Твердость почвы.

Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КУЛЬТИВАТОРОВ ДЛЯ КАМЕНИСТЫХ ПОЧВ.

3.1 Рабочий орган КСП - 1.

3.2 Стойка УС-2.

3.3 Стойка УС - 3.

3.4 Стойка УС-4.

3.5 Стойка УС - 5.

4 .ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ ЗАСОРЕННЫХ КАМНЯМИ, ПРЕДЛАГАЕМЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

4.1 Взаимодействие рабочих органов культиваторов с камнями.

4.2 Обоснование конструктивной схемы усовершенствованного образца рабочего органа культиватора для каменистых почв КСП

4.2.1 Длина ножа.

4.2.2 Ширина ножа.

4.2.3 Анализ схем крепления секций культиватора к раме.

4.2.4 Анализ процесса поворота лапы.

4.3 Анализ процессов взаимодействия с почвой упругих стоек

4.3.1 Стойки типа «Vederstand»

4.3.2 Предлагаемая цельная упругая стойка.

Выводы.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕДЛОЖЕННЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ.

5.1 Определение коэффициента жесткости.

5.2 Частота собственных колебаний.

5.3 Взаимодействие предлагаемых рабочих органов с камнями.

5.4 Тяговое сопротивление и качество работы предлагаемых рабочих органов на почвах засоренных камнями.

Выводы.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КУЛЬТИВАТОРА С ПРЕДЛОЖЕННЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

Выводы.

Одним из важнейших факторов в удовлетворении растущих запросов населения страны в сельскохозяйственной продукции является планомерное расширение площадей под культуры. Причем, расширение в основном происходит за счет освоения малопродуктивных-расположенных на склонах, либо засоренных камнями земель, где заметно снижается эффективность применения существующих средств механизации для обработки почвы и ухода за парами.

Кроме новых осваиваемых земель, большую долю уже сейчас в структуре обрабатываемых земель, в особенности в зонах горного и предгорного земледелия, занимают каменистые почвы [7].

Маломощность пахотного горизонта, наличие камней, способность почв к затвердеванию обуславливают технологические особенности обработки таких почв и во многом исключают возможности широкого использования почвообрабатывающих машин общего назначения.

Поломки, возникающие при работе почвообрабатывающих машин, могут быть вызваны: - несоответствием прочности машины условиям работы и-наездом одного из рабочих органов машины на скрытое в почве препятствие.

Увеличение общей прочности машины предотвращает её поломку при обработке тяжелых почв, не содержащих камни, но не может исключить поломок при обработке почв, засоренных крупными камнями и ведет к удорожанию машины. Поэтому для создания нормальных условий работы машин необходима уборка камней из почвы. Однако эта работа весьма трудоемка и не может быть в полном объеме выполнена в ближайшие годы. Кроме того, в горных районах, где имеются выходы скальных пород на дневную поверхность, освобождение почвы от камней невозможно. Но и при обработке почв, свободных от камней, часто возникают поломки и деформации из - за наличия в почве толстых корней деревьев, скрытых препятствий и т. п., поэтому защита деталей машин от аварийных перегрузок крайне желательна и в этих условиях.

Многочисленными исследованиями доказано, что культиваторы, оснащенные жесткими стойками, имеют гораздо большее тяговое сопротивление, чем культиваторы с упругими стойками.

В связи с этим, на смену культиваторам для каменистых почв оборудованных рычажными предохранителями и жесткими стойками, пришли машины с многофункциональными упругими стойками типа «Vederstarid». К числу таких машин относятся культиваторы конструкции П-0 «Красный Аксай» КГ-2,8 «Висла Дон», конструкции Грязинского культиваторного завода KJI-2,8 и его модификации и т. д. Опыт эксплуатации культиваторов данного типа на засоренных камнями почвах РСО-Алании показал, что имеют место случаи поломок стоек, особенно на поворотах агрегатов.

В связи с этим, работа, посвященная совершенствованию конструкции рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почвы засоренной камнями является актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка и обоснование основных параметров рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв, засоренных камнями, обладающих хорошей надежностью и обеспечивающих снижение энергоемкости процесса обработки.

Для её достижения были выдвинуты задачи: провести анализ существующих конструкций культиваторов для сплошной обработки почв и научных работ, посвященных вопросам их разработки и совершенствования; изучить некоторые важные физико-технологические характеристики полей и почв, засоренных камнями, которые еще недостаточно изучены; разработать конструктивные схемы новых рабочих органов культиваторов для каменистых почв; теоретически обосновать и экспериментально уточнить значения основных параметров предлагаемых рабочих органов; провести полевые испытания разработанных рабочих органов и определить экономическую эффективность от их внедрения.

Все рабочие органы разрабатывались с учетом технологических возможностей машиностроительных и ремонтных предприятий г.Владикавказа.

Объекты и место исследований. Объектами исследования являлись засоренные камнями поля и их почва, серийные и экспериментальные образцы рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почвы, технологические процессы их взаимодействия с почвой и камнями.

Исследования проводились в лаборатории ГГАУ, на засоренных камнями полях Учхоза ГГАУ им. Саламова, Учебного парка ГГАУ, ОАО «Но-гир», совхоза им. Цаголова РСО-Алании.

Методика исследований. Исследования проводились путем теоретического анализа и экспериментов, выполняемых в лаборатории и в полевых условиях.

Теоретические исследования проведены с использованием положений математического анализа, аналитической геометрии, теоретической механики.

В экспериментальных исследованиях применялись стандартные методики, а в отдельных случаях, для получения максимального объема информации, частные. При проведении лабораторных и полевых экспериментов широко применялся метод тензометрирования с одновременной записью измеряемых величин в компьютер. Расшифровка и обработка данных производилось практически сразу методами корреляционно-регрессионного и спектрального анализа по разработанным программам на языке Visual Basic.

Научная новизна работы заключается:

- в результатах исследования некоторых физико-технологических характеристик каменистых почв горной и предгорной зон возделывания с/х культур, необходимых для обоснования оптимальных параметров рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почвы;

- в совершенствовании теории взаимодействия предложенных рабочих органов культиваторов с камнями и почвой, а также в математических зависимостях по определению оптимальных значений их основных параметров;

- в результатах экспериментальных исследований основных характеристик предложенных рабочих органов и процессов их взаимодействия с почвой и камнями.

Техническая новизна двух предложенных решений подтверждена одним патентом РФ и одним положительным решением на выдачу патента на изобретение. По остальным рабочим органам поданы заявки на выдачу патентов.

Практическую значимость представляют разработанные конструкции рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв засоренных камнями и оптимальные значения их основных параметров. Разработанные рабочие органы по сравнению с серийными обеспечивают снижение тягового сопротивления как при взаимодействии с почвой, так и с камнями. Помимо возможности их использования при проектировании новых машин, отдельные образцы пригодны для переоборудования имеющейся в хозяйствах техники. Для изготовления рабочих органов не требуется высокотехнологичное оборудование. Возможно также использование вторичного сырья различных ремонтных предприятий.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований реализованы в конкретных образцах рабочих органов, проходивших испытание в учебном парке ГГАУ, Учхозе ГГАУ им. Саламова, в ОАО «Ногир», совхозе им. Цаголова в 2002 .2005 годах. Результаты исследований приняты к внедрению в Минсельхозе РСО - Алании, ЦОКБ ГГАУ и используются для создания новых культиваторов и переоборудования имеющейся в хозяйствах техники.

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 11 научных трудах, в числе которых 1 патент на изобретение и два положительных решения на выдачу патента.

Апробация. Основные результаты исследования доложены: на ежегодных научно-производственных конференциях профессорско-преподавательского состава и сотрудников Горского ГАУ и СК НИИ ГПСХ НПО «Горное» (г. Владикавказ 2001-2005 гг.); на 2-ой Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс с садоводстве» (г. Москва 2003г.); на 1-ой международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (г. Владикавказ 2005 г.); на заседании НТС МСХ РСО - Алании (г. Владикавказ 2005 г.); на технических советах в хозяйствах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа конструкции культиваторов для сплошной обработки почв и научных работ, посвященных их разработке установлено, что рабочие органы с жесткими стойками более энергоемки чем с упругими, однако и тем и другим присущ такой недостаток как зацепление о выступы камней, что увеличивает нагрузки на стойки и раму. Кроме того, у упругих стоек отсутствует регулировка их упругости.

2. Исследованы рельеф, каменистость и твердость почвы некоторых засоренных камнями полей РСО - Алании перед проведением на них предпосевной культивации. Установлено, что

- кривая нормированной спектральной плотности рельефа поля хорошо апроксимируется выражением />(/) = е'^ - cos{ре), где а=0,902,

Д =3,229. Спектральная плотность процесса имеет гармонический характер с наиболее значимыми частотами, соответствующих периодам Т = 1,49 .1,9 м;

- средние значение массы камней составляет - 0,793 кг, со среднеквад-ратическим отклонением - 0,961 кг; среднее значение длины ширины и толщины и расстояния между камнями соответственно составляют 0,104 м, 0,08 м, 0,059 м и 1,2 м;

- среднее значение твердости почвы на глубине - 0,09 .0,135 м, при скорости двидения твердомера 2,4 .3,4 м/с составляет 0,517 .0,541 МПа, а основной спектр частот её изменения находится в диапазоне 1,27 .7,2 Гц.

3. Теоретическими исследованиями процесса взаимодействия рабочего органа культиватора с камнем определены выражения для расчета длины грядиля секции и жесткости пружины, а также условия, от соблюдения которых во многом зависит работоспособность предложенных технологических решений.

4. Разработаны аналитические зависимости, необходимые для'расчета оптимальных значений предлагаемой секции культиватора КСП-1. Расчетное значение длины грядиля составило 0,15 м, причем его целесообразно размещать сзади основной рамы. Длина ножа £н= 0,45м, вертикальное плечо ^„,=0,25 м, горизонтальное £п2^0,05м, жесткость пружины спр= 5400 Н/м.

5. На основании исследования процесса взаимодействия упругих стоек с почвой установлено, что расположение витков стойки поперек направления движения при небольшом их количестве может отрицательно отразиться на ее надежности, ввиду интенсивного поглощения энергии колебаний. Для стоек предложенной конструкции получено выражение для расчета амплитуды колебаний рабочего органа от действия горизонтальной по направлению случайной силы. Также установлено, что для предложенных стоек УС-3 и УС-4 при диаметре прутка её пружины 18 .22 мм, стяжка нижних витков для увеличения упругости стойки выглядит рациональной. При диаметре прутка 27.30 мм (стойка УС-5) стяжка нижних витков на требуется.

6. Экспериментально установлено, что все предложенные конструкции имеют хорошие характеристики на выглубление при прикладывании горизонтальной силы к носку рабочего органа. Также установлено, что при стяжке нижних витков у стойки УС-3 жесткость увеличивается с 10000 Н/м до 12340 Н/м, а частота собственных колебаний с 11,36 Гц до 12,8 Гц. У стойки УС-4 жесткость изменяется от 7300 Н/м до 7750 Н/м, а частота с 9 Гц до 11,6 Гц. У стойки УС-5 жесткость составляет 7143 Н/м, а частота собственных колебаний 8,84 Гц.

7. Исследованиями процесса взаимодействия с труднопреодолимыми препятствиями предложенных рабочих органов установлено, что при оснащении их камнеотражателями максимальные значения силы тяги не превышают 3,75 кН, а при отсутствии камнеотражателя у стоек УС

3, УС - 4 и УС - 5 находятся в диапазоне 3,7 . . .7,5 кН. У рабочего органа КСП - 1 значение силы тяги не превышает 3,5 кН.

8. Полевые испытания экспериментальных образцов, проведенные на засоренных камнями почвах показали их высокую надежность и снижение тягового сопротивления по сравнению с серийными на 3,9. 12,2%, а в отдельных случаях до 38%. Качество обработки почвы соответствует агротребованиям.

9. Расчетное значение годового экономического эффекта от внедрения предложенных решений, в зависимости от типа рабочего органа и базовой модели, составляет 8 466.43 896 руб.

Предложения производству

Производству предлагаются разработанные: культиваторная секция КСП-1; регулируемые упругие стойки УС-3 и УС-4; стойка УС-5 с параметрами обоснованными в диссертации. Для их производства не требуется высокотехнологичное оборудование, возможно также использование вторичного сырья ремонтных предприятий. Предложенные технические решения пригодны для оснащения новых машин, а отдельные образцы - для переоборудования имеющейся в хозяйствах техники.

168

1. Александрян К.В. Применение вибрации при рыхлении тяжелых каменистых почв - «киров». - Арташат, 1963.

2. Ар куша А.И., Фролов М.И. Техническая механика. Изд. высшая школа.1983. -375 с.

3. Базаров В.П. Дополнительный упругий элемент и его влияние на упругую подвеску. -Республиканский межведомственный научно-технический сборник-Киев: Техника, 1980. вып. 10. - с. 9-11.

4. Базаров В.П. Обоснование параметров нелинейных упругих подвесок рабочих органов культиваторов: Дис. канд. тех. наук. -Мелитополь, 1983. -145 с.

5. Байнер Р., Кеппер Р. А., Барджер Е.Л. Основы сельскохозяйственной техники. -М.: Сельхозиз, 1959.

6. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. -М.: Госстройиздат, 1959.

7. Бясов К.Х., Дзанагов С.Х. и др. Почвы Республики Северная Осетия Алания,- Владикавказ: Проект пресс, 2000. 384 с.

8. Бясов К.Х., Мецаев И.З. Динамика земельных ресурсов РСО Алания //Природные ресурсы РСО - Алании, В 18-ти томах /Министерство охраны окружающей среды РСО - Алания. -Владикавказ, 2002, - т. 6., гл. 18.

9. Василевский С.М. Устройство для динамометрирования активных и пассивных купьтиваторных лап. Куйбышевский с/х институт.// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1972. - № 4.

10. Василенко П.М. Некоторые вопросы теории вибрационных процессов. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1973, - № 3.

11. Верняев О.В. Теория, конструкция и исследование работы активного рабочего органа культиватора: Дис. канд. тех. наук. Ростов Дон, 1960.

12. Верняев О.В. Технологические принципы обработки почвы рабочими органами культиватора с пассивными и с угловыми колебаниями в горизонтальной плоскости: Автореф. канд. тех. наук. -Ростов на Дону, 1971. -24 с.

13. Вилде А.А. Исследование и агротехническая оценка некоторых способов и средств предпосевной обработки зяби // Науч. тр. Латв НИИМЭСХ. -Рига: ЗваигзнеД972. т. 4.

14. Вилде А.А. Исследование работы, тягового сопротивления и изыскание рациональной конструкции рабочих органов культиваторов и пружинных борон //Науч. тр. Латв НИИМЭСХ, -Рига: Зваигзне, 1972. т. 4.

15. Вилде А.А., Вилде В.К., Канторе Г.К. Технико экономическая оценка работы орудий на предпосевной культивации зяби // Науч. тр. Латв. НИИМЭСХ -Рига: Зваигзне, 1972. - т. 4.

16. Вълев М.С. Исследование параметров и режимов активных рабочих органов культиваторов с угловыми колебаниями в горизонтальной плоскости для почвенных условий НРБ: Дис. канд. тех. наук. -Ростов на Дону, 1983.- 158 с.

17. Дубровский А.А. О влиянии вынужденных колебаний на тяговое сопротивление рабочих органов почвообрабатывающих машин //Сб. трудов по земледельческой механике, ВАСХНИЛ. -М., 1956. -т. 6.

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

19. Дубровский А.А. Основные принципы применения вибрации для повышения эффективности почвообрабатывающих орудий: Докторская диссертация, -М., -1963.

20. Дьяченко Г.И. Исследование активных рабочих органов культиваторов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1966, - №3.

21. Завражнов А.А. Приближенный метод определения смещений упругого криволинейного стержня под действием сосредоточенной нагрузки. Сб. науч. тр. /ВИСХОМ. -М.: ВИСХОМ, 1987. 124 с.

22. Заип Аль Абидин, М. Гиас. Изыскание и обоснование параметров культи-ваторных рабочих органов на упругой стойке: Автореф. дис. канд. тех. наук. -М. 1979. МИИСП. -16 с.

23. Зеленин А.И. Основы разрушения грунтов механическими способами. -М.: Машиностроение, 1968. -375 с.

24. Зоненберг Р.Н. Исследования влияния вибрации на тяговое сопротивление рабочего органа, взаимодействие их с почвой: Автореф. дис.канд. тех. наук. -Омск, 1965.

25. Инаекян С.А. Повышение эффективности чизельных культиваторов // Тракторы и сельхозмашины. 1992. - № 5 .

26. Информационная бюллетень. / МСХ РФ. -М., 2000. вып. 11. с. 58-59.

27. Вентцель Е.С. Теория вероятности. -М.: Наука, 1964. 576 с.

28. Колебания машин конструкций и из элементов // Вибрация в технике: Справочник / Под ред. В.Н. Челомей. -М.: Машиностроение, 1980. т.З

29. Кондратьев E.JI. Исследования устойчивости движения рабочего органа культиватора на упругой подвеске: Автореф. дис.канд. тех. наук. -Ростов на Дону, 1974.

30. Косемян Э.С. Совершенствование технологии и обоснование параметров рабочих органов для формирования противоэрозионных неровностей одновременно с посевом: Афтореф. дис. канд. тех. наук. -Ереван 1989. -НПО "АРМСЕЛЬХОЗ МЕХАНИЗАЦИЯ". 20 с.

31. Краснощеков И.В., Котов П.М. К обоснованию жесткости упругой стойки рабочих органов противоэрозионного культиватора КПЭ 3,8: //Сб. науч. тр.-М.: ВИСХОМ, 1970. - Вып. 27. с. 282-289.

32. Кудзаев А.Б., Хадаев В.А., Цгоев А.Э. Анализ конструкции стойки типа «Vedershtand» // Известия ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет». -Владикавказ, 2004. т.41. -с. 87-88.

33. Кудзаев А.Б., Хадаев В.А., Цгоев А.Э. Обоснование конструктивной схемы усовершенствованного образца рабочего органа культиватора для каменистых почв.// НТР Известия ФГО УВПО «Горский ГАУ». -Владикавказ, 2005. т. 42. - с. 79-83.

34. Кудзаев А.Б., Хадаев В.А., Цгоев А.Э. Взаимодействие рабочих органов культиваторов с камнями. // НТР Известия ФГО УВПО «Горский ГАУ». -Владикавказ, 2005. т. 42. -с. 83-86.

35. Кудзаев А.Б., Хадаев В.А., Цгоев А.Э. Совершенствование конструкции рабочих органов культиваторов для каменистых почв. // Исследования по механизации садоводства и виноградарства: Сб. науч. тр. -Владикавказ, 2002. -с. 169-179.

36. Кудзаев А.Б., Хадаев В.А. Результаты экспериментального исследования процесса взаимодействия рабочих органов культиватора с камнями // Сб. науч. тр. СОО АН ВШ РФ, Владикавказ, 2005. № 2, стр.6-10.

37. Хадаев В.А., Цгоев А.Э. Результаты исследования тягового сопротивления новых рабочих органов культиваторов // Сб. науч. тр. СОО АН ВШ РФ, Владикавказ, 2005. № 2, стр.3-6.

38. Лурье А.Л. Любимов А.И. Широкозахватные почвообрабатываюшие машины. -Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1981. с. 60.

39. Матевосян В.Г. Разработка и обоснование параметров предохранительного устройства к культиватору рыхлителю для обработки междурядий виноградников, засоренных камнями: Автореф. дис. канд. тех. наук. -Ереван. 1989.

40. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники // Аграрная наука. -М.: Родник, 1998.

41. Новые сельскохозяйственные машины и орудия и приспособления для обработки почвы уборки и послеуборочной обработки сельскохозяйственных культур // Механизация и электрификация. -1990. серия 6. -Выпуск-4. 40 с.

42. Открытия изобретения. Москва. Официальный бюллетень государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР. -М., 1990. №2. с.5-6.

43. Панов И.М. Исследование работы и методика проектирования пружинных предохранителей культиваторов //Тр. ВИСХОМа. -М.: Ма1нгиз, 1962.

44. Патент США № 3225840, кл. 172-708. Заявлен 21.04.64. Выдан 28.12.65. Приоритет 4.05.63. Дания.

45. Патент США № 3921727, кл. 172-708. Заявлен 3.01.74. Выдан 25.11.75.

46. Погосбекян С.В. Разработка и обоснование технологической группы почвообрабатывающих машин для многолетних насаждений на тяжелых каменистых почвах: Автореф. докторской дис. -Ереван,1989. 48 с.

47. Подкатилов К.С. Тензометрическое устройство для исследования рабочих органов почвообрабатывающих машин // Сб. науч. тр. по исследованию проектирования и производства рабочих органов с/х машин. -Ростов на Дону. 1979. с. 111-114.

48. Проспект фирмы "Noble" , 1980.

49. Протокол государственных испытаний по спец программе импортного образца широкозахватного культиватора М-1050 фирмы "Дир энд компа-ни" (США) №13-109-79(6014210), -Новокубанск, 1979.

50. Протокол испытаний культиватора «Конскильде» (Дания). Новокубанск,1972. -№28-72.

51. Рабочий орган культиватора для сплошной обработки почв засоренных камнями. Патент РФ № 2261566, -опубл. в бюл. № 28 от 10.10.2005.

52. Рябцев Г.А. Методика определения составляющих тягового сопротивления рабочего органа культиватора тензометрированием // Механизация и электрификация сельского хозяйства (УКР). 1968. - № 9. с. 98-101.

53. Рябцев Г.А. Работа культиватора с упругой подвеской лап на повышенных скоростях // Техника в сельском хозяйстве. 1980.- № 4.

54. Рябцев Г.А. Равномерность хода культиваторных лап на упругой подвеске по глубине. //Вестник сельскохозяйственной науки (УКР).- 1969,- № 9. -с. 18-23.

55. Рябцев Г.А. Технологические основы применения почвообрабатывающих машин с упругой подвеской рабочих органов: Автореф. дис. доктора тех. наук. -Воронеж, 1973. -57 с.

56. Рябцев Г.А. Технологические показатели работы культиваторов с упругой подвеской // Вестник сельскохозяйственной науки 1970. - № 12.

57. Рябцев Г.А. Энергетические и технологические показатели работы культиватора с упругой подвеской лап// Техника в сельхозмашиностроении.-1971.-№8.

58. Рябцев Г.А., Кондратьев Е.П. Пути снижения тягового сопротивления // Техника в сельском хозяйстве. -М., 1972. № 5.

59. Рябцев Г.А., Стовба Н.И. Технологические показатели работа культива-торных лап // Техника в сельском хозяйстве. 1980. - № 4.

60. Рябцев Г.А. Влияние упругой подвески лап культиватора на энергетические и качественные показатели работы: Автореф. канд. дис. -Мелитополь, 1967.

61. Сакун В.А. Способы снижения энергии на основную обработку почвы //Науч. тр. / МИИСП. -М., 1978.- Вып. 1. том 15.

62. Светлицкий В.А. Механика стержней: Учебник для вузов. В 2-х ч. -М.: Высш. шк., 1987.

63. Синеоков Г.Н. Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатываюших машин. -М.: Машиностроение, 1977.

64. Синеоков Г.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. -М.: Машиностроение, 1965.-311 с.

65. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин / Под ред. А. В. Красниченко. -М.: ВИСХОМ, 1961. т. 2.

66. Стовба Н.И., Рябцев Г.А., Мирошниченко В.А. Энергетическая оценка работы культиваторов с упругой подвеской рабочих органов: //Науч. тр. Полтавского СХИ. Полтава, 1971. -том 15. -с. 34-38.

67. Стовба Н.И., Рябцев Г.А., Мирошниченко В.А. Энергетическая оценка работы культиваторов с упругой подвеской рабочих органов // Науч. тр. Полтавского СХИ. -Полтава, 1971. том 15.

68. Тензометрия в машиностроении. -М.: Машиностроение. 1975. 365 с.

69. Трифанчев А.П. Рациональный принцип создания вибрационных рабочих органов плуга // Сб. науч. тр. /МИИСП, -М.: 1975. -том 12, вып.1.

70. Хачатуров Э.Л. Организация производства в колхозах и совхозах. // Учебное методическое пособие. -Владикавказ, 1995.

71. Хвингия М.В. Вибрации пружин. -М.: Машиностроение, 1969.

72. Цесниекс А.Х., Вияде А.А. Сравнительные исследования видоизменяемости пружинных зубьев орудий предпосевной обработки почвы и посева применяемых в Латвийской ССР. //Научные труды Латвийского НИИ-МЭСХ, -Рига, 1980. вып. 4. - с. 28-52.

73. Шорин П.М. и др., Система ведения агропромышленного производства Северной Осетии // Шорин П.М. и др. Земледелие и растениеводство.-Владикавказ. Ир, 1991. - ч 2. - 168 с.

74. Юзбашев В.А. и др. Особенности конструкции и тенденции развития чи-зельных орудий. -М.: Колос, 1977. 46 с.

75. Diatschenko G.N. Ermittlung optimaler parametr und arbeitsbedingunden Schwingender Arbaitswerzeuge von Grubbern // «Deutsche Agrartechnik» 18 Jg, Heft 3 M, 1968.

76. Eggenmuller A. Criiber mit Schwingenden werkzengen. Crundlagen der Landtechnik, 1959, -№11. S. 11-14.

77. Hamman I. Studyum nad dwoma przypadkami Powstawania organ Samo-wzbydnych horpusy plyga Ann. Curie Sklodowska, 1961, - №24, s.22-24.

78. Moller A., Cassel A. Ricearche su organi dilavoro con ottacco deformabile ol telaio di un coltivatore. Macchine e motori agrigoli, 1959, №12, р17(Италия).