автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологического процесса вспашки дисковым плугом в условиях рисосеяния на Кубани

1 1 НОВ 1323

Васнлиякн Владимир Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВСПАШКИ ДИСКОВЫМ ПЛУГОМ В УСЛОВИЯХ РИСОСЕЯНИЯ НА КУБАНИ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар, 1996

Работа выполнена на кафедре вксплуатации МТП Кубанского ордена Трудового Красного Знамени Государственного Аграрного Университета

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор Кана рев Ф.М. кандидат технических наук, доцент Богус Ш.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Леонов И.П. кандидат технических наук, с.н.с. Сохт К.А.

Ведущая организация — Всероссийский научно - исследовательский институт риса,.г. Краснодар.

Залцита состоится 13 ноября 1996 г. на заседании диссертационного Совета К 120.23.02 Кубанского ордена Трудового Красного Знамени государственного аграрного университета по адресу: Краснодар, ул. Калинина, 13, Кубанский ордена Трудового Красного Знамени государственный аграрный университет, диссертационный совет. -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 10 .октября 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

Прощах В.М.

. Актуальность работы. В настоящее время Кубань располагает крупнейшей в стране ирригационной рисовой системой - ее площадь превышает 260 тыс. гектаров.

Пахота - самая энергоемкая работа в сельскохозяйственном производстве. По данным Г.Н.Синеокова, около 15% нефти, добываемой в стране, ежегодно расходуется на проведение вспашки, а ее объемы таковы, что экономия механической работы и топлива только на 1% в масштабах государства позволит дополнительно обработать до 2,2 млн. гектаров пахотных угодий.

Почвенный покров рисовых массивов характеризуется тяжелым механическим составом, работы по подготовке почвы приходятся в основном на позднюю осень и раннюю весну, при повышенной влажности чеков. Осеннее ненастье значительно ухудшает условия проведения работ, часто не дает возможности провести подъем зяби в лучшие агротехнические сроки, что отрицательно сказывается на урожае.

В настоящее время для основной обработки почв рисовых полей применяются плуги общего назначения. Это связано с тем, что не существует надежной конструкции специального "рисового" плуга.Попытки создания такой модели предпринимались и промышленность выпускала партии подобных плугов, но затем их Выпуск прекращался, так как эти орудия не оправдывали возлагавшихся на них надежд.

Основная обработка почв рисовых полей должна выполняться орудием, способным производить качественную, удовлетворяющую агротребованиям подготовку чеков при различном состоянии их почвенного покрова, в самом широком диапазоне влажности, для чего наиболее подходят дисковые рабочие органы. Однако их применение сдерживается недостатком теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в этом направлении.

Выполненные нами исследования позволи получить следующие новые научно-практические результаты, которые и выносим на защиту.

1. Аналитические и экспериментальные результаты по определению зон резания, сдвига и отрыва при взаимодействии сферического диска плуга с почвой.

2. Аналитические и экспериментальные зависимости между силами, действующими на сферический дисковый рабочий орган плуга при его взаимодействии с почвой.

3. Рекомендации по изменению конструкции дискового плуга и его рабочих органов.

Тема исследований входила составной частью в госбюджетную тематику университета, составленную по плану развития АПК Рос-ийской Федерации.

Цель работы заключается в изучении параметров и углов постановки сферических дисков при использовании их в качестве орудия основной обработки почвы и создании на их основе дискового плуга с улучшенными характеристиками для повышения технико - экономических показателей и качества пахоты в условиях рисосеяния на Кубани.

Обьект -исследования - сферические дисковые рабочие органы плугов и пахотный агрегат-, состоящий из трактора и навесного дискового плуга. Установка исследуемых сферических дисковых рабочих органов на плуг производилась с помощью экспериментального измерительного устройства, обеспечивающего возможность изменения исследуемых параметров дисков в заданных пределах.

Методика исследования. В соответствии с намеченной программой установлены аналитические и экспериментальные зависимости изучаемого процесса. Разработано нозое устройство для пространственного динамометрирования сферически* плужных дисков и создана методика обработки полученных экспериментальных материалов с приведением пространственной системы сил и моментов к мгновенному центру приложениярезультирующей. Математическое моделирование-системы проводилось на компьютере IBM 486DX4-120, на языке Turbo Pascal 7.0 с применением методов математической-статистюси.

Научная новизна состоит в обосновании рабочего процесса поч-вообработки сферическими дисковыми рабочими-органами и пахотного агрегата в целом и разработке путей измерения его технологических и экономических показателей для получения оптимальных значений. Предложена математическая модель процесса, воздействуя на • которую возмущениями от углов постановки дискового сферического рабочего органа о, /i и его радиуса кривизны г получены характеристики, позволившие определить оптимальные кинематические параметры агрегата, зону устойчивости и необходимые регулировки.

• Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по выбору и обоснованию параметров дискового сферического рабочего органа, и плуга, в создании методов опредрления оптимальных кинематических параметров агрегата. Проведена оценка влияния эксплуатационных и конструктивных параметров на силы и моменты, действующие на основные узлы и детали дискового плуга. и тракторную навеску, что позволяет улучшить качество основной обработки почвы яри одновременном снижении энергозатрат и может быть использовано различными исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями при проектировании новых образцов пахотных агрегатов.

Реализация результатов исследования. Начиная с 1969 года, различные варианты Пахотного агрегата, состоящего из гусеничного или колесного тракторов классов 3 и 4 и плугов с дисковыми сферическими рабочими органами испытывались на чеках рисовых хозяйств Краснодарского края. После проведения запланированных опытов и теоретических исследований, экспериментальный пахотный агрегат внедрен в учхозе "Кубань", а разработанные измерительные устройства и методики - в институте СКЗНИИСиВ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Кубанского государственного аграрного университета.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, общим объемом 11,2 печатных листа.

Обьем работы. Диссертация изложена на 169 страницах печатного текста, состоит из введения, 5 разделов, общих , одов, рекомендаций производству, списка использованной литературы на 11 страницах, содержащем 119 источников, из них 24 на английском, 1 на болгарском, 3 на итальянском, 3 на немецком, 2 на польском и 1 на французском языках, приложения на 46 страницах с документом о внедрении. В диссертации содержится 69 рисунков и 49 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Известно, что вспашка рисовых полей производится в тяжелых условиях, при значительном переувлажнении чеков, да к тому же поздней осенью, в условиях дефицита времени. С целью быстрейшего просушивания и аз рани и при вспашке заплывших, с сильно уплотненным, вследствие затопления, пахотным горизонтом почв, наиболее характерных для рисовых массивов края, дно борозды не должно уплотняться. В то же время желательно, чтобы пахота имела максимально возможную площадь контакта с воздухом.

Применяющиеся для обработки почвы под рис на Кубани орудия далеко пе совершенны. Рабочие органы плугов не обеспечивают выполнения технологического процесса подготовки почвы на рисовых чеках, В условиях рисосеяния лучшие результаты показывают дисковые плуги, хотя единственный в стране специализированный ПН Д-4-30 имеет существенные конструктивные недостатки.

Рассматривая результаты экспериментов разных авторов по определению сил, действующих на плужный сферический дисковый рабочий орган при его взаимодействии с почвой, необходимо отметить многочисленные расхождения в выводах.

Поэтому исследования рабочих органов плугов с целью получения лучших качественных, энергетических и экономических показателей являются актуальными.

Лля достижения указанных целей были поставлены следующие задачи:

1) установить влияние геометрических, кинематических и силовых характеристик дискового сферического рабочего органа плуга на процесс отделения лласта от монолита и выявить характер движения последнего в различных зонах поверхности сферы;

2) выявить закономерности изменения сил, действующих на сферический диск при взаимодействии последнего с почвой, в зависимости от его параметров, углов постановки и поступательной скорости;

3) определить влияние кинематических параметров сферического ■ диска на устойчивость движения рабочего органа и плуга в горизонтальной плоскости;

4) на основании проведенных исследований обосновать конструктивную схему дискового плуга с улучшенными параметрами;

5) определить технико - экономические показатели вспашки предлагаемым дисковым плугом.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Программой теоретических исследований предусматривалось:

- определить площади продольного и горизонтального сечений пласта, взаимодействующего с рабочим органом при вспашке;

- изучить особенности отделения пласта почвы от монолита дисковым сферическим рабочим органом плуга, а также характер движения этого пласта по различным зонам поверхности диска;

- определить силы, действующие на рабочий орган дискового плуга при его взаимодействии с почвой;

- определить силы, действующие на стабилизатор;

э - рассмотреть условик равновесия дискового плуга в горизонтальной плоскости.

В нашей работе /8/ отмечено, что на дисковый рабочий орган действуют, главным образом:

1 - силы реакции почвы на лезвие диска:

cos/J[ A Rcos/3

COS Ct /......."1"""" " ■»I

sinasin/J--— V2-R/1 cos/3 ^л2 . (2.1)

Pyi — ■ [/i cos a sin/3 +sin a \/2Rh eos /3 - ft2]. (2.2)

Pzt = -kr-h., (2.3)

Суммарная сила, действующая на лезвие диска в зоне резания, может быть определена по известной формуле:

" Pi^Pli + РЬ + P'r (2-4)

- 2 - силы трения, действующий на поверхность диска в момент отделения пласта' от монолита:

На поверхности диска выявлены зоны, в двух из которых силы трения препятствуют вращению диска, причем силы, препятствующие вращению, приложены в зонах, площади которых равны:

К* = / • ко ■ cost}, • г2(б2 - М; . (2-5)

•F(nr> =/-fco-cosW-r2(¿2-6,). (2.0)

Силы трения, способствующие вращению диска, также приложены в зонах, площади которых равны:

- . =f~k0 -cosí?, ■ri-6l; (2.7)

РЦ — f -ka- cosí/2 • r2 • ¿i. (2.8)

Как видно из уравнений (2.5...2.8) еилы, способствующие и препятствующие вращению, отличаются только размерами площадей, к которым они приложены. Для плуга ПНД-4-30, у которого

а = 41°;/? = 18°; Л - 0,355 mí г = 0,68 м; h = 0,2 м: V„~ 1.0 м/с: кц = 0,1 МПа; А = 1; / = 0,8.

. а< == 23°40'; *2 = 0,149; = 0,426; 1Х = 0,218; 1г = 0,228; = 0,029; /а:с = 0,302; 62 = 0,04; а2 = 15°; г?2 = 62". После подстановки полученных значений в уравнения (2.5) и (2.7):

Ргпг' = 1,88 КН\ Р?Г1 = 4; 95 КН.

Таким образом, силы трения, способствующие вращению диска в зоне резания почвы, в 2,6 раза болыпе сил, препятствующих ему.

Силы Р"*, ГЦ3, Р^, Р{г действуют в плоскостях, касательных к сфере диска (рис. 2.1):

Рис. 2.1. К расчету сил трения на внутреннюю поверхность сферического диска

P?¿ = -P?rl ■ sin а2 • cos í; (2.9)

= -sin a2- sine; . (2.10)

F?r\ = F£' ■ sin(, ■ sma2-, (2.11) где e - затылочный угол в горизонтальном сечении

_ А - R sin a sin. ¿3 + sin a tan ph./2 — Rcosajl - (1 - h/2Rcosp)2

с _ arctan jjg^jj _ ^ _ h/2RcosP)2} + Л eos o sin/? - cosa tan/3/i/2 - B'

здесь A = cosa eos/3 •%/ r2 — ñ2; В = R sin a + eos a eos /3 V г2 — Я2;

затылочный угол в сечении диска вертикальной плоскостью, проходящей через вектор результирующей приближенно:

е =--/}- 2 arcsm --—--. (2.12)

I 4г

Ftcr\ =■ cosa; (2.13)

Ffr, — Ftr -sina; (2.14)

(2.15) '

Суммируя проекции найденных сил трения, получим:

Р* — — / • ко ■ г2[sinrtj cosf(cosr?3 — cos7ji)(¿2 — ¿i) + (cost]i +"cos»72)^1 cosa];

2 . . i2"1«) Py ~ f ■ fc0 ■ r [sma2 sin f (cos »73 + cos тд )(¿2 — ¿1) + (cos щ + cos T)2)ó¡ sin a];

(2.17)

Pi = f - fco • j'2[(cost?i - cosrj3)(62 - ¿i)sine' • sma2]. (2.18) 3 - силы давления почвы на внутреннюю поверхность сферы:

Р? = -2к0 - г2 • г2 • cos 174; (2.19)

P¡j = —2fco • г2 • ¿2 • sinr?4; (2.20)

Р* = ~2*;0 • г" • ¿2 • cos7/4 • cos(0 + sin(/J + фз); (2.21)

щ = arctan —; (2.22)

Л"с,ь l'rrf- координаты мгновенного центра приложения результирующей сил давления почвы на сферичсскую поверхность в рассматриваемом горизонтальном сечении. Определялись по известным формулам:

v - f f У* '<os v ' ^' (1>1 v - J J ■ Я1ПГ1 ■ dp ■ d?)

Лг(£- £ , 5

здесь

S — I I р- dp- di¡.

41

J J (S)

Расчет, произведенный по формуле (2.22), приводит к следующим результатам (табл. 2-1):

Таблица 2.1

а 30° 35° 40° - 45° 50° 55°

' т 50° 46° 42° 38° ^ 35° 30°

4 - реакции вращающейся части пласта.'

д cos/3

Pín = P¡„(smasin/3cos

■ сое а ми —

+ 6% *

Din г, / • • É>l+<?2 . . • я •

P¿ = P,n(sm a sm -—— + cos а sia р cos —-—

Í4 »

PiH-~ Pin COS /3 cos

+02

(2.23) (2:24); •(2.25). .(2.26)

•Здесь (01 4- #2 5 угол, определяющий зону поворота пласта вместе с диском, максимальное его значение составляет 110°,'а •

' 0Г — arccos(l —

Reos (3

Как видно из формулы (2.23), реакция вращающейся части пласта . пропорциональна квадрату угловой скорости.

Система рабочий орган - стабилизатор уравновешена, когда сила тяги приложена в точку 1 (рис. 2.2),'удовлетворяющую условию:

Ру ■ Ln = Л -Lg;

(2.26)

где Ь„ - кратчайшее расстояние-между векторами боковой Ру составляющей сил сопротивления почвы, действующих на рабочий орган и равнодействующей реакции почвы, приложенной к стабилизатору;

- кратчайшее расстояние между векторами .силы.тяги и суммарной продольной составляющей сил, действующих на рабочий орган и стабилизатор со стороны почвы; " *

II - суммарная продольная составляющая сил, действующих со стороны почвы на рабочий орган и стабилизатор:

7? = Р + Р, + P¡r + Рст-

(2.27)

—Рис. 2.2. К анализу устойчивъсти дискового рабочего органа плуга в горизонтальной плоскости

Здесь Р - горизонтальная составляющая сил сопротивления почвы, приложенных к стабилизатору;-

Рх - составляющая равнодействующей .сия сопротивления почвы, приложенных к дисковому рабочему органу;

Р,сг — / ■ Ру - сила сопротивления трению стабилизатора;

Рст - сила сопротивления смятию почвы стабилизатором.

Оптимальным расположением тяги является приложение ее правее вертикальной плоскости симметрию! параллельно ей на величину:

Ьд = . (2.28)

При смещении направления линии тяги влево от центра тяжести плуга на стабилизатор, кроме силы Ру, прижимающей его к стенке борозды, действует момент:

М = Ру-Ьп + П-Ьд. (2.29)

Угол отклонения равнодействующей сил сопротивления почвы, действующих на стабилизатор, больше угла трения и равен:

Р.

фс — агс1ап -тр, (2.30)

"у

где Ре — Р 4 Р(СГ + Рст - суммарная сила сопротивления движению стабилизатора.

Дополнительные силы сопротивления, создаваемые стабилизатором дискового плуга, суммируясь с фиктивной равнодействующей, приложенной к диску, уменьшают ее угол наклона (см. рис. 2.2) к направлению движения. При этом сила тяги может быть смещена из точки 1| в точку 1 без ухудшения устойчивости.

Для улучшения устойчивости дискового плуга стабилизаторы необходимо переставить спереди назад. В зависимости от того, насколько далеко они будут переставлены, изменится момент, определяемый по формуле (2.29). Технически вполне возможна такая установка, когда момент станет равным нулю или даже изменит свой знак на противоположный, то есть будет частично компенсировать поперечную составляющую фиктивной равнодействующей элементарных сил сопротивления почвы, действующих на сферический диск.

3. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Программа экспериментов, составленная на основании литературных источников и выполненных теоретических изысканий, предполагала выполнение следующих работ:

1. Изучение в лабораторных условиях силовых параметров сферических плужных дисков в зависимости от:

а) радиуса кривизны г, углов постановки к направлению движения а и наклона к поверхности поля 0 при постоянных поступательной скорости I р, диаметре Ds ширине захвата Ь и глубине обработки Л; -

б) диаметра £> и угла наклона к поверхности поля 0 при постоянных радиусе кривизны г, поступательной скорости \''р, угле постановки к направлению движения а, ширине захвата и глубине обработки Л;

в) диаметра диска Б и его поступательной скорости Ур при постоянных углах постановки к направлению движения а и наклона /3, радиусе кривизны г, ширине захвата Ь и глубине обработки Л.

2. Исследование в лабораторных условиях особенностей взаимодействия дисковых сферических рабочих органов плугов с почзой.

3. Проверка в условиях рисовых чеков выявленных закономерностей и работы дисковых сферических рабочих органов.

Перед проведением экспериментальных исследований была про.-ведена оценка погрешности опытов, вычислена ошибка средней и определено необходимое для каждого случая число опытов с учетом коэффициента доверительной вероятности 0,93.

3.1. Методика пространственного динамометрирования

Была спроектирована и изготовлена тензометрическая стойка для пространственного динамометрирования сферических дисковых рабочих органов плугов, позволяющая использовать диски разных диаметров и с различной системой крепления, так как обзор литературы показал, чт.о устройства для этого не существует.

Стойка состоит из следующих основных деталей (рис. З.1.):

I - исследуемый сферический дисковый рабочий орган;

II - ступица рабочего органа с измерительным валом и тормозным устройством (на рис. не показано);

Рис. 3.1. Стойка для динамометрирования дисковых рабочих

органов плугов со схемой расклейки тензодатчиков III - подвижная часть приспособления для изменения угла наклона /beta с кронштейном крепления вала ступицы диска;

IY - неподвижная часть приспособления для изменения угла ß, позволяет изменять угол в пределах ± 25° с шагом 5°; У - поворотный диск, детали IY и Y - одно целое; YI - вертикальная часть Г-образной балки с тензорезисторами для замера составляющих Рх,Ру,Мх,Му,Мк (рис. 3.1 и 3.2), нижняя ее часть позволяет поворачивать диск У относительно детали YII с шагом 5°;

Y II - горизонтальная часть Г-образной балки с тензорезисторами для замера составляющей Р2;

Y III - кронштейн крепления тензостойхи; IX - индукционный датчик оборотов диска.

Тензорезисторы 8...15 и 35...42 типа 2ФКРВ-10-100; 7, 16, 17, 34 2ПКБ-30-300, остальные - 2ФКПА-20-200, распаяны по схеме, приведенной на рис. 3.2.

Рис» 3.2. .Электроструктурная схема распайки тензодатчиков и соединения измерительных блоков с усилителем и осциллографом • Для обработки результатов экспериментов, полученных с помощью описанного устройства, разработана специальная методика. В начальный момент координаты точки Ап (рис. 3.3):

х0 = OiAn ■ sin j ■ sin а;

Уо — 0\Ап ■ sin j • cosa; ¿o = L + 0\ An • cosjf. С учетом изменения угла наклона /? можно написать:

R + i

cos j

R + l

cos j

■ sin(j + ß) sina; • sin(j + ß) cosa;

(3-1)

(3.2)

У

г = Ь + (Яя+1)-сози+РУ,

Рис. 3.3. К определению координат произвольной точки приложения сил сопротивления почвы к рабочему органу при замерах на крючковом грядиле Деформация на плечах ¡ь и 1д пропорциональна величине силы Р и не зависит от точки ее приложения, то есть

ДМ, = МУ1 - МуП ~ РХ(Н ~ Ь)

откуда

р _ МУ1 ~ МУЧ _

к-к к ■ Мх1 - Мхц АМх/-п

Ру =

Р;

ь-ь

Мущ - МУ1у

и-и

к

Д МУ1И~1У

(3.3)

(3-4)-

(3.5)

Разность моментов получается автоматически, при распайке тензодат-чиков по дифференциальной схеме (см. рис. 3.3). Фиксируются значения Рх,РукРг, так как при проведении калибровки регистрируются не ЛМХ, &МУ и ДМг, а их отношение к 1ь и 1д.

Из условия равновесия измерительного приспособления: Рх — Р-Х1 Мх — Руг '

Ру = Яу,Му = Рхг-1хг-, (3.6)

Рг = Нг,Мк = Рху • 1ху;

где Нх,Ку,Кг - реакции, измеренные на участках 1 — 11 и III — 1У устройства в соответствующих плоскостях;

Величина РХу,РХ2,Руг определяется по формулам:

Рху Рх + Ру\

Рхт =у/Р2 + Р*\ (3.7)

Руг

Подставляя полученные значения (3.7) в (3.6), найдем величину плеч:

Му _ Му

Рх; л/Р? + р2 ' Мх мх

(3.8)

, _ 1ху ~ р

ху

Определив углы получим направление сил Р1у, Р,4:

X = агс1ап Ру/Рх;

[л — aгctaп Р-/Рх; (3.9)

■О = агсЬап Р,/Ру. • Абсолютная величина главного вектора

+ + (3.10)

хг

а его направление в пространстве

сов(Р, х) = Рх/Р\

соэ(Р, у) — Ру/Р\ (3.11)

соя(Р, г) = Рг/Р.

Абсолютную величину главного момента и его направление в пространстве определим по формулам:

М М| + М* + (3.12) со з(М,х) = Мх/М\

сое {М,у)=Му/М\ (3.13) со8(М, г) = Мк/М.

Если скалярное произведение (РМ) = 0, то пространственная система сил сводится к одной силе, равной главному вектору. Если (РМ) ф 0, то система сводится к динаме, причем при (РМ) > О направление главного вектора и момента динамы совпадают, а если (РМ) < О, то они направлены в противоположные стороны.

Иногда более удобным оказывается другой способ пространственного динамометрирования /4/, где измерения производятся с помощью датчиков, расположенных непосредственно на оси вращения диска.

3.2. Методика проведения лабораторных опытов

При проведении динамометрирования дискового сферического рабочего органа в почвенном канале использовались разработанные динамометрические узлы и стандартное регистрирующее оборудование. Полученные с помощью электромеханического аналого- цифрового преобразователя вариационные ряды обрабатывались методами математической статистики. Все разработанные частные методики опираются на нормативные справочные материалы и существующие стандарты по методам экономической и эксплуатационной оценок.

Лабораторные исследования дискового сферического рабочего органа проводились в большом почвенном канале лаборатории механизации почвообработки и посева Всероссийского научно - исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства (ВНИИМЭСХ, г. Зерноград).

Объектом исследования были три сферических дисковых рабочих органа, которые имели следующие параметры:

Таблица 3.1

Параметры исследуемых сферических дисков

№диска ' Диаметр D, м Радиус кривизны г, м

•1 0,78 0,68

2 0,78 0,78

3 0,705 0,68

3.3. Методика проведения полевыхопытов

Полученные в результате теоретических исследований и лабораторных экспериментов результаты проверялись в полевых условиях на рисовых чеках учебно - опытного хозяйства "Кубань" и колхоза "Сопка Героев", Крымского района, Краснодарского края.

Использовался специально для этого спроектированный и изготовленный агрегат, состоящий из нереоборудованного трактора Т-4 и соответствующим образом переделанного плуга ПНД-4-30.

Полевые испытания проводились с одним типом сферического диска диаметром D = 0,705м и радиусом кривизны г = 0,68м. При проведении испытаний угол наклона диска к поверхности поля оставался неизменным и составлял ß = 20°. Угол постановки диска к направлению движения а изменялся в пределах 30° < а < 55" с шагом 5е, как и в лабораторных опытах. Эксперименты проводились в одном чеке, подготовленном к испытаниям по ОСТ-2,5-70 "Методы определения условий испытания тракторов и сельскохозяйственных машин".

С целью исключения влияния физико - механических свойств почвы на результаты испытаний запись показаний приборов производи-' лась на одинаковых участках в трехкратной повторности. Глубина пахоты выдерживалась в пределах 0,22 ± 0,01 м. Во время проведения серии полевых опытов влажность почвы колебалась в пределах 26—28%. Твердость ее составляла в среднем 27.3 • 105Я/к2.

3.4. Планирование экспериментов и обработка результатов

Экспериментально - статистическое исследование сферического дискового рабочего органа плуга как системы проводилось для получения математического описания и последующей оптимизации основных параметров. Все предыдущие исследования зависимости силовых параметров диска от геометрических позволили произвести оценку границ областей факторов и задать им ограничения.

В качестве варьируемых переменных факторов А: приняты:

- радиус кривизны сферы г, м — Х1,

- угол наклона диска/3, град—Хх,

- угол постановки диска к.направлению движения а, град — X Задача решалась с помощью полного факторного эксперимента

ПФЭ *ипа.2к. В атом случае при двухуровневой-системе изменений реализуются все возможные сочетания уровней факторов и число опы-• тов в матрице планирования N = 2к = 23 = 8.

Матрица планирования составлялись по результатам лабораторных экспериментов.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ

Рассмотрим сравнительные результаты теоретических и экспериментальных полевых исследований.

Как видно из графиков (рис. 4.1); выявленные в результате те-, еретических разработок закономерности вполне приемлемо подтверждаются экспериментом. Отличие чисто количественное, особенно это относится х зависимостям Ру == /(«) и Рг = /(«)•

Рис: 4.1. Сравнительные результаты теоретических и экспериментальных исследований сил, действующих на сферический диск при взаимодействии с почвой

---теоретические зависимости;

— результаты экспериментов. Графики, представленные на рис. 4.2 и 4.3, почти полностью идентичны для дисков с разными радиусами кривизны.

Несколько отличаются абсолютные значения - для рабочего органа сг = 0.68 м они на 10...24% больше.

Рис. 4.2. Изменение отношения Рис. 4.3. Изменение отношения сил Ру/Рх = /(а./?) для диска сил Ру/Рх = Да,/3) для диска

с г = 0.68 м и П=0.78 м с г = 0.78 м и £>=0.78 м

В наибольшей мере данное замечание относится к зоне углов постановки, где влияние тыльной поверхности сферы исключено. С уменьшением а, когда такое влияние начинает проявляться и затем усиливается, абсолютные величины отношений Ру/Рх для дисков с различными радиусами кривизны нивелируются. Выравнивающим фактором при этом являются силы, появляющиеся в зоне контакта выпуклой, тыльной поверхности дискового рабочего органа со стенкой борозды.

Математические модели процесса по результатам экспериментальных исследований представляют собой регрессионные уравнения.

На ЭВМ ЕС-1020 рассчитали коэффициенты уравнений и произвели их проверку на однородность выборочных дисперсий, значимость коэффициентов регрессии и проверили полученные уравнения на адекватность наблюдаемым в эксперименте значениям отклика У. Уравнение регрессии ПФЭ для составляющей Рх :

Ух = 4.132 + 0.553а:, +0.271^ + 0.615ж3. (4-1) Регрессионное уравнение для составляющей РХа,кг-

- 5ЛТЭ + 0.496а:, + 1.074Х;, + 0.17144*2 - 0.165ж2^з- (4^2) Для составляющей Р,у.

Уу = 2.19 + 0.262а:, - 0.387х2 + 0.136х;, + - 0.272х',г3.

(4.3)

Для составляющей Р.:

Уг = 1.550 + 0.250x1 - 0.214а;з - 0.082х,х2 -0.183х2х3. (4.4)

Планирования экспериментов и решение уравнений регрессии для функции отклика вертикальной составляющей Р~ дало следующие результаты (рис. 4.4...4.7).

о■

vno'

Л" А.град

Рис.-4.4. К анализу Р, = /(/*,'а, г)

Рис. 4. 5. К анализу Р. = /(a, J,r)

На рис. 4.5 и 4.6 точка пересечения графиков для диска с г = 0.78 м при а = 42°45\ то есть здесь для всех Р: — сопаЬ.

oi^O

О (0' fS' го' ¿5' А&а*

„ ПГГ-Q 35*Но

и 5" 50* рс.гдоо

Рис. 4.6. К анализу Рис. 4. 7. К анализу

г = /(,*, a, Р,) г = f(a,f3,P:)

' Если радиус кривизны диска г = 0.68 м, то при а ~ 47°15' и всех j3 Pz = const На рис. 4.4 и 4.7 графики пересекаются в точке, где Р ~ 14°9', при всех а,Р2 и радиусах кривизны диска г.

Характер изменения составляющей Рг у дисков с разными радиусами кривизны одинаков, меняются только абсолютные значения. Во. всех случаях при одинаковых а и /ГР/°78 = 1.583 Р/°

С увеличением углов постановки диска больше критических, то есть при /3 > 14°9', а > 42°45' для . диска с г = 0,78 м и /3 > 14°9', а > 47°15' для Диска с г = 0,68 м вертикальная составляющая Р2, как видно из графиков, уменьшается, и наоборот.

При /3 < 14°9' увеличение а больше критических значений приводит к увеличению Рг, и наоборот.

Проведенные исследования показали хорошее совпадение теоретических выкладок с опытными результатами. •

5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА. КАЧЕСТВА РАБОТЫ ОПЫТНОГО И СЕРИЙНОГО ПЛУГОВ

Сравнительная оценка выполнена на базовом агрегате, состоящем из трактора Т-4 и плуга ПНД-4-30. Проведены испытания в полевых условиях пяти'вариантов систем стабилизации дискового плуга (табл. 5.1):

Таблица 5.1

Некоторые агротехнические и энергетические показатели дисковых плугов с различными системами стабилизации

Показатели Обозна- Система стабилизации

чение . новая ПНД-4-30

Масса плуга, Кг С 710 770

Тяговое сопротивление, КН Р 24/22 . 25.50

Скорость агрегата, м/с V 1.323 1.239

Ширина захвата, м Ь 1.223 1.197

Поперечное сечение

■ пласта, м2 я 0.2849 0.2729

, Удельное сопротивление, Р»а 85.01 93.44

КН/м2

1 - усовершенствованный стабилизатор на стойке третьего раГю-' чего органа и бороздовое стабилизирующее колесо;

2 - усовершенствованные стабилизаторы на стойках третьего"* * четвертого рабочих органов и бороздовое стабилизирующее, колесо;

3 - усовершенствованные стабилизаторы на стойках третьего и четвертого дисковых рабочих рабочих органов;

4 - усовершенствованные стабилизаторы на стойках второго, третьего и четвертого дисковых рабочих органов;

5 - базовый вариант - плуг ПНД-4-30.

Их анализ и агрооценка пахоты позволили сделать вывод о том, что наилучшие агротехнические и энергетические показатели имеет вариант 4.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Установлено влияние геометрических, кинематических и силовых характеристик дискового сферического рабочего органа плуга на процесс отделения пласта от монолита й выявлен характер движения последнего.в различных зонах поверхности сферы.

Сообщение диску дополнительного вращения не даст заметного снижения энергозатрат, при одновременном ухудшении устойчивости рабочего органа з поперечно - вертикальной плоскости.

Сферические дисковые рабочие органы плуга с радиусом кривизны 0.68 м<П< 0.78 м и диаметром в главной плоскости 0.705 м < £> < 0.78 м, должны использоваться при 40° < а < 45° и 10° < р < 20°.

Для условий рисосеяния дисковый сферический рабочий орган плуга должен иметь угол заточки I = 11°.

Обработка слитных почв рисовых полей влажностью до 20% дисковым плугом может производиться без чистиков.

2. Выявленные закономерности силового взаимодействия сферического диска с почвой, в зависимости от его параметров, углов постановки и поступательной скорости, а также экспериментальные соотношения составляющих векторов сил сопротивления почвы позволяют для практических целей использовать не конкретные значения бокозой Ру и вертикальной Рг составляющих, а их отношение к Рх.

3. Определено влияние кинематических параметров сферического диска на устойчивость движения рабочего органа и плуга в горизон-.тальной плоскости.

При вспашке дисковым плугом на повышенных скоростях диски . должны иметь минимальный диаметр, обеспечивающий необходимую глубину пахоты.

Устойчивость дискового плуга в горизонтальной плоскости может 'быть значительно улучшена путем перестановки стабилизаторов назад, на стойку диска. Предложена конструкция уравновешенного рабочего органа.

Замена стандартных рыхлителей на стабилизирующее надувное колесо с выступающим диском и установка на трех задних стойках рабочих органов предлагаемых полевых досок позволяет без ущерба для качества увеличить скорость пахотнм о агрегата на 10%.

4. Предложен плуг с регулируемой шириной захвата, позволяющий в четырехкорнусном варианте изменять тяговое сопротивление в пределах 30%. С увеличением числа корпусов улучшаются условия агрегатирования.

5. В результате использования плуга с модернизированной системой стабилизации улучшены технике - экономические показатели:

- производительность плуга увеличивается на 9.1 %;

- затраты труда уменьшаются на 8.4 %;

- удельные капиталовложения уменьшаются на 9.5 %;

- прямые эксплуатационные затраты уменьшаются на 9.9 %;

- расход горючего на га пахоты уменьшается на 9.5 %;

- приведенные затраты уменьшаются на 9.0 %.

Качество пахоты и экономический эффект повысятся, если учесть следующие рекомендации:

1. Заводу - изготовителю плуга устанавливать ножи - стабилизаторы на стойке дискового рабочего органа, причем так, чтобы носок стабилизатора располагался сзади по ходу плуга на расстоянии 0.25...0.30 м от оси стойки диска.

2. При использовании в качестве рабочих органов дисков с радиусом кривизны 0.68 м уменьшить угол наклона /3 до 14°.

3. Угол заточки диска уменьшить с 22" до 11е.

4. При подготовке новой модели ввести в конструкцию регулировку ширины захвата и угла атаки.

5. Нижнюю кромку чистика устанавливать wt > 210°.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Канарев Ф.М., Василинин B.C. Особенности технологического процесса вспашки почвы дисковым плугом. Труды Куб. СХИ, вып. 44(72), Краснодар, 1971, с. 117...126.

2. Василинин B.C. Определение площадей продольного и горизонтального сечений пласта, взаимодействующего с рабочим органом дискового плуга. Труды Куб. СХИ, вып. 66(94), Краснодар, 1973, с. 148...155.

3. Василиями B.C. Пространственное динамометрирование сферических дисковых работах органов почвообрабатывающих машин. Труды Куб. СХИ, вып. 66(94), Краснодар, 1973, с. 129...139.

4. Листопад Г.Е., Канарев Ф.М., Василинин B.C. О силах, действующих на рабочий орган дискового плуга. Доклады ВАСХНИЛ, №8, М., 1974, с. 36...39.

5. Василинин B.C. Влияние скорости на силовые параметры рабочих органов дискового плуга. Труды Куб. СХИ, вып. 103(131), Краснодар, 1975, с. 52...58.

6. Василинин B.C. и др. Дисковый плуг навспашке почвы под рис. Инф. лист №61-75, ЦНТИ, Краснодар, 1975, с.З.

7. Кочкин Е.А., Василинин B.C. Условия самоочищения и за-липания рабочих органов дискового плуга. Труды Куб. СХИ, вып. 103(131), Краснодар, 1975, с. 58...64. '

8. Василинин B.C., Волков A.A., Осадчий. A.B.» Ткачёнко А.И. "Основы научных исследований". Методические разработки к курсу. Краснодар, 1988, с. 18

9. Богус Ш.Н., Василинин B.C., Пейсахович Ю.А. Компьютерная обработка и верстка материалов научных исследований". Краснодар,

1995, с. 89.

10. Богус Ш.Н., Василинин B.C. "Особенности взаимодействия сферических дисков плугов с почвой". Кубанский ГАУ, Краснодар,

1996, с. 13.

11. Василинин B.C., Вогус Ш.Н. "Руэультаты исследования сферических плужных дисков методами математического моделирования". Кубанский ГАУ, Краснодар, 1996, с. 10.