автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и обоснование параметров рабочих органов машины для щелевания склонов

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ СЕЬВДНЕШЕ „ "АКЖЕЕЬХОЭМЕШИЗдЩЯ"

На драпах рукописи

* ДАЗТЙН АРСЕН ГРИГОРЬЕВИЧ

УДК 63Ï.3Ï9.2

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕЖОЯОШ й ОБОСНОВАНИЕ " ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МДДШЫ Д5Я ЩЕЯЕВАНИЯ СКЛОНОВ

. Специальность Q5,£0.0I - Механизация с з.;Гг. с к ох о р л й с ~гб акн о г о производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ереван - 1988

Работа выполнена в Армянском ордзна "Знак Почета" сь ъско-хозкйетвешюм института (Арл СХИ) •

• Научный руководитель - доктор технических наук, профзссор

Григорян 111. М.

Официальные оппоненты:-доктор технических наук, старзий

научный сотрудник Лгадеаклн Ж.А.

-кардадат тазияеских наук, доцент Мусаеллн Г.Г.

Ведущее предпрклт'/.з -НПО 'Тру зеельхо смак" (г.Тбилиси)

Р.-арта диссертации состоится «27 " 9&/са<?рЛ23з г. в "УУ " часов на заседании спо;деалчь:ро1;й.-того ссгега Д 152.02. по эазрго диесортацлй на сокок&нхе ученой степени доктора наук п нгучнс-гфоиагодс2ЕЭ1?ясм обгздкхежи ''Архсольхогыеханкзацйл1' по адресу: 3784X8,'Ар-отьисая ССР, Назрийгхкй район, пое.Прошил.

С дассер'Гйцией моацо оюаксдоться в библиотеке объединения

Автореферат разослан " 23 " НОЯБРЯ 1988 г.

Ученый секретарь специализированно:^ соис-та. кандидат технических наук, -1-'*

кандидат технических наук,

старший каушшЗ сотрудник ЩИ / А.Г.АГАДОЛЯ1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теуы. В репениях ХХУП съезда КПСС на период до 1995 года предусмотрено обеспечение высоких темпов развития сельскохозяйственного производства на основе его интенсификации, высокоэффективного использования земли, всемерного укрепления материально-технической базы, ускоренного внедрения достижений науки и передового опыта в производство.

Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве немыслим без радикального решения вопросов охраны почв ■ от эрозии.

В районах интенсивного земледелия эрозия почв стала одной из основных причин низкой и неустойчивой урожайности сельскохозяйственных культур. Водная эрозия приводит к разрушения плодородной части почв, расчленению территорий оврагами, заилению рек, водохранилищ и других водных источников.

В Армянской ССР, являющейся одной из древнейших очагов горного земледелия, ускоренная водная эрозия наносит большой ущерб как сельскому, так и всему народному хозяйству в целом.

В этом аспекте несомненный интерес представляет система противоэрозионных, агротехнических мероприятий, направленных на задержание и аккумулирование стекающей вода и увеличение интенсивности впитывания задерганной воды почвой.

Наиболее эффективным приемом противоэрозионной обработки почв на склонах большой крутизны, способствующим сохранению продуктивной влага, накопленной за счет осенне-зимних осадков, является щелевание.

Существующие приспособления, предназначенные для нарезки целей на склонах-, засоренных кеинями, имеют рад недостатков технологического и конструктивного характера.

В связи с этим, изыскание и разработка технических средств для нарезки водозадерживающих щелей на каменистых склонах большой крутизны, является актуальной задачей, имеющей практическое значение.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка новой технологии и технических средств противоэрозионной обработки каменистых склонов большой крутизны.

В соответствии с поставленной целью выдвинуты следующие

задачи исследования:

- выявление основных направлений перспективных исследований по усовершенствованию технологических процессов и технических

'средств..противоэрозионной обработки каменистых почз на склонах;

- выбор и обоснование конструктивных параметров рабочего органа щелевателя; • .

- установление технологических и энергетических факторов, влияющих на процесс щелевания каменистых, почв-на склонах;

- проведение экспериментальных исследований по уточнения -результатов теоретических исследований, конструктивных параметров и резкиыов работы щелевателя;

- проведение хозяйственных испытаний экспериментального образца с целью установления эксплуатацисшо-экопоигаеских показа- • телей его работы.

Объект к место исследований. Объектом исследований является разработанный экспериментальный образец щелевателя в агрегате с трактором Т-130 ЦГ-1.

Исследования, проводились на "склоновых землях совхоза Нарек Арташатского района Армянской ССР, крутизной до 18°.

Методика исследований. Теоретические исследования проводились с использованием положений теоретической механики, математической физики и математического анализа. В экспериментальных исследованиях применялись метода планирования эксперимента, теории вероятностей.

Научная новизна. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований обоснованы профиль и рациональные параметры щелей в условиях каменистых склонов крутизной до 18°, отличающиеся профилем и наличием подгорного валика, увеличивающего в о до зад ерксив акцуи способность процесса при сравнительно низких энергозатратах.

Предложена конструкция рабочего органа щелевателя, разработана методика выбора рациональных параметров, "на основании кото-г рой определены основные конструктивные и эксплуатационно-технологические параметры машины.

Новизна технического решеяия>рабочего органа, подтверждена авторские свидетельствами СССР № 12425Э0 и $ 1238741.

Практическая ценность. Результаты исследований могут'быть, использованы при обосновании технологии, расчетах и проектировании малины для нарезки щелей на каменистых склонах крутизной до

18°. Эффективность предложенных методов расчета параметров рабочего органа проверена на разработанном в АрмСХИ, при непосредственном участии автора^экспериментальном образце щелевателя.

Нарезанные щели могут быть использованы под посадку многолетних насаждений.

Реализация рззультатов исследований. По результатам исследований в АрмСХИ спроектирован и изготовлен экспериментальный образец щелевателя, который прошел государственные испытания и рекомендован к выпуску опытной партией.

Материалы диссертации используются во ВНИИНМ (Ц.О.Блесхоз-маш) Госком СССР по лесному хозяйству при проектировании нового образца горного щелевателя, а также' в ГСКГБ НПО "Армсельхозмеха-низация" при разработке и изготовлении "Противоэрозионного рыхлителя РЗН-З". Разработанный образец щелевателя прошел такие, широкие хозяйственные испытания в хозяйствах Шамяадикского района Армянской ССР.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы, ее отдельные положения докладывались и обсуждались на заседании НТС секции механизации и электрификации с/х КСХ Армянской ССР (1984г.); на совместном»заседании кафедр с/х машин, растениеводства и ЭМТП АрмСХИ (1984г.); на заседании отдела механизации растениеводства на склонах и каменистых ■ почвах АрмНШМЭСХ, а также на заседаниях ученого совета АркЯХИ в период 1987-1988 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано , пять научных трудов, из них -два изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений .

Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 12 таблиц. Список использованной литературы включает 141 наименований, в том числеЯ1-на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность работы и приведены основные положения, выносимые на защиту.

.В первой главе^ диссертации изложено современное состояние вопросов, дан краткий обзор и сравнительная оценка существующих

технологий и технических средств механизации процессов противо-эроэионной обработки почв, сформулированы цель и задачи исследований.

Установлено, что обычные приемы агротехники применяются для задержании влаги к борьбы с эрозией лишь на склонах крутизной до 2°. На склонах большей крутизны почвозалдетная эффективность обычных агротехнических приемов снижается и здесь они должны дополняться более эффективными противоэрозионными приемами, которые объединены в группу агромелиоративных мероприятий. Мероприятия по борьбе с водной эрозией направлены на ирключение появления сквозного стока и стока по длине склона путем ограничения и направления его по безопасным, в эрозионном отношении, каналам.

Обзор исследований показывает, что одним из самых эффективных приемов регулирования стока воды на склонах большой крутизны, повышения водопроницаемости пахотного и подпахотного слоев является щелевание почвы.

Анализ технологически разработок последних лет выдвигает следующие наиболее перспективные направления формирования проти-воэрозионных щелей на склонах большой крутизны:

- наличие Еалика на поверхности склона с подгорной •.тороны щели с обязательным выполнением в нем водопроводных канальцев;

- наличие Еалика с подгорной стороны;

- формирование профиля щели таким образом, чтобы в верхней части он был уже, че:.: в нижней, что предотвращает быстрое испарение аккумулированной влаги;

- уплотнение нижней части стенок щели, для обеспечения выполнения его функций кротовины;

- создание механической связи подгорного валика с поверхностью склона для противостояния стекающей воде.

Разработке теории технологических процессов противоэрозион-ной обработки почв, созданию и исследованию конструкций средств механизации посвящены труды А.И.Бужаха; М.Н.Заславского; Л.Е.Во-ропшна; Н.Г.Осеннего; В.К.Подгорного; Н.Гудзона; И.А.Гайшука; Е.В.Грызлова; Ш..М.Григоряна; В.В.Докучаева; П.С.Захарова; О.Г. Котляроеа; И.А.Пабата; В.И.Уродоьа; Е.М.Хайзерука; К.В.Алексап-дряна; А.А.Гаспаряиа; К.Г.Караханяна и др.

Обзор существующих конструкций технических средств проти-

зоэрозиснкой обработки склоновых земель показывает, что в нашей стране и за рубежом щелезатели все еще несовершенны в силу ряда общих недостатков рабочего органа. Так, образование щелей с двухсторонними валиками связано с излишними энергозатратам, уменьшением объема водозадержания, низкой надежность» на каменистых склонах. Отмоченное является следствием недостаточной изученности и обоснованности конструкций рабочего органа и его основных параметров.

Во второй глазе диссертации проведено теоретическое исследование технологического процесса щелевания. В результате определены основные параметры рабочего органа цалевателя и режимы его работы.

На ряс. I приведена схема рабочего органа щелевателя - стойки и долота. Долото выполнено в виде поворачивающейся призмы, основанием которой является треугольник, одно ребро которого выполнено наклонным к двум другим и со стороны"этого ребра грани призмы усечены наклонной плоскостью. Для получения искомого поперечного профиля образуемой цели необходимо изменять наклон передней режущей грани долота в ту или другую стороны относительно стойки рабочего органа.

Рис.1. Схема к определению угла поворота долота.

Величина угла поворота долота определяется по выражении

J 1 о

& ■

где Л - конструктивный угол заострения режущей грани долота; =45°- оптимальный угол заострения ражущей грани долота;

® - угол внутреннего трения грунта.

.Из выражения (I) видно, что величина угла поворота долота, и,следовательно,профиль поперечного сечения щели, зависит только от угла наклона 9 боковых- граней грунтовой призмы. Последний .же при наличии однотипного грунта всецело зависит от его физико-механических свойств.

Крутизна склона влияет также на технологию производства щ< лей, в частности, на'глубину щелзвания.

Необходимость изменения глубины обработки в' зависимости о' уклона местности обусловлена во многом объемом грунта, участвую щего в процессе щолевания» Последний является вага ¡ям фактором и в образовании подгорного ьалика, имеющего определяющее значение в задержании стеаавщей по склоку воды.

Заглубление или выглубление рабочего органа всецело завис от углов внутреннего трения грунта и определяются соответств; но следующи/и выоаяениями:

/ Ны>~£(соз в - со* 5'" 20 ^ос] а

м, = >

соь0

где Ь, - величина выглублениа стойки рабочего органа щелеьателя Ь2- величина заглубления стойки рабочего органа щелевателя а- угол наклона склона к горизонту.

Из зависимостей очевидно, что при К. ~ С значения ^г отри тельные,что соответствует заглублению стойки рабочего органа.1-чиная с 6 =35° ьсе значения Л имеют положительные значения, г с увеличением угла внутреннего трения грунта 0 при значениях ОС?10° стойку рабочего органа необходимо постоянно выглублять

Исследования показали, что создание валика на склоках к тизной до 6° только с подгорной стороны практически нецелесоо разно.

Определены величины установки рабочего органа на соотве ствуацую глубину обработки в зависимости от углов <х. и О".

Для определения водозадергкивалцей способности валика, т.е. высота в зависимости от характеристик грунта и местности,необходимо определить объем разрыхленного рабочим органе.».! грунта, а при плоской задаче надо знать поперечное сечение ¡¡¡ели.

На рис. 2 приведена схема к определению поперечного сечения зоны разрушения. Она имеет форму четырехугольника, которой превращается в трапецию при равенстве углов внутреннего трения грунта и уклона 9 = ос.

Увеличение угла склона ос отрицательно сказывается на проведении протквезрозиокных мероприятий, так как увеличивает скорость, а,следовательно,и энергию стекающего потока, направленного на смыв земляного валика. С увеличением угла склона увеличивается объем разрыхленного грунта, что увеличивает высоту и сирин2/ валика и, естественно, водопоглощение.

Величина площади трапеции, полученной при выглублении определяется по выражению:

а площадь трапеции при заглублении:

Рис.2. Схема-к определении поперечного сечения зоны разрушения

q Икр c0s(26-cc) г Sinf26-0c) ni cos(20-oc)tq<x.

2cos& L ~cos© Нкрё05в J> 10

где HKp - критическая глубина обработки; В - ширина долота.

В выражениях (4) и (5), определяющих площадь поперечного -чения щели переменными величинами являются 9 , а, Н и В. 'Гак как щелевание есть форма безотвального глубокого рыхления, то велич Н практически будет иметь постоянное значение, в особенности пр работе на склонах крутизной о£ =18°, тогда как ширина долота в зависимости от физико-механических свойств грунта будет постоян меняться в пределах 10-20 см.

Имея площадь поперечного сечения щели, в зависимости от п раметров среда и рабочего органа, можно определить высоту .валик по формуле:

Р - 2 ST (Кры-i) (б

С 0,+Ь

где Q - основание трапеции; Кр^ - коэффициент разрыхления гр; та.

Практической площадью поперечного сечения призмы разрыхле кия будет

J_i__

2cos2© cosa2

Определяемая площадь Snp должна обеспечить поглощение на од ном погонном мэтре щели максимального количества осадков.

Исходя из вышеизложенного можно заключить, что для сбразо ваиил земляного валика на склонах, при щелевании с подгорной ст роны щели необходимо подгорную грань призмы разрыхления совмес титъ с нэдгорной гранью стойки щелевателя: Для получения максимальной величины высоты валика в зависимости от угла склона и внутреннего трения грунта необходимо заглублять стойку рабочег органа.

Динамические качества агрегата в значительной мере продол деляат его эксплуатационные и агротехнические показатели.

Одним из основных агротехнических приемов процесса щелева ния является проведение щелей строго по горизонталям склонов, т как малейшие отклонения агрегата от горизонтали приводят к возн новению селевых потоков и смыву почвы.

Обеспечение горизонтальности щелей на склонах обусловлено

пр= И''?1П(ХЯП28 и-ьнье. <?

равляемостью и устойчивостью движения агрегата. Поэтому для обильной характеристики управляемости необходимо определить руктуру передаточных функций гусеничного трактора Т-130 МГ-1 к объекта управления и выявить зависимость кинематических пара-гров от режимов и условий работы. Зная закон изменения координат, кно определить характер изменения любого выходного параметра аг-гата (рис.3).

Рис.3. Схема сил и моментов, действующих на агрегат в процессе движения.

Управляемость агрегата можно характеризовать величиной и актером изменения отклонения траектории точки А/ следа рабо-•о органа щелевателя от заданного направления, т.е. от горизон-1ей склона в направлении оси у

ДУ = /У«г-Уг/, | Д У - величина отклонения траектории точки N от горизон-:ей в направлении оси У ; Уг= ¥(*г) - кривая горизонтали скло-Ущ=?(Хш) - фактическая траектория щели.

Динамика поворота целевательного агрегата анализируется нципом Даламбера.

С учетом вышеизложенного, используя кинематические и гео-рические связи динамики агрегата, уравнение движения щелевая можно представить в операторной форме

+ С-2Ир5та н- РКр [(Пиа-+Пк)Ч'с*о]} , (8)

где К,- коэффициент пропорциональности механизма; Мг >Аз - постоянные времени; X - статический коэффициент сопротивления повороту; V - скорость агрегата; Пе,- расстояние от центра масс трактора до точки пересечения оси щелевателя с осью механизма навески в нейтральное полокенаи; дРк^л^- прирзцзнин касательной силы тяги соответственно на левой и правой гусеницах; С - вес агрегата; Пц.д— емзщлшз центра даглек;;я от центра тялести; П'« - расстояние от центра тягает:; трактора до точки приложения крюковой нагрузки на продольной оси нь-хаь'кзма нивесха; й - боковое смешение аеханазмз навэскк; Е - ьодся трактора; крюковая нагрузка; ОС - угол наклона продольного а поперечного склепов.

II = .

X~тт~~ оператор дпфференцироьэкия:

к, = -Е-У. А;* л/& я^Ш^М^п^У^

1 2Н' ' Н ' " н >

Н = К£\/ - т П,-, 9 .У2^ +• ПК)(Ь +П6) ,

Ку - - соп:~Л

Ч>1

где Кс - коэффициент ирепордконзльнвети; - приведенная цае-

са агрегата :: г.'.омент инерции его относительно вертикальной оси, про-ходгшеп через центр тяжестя; . & - расстояние иекду точкой В и центром сопрот;::,хен;:я целевателн; ^ - - угол между направлени-еи крюковой нагрузки и продольной осью трактора; - угол поворота трактора; - угол поеду продольными осями трактора и щелевателя при прямолинейной установпвзецоя движении.

Касательные силы тяги из левой и правой гусеницах Рк< и Рк2 можно выразить в виде суммы реевдий почвы при отсутствии управляющих воздействий и приращения.

Рк, = Рк, о + Д Рк,

Рк2= Рк20 + др ко-

Уравнение (8) решалось на ЭВМ "Наири-2".

Достоверность аналитического описания управляемости подтверждена экспериментальными исследованиями. Минимизируя лУ получены оптимальные геометрические параметры агрегата: б =270 см; Пк*230 см; <-Р =0,5.. .1°.

В третьей главе диссертации приведены программа и методика экспериментальных исследоЕелий. Экспериментальные исследования проводились с целью подтверждения достоверности результатов теоретических исследований с обоснованием и уточнением основных параметров и ре;яимов работы ¡целевания по следующей программе:

- изучение влияния основных параметров рабочих органов и ре-яимов работы кабины па технологические и энергетические показатели выполняегслс операций;

- определение качественных, технологических и энергетических показателе!! цзлевания в зависимости от режимов работы машины;

- определение злпяния крутизны склона и отклонения траектории двпт.;ния агрегата от горизонт,алей на водооадерживающую способность цели;

- проведение полевых экспериментальных исследований для выбора рациональных параметров машины с технико-экономическим обоснованием;

- проведение хозяйственных испитаний длл определения агротехнических, энергетических, технико-эксплуатационных показателей и их соответствия предъявляемым требования*;

- проведение ведомственных и приемочных испытаний с обоснованием целесообразности использования разработанной машины в производственных условиях.--

Для проведения полевых исследований о&л составлен агрегат в составе трактора Т-130МГ-1 и экспериментального образца щелева-теля.

Целеватель (рис.4} состоит из раг^г I, рабочего органа 2, гидроцилиндров 3 и 10, двух опорн;.г< лолес 4 с механизмом регулирования глубины целевания 5, у.ъг^млогя поворота с фиксатором долота 6 и осью долота 8.

Сварная рака а;елеьателя состоит из двух продольных и трех поперечных балок. К передней части par.ii приварены два подкоса и

раскос 7 для подсоединения щелевателя к навеске трактора 9. К раме шарнирно подсоединен рабочий орган, вертикальное положение которого устанавливается с помо1цью гидроцилиндра.

Рис.4. Кинематическая схема экспериментального образца щелевателя.

Угол атаки долота в поперечной плоскости регулируется с помощью гидроцилиндра 10. Перед началом работы агрегат занимает соответствующую горизонталь. С помощью гидроцилиндра 3 стойка рабочего органа устанавливается в вертикальном положении с соответствующим углом атаки долота. Исследования проводились для 4-х типов долот с различными шириной захвата и углом заострения.

Участки для проведения полевых исследований с различными уклоном местности и каменистостью выбраны согласно ОСТ 70.4.1.

Эксперименты с указанными типами долот проводились при следующих скоростях трактора: V «0,7; 0,83; 0,95; 1,15 и 1,4 ц с1 и установочных глубинах щелевания: И»40, 50, 60 см.

Для уточнения оптимальных параметров и режимов работы машины проведены измерения фактической глубины щели, площади поперечного сечения щели и валика, скорости агрегата, энергетических показателей, угла мецду заданным и действительным направлениями движения я крена машины.

Обработка опытных данных проводилась математическими методам!', базирующимися на теории вероятностей случайных процессов

и многофакторном анализе.

В четвертой главе диссертации приведен анализ результатов экспериментальных исследований.

Качественное состояние щелевания характеризуется совокупностью факторов (физико-механический состав почвы, влажность, плотность, засоренность камнями и др.), численные значения которых могут непрерывно изменяться в широком диапазоне.

При разработке рабочего органа необходимо располагать информацией о степени влияния каждого фактора, или их совокупности: на качество выполнения технологического процесса.

К числу входных факторов, воздействующих на рабочий орган относятся: рабочая среда, режимы работы, конструктивные параметры машины и ее рабочего органа.

Целью исследования является установление функциональных зависимостей энергетических и качественных показателей щелеватиля от ряда конструктивных и эксплуатационных параметров и выбор такого рабочего органа, который можно рекомендовать в производство.

Одной из задач факторного планирования является поиск математической модели изучаемого процесса.

На основе теории размерности, а также выбрав -за базис переменные ¿14 , V , <3 можно представить математическую модель в следующем виде:

4 -л & .-§-' ' »>

где И - глубина хода щэлевателя; б - ширина долота; « - длина долота; V - скорость агрегата; О - твердость почвы; ^ - ускорение силы притяжения; у - угол атаки долота; £ - угол наклона долота; У - угол заострения долота; £ - каменистость почвы; ОС -. угол наклона местности; в - высота Еалика; поперечное сечение площади щели.

Цель экспериментов состояла в определении численных значений коэффициентов уравнения регрессии. Наиболее целесообразно использовать для определения коэффициентов дробный факторный эксперимент 1/16 - реплику полного факторного эксперимента Для этого понадобится 16 уравнений. Коэффициенты этих 16 уравнений с шестнадцатью неизвестными были вычислены на ЭВМ.

Для нахождения оптимального значения факторов, минимизирующих функцию отклика, был использован градиентный метод, исследо-

вана вся область изменения функции и найден набор факторов, т.е. оптимальные (глубина щелевания Н-59 см; скорость агрегата =1,4 НС'-1; твердость почвы (2=21 кгс/с:?; камешстость почвы С -=110 т/га; угол атаки долота у =36°; форма долота 6 =22 см; а= =30 сиу/' =76°'; угол наклона долота^ =44°).

Другим ограничителем функции отклика явилась площадь поперечного сечения щели, которая согласно агротехнике равна 720-1080 о/. Полученное уравнение дает значительную информацию. Результатами опытов установлено, что с увеличением скорости щелевания 0,7т1,67'ыс , тяговые сопротивления у всех типов долота увеличиваются 1,2+1,3 раза, т.е. от 35 до 50 кН и влияние минимальных и максимальных уровней факторов является значительным:порядка 10+20 %.

Для правильного выбора конструктивных параметров необходима информация о величинах и характере внешних воздействий на агрегат.

Дисперсия тягового сопротивления щелевателя увеличивается в 2-3 раза с увеличением скорости агрегата от 0,7 до 1,4 мс~* и на 22$ с увеличением глубины щелевания от 40 до 60 см.

Статистический анализ процессов при работе щелевателя показал, что почти во всех выходных процессах наблюдаются стабильные низкочастотные колебания, не превышающие спектр частот да^з на несколько повышенных скоростях агрегата - до 1,4 мс~^. На основании данных по статистическим характеристикам процессов можно заключить, что конструктивные параметры машины и навески выбраны правильно.

Одним из основных характеристик щелевателя является водо-задерживащщая способность мероприятия, характеризующаяся высотой валика, глубиной щелевания и площадью поперечного сечения щели.

По результатам экспериментальных исследований средняя высота валика (по агротехническим требованиям более 20 см) с увеличением скорости уменьшается, и это уменьшение более интенсивно при щелевании крутых склонов. Так, с увеличением скорости агрегата от 0,7 до 1,4 мс~* при крутизне склона а =45° высота валика уменьшается в 1,12 раза, а при ос, =16-18° - в 1,54 раза. Разброс высоты характеризуется коэффициентом вариации. Так, с увеличением скорости агрегата от 0,7 до 1,4 мс коэффициент вариации увеличивается от 19 до 28 %. С другой стороны, с увеличением крутизны . склона от 4 до 18° при скорости 1,4 мс~* увеличивается дисперсия изменения высоты валика 1,8 раза.

Анализ результатов опытов, определяющих зависимость высоты

валика от углов атаки различных типов долота дает следующую картину. Максимумы высоты валика для Есех типов долота соответствуют углу атаки 45°.

Из опытов вытекает также, что на среднюю высоту валика каменистость почвы не влияет. Однакц с увеличением каменистости ухудшается равномерность высоты валика.

Важными качественными показателями щелевания являются также равномерность глубины щелевания, характеризуемая математическим ожиданием и дисперсией, и коэффициент, определяющий отношение действительной глубины щелевания на установочную. Опытные данные показывают, что действительная глубина щели приближается к установочной при скоростях агрегата з пределах 1,154-1,4 мс~^.

С увеличением скорости агрегата равномерность глубины щели улучшается (дисперсия уменьшается в 3-4 раза), что объясняется устойчивостью движения агрегата.

Водозздеркивающая способность щели во многом зависит от площади поперечного сечения. Увеличение площади поперечного сечения щзли хотя и улучшает ее водозадершвающую способность, но увеличивает энергетические затраты агрегата. Оптимальная площадь поперечного сечения щели находится в пределах 600-900 см^. Эксперименты показывают, что с увеличением скорости агрегата от 0,7 До 1,4 мс"* у всех типов долота площадь поперечного сечения уменьшается в среднем на 7-95?. По результатам проведенных исследований и данных гидрометеослужбы для предгорной зоны Армянской ССР построена номограмма зависимостей глубины щели Н, расстояния ме.тду ними Ь от интенсивности Я и продолжительности t осадков при различных крутизнах.склонов а , приведенная на рис.5.

Исходя из условий работы щелевателя, можно выбрать основные рациональные параметры щелевания.

Устойчивость управляемого движения характеризуется математическим ожиданием т^ , дисперсией ¿>& , корреляционной функцией и спектральной плотностью изменения отклоненияй(1) рабочего органа щелевателя от требуемого направления движения, т.е. от горизонталей склона 'д

Во всех экспериментах наблюдалась тенденция увеличения отклонения щелей от горизонталей с увеличением скорости агрегата, т.е. ухудшалась курсовая устойчивость агрегата. Так, с увеличением скорости агрегата от 0,7 до 1,4 ыс отклонение математиче-

кого ожидания увеличивается в I,4 раза, а дисперсия Аз уменьшается в 1,5+2 раза, т.е. равномерность несколько улучшается.

Рис.5. Номограмма зависимостей Н, Ь от Я и t при различных ос.

Курсовая устойчивость агрегата ухудшается также с увеличением крутизны склона. Так, с увеличением последней от 4 до 18° увеличивается в 1,5 раза, а Лд - в 1,7 раза. С увеличением каменистости до 68 м3/га гпд увеличивается на 11+13%, а доверительные интервалы расширяются, т.е. улучшается равномерность движения, что объясняется частотой и беспорядочным воздействием камней на агрегат.

При изменении скорости агрегата, помимо случайной части, имеются периодические составляющие, причем значения частот, при которой спектральные плотности имеют наибольшее значение, колеблются в пределах 4,4+7,1 мс~* и основной спектр дисперсий заключен в диапазоне частот 4,5+6,5 с-*. С увеличением крутизны склонов основной спектр частот перемещается в большую сторону. Таким образом, если принять процесс йЦ) выходным, то можно отметить удовлетворительную переработку внешних воздействий агрегатом, и, в целом, щелевательный агрегат практически сохраняет свои копирующие свойства в данных полевых условиях.

В пятой главе диссертации приведена экономическая эффективность щелевателя каменистых склонов. Полученные эксплуатационные

показатели•машины легли в основу расчета ее экономической эффективности. Установлено, что по сравнению с рыхлителем Ш-80Б при щелевании каменистых склонов большой крутизны, годовой экономический эффект разрабатываемой машины составляет 1980 руб.

общие вывода И заключения

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы и заключения:

1. Щелевание является наиболее эффективным способом борьбы с водной эрозией почв на каменистых склонах крутизной до 18°.Между тем, существующие к настоящему времени рабочие органы для нарезки щелей нэ удовлетворяют агротехническим требованиям противо-эрозионной обработки почв на склонах;

2. Анализ существующей научно-техничсской и патентной литературы показал, что в насей стране и за рубежом щелеватели все еще несовершенны в силу ряда недостатков рабочего органа. Образование щелей с двухсторонними валиками нецелесообразно, это приводит к увеличению энергозатрат и уменьшению объема водозадерзкива-кия;

3. Наиболее перспективным направлением формирования проти-всэрозиошшх щелей на склонах большой крутизны следует считать создание валика на поверхности склона только с подгорной стороны щели;

4. Проведен теоретический анализ разработанного рабочего органа для нарезки щелей и на его основе установлены оптимальные параметры машины •,

Применен - метод многофакторного анализа для экспериментального определения оптимальных параметров и ркхимоз работы ще-левательного агрегата, основными из которых являются: глубина ще-левакия (Н=59 см), скорость агрегата (V =1,4 м с"1 угол атаки • долота ($"=36°), угол наклона долота (3=44°), параметры долота (5=22 см, О =30 см,у =76°);

5. Анализ энергетических показателей свидетельствует о том, что влияние минимальных и максимальных уровней на тяговое усилие агрегата значительно и составляет 10+20 %;

Дисперсия тягового сопротивления щзлевателя увеличивается в 2+3 раза с увеличением скорости агрегата (т.е. от 0,7 до 1,4 м с?); и на 22 % - с увеличением глубины щели (т.е. от 40 до боем).

С точки зрения удовлетворительной динамичности изучаемого процесса, оптимальной скоростью агрегата является V =1,15-1,4мс-*;

6. Установлено, что водозадерживающая способность прямо зависит от- высоты валика на подгорной стороне щели, глубины и площади его поперечного сечения.

С увеличением скорости агрегата от 0,7+1,4 м с*и при крутизне склона <Х=4+5° высота валика уменьшается в 1,12 раза, а при крутизне сХ. =16+18° указанная высота валика уменьшается в 1,54 раза.

Максимальная высота валика для всех типов долот обеспечивается при угле атаки долота ^=45°.

Действительная глубина щели приближается к установочной при скоростях в диапазоне от 1,15+1,4 м с"? С увеличением скорости агрегата от 0,7+1,4 м "с'для всех типов долот площадь поперечного сечения щели уменьшается на '7+^1.

7. Расстояние между щелями с учетом интенсивности и продолжительности осадков на склонах различной крутизны с достаточной для практических расчетов точностью определяется по построенной (рис.5) номограмме;

8. Устойчивость управляемого движения агрегата характеризуется математическим ожиданием т , дисперсией ¿) , корреляционной функцией/^ и опектральной плотностью изменения отклонений рабочего органа щелевателя от горизонталей склона, при этом:

- с увеличением скорости агрегата от 0,7+1,4 м с1и при крутизнах склона от 4+5 до 16+18° курсовая устойчивость заметно нарушается;

- с точки зрения обеспечения курсовой устойчивости щелева-тельного агрегата наилучшей характеристикой обладает долото типа

д.

- с изменением условий и режимов работы щелевателя в исследуемых диапазонах значений параметров агрегат практически сохраняет свои копирующие свойства;

9. Годовой экономический эффект от использования одного щелевателя составляет 1980 руб.;

10.Разработанный по итогам настоящего исследования щелева-тель Щ-1 прошел государственные испытания на Армянской МИС и рекомендован к изготовлению опытной партией (протокол № 3-2286 (8006100). Конструкция щелевателя защищена авторским свидетель-

ством СССР № I23874I.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. О некоторых вопросах технологического процесса ¡целевалия склонов. Известия сельскохозяйственных наук Госагропрома Армянской ССР. I9S5, № 2. •

2. Щелеватель каменистых склонов. Информационный листок.АрмИЖГИ, 1937.

3. Обоснование оптимальных параметров рабочего органа щелевателя и режимов его работы. Агропром: "Наука и производство", № 3 (350), Ереван, 1987. у

4. A.C. № I23874I (СССР). Орудие для' щелевания склонов/в соавторстве ). ' - р/рг l'<V■ L^fCcti/ vClSicb. & tuAj.к^

5. A.C. № 1242590 (СССР), Рыхлитель (в соавторстве). rftcplioi