автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии обработки почвы в рядах слаборослых садов поворотной фрезерной секцией

РГ ь од

На правах рукописи

Манаешсов Константин Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В РЯДАХ СЛАБОРОСЛЫХ САДОВ ПОВОРОТНОЙ ФРЕЗЕРНОЙ СЕКЦИЕЙ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических паук

Мичуринск - 1997

Работа выполнена на кафедрах «Тракторы и сельхозмашины», «Механизация и электрификация животноводческих ферм» Мичуринской государственной сельскохозяйственной академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

А.И. Завражнов

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Б.Н. Емелин - кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Н,М. Соколов

Ведущее предприятие- Всероссийский научно-исследовательский

институт садоводства им. И.В. Мичурина (г. Мичуринск)

Защита диссертации состоится ^ »1997 г. в ^ часов

на заседании диссертационного совета Д 120.04.01 при Саратовском государственном агроинженерном университете по адресу: 410740, г. Саратов, ул. Советская, 60, СГАУ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан „ ¡997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н., профессор ¿\^о.ьчлМ Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из причин кризисного состояния адоводства, как отмечалось на Всероссийском совещании (Мичуринск, вгуст 1995 г.) руководителей МСХиП РФ, представителей РАСХН, НИИ i производства по проблеме «Анализ состояния и пути развития отрасли», вляется не надлежащее выполнение агроприемов по уходу за плодовыми асаждениями.

В межствольных полосах располагается более 50%, а в слаборослых адах около 90% корневой системы плодовых деревьев. Засоренность 1ежствольных полос снижает урожайность на 20-25%, приводит к потерям о время уборки и исключает возможность применения плодоуборочных [ашин. В то же время эти полосы являются наиболее руднообрабатываемыми элементами междурядий, требующими пециальных машин. В настоящее время промышленность такие машины е выпускает. Поэтому разработка и обоснование параметров устройства ля выполнения данного технологического процесса имеет актуальное начение.

Работа выполнена по договору с МСХиП РФ на тему: "Разработать [ашину для обработки межствольных полос в садах", в соответствии с ланом НИР Мичуринской ГСХА (per. № 01.9.20 00 6573).

Цель работы. Совершенствование технологического процесса бработки почвы в рядах слаборослых садов путем использования ертикально-фрезерных рабочих органов, обеспечивающих обход пгамбрв деревьев за счет реакции их с почвой.

Объект исследования. Технологический процесс обработки ежствольных полос в саду машиной ,с поворотной вертикально-резерной секцией.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились етодами теоретической механики и численного моделирования (методом йлера) процесса обработки почвы в ряду деревьев с использованием [ЭВМ. В экспериментальных исследованиях нашли применение

вариационная статистика и математическая теория планировани эксперимента. Обработка результатов исследования осугцествлялас методами регрессионного анализа.

Научная новизна. Обоснован процесс обхода штамбов деревье поворотной секцией от реакции рабочих органов с почвой. Разработан методика оптимизации кинематики и динамики секции при обход штамба, обоснованы параметры и режимы работы рабочих органов учетом качественных показателей технологического процесса. Предложе подход, упрощающий подбор системы машин для обработки почвы садах.

Практическая значимость. Разработана машина для обработк межствольных полос в слаборослых садах с обходом штамбов деревьев о реакции рабочих органов с почвой (положительное решение по заявк 93010587, патент № 2075269). Методика оптимизации кинематики динамики поворотной' секции может использоваться при проектнс конструкторской разработке машин данного назначения. О; сноваинь параметры машины позволяют значительно упростить подбор систем машин для обработки почвы в садах и снизить энергозатраты на 15% -сильнорослых и почти на 30% - в слаборослых садах при содержани междурядия под черным паром.

Реализация_результатов_исследований. Предложении

технологический процесс обработки межствольных полос проше производственную проверку в слаборослых садах учхоза «Комсомолец Мичуринской ГСХА По материалам исследований разработан рекомендации «Обработка межствольных полос в садах поворотнс секцией с вертикально-роторными рабочими органами», рассмотренные одобренные на НТС МСХиП РФ (протокол №8 от 10 сентября 1996 г. Технические разработки и материалы исследования приняты отдело механизации Всероссийского селекционно-технологического институт садоводства и питомниководства (г. Москва) для заводского изготовлен» машины на опытном заводе. Совместно с сотрудниками отдех

юханизации ВСТИСП разработаны исходные требования и техническое адание на машину.

Апробация. Основные материалы диссертационной работы окладывались на научно-технических конференциях Мичуринской ГСХА 1994, 1996 г.г.), Санкт-Петербургского ГАУ (1995 г.). Воронежского ГАУ 1995 г.). Тамбовского ГУ (1995 г.). Саратовского ГА'У (1997 г ), Обпязеи ашины демонстрировался на Всероссийском совещании по садоводству 1995 г.) и НТС МСХиП РФ (1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, том числе патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из ведения, шести разделов, общих выводов и рекомендаций, списка итературы и приложений. Изложена на 110 стр. машинописного текста, эдержит 42 рисунка, 27 таблиц, 16 приложений. Список использованной итературы включает 111 наименований, из них 24 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, отмечены особенности таборослого садоводства и изложены основные положения, выносимые а защиту.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Приводится анализ существующих систем содержания почвы в еждурядьях садов, показана значимость содержания межствольных полос рыхлом и чистом от сорняков состоянии. Дается классификация по азличным признакам известных устройств для данного технологического роцесса и показан современный уровень инженерных разработок. Из эльшой группы технических средств выделены устройства с пассивными активными рабочими органами. Как правило, общим для них является зличие механизма для принудительного ввода-вывода рабочих органов з ряда при обходе штамбов деревьев. Установлено, что вертикальные резы обладают рядом важных преимуществ и являются наиболее

перспективным рабочим органом выдвижных секци почвообрабатывающих машин данного назначения.

Значительный вклад в разработку анализируемых технически решений внесли Беренштейн И.Б., Герасимов Н.И., Жилицкий Я.З Мостовский В. Б., Паламарчук Г.Д. Следует отметить работы зарубежны авторов Даскалова Д., Ковачева С., Мирасчева Б. (Болгария); ВагакН в Оаврагейо Е., РеШа О. (Италия); НиЬпег (Германия) и других.

В результате анализа литературных источников и предварительны экспериментов предложена схема устройства доя обработки межствольны полос, обеспечивающая обход штамбов деревьев от реакции рабочи органов с почвой, то есть без механизма принудительного вывода рабочи органов из ряда и ввода их в ряд при обходе штамбов ( рис. 1).

Рис. 1. Машина для обработки почвы в ряду счаборослых деревьев (а- вид сзади, 6 - вид сверху,

1 - рама; 2 - параплелограмный механизм с навесным устройством; 3 - поворотнь, корпус; 4 ■ фрезерный барабан; 5,6 ■ карданная передача; 7.8 - конический редуктор; 9 ременная передача; 10 - зубчатая передача; 11 - упор; 12 ■ фиксатор; 13 - опорное колеа 14-щуп

Машина имеет раму 1 с параплелограмным механизмом 2 и навесным устройством, на конце которой закреплен с возможностью поворота вокруг центральной оси корпус 3, .на выходных валах которого смонтированы вертикальные фрезы 4 с L-образными наружнозагнутыми ножами. Привод фрезерных барабанов осуществляется от ВОМ трактора посредством карданных передач 5 и 6, конических редукторов 7 и 8. ременной передачи 9 и размещенной в корпусе зубчатой передачи 10. Зубчатая передача обеспечивает одностороннее вращение фрезбарабанов -против часовой стрелки на виде сверху. Корпус снабжен двумя упорами 11, взаимодействующими с фиксатором 12, который управляется щупом 14. Машина оборудована опорным колесом 13.

В процессе работы агрегат движется по середине междурядия. Правая половина корпуса 3 находится в линии ряда деревьев с некоторым перекрытием последнего. При касании щупа 14 штамба дерева фиксатор 12 освобождает упор 11 левой половины корпуса. Под действием реактивного момента, направленного противоположно направлению вращения фрезбарабанов (по часовой стрелке на виде сверху), корпус поворачивается, обходя дерево. После схода щупа со штамба упор правой половины корпуса удерживает его от поворачивания. У следующего дерева цикл повторяется. Опорное колесо 13 предназначено для изменения глубины обработки. Полная обработка межствольной полосы (с наличием некоторой защитной зоны у штамба) происходит за два смежных прохода агрегата.

В этом разделе поставлена цель работы и намечены для решения следующие задачи:

- изучить условия работы (агрофон) в межствольных полосах слаборослых садов, включая размещение деревьев в ряду и некоторые физико-механические свойства штамбов;

- обосновать конструктивные параметры машины и провести теоретическое исследование возможности обхода штамбов деревьев рабочими органами за счет взаимодействия их с почвой;

-6- выявить зависимость качественных показателей обработки почвы машиной от параметров и режимов работы рабочих органов;

-' изготовить макетный образец машины и на его базе провести проверку основных теоретических положений;

- провести проверку работоспособности опытного образца машины в производственных условиях и дать экономическую оценку ее использования.

2 НЕКОТОРЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРЕВЬЕВ В СЛАБОРОСЛЫХ НАСАЖДЕНИЯХ

Представлены методика и результаты исследования показателей,

имеющих прикладное значение для обоснования конструктивных и режимных параметров машины. Замеры проводились в учхозе «Комсомолец» Мичуринской СХА на яблонях сортов Синап северный, Антоновка обыкновенная, Уэлси, привитых на слаборослых полукарликовом 54-118 и карликовом 62-396 подвоях. Схемы размещения деревьев: 4...6 м между рядами, 1,5...3 м в ряду.

Исследованиями установлено, что размещение деревьев в рядах характеризуется отклонением от осевой линии, достигающим в зависимости от шага посадки 0,18...0,22 м, и отклонением штамбов от вертикали - до 16...20° соответственно у полукарликовых и карликовых деревьев. В результате в зоне прохода несущих конструкций машины для межствольной обработки почвы образуется полоса ряда.

Высота штамбов, определяющая габариты подкронового пространства, изменяется в пределах 0,24.,.0,65 м. Основная масса штамбов (68%) имеет высоту от 0,40 до 0,50 м. У 16% деревьев высота штамбов ниже 0,40 м, что не удовлетворяет агротехническим требованиям на ранее разрабатываемые машины. К 20-ти годам (срок амортизации слаборослых насаждений) диаметр штамбов достигает 0,28 м.

Допустимая удельная нагрузка на кору штамбов составляет 4,8 МПа. В то же время плодовые деревья в первые годы после посадки характеризуются слабой жесткостью на изгиб. Допустимая сила на щупе

ледящей системы в зависимости от диаметра штамба должна

отпасовываться с возможным отклонением последнего от вертикали.

При оценке прямолинейности движения агрегата вдоль ряда

[сследовались следующие способы ориентации: по штамбам и кронам без

казателя. по штамбам с помощью указателя, по маркерной линии.

Остановлено, что наиболее приемлемым является вариант движения с

■казателем. Среднее квадратическое отклонение агрегата от

грямолинейности в этом случае (при движении со скоростью до 4,5 км/час)

ге превышает + 0,065 м.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОВОРОТНОЙ ФРЕЗЕРНОЙ СЕКЦИИ

В предложенной схеме обход штамбов деревьев осуществляется от

>еакции ножей фрезбарабанов с почвой. При этом возможны два режима заботы: секция (поворотный корпус) зафиксирована относительно рамы машины (условие межштамбовой обработки); корпус расфиксирован и юворачивается относительно рамы на оси подвеса (при обходе штамба). 1ри этом для исключения повреждения деревьев требуется наличие 1екоторой защитной (необрабатываемой) зоны у штамба, величину соторой удобно характеризовать размерами вдоль и поперек линии ряда. Аз рис. 2 видно, что защитное расстояние поперек линии ряда Зр )пределяется по формуле:

Зр = Нш-5тУш+Дш/2 + Од + ба (1)

: ошибкой

а(Зр):

'1

'(5тУш -с(Нш))2 +(Ншсо5Уш -ст(Уш)Г + + (а(Дш)/2)2 4-(а(Од))2 +(а(Оа))2

(2)

Подставляя в формулы (1) и (2) средние значения высоты Нщ, диаметра Дш, угла наклона Уш штамбов, отклонения деревьев от оси эяда Од и агрегата от прямолинейности Оа, с учетом ошибки в их определении а, можно оценить величину защитного расстояния поперек

линии ряда, которая для исключения травмирования деревьев О вероятностью 99,7%) должна быть не менее Зр = Зр +Зо(Зр) = 0,42 м. Защитное расстояние по линии ряда определяется как

с ошибкой

о(3;) = Уш • + (2НШ соз?^(У^

При тех же условиях величина Зр должна составлять Зр + Зс(Зр) = 0,51 м.

Для избежания огрехов при смежных проходах агрегата необходимс перекрытие рабочими органами линии ряда Вп (см. рис. 2), равное отклонению агрегата от прямолинейности при движении. Учитыва* перекрытие, зная защитное расстояние поперек линии ряда и в силу симметричности секции относительно оси подвеса, можно определить требуемую ширину захвата рабочих органов:

Ш3 = 2(Зр + Вп) + Ш1;, (5)

где Шк - конструктивный параметр - ширина корпуса, выполняющего также роль защитного кожуха.

Ширина корпуса определяется диаметром фрезерного барабана по наружной точке:

Шк = с1б. (6)

-9В уравнении (5) два неизвестных: Ш.3 и Шк = с1б. Уравнение связи мгежду ними можно получить из условия кратности ширины захвата рабочих органов диаметру фрезерного барабана:

Ш,=к-а6> (7)

\де к - количество барабанов па корпусе.

Решая совместно уряиченвд можно определить зависимость

нирины захвата от количества фрезбарабанов и их диаметра. Не усложняя

сонструкцию, с точки зрения металлоемкости машины в целом, было

мешено разместить на корпусе четыре барабана диаметром ёб = 0,32 м .

Рис. 3. К обоснованию кинематики и динамики рабочих органов при обходе штамба Уравнение траектории точки ]-го ножа ¡-го ротора можно получить, 1тнеся движение секции к неподвижной системе координат ХБУ (ось БУ аправлена в сторону движения агрегата) (рис. 3):

Гхц = ^ • со5(Ф + ЛФ|) + г, • соколу

1 (8) [у8 = -I, ■ 81П(Ф + ДФ,) + 9П1 + Г, • 8шарц ,

■)е 1{ - расстояние от центра 1-го барабана до оси подвеса корпуса, м; ц - радиус точки 1-го барабана, м; Ф - текущий угол поворота корпуса, рад;

ДФ, - исходный угол поворота '1-го барабана относительно оси подвеса, рад; 9 п - поступательная скорость движения агрегата, м/с;

t - текущее время, с;

ctpjj - текущий угол поворота j-го ножа на i-м барабане, рад:

аРц=Фа + дФ*(.М) + Ф> (9)

где фР1 - начальный угол поворота i-го барабана, рад;

4ф¡ -разницауглов поворота соседних ножей на барабане, рад; j - порядковый номер ножа на барабане; ф - текущий угол поворота ножа, рад.

Дифференцируя уравнения (8) по времени, можно получить составляющие абсолютной скорости ножа (скорости резания):

Í8X¡; = -¡i -íl'SÍn(0+-A®i)-ri-(Di vsin a ¡: ^ . (10' [S yij = • d • соэ(Ф 4- ДФ;) + S n + r¡ • ю i ■ sin apjj,

где Q - угловая скорость поворота корпуса при обходе штамба, с-';

И - угловая скорость вращения i-го ротора относительно неподвижной системы координат, с-К

Сопротивление со стороны почвы на ноже вертикального ротор; можно представить в виде суммы сопротивлений отрезанию Ppa i отбрасыванию РОТб стружки:

Р„ ~ Ррсз ij + ^отб ij ~ C^ij + 2 P^v ^ рез ij ' (' '

íkl

где k¡j -удельное сопротивление (твердость) почвы, Н/м2: k¡j ^ (12

к) - удельное сопротивление необработанной почвы, Н/м2; к2 - удельное сопротивление обработанной почвы, Н/м2; р - плотность почвы, кг/м1;

kv - коэффициент, учитывающий распространение деформации в почве;

VpC3 ¡j - скорость резания, м/с;

Sj, у - площадь лобового сечения ножа, м2.

Суммарный момент, действующий на поворотный корпу относительно оси подвеса, определяется как (рис. 3):

М = 1[р,у-хи+рху(уу-V)], (13

- п

Р^, Руу - проекции реактивной силы на оси неподвижной системы координат, Н.

Представив корпус, на котором закреплены фрезы? в виде балки :сой ш и длиной Ь, вращающейся вокруг центральной оси с моментом :рции

J =

mli 12

(И)

кно получить систему дифференциальных уравнений движения секции I обходе штамба:

тсЮ

J— = М dt

^ dq>

— = Q; — = со dt dt

(15)

цение уравнений (15) (с использованием уравнений связи (8)-(14) ) годом Эйлера с нулевыми начальными условиями позволило эделировать процесс обработки почвы в ряду деревьев (рис. 4). С точки иия работоспособности машины представляет интерес величина пути, эходимого секцией при повороте на 180° (защитное расстояние по линии ia Зр), которая, главным образом, зависит от соотношения X окружной

юступательной скоростей рабочих органов (рис. 5). По математической цели построена зависимость изменения во времени мощности, ;ходуемой на фрезерование почвы (рис. 6). Необходимость

^ШЛ

МММ

'. 4. Траектории движения ножей поворотной секцией при обработке почвы в ряду деревьев

Рис. 5. Зависимость защитного расстояния по линии ряда 3' от кинематического

Р

показателя секции X: 1- теоретическая; 2- экспериментальная

Рис. 6. Зависимость изменения ео времени I мощности >1, расходуемой I фрезерование почвы

t ___

,---г —4__

i^z:

1 1 иг 1 -Г-,—'

К-----1

/ I- 71 ' i

та----L

0,03 0.D4 0,05 0,06 g „

Рис, 7. Зависимость подрезаемоспш сорняков П от количества ножей на барабане и ширины захвата ножа Ь0:1,2,3- теоретическая; 4,5,6- экспериментальная отслеживания того, где находится нож в обработанной или ь обработанной почве (см. формулу (12)), позволила проанализировал

висимость площади обработанных зон П от числа ножей на каждом »торе Ъ и их ширины захвата Ь„ (рис. 7).

Полученные результаты использованы при разработке макетной гановки фрезы для обработки межствольных полос.

4 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Приводится устройство макетной установки (рис. 8) и описание тодики исследования. Опыты проводили для проверки и уточнения:

Рис. Я Эксперименпиаьпый образец машины

- кинематики поворотной секции при обходе штамба (при этом ениваемыми параметрами были: величина оставляемого защитного ;стояния по линии ряда и его вариабельность);

агротехнических показателей технологического процесса )дрезаемость сорняков, крошение почвы, энергоемкость процесса и крорельеф поверхности почвы после обработки).

В первом случае из-за отсутствия в литературных источниках данных работе поворотных секций, для выявления факторов, влияющих на *ематику секции и с целью последующего сокращения числа опытов вводилась серия отсеивающих экспериментов. В результате было ановлено, что значимое влияние на защитное расстояние по линии ряда 13ыпает значение кинематического показателя К, а на величину •ффициента вариации защитного расстояния - количество ножей на кдом роторе Ъ и фазовый сдвиг между ними дер .

Для получения количественных зависимостей критериев оптимизаци от значимых факторов использовалось ортогональное композиционнс планирование второго порядка.

Кроме этого программа предусматривала проверь работоспособности опытного o6f

зца в производственных условиях.

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальная зависимость оставляемого защитного расстояш по линии ряда приведена на рис. 5. Некоторую разницу в сравнении теоретическими данными можно объяснить следующим. Во-первых, nf аналитических исследованиях предполагалось, что сила реакш направлена противоположно вектору абсолютнойскорости ножа. Но из-: наличия трения эта сила несколько отклонена в сторону от касательной траектории движения. Во-вторых, при экспериментальных исследовани; защитное расстояние по линии ряда определялось по характерному cnej разрыхленной почвы, а так как у L-образных наружнозагнутых нож< разброс почвы производится стойкой, то фактическое защита расстояние несколько меньше измеренного. В целом достаточно близю совпадение результатов теории и практических измерений подтвержда достоверность полученной модели и правильность аналитичесю расчетов.

Зависимость коэффициента вариации защитного расстояния V(%) i числа ножей Z и фазового сдвига между роторами дф (град.) адеквап описались неполной кубической моделью вида.

V = -22,630 + 25,996 • Z- 3,816 • Z2 + 0.264■ Дф - 0,004 • дФ2 + + 0,005-Z-дф2 -0,313-Z-дф, анализировать которую (из-за дескретности Z ) удобно в координат V-дф при Z=const (рис.9). Анализ зависимости показывает, что п]

тановке 4-х ножей на каждом барабане и фазовом сдвиге между >следними в 22,5° коэффициент вариации не превышает 5%. С учетом ого, условие полного исключения травмирования штамбов можно писать в виде:

К <

12

10 8 6

15 '¿2,6 3 0 37,5 *?,град

9. Зависимость коэффициента вариации V от количества ножей на барабане ъ и фазового сдвига между роторами Аф

Зр = Зр-3-0,053р > 0,51м. П7)

сюда определяется необходимая величина З'р > 0,60 м , что соответствует 1. рис.5) значению X < 4,8. Поэтому, для получения требуемой нематики секции (при данных геометрических размерах) при обходе :амба необходимо придерживаться отношения окружной скорости к ступательной У0/Уп = 4,8.

По результатам экспериментального исследования подрезаемости рняхов ГТ(°'п) в зависимости от числа ножей 7, на каждом роторе и их фины захвата Ь0 (м) (при кинематическом показателе = 4,8, фазовом зиге дер = 22,5° и перекрытии между роторами дс1б= 0,006 м) была лучена адекватная математическая модель:

П = 20,59 + 21,07 ■ Ъ + 994,00 • Ъ0 - 1,05 ■ 7? - 3500,00 • Ь* -145,00 -Х-Ь0 (18)

а модель представлена в координатах П-Ь0 при г=сош1 на рис.7, где фегическая зависимость несколько смешена по оси П вниз. Однако это

не говорит о несовпадении теоретических и практических результатов, практике вследствие распространения деформаций в почве и того, 1 сорняки представляют собой не точку на плоскости, а растение разветвленной корневой системой и надземной частью, наличие некотор необработанных зон не сказывается на качестве обработки.

Практически полная подрезаемость наблюдается лишь при устано1 4-х ножей на каждом барабане с шириной захвата Ьо>0,05 м.

По полученным в результате полевых опытов величинам крутящ< момента Мкр и разности ординат лЬ поперечного профиля разрыхлени полосы в зависимости от угла установки ножей на фланце (угол мел полоской стойкой и касательной к окружности, проведенной в то1 закрепления ножа) Р0(град.), ширины захвата ножа Ь0 (м) и скоро« резания 9 рсз (м/с) рассчитывались коэффициенты математических мoдeJ (некоторые эффекты факторов оказались незначимы):

Мкр =76,17444-30,736119р +0,01627р*-0.97600рс,+4,819449*; (

Мкртш =47,91888 -22,030569 р -0.09333(30 + 3,430559р; (

= 58,08000 - 2,52466Р0 + 0,04795(3;;; ( дЪ = 0,14218 - 2,98667Ь0 - 0,00152|30 + 0,000229 р + 23,ОООООЬ^ +

+0,00001(3^ +0,0019492р -0,16667Ьо -9р +0,00027(30 • 9р; * дЬ' = 0,25548-5,16333Ь0 +0,000399 р - 0,00217р0 +35,ОООООЪ; +

+ 0,00002(3^ +0,001749р -0,08333Ьо9р + 0,00025ро9р , (

где МКр - крутящий момент на приводе рабочих органов при поступательном движении секции, даН-м; Мкрщь - минимальный крутящий момент при обходе штамба, даН-м; дМ - относительная разница моментов при поступательном движении и при обходе штамба (скачок нагрузки), %; дИ -разница ординат поперечного профиля при поступательном движении секции

дЬ - то же при обходе штамба,м.

Анализ совмещенных двумерных сечений зависимостей Мкр и М„ от и 9 Рез (рис.10) показывает, что минимальное значение крутят

22,5

Д.град

Mrpl * ' ' Мкр mili Рис, 10. Зависимость крутящего момента приводе рабочих органов Мц, (даН-ч) от га установки пожей на фланце р» и скорости >anttlC S reí

Д.-ЧЗД

Рис. 11. Зависимость

относительного перепада нагрузки на приводе рабочих органов АМ от угла установки ножей на фланце <1с

>мента при поступательном движении секции' во всем интервале менения скоростей наблюдается при угле установки ножей на фланцах , = 30°, а при обходе штамба - находится на границе области [ределения фактора Р0 и соответствует р0 = 45°. То есть возникает »мпромиссная задача. Поэтому предложено выбирать угол установки ¡3() точки зрения минимума перепада нагрузки лМ , так как известно, что ее равномерность снижает эффективную мощность двигателя трактора. Из [С. 11 видно, что минимум лМ приходится на значение [30«30°. тедователыю, с точки зрения энергоемкости процесса оптимальным едует считать угол установки ножей на фланцах вертикальных фрез , = 30°.

Анализ зависимостей разброса почвы (уравнения (22)-(23)) показал, о наилучшие показатели выровненности микрорельефа обработанной итосы достигаются при ширине захвата ножа (связанной с радиусом тановки стойки ножа на фланце) Ь0 = 0,07 м. При угле = 30°.

оптимальном с точки зрения энергоемкости, разброс почвы практическ не отличается от минимально возможного.

Производственная проверка работоспособности машины (рис. 1: подтвердила возможность использования ее в слаборослых садах.

Рис. 12. Машина в работе

6 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАШИНЫ ДЛ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В РЯДУ ДЕРЕВЬЕВ

В качестве основного варианта оценки эффективности использовани разработанной машины был принят анализ энергозатрат на общу] обработку почвы в садах при применении сложившейся системы машинь разработанной в 1960-е годы для сильнорослых садов с базовым междурядьями 8 м. Последующая интенсификация садоводства появление слаборослых насаждений исключили возможно« рационального использования ее из-за нарушения согласования ширин; захвата машин и орудий с шириной междурядий новых насажденш Обработка межствольных полос предлагаемой машиной шириной 1 м, п каждую сторону ряда упрощает обработку остающейся части междуряди за счет исключения больших перекрытий между смежными проходамг дополнительных проходов и комплектования агрегатов орудиями боковым смещением от продольной оси трактора. Это обеспечивае

эномию энергозатрат до 15% в сильнорослых насаждениях и почти до !о в слаборослых.

Общие выводы и рекомендации производству

Лежствольные полосы в садах являются наиболее ^необрабатываемыми элементами междурядий и требуют специальных шин для их обработки. Известно множество технических решений с зличными типами рабочих органов с шириной захвата, этветствующей защитным зонам рядов плодовых деревьев (0,6...0,7 м). шолнение ими технологического процесса осуществляется, как правило, счет принудительного вывода рабочих органов из ряда и ввода в ряд и обходе штамбов.

Сачественная обработка межствольных полос, характеризующиеся сокой засоренностью преимущественно корневищными сорняками и евышением уровня почвы над поверхностью междурядий, возможна тройствами с активными рабочими органами. Использование ггикальных фрез одностороннего вращения, смонтированных на воротном корпусе, позволяет совершенствовать технологический оцесс за счет обхода штамбов без принудительного механизма ввода-вода рабочих органов из ряда. Разработан опытный образец машины, эотаюшей по данному принципу.

Анализом уравнений траектории движения, составляющих абсолютной грести Ь~о5разкых нсжей вертикально-фрезерной поворотной секции с гтом сопротивления резанию и отбрасыванию почвенной стружки ределен суммарный момент, действующий на поворотный корпус яосительно оси подвеса и обеспечивающий обход штамбов, "лаборослые сады характеризуются более плотными схемами посадки, ньшей высотой штамбов и большей величиной отклонения последних от пикали в сравнении с сильнорослыми, что вносит определенные

изменения в исходные требования и ограничения в техническое задание устройства данного назначения.

5.Теоретические исследования показали, что ширина захвата поворотн секции при расположении на ней 4-х барабанов должна равняться 1,3 м. этом случае возможна обработка без повреждения штамбов. I результатам анализа кинематики и динамики рабочих органов получе система дифференциальных уравнений движения секции, численн решение которой позволило смоделировать технологический проце обработки почвы в межствольных полосах.'

6.Качественное выполнение технологического процесса достигается п следующих параметрах и режимах работы секции: диаметр фрезбараба по наружной точке - 0,326 м; количество ножей на барабане - 4; уг установки ножей на фланцах - 30°; длина подрезающего лезвия ножа - 0, м; фазовый сдвиг между барабанами - 22,5°; соотношение окружной поступательной скоростей - 4,8.

7.Экспери ментальные исследования и производственная провер предлагаемой машины подтверждают результаты теоретических вывод и рекомендаций. При принятых параметрах фактическая плоша защитного круга у штамбов, подрезаемость сорняков и фракционш состав почвы соответствует агротребованиям на данный технологичесю процесс.

8.Использование предлагаемого устройства упрощает подходы к подбо системы машин, с учетом согласования ширины их захвата с ширин! междурядий, для содержания почвы в садах под черным паром. При эт< возможно снижение энергозатрат почти до 30%. За счет бол качественного выполнения технологического процесса, в сравнении устройствами с пассивными рабочими органами, площадь саг обрабатываемая машиной за сезон, может быть увеличена в 1,5 раза.

)сновные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1.Алехин С.Д., Засьшкин А.Д., Горшенин В.И., Манаенков К.А. зтояние и перспективы разработки устройств для обработки почвы в кствольных полосах сада // Научное обеспечение агропромышленного шлекса в условиях перехода к рыночным отношениям /. Тез. докл.-чуринск, 1994.-С. 184-182. .

2.Бухман Н.С., Манаенков К.А. Анализ процесса обхода штамбов евьев фрезерными рабочими органами с вертикальной осью вращения ам же.-С. 185-186.

3.Манаенков К.А. Обоснование параметров вертикальной фрезы для »аботки межствольных полос в интенсивных садах // Повышение активности агропромышленного производства в условиях ременных форм хозяйствования / Тез. докл.- Воронеж, 1995.-С. 164-165.

4.3авражнов А.И., Манаенков К.А. Некоторые экологические блемы обработки почвы в садах // Тезисы докл. Второй областной

4.-техн. конференции "Вопросы региональной экологии",- Тамбов.

5.-С.79-80.

5.3авражнов А.И., Манаенков К.А. Обоснование ширины захвата очего органа устройств для обработки почвы в ряду деревьев // ьскохозяйственное производство и высшая школа на переломном этапе ормирования I Материалы обл. науч.- практ. конференции.-чуринск, 1996.- С6.2.-Т.2.-С.66-69.

б.Завражнов А.И. Манаенков К.А. Обоснование параметров и имев работы вертикальных фрез для обработки межствольных полос в IX // Сельскохозяйственное производство и высшая школа на зломном этапе реформирования / Материалы обл. науч.- практ. ференции.- Мичуринск, 1996.- С6.2.-Т.2.-С.70-71

7.Манаенков К.А. Обоснование некоторых параметров машины для аботки почвы в ряду слабороелых деревьев // Сельскохозяйственное изводство и высшая школа на переломном этапе реформирования / гериалы обл. науч.- практ. конференции.- Мичуринск. 1996.- С6.2.-Т.2.-!-74

Б.Бухман Н.С., Манаенков К.А. О прямом математическом елировании процесса обхода штамбов деревьев фрезерными рабочими шами с вертикальной осью вращения // Сельскохозяйственное изводство и высшая школа на переломном этапе реформирования / ериалы обл. науч.- практ. конференции,- Мичуринск, 1996.- С6.2.-Т.2.-;-76

9.Алехин С.Д., Манаенков К.А. Автоматическая система управле! устройством для межствольной обработки почвы в садах Сельскохозяйственное производство и высшая школа на переломном этг реформирования / Материалы обл. науч.- практ. конференци Мичуринск. 1996,- С6.2.-Т.2.- С.79-80

Ю.Завражнов А.И., Манаенков К.А. Механизация обработ межствольных полос в слаборослых садах Н Садоводство виноградарство.- 1997.-Xol.-C.10-11.

И.Манаенков К.А. Применение математического моделирования л исследовании процесса обработки почвы в ряду деревьев повороти фрезерной секцией / МГСХА.- Мичуринск, 1997.- 7 с. Рук. депон. ВНИИТЭИ агропром//65"80-57".

12. Пат. 2075269 РФ МКИ А01В 39/16. Машина для обработ межствольных полос в саду / Алехин С.Д., Засыпкин А.Д., Горшенин В." Манаенков К.А. // Заявл. 04.07.94., Опубл. в Б.И.- 1997.- №8.

Лицензия ЛГ№ 021089 Заказ № 758? Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз.

Мичуринская государственная сельскохозяйственная акадеиия 393740, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101. Тел. 5-31-37