автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Улучшение качественных показателей работы капустоуборочной машины путем совершенствования ее опорно-прицепной системы

На правах рукописи

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ КАПУСТОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЕЕ ОПОРНО-ПРИЦЕПНОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.20.01- Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 7 и;он ш

005531032

Чебоксары-2013

005531032

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учре нии высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохоз ственная академия» на кафедре физики и технической механики.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Алатырев Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты:

Кухарев Олег Николаевич, доктор техничеа наук, профессор кафедры «Организация и инф матизация производства», ФГБОУ ВПО «Пенз екая государственная сельскохозяйственная а демия»

Максимов Павел Леонидович, доктор техн ских наук, профессор, заведующий кафедр «Сельскохозяйственные машины» ФГБОУ В «Ижевская государственная сельскохозяйствен академия»

Ведущее предприятие:

Федеральное государственное бюджетное образ вательное учреждение высшего профессиональ го образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Защита состоится 27 июня 2013 года в 9.00 часов на заседании диссертационного вета Д220.070.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учре дении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскох зяйственная академия» по адресу: 428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29, ауд 222 Ф. (8352)62-23-34; E-mail: info@academy21.ru

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Чувашская ГСХА»

Автореферат разослан «_/£» LU-CuX 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

С.С. Алатырев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы в России и в ряде других стран обращают ристальное внимание на разработку овощеуборочной техники, в частности, машин для плотной уборки капусты. Однако имеющиеся опытные образцы капустоуборочных ма-ин характеризуются невысокой эффективностью выполнения технологического процесса реальных производственных условиях.

Качественные показатели работы капустоуборочных машин существенно зависят от стойчивости их хода в междурядье. Так, чрезмерное отклонение режущего аппарата от яда капусты при уводе машины от заданного курса приводит к потерям и повреждениям очанов, наблюдается косой и рваный срез кочерыг.

Поэтому повышение устойчивости хода капустоуборочной машины в междурядье вляется актуальной задачей при создании перспективных капустоуборочных манн.

Степень разработанности темы. В настоящее время глубоко изучена динамика неко-орых мобильных агрегатов, выявлены факторы курсовой устойчивости агрегатов с одной двумя степенями свободы, предложены теоретические решения, направленные на повы-ение их устойчивости хода.

Тем не менее, в известных работах не найдены решения на практическом уровне, ко-орых можно было бы реализовать в капустоуборочной машине с максимальной результа-ивностью в характерных условиях ее эксплуатации: высокой влажности и слабой несущей пособности почвы в сезон уборки капусты.

В этой связи есть необходимость в дальнейшей проработке вопросов курсовой устой-ивости капустоуборочных машин.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Чувашской ГСХА в амках отраслевой программы РАСХН «Разработать новое поколение экологически безо-асных, ресурсосберегающих машинных технологий, создать комплекс конкурентоспособ-■IX технических средств и высокоэффективных агротехнических и биологических прие-ов для устойчивого производства овощной продукции в открытом грунте, адаптированных основным природным зонам товарного производства овощей» на период до 2012 года (за-ание 03.01 и 03.02) и российско-белорусской программы «Повышение эффективности юизводства и переработки плодоовощной продукции на основе прогрессивных техноло-й и техники» (Постановление СМ союзного государства № 18 от 21.04.2005 г.).

Цель исследования. Улучшение качественных показателей работы капустоуборочной апшны путем совершенствования ее опорно-прицепной системы.

Объект исследования. Технологический процесс капустоуборочной машины и ее порно-прицепная система.

Предмет исследования. Закономерности влияния конструкции и параметров опорно-лепной системы капустоуборочной машины на качество рабочего процесса.

Методика исследований. Теоретические исследования базировались на законах и ме-одах механики. Экспериментальные исследования проводились по общепринятым и частым методикам с применением электронной цифровой регистрирующей аппаратуры и ЭВМ.

Научная новизна. Предложена и доказана идея улучшения качественных показателей работы капустоуборочной машины путем повышения устойчивости ее хода в междурядье.

Разработаны новые конструктивные схемы опорно-прицепной системы капустоуборочной машины, техническая новизна самой перспективной из них подтверждена патентом

РФ на изобретение №2450504.

Выведены аналитические зависимости (18), (35) и (37), описывающие условия качес венного выполнения рабочего процесса. На основе названных зависимостей и результат экспериментальных исследований установлены рациональные значения конструктивнь параметров опорно-прицепной системы капустоуборочной машины.

Практическая значимость. На основе результатов теоретических и эксперимента ных исследований разработана усовершенствованная опорно-прицепная система с раци нальными параметрами, позволяющая выдерживать отклонения срезающего аппарата пределах, допускаемых агротехническими требованиями, и позволяющая улучшить качес венные показатели работы машины; создан опытный образец машины с модернизирова ной опорно-прицепной системой; представлено также техническое решение по ее дальне шему совершенствованию.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований использован при разработке капустоуборочной машины, испытанной в крестьянском фермерском х зяйстве Семенова В.Н. Козловского района Чувашской Республики.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также техническ документация переданы крестьянскому (фермерскому) хозяйству «СЕЛИФОНТОВ (Республика Беларусь), ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» (Чувашская Респу лика), ООО «Деметра» (Чувашская Республика), ООО «Ибресинское ремонта техническое предприятие» (Чувашская республика) и крестьянско-фермерскому хозяйс «ИП Баймаковский» (Мордовская республика) для опытного производства малогабаритн капустоуборочной машины и использования ее в производственных условиях. Практич ское использование научных результатов подтверждается соответствующими документам

Также за данную разработку был получен грант от организации «Российское Аграрн Движение» в 2010 году.

Основные положения, выносимые на защиту:

-конструктивные схемы модернизированной опорно-прицепной системы, обеспеч вающей устойчивое движение капустоуборочной машины в междурядье;

-аналитические и эмпирические зависимости, описывающие условия качественно выполнения рабочего процесса капустоуборочной машины;

-рациональные значения конструктивных параметров опорно-прицепной систем обеспечивающие устойчивость хода капустоуборочной машины в междурядье в предел агротребований;

-результаты полевых испытаний и технико-экономические показатели капустоуборо ной машины с разработанной опорно-прицепной системой.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и с денгов «Молодежь и наука XXI века» (Чебоксары: ЧГСХА, 2008); техническом совеща: ■ ООО «Ибресинское РТП» (Чувашская Республика, пос. Ибреси, 2008 г.); Республиканск научно-практической конференции молодых ученых (Чебоксары: ЧГСХА, 2009); конкур создателей самодельной тракторной техники «Кулибин XXI века» (Чебоксары: Музей и тории трактора, 2010 г.); Всероссийском инновационном форуме аграрной молодежи и в ставке-демонстрации лучших инновационных проектов в сфере АПК (Орел: ОрелГА 2010 г.); Всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых выи г учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа по номинации «Технич ские науки» (Уфа: Башкирский ГАУ, 2010 г.); Международной научно-практической ко ференции «Роль высшей школы в реализации проекта «Живое мышление-стратегия Чув

ии» (Чебоксары: ЧГСХА, 2010); VI Всероссийской научно-практической конференции олодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в будущее Чувашии» Тебоксары: ЧГСХА, 2010); УП Всероссийской научно-практической конференции моло-ых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем ельского хозяйства (Чебоксары: ЧГСХА, 2011 г.); выставке в шестом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов: СГАУ, 2011 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 публикациях, в том исле две статьи опубликована в ведущих рецензируемых научно - практических журналах, екомендованных ВАК Минобрнауки РФ, один патент на изобретение. Три статьи опубликованы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 138 наименований и приложений. Работа содержит 190 страниц, включает 152 страницы основного текста, 59 рисунков, 15 таблиц и 38 страниц приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, её научная новизна, изложены основные положения, выносимые на защшу.

В первом разделе «СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ» проведен анализ опорно-ходовых систем и схем агрегатирования уборочных машин. В результа-е установлено:

1. Одним из путей улучшения качественных показателей работы прицепных капусто-уборочных машин является повышение устойчивости ее хода в междурядье.

2. Курсовая устойчивость прицепной машины существенно зависит от конструкции и параметров ее опорно-прицепной системы.

В этой связи целью настоящих исследований является улучшение качественных показателей работы капустоуборочной машины путем совершенствования ее опорно-прицепной системы.

Важные задачи динамики мобильных агрегатов, связанные с устойчивостью движения, рассматривались в научных трудах профессоров Б.С. Свирщевского, Г.В. Веденяпина, Ю.К. Киртбая, С.Ф. Иофинова, Г.П. Лышко, Ф.С. Завалишина, Р.Ш. Хабатова, В.И. Фортуна, В.А. Хвостова и Э.С. Рейнгарта. То же самое, только в вероятностном аспекте нашли отражение в трудах А.Б. Лурье, C.B. Кардашевского, Е.Д. Давидсона, Л.Е. Агеева, Г.В. Мартыненко, С.П. Гельфенбейна, И.Ф. Бородина и др. Применительно к капустоуборочной технике данные вопросы рассматриваются в трудах профессора В.В. Белова. Раскрытие качественной картины взаимодействия колесных движителей с опорной поверхностью осуществлено в трудах профессоров В.И. Медведева, А.П. Акимова и В.В. Чегулова.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

- изучить физико-механические свойства почвы, как среды, с которой взаимодействует опорно-ходовая система капустоуборочной машины;

- модернизировать опорно-прицепную систему капустоуборочной машины с учетом выявленной выше тенденции их развития;

- теоретически и экспериментально выявить характер, степень влияния факторов процесса взаимодействия опорных колес с почвенным покровом и конструкции опорно-прицепной системы капустоуборочной машины на устойчивость ее движения;

- на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований найти рациональные конструктивные параметры элементов предложенной опорно-прицепной сис-

темы капустоуборочной машины;

- провести испытания капустоуборочной машины с модернизированной опорнс прицепной системой и оценить качественные показатели ее работы.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование опорно-прицепной системы капусту уборочной машины» представлено обоснование выбора параметров опорных колес и дл ны прицепного дышла капустоуборочной машины, а также рассмотрена схема опорн . прицепной системы для перспективных капустоуборочных машин.

Согласно основному закону динамики уравнение поступательной части движения м шины можно записать в следующем виде

л,,

(

т- = Рт-Я

Л

г- ~ ск>

где т - масса комбайна, кг; — - производна

ск

модуля скорости поступательного движения агр: гата, м/с2; Рт - сила тяги трактора, Н; Я - обща сила сопротивления агрегата, Н.

Общую силу тяги агрегата при установи: шемся движении можно представить в следующей виде:

где Яь, Яя - силы сопротивления перекатывани: левого и правого опорных колес, приложенные мосту капустоуборочной машин:

соответственной - сила сопротивления режущег аппарата капустоуборочной машины.

Для установления физической сущности н: устойчивости движения капустоуборочной маш; ны определим сумму моментов всех сил отном тельно точки прицепа С (рисунок 1), т.е.

где к, Ь, 1с- плечи сил Яи Яя, ответственно; РТ1, Рт? - силы почвы боковому сдвигу колес, Н.

Для равномерного поступательного движет? капустоуборочной машины в междурядье долже выполняться условие:

0. ('

Рт1 ~^Рг2 И Яс СС

сопротивлеш:

Рисунок 1 - Схема действия сил на капустоуборочную машину в плоскости поля

Объединяя (3) и (4), получаем:

Я

ЯС-1С + ЯК -1ц -

I,

с

Пока агрегат двигается устойчиво вдоль оси рядка, значение РТ1+РТ2 будет ничто:.; ным, поскольку бокового увода колес в этом случае не происходит. Тогда с учетом 4=700 мм, /л=1400 мм, 1с=\150 мм:

Я1=2,5Яс+2Яя. (а

В случае установки на капустоуборочную машину одинаковых колес и при равны

нормальных нагрузках на них, силы Кь и становятся близкими по значению, что не может соответствовать выражению (6), следовательно, на агрегат начнет действовать разворачивающий момент, под действием которого произойдет его поворот относительно точки прицепа С на некоторый угол (р.

В этом случае выражение (2) примет вид:

Рг +ЯС+(.РП+^Г2)-втр. (7)

Для качественного выполнения технологического процесса уборки капусты необходимо также стремиться к тому, чтобы условие равновесия наступило при ничтожно малых значениях угла поворота ф, так как при этом режущий аппарат имеет минимальное отклонение от ряда капусты.

Одним из путей выполнения этого условия является создание различных значений сил сопротивления качению опорных колес.

При равномерном перекатывании колеса и с учетом Р=Ы и г ~гв имеет место равенство:

Я -г =ЛГ -с. (8)

Силы трения и Яя (здесь и далее индексы Ь и Я относятся соответственно к левому и правому колесам), возникающие при перекатывании опорных колес капустоуборочной машины по почве, зависят от состояния почвы (от значения с), размеров колес (гц гд) и вертикальной нагрузки на них (Рц Ря). При асимметричном расположении колес капустоуборочной машины это возможно только путем установления оптимального соотношения Яь и Яя. Наиболее простым способом добиться этого является выбор оптимальных размеров опорных колес, обеспечивающих такое соотношение. Этим можно обеспечить устойчивость движения машины по заданному курсу.

Деформации грунта под воздействием колеса соответствует определенная контактная площадка

В первом приближении эту форму можно принять эллиптической. Определив твердость почвы при помощи соответствующего оборудования можно найти величину контактной площадки Л г с учетом площади наклонных поверхностей.

Периметр опорной площадки зависит от соотношения а/Ь (рисунок 2). Однако при одинаковых нормальных нагрузках площадь ее сохраняется. Поэтому величина а является функцией /(,г,Ь).

Уравнение моментов всех сил относительно точки О будет выглядеть следующим образом:

2М0(^) = -Лгв + М: = -Ль+Рс, (9)

где Я - сила сопротивления перекатыванию опорного колеса, Н; г0 = г-кг - динамический радиус колеса, мм; к2- Величина деформации покрышки, мм; Р - нормальная нагрузка колеса (Р=ЛО, Н; с - коэффициент трения качения, мм.

В случае равномерного движения колеса

Рисунок 2 - Схема взаимодействия опорного колеса капустоуборочной машины с почвой

длиной 2а и шириной Ъ (рисунок 2).

Объединяя (9) и (10), получим:

(11

В общем случае, контактная площадка смятия представляет собой эллипс с шириной и длиной 2а. Зная приблизительное значение твердости почвы, можно определить пример ную площадь контактной площадки по формуле:

4 (12

.2

V

где

где

А2 - площадь контактной площадки, мм2; V— твердость почвы, Н/м^ С другой стороны,

А2 = 0,5лаЬ,

а,Ъ - полуоси эллипса площадки смятия почвы, мм. Объединяя (12) и (13), получаем:

Р

(13

(14

0,5 жЪУ

Величина а является хордой окружности, диаметр которой равен диаметру колеса ка пустоуборочной машины (рисунок 2), и в свою очередь, определяется по формуле:

а = агссов

V г

(15

Отсюда:

гв = г\]\-а2, (16

Объединяя (11), (14), и (16), получаем зависимость силы трения почвы, приложение; на опорное колесо машины при его качении от параметров, нормальной нагрузки на колес и твердости почвы:

Я--

Рс

г.1

(11

ч0,5 яЬгУ Зависимость (17) представлена в виде диаграммы (рисунок 3).

Поскольку правое опорное колесо конструкции остается без изменений, величина нормальной нагрузки о преде ляется исходя из конструктивных пар^ метров машины, величину можно оп ределигь по формуле (17).

Объединяя выражения (6) и (17) по лучаем:

Ь,=-

2 Р,

Рисунок 3 - Диаграмма зависимости силы сопротивления качению опорного колеса от модели покрышки

ъгл-

Р,с

(1

Л(2,5ЯС+2ЯК)) Сила сопротивления перекатьтанш! опорного колеса зависит, в первую оче

редь, от его радиуса и ширины. Исходя из этого можно выбрать наиболее подходящие покрышки из стандартного ряда.

Уравнение (18) устанавливает зависимость ширины левого опорного колеса капусто-уборочной машины от приведенных выше ее параметров.

Методом подбора определяем наиболее рациональные параметры левого опорного колеса. Применительно к данной капустоуборочной машине таковым является колесо с покрышкой 145/70 Ш4. Ее параметры: радиус г=310 мм, ширина ¿=145 мм.

При установке на мост машины опорных колес разного диаметра она наклоняется во фронтальной плоскости, что может повлиять на технологический процесс. Поэтому потребуется компенсирование высоты установки ступицы одного из колес на величину АН (рисунок 4) с помощью дополнительной вставки таким образом, чтобы при установке данного колеса мост машины был параллелен поверхности поля.

Возможные переходные процессы капустоуборочной машины показаны на рисунке 4. Получив возмущение, выразившееся в отклонении на величину Ао от заданного курса, машина будет возвращаться к положению устойчивого движения различно в зависимости от ее динамических свойств, обусловленных конструктивными параметрами. В одних случаях (кривые 1 и 2) это движение апериодическое, а в других случаях (кривые 3 и 4) - колебательное. Анализируя характер этих процессов, можно отметить, что наиболее предпочтительным будет третий (кривая 3), так как он имеет наименьший путь переходного движения, чем остальные. Таким образом, движение капустоуборочной машины в междурядье может быть описано уравнением затухающих колебаний. Выберем неподвижную систему координат, которую совместим с поверхностью поля. Ось Ох выберем по направлению движения капустоуборочной машины (рисунок 6).

Пусть в начальный момент движения центр масс машины находился на оси Ох и через некоторое время 1 занял положение, определяемое углом <р отрезка АС, равного Ь к оси Ох. Момент сил, действующих на капустоуборочную машину относительно точки С определяется по формуле:

Рисунок 4 - Схема капустоуборочной машины с выбранными параметрами опорных колес (вид сзади)

А т

Рисунок 5 - Возможные переходные процессы в работе капустоуборочной машины

Ш1

Мс(^) =---пир.

V,

(19)

Для определения угла (р можно воспользоваться уравнением Лагранжа в обобщенных координатах:

d дТЛ дТ

где Тк - кинетическая энергия ка пустоуборочной машины, Дж; (¿¡р обобщенная сила, Н-м; ? - время, с; ср обобщенная координата машины.

Поскольку связи стационарны, т: кинетическая энергия системы ест^ однородная функция второй степени обобщенных координат, т.е. с учетов конкретных параметров:

Тк = ^т(Ь2ф+у2„ + 2у„Ьф-&т<р). (2Г

Подставляя полученное значение

Тк в уравнение (20) получим

Рисунок 6 - Схема плоскопараллельного т1}ф^(2

движения капустоуборочной машины. 9

Значение обобщенной силы <у(

можно определить из выражения элементарной работы сил, приложенных к системе:

Л = ¿2, Л- (22:

/»1

Или применительно к данной капустоуборочной машине: А=Мс$р, откуда

К . Л .

фл---фл---ср = 0 .

т-у„ т-Ь

К 1 К

Приняв следующие обозначения: 2п =-и « - —¡~, получим:

(23

туп тЬ

ф + 2пф+к2ср = 0, (24

где и - коэффициент восстановления; к - коэффициент сопротивления.

Учитывая предпочтительность зависимости 3 (рисунок 4), дальнейшие расчеты вы полним при условии п<к, т.е.:

3L №.

2v„ * "

L '

(25.

где R' - сопротивление движению единицы массы машины (R '=R/m). Решение уравнения (24) в этом случае будет:

ср = е* (С, cos у/к2-n2t+С2 sin jk2-ni). (26

При начальных условиях (в момент времени t=0) q>=(p0, Ф=%, постоянные интегриро

вания:

__ пер, + ф,

С учетом (24) и (26)

ср = е

з у/к2-rí

t +

ncpQ+(,

4к2

i Jk2->

(27'

(28

Отсюда логарифмический декремент затуханий

® = 1пуЧ (29)

где Аи А1+1 - амплитуды затухающих колебаний, т.е. абсолютные величины максимальных отклонений срезающего аппарата от оси рядка, мм.

Если обозначить зону допускаемых агротехническими требованиями отклонений рабочих органов капустоуборочной машины ±8, то

8 = 3 о+Ь.кгкр, (30)

где Зо - поперечное отклонение от заданной траектории точки прицепа капустоуборочной машины.

Для прямолинейного движения точки прицепа и при малых значениях угла ср

3=Ь&, (31)

где щ - угол поворота оси машины относительно оси рядка, соответствующий допускаемому отклонению ±8.

Введем величину коэффициента колебательности, обозначив

(32)

п

Для качественной работы капустоуборочной машины требуется увеличение значения я до некоторого предельного значения д^, определяемого из условия, чтобы амплитуда первого максимального отклонения колебательного движения от центра колебаний не превышала ±3.

Поскольку период одного затухающего колебания

Т = (33)

то с учетом (32) получим:

—+1. (34)

<Рь

Таким образом, действительный коэффициент колебательности д не должен превышать значение да, т.ед<дг- Объединяя (25), и (34), можно определить минимальную длину прицепного дышла капустоуборочной машины, при которой ее рабочий процесс будет протекать в пределах агротехнических требований, т.е. по формуле:

4юу21п2 —

<Ра

(35)

Я

I <РА,

Подставив в зависимость (35) известные значения параметров капустоуборочной машины, получаем минимальное значение длины прицепного дышла Ь= 1,44 м, обеспечивающее устойчивость движения ее в междурядье.

С учетом конструктивных соображений и для обеспечения маневренности и требуемого радиуса поворота агрегата выбираем длину дышла Ь=2,35 м (при агрегатировании с трактором МТЗ-82).

Следующим способом снижения отклонения полуприцепной капустоуборочной машины от оси рядка является смещение точки прицепа относительно оси трактора в сторону, соответствующую большей приложенной нагрузке.

где

В этом случае выражение (3) примет вид:

-ЯЛ-яс1с +{Рп +Ртг)ь+РГА, (Зб;

Рт - сила тяги на серьге трактора, Н; А - величина смещения точки прицепа, мм. Объединяя (4) и (36), получаем:

К

Кс1с '

I,

(37;

Заметим, что в данном случае момент Рт • А играет стабилизирующую роль. Такт« образом, путем смещения точки прицепа на величину Д можно добиться более равномер ного движения капустоуборочной машины вдоль линии рядка капусты. При этом плечо Ь будет уеличиваться, а /д - уменьшаться на величину Д.

Однако при чрезмерном увеличении Д разворачивающий момент начинает действо вать на трактор, что, в свою очередь, приводит к нарушению курсовой устойчивости само го трактора и к быстрой утомляемости тракториста. Поэтому ограничимся смещением точ ки прицепа на одно отверстие (100 мм).

Предлагается также способ, направленный на повышение устойчивости движения I междурядье капустоуборочной машины в условиях непостоянства сил сопротивления перекатыванию колес.

Для этого опорные колеса размеще ны на мосту 3 машины (рисунок 1)4 возможностью перемещения вдоль ос: вращения и подпружинены на осях пру жинами сжатия 2, а также снабжень фрикционными дисками 1, входящим во взаимодействие с тормозными диска ми 4, закрепленными жестко на мосту, при действии осевых сил на колеса в на! правлении их, а также выходящими ж взаимодействия с ними под действием пружин сжатия и осевых сил, направ ленных в обратную сторону (при отсут ствии осевых сил реакции колеса могу^ выходить из взаимодействия с тормозным диском под действием только пружин).

Во время работы капустоуборочной машины вследствие колебания сопро тивлений перекатыванию колес и К (из-за разницы твердости почвы в разных местах плантации капусты) происходит отклоне ние капустоуборочной машины от заданного курса. В результате на опорных колесах появляются осевые силы реакции РТ1 и (рисунок 1). Под действием этих сил одно из опорных колес входит во взаимодействие с тормозным диском, а другое опорное колесо выходит из взаимодействия с тормозным диском. При этом на первом опорном колесе создаете • момент сопротивления вращению Мт (рисунок 7, б), в результате чего появляется дополнительное сопротивление перекатыванию АЯ данного колеса, которое ускоряет возврат капустоуборочной машины на исходный заданный курс следования. После этого сила реак ции РТ1 сводится на нет, а пружина выводит колесо из взаимодействия с тормозным дис-

■ Схема опорного колеса по предложенной схеме: а - без взаимодействия с фрикционным диском; б - во взаимодействии с фрикционным диском

а) б)

Рисунок 8 - Лабораторная установка: а - общий вид; б - измерительно-регистрирующая система заданного курса представляет собой электрическую мостовую систему (рисунок 9) на базе реостата 3 со скользящим контактом, подключенную последовательно к электронной системе 4 обработки данных ЗВ NETlog ™ и портативному компьютеру 8 через интерфейс USB 7.

В данной системе сопротивление реостата 3 плавно изменяется в зависимости от угла поворота прицепного дышла 1 капустоуборочной машины относительно серьги трактора 2 с помощью скользящего контакта, кинематически связанного гибкой связью 6 с дугой 5, закрепленной жестко на дышле машины с центром в точке прицепа.

Во время движения установки сопротивление, создаваемое реостатом, изменяет разность потенциалов на выходе мостовой измерительной схемы. То есть значение измеряемого напряжения пропорционально углу поворота дышла относительно точки прицепа.

При установке на мост машины опорных колес разного диаметра она наклоняется во фронтальной плоскости, что может повлиять на технологический процесс. Поэтому потребуется компенсирование высоты установки ступицы одного из колес на величину АН с помощью дополнительной вставки таким образом, чтобы при установке данного колеса мост машины был параллелен поверхности поля.

При этом размер АН компенсатора можно определить по формуле:

AH = Dr'Di , (38)

2

где Dl - диаметр левого колеса; DR - диаметр правого колеса.

ком.

При отклонении капустоуборочной машины от заданного курса следования в другую сторону сказанное будет иметь место для второго колеса.

В третьем разделе «Методика экспериментальных исследований и обработки опытных данных» изложены программа и методика исследований и описано лабораторное оборудование.

Общий вид лабораторной установки для исследования влияния различных факторов на продольную устойчивость движения капустоуборочной машины показан на рисунке 8.

Устройство для измерения и регистрации отклонений капустоуборочной машины от

Устойчивость движения проверялась на уча стках с различной твердостью и влажностью поч вы.

Лабораторно-полевые исследования проводились на поле с продольным уклоном не боле 2%, на серых лесных почвах.

На каждой делянке были выделены по 3 кон трольные точки, в которых были взяты образць; почвы для определения влажности и одновременн определялась твердость почвы.

Влажность почвы определяли согласно мето дике, приведенной в ГОС1

28268-89.

Твердость почвы определяли твердомеров Ревякина.

Анализ данных проводился с помощью программ Microsoft Excel и Statsoft Statistica v 6.1.

В четвертом разделе «Результаты экспери ментальных исследований» представлены и про анализированы полученные данные.

Как было сказано выше, условием наилучше го функционирования капустоуборочной машинь: является обеспечение следования ее режущего апч парата по ряду капусты. Соблюдение этого ycnoj вия при предложенной опорно-прицепной систему проверялось в полевых условиях путем изучен: следования машины заданному прямолинейному курсу на заранее подготовленных участках почвы.

Исследования проведены при параметрах опорно-прицепной системы, обозначенные выше, т.е. при L=2,35 м, DR= 762 мм и bR= 235 мм. На рисунке 10 изображен фрагмент ос^ циллограммы угла отклонения агрегата от заданного курса (нулевой линии).

Из осциллограммы видно, что режущий аппарат на вспаханном участке почвы дли ной Li отклоняется от заданного курса (участок Ti ), а при въезде на участок с твердой поч вой длиной L2 приближается к нему (участок Ti). Изначально Lj » Lj.

Как показывает статистический анализ, значения угла отклонения прицепного дышла <р от нулевой линии преимущественно подчиняются нормальному закону распределения, с чем свидетельствуют результаты оценки расхождений между эмпирическими и теоретическими частотами вариационного ряда по критерию Пирсона.

Таким образом, результаты проведенных исследований колебаний капустоуборочной ма шины в горизонтальной плоскости коррелируются и, дополняя друг друга, подтверждают результаты теоретических исследований.

Рисунок 9 - Устройство для измерения и регистрации отклонения капустоуборочной машины от заданного курса: 1 - дышло; 2 - серьга трактора; 3 - реостат; 4 - система обработки данных ЗВ NET log U11300ip; 5 - дуга; 6 - гибкая связь; 7 - кабель USB; 8 - компьютер портативный; 9 -тарировочное устройство.

—

со э о.

Экспериментально исследовано влияние параметров левого опорного колеса машины, твердости почвы и ее различия под опорными колесами на величину отклонения ка-пустоуборочной машины от курса следования. Опыты проводились в положении 1 (когда одно колесо движется по вспаханной, а второе - по невспаханной полосе) и 2 (когда оба колеса двигаются по вспаханной полосе). Результаты представлены на рисунках 11-18.

С уменьшением твердости почвы при установке одинаковых колес в положении 1 устойчивость хода резко снижается (рисунок 11), при этом увеличивается угол отклонения дышла до значений, превышающих в 2...3 раза допустимые по агротребованиям, что теоретически обосновано и выражено уравнением (18).

ь ь Г, Т2 Тг

Л /Л / -ОЛ

АЛ- \ г \ /

( 1~цап. \ / Тцст. \ Тцст.

\ 1

и

\0 5 ц к2 10 4 15 20

УМ» ш

Рисунок 10 - Фрагмент осциллограммы угла отклонения капус-тоуборочной машины от заданного курса на различных участках почвы: Ьь Ьг - длина вспаханной и невспаханной делянок соответственно; Ть Т2 - время прохождения вспаханного и невспа-

ханного участка соответственно;

1 уст

- время установившегося

движения агрегата по вспаханному участку

Рисунок 11 - Фрагмент осциллограммы утла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами одинакового размера в положении 1

Угол. град.

Рисунок 12 - Гистограмма и кривая нормального распределения угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами одинакового размера в положении 1

Ъ С

Рисунок 13 - Фрагмент осциллограммы угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами одинаковых размеров в положении 2

3.6 З.а 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4

Угол, град.

Рисунок 14 - Гистограмма и кривая нормального распределения угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами одинаковых размеров в положении 2

Проводя опыты с одинаковыми колесами в положении 2 (рисунок 13), заметим, чтс при одинаковой твердости почвы под обоими колесами отклонение на нетипичной для уборки капусты твердости почвы (К= 168 Н/см2) находится в пределах нормы, однако при снижении твердости до значения V-90,4 Н/см2, наблюдается значительное превышение уг ла отклонения от заданного курса.

Исследуя устойчивость движения капустоуборочной машины с опорными колесам'; разных размеров в положении 2 (рисунок 17), заметим, что при условии близкой по значе нию твердости почвы под обоими колесами величина угла отклонения дышла заметно па дает по сравнению с результатами предыдущих опытов.

При испытании на участке с твердостью почвы К=90,4 Н/см2 наблюдается наименьшее отклонение, среднее значение которого более чем в 2 раза ниже допустимого. При этом максимальное его значение тоже находится в допустимых пределах.

В данном случае результаты экспериментальных исследований подтверждают провес денный ранее теоретический анализ.

г, тг г, Т, 1\-7

/ г- 1 'уев м/ ^уст. ^ус/г.

С 5 10 15 20

Рисунок 15 - Фрагмент осциллограммы угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами разных размеров в положении 1

3,4 3,6 3.8 4.0 4,2 4.4 4.8 4,8 5.0 5,2 Угол, град.

Рисунок 16 - Гистограмма и кривая нормального распределения угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами разных размеров в положении 1

А Л^ I и. А

Члч/иг VI Т>» V ^ Ту ст.

Рисунок 17 - Фрагмент осциллограммы угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами разных размеров в положении 2

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,в 3,0

Угол, град.

Рисунок 18 - Гистограмма и кривая нормального распределения угла отклонения от заданного курса машины с опорными колесами разных размеров в положении 2

2,5 2 1,5 1 0,5 О

2,25

ш ^^

Изменения угла отклонения капустоуборочной машины с опорными колесами разных размеров от заданного курса в зависимости от твердости почвы при прямолинейном ходе агрегата в положении 2 представлены на рисунке 19.

Из приведенных выше диаграмм можно сделать вывод, что твердость почвы оказывает существенное влияние на прямолинейность движения агрегата в положении 1, нежели в положении 2. Это обусловлено тем, что в положении 1 сопротивление левого колеса уменьшено за счет того, что оно движется по твердой невспаханной почве. При этом явно заметна обратно пропорциональная зависимость при использовании колеса меньшего диаметра в положении 2. Такой результат наблюдается вследствие того, что колесо меньшего размера с уменьшением твердости почвы имеет большее сопротивление качению, чем колесо большего размера.

Результатами экспериментальных исследований доказано, что капустоуборочная машина с усовершенствованной опорно-прицепной системой имеет повышенную устойчивость хода.

Снижение твердости почвы в делянках в меньшей степени сказывается на стабильности хода капустоуборочной машины с усовершенствованной опорно-прицепной системой.

В пятом разделе «Технико-экономическая оценка результатов исследований» приведены технико-эксплуатационные показатели, полученные в результате производственных испытаний и определена экономическая эффективность капустоуборочного комбайна с модернизированной опорно-прицепной системой.

Экономические показатели отражены в общих выводах.

112.8 90,4

Твердость, Н/см1

19 - Диаграмма изменения угла поворота дышла машины от твердости почвы в положении 2-6

Рисунок

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Оценив качественно отрицательное влияние отклонений капустоуборочной ма шины от заданного курса на рабочий процесс (подраздел 1.1), установлено, что одним I основных путей улучшения качественных показателей ее работы является повышение кур совой устойчивости.

2. Изучив предварительно физико-механические свойства почвы, как среды, с которо" взаимодействует капустоуборочная машина, теоретически и экспериментально выявлен харак тер и степень влияния основных факторов процесса и конструкции опорно-прицепной системь на устойчивость движения её в междурядье. Установлено, что с выполнением радиуса и шири ны левого опорного колеса согласно выражению (18) и выполнением длины прицепного дышл в соответствии с выражением (35), смещением точки прицепа вцраво от центра на одно отвер стие согласно зависимости (37), величина отклонения прицепного дышла от заданного кург уменьшается до 1...3 градусов, что соответствует 20...60 мм отклонения режущего аппарата < рядка капусты.

3. С учетом научных положений, изложенных в п. 1 и 2, модернизирована опорно-прицепная система капустоуборочной машины путем выполнения левого опорного колес меньшего размера по сравнению с правым и асимметричного расположения точки прицеп относительно продольной оси трактора, а также выполнения рабочей длины прицепного дышла в соответствии с выражением (35), а также установлены следующие рациональны средние значения параметров опорно-прицепной системы:

- диаметр левого опорного колеса 620 мм;

- ширина левого опорного колеса 145 мм;

- диаметр правого опорного колеса 762 мм;

- ширина правого опорного колеса 235 мм;

- длина прицепного дышла не менее 1,44 м;

- смещение точки прицепа относительно продольной оси трактора на одно технологическое отверстие в прицепной скобе трактора (100 мм).

4. На основе выполненных исследований предложена для дальнейшей разработки темы новая схема опорно-прицепной системы (патент №2450504) для капустоуборочных машин, отличающаяся тем, что опорные колеса машины установлены на ее мосту с возможностью перемещения вдоль оси вращения, снабжены фрикционными дисками, с помощью которых они имеют возможность входить во взаимодействие с установленным жестко на мосту машины тормозными дисками при действии осевых сил, направленных в их сторону, а также выходить из взаимодействия с ними под действием пружин сжатия и (или) сил, направленных в обратную сторону.

5. Модернизация опорно-прицепной системы капустоуборочной машины позволила улучшить качественные показатели ее работы: обеспечить полноту сбора стандартных кочанов до 98%; выход кочанов, срезанных с длиной кочерыги от 0 до 3 см, 92...95%; снизить процент поврежденных кочанов в сильной степени до уровня 2%. В результате ожидается при нормативной загрузке капустоуборочной машины годовой экономический эффект в объеме 455,4 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

а) изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Васильев, А.О. Совершенствование опорно-ходовой системы капустоуборочной машины [Текст] /С. С. Алатырев, А. О. Васильев //Сельский механизатор. -№1 - М., 2013 С.8-10

2. Васильев, А.О. Малогабаритный капустоуборочный комбайн - эффективное средство для уборки овощей [Текст]/ К. А. Савеличев, А. О. Григорьев, Р. В. Андреев, Н. Н. Тончева, С. С. Алатырев, И.С. Алатырева //Тракторы и сельскохозяйственные машины. -№3-М., 2010, С.14-17.

б) изобретения и полезные модели:

3. Патент №2450504 РФ МПК A01D 45/26 Капустоуборочная машина / Васильев А.О., Андреев Р.В., Чебоксарова A.B., Алатырев С.С. - №2010136615/13; Заявлено 31.08.2010; Опубл. 21.05.2012. Бюл. №14-6 с.

в) материалах других изданий:

4. Васильев, А.О. Проблема устойчивости движения капустоуборочной машины в междурядье [Текст]/ А.О. Васильев // «Молодежь и наука XXI века» Материалы межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов -Чебоксары: ЧГСХА, 2008, С. 65-66.

5. Васильев, А.О. Теоретические предпосылки повышения устойчивости движения капустоуборочной машины в междурядье [Текст]/ А.О. Васильев // «Наука в развитии села» Материалы республиканской научно-практической конференции молодых ученых - Чебоксары: ЧГСХА, 2009. -С. 182-184.

6. Васильев, А.О. Пути решения проблемы устойчивости движения капустоуборочной машины в междурядье [Текст]/ А.О. Васильев, Е.А. Буренок // «Молодежь 21 века -специалисты АПК нового поколения» Материалы студенческой научно-практической конференции - Чебоксары: ЧГСХА, 2009 - С. 228.

7. Васильев, А. О. Определение оптимальных размеров опорных колес капустоуборочной машины [Текст]/ А.О. Васильев // «Молодежь и инновации XXI века» Материалы V Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов - Чебоксары: ЧГСХА, 2009 - С. 38-40.

8. Васильев, А.О. Повышение устойчивости хода капустоуборочной машины в междурядье [Текст]/ С.С. Алатырев, А.О. Васильев // Живое мышление - стратегия Чувашии» Материалы международной научно-практической конференции - Чебоксары: ЧГСХА 2010 - С. 504-506.

9. Васильев, А.О. Разработка низкозатратной адаптируемой к рыночным условиям технологии механизированной уборки овощей [Текст]/ С.С. Алатырев, H.H. Тончева, Р.В. Андреев, А.О. Васильев // «Вклад молодых ученых в будущее Чувашии» Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 90-летию создания Чувашской Республики - Чебоксары: ЧГСХА 2010 -С. 158-160.

10. Васильев, А. О. Расчет оптимальной длины прицепного дышла капустоуборочной машины [Текст]/ А.О. Васильев // «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства» Материалы всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов - Чебоксары: ЧГСХА, 2011 - С.259-262.

П.Васильев, А.О. Взаимодействие одиночного колеса с почвой [Текст]/ А.О. Васильев, A.A. Васильев // «Студенческая наука для развития Чувашии» Материалы студенческой научно-практической конференции - Чебоксары: ЧГСХА, 2011 - С. 335-336.

Подписано в печать 4$.0^2013 г. Формат 60x84/ 16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ •/

Отпечатано с оригинала — макета Полиграфический отдел ФГБОУ ВПО «Чувашская ГСХА» 428003, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 29 Лицензия ПЛД №27-36

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЧУВАШСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ»

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ КАПУСТОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЕЕ ОПОРНО-ПРИЦЕПНОЙ СИСТЕМЫ

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

На прс

Васильев Александр Олегович

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель-

доктор технических наук доцент Алатырев С.С.

ЧЕБОКСАРЫ - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ......................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ............................................................................... 7

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.............. 12

1.1. Влияние устойчивости движения капустоуборочного агрегата на качественные показатели его работы............................................... 12

1.2. Классификация опорно-ходовых систем и схем агрегатирования уборочных машин....................................................................... 18

1.3. Технические средства и методы повышения устойчивости хода сельскохозяйственных машин.......................................................... 22

1.4. Состояние исследований проблемы устойчивости и стабилизации движения прицепных агрегатов....................................................... 38

1.5. Цель и задачи исследования................................................. 44

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПОРНО-ПРИЦЕПНОЙ СИСТЕМЫ КАПУСТОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ......................... 47

2.1. Модель движения капустоуборочного агрегата......................... 47

2.2. Выбор размеров опорных колес............................................. 55

2.3. Обоснование длины прицепного дышла................................. 62

2.4. Влияние положения точки прицепа на устойчивость хода капустоуборочной машины.......................................................... 72

2.5. Обоснование новой опорно-прицепной системы к перспективным капустоуборочным машинам......................................................... 74

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ............................................. 76

3.1. Программа экспериментальных исследований........................... 76

3.2. Приборы, оборудование и приспособления для проведения исследований............................................................................... 77

3.2.1. Описание лабораторно-полевой установки........................... 77

3.2.2. Тарировка измерительного оборудования......................... 84

3.3. Характеристика условий лабораторно-полевых исследований...... 87

3.3.1. Подготовка участка для полевых исследований........................................87

3.3.2. Методика определения влажности и твердости почвы......................91

3.4. Методика исследования рельефа поля на плантациях капусты............93

3.5. Методика исследования влияния параметров опорно-прицепной системы на устойчивость движения капустоуборочной машины в междурядье..............................................................................................................................................................93

3.5.1. Выбор параметров оптимизации и факторов процесса......................97

3.5.2. Методика анализа экспериментальных данных....................................99

3.5.3. Определение повторности экспериментов....................................................101

3.6. Методика проведения полевых исследований......................................................102

3.7. Методика определения вертикальной нагрузки на опорное колесо капустоуборочной машины..........................................................................................................................104

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..............107

4.1. Рельеф поля как фактор, влияющий на качество работы капустоуборочной машины..........................................................................................................................107

4.2. Анализ устойчивости хода капустоуборочной машины в динамике.. 110

4.3. Влияние твердости почвы на устойчивость хода капустоуборочной машины........................................................................................................................................................................120

4.4. Значение вертикальной нагрузки на опорные колеса капустоуборочной машины..........................................................................................................................124

4.5. Производственная проверка капустоуборочной машины с модернизированной опорно-прицепной системой..............................................................125

5. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ..........................................................................................................................................128

5.1. Технико-эксплуатационные показатели......................................................................128

5.2. Показатели экономической эффективности..............................................................130

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ............................................................................................................................................137

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................139

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................................................................................................154

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

Обозначение Наименование Единица измерения

а Полуось эллипса площадки смятия почвы мм

Ах Амплитуда затухающих колебаний мм

Ъ Ширина покрышки мм

с Коэффициент сопротивления качению

/о Коэффициент сопротивления качению колеса в ведомом режиме при малой скорости

/п Нормальный коэффициент анизотропного качения колеса

РТ1, Р'П Силы сопротивления почвы боковому сдвигу колес кН

/г Тангенциальный коэффициент анизотропного качения колеса

/г Коэффициенты сопротивления шины и грунта качению колеса соответственно

С и Ст Вычисленное и табличное значение критерия Кохрена

к Величина деформации покрышки мм

к, 1с Плечи сил Яь Яя и Яс соответственно мм

к Коэффициент сопротивления

К Коэффициент эластичности

ь Длина прицепного дышла мм

т Масса машины кг

п Коэффициент восстановления

п Число точек плана

N Число строк плана

Р Нормальная нагрузка колеса кН

Р, Максимальное допустимое значение показателя точности

Рт Сила тяги трактора кН

РV Давление в шине МПа

Я Коэффициент колебательности

Я* Обобщенная сила кНм

я Равнодействующая сил сопротивления агрегата кН

Яс Сила сопротивления режущего аппарата кН

Гй Динамический радиус колеса мм

Кя Силы сопротивления перекатыванию опорных колес машины (левому и правому соответственно) кН

Гь Г к Радиус покрышки (левой и правой соответственно) мм

Ям, Як Норма отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание (трактора и капустоуборочной машины соответственно) %

Путь переходного движения мм

° у! тах Наибольшая постоянная дисперсии ошибок

Т 1 3 Период одного затухающего колебания с

V Скорость машины км/ч

V Твердость почвы Н/см2

V Скорость поступательного движения капустоуборочной машины м/с

V, Коэффициент вариации

К Производительность капустоуборочной машины за час основного времени га/ч

Хю Значение нулевого уровня ьго фактора

У У тах> Значения верхнего и нижнего уровней факторов

У Угол среза кочерыги Град.

8 Угол установки колеса к направлению движения Град.

Л Величина смещения точки прицепа мм

бо Поперечное отклонение от заданной траектории точки прицепа капустоуборочной машины мм

АХ, Интервал варьирования ¡-го фактора

АН Величина компенсатора мм

№ Коэффициент сопротивления колес боковому сдвигу

X Время переходного процесса с

У Средняя арифметическая величина показателя оптимизации

<Р Угол отклонения капустоуборочной машины от заданного курса (обобщенная координата)

А Отклонение режущего аппарата от ряда капусты мм

¿р Площадь поперечного сечения плунжера мм"

А., Площадь контактной площадки 1 мм"

Ап Объем продукции повышенного качества на 1 га т

Ат, Ак Норма амортизационных отчислений (по трактору и капустоуборочной машине соответственно) %

Е Нормативный коэффициент эффективности

3 Годовая экономия живого труда чел-ч

Зт§Ы Зтн Удельные затраты труда при базовом и новом вариантах чел-ч/га

Кун Удельные капитальные вложения в новом варианте руб/га

п2,п, Прибыль от реализации продукции повышенного и прежнего качества руб.

Рс Сопротивление почвы вдавливанию штока с плунжером кН

С - и С ^по 1/1 ^ПН Прямые производственные затраты по сравниваемым вариантам руб.

Сч Часовая ставка руб.

Тк Кинетическая энергия капустоуборочной машины Дж

Тгк Нормативная зональная загрузка капустоуборочного комбайна ч

У Урожайность капусты т/га

у1 Значение параметра оптимизации при ьой повторности

Цт Комплексная цена 1т топлива руб.

Эг Ожидаемая годовая экономия эксплуатационных затрат руб.

ВВЕДЕНИЕ

В России и в ряде европейских стран овощеводство является крупной и важной отраслью сельскохозяйственного производства.

В производстве овощной продукции белокочанная капуста занимает значительную часть [ 75]. В специализированных хозяйствах её выращивают на площадях 100-150 гектаров [6].

Особенностью возделывания капусты является большая трудоемкость, причем в настоящее время механизированы многие технологические операции: посадка, уход за растениями и полив. Однако урожай капусты во многих хозяйствах убирается вручную с привлечением населения. Из всех технологических операций, необходимых для производства капусты, уборка и послеуборочная обработка - наиболее трудоемкие, на их долю приходится около 70% всех трудозатрат [72]. При ручной уборке затраты труда составляют 300...350 чел.-ч на 1 га площади [75]. Уборка урожая с использованием машин повышает производительность и сокращает затраты труда более чем в 3 раза.

В последние годы в России и в ряде других стран обращают пристальное внимание на разработку овощеуборочной техники, в частности, машин для сплошной уборки капусты [23, 133, 134, 135, 138]. Однако имеющиеся опытные образцы капустоуборочных машин характеризуются невысокой эффективностью выполнения технологического процесса в реальных производственных условиях [62, 133, 134, 136].

Качественные показатели работы капустоуборочных машин существенно зависят от устойчивости хода их в междурядье. Так, чрезмерное отклонение режущего аппарата от ряда капусты при уводе машины от заданного курса приводит к потерям и повреждениям кочанов, наблюдается косой и рваный срез кочерыг.

В комбайнах для обеспечения устойчивости хода в междурядье в основном используются гидравлические устройства, которые обладают

несколько запоздалым срабатыванием, что, следовательно, является сдерживающим фактором в повышении рабочей скорости и производительности агрегата.

Поэтому повышение устойчивости хода каиустоуборочной машины в междурядье является актуальной задачей при создании перспективных капустоуборочных машин.

Степень разработанности темы. В настоящее время глубоко изучена динамика некоторых мобильных агрегатов, выявлены факторы курсовой устойчивости агрегатов с одной и двумя степенями свободы, предложены теоретические решения, направленные на повышение их устойчивости хода.

Тем не менее, в известных работах не найдены решения на практическом уровне, которых можно было бы реализовать в капустоуборочной машине с максимальной результативностью в характерных условиях ее эксплуатации: высокой влажности и слабой несущей способности почвы в сезон уборки капусты.

В этой связи есть необходимость в дальнейшей проработке вопросов курсовой устойчивости капустоуборочных машин.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Чувашской ГСХА в рамках отраслевой программы РАСХН «Разработать новое поколение экологически безопасных, ресурсосберегающих машинных технологий, создать комплекс конкурентоспособных технических средств и высокоэффективных агротехнических и биологических приемов для устойчивого производства овощной продукции в открытом грунте, адаптированных к основным природным зонам товарного производства овощей» на период до 2012 года (задание 03.01 и 03.02) и российско-белорусской программы «Повышение эффективности производства и переработки плодоовощной продукции на основе прогрессивных технологий и техники» (Постановление СМ союзного государства № 18 от 21.04.2005 г.).

Цель исследования. Улучшение качественных показателей работы капустоуборочной машины путем совершенствования ее опорно-прицепной системы.

Объект исследования. Технологический процесс капустоуборочной машины и ее опорно-прицепная система.

Предмет исследования. Закономерности влияния конструкции и параметров опорно-прицепной системы капустоуборочной машины на качество рабочего процесса.

Методика исследований. Теоретические исследования базировались на законах и методах механики. Экспериментальные исследования проводились по общепринятым и частным методикам с применением электронной цифровой регистрирующей аппаратуры и ПЭВМ.

Научная новизна. Предложена и доказана новая идея улучшения качественных показателей работы капустоуборочной машины путем повышения устойчивости ее хода в междурядье.

Разработаны новые конструктивные схемы опорно-прицепной системы капустоуборочной машины, техническая новизна самой перспективной из них подтверждена патентом РФ на изобретение № 2450504 [98].

Выведены аналитические зависимости (2.26), (2.54), и (2.56), описывающие условия качественного выполнения рабочего процесса. На основе названных зависимостей и результатов экспериментальных исследований установлены рациональные значения конструктивных параметров опорно-прицепной системы капустоуборочной машины.

Практическая значимость. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана усовершенствованная опорно-прицепная система с рациональными параметрами, позволяющая выдерживать отклонения режущего аппарата в пределах, допускаемых агротехническими требованиями и позволяющая улучшить качественные показатели работы машины, создан опытный образец машины с

модернизированной опорно-прицепной системой, представлено также предложение по ее дальнейшему совершенствованию.

Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы при разработке малогабаритной капустоуборочной машины, испытанной в крестьянском фермерском хозяйстве Семенова В.Н. Козловского района Чувашской Республики.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также техническая документация переданы крестьянскому (фермерскому) хозяйству «СЕЛИФОНТОВО» (Республика Беларусь), ООО «Деметра» (Чувашская Республика), ООО «Ибресинское ремонтно-техническое предприятие» (Чувашская Республика) и крестьянско-фермерскому хозяйству «ИП Баймаковский» (Республика Мордовия) для опытного производства малогабаритной капустоуборочной машины и использования ее в производственных условиях. Практическое использование научных результатов подтверждается соответствующими документами.

Также за данную разработку был получен гранд от организации «Российское Аграрное Движение».

Основные положения, выносимые на защиту:

-конструктивные схемы модернизированной опорно-прицепной системы, обеспечивающей устойчивое движение капустоуборочной машины в междурядье;

-аналитические и эмпирические зависимости, описывающие условия качественного выполнения рабочего процесса капустоуборочной машины;

-рациональные значения конструктивных параметров опорно-прицепной системы, обеспечивающие устойчивость хода капустоуборочной машины в междурядье в пределах агротребований;

-результаты полевых испытаний и технико-экономические показатели капустоуборочной машины с разработанной опорно-прицепной системой.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежь и наука XXI века» (Чебоксары:

ЧГСХА, 2008); техническом совещании ООО «Ибресинское РТП» (Чувашская Республика, пос. Ибреси, 2008 г.); Республиканской научно-практической конференции молодых ученых (Чебоксары: ЧГСХА, 2009); Конкурсе создателей самодельной тракторной техники «Кулибин XXI века» (Чебоксары: Музей истории трактора, 2010 г.); Всероссийском инновационном форуме аграрной молодежи и выставке-демонстрации лучших инновационных проектов в сфере АПК (Орел: ОрелГАУ, 2010 г.); Всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа по номинации «Технические науки» (Уфа: Башкирский ГАУ, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Роль высшей школы в реализации проекта «Живое мышление-стратегия Чувашии» (Чебоксары: ЧГСХА, 2010); VI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в будущее Чувашии» (Чебоксары: ЧГСХА, 2010); VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства (Чебоксары: ЧГСХА, 2011 г.); выставке в шестом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов: СГАУ, 2011 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 публикациях, в том числе две статьи опубликованы в ведущих рецензируемых научно - практических журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, один патент на изобретение. Три статьи опубликованы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертационная ра