автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Устойчивость и стабильность работы глубоко-рыхлителя-щелереза на склонах, подверженных водной эрозии

На правах рукописи

АЛЕЕВ Булат Аяпович

УСТОЙЧИВОСТЬ И СТАБИЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ГЛУБОКО-РЫХЛИТЕЛЯ-ЩЕЛЕРЕЗА НА СКЛОНАХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ

ВОДНОЙ ЭРОЗИИ

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Открытом Акционерном Обществе «Научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина» - ОАО «ВИСХОМ».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ Иван Михайлович Панов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Особов Вадим Ильич (05.20.01) доктор технических наук, профессор Шмонин Владимир Алексеевич (05.20.01)

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства» (ВИМ)

Защита состоится "ЛЛ "^ЛАСиХ-^ 2006 года в 10е2 часов на заседании Диссертационного совета Д 217.046.01 при Научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина - ОАО «ВИСХОМ» по адресу: 127247, Москва, Дмитровское шоссе, дом 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВИСХОМ». Автореферат разослан 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических науь старший научный сотрудш В.М. Власенко

Общая характеристика работы

з

Актуальность темы. Для увеличения производства сельскохозяйственной продукции и повышения производительности труда в сельском хозяйстве за последние десятилетия практически повсеместно применяют интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, основанные на многократных проходах всё более мощной и тяжелой сельскохозяйственной техники. Во время сельскохозяйственных работ ходовые системы машинно-тракторных агрегатов (МТА) покрывают следами от 40 до 80% обрабатываемого поля, а поворотные полосы подвергаются 8-10 кратному воздействию движителей. Всё это приводит к распылению верхнего и уплотнению нижнего горизонтов почвы, к развитию ветровой и водной эрозии, к снижению плодородия почвы и, в конечном итоге, к недобору урожая.

Особенно опасна водная эрозия на склонах, т.к. дождевые и талые воды вместе с плодородным слоем почвы выносят в низины и водоёмы токсичные вещества — остатки химикатов, нанося экологический вред не только пахотному слою почвы, но и всей окружающей среде. В России и в Казахстане до 50% сельскохозяйственных угодий находятся на склонах от 1 до 7®, поэтому проблема борьбы с водной эрозией имеет важное государственное значение.

Наиболее перспективным агротехническим приёмом предотвращения водной эрозии, а также для борьбы с переуплотнением пахотного и подпахотного горизонтов является глубокое рыхление и щелевание почвы. Особенно эффективно рыхление склоновых земель, когда удаётся перевести поверхностный сток талых и дождевых вод во внутрипочвенный и предотвратить смыв плодородного слоя почвы. Однако работа рыхлительно-щелерезных агрегатов на склонах изучена недостаточно ни в агрономическом, ни в техническом планах. При движении поперек склона МТА с глубокорыхлителем теряет устойчивость, что ведет к ухудшению качества рыхления. До настоящего времени не

выявлены все факторы, влияющие на устойчивость движения и стабильность работы таких МТА на склонах разной крутизны.

Цель исследования — обосновать параметры и режимы работы глубокорыхлителя, обеспечивающие устойчивость движения и стабильность глубины обработки на склонах разной крутизны.

Объектом исследования является опытный образец глубокорыхлителя в агрегате с гусеничным трактором.

Предметом исследования служат процессы колебания глубокорыхлителя при движении поперек склона.

Методы исследования. Теоретические исследования устойчивости движения и стабильности глубины хода выполнялись с использованием положений динамики движения материальных систем и теории выбросов случайных функций за заданный уровень. Обработка опытных данных проведена методами теории вероятностей и математической статистики.

Научную новизну работы составляют математические модели затухающих и вынужденных колебаний глубокорыхлителя в продольно-вертикальной плоскости на основе детерминированных дифференциальных уравнений с учётом параметров и режимов движения орудия и частоты возмущающих сил от неровностей поверхности поля.

Практическую ценность работы составляют: конструктивные и силовые параметры глубокорыхлителя, обеспечивающие сокращение брака по глубине обработки и снижение резонансной амплитуды на неровном рельефе поля, рекомендации по режимам работы глубокорыхлителя на склонах разной, исключающие сток воды и смыв почвы.

Реализация результатов исследований.

Рекомендации по выбору конструктивных параметров глубокорыхлителя приняты для реализации корпорацией «Казахсельмаш» и ТОО «Астана-Агропромтехника». На опытном участке завода филиала № 20 РПГ «Енбек-Кокшетау» была изготовлена опытная партия глубокорыхлителей-щелерезов

ГРНА-3 в количестве 12 штук, которые проходят производственную проверку в ряде хозяйств Республики Казахстан. Результаты теоретических исследований устойчивости движения почвообрабатывающих машин путем составления математических моделей, а также оценки стабильности показателей их работы используют в учебном процессе Кокшетауского университета.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждены и одобрены на секции НТС ОАО «ВИСХОМ» (2005-2006), на кафедре сельскохозяйственных машин ТСХА им. К.А. Тимирязева (2005), на НТС СКБ завода «Целинсельмаш» (2006), в Научном Центре Кокшетауского Университета (2006), на кафедре почвообрабатывающих машин МГАУ (2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и монография. Общий объем публикаций составляет 6,5 печ. л., в том числе лично автора 4,25 печ. л. >

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из шести глав, основных выводов, списка литературы и приложений.

Общий объем диссертации составляет 1152 стр., 42 рисунка, 14 таблиц. Список литературы содержит 90 наименований, в том числе 4 на иностранных языках. *

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены направления исследования и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы, цель и задачи исследования» дан анализ влияния интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на переуплотнение почвы, развитие эрозионных процессов, нарушение экологии и снижение сбора урожая.

В результате многолетних исследований отечественных и зарубежных учёных, ряда научно-исследовательских институтов (ВИМ, ВИСХОМ, ТСХА,

ЦелинНИИМЭСХ (Казахстан) установлено, что наиболее эффективным агротехническим приемом борьбы с переуплотнением пахотного и подпахотного горизонтов почвы является глубокое рыхление на глубину до 0,7 м склоновых и равнинных полей. Однако ряд вопросов выбора параметров и режимов работы глубокорыхлителей и их устойчивости и стабильности глубины обработки ещё недостаточно изучены, особенно при работе на склонах разной крутизны.

Основы учения об устойчивости движения МТА были заложены акад. В.П. Горячкиным в его работе «Об устойчивости пахотных орудий».

Дальнейшее развитие теории движения почвообрабатывающих МТА получило в трудах П.М. Василенко, А.И. Тимофеева, В.П. Рослякова, Б.И. Турбина, Л.В. Гячева, А.Б. Лурье, В.И. Особова и других учёных. Устойчивость движения МТА в условиях пересеченного рельефа рассмотрены и развиты трудами И.М. Хохлова, Р.Р. Двали, Х.А. Хачатряна, З.А. Хантадзе и др.

Основные положения, используемые в трудах перечисленных ученых опираются на понятие устойчивости, сформулированное A.M. Ляпуновым в классическом труде «Общая задача об устойчивости».

Большой вклад в развитие теории движения почвообрабатывающих агрегатов внесли работы П.М'. Василенко, А.Б. Лурье, А.И. Любимова и их учеников: В.В. Бледных, А.Н. Аристова, P.C. Рахимова. В этих работах рассмотрены вопросы выбора моделей агрегатов, обобщенных координат, методов составления дифференциальных уравнений движения. В работах И.М. Панова и Н.Т. Велиева рассмотрены вопросы устойчивости движения МТА с ротационным плугом, в работах Б. Шакирова и А.М. Султанова дан анализ устойчивости движения чизельных плугов на склонах.

Детально вопросы устойчивости движения МТА с навесными и прицепными орудиями рассмотрены в работах Л.В. Гячева, которые имеют методический характер, т.к. в них не рассмотрены конкретные агрегаты.

Работы по оценке стабильности показателей работы МТА на склонах пока ещё малочисленны. Некоторым вопросам статистической оценки стабильно-

сти технологических процессов почвообрабатывающих МТА посвящены труды Л.Е. Агеева, Ю.К. Киртбая, Х.А. Хачатряна, А.Б. Лурье.

Из анализа предшествующих работ и для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:,

1.Обосновать математические модели движения глубокорыхлителя-щелереза и провести их исследование.

2. Определить влияние конструктивных, кинематических и силовых параметров, на быстроту затухания «возмущенного» движения глубокорыхлителя в продольно-вертикальной плоскости. .

3. Изучить влияние на вынужденные колебания глубокорыхлителя параметров неровностей рельефа поля.

4. Определить влияние способов рыхления (сплошного и полосного) на сток воды и смыв почвы на склонах разной крутизны.

5. Дать статистическую оценку стабильности глубины хода глубокорыхлителя.

6. Обосновать рациональные параметры и режимы работы глубокорыхлителя на склоновых землях.

Во второй главе «Устойчивость движения МТА с глубокорыхлителем» обоснована расчетная модель агрегата и дан анализ устойчивости его движения. -

На основании работ М.Г. Манцева, Л.Х Кима и Г.А. Кальбуса установлено, что на этапе проектирования рационально рассматривать движение орудия как автономной системы, независимой от движения трактора. Для исследований были приняты детерминированные линейные модели глубокорыхлителя при следующих допущениях: отклонение траекторий точек орудия в возмущенном движении малы; изменение внешних сил и моментов, связанных с отклонением траекторий, пропорциональны отклонениями их первым производным.

Для анализа выбраны две системы координат (рис. 1): неподвижную (инерциальную) систему ХУ2 с началом в точке л- мгновенном центре вращения (МЦВ) механизма навески и подвижную систему ^¿^жестко связанную с

В равновесном (невозмущенном) состоянии орудия направление осей ХУ2. и ^Т]^ совпадают. В возмущенном состоянии подвижная система координат отклоняется от начального положения. Рассмотрим движение орудия относительно трактора в продольно-вертикальной плоскости. Угол у/ отклонения нижних тяг примем за обобщенную координату.

На расчетной схеме (см. рис. 1) обозначены: Р£> и Р& - горизонтальная и вертикальная составляющие суммарного сопротивления почвы, приведенные к среднему условному рабочему органу; Р„Р, Рд , Р„р, Рд - горизонтальные и вертикальные составляющие сил сопротивления почвы на крайнем левом и крайнем правом рабочих органах орудия; р£пр, Рк л, ^кпр, ?кл - горизонтальные и вертикальные составляющие реакций почвы на опорных колёсах, <7 - сила тяжести орудия.

Как правило, заданными являются сила тяжести орудия и результирующая элементарных сил сопротивления почвы Рхх- Для определения реакций почвы на опорные колёса использовали графо-аналитический метод, разработанный Г.Н. Синеоковым. Пространственную систему сил, действующих на

орудие, привели к главному вектору Я = + Ру + Рг2 и главному моменту

М = М\ +Му+ М\ , где Рх = ЦРхг,

^ = = "Д'Л/). Здесь

— координаты точек приложения сил относительно точки приведения. В качестве точки приведения выбрали точку М на оси подвеса, а звена приведения - звено ВЫ.

Для вывода уравнения движения глубокорыхлителя использовали уравнение Лагранжа второго рода в форме >

а(дТ дГ+д£+5Ф) _

Ж^дуг' ду/* ду/ + ду/) У*' ()

где Ту П и Ф — соответственно кинетическая, потенциальная и диссипативная энергии орудия; 0,ц,- обобщенная сила по обобщенной координате у/.

Кинетическую энергию определим через приведенную массу тп орудия. Найдя абсолютную скорость точки А/через обобщенную координату, получим

Г = |тл(у2+/2со52^2), (2)

где V — поступательная скорость орудия, м/с; I — длина звена приведения (нижних тяг навески), м; щ — угол наклона нижних тяГ навески в невозмущенном

положении; у/ = ~~ - угловая скорость колебания центра масс орудия в отно-ш

сительном движении.

. Допуская, что система «металлическое опорное колесо - почва» обладает деформационной способностью, благодаря упругим свойствам почвы, найдем потенциальную энергию орудия •

П = (3)

где с и Дг — жесткость и деформация системы «колесо — почва».

Полная деформация системы «колесо — почва» с учётом поворота орудия

_ А а0

на угол у/равна Дг = Дст +1КЧ', где &ст " статическая деформация сис-

темы «колесо — почва».

Энергия диссипации вычисляется по выражению

Ф = |^(Дг)2==^\ (4)

где с1 - коэффициент сопротивления упругой деформации системы «металлическое колесо — почва» (по данным М.Г. Манцева С-200...400 кН/м, с1 = 16 кН-с/м).

Обобщенную силу найдём через проекции главного вектора Я заданных сил на оси координат ХУ7.

(гЯ хИ Л

(5)

дцг ду/

Подставив значения проекций главного вектора и частных производных от координат точек приложения сил, получим

а = р&а + - РсЛ^А - Ь + - 1К -

(6)

-Ссоьа(}10-10$\пу/0).

Для составления уравнения движения глубокорыхлителя предварительно найдем частную производную от кинетической энергии (2) по обобщенной ко-

дТ <1 дТ

ординате затем вычислим производную от нее по времени — а также

частные производные от потенциальной и диссипативной энергий по обобщенной координате.

Подставив значения найденных частных производных, а также обобщенной силы в выражение (1), получим дифференциальное уравнение движения глубокорыхлителя в продольно-вертикальной плоскости:

тп12 cos2 + 2c(G~~ + lKy) + 2dlKy/ = PcAa + 2P//* -

- - h sin^o) + ЗР/СЛ^ - lK sin^0) + Gcosa(h0 - lQ sin^0). Введем обозначения:

л, = mnl2 cos2 ; я2 = 2<//£ ; = 2c(G^ +

«4 = Фл + 2P//* -/¿(Лх-lAsiny/Q) + 2PÏ(hK-lKsmys0) + Gcosa(h0-/0sin^0). Подставив эти обозначения в уравнение (7), получим

а^ + а^ + а^^а^ (8)

Уравнение (8) является линейным уравнением второго порядка с правой частью и выражает зависимость угловых колебаний орудия под действием сил сопротивления и восстанавливающих сил. Для дальнейшего анализа приведем последнее уравнение к виду

у/ + 2ntff + К2у/ = а4, (9)

n_a^_2dlK п ,2c(g£-; + !k) . где .,г _ «з 21кс

а, тп1 К - —-- /2

а, тп1

Дифференциальное уравнение (9) устанавливает взаимосвязь между конструктивными и силовыми параметрами глубокорыхлителя, а также показателем затухания колебаний Величина К = ^^ является частотой зату-

аг

хающих колебаний, а коэффициент п - — характеризует сопротивление сре-

а1

ды. Из теории колебаний известно, что при п < К решение уравнения (9) выражается соотношением

у/ = ae~msm^K2 -n2t + fi. (10)

Постоянная интегрирования а и начальная фаза fi определяются при начальных условиях (/ = 0, цг = у/q , У - Yо = 0).

Движение, определяемое уравнением (10), имеет колебательный характер, т.к. координата у/ периодически меняет свой знак при изменении функции синуса. Множитель е~п' с течением времени убывает и при * -> 00 стремится к нулю, поэтому амплитуда колебаний а также уменьшается, следовательно, уравнение (10) определяет затухающий колебательный процесс с частотой и

2 л

периодом затухания соответственно равными К* ~ -\/К2 — пг иР =

к-

При работе глубокорыхлителя на поле с периодическими неровностями (например, поперек вспашки) орудие будет совершать вынужденные колебания (рис. 2).

Примем, что профиль неровностей описывается гармонической зависимостью

. . 2 яуп/ . . пг - лбш-— = Автол!

2ЛУд

'Я

где А — амплитуда неровностей; Ьн — длина волны неровностей; <о- — тота неровностей.

(П)

час-

Рис. 2. Схема движения глубокорыхлителя по неровной поверхности

Допустим, что вертикальные перемещения центров опорных колёс равны высоте неровностей. Тогда реакции на опорных колёсах орудия будут равны

/,/=/*(Дсг+/^-Лг); и Р/ = с(Дст+/^-Лг). (12)

После определения новых значений обобщенной силы и частных производных потенциальной и диссипативной энергий, с учетом изменения координат точек приложения сил и общей деформации системы «колесо — почва» при копировании неровностей поверхности поля, получим дифференциальное уравнение вынужденных колебаний глубокорыхлителя

у/ + 2пцг + К2у/ = а + (Дст + 1К -1)(2рс-(13)

ьн

Это линейное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами и правой частью, общее решение которого при п < К выражается зависимостью

уг = ае"" Бт(А:,/ + а) + ¿>$т(йЖ + е), (14)

где €- начальная фаза изменения возмущающей силы.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» описаны условия проведения испытаний на опытных полях Кокшетауско-го Университета, объекты испытаний (рис. 3) и измерительное оборудование. Методы проведения лабораторно-полевых испытаний по определению агротехнических и силовых показателей глубокорыхлителя соответствовали действующим стандартам. По специальной методике определяли влияние числа проходов глубокорыхлителя на сток воды и смыв почвы на склоне.

Статистические оценки стабильности глубины обработки и силовых показателей глубокорыхлителя определены с использованием теории вероятностей и теории выбросов случайных функций за заданный агротехническими требованиями уровень допуска.

Рис. 3. Опытный образец глубокорыхлителя-щелереза ГРН-3

В четвертой главе «Анализ агротехнических и силовых показателей работы глубокорыхлителя» рассмотрено влияние крутизны склона на стабильность глубины хода и сопротивление рабочих органов.

На рис. 4 показана зависимость глубины хода верхней ав и нижней ан по склону рыхлительных стоек орудия, коэффициента неравномерности Л и вероятность Р сохранения заданной глубины хода в пределах агродопуска ±10%.

Рис. 4. Зависимость глубины хода рыхлительных стоек ав, и Рот крутизны склона

Расчеты показали, что при крутизне склонов а=0°, 5°, 10® и 15° вероятность Р равна соответственно 0,15; 0,18; 0,22 и 0,24, т.е. брак по глубине обработки составляет 15%, 18%, 22% и 24%.

Качество выполнения технологического процесса зависит не только от соблюдения агродопусков, но и от стабильности соответствующих показателей, т.е. сохранения их неизменными в течение длительного времени. Стабильность показателей может быть оценена на основании теории «выбросов».

По данным замеров глубины обработки были проведены расчеты на персональном компьютере. Расчёты показали, что с увеличением крутизны склона от 0° до 15° число выбросов ординат глубины обработки за пределы агродо-

пуска увеличилось вдвое (с 0,15 до 0,3); вероятность брака увеличилась с 15% до 24%; коэффициент неравномерности Л увеличился с 0,8 до 0,9.

Ухудшение статистических показателей глубины обработки связано с колебаниями глубокорыхлителя в продольно-вертикальной плоскости.

Для получения силовых и энергетических показателей работы глубокорыхлителя на склонах разной крутизны определялись: общее тяговое сопротивление Р; суммарное сопротивление на рабочих органах Pxz и его горизонтальная Рх и вертикальная Pz составляющие; вертикальная Р* и горизонтальная р* составляющие реакции почвы на опорных колёсах.

В пятой главе «Анализ устойчивости движения глубокорыхлителя в продольно-вертикальной плоскости» рассмотрен характер колебаний глубокорыхлителя под действием возмущающих и восстанавливающих сил.

В этой плоскости орудие совершает угловые затухающие колебания относительно трактора, выражаемые дифференциальным уравнением (9). После подстановки значений постоянных членов и коэффициентов в уравнение (10) получаем график колебаний, показанный на рис. 5.

Колебания глубокорыхлителя происходят относительно положения динамического равновесия, определяемого углом у/о=0,03 рад (»2°).

Основные параметры затухающих колебаний: Т*—0,218 с и К*—28,7 с . Показателем затухания колебаний служит декремент затухания

иГ*

£> = -^- = <Г2 =0,835.

Рис. 5. График затухающих колебаний глубокорыхлителя (у=1 м/с; а=0°; уста, новочная глубина 0,6 м)

Из графика рис. 5 видно, что уже через одно полное колебание амплитуда уменьшается на 1/5 от начальной величины. Полное прекращение колебаний орудия наступает через время ¿=3 с, т.е. путь «возмущенного» движения орудия составляет з м. Величину этого пути примем за меру устойчивости

движения.

Из изложенного следует, что при выборе параметров глубокорыхлителя для сокращения брака по глубине обработки следует обеспечить наиболее быстрое затухание его колебаний, т.е. путь должен быть минимальным.

Для установления связи конструктивных и силовых параметров глубоко-рыхлителя с показателями затухающих колебаний рассмотрим колебания глу-бокорыхлителя относительно МЦВ — точки Я".

В качестве характеристики затухающих колебаний примем безразмерный коэффициент (по Л.В. Гячеву):

Из уравнения (15) следует, что коэффициент 0, а следовательно, затухание колебаний тем больше, чем больше сопротивление Рхг на рабочих органах и расстояние 1п между точкой ж и центром сопротивления — точкой А (см. рис.1). Повышение массы орудия и скорости движения ведёт к увеличению продолжительности колебаний. Повышения коэффициента в можно добиться увеличением расстояния 1п путем регулировки шарнира М на раме орудия — точки М, М\ и А/2- При этом одновременно увеличивается составляющая являющаяся восстанавливающей силой.

Для обеспечения агродопуска ±10% от установочной глубины угол отклонения орудия не должен превышать ^¿=0,04 (г*^'). Фактический угол отклонения достигает 0,2 (11*28'), т.е. превышает допустимый в 7/=5 раз. Соотношение между угловыми амплитудами, декрементом затухания и числом N выражается зависимостью

л, (16)

V* N

где т - - число взмахов орудия для уменьшения амплитуды в N раз. В этом ж

Т* ЫЫ

случае время возмущенного движения равно г = т— =-, а путь «возмущен-

2 п

ния» Я" ~ у0т . Наименьший путь «возмущенного движения» может быть достигнут при рациональном значении расстояния 1п , которое определяется из соотношения

20 (17)

Для базового глубокорыхлителя = = (1,5 - 2) х 3 = 4,5 - 6,0а/ , для усовершенствованного глубокорыхлителя = у0г = (1,5 - 2) х 0,43 = 0,645 - 0,86м.

Следовательно, мера устойчивости усовершенствованного глубокорыхлителя повысилась почти в 7 раз, благодаря рациональному значению 1Я.

При перекатывании опорных колёс глубокорыхлителя по регулярным неровностям поля, например, при движении поперек или под углом вспашки, возникают вынужденные колебания. Рассмотрим движение глубокорыхлителя по поверхности поля, профиль неровностей которого описывается синусоидальной зависимостью (11). Уравнение (13) вынужденных колебаний состоит из двух членов. Первый член выражает затухающие колебания, а второй - гармонические колебания, вызванные действием возмущающей силы. После подстановки значений постоянных членов и коэффициентов в уравнение (14) получим график вынужденных колебаний глубокорыхлителя (рис. 6).

Из графика следует, что под действием возмущающих и восстанавливающих сил движение глубокорыхлителя представляет собой наложение вынужденных колебаний на затухающие колебания при п < К. Наличие множителя е~т приводит к тому, что через некоторое время результирующие колебания орудия будут состоять только из вынужденных колебаний.

у, рад 0,06

0,03

О

-0,03

О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 /, с

Рис. 6. График вынужденных колебаний глубокорыхлителя: у0=1 м/с; а~0°; йя=1,57 с"1; ¿//=2,0 м

При равенстве частоты возмущающей силы (частоты неровностей) и частоты собственных колебаний орудия {о - К) наступает резонанс, т.е. амплитуда колебаний достигает максимального значения. Наиболее эффективным для снижения величины резонансной амплитуды является снижение жесткости системы «колесо — почва». Расчёты показали, что если жесткость снизить с 400 до 100 кН/м, то резонансная амплитуда также уменьшится в четыре раза. В реальных условиях при работе глубокорыхлителя на неровной поверхности поля избежать резонанса практически невозможно, т.к. неровности поля имеют широкий диапазон частот. Поэтому необходимо устанавливать на глубокорыхли-телях пневматические шины вместо металлических колёс, что позволит значи-

тельно снизить величину резонансной амплитуды и повысить рабочую скорость.

В шестой главе «Агротехнологическая и технико-экономическая эффективность модернизированного глубокорыхлителя приведены данные по влиянию числа проходов глубокорыхлителя на сток воды и смыв почвы на склонах разной крутизны, а также зависимость сокращения брака по глубине обработки глубокорыхлителя ГРНА-3 с усовершенствованными конструктивными параметрами и с пневматическими колесами вместо металлических.

Проведенные опыты показали, что при полостном рьшгении сток и смыв уменьшаются от 30 до 70%. Полное прекращение стока и смыва обеспечивается только при сплошном рыхлении (не менее пяти проходов). Путем регулирования положения МЦВ достигается устойчивость глубокорыхлителя, до 7 раз.

Технико-экономическая эффективность модернизированного глубокорыхлителя складывается за счет снижения расхода топлива на 15%, повышения производительности на 10%, снижения трудозатрат на 9% и повышения урожайности озимой пшеницы на 10-15% (по данным производственных испытаний в хозяйствах Казахстана). За счет дополнительного сбора урожая (в среднем на 5-6 ц/га) дополнительная прибыль хозяйства составит более 2400 руб/га.

Основные выводы и рекомендации

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать следующие основные выводы и рекомендации: 1. Из анализа предшествующих работ для исследования устойчивости движения глубокорыхлителя на склонах приняты, детерминированные математические. модели, описывающие угловые колебания орудия в продольно-вертикальной плоскости независимо от трактора, в которых учитываются конструктивные, кинематические и силовые параметры орудия, а также параметры неровностей поверхности поля.

2. Дифференциальные уравнения угловых колебаний глубокорыхлителя получены на основе уравнения Лагранжа второго рода, в котором потенциальная и диссипативная энергии учитывают деформационно-упругие свойства системы «металлическое колесо — почва».

3. Решение математических моделей движения глубокорыхлителя показало, что под действием восстанавливающих сил и сил сопротивления глубокорых-литель совершает затухающие колебания с частотой К=28,7 с"1, периодом Г=0,218 и с декрементом затухания 0=0,835. Для принятых конструктивных и силовых параметров базового глубокорыхлителя ГРН-3 полное прекращение колебаний наступает через 3,0 с, т.е. путь «возмущенного» движения при у0 =1,5м/с составит 4,5 м. Мерой устойчивости движения принят путь «возмущенного» движения орудия в отклоненном положении, превышающем агродо-пуск.

4. При движении глубокорыхлителя поперек или под углом к предыдущей обработке (вспашке или культивации) возникают вынужденные колебания орудия. При равенстве частоты собственных и вынужденных колебаний возникает резонанс, при котором амплитуда угловых колебаний резко возрастает и превышает агродопуск на глубину рыхления.

5. Показателем стабильности глубины обработки принято число выбросов ординат глубины за пределы агродопуска. Анализ показателей глубины обработки глубокорыхлителем показал, что вероятность выхода за пределы агродопуска, т.е. вероятность брака, при увеличении крутизны склона от 0° до 15° увеличилась с 15% до 24%, число выбросов ординат глубины рыхления за пределы агродопуска увеличивалость вдвое (с 0,15 до 0,3), коэффициент неравномерности повышался с 0,8 до 0,9.

6. Обоснован показатель затухания колебаний, который связывает механические , силовые и кинематические параметры глубокорыхлителя, что позволяет при проектировании рассчитывать рациональные параметры для обеспечения

заданного режима затухания колебаний. На затухание колебаний наибольшее влияние оказывает/„>

7. Для обеспечения заданного агротехнического допуска ±10% на установочную глубину рыхления рациональная величина =1,5...2,О м, что по сравнению с аналогичным параметром базового глубокорыхлителя обеспечивает сокращение «возмущенного» пути в 7 раз и соответственно повышает устойчивость движения орудия.

8. Величина резонансной амплитуды колебаний глубокорыхлителя пропорциональна радиальной жесткости системы «Колесо - почва». При металлических опорных колесах резонансная амплитуда достигает величины 0,130 м, что превышает почти вдвое агродопуск на глубину рыхления. Для того, чтобы резонансная амплитуда была в пределах агродопуска необходимо устанавливать пневматические колеса с радиальной жесткостью не более 280 кН/м.

9. Сток воды со склонов крутизной 5, 10 и 15° сокращается при полосном проходе глубокорыхлителя, соответственно, на 70,64 и 60%, смыв почвы на 57,42 и 37%. Полное прекращение стока и смыва наступает при сплошном рыхлении на глубину 0,6 м при междуследий рыхлительных лап 0,5 м.

10. Модернизированный глубокорыхлитель (с изменяемым положением МЦВ с пневматическими опорными колесами) обеспечил повышение рабочей скорости на 12%, повышение производительности - на 10%, снижение трудозатрат -на 9%, снижение расхода топлива - на 15%.

За счет повышения урожайности озимой пшеницы хозяйства получат дополнительную прибыль 2430 руб./га.

Основное содержание работы опубликовано в следующих работах:

1. Алеев Б.А. Технология и техника для глубокого рыхления переуплотненных почв // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №2, 2005, с.7-10.

2. Алеев Б.А., Раимбеков К.Ж. Агротехнические способы и техника для борьбы с ветровой и водной эрозией почв. - М.: Изд. «ВИСМА», 2005. - 88 с.

3. Алеев Б.А., Раимбеков К.Ж. Устойчивость и стабильность работы навесного глубокорыхлителя—щелевателя на склонах разной крутизны // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 9,2006, с.37-40.

4. Алеев Б.А., Раимбеков К .Ж. Статистическая оценка качества работы ПМТА//Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы социальной, экономической, технологической и политической модернизации государства», т.2 - Кокшетау, 2006, с. 244-247.

Подписано в печать 14.11.06. Формат 60x84/16. Гарнитура Тайме.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ №85.

Отпечатано в издательском центре ФГОУ ВПО МГАУ. Тел. 976-0264

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 58.