Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Характеристика объектов работы лесных дисковых культиваторов 9
1.2 Анализ конструкторско-исследовательских работ по созданию предохранителей для лесных дисковых культиваторов 13
1.3 Анализ конструкторско-исследовательских работ по созданию предохранителей для сельскохозяйственных почвообрабатывающих орудий 21
Выводы. Цель и задачи исследования 36
2 Обоснование конструкций и оптимизация основных параметров гидравли ческих предохранительных механизмов 39
2.1 Обоснование выбора схемы предохранителя с дроссельным управлением 39
2.2 Математическая модель дросселя гидравлического предохранителя 41
2.2.1 Определение геометрических параметров дросселя предохранителя 41
2.2.2 Определение усилия предварительного нагружения штока гидроцилиндра предохранителя 52
2.2.3 Определение усилия на рабочих органах при их выглублении и движении вверх по препятствию 58
2.2.4 Определение усилия на рабочих органах при их возвращении в исходное положение 74
2.3 Построение и анализ силовых характеристик исследуемых предохранителей 86
2.4 Компьютерная оптимизация геометрических параметров точки крепления гидроцилиндра предохранителя 88
Выводы 94
3 Результаты экспериментального исследования гидравлических предох ранителей 96
3.1 Программа и методика экспериментального исследования 96
3.1.1 Объекты и программа экспериментов 96
3.1.2 Оборудование и измерительная аппаратура, применяемые в экспериментальном исследовании 98
3.1.3 Общая методика проведения и обработки результатов опытов 104
3.1.4 Методика лабораторных экспериментов 106
3.1.5 Методика экспериментов в полевых условиях ПО
3.1.6 Характеристика лесных объектов 114
3.2 Результаты экспериментального исследования 115
3.2.1 Анализ результатов экспериментов для случая движения культиваторов на участках до встречи с препятствием 115
3.2.2 Анализ результатов экспериментов для случая движения дисковой батареи по препятствию 120
3.2.3 Анализ результатов экспериментов для случая возвращения дисковой батареи в исходное положение 124
Выводы 130
4 Результаты производственной проверки и экономической оценки лесных дисковых культиваторов с гидравлическими предохранителями 131
4.1 Описание конструкций лесных дисковых культиваторов с гидравлическими предохранителями 131
4.2 Методика проведения опытно-производственной проверки 135
4.3 Анализ результатов опытно-производственной проверки 136
4.4 Оценка экономической эффективности лесных дисковых культиваторов с гидравлическими предохранителями 141
Выводы 144
Общие выводы и рекомендации 145
Список использованных источников
- Анализ конструкторско-исследовательских работ по созданию предохранителей для лесных дисковых культиваторов
- Определение геометрических параметров дросселя предохранителя
- Оборудование и измерительная аппаратура, применяемые в экспериментальном исследовании
- Методика проведения опытно-производственной проверки
Введение к работе
Актуальность темы. Основными объектами при лесовосстановлении являются вырубки, занимающие в нашей стране более 80 % лесокультурного фонда. Для вырубок характерно наличие большого числа различного рода препятствий в виде пней, отдельных деревьев, выходов скальных пород, валунов, кустарников, крупных корней, порубочных остатков. В этих условиях лесные почвообрабатывающие орудия с пассивными рабочими органами (лемешные и дисковые плуги, бороны, культиваторы и др.) выполняют наиболее трудоемкие операции по основной, дополнительной и междурядной обработках почвы, нарезке противопожарных полос, содействию естественному возобновлению леса.
Многолетним опытом эксплуатации, а также исследованиями многих специалистов доказано, что в условиях вырубок для ухода за лесными культурами наиболее приемлемыми являются культиваторы с дисковыми рабочими органами. У дисковых культиваторов, широко применяемых в лесном хозяйстве, рабочие органы обладают повышенной надежностью, так как они имеют благоприятную для преодоления препятствий геометрическую форму и могут перекатываться через них. Для устранения ударных нагрузок при преодолении препятствий дисковые культиваторы снабжены пружинными амортизаторами вертикального типа. Однако даже у этих орудий наблюдаются частые поломки их рабочих органов и других деталей и узлов.
Основной причиной низкой эффективности средств защиты современных дисковых культиваторов является отсутствие достаточно глубоких исследований и методики расчета таких механизмов. В этой связи исследования по обоснованию эффективных конструкций предохранителей лесных дисковых культиваторов являются актуальными.
Диссертационная работа выполнена в рамках НИР ВГЛТА по хозяйственному договору «Обоснование конструкции гидравлического предохранителя для лесного дискового культиватора» № 0120.0506471 от 24.11.04 г. И по научному направлению кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин ВГЛТА «Совершенствование материалов, технологий производства, ремонта и эксплуатации машин (2006... 2010 гг).
Цель работы. Повышение эффективности лесных дисковых культиваторов путем оснащения их новыми гидравлическими предохранительными механизмами с обоснованными параметрами, обеспечивающими высокую проходимость лесохо-зяйственных агрегатов, надежность конструкций и необходимое качество обработки почвы на нераскорчеванных вырубках.
Объект и методы исследования. Объектом исследования являлись новые конструкции гидравлических предохранительных механизмов лесных дисковых культиваторов. Теоретические исследования выполнены на основе математического моделирования с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальная проверка основных теоретических положений проводилась на натурных образцах культиваторов на специальном стенде и в производственных условиях лесных вырубок. Для регистрации исследуемых параметров использовался электротензометрический метод, а обработка результатов проводилась методами математической статистики при компьютерной поддержке.
Научная новизна.
Обоснованы рабочие и конструктивные параметры гидравлических предохранительных механизмов лесных дисковых культиваторов, защищенных патентом РФ № 2227383, отличающиеся простотой конструкции и совершенной силовой характеристикой.
Разработаны аналитические зависимости для определения геометрических параметров дросселя гидравлического предохранителя, отличающихся возможностью получения заданной площади проходного сечения дросселя в зависимости от угла поворота стойки рабочего органа.
Разработаны аналитические выражения для определения усилия срабатывания гидравлических предохранителей и нагрузок на рабочие органы культиваторов при преодолении ими препятствий, в зависимости от параметров препятствия и конструкции предохранителей, отличающихся учетом условия устойчивости хода дисковых ба-
\ тарей на заданной глубине обработки, исключающих ложные срабатывания.
4 Разработаны алгоритм и программа для расчета и оптимизации на ЭВМ па-
раметров гидравлических предохранителей для лесных дисковых культиваторов, на которые получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610298, отличающиеся возможностью получения геометрических параметров развертки дросселя и усилий, возникающих при преодолении препятствий, а также снижения этих усилий путем оптимального расположения гидроцилиндра предохранителя на орудии.
Научные положения, выносимые на защиту:
обоснованные, конструкции и параметры новых гидравлических предохранительных механизмов, обеспечивающих эффективную защиту от перегрузок и поломок рабочих органов лесных дисковых культиваторов;
разработанные теоретические зависимости по определению усилий срабатывания гидравлических предохранителей и нагрузок на культиватор при преодолении его рабочими органами препятствий, с учетом параметров препятствий и конструкций предохранителей;
аналитические зависимости для численных расчетов геометрических параметров рабочей кромки золотника дросселя, обеспечивающей эффективную силовую характеристику гидравлическому предохранителю;
алгоритм, программа расчета и результаты оптимизации на ЭВМ параметров гидравлических предохранителей лесных дисковых культиваторов, позволяющие получить оптимальное расположение гидроцилиндра предохранителя на раме орудия, исходя из минимальных усилий на его штоке;
полученные результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний, опытных образцов культиваторов с гидравлическими предохранителями позволившие разработать обоснованные рекомендации по их применению на различных типах лесных почвообрабатывающих орудий.
Достоверность научных положений обеспечена применением современных методов теории, эксперимента и оборудования, обоснованным объемом экспериментального материала, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических ^ данных, позитивными результатами лабораторно-полевых и опытно-производственных испытаний.
Практическая ценность. Разработаны перспективные конструкции гидравлических предохранительных механизмов лесных дисковых культиваторов, позволяющие повысить технический уровень, надежность и качество работы существующих и вновь создаваемых лесных культиваторов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2002 ... 2005 гг.), международных и всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Оренбургский государственный университет, 2005 г.; Воронежский государственный технический университет, 2005г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, включая патент РФ № 2227383, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610298 и три статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК. Единолично опубликованы две статьи в научных сборниках.
Реализация работы. Разработанная конструкция гидравлического предохранительного механизма с новым дросселем внедрена в Горшеченском лесхозе Курской области и Новоусманском лесхозе Воронежской области. Кроме этого результаты исследования внедрены в учебный процесс ВГЛТА, а также могут быть рекомендованы научным работникам, конструкторам и аспирантам, занимающихся совершенствованием средств защиты почвообрабатывающих орудий от перегрузок.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 181 странницу, из них 160 страниц основного текста и 21 страница приложений. Работа включает 53 иллюстрации, 9 таблиц и 156 наименований использованных источников.
Анализ конструкторско-исследовательских работ по созданию предохранителей для лесных дисковых культиваторов
Вопросами механизации ухода за почвой в лесонасаждениях занимаются многие научно-исследовательские институты, ВУЗы и конструкторские учреждения (ВНИИЛМ, ВНИАЛМИ, ЛЕНИИЛХ, ВГЛТА и др.).
Большой вклад в решение этой проблемы сделали ученые: Баранов А.И. [7], Бартенев И.М. [8,11,12], Винокуров В.Н. [16, 74], Зима И.М. [38], Казаков В.И. [40], Карамышев В.Р. [43,44], Климов В.Р. [41], Ковалин Д.Т. [44], Корниенко П.П. [56], Ларюхин Г.А. [64], Малюгин Т.Т. [38], Нартов П.С. [80, 81], Попиков П.И. [103], Посметьев В.И. [109, 110], Пошарников Ф.В. [116, 117], Прохоров Л.Н. [120, 121], Свиридов Л.Т. [127,128,129] и другие.
В результате проведенных исследований разработаны различные способы и технологические приемы обработки почвы в лесных культурах, разнообразные кон струкции культиваторов, их рабочих органов, предохранительных устройств, а также всевозможные устройства для уничтожения сорной растительности и рыхления почвы в рядах лесонасаждений.
Вместе с тем следует отметить, что некоторые важные вопросы механизации ухода за лесными культурами все чаще остаются до конца не решенными. В частности из-за отсутствия эффективных конструкций предохранительных устройств лесные культиваторы, предназначенные для работы на вырубках, обладают крайне низкой надежностью и долговечностью [108].
В настоящее время в лесном хозяйстве, по уходу за лесными культурами на вырубках наибольшее распространение подучили дисковые культиваторы. Рабочие органы таких орудий по сравнению с полольными и рыхлящими лапчатыми и зубовыми рабочими органами обладает повышенной надежностью, так как они имеют благоприятную для преодоления препятствий геометрическую форму и могут перекатываться через них. Однако перекатывание происходит благополучно лишь в том случае, если препятствия имеют небольшую высоту (до 15 см) и диски установлены под небольшим углом атаки (до 30) к направлению движения агрегата [76, 82].
Одной из первых конструкций дисковых культиваторов, является лесной дисковый культиватор ДЛКН-6/8 с жестким креплением рабочих органов (рис. 1.2, а). Такое крепление дисковых батарей к раме, приводит к частым поломкам этого культиватора при работе на вырубках из-за наездов на препятствия [111].
Более надежен в работе лесной дисковый культиватор КЛБ-1,7 (рис. 1.2, б), являющийся в настоящее время основным орудием для ухода за лесными культурами на вырубках [62, 81]. Культиватор оснащается одношарнирными пружинными предохранителями вертикального действия и выпускается крупными сериями. Крепление дисковых батарей к раме орудия одношарнирное, на пружинах. При встрече батареи с препятствием она поворачивается относительно оси подвески назад и вверх. Возвращение батареи в исходное положение происходит за счет потенциальной энергии растянутых пружин.
Длительная производственная эксплуатация этого культиватора выявила низкую эффективность защиты его от перегрузок. В частности результаты исследований выполненных в ВГЛТА [109] показали, что при срабатывании амортизаторов усилие на рабочих органах этого культиватора резко увеличивается. При этом пружины растягиваются настолько резко, что к моменту подъема батареи всего лишь на 10 ... 12 см от дна борозды усилие их деформации достигает максимальной величины. В результате предохранитель превращается в жесткую систему, и дальнейший подъем батареи вверх происходит вместе со всем культиватором при плавающем положении механизма навески. Такой подъем сопровождается большой дополнительной динамической нагрузкой на рабочие органы, что нередко ведет к поломкам орудия, особенно в случае преодоления препятствий большой высоты вертикального профиля. Кроме того, подъем обеих батарей культиватора влечет за собой образование большого огреха в обрабатываемой полосе.
После переезда через препятствие культиватор под действием собственного веса падает вниз, одновременно с этим батарея под действием пружин предохрани теля устремляется с огромной скоростью в исходное положение. При этом она входит в контакт с упорами на раме гораздо быстрее, чем диски коснуться почвы. Это значит, что ничто не оказывает на батарею тормозящего воздействия, и поэтому в момент в контакт с упорами она наносит по раме удар большой силы [111].
Этими же исследованиями установлено, что ни одно сочетание геометрических параметров одношарнирного пружинного предохранителя серийного культиватора не обеспечивает его удовлетворительной работы, не устраняет противоречий между необходимостью высокого начального усилия срабатывания предохранителя с целью надежного удержания рабочих органов на заданной глубине и сравнительно низкого усилия полной деформации пружины для снижения ударных нагрузок. В одних случаях снижается максимальное натяжение пружины и уменьшаются ударные нагрузки, однако при этом ухудшается устойчивость хода орудия на заданной глубине, в других, наоборот, повышается устойчивость глубины обработки, но одновременно с этим растут ударные нагрузки.
Определение геометрических параметров дросселя предохранителя
Расчет нового предохранителя ведем для случая установки его на лесной дисковый культиватор КЛБ-1,7 вместо монтируемых на последнем пружинных амортизаторов. Кроме этого, с целью сравнительной оценки эффективности нового предохранителя, выполним также расчет предохранителя со стандартным дросселем.
Для удобства исследования процесса преодоления культиватором препятствий, разобьем движение его рабочих органов на следующие четыре характерных этапа (рис. 2.2): I- движение на участке до встречи с препятствием; //- момент встречи с препятствием; /// - выглубление рабочего органа и подъем его вверх по препятствию IV- возвращение батареи в исходное положение после преодоления препятствия [109].
Первый этап - движение дисковой батареи на обрабатываемом участке до момента встречи с препятствием. На этом этапе движения предохранитель должен надежно, без ложных срабатываний, обеспечивать удержание рабочих органов на заданной глубине обработки почвы, насыщенной растительными включениями.
Вторым этапом является момент встречи батареи с препятствием. В этот момент предохранитель играет роль амортизатора и частично поглощает энергию удара, снижая вероятность поломки орудия от такого вида нагрузок.
На третьем этапе происходит выглубление дисков и подъем их вверх по препятствию. При этом важно, чтобы предохранитель обеспечивал бы такое изменение усилий в точке контакта рабочих органов с пнем, которое позволяло бы как минимизировать величину вертикальных и горизонтальных перемещений орудия, так и существенно уменьшить его тяговое сопротивление. Заключительный четвертый этап предполагает возвращение батареи в исходное поло-Рисунок 2.2 - Этапы движения ра- жение после преодоления препятствия. Пре бочих органов на нераскорчеван- дохранитель должен предотвращать опас-ной вырубке ударные нагрузки при возврате тяжелых дисковых батарей под воздействием давления в гидроцилиндре, исключая падение культиватора на почву с высоты пня, а также не допускать больших огрехов за препятствием вследствие недостаточной угловой скорости поворота стойки с рабочими органами.
Основным критерием оценки эффективности предохранительных механизмов является степень соответствия их силовых характеристик силовым характеристикам рабочих органов соответствующих почвообрабатывающих орудий. Последние, построенные с учетом равновесия в продольной и поперечной вертикальных плоскостях при движении орудий на вырубке, являются «идеальными» силовыми характеристиками для проектируемых предохранителей (кривая 2 на рис. ЗЛО). Методика построения «идеальной» силовой характеристики детально разработана и представлена в работах [92,109,138].
Получить «идеальную» статическую силовую характеристику в реальной конструкции предохранителя можно при условии, что определены соотношения основных параметров его конструкции. Рассмотрим расчетную схему, представленную на рисунке 2.3. Здесь показаны основные элементы, определяющие динамические параметры предохранителя с учетом нагрузок. При этом приняты следующие допущения, облегчающие составление математической модели работы предохранителя, и несущественно влияющие на точность расчетов. Силы трения в шарнирных узлах (А, В, С) и в гидроцилиндре / можно не учитывать, так как внешние силовые нагрузки во много раз превышают силы трения, и характер динамического поведения предохранителя при этом не изменится. Давление питания от гидронасоса считается постоянным. Для данной схемы рассматриваем случай, когда приведенная внешняя нагрузка F постоянная. Расчет ведем для плоской системы координат.
Применительно к данной расчетной схеме для определения уравнения движения элементов конструкции воспользуемся общим уравнение динамики в форме дифференциальных уравнений Лагранжа 2-го рода [28] где У =l,q = (p- обобщенная координата, являющаяся углом поворота стойки дисковой батареи и однозначно определяющая положение других элементов конструкции,
В уравнении (2) Т - полная энергия системы, которая определяется как сумма энергий элементов Т = Т1+Т2 + Т,+Т5і (3) где значения индексов при Т соответствуют позиционным номерам элементов конструктивной схемы. Q - обобщенная сила, являющаяся суммой обобщенных сил внешних воздействий и равна Q = Qn-QF-Qg (4) где Qn - обобщенная сила, формируемая гидроцилиндром; QF - обобщенная сила сопротивления от внешней нагрузки F; Qg - обобщенная сила, учитывающая силу тяжести подвижных элементов.
Значения компонентов, входящих в уравнение (3) определим по формуле Кёнига где пі], гп2, Шз, т$ - массы соответствующих подвижных элементов конструкции, кг; У id У 2d У id У5С - скорости центров масс соответствующих элементов, м/с; lie, hd hd lie- моменты инерции подвижных элементов конструкции, кг-м2; р - угловая скорость вращения стойки дисковой батареи 5, с"1; рж - угловая скорость вращения штока 3, с"1. Скорости центров масс из соотношений (5) определим по следующим формулам на основе анализа геометрии конструктивных элементов на расчетной схеме
Оборудование и измерительная аппаратура, применяемые в экспериментальном исследовании
С целью проверки теоретических выводов работоспособности конструкции гидравлических предохранительных механизмов и обоснования ряда их параметров были проведены сравнительные экспериментальные исследования пяти лесных дисковых культиваторов, оснащенных различными средствами защиты от перегрузок.
Экспериментальным исследованиям были подвержены новые конструкции предохранительных механизмов, изготовленных на кафедре производства, ремонта и эксплуатации машин ВГЛТА, которые устанавливались на культиватор КЛБ-1,7 вместо его пружинных амортизаторов: с новым дросселем (рис. 3.1, а), с серийным дросселем (рис. 3.1, б) и с пневмогидравлическим аккумулятором (рис. 3.1, в) [24].
Кроме культиватора с новыми предохранителями (рис. 3.1 а и б), с целью проверки работоспособности и сравнительной оценки эффективности традиционных способов защиты от перегрузок, были выполнены эксперименты на дисковых культиваторах: КЛБ-1,7, оснащенным амортизатором вертикального действия (рис. 3.1, г); и с жестким креплением рабочих органов к раме орудия (рис. 3.1, д). При этом в последнем экспериментальном образце жесткое крепление дисковых батарей осуществлялось путем замены пружин амортизаторов тягами в серийном культиваторе КЛБ-1,7.
Конструкции всех пяти культиваторов дорабатывалась незначительно, без существенного изменения конфигурации орудий и их основных геометрических параметров. При разработке и сборке экспериментальных образцов предохранительных механизмов, наряду с оригинальными, максимально использовались стандартные и унифицированные детали, узлы и элементы гидроприводов.
В соответствии с изложенной выше целью экспериментальных исследований была разработана программа, включающая следующие основные задачи:
1 Исследовать влияние типа конструкции предохранителя на устойчивость хода дисковой батареи на заданной глубине обработки при работе культиватора на участке до встречи с препятствием.
Установить характер изменения сил, действующих на дисковую батарею исследуемых культиваторов, в процессе преодоления препятствия и при возвращении батареи в исходное положение.
3 Получить информацию, характеризующую траекторию перемещения батарей после преодоления препятствия, в зависимости от способа защиты рабочих ор ганов от перегрузок.
4 Определить соответствие и влияние рабочих параметров принятой конструкции дросселя на эффективность работы гидравлического предохранителя.
Вследствие того, что движение батареи культиватора на участке до встречи с препятствием (т. е. на первом этапе движения рабочего органа (см. рис. 2.2)) существенно отличается от движения батареи по препятствию (второй, третий и четвертый этапы), эксперименты проводились в условиях, близких к реальным и удовлетворяющих условиям чистого опыта [23, 29, 36]. В частности, детальные исследования движения батареи на участке до встречи с препятствием осуществлялось в почве на подготовленных для этой цели лесных объектах, а движение батареи по препятствию исследовали на специальном стенде.
При проведении экспериментов для регистрации ряда параметров исследуемых конструкций культиваторов были применены известные методы электротензо-метрирования [26, 61, 142] и киносъемки [60]. На стенде в лабораторных условиях для тензоисследований использовался комплект аппаратуры тензолаборатории кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин Воронежской государственной лесотехнической академии. В полевых условиях комплект аппаратуры монтировался в кабине трактора, запись всех измеряемых параметров производилась на ЭВМ с последующей обработкой результатов с помощью программы Geni DAQ. Одновременно на жесткий диск ПЭВМ фиксировалось два различных параметра у культиватора с жестким креплением дисковой батареи, четыре параметра у культиватора КЛБ-1,7 и пять параметров у культиваторов с гидравлическими предохранителями.
Использованные в комплексе тензометрическое оборудование и приборы обеспечивали минимальные погрешности измерения и регистрацию на магнитный носитель в цифровом коде колебательных процессов с шагом дискретизации не менее 3 мкс. Аппаратура позволила одновременно регистрировать до 8 параметров исследуемых объектов. В качестве первичных преобразователей использовались датчики как отечественного, так и производства зарубежных фирм [48,51,55, 87].
Значения угловых перемещений при повороте дисковой батареи определялись с помощью прецензионного переменного резистора ДПДЗ 2112-1148200. Для его установки ось вращения стойки батареи была заменена пальцем. Палец закреплялся в кронштейне стойки жестко, так что поворот батареи осуществлялся вместе с пальцем относительно рамы. Резистор жестко крепился к правому торцу пальца (рис. 3.2, а).
Усилие F„ на штоке рабочего гидроцилиндра предохранителя определялись в соответствии с зависимостями: F„ = Ра Sn, где Ра давление в гидросистеме предохранителя a Sn полезная площадь сечения поршня гидроцилиндра. Давление Ра записывалось датчиком давления Simens sitrans Р series Z с верхним пределом измеряемого давления 40 МПа (рис 3.2, б).
Горизонтальная Rx и вертикальная Rz составляющие тягового сопротивления культиватора определялись с помощью тензометрических пальцев (рис. 3.2, в) [17].
Усилие на стойке рабочего органа определялось тензорезисторами наклеенными для усиления сигнала по обе стороны стойки (рис. 3.2, г)
Все тензометрические приборы и приспособления были троекратно протари-рованны как до эксперимента, так и после окончания опытов.
Тарирование датчиков давления осуществлялась прибором КИ-5180 с образцовым манометром, предназначенного для проверки и регулировки приборов гидроприводов автотракторной техники. В приборе, с одной стороны подавалось давление из гидросистемы стенда КИ-4200, а к другой подсоединялся датчик давления. Тарировка осуществлялась троекратно, а давление регулировалось плавно дросселем прибора через 0,1 МПа.
Тензометрические пальцы навески со стойкой рабочего органа культиватора тарировались, на стенде динамометром растяжения с предельным значением прилагаемого усилия 50 кН, нагружение осуществлялось ступенчато с интервалом 500 Н. Для этого на культиватор навешивалась дисковая батарея с жестким креплением рабочих органов к оси которой с обеих сторон крепилась скоба 1, соединяемая через динамометр 2 с препятствием 3, (рис. 3.3). Затем препятствие стенда приводилось в движение, происходило нагружение динамометра и одновременное воздействие на пальцы навески и стойку рабочего органа.
Методика проведения опытно-производственной проверки
Опытно-производственная проверка культиваторов проводилась 9 ... 10 августа 2005 года в Горшеченском лесхозе на трехлетних культурах сосны обыкновенной, посаженных по дну криволинейных борозд, подготовленных плугом ПКЛ-70 на нерас-корчеванной вырубке. Условия проведения испытаний в целом соответствовали требованиям ГОСТ 20915-85. Среднее отклонение саженцев от оси борозды составляло ±3,5 см. Рельеф участка ровный, количество пней на одном гектаре от 500 до 800 штук, средний диаметр 25 см, средняя высота пней 23 см. Задернение участка сильное. Естественное возобновление представлено кленом и редкой порослью березы и дуба. Во время ис СП КН пытаний влажность почвы в слое 0 ... 15 см находилась в пределах 15 ... 21 %, средняя твердость составляла 17 даН/см2. 10
В качестве участков до встречи батареи с препятствием выбирались борозды длиной не менее 100 м. Батареи обоих культиваторов устанавливались враз-вал на ширину защитной зоны 25 см. Изменяемыми параметрами были скорость движения агрегата и угол атаки а дисков (20 ... 30). Угол /? наклона батареи ко дну борозды составлял 10.
Испытания культиваторов для случая движения рабочих органов по препятствию осуществлялись путем предварительного наезда тракторов и батарей культиватора на пни различной высоты. Скорость движения агрегата при этом изменялась в пределах от 0,65 до 1,21 м/с.
С целью корректировки теоретических и экспериментальных значений силовой характеристики культиваторов с новыми предохранителями было проведено фиксирование вертикальных перемещений рамы культиватора с помощью цифровой видеокамеры методом масштабных ориентиров, аналогично экспериментальным исследованиям (см. п. 3.2). На основании полученных таким образом данных были скорректированы значения силовой характеристики предохранителя с новым дросселем, график которого представлен на рисунке 4.2.
Результаты опытно-производственной проверки культиваторов на участках до встречи батареи с препятствием представлены в таблице 4.2 и в целом свидетельствуют, что с увеличением скорости движения va движения агрегата и угла наклона а атаки дисков, значения отклонений у всех замеряемых параметров возрастают. При этом менее интенсивно отклонения возрастают у параметров культиватора с гидравлическим предохранителем, что указывает на меньшую чувствительность нового предохранителя на изменяющиеся режимы работы агрегата и характеризует работу такого устройства как более стабильную по сравнению с пружинными амортизаторами культиватора КЛБ-1,7.
Как следует из таблицы 4.2, движение культиватора с новым предохранителем в борозде отличается более высокой устойчивостью по сравнению с культиватором с пружинными амортизаторами. На это, в частности, указывают более низкие значения коэффициентов вариации V глубины обработки а, ширины защитной зоны е и колебания рамы по высоте Нр. Так, если при va = 0,692 м/с и а = 20 у опытного культиватора коэффициенты вариации а,енНр равны соответственно 15,73, 20,29 и 6,23 %, то у культиватора КЛБ-1,7 при тех же условиях работы они заметно выше -21,18, 26,48 и 8,14 %. Это преимущество культиватора с новым предохранителем сохраняется и в случае увеличения va до 0,93 м/с и а до 30.
Показателем более качественной обработки почвы опытным культиватором служат и меньшие в среднем в 1,3 раза значения средних квадратических отклонений а и а, составляющие при vavi а соответственно 1,88 и 5,13 см - для культиватора с новым предохранителем 2,67 и 6,49 см - для культиватора КЛБ-1.7 (табл. 4.2).
Следствием повышенной устойчивости движения дисковых батарей опытного культиватора в борозде явилась более низкая повреждаемость лесных саженцев этим культиватором (табл. 4.2). Так культиватор с новым предохранителем по сравнению с культиватором оборудованным пружинными амортизаторами, в среднем в 11 раз меньше повреждал саженцы при движении агрегата на первой передаче и в 4 раза меньше на второй передаче.
Так, при работе культиватора КЛБ-1,7 на вырубке с числом пней на гектаре до 900 шт. и при скорости движения агрегата 0,62 м/с, наработка орудия до первой поломки дисков составила в среднем 58 минут, или после 43 столкновений этого культиватора с пнями. В то же время поломок дисков у культиватора с новым предохранителем не наблюдалось за весь период испытания.
Испытания культиватора КЛБ-1,7 показали низкую проходимость и неустойчивое движение такого орудия на вырубке. При наезде на пень высотой более 18 см (от дна борозды) рама культиватора перемещалась вверх вместе с батареей, что неизбежно приводило к выглублению второй батареи и образованию, таким образом необработанного участка почвы в борозде (рис. 4.3, а). При возвращении же серийного культиватора в исходное положение отмечались подбрасывание его вверх над препятствием и выбросы в сторону от борозды с последующим падением орудия на почву. При этом наблюдались ударные нагрузки при возвращении батареи в исходное положение от воздействия пружин амортизатора [111].
