Содержание к диссертации
Введение 5
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования
-
Роль механической обработки почвы и пути повышения ее качества 10
-
Классификация дисковых орудий и требования к качеству
их работы 12
-
Анализ рабочего процесса дисковых орудий 16
-
Анализ современного уровня теории деформации пласта... 22
-
Почва как трехфазная среда 22
-
Теории деформации почвы 24
1.5 Метод имитационного моделирования 34
1.6 Обоснование и постановка задачи исследования 35
Глава 2 Разработка и анализ имитационной модели процесса
взаимодействия рабочего органа с почвой
2.1 Построение структурной схемы технологического
процесса 37
-
Исходные параметры пласта 39
-
Исходные параметры рабочего органа и построение его поверхности 40
2.3.1 Заполнение массивов координат поверхности рабочего
органа 40
2.3.2 Определение координат начальных точек траекторий и
координат центра сферической поверхности 44
2.4 Перемещение пласта по поверхности заторможенного
диска 46
2.5 Перемещение пласта по поверхности вращающегося
диска 51
-
Кинематика дискового рабочего органа 51
-
Перемещение пласта по рабочей поверхности диска 54
2.6 Перемещение пласта после схода с рабочей поверхности
диска 58
-
Построение траекторий элементов пласта и определение основных параметров его перемещения 59
-
Компьютерная реализация имитационной модели
и ее возможности 61
Глава 3 Программа и методика экспериментальных исследований
-
Программа экспериментальных исследований 62
-
Методика проведения машинных экспериментов 63
-
Методика проведения лабораторных и лабораторно-полевых экспериментов 66
-
Методика проведения многофакторных экспериментов 70
-
Методика определения характеристик почвы 72
-
Методы оценки перемещения почвы 74
-
Методика оценки удельного тягового сопротивления 74
-
Математическая обработка результатов и оценка
их точности 76
3.9 Приемы оценки достоверности результатов
лабораторных и лабораторно-полевых экспериментов 78
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований
4.1 Машинные эксперименты по определению влияния
формы, кинематики рабочего органа и свойств 79
почвы на процессы ее перемещения и деформации 79
4.1.1 Взаимодействие пласта с плоским заторможенным
диском 79
4.1.2 Взаимодействие пласта с плоским свободно
вращающимся диском 82
4.1.3 Взаимодействие пласта с вогнутым заторможенным
диском 87
-
Взаимодействие пласта с вогнутым свободно вращающимся диском 91
-
Взаимодействие пласта с вогнуто-выпуклой рабочей поверхностью 96
-
Проверка достоверности модели 99
4.2 Обоснование параметров комбинированного рабочего
органа дискового плуга 100
-
Основные предпосылки 100
-
Обоснование параметров основного диска 101
-
Обоснование параметров дополнительного диска 104
4.3 Лабораторные эксперименты 110
-
Перемещение почвы в поперечном направлении 110
-
Влияние параметров рабочего органа на плотность
почвы 114
4.3.3 Определение удельного сопротивления 116
4.4 Лабораторно-полевые эксперименты 117
4.4.1 Крошение и укладка почвенного пласта 117
4.5 Результаты производственных испытаний дискового
плуга с комбинированными рабочими органами 119
-
Агротехническая оценка 119
-
Экономическая оценка 122
Выводы и рекомендации 126
Библиография 128
Приложения 138
Введение к работе
Актуальность темы. При возделывании сельскохозяйственных культур особая роль отводится механической обработке почвы, основной целью которой является создание благоприятных условий для роста и развития культурных растений. Повышение качества обработки почвы способствует прибавке урожайности зерновых культур до 25%.
Важнейшим показателем качества обработки почвы является ее крошение, так как с гранулометрическим составом почвы связан весь комплекс происходящих в ней физико-химических процессов. Вместе с тем, существующие почвообрабатывающие орудия обеспечивают достижение требуемой степени крошения почвы лишь на 20-25% обрабатываемых площадей, вследствие широкого варьирования физико-механических свойств почвы.
Среди почвообрабатывающих машин разнообразием и универсальностью выделяются дисковые орудия, используемые для выполнения многих операций - от вспашки до окучивания. Накоплен значительный эмпирический материал по их технологическому процессу. Однако, вопросы перемещения, деформации почвы дисковыми рабочими органами и влияния их конструктивных параметров на качество обработки, в том числе и на крошение, для различных почвенных условий остаются недостаточно изученными.
В то же время, уровень развития современных методов моделирования, в частности имитационного метода, открывает новые возможности в раскрытии процессов перемещения и деформации почвенного пласта. Имитационное моделирование позволяет объединить накопленный теоретический и эмпирический материал, базирующийся на различных подходах и описаниях, в общую расчетную схему и обеспечить проведение всестороннего анализа технологического процесса рабочих органов почвообрабатывающих машин; ведет к значительному сокращению сроков и облегчению разработки и совершенствованию рабочих органов почвообрабатывающих машин, способствует экономии затрат труда и средств.
В связи с этим разработка имитационной модели, создание на ее основе конструкции и обоснование параметров дисковых органов почвообрабатывающих машин, в частности дисковых плугов, обеспечивающих требуемое качество работы в зависимости от физико-механических свойств почвы, является актуальным.
Тема исследований являлась одним из разделов государственной комплексной научно-технической программы отделения сельскохозяйственных наук АН РБ "Научное обеспечение воспроизводства биологических ресурсов и развития АПК Республики Башкортостан".
Целью работы является обоснование рациональных конструктивных параметров рабочего органа дискового плуга, обеспечивающего заданное качество крошения почвенного пласта.
Задачи исследования: разработка имитационной модели и программы для ЭВМ, позволяющих воспроизвести процессы перемещения и деформации почвенного пласта при его взаимодействии с дисковыми рабочими органами; определение и анализ влияния конструктивных, технологических и кинематических параметров дисковых рабочих органов и физико-механических свойств почвы на качество ее обработки; проведение машинных экспериментов по обоснованию конструктивных решений, способствующих повышению качества работы дисковых рабочих органов, на примере рабочего органа дискового плуга; - разработка методики, проведение и обработка результатов лабора торных и полевых экспериментов по определению путей управления качест вом крошения пласта, сопоставление с результатами машинных эксперимен тов; - технико-экономическая оценка эффективности внедрения в производ ство предложенных конструктивных решений.
Объектом исследования является технологический процесс взаимодействия дискового рабочего органа с почвой.
Предметом исследования являются закономерности процессов перемещения и крошения почвенного пласта дисковыми рабочими органами, в зависимости от изменения их конструктивных и кинематических параметров и при различных почвенных условиях.
Методика исследований. При разработке конструкции и обосновании параметров предложенного комбинированного дискового рабочего органа применялись методы классической механики, сферической тригонометрии, механики сплошных сред, математической статистики, теории планирования эксперимента, тензометрирование, фотосъемка.
При проведении экспериментов на имитационной модели использовались специально разработанные математические описания составляющих процесса перемещения и деформации пласта и программа для ЭВМ.
Лабораторные исследования проводились с применением измерительно-информационного комплекса, включавшего ЭВМ, внешний аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), серийные и специально изготовленные датчики и программу "Пакет обработки сигналов" (ПОС) НПО "Мера".
Производственные испытания дискового плуга с комбинированными рабочими органами проводились в соответствии с ОСТ и ГОСТ на испытания новой техники. Обработка результатов экспериментов и их анализ проводились с использованием ЭВМ.
Научная новизна. Получены зависимости и установлены закономерности влияния геометрических и кинематических параметров дисковых рабочих органов и физико-механических свойств почвы на степень ее крошения.
Разработаны алгоритм определения рациональных параметров и способы управления качеством работы дисковых рабочих органов для различных почвенных условий.
Обоснованы рациональные конструктивные параметры комбинированного рабочего органа дискового плуга с вогнуто-выпуклой формой поверхности, обеспечивающего требуемое качество обработки почвы.
Достоверность полученных результатов подтверждена опытной проверкой.
Практическая ценность. Конструкция дискового плуга с комбинированными рабочими органами, имеющими вогнуто-выпуклую форму поверхности, с возможностью адаптации к почвенным условиям и обеспечивающие повышение качества крошения пласта на 20-30%, рекомендована к производству.
Имитационная модель и программа для ЭВМ "Диск 2002" используются при изучении курса «Сельхозмашины» в Башкирском государственном аграрном университете и рекомендуются для использования другими учебными, научно-исследовательскими и проектно-конструкторски ми организациями при изучении и разработке различных видов рабочих органов почвообрабатывающих машин, позволяют сэкономить затраты труда и средств.
Реализация результатов исследований. Опытные образцы дискового плуга использовались для основной обработки почвы на опытных полях Башкирского государственного аграрного университета и в СПК «Асян» Дюртю-линского района республики Башкортостан.
Апробации результатов. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Башкирского государственного аграрного университета и Челябинского государственного агр о и иже и ер ного университета в 1997-2005 гг.
На защиту выносится: имитационная модель процесса взаимодействия дискового рабочего органа с почвой; конструктивные решения по совершенствованию рабочего органа дискового плуга, полученные на основе машинных экспериментов; результаты лабораторно-полевых экспериментов и производственных испытаний предложенных конструктивных решений.
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, включая свидетельство РОСПЛТЕНТа об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 115 наименований. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 20 таблиц и 15 приложений.
В первой главе проведен анализ агротехнических требований, предъявляемых к операциям, выполняемым дисковыми почвообрабатывающими орудиями, обзор их конструкций и анализ рабочего процесса.
Во второй главе описано построение имитационной модели процесса взаимодействия комбинированного дискового рабочего органа с почвой.
В третьей главе приведены этапы проведения экспериментальных исследований, методика их проведения, описаны приемы оценки достоверности полученных результатов.
В четвертой главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований, обоснованы рациональные параметры комбинированного рабочего органа дискового плуга, дана технико-экономическая оценка проекта.
