Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Краткий обзор и анализ сельхозмашин для безотвальной обработки почвы 11
1.1.1. Глубокое чизелевание почвы 11
1.1.2. Чизельная культивация почвы 14
1.1.3. Плуги чизельные и приспособления к ним 14
1.1.4. Культиваторы чизельные и приспособления к ним 24
1.2. Анализ исследований по безотвальной обработке почвы 32
1.3 Цели и задачи исследования 36
2. Теоретические исследования по обоснованию выбора устройства для поверхностнойобработки каменистых почв к чизельному плугу 38
2.1. Теоретическое обоснование крепления к чизельному плугу устройства для поверхностной обработки каменистых почв 38
2.2. Теоретическое обоснование параметров предохранительного механизма грядиля чизельного плуга и устройства для поверхностной обработки каменистых почв 46
2.2.1 Определение сил, возникающих при встрече препятствия и грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв 46
2.2.2 Определение сил, возникающих при встрече препятствия и устройства для поверхностной обработки каменистых почв, закрепленного на грядиль чизельного плуга 54
2.3 Информационная модель функционирования чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв 61
2.4 Оценка доверительных интервалов агропоказателей работы чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв. 64
2.5 Выводы 67
3. Программа и методика экспериментальных исследований 69
3.1. Программа лабораторно-полевых экспериментов
3.2. Методика проведения исследований устройств к чизельному плугу для поверхностной обработки каменистых почв 71
3.2.1 Устройство лабораторно-полевых установок 71
3.2.2 Методика определения условий испытаний 77
3.2.3 Методика определения агротехнических показателей обработки почвы 79
3.3 Методика проведения экспериментов для определения энергетических показателей работы чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв 81
3.3.1 Описание лабораторно-полевой установки 81
3.3.2 Методика определения энергетических показателей лабораторно-полевой установки 82
3.3.3 Регистрирующая и измерительная аппаратура 84
3.4 Методика проведения исследований работы предохранительного устройства чизельного плуга 92
3.4.1 Описание лабораторно- полевой установки 92
3.4.2 Регистрирующая и измерительная аппаратура 93
3.4.3 Методика проведения эксперимента 94
3.5 Расчет основных показателей по результатам исследований 95
3.6 Обработка опытных данных и определение погрешностей измерений. 97
4. Результаты экспериментальных исследований 103
4.1 Результаты сравнительных лабораторно- полевых испытаний по агротехническим показателям экспериментальных образцов устройств для поверхностной обработки каменистых почв к модульному чизельному плугу 103
4.2 Результаты экспериментальных исследований тягового сопротивления при работе лабораторно- полевой установки с устройством для поверхностной обработки каменистых почв 110
4.3 Результаты экспериментального исследования предохранительного устройства на лабораторной установке с закрепленным устройством для поверхностной обработки каменистых почв 116
4.4 Результаты исследования производственных полевых испытаний... 123
5. Экономическая эффективность использования чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50 с устройством для поверхностной обработки каменистых почв 128
Основные выводы и предложения 133
Список используемой литературы 135
Приложения 142
- Культиваторы чизельные и приспособления к ним
- Определение сил, возникающих при встрече препятствия и грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв
- Методика определения энергетических показателей лабораторно-полевой установки
- Результаты экспериментальных исследований тягового сопротивления при работе лабораторно- полевой установки с устройством для поверхностной обработки каменистых почв
Введение к работе
На сельскохозяйственных полях вследствие многократного прохода тяжелых машинно-тракторных агрегатов наблюдается уплотнение почвы на значительную глубину [2,3].
Уплотненная почва и плужная подошва, которые появляются вследствие вспашки отвальным плугом на постоянную глубину, препятствуют проникновению корневой системы растений в нижние слои почвы и способствуют застою воды в пахотном горизонте, что ухудшает водно-воздушный режим роста сельскохозяйственных культур и в конечном итоге отрицательно влияет на урожайность. Исследования, выполненные в нашей стране и за рубежом, показывают, что уплотнение почвы ходовыми системами тракторов и самоходных сельхозмашин приводит к снижению урожайности на 8...30% [38,40].
В значительной степени эти отрицательные явления можно устранить используя глубокое рыхление чизельными плугами. Безотвальной обработка почвы на глубину до 45 см и более способствует:
- разуплотнению почвы при уплотнении ее ходовыми системами сельхозмашин,
- углублению пахотного слоя,
- повышению фильтрационной способности тяжелых почв,
- сохранению влаги в почве в засушливые и ликвидации переувлажнения во влажные периоды,
- борьбе с водной эрозией почвы [47, 55, 81].
Кроме того, чизельные орудия в весенний период заменяют отвальные плуги при перепашке зяби и обработке паров [41, 43].
Таким образом, чизельные плуги обеспечивают внедрение более совершенной технологии обработки почвы, позволяют улучшить ее плодородие и уменьшить эксплуатационные затраты в растениеводстве [42,
44]. Чизелевание способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур в течение нескольких лет после проведения рыхления [40, 56].
В северо-западной зоне России, где значительная часть пахотных земель засорена камнями, глубокое рыхление почвы также необходимо.
В 2003 году, на традиционной выставке «Agritechnika», проходящей ежегодно в Ганновере, были широко представлены комбинированные агрегаты, включающие в себя 3-х или 4-х рядные рыхлительные лапы с долотообразными наконечниками, которые позволяют проводить глубокое интенсивное рыхление почвы на глубину до 35-45 см с минимальными затратами. Вслед за рыхлительными лапами установлены диски, которые выравнивают поверхность почвы, а также заделывают сорняки, удобрения и растительные остатки на глубину 10-15 см. Позади дисков следуют катки, которые дополнительно выравнивают поверхность почвы. Агрегаты данного типа используются в Европе в течение последних 5 лет. Мировые сельхозмашиностроители развивают это направление путем разнообразных модернизаций. Значительное повышение стоимости энергоносителей обусловило применение широкозахватной техники, способной выполнять комплексные задачи. В свою очередь, повышение ширины захвата и использование комбинированных агрегатов требует повышенной мощности энергетического средства. Поэтому современные трактора обладают большой рабочей скоростью и оснащаются более экономичными двигателями. По сравнению с предыдущей выставкой наблюдалось увеличение номенклатуры безотвальных орудий. Полученный опыт лишь подтверждает перспективность данного направления.
Касаясь России и ближнего зарубежья нельзя не сказать о широком распространении чизельной обработки в существующих технологиях обработки почвы. Это обусловлено социально-экономическими факторами. Выполненная с начала 70-х до конца 80-х гг. работа по созданию, исследованию и внедрению чизельных орудий способствовала развитию этого технологического приема. В результате было создано несколько модификаций чизельных плугов: ПЧ-4,5, ПЧ-2,5 - общего назначения и ПЧК-4,5, ПЧК-2,5 - для обработки почв, засоренных камнями. Максимальная глубина обработки составляет 45 см. Количество рабочих органов - 5, 7,9, на стойках установлены гидропневматические предохранители. С 1987 поставлен на производство чизельный плуг ПЧ-2,5 и приспособление к нему ПСТ-2,5 для дополнительной обработки почвы в виде рыхления и выравнивания поверхности почвы. Отличительной особенностью является то, что данное приспособление применяется как единая конструкция, расположенная по всей ширине захвата чизельного плуга. Приспособление устанавливается только на чизельных плугах общего назначения.
По результатам проведенного анализа можно сделать вывод, что в России и за рубежом продолжаются работы по совершенствованию технологий и средств механизации глубокого рыхления почвы.
Современный сельскохозяйственный рынок в России и в странах ближнего зарубежья насыщен в основном иностранной сельскохозяйственной техникой. Это касается и чизелей, хотя имеются чизельные орудия, выпущенные на территории бывшего Советского Союза различными сельхозпроизводителями. Предпочтение отдается созданию чизельных плугов общего назначения; в любом случае, такая ситуация благоприятствует развитию конкурентоспособной продукции.
Прослеживается тенденция производства многоцелевых чизельных орудий, которые комплектуются различными сменными рабочими органами. На таких орудиях все чаще применяются дополнительные обрабатывающие устройства (дисковые ножи, катки, боронки и т. д.) [82].
В ГНУ СЗНИИМЭСХ разработан экспериментальный образец плуга ПКЧ-(4+1)-50 для безотвальной обработки почвы.
Чизельный плуг создан на основе принципа модульности. Базовый модуль состоит из четырех корпусов, к которому с помощью фланцевого соединения крепится пятый корпус. Благодаря такой расстановке рабочих органов плуг может агрегатироваться с тракторами тяговых классов 2 и 3. Несмотря на универсальность чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50, цена значительно меньше иностранной техники.
Периодичность проведения чизельной обработки в севообороте определяется составом сельскохозяйственных культур и их реакцией на чизелевание, почвенными условиями и характером засоренности полей камнями. На почвах с мощным гумусовым горизонтом чизелевание проводят через 3-4 года, на маломощных почвах с резким ухудшением агрофизических и агрохимических свойств - через 2-3 года.
Для повышения эффективности применения экспериментального образца чизельного плуга разработано устройство, позволяющее дополнительно проводить обработку почвы и улучшать агротехнические показатели подготовки почвы для последующих технологических операций возделывания сельскохозяйственных культур (предпосевной подготовки почвы и посева).
Целью данной работы является разработка и теоретическое обоснование устройства к модульному чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50 (конструкции СЗНИИМЭСХ) для поверхностной обработки каменистых почв.
В данной работе к чизельному плугу ПКЧ-(4+1)-50 подобраны наиболее эффективные для поверхностной обработки почвы рабочие органы, обоснованы параметры и режимы работы предохранительного механизма устройства и определены силы, действующие при ударе рабочих органов о препятствие.
Культиваторы чизельные и приспособления к ним
С 80-х годов в России проводят работы по созданию и исследованию чизельных культиваторов к тракторам различных классов тяги и изучению технологии их применения. Работу в этом направлении выполняют ВИМ совместно с ВИСХОМ, СЗНИИМЭСХ, ГСКБ ПО «Красный Аксай» и другими организациями [77]. В результате проведенных экспериментальных, теоретических и технологических исследований освоено отечественное производство чизельных культиваторов прицепных КЧП-5,4 (рис. 1.11), КЧП-7,2 и производство чизельных культиваторов навесных КЧН-4,0 (рис. 1.12).
Культиваторы чизельные, и навесные, и прицепные, предназначены для безотвальной обработки зяби весной, разделки пласта многолетних трав и обработки стерни. К прицепным и навесным культиваторам на раму крепятся приспособления, состоящие из подпружиненных секций зубовой (видерной) бороны, для рыхления верхнего слоя почвы, крупных глыб и заравнивания борозд, образующихся в процессе работы культиватора. С 90-х годов в России начато отечественное производство культиватора- глубокорыхлителя КГ-2,8 (рис. 1.13) и КГ-3,8. Разработчиком этих образцов является ГСКБ ПО «Красный Аксай» [50]. Культиватор- глубокорыхлитель КГ-2,8 предназначен для глубокого рыхления тяжелых средних почв и почв, засоренных камнями, вместо отвальной пахоты в весенний период, постепенного углубления подпахотного слоя, разделки пласта многолетних трав и стерни зерновых культур. На заднем брусе культиватора в зависимости от почвенно-климатических условий и вида выполняемых операций возможна установка заравнивающих приспособлений двух типов: - зубовая борона используется для получения качественного, хорошо взрыхленного верхнего слоя почвы; - дисковая борона используется для тщательного рыхления тяжелых почв, возможно ее использование на операциях по разделке стерни и дернины. Также в 90-х годах организация-разработчик ГСКБ ПО «Красный Аксай» разработала к культиватору чизельному прицепному КЧП-5,4 приспособление чизельное дисковое ПЧД-4-01 (рис. 14) [51]. Приспособление чизельное дисковое ПЧД-4-01 предназначено для разделки стерневых и задернелых пластов и глыб на поверхности поля. Приспособление ПЧД-4-01 состоит из следующих основных частей: - дисковых секций, - тяги с предохранительным механизмом, - механизма регулировки глубины обработки, - механизма изменения угла установки секций дисков с чистиками. В 2004 году в ФГУ «Северо-Западная МИС» прошел испытания опытный образец культиватора тяжелого прицепного КТП-4,3 с приспособлением (рис. 1.15) СКВ ЗАО «Красный Аксай» [52]. Культиватор тяжелый прицепной КТП-4,3 предназначен для культивации крупноглыбистой зяби на глубину до 16 см, обработки стерневых фонов зерновых культур без оборота пласта. Допускается эксплуатация культиватора на почвах, слабо засоренных камнями размером до 15 см. Приспособление бороновальное с пружинными зубьями, которым дополняется культиватор, предназначено для крошения поверхностного слоя почвы, сильно засоренной сорняками, или со стерневыми остатками, выравнивания поверхности поля. Данное приспособление состоит из трех секций, которые шарнирно крепятся на заднем брусе культиватора. Из большого числа чизельных культиваторов, представленных на современном рынке сельскохозяйственных машин, можно выделить орудия, выпускаемые фирмой «Lemken» Германия, «Kverneland» Норвегия, «KUHN» Франция, «Farmet» Чехия, «Unia» Польша (рис. 1.16-1.20). Комбинированный культиватор «Торит» предназначен для основной обработки почвы после уборки зерновых и пропашных культур, для обработки паров. Производит рыхление почвы на глубину до 30 см. На раме агрегата установлено три ряда рыхлительных лап, один ряд полусферических дисков и позади идущие прикатывающие катки [17].
Агротехнически и энергетически обоснованным является совмещение за один проход операций основной и дополнительной обработки почвы, что обусловило многообразие технических средств для выполнения данных операций [83]. Известно большое количество выпускаемых промышленностью орудий и комбинированных агрегатов для совмещения чизельной и поверхностной обработки почвы, объединенных по конструктивным и технологическим особенностям в несколько групп, включающих в себя чизельно-дисковые, чизельно-катковые, чизельно-бороновальные и другие конструктивные типы комбинированных агрегатов [68, 85, 87].
Широкое распространение получили выравнивающие и прикатывающие устройства, которые могут входить в состав специализированных комбинированных машин или присоединяться к однооперационным машинам, в частности к чизельным плугам, образуя универсальные комбинированные агрегаты [84].
В последние годы широкую известность приобрели приспособления для поверхностной обработки, состоящие из ряда дисковых секций, позади которых установлен спаренный или одинарный трубчатый каток.
Такая конструкция приспособления для поверхностной обработки почвы позволяет формировать значительный запас влаги в почве и насыщению верхнего слоя мульчей из растительных остатков и органических удобрений [18].
В настоящие время накопилось большое количество трудов в области глубокого чизелевания почвы. Существенный вклад в развитие почвообрабатывающих орудий в этом направлении сделан В. С. Жегаловым, Л. И. Воробьевым, С. П. Бубликом, Н. П. Зволинским, А. К. Кострициным, В. А. Юзбашевым, В. В. Труфановым и др. Хочется заострить внимание на трудах В. В. Труфанова и В. А. Юзбашева, которые в результате своей деятельности внесли многочисленные рекомендации по работе чизельных орудий для глубокой обработки почвы [77]. Они занимались: - изучением критической глубины резания почвы чизельными орудиями; - технологиями возделывания полевых культур с применением чизельной обработки почвы; - изучением снижения энергетических показателей чизельных орудий путем изменения основных параметров рыхлительных лап, и другое. Наряду с ними в 80- е годы научную работу в области выбора рациональных параметров предохранительного устройства чизельных плугов вели В. И. Вайнруб и А. А. Базров [1].
Определение сил, возникающих при встрече препятствия и грядиля чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв
На работу предохранительного механизма грядиля чизельного плуга с устройством прежде всего влияет соотношение расстояния между носком стрельчатой лапы и осью вращения грядиля с расстоянием между шарниром верхнего кронштейна и точкой приложения к стрельчатой лапе равнодействующей силы в процессе срабатывания предохранительного механизма при встрече плуга с препятствием; рабочие углы поворота основных звеньев; глубина обработки; ширина захвата плуга; удельное сопротивление почвы.
Рассмотрим случай, когда рабочий орган плуга с устройством, оснащенным горизонтальным шарниром, взаимодействует с препятствием. Это взаимодействие можно разграничить тремя последовательными процессами: удар рабочего органа о препятствие; срабатывание предохранительного механизма, в результате чего рабочий орган с устройством отклоняется в продольно-вертикальной плоскости и совершает обход препятствия, и заглубление рабочего органа с устройством.
Для исследования ударного процесса составим для него математическую модель соударения рабочего органа и препятствия.
При встрече рабочего органа с препятствием выбираются все зазоры в сопряжениях механизма, так как направление силы удара, определяемое формой препятствия, практически никогда не находится в плоскости действия сил, удерживающих рабочий орган. После того как произошла упругая деформация элементов системы и выбраны все зазоры, преодолевается трение в шарнирах предохранительного механизма. Трение покоя переходит в трение движения, и начинается обход препятствия [4].
При встрече препятствия и рабочего органа грядиля чизельного плуга с устройством, действие ударной силы Fs создает выглубляющий момент, которому противодействует давление Рр упругого элемента предохранителя (рессоры), силы инерции, силы трения в шарнирах рессорного и пружинного предохранительного механизма и рабочего органа плуга. На устройство в этот момент действует давление Р„ пружинного предохранителя, которое выглубляет его частично из почвы, сила тяжести Gy устройства, и противодействует сила трения в шарнирах пружинного предохранительного механизма. Как видно из рисунков 2.7 а и 2.7 б, при встрече и обходе препятствия грядилем устройство для поверхностной обработки почвы находится все время на земле и не препятствует, а даже за счет жесткости пружины предохранителя устройства в первый момент помогает выглублению грядиля из почвы. Исходя из этого, силой тяжести Gy устройства можно пренебречь.
Ударный импульс S, действовавший на рабочий орган в течение промежутка времени г, является величиной конечной. Удары, возникающие при столкновении звеньев, входящих в одну механическую систему, не могут вызвать изменения скорости движения ее центра масс, поэтому моментом трения в шарнирах и моментом силы, удерживающей рабочий орган в заглубленном состоянии, можно пренебречь.
Полученные результаты теоретического исследования ударного процесса показали, что энергия рассеивания удара зависит от скорости движения грядиля модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, момента инерции относительно шарниров грядиля, формы препятствия, величины нагрузки со стороны упругих элементов предохранителя и силы тяжести грядиля с устройством.
Так как рессорный предохранитель является предохранителем автоматического действия, то помимо начального усилия срабатывания большое значение имеет силовая характеристика процесса срабатывания корпуса чизельного плуга. Усилие срабатывания, приложенное к носку рабочего органа, не должно увеличиваться в процессе поворота и должно обеспечивать быстрое автоматическое заглубление, при этом рама плуга не должна изменять своего положения. Заглубляющие усилие рессорного предохранителя большей частью зависит от его кинематической схемы. Все приведенные предположения следует экспериментально проверить. Определение сил, возникающих при встрече препятствия и устройства для поверхностной обработки почвы, закрепленного на грядиль чизельного плуга
Рассмотрим случай, когда чизельный плуг с устройством для поверхностной обработки почвы встречается с препятствием, которое располагается между грядилями плуга (рис. 2.10). В этом случае с препятствием сталкивается только устройство для поверхностной обработки почвы, грядиль чизельного плуга работает в нормальном режиме без изменений. Схема взаимодействия устройства с препятствием представлена на рис. 2.12. На схеме изображена лишь дисковая секция устройства, поскольку с препятствием из всего устройства взаимодействует только она (рис. 2.11). Для проектирования предохранителя необходимо знать условия, при которых обеспечивается работа устройства для поверхностной обработки почвы без поломок дисков. Для этого надо определить силы, действующие на диск при взаимодействии с препятствием. Первая фаза взаимодействия диска и препятствия рассматривалась как процесс действия ударной силы на тело, вращающееся вокруг оси. Величина ударного импульса определялась по теореме об изменении кинетического момента системы при ударе [21]. При расчете учитывались действующие на диск сила со стороны пружинного предохранителя и силы тяжести. Сила трения в шарнирах предохранителя и подшипнике оси дисков не учитывалась. Угловая частота вращения дисков не принималась во внимание, т.к. предварительные опыты показали, что вращение дисков с угловой частотой, близкой к угловой частоте вращения дисков, при работе в поле не влияет на величину сил, возникающих при встрече дисков с препятствием. На рисунке 2.12 обозначены точки: О - шарнир; D - центр дисковой секции; В - точка соприкосновения диска с препятствием; С - центр тяжести устройства для поверхностной обработки почвы. Принимаем, что точка О неподвижна, а препятствие движется со скоростью V. Систему координат связываем с точкой О. Предположим, что в конце удара абсолютная скорость точки В диска станет равной по величине и направлению скорости V, с которой движется препятствие, что подтверждается наблюдениями за процессом соударения. По теореме сложения скоростей [6] абсолютную скорость точки В диска в конце удара представляем в виде:
Методика определения энергетических показателей лабораторно-полевой установки
Целью лабораторно-полевых экспериментов является исследование рабочего процесса чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50 и дополнительного почвообрабатывающего устройства, предназначенного для работы на каменистых почвах, к тракторам тягового класса 2 и 3.
Лабораторно-полевые исследования проводились на полях ФГУ "Северо-Западная" МИС на характерных для северо-западной зоны дерново-слабоподзолистых среднесуглинистых почвах.
Программа была разделена на несколько основных этапов: - исследование работы экспериментальных устройств для поверхностной обработки каменистых почв; - исследование тягового сопротивления при работе модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв; - исследование предохранительного устройства грядиля чизельного плуга с закрепленным на него устройством для поверхностной обработки каменистых почв; - исследование технико-эксплуатационных показателей модульного чизельного плуга с наиболее эффективным из исследованных устройств для поверхностной обработки каменистых почв. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: 1. Изготовление экспериментальных рабочих органов; 2. Проведение сравнительных агротехнических лабораторно-полевых исследований работы экспериментальных устройств для поверхностной обработки каменистых почв к чизельному плугу и выявление лучшего; 3. Проведение исследований работы предохранительного механизма грядиля модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной об работки каменистых почв; 4. Определение тяговых показателей модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв, являющимся лучшим по агротехническим показателям из исследованных; 5. Определение технико-эксплуатационных показателей модульного чизельного плуга с устройством для поверхностной обработки каменистых почв. Такие показатели качества работы чизельного плуга с устройством, как ширина захвата, засоренность почвы камнями, качество крошения почвы, качество и глубина заделки растительных остатков, гребнистость поверхности почвы определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 24057-88 «Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки машинных комплексов, специализированных и универсальных машин на этапе испытаний», СТО АИСТ 4.1-2004 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей», СТО АИСТ 4.2-2004 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей», СТО АИСТ 10 4.6-2003 «Стандарт организации. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины почвообрабатывающие. Показатели назначения. Общие требования» и ОСТ 10 2.2-2002 «Стандарты и отрасли. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки» Учитывая особенности работы модульного чизельного плуга с устройством, для проведения агротехнической оценки дополнительно к СТО АИСТ 4.1-2004 и СТО АИСТ 4.2-2004 положены методы определения отдельных показателей, не предусмотренных стандартом (глубину обработки, толщину взрыхленного слоя почвы, высоту гребней над дном обработанного слоя почвы). 3.2. Методика проведения исследований устройств к чизельному плугу для дополнительной обработки почвы 3.2.1 Устройство лабораторно-полевых установок Для решения поставленных задач в лаборатории 2.7 СЗНИИМЭСХ были изготовлены несколько лабораторно-полевые установок. Лабораторно-полевая установка №1 (рисунок 3.1, а) состоит из следующих основных узлов: рамы 1; опорного колеса 2; навесного устройства 3; корпуса чизельного плуга 4 (где а - угол стреловидности составляет 40). На рисунке 3.1,6 показана лабораторно-полевая установка №2, представляющая собой четырех- и пятикорпусный чизельный плуг, где базовым модулем является четырехкорпусный плуг. Несущая балка соединяется с приставным модулем при помощи фланцевого соединения. Установка включает следующие узлы: раму 1; опорное колесо 2, расположенное на переднем брусе; навесное устройство 3, имеющее возможность перемещения вдоль переднего бруса; опорное колесо 4, установленное на продольном брусе при помощи стремянок с возможностью установки колеса как с внешней, так и с внутренней стороны бруса; 5 - корпус плуга; а -угол стреловидности (а = 40); М - междуследие (М = 0,5 м). Опорные колеса установок позволяют изменять глубину обработки винтовым механизмом в пределах от 25 до 45 см. Каждый корпус плуга комплектуется набором сменных рабочих органов для выполнения различных технологических операций. Изменение ширины захвата лабораторно-полевой установки №2 производится путем снятия или установки пятого корпуса. Навесное устройство имеет возможность перемещения вдоль переднего бруса рамы для смещения линии тяги плуга. Схема навесного устройства - трехточечная.
Результаты экспериментальных исследований тягового сопротивления при работе лабораторно- полевой установки с устройством для поверхностной обработки каменистых почв
В соответствии с поставленными задачами, программой и методикой экспериментальных исследований на полях ФГУ "Северо-Западной МИС" в сентябре 2006 года проводились эксперименты по определению тягового сопротивления. Исследования проводились на лабораторно- полевой установке №1 с устройством №3 для поверхностной обработки каменистых почв в зависимости от скорости движения и глубины обработки на дерново- слабоподзолистых среднесуглинистых почвах на поле после уборки картофеля (рис. 4.5, рис. 4.6 и рис. 4.7).
Порядок проведения опытов, соответствующие им уровни факторов, среднеарифметическое значение и среднеквадратическое отклонение выходных параметров представлены в табл. 4.5. Здесь кодированные значения факторов XI и Х2 соответствуют натуральным значениям скорости движения Уи глубине обработки а соответственно. В результате множественного регрессионного анализа после удаления незначимых коэффициентов регрессии и проверки модели на адекватность получили следующую зависимость тягового сопротивления чизельнои стойки плуга с устройством №3 (исследуемого агрегата) от скорости движения и глубины обработки, где факторы представлены в кодированном виде: Проверим полученные данные на воспроизводимость по критерию Кохрена. При проверке воспроизводимости применяется условие (3.21) При числе опытов п = 9 и числе степеней свободы каждой оценки /и = т0 - 1 = 1 табличное значение критерия Кохрена равна 0,638, что больше расчетного значения 0,12. Делаем вывод, что процесс воспроизводим. Проверим значимость коэффициента уравнения регрессии с использованием критерия Стьюдента по формуле (3.20) и адекватность всего уравнения с помощью критерия Фишера по формуле (3.23). Табличное значение критерия Стьюдента при степенях свободы /=9-2-1 = 6 равно/(0,05;5) =2,4 [79]. Расчетные значения критерия Стьюдента оставшихся коэффициентов регрессии представлены на графике расчетных значений критерия Стьюдента (см. Приложение 2). Как видно из таблицы, расчетные значения критерия Стьюдента всех коэффициентов регрессии больше табличного, что указывает на их значимость. По результатам анализа дисперсия для полной регрессии уравнения (4.1) F- отношение равно 6095,59 (см. Приложение 2). Табличное значение критерия Фишера при числах степеней свободы fi = 2 и/2 = 9-2- 1 = о равноF(0,05;2;6) = 5,143, т.е. во много раз меньше расчетного значения F = 6095,59, что свидетельствует о значимости коэффициентов уравнения регрессии. Данные, представленные в табл. 4.10, более наглядно изображены графически нарис. 4.8. Анализируя уравнение (2.44) можно сказать, что на сопротивление грядиля с устройством влияют не только сами факторы, но и их взаимодействие. Знак «плюс» свидетельствует о том, что с увеличением значения фактора величина отклика возрастает и наоборот. По уравнению регрессии построена поверхность отклика в трехмерном изображении и контуры сечения поверхности отклика (рис. 4.9): Анализируя графики (рис. 4.8, 4.9, 4.10), можно отметить, что изменение тягового сопротивления грядиля с устройством при изменении глубины обработки составило: при V = 9 км/ч - 24,7 %, при V = 6 км/ч - 15,9% и при V = 3 км/ч - 8,7%. На графике (рис. 4.8) характерно видно что, при увеличении скорости движения исследуемого агрегата и глубины обработки почвы, тяговое усилие возрастает. При этом фактор скорости движения исследуемого агрегата (рис. 4.9), в отличие от фактора глубины обработки почвы, на 14% существеннее влияет на тяговое усилие исследуемого агрегата. Целью экспериментальных исследований являлось подтверждение теоретических результатов взаимодействия препятствия с лабораторно- полевой установкой. Сравнение осуществлялось по зависимостям включающим в себя силы реакции, скорость движения, влияние параметров препятствия р на носок рабочего органа. На рис. 3.22 показан вид лабораторной установки №1 с устройством для поверхностной обработки каменистых почв на тарировочном стенде. При тарировке датчиков, рабочая плоскость препятствия устанавливалась под разными углами (р. Датчики замеров усилий тарировались статическим нагружением через динамометр путем приложения силы к носку рабочего органа грядиля. Запись продольного усилия на носке рабочего органа грядиля, момент на грядиле, угол поворота грядиля в продольно- вертикальной плоскости проводилась с помощью осциллографа. В соответствии с поставленными задачами, программой и методикой экспериментальных исследований в сентябре 2006 года были проведены экс 117 перименты на полях ФГУ "Северо-Западной МИС". Исследования проводились на лабораторно- полевой установке №1 с устройством для поверхностной обработки каменистых почв и без на дерново-слабоподзолистых средне-суглинистых почвах.
