Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 9
1.1 Способы снижения энергетических затрат на обработку почвы 9
1.1.1 Использование деформации растяжения и изгиба почвенного пласта 9
1.1.2 Использование циклической деформации 11
1.1.3 Использование динамических особенностей разрушения почвенного пласта
1.2 Результаты исследования режимов работы рабочих орган культиватора с упругим креплением 17
1.3 Обзор конструкций культиваторов с упругим креплением рабочего органа 25
1.4. Проблемные вопросы использования упругих связей в креплении рабо
чих органов почвообрабатывающих машин 31
Выводы по первой главе 44
Задачи исследования 45
Глава 2. Теоретические исследования 46
2.1 Принципиальная схема стойки культиватора с упругим креплением к раме почвообрабатывающего орудия 46
2.2 Динамическая модель движения рабочего органа культиватора с упругим креплением 52
2.2.1 Описание возмущающих воздействий от сопротивления почвы обработке 52
2.2.2 Определение собственной частоты колебательной системы 56
2.2.3 Определение оптимальной приведенной жесткости системы по критерию возникновения резонанса 60
2.2.4 Определение диссипативных свойств почвы 61
2.2.5 Интегрирование дифференциальных уравнений вынужденных колебаний стойки культиватора Bourgault 8810 65
Выводы по второй главе 72
ГЛАВА 3. Методика экспериментальных исследований 73
3.1 Программа и задачи исследований 73
3.2. Выбор и обоснование объекта и предмета исследования
3.3 Техническое описание предмета исследования 75
3.4 Рабочий орган почвообрабатывающего орудия с изменяемой частотой собственных колебаний 77
3.5. Экспериментальный образец устройства для определения диссипатив ных свойств почвенного фона 79
3.6 Измерительная и регистрирующая аппаратура, тарировка датчиков 81
3.7 Измерение качественных показателей работы культиваторного МТА 87
3.8. Определение момента инерции культиваторной стойки и координат положения центра масс 90
3.9 Краткое описание условий проведения полевых экспериментов 93
3.10 Обработка экспериментальных данных 95
выводы по третьей главе 95
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований энергетичсеких и качественных показателей работы культиваторного МТА на дорезонансном, резонансном и послерезонансном режимах работы рабочего органа 96
4.1 Энергетические показатели работы культиваторного МТА на дорезо нансном, резонансном и послерезонансном режимах работы рабочего орга
на 97
4.1.1 Спектральный анализ горизонтальной составляющей тягового сопротивления рабочего органа и крюковой нагрузки трактора в составе культи-ваторного МТА 97
4.1.2 Влияние резонансного режима работы на характеристики горизонтальной составляющей тягового сопротивления рабочего органа и крюковой нагрузки трактора 101
4.2 Агротехнические показатели работы культиваторного МТА на дорезо нансном, резонансном и послерезонансном режимах работы рабочего органа 105
4.2.1 Влияние резонансного режима работы рабочего органа на среднее значение глубины обработки 105
4.2.2 Влияние резонансного режима работы рабочего органа на качественные показатели 109
4.3 Другой возможный критерий оптимизации жесткости упругого элемента
в креплении рабочего органа при работе на почвах со слабыми диссипатив ными свойствами 113
Выводы по четвертой главе 116
Глава 5. Экономический эффект от использования резонансного режима работы рабочих органов культиваторного МТА 117
Заключение 121
Список литературы
- Результаты исследования режимов работы рабочих орган культиватора с упругим креплением
- Описание возмущающих воздействий от сопротивления почвы обработке
- Рабочий орган почвообрабатывающего орудия с изменяемой частотой собственных колебаний
- Влияние резонансного режима работы рабочего органа на среднее значение глубины обработки
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Большинство почвообрабатывающих машин, поступающих на вооружение российских агрофирм, в своей конструкции имеет упругие звенья в креплении рабочих органов. Следовательно, можно предположить, что почвообрабатывающие машины оснащаются устройствами, способными выступать не только предохранительными звеньями, исключающими перегрузку машин, но и устройствами, способными при определенных условиях генерировать действующие незатухающие колебания рабочих органов за счет особенности процесса резания почвенного пласта с целью снижения общего уровня силового нагружения и динамичности функционирования всей системы.
В этом отношении актуальным становится вопрос о сохранении и повышении плодородия почвенного слоя, так как чрезмерное измельчение почвы колеблющимися рабочими органами может являться одной из причин ее деградации. Особенно актуальна эта проблема для засушливых зон Нижнего Поволжья, где к эрозионно-опасным почвенным частицам относятся частицы диаметром менее 1 мм. Почвы, имеющие в своем составе более 25% подобных частиц, считаются эрозионно-опасными. В тяжелых темно- и светло-каштановых почвах, обрабатываемых современными почвообрабатывающими орудиями, эрози-онно-опасных частиц содержится до 40%. Поэтому на каждое явление, которое способствует повышению количества эродирующих частиц в почве, должно быть наложено ограничение.
Данные обстоятельства вызывают необходимость проведения специальных теоретических и экспериментальных исследований по оптимизации жест-костей упругих устройств рабочих органов почвообрабатывающих машин по энергетическим и качественным показателям работы МТА.
Степень разработанности темы. Большой вклад в разработку вопросов создания и использования упругих стоек внесли такие ученые, как Е. А. Дубровский, И. В. Игнатенко, Н. Г. Кузнецов, А. С. Кушнарев, С. В. Левицкий, Г.А. Рябцев, Г. Н. Синеоков и др. в их работах подробно изложены вопросы влияния динамических явлений на тяговое сопротивление рабочего органа и связанное с этим изменение энергетических затрат. Однако в земледельческой механике остается недостаточно изученной такая область, как влияние динамических процессов на распыление почвы и, как следствие, развитие ветровой эрозии.
Объект исследования - технологический процесс предпосевной обработки почвы культиваторным МТА.
Предмет исследования – культиватор для сплошной обработки почвы, оборудованный упругим креплением рабочих органов к раме.
Целью исследования является повышение эффективности работы куль-тиваторного МТА с упругими связями за счет оптимизации режимов его работы.
Задачи исследования:
-
изучить проблемные вопросы рационального использования динамических аспектов процесса взаимодействия упруго закреплнного рабочего органа культиватора с почвой с точки зрения снижения энергоемкости и повышения качественных показателей проводимых им работ;
-
получить математические зависимости приведенной жесткости рассматриваемой колебательной системы в функции числа рабочих витков упругого элемента, расположенного в креплении рабочего органа культиватора;
-
разработать математическую модель, описывающую динамику движения рабочего органа культиватора с упругим креплением к раме почвообрабатывающего орудия;
-
разработать конструкцию рабочего органа почвообрабатывающего орудия с изменяемой частотой собственных колебаний;
-
провести экспериментальные исследования по оценке влияния резонансного режима работы рабочего органа на энергетические и качественные показатели работы культиваторного МТА;
-
обосновать экономическую целесообразность использования резонансного режима работы рабочих органов культиваторного МТА на почвах с различными диссипативными свойствами.
Научная новизна. Выполненные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов:
предложена конструкция рабочего органа почвообрабатывающего орудия с изменяемой частотой собственных колебаний;
развита теория взаимодействия рабочего органа культиваторного МТА, оборудованного упругим элементом в креплении, с почвой, позволяющая по реализациям тягового сопротивления оценивать возможность снижения энергетических затрат при проведении почвообрабатывающих операций без нарушения агротехнологических требований.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в развитии научных методов и средств, с помощью которых можно:
разрабатывать методы и алгоритмы адаптации узлов и механизмов культиваторного МТА к эффективному функционированию в реальных условиях эксплуатации;
устанавливать допускаемые режимы работы рабочих органов культиваторного МТА, оборудованных упругой связью в креплении, на этапе комплектования;
учитывать агротехнологические аспекты взаимодействия рабочего органа с почвой с целью сохранения е плодородной структуры.
Методология и методы исследования. Методология и методы исследования предусматривали теоретические исследования рабочих гипотез, их экспериментальную проверку в реальных условиях эксплуатации и экономическую эффективность результатов работы.
В теоретических исследованиях использованы положения теории грунтов, сопротивления материалов, теоретической механики, теории колебаний и математической статистики.
Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях на базе общепринятых и частных методик, разработанных автором.
Положения, выносимые на защиту:
-
математические зависимости приведенной жесткости рассматриваемой колебательной системы в функции числа рабочих витков упругого элемента, расположенного в креплении рабочего органа культиватора;
-
математическая модель, описывающая динамику движения рабочего органа культиватора с упругим креплением к раме почвообрабатывающего орудия;
-
конструкция рабочего органа почвообрабатывающего орудия с изменяемой частотой собственных колебаний;
-
результаты экспериментальных исследований по оценке влияния резонансного режима работы рабочего органа на энергетические и качественные показатели работы культиваторного МТА;
-
экономическое обоснование эффективности использования резонансного режима работы рабочих органов культиваторного МТА на различных почвенных фонах.
Степень достоверности и апробация результатов. Результаты использования основных положений и выводов проведенного исследования подтверждаются соответствующими документами, представленными в приложении.
Основные положения работы и результаты исследования доложены и получили положительную оценку в процессе обсуждения на следующих семинарах и конференциях:
Научно-практические конференции профессорско-преподавательского состава «Актуальные проблемы развития АПК» (Волгоград, 2012-2017 гг.);
Научно-практическая конференция «Академическая наука - проблемы и решения» (North Charleston, USA 2015).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, пяти глав основной части, заключения, списка литературы и приложения. Работа представлена на 138 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы, 60 иллюстраций, 3 приложения. В списке литературы
117 источников. Общий объем опубликованных работ составляет 7,65 п. л., из них 3,45 п. л. принадлежит автору. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 1 патент РФ на полезную модель RU146230U1, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ.
Результаты исследования режимов работы рабочих орган культиватора с упругим креплением
Созданные на сегодняшний день различные типы рабочих органов почвообрабатывающих машин являются, по существу, модификациями трехгранного плоского клина, под действием которого почва подвергается деформациям сжатия, растяжения, кручения и изгиба.
Под действием клина в почвенном пласте возникает сложное напряженное состояние. Многие ученые в этой области [7, 44, 60 и др.] считают, что разрушение почвенного пласта, при этом, основано на теории разрушения материалов Кулона-Мора, которая предполагает, что разрушение материала в точке происходит в результате сдвига при определенном соотношении нормальных а и касательных тк напряжений, определяемых зависимостью TK=C0+(T tg( p), (1.1) где тк - допустимое тангенциальное напряжение в почве; С0 - коэффициент сцепления почвы; а - нормальное давление на поверхности среза; tg(cp) - угол внутреннего трения.
Тем не менее, экспериментальные исследования не всегда подтверждают закономерность рассматриваемой теории. Например, сухая почва разрушается за счет скола почвенного пласта по линии опережающей трещины, образующейся перед лезвием клина под действием смятия почвы. Тем не менее, в определяющем большинстве случаев почва под действием клина разрушается исключительно под действием деформации сжатия. Деформация сжатия по энергоемкости процесса превышает деформацию растяжения более чем в 10 раз. Образование при деформации сжатия переуплотненных глыб, разрушение которых требует дополнительных затрат энергии, так же повышает энергоемкость процесса обработки почвы.
Поэтому одним из способов снижения энергетических затрат на обработку почвы является использование рабочих органов, геометрия которых обеспечивает переменную деформацию почвенного пласта.
В работе Ветохина В.И. [17] показано, что снижение энергоемкости процесса и улучшение качества обработки почвы достигается за счет использования рабочих органов с поперечной кривизной поверхности, контактирующей с почвой. Такая геометрия обеспечивает переменную деформацию почвенного пласта сначала на сжатие, потом на растяжение.
Для улучшения качественных показателей процесса почвообработки и управлением процессом крошения, перемешивания и перемещения почвы С.Г. Мударисов [84] предложил устанавливать на рабочей поверхности рабочего органа, с обеих сторон, регулируемые направляющие.
В процессе экспериментальных исследований было выявлено, что степень крошения почвенного пласта стандартным культиватором - плоскорезом (не оборудованным дополнительными рыхлителями) составляет 61,61% , глыбистость почвенного фона – 16,7%. При использовании дополнительных рыхлящих органов, установленных под углом 100, степень крошения увеличилась до 20% и составила 78,86%, значение глыбистостьи уменьшилось в два раза. Увеличение угла до 200 дополнительных рыхлителей повысило степень крошения в среднем до 12% (88,3% против 78,86%) и практически исключило глыбистость. Профиль поверхности поля после прохода орудия оставался ровным, а щели, оставляемые стойкой рабочего органа, отсутствовали.
В работе [79] предложено, рабочую поверхность культиваторных лап и лезвия выполнять волнистой, что вызывает при обработке многократный изгиб почвенного пласта в поперечном направлении. Пласт при этом подвергается переменному сжатию и растяжению, что повышает степень крошения при меньших энергетических затратах.
С целью получить заданное качество крошения почвенного пласта по слоям Ю. Н. Кадиров [65] предложил использовать рабочий орган с ярусно расположенными клиньям, что позволяет резко изменить характер деформации почвенного пласта. В почвенном пласте образуются периодически повторяющие трещины, за счет этого пласт разделяется на мелкие комочки, однако потребовалась дополнительная энергия на значительный подъем пласта.
Значительная доля растягивающих деформаций создается рабочим органом плуга «Параплау» [88]. Его долото осуществляет подъем и изгиб подрезаемого почвенного пласта, что снижает тяговое сопротивление (на 10-20%) при более высокой степени крошения почвенного пласта.
Перечисленные работы позволяют сделать вывод: очевидно, нельзя полностью исключить сжатие почвы при проведении почвообрабатывающих операций.
Известно, что сопротивление кристаллических материалов остаточной деформации уменьшается после предварительной малой остаточной деформации противоположного знака. Это явление носит название эффекта Ба-ушингера [7].
На практике, примером использования эффекта Баушингера является применение комбинированных рабочих органов. Например, рыхлители с установленными перед стойкой дисковыми и черенковыми ножами. На поле напряжений сжатия, создаваемым долотом и стойкой, накладывается поле напряжений от дискового ножа, противоположного направления.
Комбинация рыхлительной стойки и фрезы, также позволяет использовать данный эффект. Ножи фрезы при внедрении в почву создают поле напряжений противоположного знака. Такие комбинированные рабочие органы значительно повышают степень крошения почвенного пласта при одновременном снижении энергетических затрат на ее разрушение. 1.1.3 Использование динамических особенностей разрушения почвенного пласта
Как следует из [95], общее сопротивление движению двухгранного клина в почве определяется следующей зависимостью: R = R3+RG+RF+RD, (1.2) где R3 - сопротивление, учитывающее проникновение лезвия клина в почву; RG - сопротивление передвижению почвенного пласта (вес пласта); Rp - сопротивление, возникающее от сил инерции пласта и силы трения, возникающей на рабочей поверхности клина, RD - сопротивление почвы деформации, производимой рабочей поверхности клина.
Сопротивление движению трехгранного клина складывается аналогичным образом. В работе показано, что при движении клина с постоянной скоростью в почвенной среде составляющие R3, RG, RF - имеют постоянное значение и лишь усилие RD периодически изменяется от нуля до некоторого максимального значения, это обусловлено циклическим характером деформации почвы под воздействием клина.
Описание возмущающих воздействий от сопротивления почвы обработке
Автоматический регулятор работает следующим образом. При проведении почвообрабатывающих операций, на S-образную пружинную стойку действует возмущающая сила сопротивления почвы, являющаяся функцией от физико-механических свойств почвы и заданной глубины обработки. Под действием этой силы рабочий орган начинает совершать вынужденные колебательные движения. Верхняя часть стойки, обладающая упругостью, начинает прогибаться. В случае малого сопротивления, в результате прогиба, стойка начинает соприкасаться с криволинейной поверхностью регулятора, например, с участком А-В, профиль которого выполнен в виде эквидистанты. Что будет способствовать уменьшению рабочей длины упругого участка, а следовательно увеличению жесткости самой сойки.
Дальнейшее увеличение силы сопротивления почвы будет увеличивать линию контакта стойки с профилем регулятора А-С, А-Д, А-Е. Таким образом, опорные точки регулятора обеспечивают автоматическое приспособление рабочего органа к изменяющимся физико – механическим свойствам почвы и удерживают отклонение рабочего органа от заданной глубины обработки в пределах агротехнического допуска.
Конструкторские разработки по изменению жесткости упругих связей рабочего органа культиватора и рамы, выполненных в виде пружин напряжения – сжатия, в проведенном обзоре литературы нами не обнаружены. Как правило, официальный дилер предлагает к таким конструкциям дополнительные комплекты пружин с различными коэффициентами жесткости, то есть жесткость упругой связи, а следовательно и собственная частота системы, меняется за счет банального использования другого упругого элемента. Причем, как правильно подобрать жесткость упругого элемента к заданным эксплуатационным режимам работы, не прилагаемая документация по использованию почвообрабатывающего орудия, ни дилерская служба ответа на дает, что часто приводит к увеличению стоимости самого орудия, а в худших случаях может являться причиной нарушения агротехнических требований предъявляемых к данной сельскохозяйственной операции.
Следующая проблема использования упругих элементов в креплении рабочих органов заключается в регулировании сложения и строения обрабатываемого слоя почвы.
В целом, основной задачей обработки почвы является изменение ее физического состояния. Процесс изменения физико-механических свойств почвы, из исходного состояния в требуемое, осуществляется за счёт механического воздействия на почву рабочего органа сельскохозяйственного орудия, перемещение которого приводит к нарушению ее начальной структуры, до достижения, с точки зрения агрономии, оптимального сложения обрабатываемого слоя при котором получается максимальный эффект – например, урожайность возделываемых культур. Согласно ГОСТ 26244-84. «Обработка почвы предпосевная» обработанный слой должен быть разрыхленным и мелкокомковатым. В обработанном слое допускаются комки почвы размером по наибольшему диаметру до 25 мм не более 80%, а от 50 до 100 мм не более 10 %. Использование вибрирующих эффектов может оказывать значительное влияние на фракционный состав почвы, увеличивая прирост фракций до 25 мм. Чрезмерное изменение почвы рабочими органами почвообрабатывающих машин является одной из причин ее деградации.
Ветровая эрозия разрушает основное средство сельскохозяйственного производства – верхний плодородный слой почвы. Особенно актуальна эта проблема в засушливых зонах Нижнего Поволжья, Оренбуржья, Казахстана, господствующие в этих местах ветры дуют со скоростью 5…6 м/с, поэтому к эрозионно-опасным почвенным частицам, в этом случае, относятся частицы диаметром менее 1 мм. Почвы, имеющие в своем составе более 25% , согласно данным ученых Волгоградской области, считаются эрозийно-опасными. В тяжелых темно - и светло-каштановых почвах, обработанных современными почвообрабатывающими орудиями, их содержится до 40%.
Поэтому на каждое явление, которое способствует повышению количества эродирующих частиц в почве должно быть наложено ограничение.
Использование нестатических методов исследования в этом направлении, в значительной мере затруднено, поскольку трудно создать типовые воздействия и определить некоторые коэффициенты дифференциальных уравнений, описывающих движение рабочего органа в почве, характеризующие диссипативные свойства самой почвы. Именно диссипативные свойства среды определяют амплитуду установившихся вынужденных колебаний рабочего органа на резонансном режиме его работы (рисунок 1.17).
Определение диссипативных свойств почвы связано с некоторыми трудностями. Рассмотрим частный случай вынужденных колебаний рабочего органа при воздействии реакции почвы меняющейся закону P(t) = P0coscut, где Р0 и со - амплитуда и частота возмущающей силы. Так как движение происходит во внешней среде, оказывающей сопротивление движению, то наличие сил трения будет оказывать диссипацию механической энергии колебаний. Зависимость силы трения R от смещения или скорости движения рабочего органа определяется физической природой трения. Наиболее простым и распространенным является случай так называемого вязкого трения, когда сила трения пропорциональна скорости движения R = ax, где а - коэффициент трения.
Рабочий орган почвообрабатывающего орудия с изменяемой частотой собственных колебаний
При изучении динамики упруго закрепленных лап культиватора их движение, с некоторыми допущениями, описывают дифференциальным уравнением второго порядка [80]: 0 + 2s0 + k2cp = -R(t\ (2.15) т где 2s = —; к2 =пр; h - коэффициент линейного вязкого сопротивления т т почвы, Нс/м; спр - приведенная жесткость системы, Н/м; т - масса рабочего органа, кг; к2 - частота собственных колебаний рабочего органа относительно оси подвеса, с-1; R(t) - горизонтальная составляющая тягового сопротивления, Н.
Основная сложность составления дифференциального уравнения, описывающего состояние системы, заключается в наполнении математической модели конкретными оценками силовых, упругих и диссипативных характеристик звеньев рассматриваемой системы. Остановимся более подробно на их описании.
При изучении вопросов устойчивости и динамики взаимодействия рабочих органов сельскохозяйственных машин с почвой возмущающую силу, как правило, фиксируются во время эксперимента в виде осциллограммы, при обработке которой зачастую решается задача выбора для данного экспериментального ряда теоретической кривой распределения, выражающей существенные черты возмущающего воздействия.
Наибольшее распространение в аппроксимации законов распределения случайных величин получил метод Фурье, применяемый при исследовании временных процессов, имеющих в своем составе гармоническую составляющую, и представляющий собой метод разложения сигнала или случайной функции на отдельные гармоники.
В теории почвообрабатывающих машин [95], тяговое сопротивление культиваторного рабочего органа Рх при поступательном равномерном движении представляется суммой (рисунок 1.1), в которой часть слагаемых имеют постоянное значение и слагаемое, имеющее в своем составе периодически или циклически изменяющийся компонент. Периодическая составляющая Rdx позволяет предположить о возможности представления экспериментальных данных тягового сопротивления рядом Фурье [50].
Для проверки этого утверждения, по полученной в ходе эксперимента осциллограмме тягового сопротивления культиваторной лапы, был выполнен автокорреляционный анализ (рисунок 2.6, 2.7). Нормированная автокорреляционная функция стационарного ряда данных определется формулой [80]: і N-k г {к) = — Z fa- - Я0 \Ri+k " 0 ) (2.16) где Rt, Ri+K - значения тягового сопротивления в точках / и при сдвиге на к точек; N - объем ряда данных; R0 - среднее значение ряда данных; D -дисперсия ряда данных.
Анализ расчетной автокорреляционной функции показывает, что с ростом т корреляционная связь между ординатами процесса ослабевает. При некотором значении т = т кривая р(т) пересекает ось абсцисс, и далее г- \ ; наблюдается затухание колебаний кривой относительно этой оси. Такой характер протекания кривой р(т) свидетельствует о наличие в процессе скрытой периодической составляющей, что дает нам право использовать гармонический анализ для аппроксимации экспериментальных данных.
Согласно [103], любая периодическая функция может быть представлена рядом Фурье вида: Y: = ап + У а, coe + AsmW (2.17) где п - число гармоник; ап,Рп - коэффициенты гармоник; Л - длина волны основной гармоники.
На практике Л принимают равным длине изучаемого процесса, коэффициенты ап,(5п определяются решением системы нормальных уравнений 2 Л7 2птй
Для экспериментальной осциллограммы, состоящей из N последовательно расположенных значений, можно вычислить N/2 гармоник. Основная задача Фурье анализа сводится к тому, чтобы подобрать кривую, наиболее точно описывающую изменение возмущающего воздействия. Если число гармоник достигнет N/2, то аппроксимирующая кривая пройдет точно через каждую точку исходной экспериментальной осциллограммы, но в построении такой линии мало смысла, так как показывает спектральный анализ силовых параметров рабочих органов почвообрабатывающих машин, амплитуды колебаний тягового сопротивления на частотах свыше 10Гц практически близки к нулю. Виброускорения генерируемые этими колебаниями рассеиваются диссипативными свойствами самой почвы и не способны вызывать снижение тангенса угла внутреннего трения почвы [76].
Влияние резонансного режима работы рабочего органа на среднее значение глубины обработки
Анализ представленных спектральных плотностей крюкового усилия, свидетельствует о снижении уровня динамических нагрузок на трактор в районе до 4 Гц при работе на резонансном режиме. Объяснить это можно снижением среднего значения крюкового усилия. Однако рабочие органы, настроенные на резонансный режим работы, генерируют узкий спектр частот, в настраиваемом диапазоне, с резким увеличением амплитуды колебаний нагрузки, что свидетельствует о приближении их собственной частоты к частоте возмущающего воздействия. Амплитуда этого всплеска определяется диссипативными свойствами самого почвенного фона, это особенно четко просматривается на спектральной плотности, полученной при работе на пару.
На первый взгляд можно предположить, что генерируемые частоты, могут оказывать негативный эффект на процесс взаимодействия движителя трактора с почвенным фоном (повышение коэффициента буксования, сопротивление движению) и как следствие снижать производственные показатели МТА [42], но более детальный анализ полученных спектров позволяет утверждать: использование резонансного режима работы рабочих органов не увеличивает динамическую нагруженность трактора в составе МТА, т.к. среднее значение среднеквадратического отклонения крюкового усилия трактора (значение площади под кривой спектральной плотности) остается практически постоянным.
В качестве основного показателя энергоемкости процесса обработки почвы, в процессе эксперимента фиксировались осциллограммы горизонтальной составляющей тягового сопротивления рабочего органа и крюковой нагрузки трактора при постоянной теоретической скорости движения МТА. Жесткость упругого элемента настраивалась на дорезонансный, резонансный и послерезонансный режим работы рабочего органа. Последующая обработка экспериментальных осциллограмм позволила получить две основные характеристики указанных параметров: среднее значение и среднеквадратическое отклонение
Графические зависимости среднего значения горизонтальной составляющей тягового сопротивления рабочего органа в функции жесткости упру гого элемента представлены на рисунке 4.4.
Анализ данных графических зависимостей показывает, что расчетные значения жесткости упругого элемента в креплении рабочего органа, для почвенного фона стерня - с = 140 кН , для почвенного фона пар с = 85 к м , оказались близкими к оптимальным значениям, с точки зрения снижения горизонтальной составляющей тягового сопротивления стойки культиватора. Общее снижение среднего значения горизонтальной составляющей тягового сопротивления рабочего органа на резонансном режиме работы составило: для почвенного фона стерня до 35%, на почвенном фоне пар до 20%.
Меньший эффект на почвенном фоне пар можно объяснить более низким энергетическим уровнем самой операции, а также более низкой связностью самого почвенного фона.
Ожидать подобного энергетического эффекта в целом для трактора, не стоит, т. к. общее сопротивление культиватора определяется не только процессом взаимодействия рабочих органов с обрабатываемым материалом, но и сопротивлением, характеризующим затраты на перекатывание опорных колес. По данным [101], для культиваторов и прицепных сеялок сопротивление перекатыванию находится в диапазоне от 20 до 40% общего сопротивления.
Основные характеристики крюкового усилия трактора представлены на рисунках 4.5, 4.6. Анализируя представленные графические зависимости можно сделать вывод, что в целом использование упругой связи в конструкции крепления рабочих органов положительно сказывается на силовых затратах при проведении почвообрабатывающих операций. Выигрыш в затратах наблюдается на любых режимах работы рабочего органа, но наибольший эффект получен при использовании резонансного режима работы. Общее снижение среднего значения крюкового усилия трактора на резонансном режиме работы составило: для почвенного фона стерня до 18%, на почвенном фоне пар до 12%. На дорезонансном режиме работы: для почвенного фона стерня до 10%, на почвенном фоне пар до 6%. На послерезонансном режиме работы: для почвенного фона стерня до 14%, на почвенном фоне пар до 7%.
Таким образом, если действие резонансных колебаний, по каким либо причинам, будет давать отрицательный эффект (нарушение агротехнических требований, предъявляемых к данной операции, снижение устойчивости почвенного фона к ветровой эрозии), то возможно улучшить работу МТА смещением собственной частоты колебаний культиваторной стойки в зарезо нансную зону, не оптимизируя значение жесткости упругого элемента по резонансному критерию.
Другой вывод который можно сделать это то, что на почвах со слабыми диссипативными свойствами использование резонансного режима работы рабочих органов способствует повышению динамичности процесса нагруже-ния МТА. Это подтверждают графические зависимости среднеквадратического отклонения крюкового усилия трактора в функции жесткости упругого элемента в креплении рабочего органа. Так при проведении предпосевной обработки почвенного фона пар значение среднеквадратического отклонения составило: для жесткого крепления 0,11Ркр, для дорезонансного режима работы 0,12Ркр, резонансного 0,15Ркр, послерезонансного 0,14Ркр, т. е. не смотря на снижение среднего значения крюкового усилия общая динамичность процесса возрастает.
При проведении предпосевной обработки почвенного фона стерня значение среднеквадратического отклонения составило: для жесткого крепления 0,19Ркр, для дорезонансного режима работы 0,19Ркр, резонансного 0,21Ркр, послерезонансного 0,19Ркр, но диссипативные свойства почвенного фона вполне обеспечивают снижение амплитуды колебания, значение среднеквад-ратического отклонения на резонансном режиме работы оказалось меньше чем при жестком креплении рабочего органа.