Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований 10
1.1 Анализ влияния конструктивных параметров элементов плуга на устойчивость, показатели и режимы работы агрегатов 10
1.2 Анализ научных исследований в области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, обосновании их параметров и режимов 21
1.3 Обзор патентных исследований в области совершенствования процесса и орудий для гладкой вспашки 26
Выводы 38
2. Теоретические исследования 41
2.1 Основные технические и технологические требования к конструкции поворотного плуга 41
2.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы поворотного плуга и корпуса с изменяемыми параметрами 43
2.3 Теоретическое обоснование условий равновесия и сохранения устойчивости корпуса. Технологические параметры корпуса при изменении настроек 51
2.4 Теоретическое обоснование силы тяги и тягового сопротивления поворотного плуга с изменяемыми параметрами 55
Выводы 58
3 Программа и методика экспериментальных исследований 60
3.1 Программа экспериментальных исследований 61
3.2 Общая методика экспериментальных исследований. Приборы и оборудование 61
3.3 Общие методические указания к определению погрешности средств измерений 70
4 Результаты экспериментальных исследований 71
4.1 Результаты лабораторно-полевых исследований физической модели корпуса 71
4.2 Тягово-энергетические показатели пахотных агрегатов с поворотным плугом 72
4.3. Результаты экспериментальных исследований устойчивости пахотного агрегата с поворотным плугом в горизонтальной и вертикальной плоскостях 76
4.4 Сравнительная эксплуатационно-технологическая оценка работы пахотных агрегатов с классическими, поворотными и оборотными плугами 78
Выводы 81
5 Технико-экономические исследования 83
5.1 Методика и исходные данные для расчетов 83
5.2 Результаты расчетов по определению эффективности применения поворотных плугов 88
Выводы 90
Заключение 91
Список литературы 94
Приложения 107
Приложение А - Исходные требования на разработку поворотного плуга для гладкой вспашки (проект) 108
Приложение Б - Заявка на изобретение 2012138513 114
Приложение В - Заявка на изобретение 2012125297 115
Приложение Г - Справка НТЦ «Аграрник» 116
Приложение Д-Справка ООО «Квернеланд Групп СНГ» 117
- Анализ научных исследований в области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, обосновании их параметров и режимов
- Общая методика экспериментальных исследований. Приборы и оборудование
- Тягово-энергетические показатели пахотных агрегатов с поворотным плугом
- Методика и исходные данные для расчетов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Агротехническая целесообразность и доминирующая роль отвальной вспашки почв в вопросах активизации физических, биологических и химических процессов, повышении экологической безопасности и урожайности сельскохозяйственных культур доказана многочисленными научными исследованиями.
Дальнейшее повышение эффективности процесса связывается с разработкой новых технологий, совершенствованием конструкций и повышением потенциальных возможностей плугов, снижением энергозатрат за счёт оптимизации параметров и режимов работы агрегатов и стоимости плугов. Классические схемы плугов слабо приспособлены к выполнению работ прогрессивными методами и не обеспечивают требуемого качества.
Дооснащение плугов различного рода приспособлениями не приводит к значительному улучшению качества вспашки и вызывает повышение массы, энергозатрат, ухудшение маневренности агрегатов.
Асимметричность нагрузки на трактор со стороны плугов классической схемы обуславливает ограничение ширины его захвата до величины соответствующей поперечной базе трактора по причине нарушения устойчивости и прямолинейности движения агрегата. Стабилизация устойчивости плуга требует применения дополнительных устройств. Однако введение в конструкцию плуга, например полевой доски значительно увеличивает тяговое сопротивление плуга.
В связи с изложенным, для повышения эффективности отвальной вспашки необходима разработка эффективных технологий и технических средств, базирующихся на принципиально новых научных подходах и технических решениях.
Степень разработанности темы. Современной наукой используется технология гладкой вспашки, основанная на обороте почвенного пласта лево- правооборачивающими рабочими поверхностями плуга. Вспашка осуществляется оборотными плугами без образования свальных гребней и развальных борозд.
Повышенная масса и металлоёмкость оборотных плугов, высокая их стоимость, невозможность использование метода групповой работы агрегатов, по мнению учёных и практиков, снижает эффективность их использования. Кроме того, стабилизация устойчивости оборотных плугов с шириной захвата, превышающей величину продольной базы трактора, возможна лишь при движении передних и задних колёс трактора (левых или правых в зависимости от направления движения) по открытой борозде. Отечественные тракторы в силу отсутствия в их конструкции систем силового и позиционного регулирования плохо агрегатируются с зарубежными оборотными плугами. Последние в большей степени комплектуются винтовыми отвальными поверхностями, и их использование при вспашке старопахотных земель противоречит рекомендациям отечественных учёных.
Продолжительное время в нашей стране и за рубежом ведутся разработки по созданию фронтальных плугов для гладкой вспашки. Сложность конструкции рабочих агрегатов для укладки пласта в собственную борозду, ограничение глубины обработки, неудовлетворительная укладка и заделка растительных остатков ограничивают область их применения.
Одним из путей решения проблемы реализации гладкой вспашки является разработка поворотных плугов. По мнению учёных и практиков, поворотные плуги менее сложны и металлоёмки. Однако конструктивные исполнение рабочих органов не позволяет осуществлять качественный оборот и крошение пласта, полноту заделки растительных остатков.
В связи с этим, исследования связанные с разработкой (более совершенных) новых конструктивно-технологических схем плугов для гладкой вспашки, обоснование их параметров и режимов работы представляют актуальную научную задачу и имеют важное хозяйственное значение.
Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии) в соответствии с заданиями Россельхозакадемии 09.04.06.04 «Разработать улучшенную технологию основной обработки почвы и эскизный проект комбинированного агрегата», 09.01.03.04. «Разработать конструкторскую документацию и опытные образцы рабочих органов поворотного плуга для гладкой вспашки в системе сидерального земледелия», планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению АПК Российской Федерации на 2011-2015 гг.
Цель работы – обоснование параметров и режимов работы поворотного плуга, обеспечивающих повышение устойчивости плуга, снижение энергетических затрат и повышение производительности пахотных агрегатов.
Задачи исследований:
разработать конструктивно-технологическую схему поворотного плуга для реализации гладкой вспашки с движением трактора и колес плуга вне борозды;
обосновать параметры и режимы работы поворотного плуга, обеспечивающие требуемые показатели качества, энергозатрат и устойчивость движения плуга и трактора с учетом их конструктивных особенностей;
разработать теоретические зависимости по определению требуемой силы тяги поворотного плуга и выявить характер изменения тягового сопротивления в пределах заданных параметров и режимов работы;
экспериментально подтвердить правомерность результатов теоретических исследований и выявить влияние технологических режимов, параметров плуга и трактора на эксплуатационно-технологические показатели и качество выполнения работ;
дать технико-экономическую оценку эффективности предложенных технических решений.
Научную новизну диссертационной работы составляют:
конструктивно-технологические схемы корпуса и поворотного плуга для гладкой вспашки (положительное решение по заявке №2012125297, заявка на изобретение № 2012138513);
аналитические зависимости для расчета параметров и режимов работы поворотного плуга;
аналитические зависимости для расчета требуемой силы тяги плуга с учетом варьирования установочных параметров и устойчивости его движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретические зависимости, полученные в ходе исследований, позволяют обосновать параметры и режимы работы поворотных плугов, определить энергозатраты на осуществление гладкой вспашки с учетом условий работы агрегатов, физико-механических свойств почвы.
Поворотный плуг позволяет повысить производительность пахотного агрегата на 10...12 % при одновременном снижении погектарного расхода топлива в среднем на 7...8 % (22,8 кг/га вместо 24,2 кг/га).
Сокращение непроизводительных затрат времени при использовании поворотного плуга обеспечило рост коэффициента использования сменного времени с 0,72 до 0,81. Опытные образцы поворотного плуга прошли апробацию в ООО «Ленина» Ржаксинского района Тамбовской области при возделывании зерновых и зернобобовых культур.
Разработан проект исходных требований на разработку поворотного плуга для гладкой вспашки и конструкторская документация на его изготовление.
Полученные результаты исследований рекомендуются для широкого применения в сельскохозяйственном производстве, предприятиям и организациям, занимающимся разработкой новых технических средств для обработки почвы, ВУЗам – при подготовке агроинженеров.
Объект исследований: технологический процесс основной обработки почвы поворотными плугами, параметры и режимы работы поворотных плугов и рабочих органов.
Предмет исследований: закономерности изменения показателей качества и топливно-энергетических затрат пахотных агрегатов с поворотными плугами.
Аналитические исследования рабочих органов выполнены с использованием методов классической механики, математики и сопротивления материалов. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных, лабораторно-полевых и эксплуатационных условиях в соответствии с ОСТами, ГОСТами и частными методиками. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена с использованием статистических методов с применением компьютеров.
Положения, выносимые на защиту:
Результаты теоретических исследований по обоснованию параметров и режимов работы плуга, определению энергозатрат на реализацию гладкой вспашки с учетом уровня варьирования параметров.
Результаты экспериментальных исследований и сравнительных испытаний плугов.
Технико-экономическое обоснование эффективности предложенных технических решений по совершенствованию поворотного плуга и корпуса для реализации гладкой вспашки.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
применением современной контрольно-измерительной и вычислительной техники;
объемом экспериментальных исследований;
согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Основные результаты исследований по теме диссертационной работы доложены и обсуждены: на заседании Бюро отделения механизации, электрификации и автоматизации РАСХН (2009, 2010 гг.), на заседаниях Ученого Совета ГНУ ВНИИТиН (2009-2012 гг.), на заседаниях научно-технических советов ООО НТЦ «Аграрник» (г. Тамбов), фирмы Квернеланд (представительство – г. Зеленоград Московская область) (2010, 2011 гг.), на Всероссийской и Международных научно-практических конференциях:
на Всероссийской научно-практической конференции 6-8 февраля 2008 г., «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса» ГСХА, г. Ульяновск;
на Международной научно-практической конференции 20-22 мая 2008 г., «Актуальные вопросы аграрной науки и образования», ГСХА, г. Ульяновск;
на ХV международной научно-практической конференции 18-19 сентября 2009 года «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства», ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов;
на XVI Международной научно-практической конференции 20-21 сентября 2011 г. «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства», ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов.
По теме диссертационной работы опубликовано 9 статей общим объемом 2 печатных листа, из них лично соискателю принадлежат 1,3 п.л., в том числе 5 статей – в изданиях, поименованных в «Перечне ведущих журналов и изданий» ВАК РФ, 4 статьи опубликованы в сборниках научных трудов.
Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 117 страницах машинописного текста и содержит 7 таблиц, 47 рисунка, 5 приложений. Список литературы включает 152 наименования.
Анализ научных исследований в области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, обосновании их параметров и режимов
В области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов и расчетов их параметров во взаимосвязи с формой движения элементов пласта наиболее широко известны научные труды В.П. Го-рячкина [62], П.Н. Бурченко [10, 18, 71, 86, 87, 88], В.В. Бледных [89...93], В.И. Вайн-руб [72], Л.В. Гячева [94], В.М. Мацепуро [21], Г.Н. Синеокова [20, 61], В.А. Сакуна [95, 96, 97], А.К. Кострицына [98, 99], Ю.Ф. Новикова [100, 101], В.А. Лаврухина [102,103], М.Д. Подсребко [15,16], В.А. Желиговского [104] и др.
Возможность совершенствования рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе математического моделирования технологических процессов предложена академиком В.В. Бледных [89...93].
Для изучения движения точки по отвальной поверхности использован метод Лагранжа, согласно которому координаты движущейся точки выражаются через функцию двух параметров. В зависимости от постановленной цели выбирают одну из моделей оборота пласта и находят уравнение его движения по полученным траекториям.
Данные уравнения позволяют вычислить значение и направление реакции при движении пласта с некоторой скоростью. На основе уравнений кинематики и динамики движения пласта почвы получают аналитические выражения для построения выкроек лемешно-отвальной поверхности.
Математическая модель лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга построена на основе уравнений движения пласта почвы по траектории, определяемой технологическими требованиями. В модели учтены следующие основные технологические факторы: скорость движения орудия; степень заделки растительных остатков (полнота оборота пласта); крошение пласта на лемешно-отвальной поверхности; физико-механические свойства почвы (плотность, коэффициенты внешнего и внутреннего трения); размеры сечения и форма отрезаемого пласта почвы; засоренность поля растительными остатками.
Известны алгоритмы проектирования на ЭВМ лемешно-отвальных поверхностей плуга [105, 106]. Однако их возможности существенно ограничены, и они в значительной мере исчерпали себя. В предложенных алгоритмах в качестве модели использован геометрический образ поверхности, изменяющейся по законам, почти не зависящим от особенностей технологического процесса (глубина заделки растительных остатков, скорость движения, крошение почвы) и физико-механических свойств почвы.
Метод проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, предложенный академиком В.В. Бледных, получил дальнейшее развитие в трудах [102, 107]. Авторами предложен метод согласования плоской поверхности лемеха с криволинейной поверхностью отвала с учетом переменной высоты лемеха, изменения шага винтовой линии в точке стыка и угла наклона лемеха к дну борозды. Сохранен метод построения выкроек по сечениям с учетом агротребований.
Определение основных параметров плужных корпусов на основе учета прочностных свойств связных задернелых почв предложено докт. техн. наук В.А. Сакуном [96]. К основным параметрам оборачивающего плужного корпуса с винтовой рабочей поверхностью рекомендуется определять длину его рабочей поверхности и ширину его захвата, соответствующую ширине пласта. Причем, в основу методики определения закручиваемого пласта связной задернелой почвы положено условие его неразрывности в процессе оборота пласта, т.к. это является одновременно главным условием высокого качества обработки почвы.
Вопросы уточнения теории движения почвы по лобовым поверхностям рабочих органов почвообрабатывающих машин ставились неоднократно. Движение почвы [105, 106] рассматривает как движение характерных ее отдельностей, имеющих конечные достаточно малые размеры. В качестве обтекаемого почвой препятствия взято твердое тело с цилиндрической поверхностью.
Взаимодействие рабочего органа с разрушенной структурой докт. техн. наук, профессор В.М. Бойков [108, 109] рассматривает на примере лемешно-отвальной поверхности в виде вертикально поставленной под углом к направлению движения пластины, погруженной в почву на определенную глубину, по которой движется материальная точка, моделирующая частицу разрушенной почвы. Полученные значения основных параметров пластин при взаимодействии ее с почвой автор использует при конструировании нового рабочего органа для плуга ПРНС-5, который состоит из безотвального рабочего органа и приставки.
До настоящего времени интерес к проблеме движения частицы почвы по лемешно-отвальным поверхностям плугов не пропал [13, 94], т.к. задача минимизации энергетических затрат на выполнение технологических операций почвооб-работки всегда актуальна. Движение частицы почвы по лемешно-отвальным поверхностям рассматривалась и ранее.
Математические модели пласта, базирующиеся на технической теории балок и до настоящего времени широко используемой в исследовательской практике требуют уточнения [89, 104]. Модель пласта почвы, деформируемого орудием, должна быть приближена к модели тонкой пластины. В основу построения модели, докт. техн. наук, профессор Жилкин В.А., предлагает принять техническую теорию изгиба пластин средней толщины, учитывающей двухмерность среды (изгиб и кручение пласта) [110].
Целесообразность создания плуга с регулируемыми параметрами в условиях варьирования размеров пласта и установочных углов корпуса плуга обоснована в трудах [72...76, 111, 112, 113]. Исследователями установлено, что при постоянной глубине пахоты угол вступления пласта на лемешно-отвальную поверхность и коэффициент сжатия пласта по мере уменьшения захвата корпуса уменьшаются, рисунок. Относительная траектория движения пласта с уменьшением его ширины располагается на отвале ниже, поэтому тяговое сопротивление и боковое давление снижаются. Это объясняется влиянием нормального давления на силы трения почвы о поверхность отвала.
Значительное влияние на коэффициент трения оказывает удельное давление на плоскости трущихся поверхностей. Снижение коэффициента трения скольжения ме-талла по почве наблюдается при удельном давлении 2,5...3,0 кг/см [114].
Кострицыным А. А. [115] введено понятие приведённого угла трения, зависящего от угла заострения и толщины клина, углов трения почвы о металл и почвы о почву. По-мнению [115] взаимосвязь между сопротивлением и деформацией служит толщина слоя выдавливаемой почвы, названная физической величиной смятия почвы. Разработан метод определения тягового сопротивления рыхлительного рабочего органа по величине сдвигающей силы, равной упругой деформации. Метод позволяет определить длину рабочей грани клина, производящей смятие почвы до момента её разрушения.
В целях обоснования геометрических параметров плужных корпусов, влияющих на показатели качества вспашки и энергетические показатели (тяговое сопротивление) плуга исследованы [13] поверхности корпусов ПЛЖ-31000, КПС-40 с углами резания лемеха у0 = 38...42 и поверхности корпусов, выпускаемых фирмой Д. Дир, т.е. поверхности с прямолинейными горизонтальными образующими. В исследованиях применен метод горизонтальных сечений. Анализ поверхностей по горизонтальным сечениям показал, что образующие плугов ПЛЖ и Д. Дир на определенных участках, начиная от полевого обреза, могут рассматриваться как прямые линии, которые при переходе к крылу отвала становятся изогнутыми без какой-либо определенной закономерности. Можно полагать, что из-за изгибов образующих сопротивление в этой части поверхности должно уменьшаться. На основе графического анализа сделан вывод о том, что для уменьшения тягового сопротивления необходимо изменить геометрическую форму рабочей поверхности с прямолинейными горизонтальными образующими.
В основу проектирования плужных корпусов, выпускаемой фирмой Д. Дир, положена гипотеза о постоянстве давлений на единицу рабочей поверхности [47]. Исследователи считают, что крошение пласта осуществляется не всей поверхностью, а ограничивается зоной до перехода к крылу отвала, поэтому давление, необходимое для крошения почвы можно в зоне крыла уменьшить, а значит и снизить общее сопротивление перемещению почвы по рабочей поверхности.
Общая методика экспериментальных исследований. Приборы и оборудование
Экспериментальные исследование пахотных агрегатов выполнены согласно общей методики Веденяпина Г.В. [132], методик полевого опыта Доспехова Б.А. [133], Саакяна Д.Н. (оценка качества работы) [134]. Использованы нормативные документы: ОСТ 70.41-80 [135], ОСТ 10.41-2001 [136], ОСТ 10.4.1-2001 [137], СТО АИСТ 4.1-2004 [138], СТО АИСТ 4.1-2010 [139]. Условие проведения экспериментальных исследований подобраны в соответствии с ГОСТ 20915-75 СТ СЭВ 5630-86 [140]. Экспериментальный поворотный плуг агрегатирования с трактором Т-150К, двигающимся по невспаханному полю на расстоянии 0,15...0,20 м от края борозды, рисунок 28.
Изменение ширины захвата плуга осуществлялось методами изменения числа корпусов и поворота рамы, а также корпусов в горизонтальной плоскости. Фактическое значение ширины захвата плуга измерялось рулеткой. Глубина вспашки определялась согласно СТО АИСТ 4.1-2010 [139].
Расход топлива замеряется с помощью расходомера, рисунок 29, согласно инструкции по его использованию.
Производительность пахотного агрегата рассчитана по формуле [51...55].
Показатели эксплуатационно-технологической оценки пахотных агрегатов определены в соответствии с ГОСТ Р 52778-2007 [141] на типичных для зоны ЦФО почвах. Энергооценка была проведена согласно ГОСТ Р52777-2007/142. В процессе проведения экспериментальных исследований применялось тензометрическое оборудование, с помощью которого синхронно на ленте осциллографа регистрировались исследуемые параметры, и выявлялась измерительная информация о функционировании объектов исследований.
Комплекс контрольно-измерительной аппаратуры размещался на тензо-стойке, смонтированной в кабине трактора, рисунок 30. Контроль загрузки двигателя трактора осуществляли прибором контроля загрузки двигателя, рисунок 31 [57].
В состав измерительного комплекса динамометрической лаборатории входили: осциллограф К-12-22 (К-20-22); тензоусилитель Топаз-3.02; согласующие блоки; путеизмерительное колесо; объёмный расходомер топлива; прицепное устройство и другое оборудование.
Для регистрации тяговых усилий при работе МТА использованы тензодатчики, схема размещений которых показаны на рисунке 32. Крутящие моменты на валу муфты сцепления и полуосях измерялись с помощью тензовала и тензопо-луоси с токосъёмниками, рисунок 33. Контроль частоты вращения вала двигателя, ускорения, мощности при промежуточных замерах осуществлён с использованием приборов Морион, рисунок 34, ИМД-Ц, рисунок 35.
Для целей изучения устойчивости поворотного плуга, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях, на стойках опорных колёс установлены тензоэле-менты для измерения горизонтальных и вертикальных реакций, воспринимаемых колёсами плуга [13, 143, 144, 145].
Тарировка и определение погрешности средств измерения проводились перед началом экспериментальных исследований и после их завершения на стенде, рисунок 36, согласно РТМ 70.13/29.007-88 «Научно-техническая документация по метрологическому обеспечению испытаний сельскохозяйственной техники». При этом соблюдались правила работы со средствами измерения.
Физическая модель корпуса плуга, общий вид, режимы левого и правого оборота почвенного пласта, модификация экспериментального корпуса для безотвальной вспашки представлены на рисунках 37, 38, 39, 40, 41.
Тягово-энергетические показатели пахотных агрегатов с поворотным плугом
Тягово-энергетические показатели пахотных агрегатов (удельное и общее сопротивление, тяговое усилие, скорость и затраты мощности) определены в соответствии с методикой исследований, изложенной в третьем разделе.
Для проверки аналитических выражений (5, 8, 9) сравнивалась работа пахотного агрегата в составе Т-150К+ПН-5-35 и трактора Т-150К с поворотным плугом. Экспериментальные исследования проведены на характерных для ЦФО почвах тяжёлого механического состава - тяжёлых суглинках. Агрофон - стерня зерновых. Влажность почвы находилась в интервале средних многолетних значений.
В первом варианте трактор Т-150К агрегатировался со стандартным плугом ПН-5-35 со средней шириной захвата Вр = 172 см, а экспериментальный плуг, аг-регатируемый с тем же трактором, имел среднюю ширину захвата Вр = 183 см. Причём в рассматриваемых вариантах трактор двигался по вспаханному полю на расстоянии 0,15 м от края борозды.
Результаты динамометрирования отображены на рисунке 43. Тяговое сопротивление экспериментального плуга даже при несколько увеличенной ширине захвата (около 10 %) имеет меньшее на 10...13 % тяговое сопротивление [77...83].
Это обстоятельство объясняется тем, что комбинированный корпус с лево-и правооборачивающими поверхностями меньше подвергает стенку борозды смятию по сравнению с полевой доской и более устойчив. По данным [60, 61] сопро 73 тивление полевой доски составляет до 20 % и более от общего тягового сопротивления плуга.
Исключение смятия стенки борозды за счёт увеличенной опорной поверхности корпуса и силы тяги, обеспечивающей отрыв заднего корпуса от стенки борозды, снижает общее сопротивление плуга. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований показывает, что имеющиеся отклонения составляют не более 5...8 %. Это объясняется слабой изученностью механизма взаимодействия комбинированного корпуса с почвой и недостаточностью экспериментальных данных в литературных источниках. Кроме того сильноизменяющиеся физико-механические свойства почвы и наличие значительных почвенных разностей даже по длине гона затрудняют более точное определение.
Предложенные аналитические выражения (5, 8, 9) позволяют на данном этапе исследования, наиболее полно, в отличие от имеющихся, проводить расчёты, связанные с определением силы тяги и общего сопротивления поворотного плуга.
Удельное тяговое сопротивление поворотного плуга изучено при различных углах постановки лемеха к дну борозды и скоростях движения пахотного агрегата. Результаты экспериментального исследования отображены на рисунке 44.
С увеличением угла постановки лемеха к дну стенки борозды и скорости движения пахотного агрегата удельное и общее тяговое сопротивление увеличивается, рисунок 44, а также происходит более интенсивное крошение почвы. Глубина заделки растительных остатков находится в интервале норматива, и изменяются незначительно в пределах ошибки опыта.
Результаты экспериментальных исследований тягово-энергетических показателей пахотного агрегата с поворотным плугом Вр = 1,4...1,7 м, агрегати-руемого с трактором Т-150К, наложены на тяговую характеристику и представлены на рисунке 45, и подтверждают увеличение затрат мощности, тягового усилия и удельного сопротивления в связи с изменением ширины захвата и скорости агрегата. Следует учитывать также, что при движении колёс трактора по невспаханному полю улучшает условия труда механизаторов.
Поворотные плуги могут устойчиво работать на скоростях 2,6...2,95 м/с в зоне оптимального агрегатирования при ширине захвата 1,4...2,1 м. Коэффициент использования мощности двигателя при этом не превышает уровня 0,9, рисунок 45.
Методика и исходные данные для расчетов
Экономическая оценка экспериментального поворотного плуга для гладкой вспашки проведена в соответствие с ГОСТ Р 53056-2008 «Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки» [152] в агрегате с трактором тягового класса З Т-150К в сравнении со следующими базовыми вариантами:
Вариант 1. При двухзагонной беспетлевой вспашке с глубиной обработки 25...27см пахотным агрегатом Т-150К+ПН-6-35 с последующим разравниванием свальных гребней и развальных борозд машинно-тракторным агрегатом Т-150К+КПЭ-3,8.
Вариант 2. Гладкая вспашка оборотным плугом PN-100-6 в агрегате с трактором ХТЗ-15 ОК.
Величина экономического эффекта рассчитана по критерию - снижение прямых эксплуатационных затрат, согласно выражению: где Э - экономический эффект на единицу работы, руб.; ИПб, ИПі - эксплуатационные затраты на единицу работы соответственно по базовому и новому вариантам, руб. Величина прямых эксплуатационных затрат (Ип) складывается из амортизационных отчислений (А), затрат на техническое обслуживание и ремонт (R), затрат на топливно-смазочные материалы (Г), оплаты труда механизаторов и обслуживающего персонала (3) и страхования техники (Зстр) и определялись по формуле [143]:
Mn=A + R + r + 3 + 3cmp (И)
Амортизационные отчисления на эксплуатацию пахотных агрегатов на единицу работы (А) составили: где / ,-- балансовая цена трактора и плуга, руб.; at - фактический коэффициент отчислений на амортизацию; W3K - производительность пахотного агрегата за час эксплуатационного времени, га/ч; Ті - годовая зональная фактическая загрузка трактора на вспашке и плуга, ч.
Затраты на техническое обслуживание и ремонт трактора и плуга на единицу работ вычисляли по формуле [143]: где Нто - норматив затрат на техническое обслуживание и ремонт трактора и плуга, % балансовой стоимости.
Затраты средств на топливно-смазочные материалы (Г) определяли по формуле:
где qT - удельный расход топлива л/ ед. наработка;
Цт - цена одного килограмма топлива, руб./кг;
Кж - коэффициент учета стоимости смазочных материалов.
Затраты на оплату труда обслуживающего персонала (3) определяли по формуле:
где Л - количество обслуживающего персонала на вспашке, чел;
т- часовая оплата труда обслуживающего персонала на вспашке, руб./чел.-ч;
К3 - коэффициент начислений на зарплату на вспашке;
WCM - производительность пахотного агрегата за час сменного времени, га/ч.
Затраты на страхование трактора и плуга определяли по формуле:
где Ястр - норма страхования за год, % от балансовой стоимости машины.
Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений Гф, лет, вычисляли по формуле:
где Бн,Бб -цена соответственно нового пахотного агрегата, базового пахотного агрегата предприятия-изготовителя (без НДС и торговой наценки) с учетом затрат на досборку и монтаж, руб.;
И„б, Ипб - удельная себестоимость механизированных работ по базовому и новому пахотному агрегату, руб./ед. объёма работ;
В3- годовой объём работ нового пахотного агрегата, га.
Исходные данные для определения экономической эффективности применения плугов для гладкой вспашки представлены в таблице 6.
