Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 8
1.1. Агротехнические требования к обработке междурядий пропашных культур 8
1.2. Анализ способов междурядной обработки пропашных культур 12
1.3. Анализ средств механизации междурядной обработки пропашных культур 18
1.3.1. Обзор конструкций культиваторов 18
1.3.2. Рабочие органы пропашных культиваторов 25
1.4. Основные направления развития средств механизации междурядной обработки 30
1.5. Цель и задачи исследований 40
2 Теоретическое исследование процесса междурядной обработки 42
2.1. Конструктивно-технологическая схема рабочего органа культиватора 42
2.2. Формализация модели рабочего органа культиватора 44
2.3. Деформация пласта почвы 49
2.4. Обоснование диаметра приваливающего диска 52
2.5. Разложение скорости движения почвы на крыле лапы 55
2.6. Разложение скорости движения почвы на приваливающем диске 56
2.7. Определение равнодействующей скоростей v- и vyz 56
2.8. Определение дальности отбрасывания частиц почвы 58
2.9. Определение тягового сопротивления культиватора
2.9.1. Тяговое сопротивление лапы культиватора 61
2.9.2. Тяговое сопротивление колеса культиватора 70
2.9.3. Тяговое сопротивление приваливающего диска
2.9.4. Тяговое сопротивление разравнивающего приспособления 74
2.10. Обоснование размещения зубьев разравнивающего приспособления 76
Выводы 79
3. Лабораторные исследования процесса междурядной обработки 80
3.1. Программа исследований 80
3.1.1. Разработка и изготовление рабочего органа пропашного культиватора 81
3.1.2.Разработка и изготовление лабораторного комплекса 84
3.1.3. Методика использования лабораторного комплекса 86
3.1.4. Выбор средств измерений
3.2. Выбор метода оптимизации параметров рабочего органа 91
3.3. Обоснование критерия оценки качества междурядной обработки 98
3.4. Планирование факторного эксперимента 101
3.5. Результаты лабораторных исследований 102
3.5.1. Обработка результатов эксперимента по определению качества междурядной обработки 102
3.5.2 Анализ полученных математических моделей с помощью двухмерных сечений 106
3.5.3. Характер перемещения слоев почвы 111
3.5.4 Обеспечение требуемой толщины присыпаемого
слоя почвы 112
3.5.5. Оценка гребнистости поверхности междурядий 114
Выводы 116
4. Исследование процесса междурядной обработки пропашных культур в производственных условиях 117
4.1 .Методика исследований в производственных условиях 117
4.1.1 .Выбор условий проведения исследований 117
4.1.2. Подготовка культиватора к работе 123
4.1.3. Определение качества междурядной обработки 125
4.2. Результаты производственных исследований рабочих органов 127
Выводы 136
5. Экономическая эффективность внедрения рабочего органа в производство 138
5.1. Урожайность пропашных культур после их междурядной обработки серийными и экспериментальными рабочими органами 138
5.2. Экономическая эффективность внедрения предлагаемого рабочего органа 140
5.2.1. Определение стоимости изготовления рабочего органа 140
5.2.2. Расчет эксплуатационных затрат 141
Выводы 147
Общие выводы 148
Список литературы
- Анализ способов междурядной обработки пропашных культур
- Обоснование диаметра приваливающего диска
- Методика использования лабораторного комплекса
- Подготовка культиватора к работе
Введение к работе
Актуальность темы. Интенсификация сельскохозяйственного производства невозможна без внедрения новых технологий, более совершенных средств механизации, обеспечивающих высокое качество выполняемых работ при минимальных затратах труда, средств и требуемой производительности. Важным направлением технического прогресса является совершенствование системы машин для возделывания пропашных культур. Основное направление такого совершенствования - реализация в конструкции одной машины принципов комбинирования и универсализации при высококачественном выполнении работ с низкими затратами труда, топливо-смазочных материалов и средств на единицу получаемой продукции.
Однако существующие орудия для междурядной обработки, как правило, позволяют рыхлить почву и уничтожать сорняки за пределами защитных зон культурных растений. Практически невыполнима до настоящего времени операция обработки защитных зон, которые составляют около 30 % площади междурядьев. В необработанных зонах быстро развиваются сорняки и, как следствие, урожайность возделываемой культуры снижается.
Применение гербицидов не всегда эффективно для борьбы с сорняками, так как качество обработки ими зависит от многих неуправляемых факторов. Кроме того, гербициды очень дороги, отравляют окружающую среду и наносят вред здоровью людей.
До настоящего времени не созданы эффективные средства механизации междурядной обработки, способные качественно обрабатывать и защитные зоны, не повреждая культурные растения. Не завершены исследования по изучению взаимного влияния конструктивных элементов комбинированных рабочих органов на толщину сдвигаемого в рядки растений слоя почвы.
Поэтому задача создания рабочего органа культиватора для качественной междурядной обработки пропашных культур является важной, актуальной и имеющей большое значение для экономики страны.
Цель исследований - повышение качества междурядной обработки пропашных культур путем совершенствования рабочего органа культиватора и обоснования его параметров.
Объект исследований – технологический процесс междурядной обработки пропашных культур с применением рабочего органа культиватора, обеспечивающего качественную обработку междурядий и уничтожение сорняков в защитной зоне культурных растений.
Предмет исследований – закономерности влияния конструктивно-режимных параметров рабочего органа культиватора на показатели качества междурядной обработки.
Методика исследований. Системный и структурный анализ и синтез. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов классической механики и математики. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением метода планирования эксперимента. Полученные экспериментальные данные обрабатывали методами математической статистики с применением ПЭВМ.
Научная новизна:
- теоретически и экспериментально обоснованы конструктивные параметры и режимы работы рабочего органа для междурядной обработки пропашных культур, обеспечивающие повышение качественных показателей технологического процесса;
- разработаны математические модели процесса междурядной обработки с использованием предложенного рабочего органа.
Новизна технического решения предложенного рабочего органа подтверждена патентом РФ на изобретение № 2356202 «Рабочий орган культиватора».
Практическая значимость работы. Предложенный рабочий орган культиватора позволяет обработать междурядья пропашных культур, включая защитные зоны, одновременно разрыхлить поверхностный слой почвы, уничтожить 94,6…97,9 % сорняков, а также повысить урожайность возделываемых культур на 11,2…16,2 %.
Реализация результатов исследований. Исследования предложенного рабочего органа культиватора в производственных условиях были проведены на полях ООО «Ульяновская Нива».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Ульяновской ГСХА в 2007 - 2009 г.г., на всероссийской научно-практической конференции в МГАУ им. В.П. Горячкина (г. Москва) в 2008 г., на международной научно-практической конференции в Поволжской МИС (г. Кинель) в 2008 г., на международных научно-практических конференциях в Пензенской ГСХА в 2005 и 2008 г.г., на международной научно-практической конференции в Волгоградской ГСХА в 2009 г., на научно-практической конференции Мичуринского ГАУ в 2009 г., на всероссийской научно-практической конференции в Башкирском ГАУ (г. Уфа) в 2009 г., на всероссийской научно-технической конференции в институте механики и энергетики Мордовского ГУ в 2009 г.
Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 патент РФ на изобретение и одна работа - в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ. Общий объём опубликованных работ составляет 2,3 п.л., из них автору принадлежит 1,2 п.л.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и общих выводов. Работа изложена на 149 с., содержит 74 рисунка, 17 табл. и приложение на 17 с. Список литературы включает 184 наименования, в т.ч. 6 - на иностранных языках.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
аналитические выражения для определения конструктивно-режимных параметров предложенного рабочего органа;
математические модели процесса междурядной обработки с использованием предлагаемого рабочего органа пропашного культиватора;
конструкция рабочего органа для междурядной обработки пропашных культур;
результаты исследований рабочего органа для междурядной обработки пропашных культур в лабораторных и производственных условиях.
Анализ способов междурядной обработки пропашных культур
На основе анализа способов и средств механизации борьбы с сорняками можно сформулировать основные факторы, оказывающие решающее влияние на достижение цели: 1) технология уничтожения сорняков; 2) рабочий орган, использующий тот или иной способ воздействия на сорняки (или комбинацию способов).
Борьбу с сорняками при возделывании пропашных культур проводят в настоящее время, чаще всего, механическим уничтожением, удушением и подавлением во время междурядной обработки, а также химическими средствами.
Применение химических средств защиты растений, кроме своей дороговизны, имеет целый ряд отрицательных последствий.
Например, последействующие гербициды, внесенные на поверхность почвы до сева, должны быть заделаны в почву (в семенное ложе). Необходимость заделки ядохимиката требует проведения дополнительных культивации, которые высушивают или нарушают семенное ложе. Кроме того, активность действия таких гербицидов зависит от влажности почвы и количества осадков, выпавших вскоре после внесения. В условиях сухой весны внесенные препараты не обеспечивают необходимую защиту. Поэтому последействующие гербициды при возделывании пропашных культур стараются не применять.
Контактные и последействущие гербициды избирательного действия, вносимые после появления всходов сорняков, являются основными элементами системы ухода за посевами. Однако обычно они действуют на ограниченный спектр сорняков, что приводит к необходимости использования смесей ядохимикатов. При этом некоторые из них несовместимы при смешивании, так как могут возгораться, взрываться и отравлять окружающую среду выделяющимися токсичными продуктами реакций.
Следует отметить, что химические средства неэффективны для борьбы с некоторыми вредителями (нематоды и др.) и заболеваниями (кила ка 14 пусты - plasmodiophora brassicae и т.п.).
Наиболее эффективно в химической борьбе с сорняками в настоящее время считают сочетание довсходового внесения гербицидов с послевсхо-довыми (чаще всего - неоднократными внесениями). В связи с этим происходит постепенное накапливание пестицидов в почве, растениях, окружающей среде, что негативно сказывается на здоровье людей, особенно занятых на работах в полеводстве [178].
Поэтому в настоящее время преимущественно используют экологически безопасные механические способы борьбы с сорняками, осуществлении которых улучшает водный и воздушный режимы питания растений, создает условия для образования дополнительной корневой системы, что приводит к увеличению урожайности. Химические же методы борьбы с сорняками и вредителями применяют вынужденно, в случае, когда механических средств оказывается недостаточно.
Существует множество рекомендаций по осуществлению способов междурядной обработки пропашных культур [77, 81, 84, 96, 120]. Уход за этими культурами включает несколько междурядных обработок. Число их зависит, прежде всего, от вида культуры, частоты полива, типа почвы и засоренности поля. Задачи, решаемые при каждой междурядной обработке, разные, поэтому для получения высоких урожаев за вегетационный период проводят от трех до пяти обработок [16, 18, 37, 39, 41, 76].
При первой междурядной обработке большинства пропашных культур на секциях культиваторов, как правило, устанавливают стрельчатые универсальные лапы и односторонние плоскорежущие лапы-бритвы (рисунок 1.1).
При такой схеме расстановки рабочих органов междурядья обрабатывают до защитных зон, и 25...40 % площади междурядий остается необработанной. На ней быстро развиваются сорняки, образуется почвенная корка, способствующая интенсивному испарению влаги. Кроме того, при работе плоскорежущих лап в междурядьях остаются пластинки почвы с проростками сорняков, которые после полива укрепляются [84]. При этом культурные растения угнетаются, что ведет к снижению урожая.
Желание уменьшить размеры защитной зоны вызвало необходимость разработки дополнительных рабочих органов, которые устанавливают на секциях культиваторов вместе с основными (рисунки 1.2 и 1.3).
В рассматриваемых случаях одна секция культиватора включает в себя от 4 до 7 рабочих органов, то есть, кроме стрельчатой лапы и двух лап-бритв на нее устанавливают по два спаренных игольчатых диска (рисунок 1.2) или же одну прополочную боронку (рисунок 1.3). Все рабочие органы устанавливают на расстоянии 25.. .30 мм от оси рядка и на глубину не более 15...20 мм для того, чтобы не задевать культурные растения и не повреждать их корни. На практике такую схему расстановки рабочих органов применяют очень редко, так как для осуществления этого способа междурядной обработки необходимы строгая прямолинейность посева (посадки) и высокая квалификация механизатора. В противном случае можно повредить или уничтожить культурные растения. Кроме того, агрегат, составленный по такой схеме, имеет большое тяговое сопротивление, худшую маневренность, и, следовательно, меньшую производительность.
Обоснование диаметра приваливающего диска
Указанный технический результат достигается тем, что во время работы плоскорежущей односторонней лапы 1 лезвие 2 щитка 3 разрезает вертикальную почвенную щель, одновременно перерезая корни сорняков. Острый угол наклона лезвия 2 к горизонту в большинстве случаев позволяет разрезать корни сорняков. Однако у большинства корнеотпрысковых и вьющихся сорняков корневища растягиваются, и в виде нитей с лезвия 2 щитка 3 скользят и поступают на лезвие 4 лапы 1. Если здесь корень сорняка не перерезается, то под воздействием лобового сопротивления лезвия 4 лапы 1 корень поступает на режущую кромку 5 лезвия 6. На ней корень окончательно перерезается на наиболее острой режущей кромке.
Последовательное размещение лезвий 6 на рабочей поверхности односторонней плоскорежущей лапы 1 обеспечивает перерезание корней сорняков независимо от места их встречи с лезвием 4 по ширине захвата лапы 1. Подрезанный пласт почвы лезвием 4 дополнительно разрезается режущими кромками наклонных лезвий 6 на вертикальные доли, интенсивно кроша почву и мульчируя ее обработанный слой. Сорняки извлекаются наклонными лезвиями 6 из рыхлого почвенного слоя и под действием ветра и солнца активно высушиваются.
В конструкции рабочего органа предусмотрены отверстия 7 для крепления лапы 1 к стойке. На достижение аналогичного технического результата направлено принципиально иное техническое решение рабочего органа культиватора [131].
При установившемся движении агрегата с надземной частью сорняков первой встречается рабочая кромка 5 (рисунок 1.12) скошенного лезвия 4 на фронтальной части стойки 1. За счет наклона к горизонту режущей кромки 5 лезвия 1 стебли сорняков пригибаются к поверхности. Далее каждый стебель отводится от стойки 1 кольцевой режущей кромкой 6 дискового ножа 3. Отклоненный стебель при качении ножа 3 приближается к поверхности поля и затем срезается. Этому способствует также то, что при качении дискового ножа 3 за счет эксцентриковой втулки 10 режущая кромка 6 то приближается к носку стрельчатой лапы 2, то удаляется от него.
Лезвие 14 разрезает в почве корни и формирует узкую вертикальную щель. Несрезанные стебли и части корней вдоль режущей кромки 5 сползают вниз и вдавливаются в почву ниже глубины хода стрельчатой лапы 2. Режу 33
щие кромки 7 на крыльях стрельчатой лапы 2 подрезают корни сорняков под поверхностью поля. При качении дискового ножа 3 за счет эксцентричности его расположения лапе 2 придаются периодические вертикальные перемещения, улучшающие условия резания корней сорняков. Самоочищающиеся режущие кромки 5, 6 и 7 снижают тяговое сопротивление агрегата. л\ - стойка; 2 - стрельчатая лапа; 3 - дисковый нож; 4 - нож; 5, 6, 7 - режущие кромки; 8 - паз; 9 - выступ; 10 - эксцентриковая втулка; 11 — монтажная часть, 12 - крепление стрельчатой лапы
Необходимость исключения затрат ручного труда при обработке защитных зон привела к созданию новых орудий, устройств и сложных механизмов [131, 149, 153], иногда с ручным управлением рабочими органами (например, ПАУ-4, ПАУ-б, ПАУ-3).
Многие авторы [3, 19, 25, 26, 28, 29, 32, 42, 103, 108, 159, 172], предлагая конструктивные решения устройств для обработки междурядий, считают, что для борьбы с сорняками необходимо обеспечить сдвиг почвы из междурядий в защитную зону культурных растений.
Такой технический результат обеспечивает орудие [13] для обработки междурядий (рисунок 1.13), на каждой секции которого установлено по две пары сферических дисков. В процессе работы первая пара дисков срезает сорняки и смещает их вместе со слоем почвы в середину междурядья. Вторая пара дисков, режущие кромки которых расположены ниже режущих кромок первой пары дисков, направляет почву в защитную зону рядка растений, оставляя срезанные сорняки в междурядьях.
Ротационный рабочий орган Конусная форма роторов, образованная наклонно установленными зубьями, позволяет уменьшить площадь необработанной защитной зоны. Кроме того, наклонные зубья присыпают зону внутри рядка рыхлым слоем почвы, угнетая всходы сорняков. А.А. Аутко [14] предлагает устройство (рисунок 1.15), которое также направляет слой почвы в рядок и его защитную зону для присыпания всходов сорняков. Устройство включает две пары лап с отвалами и фрезу. При работе первая пара лап в междурядьях подрезает слой почвы вместе с сорняками и располагает его в виде гребня в середине междурядья. После этого вторая пара лап, режущие кромки которых установлены ниже режущих кромок первой пары лап, подрезает почву, расположенную под ранее снятым слоем и перемещает ее в защитную зону.
Общими недостатками устройств, изображенных на рисунках 1.14 -1.15, являются: сложность в связи с необходимостью обеспечения привода их активных рабочих органов и повышенные затраты энергии.
Другое направление обработки защитных зон рядков предусматривает сложную систему управления рабочими органами для ввода их между растениями в рядках [6, 10, 122].
В Германии предложен способ и устройство для обработки почвы между рядками растений [6]. Устройство имеет вращающиеся рабочие органы в виде звездчатых фрез, дисков и т.п., которые могут отклоняться от растений при помощи отводного прута. Рабочий орган при соприкосновении с почвой автоматически перемещается из исходного положения в рабочее и остается в этом положении до тех пор, пока отводящий прут, коснувшись растения, не повернет рабочий орган в верхнее положение. После объезда растений рабочий орган снова автоматически перемещается в защитную зону.
Известно устройство [11] (рисунок 1.16), рабочие органы которого обходят растения в рядке с помощью щупа и специальной системы. При движении агрегата лапа 1 подрезает сорняки и рыхлит почву. При встрече со стеблями растений щуп 2 отклоняется и, растягивая пружину 13, выводит шарнир 9 через мертвую точку. Под действием лапы на упорный рычаг 4 шарнир 9 перемещается, система рычагов размыкается, освобождая рабочий орган. Под действием почвы рабочий орган 1 поворачивается, ранее находившаяся в почве режущая лапа выходит из ряда, а в ряд входит другая лапа. Однако такое устройство можно использовать только при значительной толщине стеблей культурных растений и отсутствии сорняков в аналогичной фазе развития.
Методика использования лабораторного комплекса
Для нахождения горизонтального пути частицы L воспользуемся фактом, что для полного полета частицы почвы необходимее время вдвое больше того, что потребуется ей для достижения максимальной высоты hB. Будем считать, что х = L при времени полета частицы почвы 2t. Тогда, используя формулу (2.40), находим L = 2v0xt = 2v0xv0y/g. (2.43) Подставляя в формулу (2.43) значения vQx и v0y, получим: L = 2v\ sinvj/2 cos\/2/g. (2.44) После замены произведения тригонометрических функций, окончательно запишем: Z=z;02sin2vf/2/g. (2.45) Так как для перемещения почвы в защитную зону культурных растений приваливающий диск устанавливают с углом атаки Э, то в направлении, перпендикулярном направлению движения агрегата, частицы почвы переместятся на расстояние, меньшее, чем L: Ln = v\ sin2\/2 cos0/g. (2.46)
С учетом того, что Vo = ya/cos((3 - ф) [78], где va — скорость агрегата, Р - угол крошения и ф - угол трения почвы по стали [1], окончательно получим: (2.47) v\ sin2\(/2cos9 gcos2(p )
Обычно принимают ((3 - ф) да 3...5 [78]. В случае, когда приваливающий диск отбрасывает частицы почвы под углом \/2 к горизонту с высоты hT (рисунок 2.13) бугорка почвы, образованного крылом стрельчатой лапы, дальность отбрасывания частиц можно вычислить по уравнению: LB = vQzyt cos ц/2 (2.48) или с учетом угла атаки в = vozy t cos у/2 cos9. (2.49) Рисунок 2.13 - К определению дальности отбрасывания частиц почвы В формулах 2.35 и 2.36 / Vozysin 2 + VVozySin V2 + 2g/?T время сво бодного полета частиц при \/2 0 с высоты hr; = (vozySin\/2 -,Jv2ozysm2\y2+2gh6)/g - то же, при \/2 0; t = T]2hb/g при у2 = 0. Следовательно, дальность отбрасывания частиц почвы при увеличении скорости движения агрегата и угла установки приваливающего диска от 0 до 45 также возрастает. Большее влияние на горизонтальный путь частицы почвы оказывает угол установки приваливающего диска. Причем длина пути резко увеличивается даже при небольшом изменении угла установки диска на высоких скоростях движения агрегата.
Стрельчатая лапа, используемая в предлагаемом рабочем органе, симметрична. Поэтому элементарные составляющие сил реакции почвы, действующие на ее рабочую поверхность и лезвие, можно привести к одной равнодействующей RX7 (рисунок 2.14), расположенной в продольно вертикальной плоскости симметрии.
Силы, действующие на лапу культиватора Проекция силы Rxz на ось z (сила Rz) характеризует способность лапы к заглублению, а проекция на ось л: (сила Rx) составляет тяговое сопротивление лапы. Угол \/ и размеры h и / определяют направление и точку приложения силы Rxz. Согласно [150 - 152], / = 0,56 (возрастает с увеличением ширины захвата лапы b), h = (0,5...0,3) высоты лапы. Так как равнодействующая Rx складывается из сил нормального давления и сил трения почвы о рабочую поверхность и лезвие, то ее направление (угол \\)) зависит от угла крошения а и угла трения ф. Как видно из рисунка 2.14, \\j = тг/2 - (a + (p). (2.50)
Следовательно, угол \\i зависит от параметров лапы, свойств и состояния почвы. При возрастании угла а угол \\) уменьшается, поэтому сила Rz и способность лапы к заглублению снижаются. Силу Rx определяют с помощью динамометров или рассчитывают.
Общее тяговое сопротивление клина (лапы культиватора) равно сумме горизонтальных проекций (на ось х) четырех сил: Rn - сопротивления почвы деформации, вызываемой рабочей поверхностью клина; RG - результирующей элементарных нормальных сил сопротивления почвы и сил трения на рабочей поверхности клина; R - реактивной силы, отклоненной на угол ф от нормали к поверхности клина; R3 — сопротивления, возникающего при износе лезвия и образовании у него затылочной фаски, производящей уплотнение слоя почвы на дне борозды: Rx = Rux + RGx + RFx + Дзх. (2.51)
Сопротивление почвы деформации Ra циклически изменяется от нуля до некоторого максимального значения, предшествующего моменту возникновения плоскости сдвига у песчаной или моменту начала отрыва крупной глыбы у глинистой почвы. Сила Ra является равнодействующей элементарных нормальных и касательных сил сопротивления почвы на рабочей поверхности клина. Она приложена около лезвия клина и отклонена от нормали к его рабочей поверхности на угол трения ср. Максимальное значение силы Ra при образовании ступенчатой стружки сдвига можно вычислить из условия равновесия крупной глыбы в момент, предшествующий ее сдвигу от почвы, находящейся впереди клина.
Однако, основным видом деформации почвы под действием клина является отрыв, а не сдвиг. Для этого вида деформации почвы пока не найдены формулы, позволяющие определить силу Ra. Поэтому силу Ra находят опытным путем, учитывая, что RR зависит от толщины и ширины пласта почвы, срезаемого клином, угла крошения р, коэффициента трения почвы по стали и свойств почвы (твердости и сопротивления отрыву). При работе трехгранного клина обычно принимают, что сила Ra пропорциональна площади поперечного сечения пласта, т.е. Rax = каЪ, где к - коэффициент, учитывающий свойства почвы и геометрическую форму клина, а и Ъ - характерные размеры поперечного сечения пласта почвы.
Для определения результирующей элементарных нормальных сил сопротивления почвы и сил трения на рабочей поверхности клина RQ целесообразно учитывать действие нормальных и касательных сил (сил трения) раздельно.
Обозначим через TV нормальную силу на рабочей поверхности трехгранного клина (рисунок 2.15), определим ее проекции на оси координат: NX = N sinp siny; Ny = N sinP cosy; NZ = N cos(3, где (3 - угол крошения, образуемый рабочей поверхностью с плоскостью хОу; у - угол скоса лезвия, образуемый линией лезвия с осью х. Для определения проекций на оси координат силы трения Т разложим ее на две составляющие: Т\ - параллельную лезвию лапы и 72 - перпендикулярную лезвию (рисунок 2.16).
Подготовка культиватора к работе
В результате получили 90ПТ = 12,9 и vonT = 1,8 м/с (6,48 км/ч) при которых достигается кэт мах = 0,96. Уравнение (3.22) в кодированных значениях факторов имеет следующий вид: Y= 0,9585 - 0,0094 , - 0,0675х2 - 0,081л:,2 - 0,0417x,x2 - 0,195х22, (3.23) где Y— коэффициент соответствия эталону; X) - скорость движения рабочего органа; х2 - угол атаки приваливающего диска. Коэффициенты уравнения 3.23 показывают, что в рассматриваемом случае из линейных членов на параметр оптимизации большее влияние оказывает угол атаки приваливающего диска. Из нелинейных членов уравнения значительное влияние на параметр оптимизации оказывает квадрат скорости движения рабочего органа.
Уравнение регрессии, моделирующее процесс второй междурядной об 105 работки предлагаемыми рабочими органами в натуральных значениях независимых факторов процесса выглядит следующим образом: &СЭ = -0,6406 + l,1893v + 0,0889 - 0,3135v2 - 0,0069v6 - 0,003Є2. (3.24) Для уравнения (3.24) R = 0,89. Расчётное значение критерия Стьюдента /р, определяли с помощью программы для ПЭВМ «Statistika-б». Для нашего случая tp = 7,89 tT = 2,09, что подтверждает достоверность вычисленного корреляционного отношения. Расчетное значение критерия Фишера Fp = 0,72 FT = 2,74. Это подтверждает адекватность полученной математической модели. Расчётное значение критерия Кохрена Gp = 0,15. Табличное значение критерия Кохрена GT = 0,27 Gp = 0,15, что свидетельствует о воспроизводимости результатов измерений при доверительной вероятности уд = 0,95.
Графическое изображение поверхности отклика от взаимодействия скорости движения рабочего органа и угла его атаки при второй междурядной обработке представлено на рисунке 3.16. Из рисунка видно, что поверхность отклика выпуклая и имеет максимум в области эксперимента.
Поверхность отклика от взаимодействия скорости движения рабочего органа и угла его атаки при второй междурядной обработке После решения системы уравнений 106 - 0,0060 - 0,0069v + 0,088 = 0; - 0,00696-0,627v +1,1893 = 0, определили координаты экстремума поверхности: 90ПТ = 12,6 и vonT = 1,76 м/с (6,34 км/ч) при которых достигается кэтмах = 0,96. Уравнение (3.24) в кодированных значениях факторов имеет следующий вид: 7= 0,9446 - 0,0255хг 0,1423х2 - 0,1128 х,2 - 0,0412x 2 - 0,2995х22. (3.25) Коэффициенты уравнения (3.25) показывают, что его члены имеют различное влияние на Y. Из линейных членов наибольшее влияние на параметр оптимизации оказывает угол атаки приваливающего диска, а наименьшее -скорость движения рабочего органа. Из нелинейных членов уравнения значительное влияние на Y оказывает квадрат скорости движения рабочего органа. Отрицательные знаки в уравнении показывают, что с увеличением значения фактора качество работы ухудшается, т.к. кж стремится к 0.
После определения вида поверхностей отклика выполняли их анализ с помощью двухмерных сечений.
Для определения в полученных математических моделях центра поверхности отклика, находили частные производные по каждому фактору и приравнивали полученные выражения нулю. После этого выполняли каноническое преобразование моделей второго порядка, а затем — графоаналитический анализ полученных выражений. На графике в координатах независимых переменных с натуральным масштабом наносили центр (точку S) поверхности отклика, и из него проводили координатные оси главных направлений канонических уравнений. После этого, придавая различные значения критерию оптимизации в канонических уравнениях, строили серии кривых равного выхода (изолиний) в области допустимых значений варьирования независимых переменных. По кривым сечений можно судить об изменении критерия оптимизации в зависимости от значений независимых факторов. Рассмотрение всех возможных двухмерных сечений дает наглядное представление о значениях критерия оптимизации, которые он будет принимать при варьировании уровней каждой пары факторов.
Для построения двухмерного сечения поверхности отклика, представленной уравнением (3.22), определяли координаты центра поверхности. Для этого дифференцировали уравнение (3.23) и решали систему уравнений: dY = -0,162 - 0,041 Ту - 0,0094; % (3-26) = -0,041Тх - 0,39у - 0,0675. dy В результате получили xs =-0,0139, -0,1716. После подстановки значений xs ку5 в уравнение (3.23) получили значение коэффициента соответствия эталону в центре поверхности YSmax = 0,96. Для канонического преобразования уравнения (3.23), решили характеристическое уравнение: = B2-(bn + b22)B + [bnbn 0,25 )= 0. (3.27) f(B)=bn-B 0,5Ьп 0,5Ьи Ьи-В После подстановки получили: В2 - (-0,081 - 0,195)5 + 0,081-0,195 - 0,25-0,04172 = 0, окончательно В2 + 0,2765 + 0,005365 = 0. (3.28) Собственными числами (корнями) данного характеристического уравнения будут: В\\ = -0,021; В2г = -0,255, а само уравнение в канонической форме примет вид: Г12- 0,96 = -0,021 !2 - 0,255х22. (3.29) Точность расчетов подтверждали проверкой: І Ъп = -0,081 - 0,195 = -0,276, і Y.Blt = -0,021 - 0,255 = -0,276. і Угол поворота осей координат в точке S определяли по формуле: 108 tg2a= , (3.30) " J J tgla = - 0,0417/(- 0,081 + 0,195) = -0,365. После вычислений получили a— 1003 .
Так как угол а отрицательный, то оси следует повернуть по часовой стрелки относительно центра двухмерного сечения поверхности отклика. Уравнение (3.29) использовали для построения контурных кривых поверхности отклика. Результаты расчетов, выполненных для построения семейства кривых, представлены в таблице 3.4, а сами кривые - на рисунке 3.16.
Похожие диссертации на Разработка рабочего органа для междурядной обработки пропашных культур с обоснованием его параметров
