Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса культивации пропашных культур возделываемых в горной и предгорной зонах рсо-алания и анализ конструкций применяемых технических средств .
1.1 Культиваторы без предохранительных устройств .
1.2 Культиваторы с предохранительными устройствами .
1.3 Упругие стойки пропашных культиваторов Выводы по главе .
Обоснование рациональной конструктивно-техноло-гической схемы модернизации секции пропашного культиватора предназначенного для работы на почвах засоренных камнями .
Выводы по главе .
Теоретические исследования по обоснованию основ-ных параметров совершенствуемого культиватора
3.1 Методология обоснования основных параметров совершенствуемого культиватора .
3.2 Горизонтальные перемещения и коэффициенты жесткости основных составных элементов стоек и подвесок .
3.3 Жесткость е-образной упругой подвески сложной формы .
3.4 Горизонтальные перемещения и жесткость составной упругой подвески .
3.5 Частота собственных колебаний упругой стойки .
3.6 Обоснование основных параметров предохранителей пропашного культиватора 3.6.1 Предохранитель центрального рабочего органа
3.6.2 Предохранитель боковых рабочих органов Выводы по главе .
Экспериментальные исследования усовершенствованного культиватора .
4.1 Микрорельеф некоторых засоренных камнями полей предгорной зоны РСО-Алания и размерно-массовые характеристики камней .
4.1.1 Микрорельеф полей .
4.1.2 Размерно-массовые характеристики камней
4.2 Разработка алгоритма компьютерной программы по моделированию упругих стоек и подвесок пропашных культиваторов
4.3 Результаты моделирования упругих стоек и подвесок пропашного культиватора
4.3.1 Упругие подвески замкнутого типа для центрального рабочего органа
4.3.2 Упругие подвески для боковых рабочих органов
4.4 Жесткость разработанных упругих стоек и подвесок .
4.5 Частота собственных колебаний разработанных упругих стоек и подвесок 4.6 Исследование пружинных предохранителей .
4.7 Результаты процесса взаимодействия опытных образцов упругих стоек и подвесок с препятствиями
4.8 Полевые исследования предложенных технических решений .
4.8.1 Определение показателей качества обработки почвы
4.8.2 Тяговое сопротивление рабочих органов пропашного культива- тора закрепленных на модернизированной секции
4.8.3 Спектральный анализ тягового сопротивления .
4.9 Реализация результатов исследования
Выводы по главе
Экономическая эффективность от внедрения усовер-шенствованного образца пропашного культиватора..
Заключение .
Список литературы .
- Культиваторы с предохранительными устройствами
- Горизонтальные перемещения и коэффициенты жесткости основных составных элементов стоек и подвесок
- Разработка алгоритма компьютерной программы по моделированию упругих стоек и подвесок пропашных культиваторов
- Результаты процесса взаимодействия опытных образцов упругих стоек и подвесок с препятствиями
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Общеизвестно, что при возделывании сельскохозяйственных культур, засоренность полей камнями осложняет проведение технологических операций по обработке почвы. Издержки предприятий, использующих технику на каменистых почвах, возрастают на 10-15 %, при одновременном сокращении срока службы машин на 15-28 % по сравнению с обычными условиями эксплуатации. К числу таких операций относится культивация междурядий пропашных культур, занимающих в Северо-Кавказском Федеральном Округе площадь свыше 370 тыс. га, из которых 77 тыс. га расположены в Республике Северная Осетия-Алания. Только в РСО-Алания от 30 до 50 % земель, на которых возделываются пропашные культуры, засорены камнями.
Для выполнения культивации промышленностью выпускаются специальные машины – культиваторы, которые можно разделить на две большие группы: культиваторы с жестким креплением к раме рабочих органов и культиваторы с шарнирным креплением, реализованным путем параллелограммной подвески рабочих органов. Последние имеют более сложную конструкцию, но положительно себя зарекомендовали, прежде всего, благодаря хорошему копированию микрорельефа поля секциями машины. Однако при их эксплуатации на почвах, засоренных камнями, часто возникают поломки (выгибаются грядили, стойки рабочих органов и т.д.). В последние годы в зарубежном сельхозмашиностроении наметилась тенденция оснащения пропашных культиваторов упругими подвесками рабочих органов или упругими стойками, что позволяет улучшить качество обработки почвы и снизить тяговое сопротивление рабочих органов. Однако применяемые ими стойки и подвески имеют небольшую жесткость и не подходят для работы на почвах, засоренных камнями предгорной и горной зон РСО-Алания.
Перспективным решением этой проблемы является разработка и создание упругих стоек и подвесок рабочих органов, использование которых в сочетании с предохранительными системами позволит повысить надежность пропашных культиваторов и снизить энергозатраты на обработку почвы и обход камней.
Проектирование и создание упругой подвески рабочего органа, обладающей достаточной прочностью, надежностью и наименьшей металлоемкостью связано с громоздкими расчетами и невозможно без соответствующего программного обеспечения и компьютерной программы.
Степень разработанности темы. Большой вклад в разработку вопросов создания упругих стоек, подвесок и предохранительных систем для культиваторов внесли отечественные ученые: Г.Н. Синеоков, И.М. Панов, Г.А. Рябцев, А.С. Кушнарев, В.П. Базаров, А.А. Вилде, А.А. Дубровский, С.А. Инаекян, В.Г. Матевосян, А.Б. Кудзаев, В.А. Хадаев, А.Э. Цгоев, Н.Е. Руденко, С.Ю. Дмитриев, А.В. Стрикунов, А.Е. Муравьев, В.Ф. Клейн, В.Р. Алфеев, Н.Г. Кузнецов, Е.А. Назаров, И.В. Игнатенко, В.И. Игнатенко, Р.Л. Сахапов, Н.К. Мазитов, С.В. Левицкий, М.А. Донченко, А.А. Колмыков. Из зарубежных ученых можно отметить работы I.Humman, A. Cassel, A. Muller, El-Awad Sheikh, El Din Abdel Gadir, Crossley C. P. и другие. Анализ работ вышеперечисленных авторов показал, что применительно к созданию эффективных упругих стоек, подвесок и предохранителей для пропашных культиваторов, отдельные положения нуждаются в дальнейшей разработке.
Результаты анализа конструкций культиваторов и применяемых упругих стоек и подвесок позволяют заключить, что они обладают рядом недостатков, к числу которых относятся: их большая масса, недостаточная жесткость при установке на них окучивающих корпусов, сложность конструкций предохранительных систем и устройств для повышения жесткости упругих элементов, позволяющие обходить препятствия, высотой больше чем глубина хода рабочего органа. Устранение этих недостатков позволит повысить надежность конструкций, качество обработки почвы, снизить тяговое сопротивление машины, сохранив высокую универсальность базовых моделей культиваторов.
Цель работы. Повышение эксплуатационных показателей пропашных культиваторов при работе на засоренных камнями почвах с одновременным снижением энергоемкости процессов обработки почвы и обхода камней.
Задачи исследований:
1) разработать рациональные технологические схемы модернизации секции пропашного культиватора, предназначенного для работы на почвах засоренных камнями;
2) разработать аналитические зависимости для расчета основных параметров упругих стоек и подвесок различной формы и предложенных предохранительных устройств;
3) разработать компьютерную программу по расчету упругих стоек и подвесок различной формы с возможностью визуализации результатов расчета;
4) провести исследования микрорельефа полей предгорной зоны и размерно-массовых характеристик встречающихся камней;
5) провести лабораторные и полевые экспериментальные исследования предложенных конструкций с целью уточнения их параметров и определения показателей качества работы;
6) определить экономическую эффективность от внедрения предложенных технических решений.
Научную новизну представляют:
- полученные аналитические зависимости и результаты комплексного расчета основных параметров упругих стоек и подвесок различной формы, а также рациональные параметры предложенного предохранителя;
- компьютерная программа для определения основных параметров упругих стоек и подвесок различной формы, в математической модели которой были учтены такие факторы, как углы поворота отдельных элементов упругих подвесок, что привело к более точному описанию процесса взаимодействия рабочего органа пропашного культиватора со скрытым в почве препятствием;
- рекомендуемые значения коэффициента жесткости предлагаемых упругих подвесок рабочих органов пропашных культиваторов применительно к условиям эксплуатации на почвах предгорной и горной зон РСО-Алания.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработано математическое обеспечение необходимое для создания комплексной программы по расчету упругих стоек S-образной формы, упругих подвесок е-образной формы и упругих подвесок замкнутого типа, предназначенных для установки центральных и боковых рабочих органов на секциях с параллелограммной подвеской пропашных культиваторах. Разработаны аналитические зависимости необходимые для расчета рациональных значений предохранителя пропашного культиватора и определены их численные значения. Предложенные конструкции имеют широкий диапазон регулировок и меньшее тяговое сопротивление по сравнению с серийными образцами. Результаты работы рекомендуются для использования научно-исследовательскими, проектными и сельскохозяйственными машиностроительными организациями при проектировании и обосновании параметров упругих стоек и подвесок рабочих органов пропашных культиваторов.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования проводились на основе общеизвестных законов земледельческой механики, теоретической механики, сопротивления материалов. Экспериментальные исследования выполнялись в соответствии с действующими методическими требованиями и отраслевыми стандартами, кроме того, использовался метод тензометрирования и динамометрирования. Обработка полученных результатов осуществлялась методами математической статистики, корреляционно-регрессионного и спектрального анализа с применением компьютерных программ.
Положения, выносимые на защиту: основные положения научной новизны и практической значимости.
Степень достоверности и апробация результатов подтверждается достаточным объемом экспериментального материала, применением стандартных методик математико-статистической обработки данных, удовлетворительной сходимостью экспериментальных и теоретических данных. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Горского ГАУ 2007…2014 г.г., на конференциях молодых ученых и аспирантов Горского ГАУ 2007…2014 г.г., на VI-ой Международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий» (Владикавказ, 2007 г.), на Международных конференциях «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных территорий», посвященных 90-летию Горского ГАУ (Владикавказ, 2008 г) и 95-летию Горского ГАУ (Владикавказ, 2013 г.), на НТС МСХ РСО-Алания (2010 г.), на IV Международной научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Владикавказ, 2013 г.). Работа является победительницей конкурса У.М.Н.И.К. (г. Москва, 2011 г.) и удостоена диплома выставки НТТМ 2011 г.
Результаты исследований одобрены и приняты к внедрению в хозяйствах Республики Северная Осетия-Алания, а также госхозе «Саниба» Пригородного района РСО-Алания. Разработка удостоена премии Главы Республики Северная Осетия-Алания в области науки и техники для молодых ученых (Владикавказ, 2012 г). Материалы исследований используются в учебном процессе Горского государственного аграрного университета.
По материалам диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, из них 10 – в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в том числе, один патент на изобретение № 2340136 МПК A01В 35/24 и одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2010614851. Общий объем опубликованных работ составляет 8,57 п. л., из них 4,49 п. л. принадлежит автору.
Культиваторы с предохранительными устройствами
Проблема снижения поломок рабочих органов почвообрабатывающих ма-шин при обработке почв засоренных камнями или другими случайными препят-ствиями занимает научно-конструкторскую мысль всех стран мира, однако, не все существующие технические решения нашли широкое применение в производстве [22, 39, 44-46].
Для снижения поломок рабочих органов почвообрабатывающих машин применяются следующие методы: 1. Наращивание запаса прочности деталей рабочих органов. 2. Понижение скорости движения мобильного энергетического средства. 3. Применение элемента отсоединяющего с.-х. машину в момент удара или при встрече с препятствием в случаях, когда для их прохождения требуется уси-лие, большее прочности рабочих органов. 4. Использование простых или автоматических предохранителей индивиду-ального или группового действия, кратковременно прерывающих выполнение технологического процесса, рабочими органами при встрече с препятствиями.
Все перечисленные выше группы способов снижения поломок имеют сле-дующие серьёзные недочеты.
Наиболее продуктивно первое мероприятие, однако способствует увеличе-нию массы и стоимости с.-х. машины, а при износе рабочих органов – повыше-нию тягового усилия.
Второе мероприятие является недостаточно эффективным при резком на-растании сопротивления, например, при встрече корпусов окучников или подкор-мочных ножей с большими камнями.
Использование третьего способа возможно только при эксплуатации при-цепных машин и не эффективно при частых срабатываниях, обуславливающих потери рабочего времени, связанных с остановками и присоединением машины к трактору. Наилучшим является четвертый способ, при котором каждая секция рабо-чих органов имеет индивидуальные автоматические предохранители двухсторон-него действия, позволяющие рабочему органу выглубляться при встрече с пре-пятствием и заглубляться после прохода препятствия. Наиболее эффективным методом защиты рабочих органов почвообрабаты-вающих машин от поломок является очистка полей от крупных камней и других препятствий. Кроме наличия крупных камней работу автоматических механизмов затрудняют плотные почвы, засоренные мелкими камнями, для которых все еще плохо приспособлены существующие механизмы.
В целях предупреждения поломок рабочих органов почвообрабатывающие машины и орудия снабжают предохранительными устройствами. Применяемые предохранители можно разделить на две основные группы: одностороннего (не-автоматического) и двустороннего (автоматического) действия [41]. Классифика-ция современных пропашных культиваторов представлена на рисунке 1.14 [41].
В трудах И.М. Панова, Г.Н. Синеокова, В.Г. Матевосяна [62, 78], посвя-щенных исследованию предохранительных механизмов культиваторов сформу-лированы основные положения, придерживаться которым следует при проектиро-вании пружинных предохранителей. Для исключения частых срабатываний, уче-ными рекомендуется усилие срабатывания предохранителя Рср, троекратно пре-вышающее среднее значение тягового сопротивления рабочего органа Рраб. При боковом движении культиватора (при случайных поворотах агрегата, объезде препятствий с заглубленными рабочими органами или при корректировке направления рабочих органов в междурядьях) в стойках рабочих органов возни-кают суммарные напряжения от кручения и косого изгиба [42]. Поэтому оснащение конструкций пропашных культиваторов эффективны-ми предохранительными устройствами представляет собой научный интерес.
Применительно к культиваторам для сплошной обработки почвы, В.А. Ха-даев [82] рекомендует придерживаться следующим правилам: конструкция ма-шины должна обеспечивать выглубление рабочего органа без зацепления о пре-пятствие или иметь возможность его бокового обхода. ОАО «Лидсельмаш» [114] освоен выпуск культиватора-окучника 3-х кор-пусного, навесного Л-802, который предназначен для нарезки гребней перед по-садкой картофеля, обработки междурядий, окучивания картофеля и других про-пашных культур на легких и средних почвах во всех почвенно-климатических зо-нах.
Горизонтальные перемещения и коэффициенты жесткости основных составных элементов стоек и подвесок
Как было сказано выше, культиваторы, оснащенные параллелограммной подвеской рабочих органов, значительно лучше соблюдают глубину обработки. В связи с вышеизложенным, нами разработано несколько схем модернизации куль-тиваторов, имеющих параллелограммную подвеску рабочих органов, то есть окончательная схема была плодом проработки и испытания различных вариантов. В самой первой схеме была предпринята попытка создания для рабочих органов возможности обхода камней и снижения энергоемкости процесса обра-ботки почвы путем введения в конструкцию упругого элемента в виде резиновой пластины. На рисунке 2.1а приведен общий вид предлагаемой секции, а на рисунке 2.1б – вид сверху. Конструктивно-технологическая схема этой модернизирован-ной секции защищена патентом РФ на изобретение №2340136 [69].
Предлагаемая конструкция состоит из кронштейна 5, закрепленного на грядиле шарнирно, и своим плечом связанного с тягой 4 и пружиной 3, вставлен-ной в кронштейн крепления 2, установленного на звене параллелограммного ме-ханизма 1. На конце грядиля 6 жестко прикреплена упорная пластина 7 с упругим элементом 8. Наличие упругого элемента 8, а также переменное сопротивление почвы, способствуют колебательному движению окучника в почве и снижению его тягового сопротивления. При встрече рабочего органа 9 с камнем, кронштейн 5 поворачивается вокруг оси крепления, сжимает пружину 3 и рабочий орган при этом выглубляется. После прохода препятствия, пружина 3, возвращает крон-штейн с рабочим органом в рабочее положение.
Изменение силы упругости пружины натяжными болтами, используемых в данной компоновке секции позволяет эффективно использовать ее на различных типах почв.
При встрече окучивающих корпусов с камнями нередко наблюдаются по-ломки крыльев окучников или их изгиб, поэтому рекомендуется оснащать её кор-пусом ОК-3 конструкции Горского ГАУ у которого крылья подпружинены и в процессе работы слегка вибрируют, что дополнительно снижает тяговое сопро-тивление. Данная схема была реализована в опытной конструкции секции, полевые испытания которой показали, что она обеспечивает надежный обход встречающихся камней, но, при этом, незначительно снижает тяговое сопротивление. В связи с этим, было принято решение о разработке для центральной секции упругой подвески, жесткость которой была бы достаточной для обеспечения надежной работы не только с универсальными стрельчатыми лапами, но и с окучивающими корпусами. Предпочтение упругой подвеске было отдано из тех соображений, что она обеспечивает возможность работы секции с разными рабочими органами. Кроме того, снижается частота собственных колебаний подвески с закрепленным на ней рабочим органом по сравнению со случаем применения рабочего органа на упругой стойке.
Для того, чтобы сохранить устойчивость модернизированной секции во время работы стрельчатая лапа рабочего органа должна быть расположена от начала грядиля на таком же расстоянии, как и не у модернизированного образца. Это будет способствовать стабильному заглублению рабочего органа и хорошему копированию рельефа почвы. Для этого, грядиль укорачивается, а сам кронштейн изготавливается таким образом, чтобы рабочий орган можно было бы крепить к нему и без упругой подвески, то есть напрямую. В последнем случае, стрелка рабочего органа расположена уже ближе к началу грядиля, но заглубление её можно улучшить, изменяя длину регулировочной тяги параллелограммного механизма. Сам предохранитель был нами также модернизирован. Внутри пружины был размещен телескопический стержень с нарезанной на конце резьбой и накрученной на неё регулировочной гайкой. С её помощью производится регулировка силы сжатия (упругости) предохранителя. Таким образом, боковые регулировочные болты оказались уже не нужными, и конструкция предохранителя получилась уже более компактной и менее металлоемкой. Для ограничения амплитуды колебаний носка в горизонтальной плоскости упругая подвеска может быть выполнена в виде замкнутого контура путем ее дооснащения ограничителем сложной формы (рисунок 2.2а).
В ходе проведения работ, были разработаны две конструктивно-технологические схемы предохранения боковых рабочих органов от поломок и снижения энергоемкости обработки ими почвы. Первая схема (рисунок 2.2б) была выполнена по аналогии со схемой разработанной применительно к центральному рабочему органу. Она состояла из съемного модуля включающего в себя предохранители для каждого рабочего органа и упругие стойки определенной жесткости. Блок (модуль) располагается в передней части секции культиватора и жестко крепится к ней при помощи болтовых соединений. Модуль состоит из рамы 1, (рисунок 2.3) на которой симметрично размещены два держателя 2 с опорами для предохранительных пружин 3. В держателях шарнирно закреплены поворотные кронштейны 4 со стойками рабочих органов.
Разработка алгоритма компьютерной программы по моделированию упругих стоек и подвесок пропашных культиваторов
Почвы учхоза им. Саламова, ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ», представлены тремя разновидностями выщелоченных черноземов и двумя видами маломощных черноземовидных почв, подстилающихся галечников. Исследования степени ка-менистости опытных участков проводились в междурядьях кукурузы примерно на 35 день после посева. При проведении экспериментов выбирался слой почвы сечением , а в другом – полосы . На поверхность участка накладывалась рамка размером и извлекалась вся почва с глубины , что соответствовало ходу подкормочных ножей и окучивающего корпуса. Почва просеивалась, а обнаруженные камни размером более 5 см замерялись в трёх вза-имно перпендикулярных плоскостях и взвешивались с помощью электронных ве-сов с погрешностью В ходе исследований подсчитывались камни, нахо-дящиеся как на поверхности учетных площадок, так и на глубине хода рабочих органов культиватора ( ). Засоренность определялась путем отноше-ния объема обнаруженных камней к объему земляных работ. Камни размером ме-нее 5см нами не учитывались.
Размерно-массовые показатели камней приводятся в таблице приложения Е.1. Статистическая обработка [29] результатов экспериментальных данных по изучению размерных параметров камней приведена в таблице приложения Е.2.
По результатам статистической обработки, среднее значение длины камней составляет , относительная ошибка средней , распреде-ление данных подчиняется закону нормального распределения. Среднее арифме-тическое ширины камней составило , относительная ошибка средней - , распределение данных подчиняется закону нормального распределе-ния. Среднее арифметическое толщины камней составило , относи-тельная ошибка средней , а распределение данных подчиняется закону нормального распределения. Согласно полученным значениям коэффициентов вариации – 29,39…34,74, изменчивость размерных параметров и степень рассеи-вания следует считать значительными. Графики гистограммы длины, ширины и толщины камней приведены на рисунке Е.1 приложения.
Кроме размерных характеристик нами изучалась масса камней, варианты которых представлены в таблице Е.1 приложения. Данные таблицы были обрабо-таны статистически, а полученные результаты свидетельствуют о том, что сред-няя масса камней на экспериментальном участке составила относи-тельная ошибка средней Из гистограммы (рисунок Е.1) видно, что за-кономерность близка к экспоненциальному закону распределения. Расчетное значение критерия Пирсона меньше табличного значения при уровне значимости 0,01; т.е. гипотеза о том, что значение массы камней рас-пределяется по экспоненциальному закону может быть принята.
По окончании проведения теоретических исследований упругие стойки и подвески, а также предохранительные устройства были изготовлены в лаборатор-ных условиях на кафедре «Тракторы и сельхозмашины» Горского ГАУ. Для изготовления упругих подвесок рабочих органов нами использовались полосы из пружинной рессорной стали сечением , и марки сталь 60С2Г ГОСТ 14959-79. После придания стойкам требуемого профиля (фор-мы) они насыщались углеродом и закаливались в термических печах на заводе «Электроконтактор» (г. Владикавказ). Однако, первоначально необходимо было на базе разработанного матема-тического обеспечения создать компьютерную программу, а затем провести тех-нические расчеты и проверить адекватность результатов. В связи с этим, на пер-вом этапе данных работ нами разрабатывался алгоритм расчетов и компьютерная программа.
Разработка алгоритма компьютерной программы по моделированию упругих стоек и подвесок пропашных культиваторов Современные вычислительные средства позволяют проводить быстро и ка-чественно весьма громоздкие расчеты. В нашем случае, при наличии универсаль-ной программы расчета стоек, можно было бы проработать на компьютере боль-шое их количество самой разнообразной формы, и выбрать из них самый опти-мальный вариант. Ранее полученные выражения легли в основу математической модели рас-чета упругих стоек пропашных культиваторов. Алгоритм реализующей ее про-граммы показан на рисунке Б.1 приложения. Программа предполагает разбиение стойки на отдельные секции (или элементы с прямолинейными и криволинейны-ми участками). Представленный алгоритм программы позволяет на этапе теоре-тических исследований обосновать рациональные параметры упругих стоек и подвесок культиваторов. В составленной нами программе ввод всех параметров осуществляется при помощи диалоговых окон. В алгоритме на рисунке Б.1 не указаны блоки циклических вычислений типа (ForNext, If Else).
Разработанная программа имеет возможность проектирования и расчета упругих стоек, обеспечивающих качественное выполнение технологического процесса при оптимальных параметрах прочности и жесткости, при достаточной высоте их крепления. Программа позволяет получить за один цикл до 50 тысяч вариантов.
Пакет программы написан на языке программирования «Visual Basic for Application» [81] и может быть использован как на современных ЭВМ, так и на машинах более ранних выпусков с операционной системой вплоть до Windows 95. На разработанную нами программу было выдано свидетельство РФ о государст-венной регистрации № 2010614851 в реестре программ для ЭВМ (приложение А).
Результаты процесса взаимодействия опытных образцов упругих стоек и подвесок с препятствиями
Полевыми исследованиями изучалось качество обработки почвы рабочими органами, их тяговое сопротивление при работе на различной глубине и движении с разной скоростью.
Принимая во внимание вышеприведенные результаты в мастерских кафед-ры «Тракторы и сельскохозяйственные машины» Горского ГАУ были построены модернизированные образцы секций культиваторов-растениепитателей приспо-собленных для работы на засоренных камнями почвах (рисунок 4.21). На упругих стойках наклеивались тензодатчики, которые соединялись по мостовой схеме (ри-сунок 4.21б). Сигнал, получаемый от них, необходим для проведения спектраль-ного анализа тягового сопротивления. В этом виде анализа наибольший интерес представляет для нас спектр основных частот возмущений действующих на рабо-чие органы разного типа. Блок для боковых рабочих органов легкосъемный, т.е. может быть легко демонтирован с секции (рисунок 4.21б). Конструкция блока с е-образными подвесками делает секцию более уни-версальной (рисунок 4.22б), так как подвески крепятся на обычные кронштейны серийно выпускаемых культиваторов.
Общий вид: а - опытного образца модернизированной куль-тиваторной секции с дугообразными стойками замкнутого типа и пружинными предохранителями; б и в - съемного блока для боковых рабочих органов с накле-енными тензодатчиками на упругую стойку.
Исследования проводились при помощи описанной выше, универсальной испытательной машины спроектированной и построенной также на кафедре «Тракторы и с.-х. машины» Горского ГАУ (рисунок 4.35) [51].
Секция комплектовалась по общепринятым схемам: окучивающим корпу-сом, универсальной стрельчатой лапой с подкормочными ножами или односто-ронними полольными лапами (бритвами). Исследования проводили при работе трактора МТЗ-80Л на 3, 4, 5 и 6 передачах, что соответствует скоростям 1,04, 1,29, 1,33 и 1,52 м/с.
Перед началом работы на предназначенном для испытаний участке поля согласно существующей методике отбирались пробы почвы, которые отправля-лись в лабораторию для определения влажности. Затем твердомером определя-лась твердость почвы. Машина заезжала на поле, выставлялась интересующая глубина обработки почвы, включалось для прогрева тензооборудование. Затем начинался рабочий процесс с записью интересующих параметров. Эксперимен-тальные данные обрабатывались методами математической статистики.
Результаты исследований. Часть результатов исследования приведена в таблице И.1 и графически на рисунках приложения И.1 и И.2. Как видно из таб-лицы подкормочные ножи на упругих подвесках замкнутого типа при глубине об-работки почвы имели среднее значение тягового сопротивления от 656,7 до 977 Н, меньшее чем при жестком креплении. Среднее снижение тягового со-противления на всех передачах и глубинах обработки для упруго закрепленных подкормочных ножей составило 10,2 %.
Сравнение между собой результатов исследования работы универсальной стрельчатой лапы при жестком креплении к грядилю секции и с упругой подвес-кой показывают, что при глубине обработки а = 6, 9 и 12 см упругая подвеска обеспечивала снижение тягового сопротивления в среднем на 0,1, 8,4 и 3,7 % со-ответственно.
Очевидно, что в случае полной идентичности участков, при отсутствии на них мелких камней и работе универсальной стрельчатой лапы на небольшой глу-бине (до 6 см), при данной жесткости упругой подвески, разницы в тяговом со-противлении между вариантами практически не наблюдается. Во время работы на глубине 9…15 см жестко закрепленного на грядиле корпуса окучника ОК-3 конструкции Горского ГАУ тяговое сопротивление варь-ировало в пределах от 1376 до 2439 Н, а в варианте с упругой подвеской от 1494 до 1899 Н. Вариант с креплением корпуса ОК-3 к упругой подвеске обеспечивал по сравнению с жестким креплением корпуса к грядилю, при работе корпуса на глубине 9, 12 и 15 см, снижение тягового сопротивления соответственно на 1,4, 35 и 9,2 %, то есть в среднем до 15 %.
Большой научно-практический интерес представляют собой результаты исследования вариантов крепления односторонних полольных лап – бритв. При жестком креплении лап к модулю, работе лап на глубине 3 и 6 см и скорости дви-жения агрегата на 3, 4, 5 и 6 передачах трактора МТЗ-80Л средние значения тяго-вого сопротивления были в пределах 639,7…958 Н. Соответствующие значения тягового сопротивления для варианта с упругими подвесками составили 576,1…920 Н. В среднем по всем опытам упругая подвеска обеспечивала сниже-ние тягового сопротивления в пределах от 6,2 до 11,6 %. Отдельного внимания заслуживают эксперименты с разработанными е-образными подвесками. Они испытывались при установке на них подкормочных ножей на глубину 6, 9, 12 см и скоростях движения трактора МТЗ-80Л с 3 по 6 передачу. Параллельно проводились эксперименты при установке стоек в тради-ционном варианте на жестких стойках. Сразу следует оговорить, что эти экспери-менты проводились в другой год, чем приведенные выше. Результаты исследования приведены в таблицах приложения И.2-И.3 и от-дельные результаты представлены на рисунках И.3 и И.4. Как видно из таблицы И.2 значение среднего квадратического отклонения в вариантах с жестким креплением рабочих органов несколько выше соответствующих значений при применении е-образных подвесок. Значения коэффициентов вариации примерно одинаковые, но все же при использовании е-образных подвесок несколько выше. Все эксперименты характеризуются небольшими значениями относительных ошибок среднего арифметического (не более 2,45 %). Из таблицы И.3 видно, что в среднем разработанные упругие подвески е-образного типа обеспечивают сни-жение тягового сопротивления до 30,1 %.
Методика опытов. Исследования проводились для перечисленные выше типов рабочих органов и способах крепления на секцию культиватора. Предметом анализа являлись осциллограммы тягового сопротивления секции пропашного культиватора с параллелограммной подвеской рабочих органов, полученные при разных скоростях движения испытательной машины (3, 4, 5 и 6 передачи трактора МТЗ-80Л) и глубине хода рабочих органов. Для определения значений корреляционной функции Rx, нормированной корреляционной функции х(ti, ti+1) и спектральной плотности Sx(), была исполь-зована программа из приложения Excel, написанная на языке Visual Basic for Application.
