Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 12
1.1. Влияние устойчивости движения капустоуборочного агрегата на качественные показатели его работы 12
1.2. Классификация опорно-ходовых систем и схем агрегатирования уборочных машин 18
1.3. Технические средства и методы повышения устойчивости хода сельскохозяйственных машин 22
1.4. Состояние исследований проблемы устойчивости и стабилизации движения прицепных агрегатов 38
1.5. Цель и задачи исследования 44
2. Теоретическое обоснование опорно-прицепной системы капустоуборочной машины 47
2.1. Модель движения капустоуборочного агрегата 47
2.2. Выбор размеров опорных колес 55
2.3. Обоснование длины прицепного дышла 62
2.4. Влияние положения точки прицепа на устойчивость хода капустоуборочной машины 72
2.5. Обоснование новой опорно-прицепной системы к перспективным капустоуборочным машинам 74
3. Методика экспериментальных исследований и обработки опытных данных 76
3.1. Программа экспериментальных исследований 76
3.2. Приборы, оборудование и приспособления для проведения исследований 77
3.2.1. Описание лабораторно-полевой установки 77
3.2.2. Тарировка измерительного оборудования 84
3.3. Характеристика условий лабораторно-полевых исследований 87
3.3.1. Подготовка участка для полевых исследований 87
3.3.2. Методика определения влажности и твердости почвы 91
3.4. Методика исследования рельефа поля на плантациях капусты 93
3.5. Методика исследования влияния параметров опорно-прицепной системы на устойчивость движения капустоуборочной машины в междурядье 93
3.5.1. Выбор параметров оптимизации и факторов процесса 97
3.5.2. Методика анализа экспериментальных данных 99
3.5.3. Определение повторности экспериментов
3.6. Методика проведения полевых исследований 102
3.7. Методика определения вертикальной нагрузки на опорное колесо капустоуборочной машины 104
4. Результаты экспериментальных исследований 107
4.1. Рельеф поля как фактор, влияющий на качество работы капустоуборочной машины 107
4.2. Анализ устойчивости хода капустоуборочной машины в динамике.. 110
4.3. Влияние твердости почвы на устойчивость хода капустоуборочной машины 120
4.4. Значение вертикальной нагрузки на опорные колеса капустоуборочной машины 124
4.5. Производственная проверка капустоуборочной машины с модернизированной опорно-прицепной системой 125
5. Технико - экономическая оценка результатов исследования 128
5.1. Технико-эксплуатационные показатели 128
5.2. Показатели экономической эффективности 130
Общие выводы 137
Список использованной литературы 139
Приложения 154
- Технические средства и методы повышения устойчивости хода сельскохозяйственных машин
- Обоснование длины прицепного дышла
- Тарировка измерительного оборудования
- Влияние твердости почвы на устойчивость хода капустоуборочной машины
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в России и в ряде других стран обращают пристальное внимание на разработку овощеуборочной техники, в частности, машин для сплошной уборки капусты. Однако имеющиеся опытные образцы капустоуборочных машин характеризуются невысокой эффективностью выполнения технологического процесса в реальных производственных условиях.
Качественные показатели работы капустоуборочных машин существенно зависят от устойчивости их хода в междурядье. Так, чрезмерное отклонение режущего аппарата от ряда капусты при уводе машины от заданного курса приводит к потерям и повреждениям кочанов, наблюдается косой и рваный срез кочерыг.
Поэтому повышение устойчивости хода капустоуборочной машины в междурядье является актуальной задачей при создании перспективных капустоуборочных машин.
Степень разработанности темы. В настоящее время глубоко изучена динамика некоторых мобильных агрегатов, выявлены факторы курсовой устойчивости агрегатов с одной и двумя степенями свободы, предложены теоретические решения, направленные на повышение их устойчивости хода.
Тем не менее, в известных работах не найдены решения на практическом уровне, которых можно было бы реализовать в капустоуборочной машине с максимальной результативностью в характерных условиях ее эксплуатации: высокой влажности и слабой несущей способности почвы в сезон уборки капусты.
В этой связи есть необходимость в дальнейшей проработке вопросов курсовой устойчивости капустоуборочных машин.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Чувашской ГСХА в рамках отраслевой программы РАСХН «Разработать новое поколение экологически безопасных, ресурсосберегающих машинных технологий, создать комплекс конкурентоспособных технических средств и высокоэффективных агротехнических и биологических приемов для устойчивого производства овощной продукции в открытом грунте, адаптированных к основным природным зонам товарного производства овощей» на период до 2012 года (задание 03.01 и 03.02) и российско-белорусской программы «Повышение эффективности производства и переработки плодоовощной продукции на основе прогрессивных технологий и техники» (Постановление СМ союзного государства № 18 от 21.04.2005 г.).
Цель исследования. Улучшение качественных показателей работы капустоуборочной машины путем совершенствования ее опорно-прицепной системы.
Объект исследования. Технологический процесс капустоуборочной машины и ее опорно-прицепная система.
Предмет исследования. Закономерности влияния конструкции и параметров опорно-прицепной системы капустоуборочной машины на качество рабочего процесса.
Методика исследований. Теоретические исследования базировались на законах и методах механики. Экспериментальные исследования проводились по общепринятым и частным методикам с применением электронной цифровой регистрирующей аппаратуры и ПЭВМ.
Научная новизна. Предложена и доказана идея улучшения качественных показателей работы капустоуборочной машины путем повышения устойчивости ее хода в междурядье.
Разработаны новые конструктивные схемы опорно-прицепной системы капустоуборочной машины, техническая новизна самой перспективной из них подтверждена патентом
РФ на изобретение №2450504.
Выведены аналитические зависимости (18), (35) и (37), описывающие условия качественного выполнения рабочего процесса. На основе названных зависимостей и результатов экспериментальных исследований установлены рациональные значения конструктивных параметров опорно-прицепной системы капустоуборочной машины.
Практическая значимость. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана усовершенствованная опорно-прицепная система с рациональными параметрами, позволяющая выдерживать отклонения срезающего аппарата в пределах, допускаемых агротехническими требованиями, и позволяющая улучшить качественные показатели работы машины; создан опытный образец машины с модернизированной опорно-прицепной системой; представлено также техническое решение по ее дальнейшему совершенствованию.
Реализация результатов исследований. Материалы исследований использованы при разработке капустоуборочной машины, испытанной в крестьянском фермерском хозяйстве Семенова В.Н. Козловского района Чувашской Республики.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также техническая документация переданы крестьянскому (фермерскому) хозяйству «СЕЛИФОНТОВО» (Республика Беларусь), ЗАО «Внешнеторговая фирма «Текстильмаш» (Чувашская Республика), ООО «Деметра» (Чувашская Республика), 000 «Ибресинское ремонтно-техническое предприятие» (Чувашская республика) и крестьянско-фермерскому хозяйству «ИП Баймаковский» (Мордовская республика) для опытного производства малогабаритной капустоуборочной машины и использования ее в производственных условиях. Практическое использование научных результатов подтверждается соответствующими документами.
Также за данную разработку был получен грант от организации «Российское Аграрное Движение» в 2010 году.
Основные положения, выносимые на защиту:
-конструктивные схемы модернизированной опорно-прицепной системы, обеспечивающей устойчивое движение капустоуборочной машины в междурядье;
-аналитические и эмпирические зависимости, описывающие условия качественного выполнения рабочего процесса капустоуборочной машины;
-рациональные значения конструктивных параметров опорно-прицепной системы, обеспечивающие устойчивость хода капустоуборочной машины в междурядье в пределах агротребований;
-результаты полевых испытаний и технико-экономические показатели капустоуборочной машины с разработанной опорно-прицепной системой.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежь и наука XXI века» (Чебоксары: ЧГСХА, 2008); техническом совещании ООО «Ибресинское РТП» (Чувашская Республика, пос. Ибреси, 2008 г.); Республиканской научно-практической конференции молодых ученых (Чебоксары: ЧГСХА, 2009); конкурсе создателей самодельной тракторной техники «Кулибин XXI века» (Чебоксары: Музей истории трактора, 2010 г.); Всероссийском инновационном форуме аграрной молодежи и выставке-демонстрации лучших инновационных проектов в сфере АПК (Орел: ОрелГАУ, 2010 г.); Всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений МСХ РФ Приволжского федерального округа по номинации «Технические науки» (Уфа: Башкирский ГАУ, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Роль высшей школы в реализации проекта «Живое мышление-стратегия Чува-
ший» (Чебоксары: ЧГСХА, 2010); VI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Вклад молодых ученых в будущее Чувашии» (Чебоксары: ЧГСХА, 2010); VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодые ученые в решении актуальных проблем сельского хозяйства (Чебоксары: ЧГСХА, 2011 г.); выставке в шестом Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов: СГАУ, 2011 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 публикациях, в том числе две статьи опубликована в ведущих рецензируемых научно - практических журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, один патент на изобретение. Три статьи опубликованы без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 138 наименований и приложений. Работа содержит 190 страниц, включает 152 страницы основного текста, 59 рисунков, 15 таблиц и 38 страниц приложения.
Технические средства и методы повышения устойчивости хода сельскохозяйственных машин
предусматривает максимальную механизацию уборочных работ на базе выпускаемой промышленностью сельскохозяйственной техники. При уборке машинами улучшаются условия труда рабочих. Соблюдение основных параметров технологии выращивания и уборки обеспечивает получение урожайности товарных кочанов 50—60 т с 1 га при затратах труда 6,2 чел.-ч на 1 т. Однако в последние годы механизированная уборка овощей в большинстве хозяйств практически приостановлена в силу разных причин. Одной из них является отсутствие эффективно и качественно работающих уборочных машин.
Качество работы машин для уборки капусты находится в непосредственной зависимости от устойчивости ее движения в междурядье. Так, выходящие за допустимые пределы отклонения рабочего органа от ряда капусты приводит к потерям и частичному повреждению кочанов капусты во время уборки (рисунок 1.1). К тому же, кочерыга, срезанная под некоторым углом у, легко может травмировать другие кочаны при падении на них с элеватора.
К природным условиям, влияющим на устойчивость движения сельскохозяйственной техники, относятся влажность, водный режим почв, гранулометрический состав, удельное сопротивление почвы, пестрота почвенного покрова и его несущая способность, размеры и характер рельефа полей и т. д. Эти условия определяют конструктивные параметры, эксплуатационные характеристики капустоуборочных агрегатов, а также выбор рабочих органов, потребность в оснащении или переоборудовании машин необходимыми устройствами для высокопроизводительной и качественной работы.
Повышенная влажность почвы с тяжелым гранулометрическим составом и плохой водопроницаемостью сильно влияет на проходимость уборочного агрегата. Каждый тип почвы имеет свое количественное изменение удельного сопротивления - минимум при оптимальной влажности и максимум при достижении значения предельной полевой влагоемкости. Из физических свойств почвы влажность и плотность оказывают наибольшее влияние на работу капустоуборочной машины. Известно, что прочность почвы зависит от сопротивления частиц взаимному скольжению и отрыву. При повышенной влажности почвы сцепление ее частиц снижается. В связи с этим под ходовыми колесами трактора и капустоуборочной машины образуется колея и увеличивается сопротивление передвижению.
Гранулометрический состав почвы оказывает большое влияние на ее свойства. Различным почвам свойствен различный минералогический состав их механических элементов [65].
В связи с этим при создании и комплектовании капустоуборочных машин нужно учитывать зональные особенности страны. Это значит, они должны выполнять свои функции в соответствии с агротехническими требованиями на разных по механическому составу почвах в широком диапазоне влажности. Сроки уборки капусты ограничиваются, с одной стороны, биологической спелостью кочанов, а с другой - природно-климатическими условиями. Действительно, массовые наблюдения за работой капустоуборочных машин в различных зонах страны [117, 77] показывают, что уборка капусты поздних сортов проходит в неблагоприятных погодных условиях. Исследования [2, 117, 121, 130] показали, что капустоуборочные агрегаты работают недостаточно устойчиво, а именно резко ухудшается управляемость капустоуборочного и транспортного агрегатов при повышенной влажности почвы, технологический процесс уборки капусты протекает напряженно. Из-за нарушения скоростного режима режущего аппарата ухудшается качество обрезки, увеличивается количество пропусков кочанов и забиваемость режущего аппарата. Резко снижается производительность агрегата, а в отдельных случаях работа прекращается [117].
Двигаясь в междурядье с некоторой рабочей скоростью v, капустоуборочная машина встречает под опорными колесами разные силы сопротивления - RL и RR [24], вследствие чего отклоняется от прямолинейности на некоторый угол а. Когда величина этого угла выходит за допустимые пределы, повышается травмируемость кочанов, пропускание их режущим аппаратом, а также приводит к его забиванию [8] (рисунок 1.2).
Поэтому особую важность приобретают исследования проблемы устойчивости движения, которая, хотя и является общей, для сельскохозяйственных и транспортных машин различного назначения, однако остается недостаточно изученной. До сих пор не введены критерии, позволяющие заранее оценить степень устойчивости движения машины в процессе ее проектирования.
Качество работы капустоуборочного агрегата можно представить в виде многофакторной функции, учитывающей влияние параметров агрегата (эффективной мощности трактора, рабочей скорости агрегата, курсовой устойчивости движения агрегата, массы агрегата, коэффициента сцепления колес трактора с почвой), характеристики почвы (влажности, твердости и удельного сопротивления), организационных мероприятий, характеристик участка (длины и ширины участка, агротехнических показателей агрофона, а также уклона местности). Названные условия и параметры систематизированы на рисунке 1.3.
Для уборки белокочанной капусты средне- и позднеспелых сортов используют однорядные комбайны МСК-1, Е-800, двурядные машины — УКМ-2, МКП-2 и экспериментальные трехрядные самоходные комбайны МКС-3. Известны также применение четырехрядной машины на самоходном шасси модели голландской фирмы Ploeger модели KS-4R. Для работы этих машин поле должно быть прямоугольной формы с уклоном не более 5, ряды капусты - прямолинейными и с одинаковой густотой посадки, на всем поле должны сохраняться одинаковая степень увлажненности и однородность рельефа почвы.
При несоблюдении ряда этих условий некоторые кочаны остаются на поле несрезанными, появляется косой срез и травмируемость кочанов, а также загрязненность товарной продукции, т.е. ухудшаются качественные показатели работы машины в целом.
В то же время к товарной продукции предъявляются достаточно жесткие требования. Согласно ГОСТ 1724-85 товарными считаются кочаны, у которых длина кочерыг не превышает 3 см; у среднеспелых и позднеспелых сортов масса кочанов, убранных после 1 сентября, должна быть не менее 0,8 кг; кочаны должны быть зачищены до плотно облегающих листьев (у кочанов, закладываемых на хранение, допускается наличие 2-4 неплотно прилегающих зеленых листьев). Повреждения кочанов допускаются не более 5%.
Обоснование длины прицепного дышла
Основными, имеющими практическое значение характеристиками взаимодействия колеса с почвой являются две: сопротивление качению и сцепление с ее поверхностью. За колесом глубина колеи обычно меньше, чем непосредственно под колесом. Некоторые авторы объясняют это наличием упругих свойств грунта [118].
Давление шины на грунт зависит от нормальной нагрузки колеса Р2 и площади Fk контактной поверхности. Последняя, в свою очередь, зависит от той же нормальной нагрузки и упругих характеристик шины и почвы. Так, с повышением нормальной нагрузки увеличивается нормальная радиальная деформация hz шины. Величина этой деформации находится в зависимости от жесткости шины, зависящей от ее конструкции и соотношения ее размеров. Наибольшее влияние на жесткость шины оказывает влияние давления воздуха pw в ней.
Данной радиальной деформации шины соответствует определенная контактная площадка длиной 2а и шириной Ъ (рисунок 2.3). В первом приближении эту форму можно принять эллиптической с большой осью эллипса, равной 2а и малой - Ъ [118]. Определив твердость почвы при помощи соответствующего оборудования можно найти величину контактной площадки Az с учетом площади наклонных поверхностей.
Потери на качение деформируемого колеса по почве характеризуются коэффициентами и/г. В общем случае: с = /ш+/Г, (2.15) где с - коэффициент сопротивления качению колеса; /ш,/г- коэффициенты сопротивления шины и грунта качению колеса соответственно.
В частности, при качении колеса по твердой поверхности /г=0, а при качении абсолютно жесткого колеса =0.
Динамический радиус колеса зависит от глубины деформации почвы, которая, в свою очередь, зависит от контактной площадки смятия под колесом. В общем случае, контактная площадка смятия представляет собой эллипс с шириной Ъ и длиной 2а. Зная приблизительное значение твердости почвы, можно определить примерную площадь контактной площадки по формуле:
Поскольку правое опорное колесо в конструкции остается без изменений, а величина нормальной нагрузки определяется исходя из конструктивных параметров машины, величину RR можно определить по формуле (2.25).
Таким образом, сила сопротивления перекатыванию опорного колеса зависит, в первую очередь, от его радиуса и ширины. Исходя из этого можно выбрать наиболее подходящие покрышки из стандартного ряда. Зависимости (2.25)-(2.28) выполняются при условии номинального давления в шине, т.е. 0,2...0,25 МПа в соответствии с выражением (2.16).
При выборе радиуса и ширины покрышки левого опорного колеса будем отталкиваться от того, что правое оставим прежним, заложенным в конструкцию базовой капустоуборочной машины, а именно покрышку марки 235/75 R15. Ее наружный диаметр D=762 мм, ширина Ьш=235 мм.
В расчетах принимается во внимание среднее значение твердости суглинистой почвы в междурядье в период уборки капусты, приблизительно равное 0,95 Н/мм2 [15,65].
В общем случае уравнение (2.28) описывает зависимость ширины левого опорного колеса капустоуборочной машины от приведенных выше ее параметров, обеспечивающую наименьшее отклонение режущего аппарата от оси рядка капусты. При таких параметрах агрегат будет совершать колебательное движение в горизонтальной плоскости в пределах, допускаемых агротехническими требованиями. В соответствии с выражениями (2.25) и (2.28) и диаграммой на рисунке 2.4 методом подбора определяем наиболее рациональные параметры опорного колеса из серийного типоразмера. Применительно к данной капустоуборочной машине таковым является колесо с покрышкой 145/70 R14. Ее параметры: радиус г=310 мм, ширина Ь=\45 мм.
При установке на мост машины опорных колес разного диаметра, она наклоняется во фронтальной плоскости, что может повлиять на технологический процесс. Поэтому потребуется компенсирование высоты установки ступицы одного из колес на величину АН (рисунок 2.6) с помощью дополнительной вставки таким образом, чтобы при установке данного колеса мост машины был параллелен поверхности поля. процессы могут быть различными. Возможные из них показаны на рисунке 2.7.
Получив возмущение, выразившееся в отклонении на величину А0 от заданного курса, машина будет возвращаться к нему различно в зависимости от ее динамических свойств, обусловленных конструктивными параметрами и свойств почвенного покрова. В одних случаях (кривые 1 и 2) это движение апериодическое, а в других случаях (кривые 3 и 4) -колебательное.
В первом случае рабочий орган - режущий аппарат будет иметь путь переходного движения Sj. Во втором случае переходный процесс будет предельным апериодическим, путь переходного движения уменьшится до S2. В третьем случае режущий аппарат сделает одно или несколько затухающих колебаний, не выходя за допустимые пределы. В этом случае путь уменьшится до S3. В четвертом случае режущий аппарат, входя в допустимые пределы, вновь выходит за них и окончательно возвращается туда, сделав одно или несколько затухающих колебаний. В данном случае путь S4 будет больше S3.
Анализируя характер переходных процессов можно отметить, что наиболее предпочтительным будет третий (кривая 3), так как он имеет наименьший путь за период возвращения в исходное состояние. Нужно отметить, что наименьший путь переходного движения получится, если наибольшее отклонение режущего аппарата при первом затухающем колебании будет равно 100 мм.
Таким образом, движение капустоуборочной машины в междурядье может быть описано уравнением затухающих колебаний. Для этого выберем неподвижную систему координат, которую совместим с поверхностью поля. Ось Ох выберем по направлению движения капустоуборочной машины, ось Оу будет перпендикулярна к ней (рисунок 2.8).
На капустоуборочную машину в плоскости хОу действует проекция равнодействующей сил сопротивления R, приложенная в центре сопротивления машины и направленная в сторону, противоположную абсолютной скорости v движения. При малых углах ср она определяется по формуле (2.2).
Тарировка измерительного оборудования
В подавляющем большинстве случаев капустное поле перед уборкой имеет гребнистую поверхность, т.к. оно подвергается междурядной обработке в течение вегетационного периода несколько раз. При этом поле имеет микро- и макронеровности не только поперек загонов, но и вдоль загонов, так как гребни имеют неровную поверхность и разную высоту по длине загона.
Во время работы капустоуборочной машины, её рама колеблется в продольно-вертикальной и поперечно-вертикальной плоскостях. В то же время её режущий аппарат, имеющий связь с рамой, должен двигаться по рядку капусты в заданных пределах, чтобы обеспечивать качественный срез кочанов.
Таким образом, профиль поверхности поля является основным фактором воздействия, влияющим на качественные показатели работы капустоуборочной машины. Поэтому статистические характеристики неровностей поля имеют существенное значение при разработке капустоуборочной машины. В этой связи представляем результаты исследований рельефа полей капусты поздних и средних сортов [18].
Анализ показывает, что показатели неровности капустного поля в отдельных случаях варьируют в достаточно широком диапазоне. Однако в большинстве случаев показатели неровности изменяются в незначительных пределах и имеют нормальный закон распределения.
Средние статистические данные показателей неровности полей приведены в таблице 4.1. Характер воздействия неровностей поверхности поля на капустоуборочный агрегат зависит не только от высоты этих неровностей, но и их длины и скорости движения агрегата, а также неоднородности свойств почвы под опорными колесами, т.е. от частотного состава входных процессов и взаимной корреляции их. Эти факторы достаточно глубоко изучены доктором технических наук Беловым В.В. [18]. В частности, исследовано влияние колебаний машины в поперечно-вертикальной плоскости на взаимнокорреляционных функциях процессов АГ1(г) и hr2(r) (рисунок 4.1).
Статистические показатели неровности полей, занятых капустой поздних и средних сортов Показатели неровности Математическое ожидание показателя Среднее квадрати-ческоеотклонениеа, м Коэффициент вариации Закон распределения Высота гребней hr, м 0,12 ±0,05 0,41 Нормальный Неровности дна борозды, м ±0,05 0,30 Нормальный Высота Н расположения рамы капустоуборочной машины в зоне навески режущего аппарата над поверхностью гребней, м 0,25 ±0,05 0,40 Нормальный По его мнению, положительная корреляционная связь между процессами при колее моста капустоуборочной машины 2,1 м наблюдается до т=0,06...0,7 с. 108 hf, м ОЛ 0,2 О 0,2 ОЛ т. с Рисунок 4.1 - Взаимная корреляционная функция процессов Ь,г](х), кг2(т) при колее моста опорных колес 2,1 м [18]
Максимальная корреляционная связь наблюдается при т=0...0,1 с. При увеличении т корреляция падает до нуля, что характерно для стационарных процессов [84]. Причем максимальное значение корреляции при т=0 равно 0,465 для моста капустоуборочной машины с колеей 2,1 м. Однако при т=0 в высоком значении корреляции, связь резко уменьшается (кривая 1, рисунок 4.1), и в дальнейшем при увеличении т теряется, т.е. незначительная. В некоторых случаях (кривая 2, рисунок 4.1) связь при т=0 слабая и при увеличении т быстро теряется. По мнению автора, такая слабая связь объясняется тем, что колебания машины в поперечно-вертикальной плоскости незначительно влияют на процесс изменения положения режущих аппаратов относительно поверхности убираемых рядков капусты при колее моста опорных колес 2,1 м.
Как было сказано выше, условием наилучшего функционирования капустоуборочной машины является обеспечение следования ее режущего аппарата по ряду капусты. Соблюдение этого условия при предложенной опорно-прицепной системе проверялось в полевых условиях путем изучения следования машины заданному прямолинейному курсу на заранее подготовленных участках почвенного покрова.
Исследования проведены при параметрах опорно-прицепной системы, обозначенных выше, т.е. =2,35 м, DR= 762 мм и bR= 235 мм. На рисунке 4.2 изображен фрагмент осциллограммы угла отклонения агрегата от заданного курса. В ней фиксированы значения угла отклонения (р от направления движения капустоуборочной машины в горизонтальной плоскости.
Значения исследуемых факторов, по которым записывалась осциллограмма с помощью цифрового прибора ЗВ NET log в текстовом формате, приведены в табличной форме в приложении А.
Полученные осциллограммы позволили анализировать процесс движения капустоуборочной машины в плоскости поля в динамике в режиме реального времени. Из осциллограммы видно, что капустоуборочная машина на вспаханном участке почвы длиной L/ отклоняется от заданного курса (участок Ті), а при въезде на участок с твердой почвой длиной L2 приближается к нему (участок Т2). Изначально выбрано Li » L2. Почва на каждом вспаханном участке имела различную относительную влажность W и, соответственно, твердость V. При этом видно, что с уменьшением твердости почвы величина отклонения капустоуборочной машины от заданного курса возрастает.
Составляющая фрагмента осциллограммы угла отклонения капустоуборочной машины от заданного курса на различных участках почвы в режиме реального времени: Lj, L2 - длина вспаханной и невспаханной делянок соответственно; Tj, Т2 — время прохождения вспаханного и невспаханного участков соответственно; Туст - время установившегося движения агрегата по вспаханному участку; Vb V2, V3 - твердость почвы.
Как показывает статистический анализ, значения угла отклонения прицепного дышла р от заданного курса преимущественно подчиняются нормальному закону распределения, о чем свидетельствуют результаты оценки расхождении между эмпирическими и теоретическими частотами вариационного ряда по критерии Пирсона. Таким образом, результаты проведенных исследований колебаний капустоуборочной машины в горизонтальной плоскости коррелируются и, дополняя друг друга, подтверждают результаты теоретических исследований. Экспериментально исследовано влияние параметров левого опорного колеса машины, твердости почвы и ее различия под опорными колесами на величину отклонения капустоуборочной машины от заданного курса [7]. Результаты исследований агрегата с колесами одинакового размера в положении 1 представлены в табличной форме в приложениях А и Б, графически - на рисунках 4.3 - 4.4.
Влияние твердости почвы на устойчивость хода капустоуборочной машины
Это обусловлено тем, что в положении «1» сопротивление левого колеса перекатыванию уменьшено за счет того, что оно движется по твердой невспаханной почве. При этом явно заметна обратно пропорциональная зависимость сопротивления перекатыванию при использовании колеса меньшего диаметра в положении «2». Такой результат наблюдается вследствие того, что колесо меньшего размера с уменьшением твердости почвы имеет большее сопротивление качению, чем колесо большего размера.
Следует заметить, что во время уборки капусты твердость почвы может иметь и меньшие значения при влажности, приближенной к предельной полевой влагоемкости. На основании опытных данных можно сделать вывод, что в таких условиях имеет предпочтение капустоуборочная машина усовершенствованной опорно-прицепной системой.
Как было доказано выше, величина сопротивления качению опорного колеса капустоуборочной машины зависит от вертикальной нагрузки на него. С этой целью были проведены исследования для определения силы тяжести в опорных точках полуприцепной капустоуборочной машины. При этом выгрузной элеватор находился в рабочем положении. -эксплуатационных и экономических показателей капустоуборочная машина с модернизированной опорно-прицепной системой испытывалась на земельных площадях коллективного фермерского хозяйства Семенова В.Н. Козловского района Чувашской Республики (рисунок 4.15).
Испытания прошли на сорте капусты «Амагер 611». Условия работы в основном были характерными для данной зоны. Капуста была посажена междурядьем 70 см. Условия испытаний имели свои особенности. Вегетационный период характеризовался обильным количеством влаги, в результате чего большинство кочанов были крупными, сформированными и зрелыми.
В результате производственных испытаний установлено, что капустоуборочная машина с модернизированной опорно-прицепной системой работоспособна, имеет высокую надежность выполнения технологического процесса. Технологический процесс выполнялся ритмично и непрерывно. Повреждаемость кочанов крайне низкая.
Перед началом уборки участок подготавливался для механизированной уборки. При этом капуста убиралась вручную в полосе первого прохода и подготавливалась полоса для разворота агрегата в начале и в конце загона [40]. При машинной уборке рядом с уборочным агрегатом двигался трактор МТЗ-80 с прицепом 2-ПТС-4 для одновременной загрузки товарных кочанов в кузов.
Для определения экономической эффективности результатов исследования рассматривали процесс уборки белокочанной капусты капустоуборочной машиной с модернизированной опорно-прицепной системой, разработанной и изготовленной в ФГБОУ ВПО ЧГСХА на кафедре физики и технической механики.
Как известно из общего положения [39], экономическую оценку новой техники проводят сравнением с базовым вариантом (аналогом). За базу для сравнения принимают серийно выпускаемую отечественную технику, технику первого года выпуска и лучшие образцы зарубежной техники, применяемой в зональных агротехнологиях. В связи с этим за базовый вариант был принят близкий по конструктивным особенностям серийный полуприцепной капустоуборочный комбайн Asa-lift ТК-1000 с колеей 1,4 м, применяемый в хозяйствах при уборке капусты на ровной поверхности.
Повышение производительности капустоуборочной машины является следствием надежного выполнения технологического процесса режущим аппаратом, который, благодаря усовершенствованию опорно-прицепной системы, существенно снижает травмируемость кочанов капусты в процессе резания, что позволяет получить урожай высшего качества по сравнению с базовой капустоуборочной машиной. При этом увеличение рабочей скорости движения машины до 1,6 м/с возможно без ущерба для качества урожая.
Таким образом, технико-эксплуатационные показатели новой капустоуборочной машины с усовершенствованной опорно-прицепной системой удовлетворяют агротехническим требованиям и выгодно отличаются от показателей базового варианта.
Расчет показателей экономической эффективности новой капустоуборочной машины с усовершенствованной опорно-прицепной системой проводили по материалам, полученным в результате полевых испытаний (таблица 5.2.), а также используя справочные материалы (таблица 5.3.).
В сравниваемых вариантах проведены расчеты производственных затрат, затрат живого труда и удельных капитальных вложений по известной методике [29, 39, 40, 90, 91] и используя данные таблицы 5.4.
Модернизация опорно-прицепной системы капустоуборочной машины позволила улучшить качественные показатели ее работы: обеспечить полноту сбора стандартных кочанов до 98%, выход кочанов, срезанных с длиной кочерыги от 0 до 3 см 92...95%, снизить процент поврежденных кочанов в сильной степени до уровня 2%. В результате ожидается при нормативной загрузке капустоуборочной машины годовой экономический эффект в объеме 455,4 тыс. руб.
