Введение к работе
Актуальность проблемы. Возможности по дальнейшему росту эффективности производства сельскохозяйственной продукции за счет увеличения числа работников и соответствующего расширения машино - тракторного парка хозяйств на сегодняшний день практически исчерпаны. Поэтому на первый план выдвигается народнохозяйственная проблема изыскания дальнейших путей интенсификации производства.
Существенную часть сельскохозяйственных работ занимают технологические процессы почвообработки и посева. Важнейшей основой повышения производительности и качества работы почвообрабатывающей и посевной техники является глубокое изучение механико - технологических особенностей взаимодействия их рабочих органов с почвой и оптимизация их параметров. Такая задача имеет повышенную сложность, так как при ее решении необходимо учитывать большое количество факторов, непосредственно влияющих на выполнение технологических процессов. Кроме того, следует учесть, что в сельском хозяйстве нашли широкое распространение типы рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин, которые резко отличаются между собой как по механическому принципу воздействия на почву, так и по выполняемому технологическому процессу.
В связи с этим разработка математических моделей для расчета силовых и технологических характеристик процесса взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин в зависимости от геометрических параметров, режимов и условий работы на стадии проектирования и создание на их базе расчетных, оптимизационных и проектировочных моделей, рабочих алгоритмов и программного обеспечения является актуалькой и ватагой научно - технической проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение.
Цель работы. Создание научных основ теории, расчета и проектирования рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин, разработка их оптимальных параметрических рядов и внедрение з производство нового поколения рабочие органов почвообрабатывающих и посевных иашш. позволяющих снизить энергозатраты и повысить качество выполнения технологических процессов.
Объекты исследований. Основными объектами исследований!
являлись: физике - механические свойства почв, процессы де-1
Формации почва при ее механической обработке, силовые и тех
нологические характеристики взаимодействия рабочих органов
почвообрабатывающих и посевных машин с почвой, принципиальные
схемы, конструкции, геометрические параметра, условия и режи
мы работы рабочих органов почвообрабатывающих и посевных ма-;
шин. |
Методы исследов.-дий. Теоретические исследования базиру-; втея на методах классической и статистической механики, математического и физического моделирования, методе конечных элементов, теории вероятностей, численных методах исследования многомерных функций Нелдера - Мида, Хука - Дживса, Ньютона -' Рафсона, Давидона - Пауэлла - Слетчера.
Для обработки экспериментальных данных испа ковалась специально разработанное программное обеспечение для автома-; тизированного форшїрования математических моделей на базе массивов чисел.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана анизотропная модель почвы в виде совокупности шарообразных элементов, связи между которыми выражают! упруго - вязко - пластические свойства почвы; і
разработана адаптированная к задачам земледельческой; механики реализация метода конечных элементов для исследова-| кия в диалоговом режиме на ЭВМ деформации почвы, полЯисил и; перемещений внутри ее массива, позволяющая визуализировать; процесс деформации почвы и исследовать явления, которые про-' исходят внутри массива (возникновение и развитие трещин, об-1 раяование уплотненных ядер, застойных вон и пр.) при ее взаимодействии с поверхностью рабочих органов:
разработана реологическая модель для описания прочностных характеристик связей мевду струтурными отдольностями: почвы;
дано дальнейшее раэв"тие условия прочности Кулона -Мора вводом учета твердости составляющих структурных отд ль-ностей почвы; .
обработкой многочисленных оп гных даиаых установлены параї гры пегрессионг'х вависи-остей для определения физиі-j -механических cbohc.j почвы;
предложено универсальное решение различных интерпретаций вадачи Буссинеска для почвы;
установлены закономерности деформации почвы при взаимодействии с поверхностями рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин;
установлены зависимости силовых и агротехнологических характеристик рабочих органов от их геометрических параметров, физика - механических свойств почвы и режимов работы;
разработан метод многокритериальной оптимизации параметров поверхностей рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин;
разработана математическая модель для расчета и автоматизированного проектирования рабочих органов в соответствии с технологическим назначением.
Новизна технических решений подтверждается 10 авторскими свидетельствами на изобретения, созданными с участием автора.
Практическая ценность работы заключается в создании пакета прикладных программ для расчета силовых и агротехнологических характеристик процесса взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих и посевных малин с почвой на стадии проектирования, для автоматизированного проектирования рабочих органов для выполнения коніфетішх технологических операций по почвообработке и посеву, а также для разработки их оптимальных параметрических рядов.
Результаты внедрения и экономический эффект. Результаты диссертационной работы реализованы в НПО по посевной и почвообрабатывающей технике "ЛАН", в ПО "ЦелиноградсельмалГ и в НПО ВИСХСм" в следующих разработках:
рабочие органы зерновых сеялок для прямого посева СЗПП-4; И СЗПП-8;
дисковые рабочие органы для чизельних рыхлителей РЧЯ-б-БО; .
рабочие органы для предварительного нарезания борозды фронтальных плугов ПФ-2;
дисковые рабочие органы плугов общего назначения ПТТ-4-40;
рабочие органы коыбинированных дисковых борон БДК-Б;
рабочие органы секционных выравнивающих приспособлений
ПВС-1.
В указанных машинах внедрены технические решения, защипанные 8 авторскими свидетельствами с участием автора. Фактический -чономический эффект от применения результатов исследований на выпущенных машинах составляет 35000 в год. а ожидаемый - 0,84 млн. руб. на первый год выпуска машин.
Кроме того, разработанное программное обеспечение для автоматизированного формирования математических моделей на базе массивов экспериментальных данных, для расчета силовых и технологических характеристик процесса взаимодействия рабочих органов с почвой, для расчета, оптимизации параметров и автоматизированного проектирования рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин принято отраслевым фондом алгоритмов и программ, а также рядом учебных институтов для использования в учебном процессе.
Апробация работы. Основные полсдания и выводы' работы обсуждены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции (Москва, 1088 г.). на Всесоюзной научно - практической конференции (г.Новосибирск, 1S89 г.), на международном симпозиуме "Сельхозтехника - 90", ка республиканской научно -. технической конференции (г.Кировоград, 1991 г.). секции НТО НПО ВИСКШ (1985 - 1992 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 29 печатных работ» в том числе 1 монография н 10 авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, обода выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 463 стр., ь том числе 358 стр. основного текста, Еютачавцого 105 риз.. 2 табл., список использованной литературы (276 наименований источников, из которчх 42 на инострашаш язиках) н 103 стр. приложений.
