Улучшение эксплуатационных показателей почвообрабатывающих агрегатов путем разработки динамичных рабочих органов

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирова-
ны цель, задачи исследований и основные научные положения, выносимые на защиту по специальности 05.20.01 – Технологии и средства механизации сель- ского хозяйства.
В первой главе приведен анализ условий функционирования почвообраба- тывающих агрегатов, обзор почвообрабатывающих рабочих органов и машин, исследований по обоснованию показателей оценки их эффективности и каче- ства работы. На основе аналитического обзора сформулированы цель и задачи исследований.
В соответствии с целью исследований были предусмотрены решение сле- дующих задач:
1). Провести аналитический обзор почвообрабатывающих рабочих органов и машин, применяемых в различных условиях земледелия.
2). Разработать новое техническое решение, обеспечивающее уменьшения дисперсии тягового сопротивления почвообрабатывающих агрегатов.
3). Обосновать конструктивные параметры динамичного почвообрабаты- вающего рабочего органа.
4). Разработать математические модели для определения показателей оцен- ки эффективности почвообрабатывающих агрегатов с динамичными рабочими органами.
5). Определить вероятностно-статистические характеристики и закономерности изменения тягового сопротивления динамичных и типовых почвообрабатывающих рабочих органов.
6). Определить вероятностно-статистические характеристики и закономерности изменения тягового сопротивления почвообрабатывающего агрегата с динамичными и типовыми рабочими органами.
7). Дать сравнительную оценку эксплуатационных качеств почвообрабатывающего агрегата с динамичными и типовыми рабочими органами.
8). Дать технико-экономическую оценку эффективности результатов исследований.
Во второй главе изложены теоретические основы повышения эксплуатационных качеств почвообрабатывающих агрегатов путем уменьшения дисперсии тягового сопротивления. Приведены методики выбора критериев оценки эффективности почвообрабатывающих агрегатов, обоснова- ние конструктивных параметров динамичного почвообрабатывающего рабочего органа, математические модели для определения показателей оценки эффективности почвообрабатывающих агрегатов с динамичными (адаптивными) рабочими органами, связи параметров колебаний динамичного почвообрабатывающего рабочего органа с его тяговым сопротивлением и скоростью его перемещения.
Колебание нагрузки представляет собой процесс, приблизительно повто- ряющийся через определенные промежутки времени. Изменения тягового со- противления МТА исследователи классифицируют как макро-, мезо- и микро- колебания. Область макроколебаний нагрузки находится в пределах от 0 до 0,2 Гц, мезоколебаний – от 0,2 до 3,0 Гц и микроколебаний – свыше 3 – 5 Гц. На энергетические и технико-экономические показатели агрегатов существенное влияние оказывают макроколебания. Другими словами, макроколебания ухудшают эксплуатационные показатели агрегатов. Низкочастотные колеба- ния – с периодом T > 1…2 с. Высокочастотные колебания – с периодом Т ≤ 1…2с.
Основные факторы, влияющие на колебания нагрузки почвообрабатываю- щих агрегатов:
– на микроколебания (высокочастотные) – рыхление почвы, крошение пла- ста, состояние микропрофиля участка (рисунок 1);
– на мезоколебания – периодическое изменение сопротивления почвы – пятнистостью ее влажности, засоренности и т.д. (рисунок 1);
– на макроколебания – подъемами, преодолением низин и т.д. (рисунок 2).
Микро и мезоколебания нагрузки
Рисунок 1– Схема к определению вида и пара-
метров колебаний тягового сопротивления почвообра- батывающего рабочего ор- гана
Амплитуда колебаний
тывающего рабочего органа представляет собой максимальное его смещения от его среднего значения, то есть положения равновесия, кН.
Период колебаний (рисунок 1) – время одного полного колебания тягово- го сопротивления.
(рисунок 1) тягового сопротивления почвообраба-
Период Т в зависимости от частоты  Р () колебаний нагрузки определя- ется зависимостью:
, сек (1)
Макроколебания (низ- кочастотные) нагрузки.
I – период разгона; II – установившиеся режим;
III – работа на подъеме; IV – преодоление низин.
Рисунок 2 – Схема к определению вида и пара-
метров колебаний тягового сопротивления почвообра- батывающего рабочего органа
На основе исследований работы рабочих органов и машин для обработки почвы нами предложен новый способ улучшения эксплуатационных показате- лей почвообрабатывающих агрегатов на основе разработки и применения ди- намичных рабочих органов, то есть с изменяемой геометрией. При встрече динамичного почвообрабатывающего рабочего органа с твердым слоем почвы происходит автоматическое (мгновенное) уменьшение площади его фронталь- ной проекции в определенных ограниченных пределах, что позволяет ему с
меньшим сопротивлением Р2 (рисунок 3) проходить твердый слой по сравне- нию с сопротивлением Р1 стандартных рабочих органов с постоянной площа-
дью фронтальной проекции. Использование динамичных рабочих органов обеспечивает уменьшение среднего значения тягового сопротивления от поч-
вы Р1 до Р2 , на величину Р  Р1  Р2 , среднего квадратического отклоне-
ния тягового сопротивления от  Р1 до  Р2 . При этом размах колебаний тя-
говогосопротивленияуменьшаетсяот 3Р1 до 3Р2.
Автоматическое кратковременное уменьшение площади фронтальной про-
екции в определенных пределах позволяет снизить коэффициент вариации  Р тягового сопротивления рабочего органа и в целом почвообрабатывающей машины, а также среднеквадратического отклонения  Р .
Рисунок 3 – Схема к определению степени
влияния динамичного почвообрабатывающе- го рабочего органа на среднее значение и коэффициента вариа- ции тягового сопро- тивления
Анализ показывает, что наиболее значимым параметром в структуре экс- плуатационных показателей почвообрабатывающих агрегатов, является тяго- вое сопротивление рабочих органов и машин в целом. От тягового сопротив- ления зависит значения удельного сопротивления, потребной мощности, про- изводительность и удельный расход топлива на единицу выполненной работы, что в конечном итоге определяют эксплуатационные показатели почвообраба- тывающих агрегатов.
Разработаны математические модели для определения показателей оценки эксплуатационных показателей почвообрабатывающих агрегатов с динамич- ными рабочими органами.
Топливную экономичность почвообрабатывающего агрегата с динамичны- ми рабочими органами можно оценить по удельному расходу топлива на еди- ницу потребной мощности:
, кг/кВТ (2)
– потребная мощность почвообрабатывающей машины, кВт; Кд – ко- эффициент террадинамического сопротивления учитывает обтекаемость ра- бочих органов; коэффициент Кд зависит от формы, качества поверхности рабочего органа и твердости (плотности) почвы.
, кг/га (3)
где Gт.р , Gт.х , Gт.о – часовой расход топлива двигателя соответственно при рабочем ходе, на холостых переездах и поворотах и во время остановок агрегата с работающим двигателем, кг/ч; Тр , Тх , То – соответственно чистое
рабочее время, время на холостые переезды и повороты, и время остановок агрегата с работающим двигателем, ч; – удельное сопротивление почвооб- рабатывающей машины, кН/м; τ – коэффициент использования времени сме-
9

ны; Сп = 102 – поправочный коэффициент; Кд  коэффициент террадинамиче-
ского сопротивления, учитывающий обтекаемость рабочих органов; Тп – твердость почвы, кг/см2; Vp– скорость движения почвообрабатывающего агре- гата, м/с; F-общая площадь фронтальной проекции рабочих органов почвооб- рабатывающей машины при заданной глубине обработки почвы, м2.
Применительно к почвообрабатывающим агрегатам с динамичными рабо- чими органами производительность за 1 час сменного времени можно опреде- лить по формуле:
, га/ч (4)
После некоторых преобразований получим: , га/ч
(5) где Ск  коэффициент пропорциональности, зависящий от размерности
параметров , , и F (С  102 ); кр к ппр
– коэффициент терради- намического сопротивления, учитывающий обтекаемость рабочих органов; – удельное сопротивление агрегата, определяемое в зависимо-
сти от конструктивно-технологических параметров динамичных рабочих орга- нов, кН/м.
Адаптивность почвообрабатывающих рабочих органов является важным их свойством, описывающим возможность изменения конструктивных и техноло- гических параметров в заданных пределах. Конструктивные особенности ди- намичных рабочих органов позволяют изменять конструктивные и технологи- ческие параметры автоматически. Автоматическое изменение конструктивных параметров (угол резания, площадь фронтальной проекции, угол крошения) становится возможным благодаря применению упругих элементов связываю- щих отдельные составляющие части динамичных рабочих органов. Пределы изменения конструктивных параметров можно заранее устанавливать при формировании отдельно взятых рабочих органов.
Значение тягового сопротивления почвообрабатывающего агрегата с динамичными рабочими органами можно определить по формуле:
,Н (6) С учетом того, что произведение твердости почвы Тп и квадрат скорости
движения Vр2 представляет собой скорость напора (или динамические давле- ние) выражение (6) можно записать так:
н ,Н (7) Площадь фронтальной проекции рабочих органов почвообрабатывающей
машины при заданной глубине обработки почвы определяется по формуле: 10

., м2 (8)
С учётом того, что , получим:
., м2 (9)
Анализ выражений (7) и (9) показывает, что основной причиной изменения площади фронтальной проекции F рабочих органов почвообрабатывающей
машины служит разница в интенсивности возрастания тягового Ra и скорости
напора . При интенсивном повышении скорости напора происхо- дит некоторое изменение коэффициента террадинамического сопротивления
Кд .
,Н (10) где Vр  скорость движения почвообрабатывающего агрегата, м/с.
пр
Тяговое сопротивление Rа почвообрабатывающей машины с учетом тер-
радинамических свойств динамичных рабочих органов можно определить по формуле:
Теоретически коэффициент террадинамического сопротивления Кд поч- вообрабатывающего рабочего органа можно определить по формуле:
Кро, (11)
д
где С  коэффициент пропорциональности, зависящий от размерности
параметров Rро , Т , Vр и; Rро  тяговое сопротивление одного почвооб- рабатывающего рабочего органа; – площадь фронтальной проекции одного
рабочего органа, м2.
п кр, 12 пр
Среднее значение коэффициента вариации тягового сопротивления Rа почвообрабатывающей машины определяется по формуле:
(13) 11
Коэффициент террадинамического сопротивления Кд почвообрабатыва- ющей машины с динамичными рабочими органами определяется по формуле:
Т Vр2  скорость напора (или динамическое давление) – величина кине-
тической энергии, имеющая размерность давления; Vр  скорость движения
почвообрабатывающего агрегата, м/с; Tп – твердость (плотность) почвы (кг/см2).

Потребная мощность, необходимая для преодоления террадинамического сопротивления динамичного почвообрабатывающего рабочего органа, про- порциональна кубу скорости ее движения и определяется по формуле:
, кВт (14) где С 102  поправочный коэффициент; К  коэффициент террадина-
кд
мического сопротивления рабочего органа; Т  твердость почвы, кг/см2; Vpo 
скорость движения динамичного рабочего органа, м/с; – площадь фрон- тальной проекции рабочего органа, м2.
В третьей главе изложена программа и условия экспериментальных ис- следований, представлены методики их проведения и обработки опытных дан- ных, применяемые приборы, измерительные устройства и оборудования.
Целью экспериментальных исследований была получение опытных дан- ных, определение вероятностных оценок тягового сопротивления динамичных и типовых (нединамичных) почвообрабатывающих рабочих органов, законо- мерности их изменения в зависимости от глубины обработки почвы и скорости движения. На полях на экспериментальной базе «Красная Славянка» ИАЭП – филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ была проведена сравнительная энергетическая оценка динамичных и типовых (нединамичных) почвообрабатывающих рабо- чих органов (рисунок 4).
Рисунок 4 – Установка глубины обработки почвы
Экспериментальные исследования проводились согласно разработанной и утвержденной программы и методики. В результате сравнительной энергетической энергооценки рабочих органов получены первичные экспериментальные данные с применением измерительно-информационной системы ИП-264.
Навесная установка (рисунок 5) состоит из рамы, опорных колес с меха- низмом регулирования установочной глубины обработки почвы, двух тензо- метрических тележек, на которые закрепляются сравниваемые почвообраба- тывающие рабочие органы.
Рисунок 5 – Экспериментальная установка для исследования рабо-
чего органа
Были исследованы работы динамичных и нединамичных почвообрабаты- вающих рабочих органов на жесткой и упругой стойках и сравнение их тяго- вых сопротивлений и показателей качества работы (рисунок 6).
Была также проведена энергооценка почвообрабатывающего агрегата МТЗ- 82+УКПА-2,4 ИАЭП-КалмГУ с динамичными рабочими органами (рисунок 7). Экспериментальные исследования проводились на различных скоростных
и нагрузочных режимах работы.
а)
б)
г)
бочие органы на жесткой и упругой стойках
в)
Рисунок 6 – Динамичный (а, б) и типовой (в, г) почвообрабатывающие ра-
Рисунок 7 – Общий вид почвооб- рабатывающего агрегата УКПА-2,4
ИАЭП-КалмГУ с динамичными рабо- чими органами
В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследова- ний. Обоснованы основные конструктивные параметры динамичного рабочего органа. Проведенные экспериментальные исследования показали, что вероят- ностные оценки (среднее значение, дисперсия, среднее квадратическое откло- нение, коэффициент вариации) тягового сопротивления динамичных и типо- вых почвообрабатывающих рабочих органов при одинаковых условиях функ- ционирования существенно отличаются. В качестве примера на рисунке 8 представлены графические зависимости вероятностных оценок тягового со- противления рабочих органов при фиксированном значении скорости их дви- жения.
а)
б)
Рисунок 8 – Гра- фические зависимости вероятностных оценок
тягового сопротивле- ния ̅ при Vp =2,778 м/с от глубины обра-
ботки почвы
а) – среднее значе- ние; б) – дисперсия; в) – среднеквадратиче- ское отклонение; г) – коэффициент вариа- ции;1 – нединамич- ные. 2 – динамичные рабочие органы
г)
При фиксированном значении скорости движения Vp =2,778 м/с использо-
вание динамичных рабочих органов позволяет уменьшить среднее значение тягового сопротивления на 3,5 % (при глубине обработки 5 см), 3,95 % (при глубине обработки 10 см) и 10,15 % (при глубине обработки 15 см). Дисперсия тягового сопротивления D (Ra) при фиксированном значении скорости Vp
в)

=2,778 м/с уменьшается на 27,3 % (при глубине обработки 5 см), 68,8 % (при глубине обработки 10 см), 80,0 % (при глубине обработки 15 см). При глубине обработки почвы 5, 10 и 15 см и скорости Vp =2,778 м/с, коэффициент вариа- ции тягового сопротивления динамичных рабочих органов по сравнению с нединамичными уменьшается соответственно на 11,3 %, 42,0 % и 50,2 %.
Графические зависимости вероятностных оценок тягового сопротивления рабочих органов при фиксированном значении глубины обработки почвы от скорости их движения представлены на рисунке 9.
При фиксированной глубине обработки почвы hсм =10 см, среднее значение тягового сопротивления ̅ динамичных рабочих органов, по сравнению с не- динамичными, уменьшилось на 4,8 % (при скорости 1,111 м/с), 12,5 % (при скорости 1,944 м/с) и 3,95 % (при скорости 2,778 м/с). Наблюдается и умень- шение дисперсии D( тягового сопротивления на 43,6 % (при скорости 1,111 м/с), 50,0 % (при скорости 1,944 м/с) и 68,8 % (при скорости 2,778 м/с), а также
и коэффициента вариации
соответственно на 21,1 %, 20,0 % и 42,0 %. Рисунок 9 –
а)
б)
Графические зави- симости вероят- ностных оценок тягового сопротив- ления ̅ рабочих органов при глу- бине обработки почвы hсм =10 см от скорости движения Vp
а) – среднее значение; б) – дис-
персия; в) – сред- нее квадратиче- ское отклонение; г) – коэффициент вариации;1 – динамичные, 2 – нединамичные ра- бочие органы
г)
в)
Обработка опытных данных и их анализ показал, что при фиксированном значении глубины обработки почвы см, в пределах изменения скоро- сти движения почвообрабатывающего агрегата ̅ м/с, исполь- зование динамичных рабочих органов, по сравнению с типовыми (нединамич- ными), обеспечивает снижение тягового сопротивления и тяговой мощности
на 3-12 %, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности на 4-6 %, погектарного расхода топлива на 3-6 %.
При обработке экспериментальных данных установлена статистическая стандартная ошибка выборочного среднего значения тягового сопротивления агрегата с динамичными и нединамичными рабочими органами, которая варьировалась в пределах 0,013 – 0,021кН.
На основе экспериментальных данных были установлены эмпирические за- висимости, описывающие закономерности изменения вероятностных оценок тягового сопротивления динамичных и типовых почвообрабатывающих рабо- чих органов (таблица 1).
Эмпирические зависимости (таблица 1) справедливы в диапазоне измене- ния скорости движения Vp = 1,111-2,778 м/с в глубине обработки почвы 10 см. Установлены зависимости тяговой мощности, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности и погектарного расхода топлива от скорости дви- жения почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП КалмГУ с динамичными и нединамичными рабочими органами (рис. 10-12).
Таблица 1 – Эмпирические зависимости вероятностных оценок тягового сопротивления почвообрабатывающих рабочих органов от глубины обработки
почвы при фиксированном значении скорости их движения
Пара- метр
, м/с
Вероят- ностная оценка
Тип рабочего органа
Расчетная формула
̅
, кН
Динамичный
Нединамич- ный Динамичный
Нединамич- ный Динамичный
Нединамич- ный Динамичный
Нединамич- ный
-0,0043(̅ -0,0027(̅
-0,00032(̅ -0,00082(̅
0,00034(̅ -0,00248(̅
0,00106(̅ -0,0008(̅
) +0,1731̅см-0,4250 ) +0,1551̅см-0,3610
) +0,0070̅см-0,0190 ) +0,0223̅см-0,0800
) +0,00450̅см+0,0580 ) +0,06560̅см-0,16200
) -0,03810̅см+0,43100 ) +0,0056̅см+0,2930
Тяговое сопро- тивле- ние
2,778
D( кН
,
2
, кН
С использованием экспериментальных данных были установлены эмпири- ческие зависимости тягового сопротивления, тяговой мощности, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности и погектарного расхода топли- ва от скорости движения почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП-КалмГУ с динамичными рабочими органами (таблица 2).
Таблица 2 – Эмпирические зависимости тягового сопротивления, тяговой мощности, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности и погек- тарного расхода топлива от скорости движения почвообрабатывающего агре-
гата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП-КалмГУ с динамичными рабочими органами ( ̅ м/с)
Параметр, показа- тель
̅ ,кН ̅ ,кВт
, г/кВт∙ч , кг/га
Расчетнаяформула
(̅) (̅)
( ̅ ) ( ̅ )
̅ ̅
̅ ̅
Рисунок. 10 – Графиче- ские
зависимости тяговой мощности почвообрабатывающего
агрегата МТЗ-82+УКПА- 2,4
ИАЭП КалмГУ
с динамичными (1) и нединамичными (2)
рабочими органами от скорости его
движения
Рисунок 11 – Графиче- ские зависимости удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности почвооб-
рабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП КалмГУ с динамичными (1) и нединамичными (2) рабо- чими органами от скорости его движения
17

Рисунок 12 – Графические зависимости погектарного рас- хода топлива от скорости дви- жения почвообрабатывающего
агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП КалмГУ с динамичными (1) и нединамичными (2) рабо- чими органами
Ошибка выборочного среднего значения ̅ тягового сопротивления агрегата с динамичными рабочими органами варьировалась в пределах 0,0039 – 0,0065 кН.
Для сравнительной оценки однотипных почвообрабатывающих рабочих органов следует использовать показатель – удельное тяговое сопротивление на единицу активной суммарной фронтальной площади рабочего органа. Удельное тяговое сопротивление на единицу активной фронтальной площади почвообрабатывающего рабочего органа можно определить по
формуле:
, кН/м2 (15)
где тяговое сопротивление почвообрабатывающего рабочего органа, кН;
активная фронтальная площадь почвообрабатывающего рабочего органа, м2.
В качестве примера на рисунке 13 представлена графическая зависимость удельного тягового сопротивления на единицу активной фронтальной площади динамичного и типового почвообрабатывающих рабочих органов на
жесткой стойке от скорости
его перемещения.
Рисунок 13 – Зависимости удельного сопротивления на
единицу активной фронтальной площади динамичного (1) и типо- вого(2) почвообрабатывающих рабочих органов на жесткой стой- ке от скорости его перемеще- ния (глубина обработки почвы 12 см)
1- 18
2-
;
.

Результаты исследований показали, что удельное сопротивление на единицу активной фронтальной площади динамичного рабочего органа на жесткой стойке на 48,2 – 67,3 % меньше по сравнению с типовым рабочим органом.
Были определены показатели качества работы динамичных и типовых поч- вообрабатывающих рабочих органов, которые подробно изложены в диссерта- ции. Например, динамичные рабочие органы обеспечивают повышение степе- ни рыхления почвы на 5-6 % по сравнению с типовыми.
Установлена зависимость тягового сопротивления динамичного почвообрабатывающего рабочего органа от скорости его перемещения и глубины обработки (рис. 14), закономерность которой описывается уравнени- ем регрессии:
.
Рисунок 14 –
Графическая зависимость тягового сопротивления динамичного почвообрабатывающег о рабочего органа от скорости его перемещения и глубины обработки Коэффициент детер-
минации: Коэффициент корре-
ляции: R 85 Стандартная ошибка – 0,120072 кН
В пятой главе приведены результаты технико-экономической оценки ре- зультатов исследований. Ожидаемый годовой энергетический эффект от ис- пользования разработанного универсального комбинированного почвообраба- тывающего агрегата УКПА-2,4 с динамичными рабочими органами можно определить по формуле:

ЭГ (ЭнЭi)tГWч, МДж (16)
где Эн – базовое значение энергоемкости технологической операции (МТЗ-82+УКПА-2,4 с типовыми (нединамичными рабочими органами), МДж
/га; Эi – значение энергоемкости технологической операции (МТЗ-82+УКПА- 2,4 с динамичными рабочими органами, МДж/га; tГ =120 ч – зональная годо-
вая загрузка МТА, ч; W ч – производительность почвообрабатывающего агрега- та, га/ч.
Результаты расчетов энергетической эффективности МТА приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Показатели энергетической эффективности почвообрабатыва- ющего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 с динамичными рабочими органами
Режим работы
, ч
Производи- тельность за
1ч сменного
времени, га
Энергоем- кость
процесса с МТА
МТЗ- 82+УКПА-2,4
с дина- мичными рабочими
органами,
, МДж/га
Энергоем- кость про- цесса с МТА МТЗ- 82+УКПА- 2,4 с
типо- выми ра-
бочими органами,
, МДж/га
Ожидаемый годовой энергети- чес-
кий эф- фект, МДж
0 см;
2,80 м/с
120
2,06
545,630
560,390
3648,67
см; 2,80
м/с
120
2,06
560,91
595,630
8582,78
Данные, приведенные в таблице 3 подтверждают превосходство основных технико-экономических показателей почвообрабатывающего агрегата УКПА- 2,4 с динамичными рабочими органами по сравнению с нединамичными.
Например, при заданных скоростных и нагрузочных режимах работы МТА МТЗ-82+УКПА-2,4 с динамичными рабочими органами размер годового энер- гетического эффекта составляет 3648,67 – 8582,78 МДж на 1 агрегат.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1) На основе изучения литературных источников был составлен аналитический обзор почвообрабатывающих рабочих органов и машин, а также условия их функционирования в Северо-Западной зоне Российской Федерации. Из проведенного анализа почвообрабатывающих рабочих органов и машин следует, что при поверхностной обработке почвы в основном используются дисковые, стрельчатые, зубовые и другие виды рабочих органов, которые вполне обеспечивают качественную обработку почвы. Но при этом конструкция рабочих органов и машин не обеспечивают существенное снижение тягового сопротивления. Северо-Западной зоне РФ характерны каменистые почвы и повышенная влажность, что необходимо учитывать при разработке новых рабочих органов и машин.
2). Подробный анализ конструкции рабочих органов почвообрабатываю- щих машин показал, что необходимо разработать такие рабочие органы, кото- рые обеспечили бы снижение среднего значения и дисперсии тягового сопро- тивления и тем самым привели бы к улучшению эксплуатационных показате- лей почвообрабатывающих агрегатов. Нами была сформулирована научная гипотеза о возможности повышения эксплуатационных качеств почвообраба- тывающих агрегатов при улучшении их эксплуатационных свойств. На основе теоретических исследований, в том числе и патентных, нами разработаны и предложены новые технические решения, обеспечивающие снижение диспер- сии и среднего значения тягового сопротивления почвообрабатывающих рабо- чих органов и машин. Получены два Патента РФ на полезную модель No 169104 «Рабочий орган для рыхления почвы» и No 182130 «Рабочий орган для рыхления почвы» и один Патент РФ на изобретение No 2702551 «Рабочий ор- ган для рыхления почвы», которые обеспечивают уменьшение дисперсии тя- гового сопротивления почвообрабатывающих агрегатов. Особенности кон- струкции новых рабочих органов подробно даны в 4-й главе диссертации.
3). Обоснованы основные конструктивные параметры новых почвообраба- тывающих рабочих органов, наделенные свойствами динамичности, обеспечи- вающие высокую эффективность по сравнению с типовыми (нединамичными) рабочими органами, которые применяются на практике. Рациональные кон- структивные параметры динамичного почвообрабатывающего рабочего орга- на: Высота стойки: максимальная – 800 мм., – минимальная – 487,5 мм. Угол крошения долота – 200. Межследия рабочих органов – 240 мм. Ширина захвата рабочего органа: – максимальная – 330 мм., – минимальная – 260мм. Длина долота -150 мм, ширина долота – 60 мм. Максимальная длина рабочего органа – 720мм. Площадь фронтальной проекции рабочего органа: на глубине 10 см
см2 или 0,018225 м2; на глубине 12 см площадь см2 или 0,019305 м2. см2 или 0,023675 м2. Масса рабочего органа – 12,85 кг. Обоснованные конструктивные параметры позволили создать эксперимен- тальные образцы новых динамичных почвообрабатывающих рабочих органов, обеспечивающих качественную обработку почву на глубину до 15 см при по- верхностной обработке почвы.
4). Разработаны математические модели для анализа и оценки показателей эксплуатационных качеств почвообрабатывающих рабочих органов и машин со свойствами динамичности. Изложена методика оценки эффективности МТА, позволяющая с высокой вероятностью прогнозировать величину годового экономического эффекта функционирования почвообрабатывающих агрегатов.
5). На основе проведенных экспериментальных исследований, анализа и обобщения опытных данных были установлены вероятностно-статистические характеристики тягового сопротивления динамичных и нединамичных (типовых) почвообрабатывающих рабочих органов и закономерности их изменения в зависимости от скорости движения и глубины обработки почвы.
Установленные эмпирические зависимости позволяют прогнозировать значения вероятностных оценок тягового сопротивления рабочих органов в диапазоне изменения глубины обработки почвы от 5 до 15 см и скорости их перемещения в пределах
1,111 – 2,778 м/с.
6). На основе проведения энергетической оценки были получены
экспериментальные данные, которые позволили установить вероятностно- статистические характеристики тягового сопротивления и эксплуатационных показателей почвообрабатывающего агрегата УКПА-2,4 с динамичными и типовыми рабочими органами закономерности их изменения в зависимости от скорости движения и глубины обработки почвы. Установленные уравнения регрессии, описывающие закономерности вероятностных оценок тягового сопротивления почвообрабатывающего агрегата справедливы в диапазоне изменения глубины обработки почвы 5 – 15 см скорости его движения 1,111- 2,778 м/с.
7). Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что динамичные почвообрабатывающие рабочие органы обеспечивают существенное уменьшение дисперсии (на 60 – 70 %) и среднего значения (на 10-12 %) тягового сопротивления по сравнению с типовыми рабочими органами, тем самым способствуют улучшению эксплуатационных показателей почвообрабатывающих агрегатов и повышают качество обработки почвы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований подтвердили научную гипотезу.
8). Результаты технико-экономической оценки показали, что динамичные почвообрабатывающие рабочие органы не только обеспечивают улучшение эксплуатационных показателей почвообрабатывающих агрегатов и повышают качество обработки почвы, но и обеспечивают рост годового экономического эффекта за счет снижения энергоемкости обработки почвы. При прочих равных условиях, годовой экономический эффект почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 с динамичными рабочими органами только с учетом улучшения топливной экономичности, по сравнению с аналогом, может составить 8040 рублей. Если произвести комплексный расчет эффективности почвообрабатывающего агрегата с учётом улучшения топливной экономичности, адаптивности, качества работы и повышение производительности, то размер годового энергетического или экономического эффекта будет больше.
Рекомендации производству: Разработанные математические модели для определения эксплуатационных показателей почвообрабатывающих машин с инновационными динамичными рабочими органами, методику расчета их кон- структивных параметров рекомендуются КБ заводов-изготовителей, проект- ных фирм, работающие в области разработки сельскохозяйственной техники, а также научно-исследовательским институтам и высшим техническим сельско-
хозяйственным учебным заведениям при подготовке аспирантов и студентов по специальности 110301 – Механизация сельского хозяйства.
Перспективы дальнейшей разработки темы: Необходимо разработать пакет компьютерных программ для автоматизации процесса проектирования инновационных динамичных почвообрабатывающих рабочих органов и машин, обеспечивающих энергоэффективность технологии обработки почвы. Разработать методы совершенствования разработанных динамичных почвообрабатывающих рабочих органов для дальнейшего повышения эффективности и качества их функционирования.