Обоснование параметров и разработка тягово-приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Петров Михаил Александрович
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ВЕСЕННЕГО ВЛАГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПОЧВЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Влияние весенней поверхностной обработки почвы на влагосбережение
1.2 Анализ существующих способов весеннего влагосбережения
1.3 Обзор существующих средств механизации для весенней
поверхностной обработки почвы с ротационными и приводными рабочими органами
1.4 Краткий обзор результатов исследований по обоснованию рабочих органов для весенней поверхностной обработки почвы
1.5 Цель и задачи исследований
2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВЕСЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ТЯГОВО-ПРИВОДНЫМ ОРУДИЕМ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДИСКОВО-ИГОЛЬЧАТЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
2.1 Обоснование технологического процесса весенней поверхностной обработки почвы
2.2 Теоретическое обоснование снижения уплотнения почвы при обработке почвы тягово-приводным почвообрабатывающим агрегатом42 2.3 Теоретическое обоснование коэффициента полезного действия тягово–приводного машинотракторного агрегата
2.4 Обоснование конструктивных параметров игольчатого диска
2.4.1 Обоснование количества игл на диске
2.4.2 Обоснование формы игл
2.5 Выводы по разделу
2
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Программа экспериментальных исследований
3.2 Методика лабораторных исследований по определению
уплотняемости среднесуглинистого чернозема в весенний период в диапазоне физической спелости
3.3 Методика лабораторно-полевых исследований по изучению физико-механических свойств почвы и качественных показателей работы при обосновании рациональных конструктивных и технологических параметров рабочих органов экспериментального тягово-приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
3.3.1 Методика определения влажности почвы
3.3.2 Методика исследования плотности почвы
3.3.3 Методика исследования твердости почвы
3.3.4 Методика исследования качественных показателей работы
исследуемых комбинированных ДИРО
3.4 Разработка конструктивно-технологической схемы тягово- приводного орудия для поверхностной весенней обработки почвы
3.5 Методика лабораторно-полевых исследований по обоснованию рациональных конструктивных и технологических параметров рабочих органов экспериментального комбинированного тягово-приводного орудия для весенней поверхностной обработки почвы с новыми дисково- игольчатыми рабочими органами
3.5.1 Разработка экспериментального тягово-приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
3.5.2 Методика проведения многофакторного эксперимента по обоснованию конструктивных и режимных параметров комбинированных дисково-игольчатых рабочих органов
экспериментального тягово-приводного орудия
3

3.5.3 Методика энергооценки экспериментального тягово- приводного орудия с комбинированными диково-игольчатыми рабочими органами
3.6 Методика полевых исследований экспериментального тягово- приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами в производственных условиях
3.6.1 Технологический процесс работы экспериментального тягово- приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
4.1 Результаты расчетов формул теоретических обоснований конструктивно-технологических параметров МТА с ТПО
4.2 Результаты лабораторных исследований уплотняемости среднесуглинистого чернозема при различной влажности
4.3 Результаты лабораторно-полевых исследований
4.3.1 Результаты лабораторно-полевых исследований по определению тягово-сцепных свойств ведущих колес трактора со среднесуглинистым черноземом при различной влажности
4.3.2 Результаты лабораторно-полевых исследований по обоснованию рациональных конструктивных и режимных параметров рабочих органов экспериментального тягово-приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
4.3.3 Результаты лабораторно-полевых исследований по определению энергетических показателей и расхода топлива при использовании экспериментальноготягово-приводногоорудияТПО-3с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
4.3.4 Результаты лабораторно-полевых исследований по изучению физико-механических свойств почвы в весенний период при
4

применении экспериментального тягово-приводного орудия с
комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
4.4 Результаты полевых исследований экспериментального тягово- приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами в производственных условиях
Выводы по разделу
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЯГОВО- ПРИВОДНОГО ОРУДИЯ
5.1 Определение абсолютных экономических показателей
5.2 Определение показателей сравнительной экономической
эффективности
Выводы по разделу
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Дано обоснование актуальности темы, изложены основные
научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
В первом разделе «Состояние вопроса весеннего влагосбережения почвы. Цель и задачи исследований» проведен анализ исследований по влиянию весенней поверхностной обработки почвы на влагосбережение, а также анализ существующих способов весеннего влагосбережения. Выпол- нен обзор существующих средств механизации для весенней поверхностной обработки почвы с ротационными и приводными рабочими органами и об- зор результатов теоретических исследований по обоснованию рабочих орга- нов для весенней поверхностной обработки почвы. Выявлено, что для весен- ней поверхностной обработки почвы наиболее эффективны навесные при- водные орудия с секционным комплектованием ДИРО, оснащенных иглами определенной кривизны и создающих в почве различные виды деформации. Режим работы ротационных рабочих органов необходимо выбирать исходя из минимизации энергозатрат при агротехнически необходимом уровне ка- чества крошения. Оптимальный режим работы тягово-приводных рабочих органов позволяет сохранить эффект снижения тягового сопротивления при- водных почвообрабатывающих орудий и обеспечить низкие энергозатраты разделки пласта на уровне орудий с пассивными рабочими органами.
Научно-экспериментальной основой для разработки новой конструкции ТПО с комбинированными ДИРО являются результаты теоретических и экс- периментальных исследований Бойкова В.М., Казакова Г.И., Канарева Ф.М., Козырева Б.М., Константинова М.М., Милюткина В.А., Савельева Ю.А., Старцева С.В., Чаткина М.Н. и многих других ученых.
Обеспечение возможности проведения весенней поверхностной обра- ботки почвы за счет применения почвообрабатывающих орудий, оснащен-
ных приводными рабочими органами недостаточно изучен, поэтому необхо- димо проведение дальнейших исследований.
В результате проведенного анализа, в соответствии с целью работы, были сформулированы следующие задачи исследований:
1. Выполнить анализ и обосновать конструктивно-технологическую схему тягово-приводного орудия с комбинированными дисково- игольчатыми рабочими органами для весенней поверхностной обработки почвы.
2. Выполнить теоретические обоснования технологических параметров работы МТА тягово-приводного орудия и конструктивных параметров дис- ково-игольчатых рабочих органов.
3. Изучить изменение энергоэффективности тягово-приводного орудия в зависимости от кинематических параметров работы переднего и заднего рядов батарей и углового интервала расстановки рыхлительных элементов на иглах дисково-игольчатых рабочих органов.
4. Провести сравнительные полевые испытания разработанного ТПО с серийной машиной и определить динамику изменения влажности почвы и влагозапаса.
5. Дать экономическую оценку эффективности использования разрабо- танного ТПО при возделывании яровых зерновых культур.
Во втором разделе «Теоретическое обоснование технологического процесса весенней поверхностной обработки почвы ТПО с комбиниро- ванными ДИРО» для проведения весенней поверхностной обработки почвы предложено использовать МТА с ТПО новой конструкции (патент РФ на изобретение No2538810).
На основании исследований Конарева Ф.М. и Чаткина М.Н. в случае применения почвообрабатывающих машин с приводными рабочими органа- ми (рисунок 1), сопротивление их перемещению в почве определяется сле- дующей зависимостью:
nn, (1) RТПсхм = ∑Fp j − ∑Fкp j
j=1 j=1
где R – сопротивление движению ТПО, Н; F – тяговое сопротивле-
ТПсхм p j
ние j-ой батареи ДИРО, Н; F – касательная сила на j-ой батареи привод- кp j
ных ДИРО, Н.
С учетом исследований Гуськова А.В. по взаимодействию колеса с
почвой определен оптимальный сцепной вес трактора для работы с ТПО:
G/ = Mдв
сц
 i niпр 
⋅(1−k )⋅ тр ⋅η −k ⋅∑ j ⋅η ⋅η , (2)
пр трпр пртлк  rк j=1 rб j 
φсц + fк
где Mдв – крутящий момент коленчатого вала ДВС трактора, Н·м;φсц – ко-
эффициент сцепления колес трактора с почвой; fк – коэффициент сопротив- 6

ления перекатыванию колес трактора по почве; iтр – передаточное отноше- ние трансмиссии трактора от ДВС к колесу; rк – радиус качения колеса, м; ηтр – КПД трансмиссии трактора от ДВС к колесу; iпр j – передаточное от-
ношение трансмиссии от ДВС к j-ой батареи дисковых рабочих органов; ηпр
– КПД трансмиссии от ДВС к j-ой батареи дисковых рабочих органов; ηтлк – КПД использования касательной силы j-ой батареи дисковых рабочих ор- ганов на создание толкающего усилия; kпр – коэффициент, равный доле
мощности двигателя, используемой на привод рабочих органов:
k =Mвом⋅iвом
(3)
пр
где Mвом – крутящий момент на ВОМ трактора, Н·м;iвом – передаточное
отношение трансмиссии трактора от ДВС к ВОМ;
Mдв
Рисунок 1 – Схема сил, действующих на МТА с ТПО
Соотнеся между собой оптимальный сцепной вес трактора G/ при ра- сц
боте с ТПО и оптимальный сцепной вес трактора Gсц при работе в тяговом
режиме, теоретически определена кратность снижения уплотняющего уси- лия трактора на почву, за счет применения приводных рабочих органов:
Энергоэффективность работы МТА с ТПО можно оценить по КПД пе- редачи механической энергии от двигателя трактора к рабочим органам ору- дия по зависимости (5):
ηМТА =ηТР ⋅ηТПО , (5) 7
/ni
к
Gсц=r ⋅(1−k)⋅iтр⋅η−k⋅∑прj⋅η⋅η. (4)
пр тлк сцтртрк r
G i ⋅η  пр r тр пр j=1
бj

где η МТА – коэффициент полезного действия МТА с ТПО; η ТР – коэффици-
ент полезного действия трактора (КПД трактора); ηТПО – коэффициент по-
лезного действия ТПО (КПД орудия).
На основании исследований Гуськова А.В. по определению КПД колес
трактора, КПД трактора в тягово-приводном режиме, можно представить за- висимостью (формула (6)):
F ,(6) ηТР =ηпер ⋅(1−δ)⋅1− кач ⋅(1−kпр)+ηВОМ ⋅kпр
 Fк 
где ηпер – КПД передачи крутящего момента от двигателя трактора на вал
ведущих колес (КПД трансмиссии трактора); ηВОМ – КПД передачи крутя-
щего момента от двигателя трактора на ВОМ; δ – буксование колес тракто-
ра; F – сила сопротивления перекатывания трактора по полю, Н; F – ка- кач к
сательная сила тяги, создаваемая крутящим моментом на колесе трактора, Н. КПД орудия можно рассматривать аналогично КПД колес трактора с тем лишь отличием, что сопротивление дисков перекатыванию является по-
лезной работой:
 М  h μ⋅(G−F), (7) ηСХМ =1− Х ⋅1− р ⋅1− м y 
МrF
 ВОМ д тяг 
где МВОМ – крутящий момент на ВОМ трактора, передаваемый орудию в работе; МХ – крутящий момент на ВОМ трактора, передаваемый орудию в
холостом режиме; hр – глубина рыхления дисково-игольчатым рабочим ор- ганом, м; rд – внешний радиус дисково-игольчатых рабочих органов, м;
F – тяговое усилие, создаваемое трактором, Н; μ – коэффициент сопро- тяг
тивления перекатыванию опорных колес; Gм – сила тяжести ТПО, Н; Fy –
вертикальная составляющая реакции почвы, Н.
ДИРО, внедряясь иглами в почву, создает в ней деформацию сжатия,
по величине равную ширине петли трохоиды, описываемой иглой диска при работе (рисунок 2).
Рисунок 2 – Схема взаимодействия игл диска с почвой
Учитывая исследования Ю.Ф.Новикова, который определил зависимо- сти предельного перемещения клина для формирования скола почвы и, вы- разив через толщину S деформируемого пласта почвы, соотношение для оп- ределения минимально необходимого интервала воздействия зубьев на поч- ву, обеспечивающего устойчивое ее рыхление, получены формулы для опре- деления необходимого числа игл на ДИРО:
= ∙ ∙2∙ пр ∙cos в ∙sin + ∙sin + ,*шт.. 8
+√ ” −1−%”&” ∙’∙sin(
′ = ∙ ∙ 2∙2пр ∙sin + ∙sin + ,*шт.. 9
+√ ” −1−%”&” ∙’∙sin ∙*1−sin + .
где – внешний диаметр игольчатого диска, м; – кинематический пара- метр работы игольчатого диска, равный отношению окружной скорости дис- ка к его поступательной скорости; =3,14 – константа; 4 – толщина дефор- мируемого пласта почвы, м; пр – предельные касательные напряжения в почве, Па; 2пр– предельные нормальные напряжения в почве, Па; – угол крошения почвы клином, град; – угол трения почвы о материал клина, град.; – угол скола почвы, град; q – коэффициент объемного смятия поч- вы, Н/м3.
В результате расчетов по формулам (8) и (9), принимается наибольшее целое значение необходимого количества игл .
Наиболее выгодная кривизна иглы обеспечивает минимальное сопро- тивление заглублению иглы в почву, а равнодействующий вектор сопротив- ления деформации почвы иглой имеет минимальную величину вертикальной составляющей, т.е. все сопротивление почвы направлено на создание тол- кающего усилия. Для этого форма иглы должна обеспечивать заглубление всей ее рабочей части через одну точку встречи иглы с поверхностью поля. Чтобы описать необходимую форму иглы, обозначим тремя точками А, В и С начало рабочего участка иглы, его середину и конец соответственно (рису- нок 3).
Для определения кривизны рабочей части иглы, которая повторяет ду- гу, проведенную через три точки А, В и С, найдем положение центра кривиз- ны E(:;;=;) и после определения координат точек А и Е получим искомый радиус кривизны рабочей части иглы диска:
>?@A = B CDCE FАHFС JCE KАJKL HCD KMJKL &” + − :; − KАJKВ& + FАJFВ − =А&”(10)
” CEHCD CD
где коэффициенты OPи OR определяются по следующим зависимостям:
:В − :А
:A − :@
” ”
OP==В−=А иOR==A−=@.
9

Рисунок 3 – Схемы к определению оптимальной формы иглы
Таким образом, выражение (10) позволяет определить оптимальный радиус кривизны рабочей части иглы, который зависит от диаметра ДИРО и глубины рыхления почвы.
Результаты теоретических исследований позволяют сделать вывод, что повышение КПД тягово-приводного МТА возможно за счет снижения бук- сования колес трактора и потерь на перекатывание агрегата, что достигается передачей части мощности через ВОМ на приводные ДИРО, которые ком- пенсируют тяговое сопротивление орудия и создают выталкивающее усилие, снижая сопротивление на перекатывание. Кроме того, необходимо миними- зировать в допустимых пределах соотношение глубины обработки и радиуса приводного ДИРО, что также влияет на КПД агрегата.
В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» излагается программа, общая и частные методики экспери- ментальных исследований с описанием применяемого оборудования.
Программа экспериментальных исследований включала:
– лабораторные исследования уплотняемости среднесуглинистого чернозема в диапазоне влажностей, близких к физической спелости;
– лабораторно-полевые исследования по обоснованию рациональных конст- руктивных и технологических параметров комбинированных ДИРО экспе- риментального ТПО;
– лабораторно-полевые исследования по определению энергетических пока- зателей и расхода топлива при использовании экспериментального тягово- приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами;
– лабораторно-полевые исследования по изучению физико-механических свойств почвы в весенний период при применении экспериментального ТПО с комбинированными ДИРО;
– полевые исследования экспериментального ТПО с комбинированными ДИРО в производственных условиях.
Для проведения экспериментальных исследований изготовлен экспе- риментальный образец ТПО (рисунок 4).
а)
в)
б)
Рисунок 4 – Орудие для весенней по- верхностной обработки почвы: а – вид слева; б – вид сверху; в – ДИРО перед- него ряда; г – ДИРО заднего ряда; 1 – рама; 2 – навесное устройство; 3,4 – игольчатые диски; 5 – конический ре- дуктор; 6 – входной вал; 7 – карданный вал; 8 – выходной вал; 9,10 – сменные звездочки; 11,12 – цепь; 13,14 – сменные звездочки; 15,17 – иглы; 16,18 – рыхли- тельные элементы
г)
ТПО содержит раму 1, сцепное устройство 2, приводные ротационные рабочие органы – игольчатые диски 3 и 4, расположенные в два ряда. На ра- ме 1 установлен конический редуктор 5, входной вал 6, который соединен с синхронным ВОМ трактора карданным валом 7. На выходном валу 8 редук- тора 7 установлены сменные звездочки 9 и 10, соединенные цепью 11 и 12 со сменными звездочками 13 на переднем и 14 на заднем валах батарей ДИРО. Ряды рабочих органов 3 и 4 расположены перпендикулярно направлению
движения орудия, образуя шахматный порядок. В касательных плоскостях на выпуклой стороне игл 15 рабочих органов переднего ряда закреплены рыхлительные элементы 16 в форме равнобедренного треугольника, а на иг- лах 17 рабочих органов 4 заднего ряда закреплены рыхлительные элементы 18, также в форме равнобедренного треугольника вершиной к носку игл 17. МТА с экспериментальным образцом ТПО имеет следующие конструктив-
но-технологические параметры: радиус качения колеса rк =0,72 м; переда- точное число трансмиссии трактора на 5-ой передаче iтр =15,798; тяговый
КПД трактора ηтр =0,658; передаточное число привода от двигателя на бата- реи переднего ряда iпр1 =5,266 и заднего ряда iпр 2 =5,156; радиус дисков ба-
тарей rб =0,275 м; КПД передачи на батареи ηпр =0,839; КПД использования касательной силы батарей дисковых рабочих органов на создание толкающе- го усилия ηтлк =0,1; КПД трансмиссии трактора ηпер =0,877; буксование ко-
лес трактора δ =0,08; сила сопротивления перекатывания трактора по полю F =5258 Н; касательная сила тяги, создаваемая крутящим моментом на ко-
кач
лесе трактора на 5-ой передаче Fк =8119 Н; КПД передачи на ВОМ трактора ηВОМ =0,94; крутящий момент на ВОМ трактора, передаваемый орудию в
холостом режиме МХ =30 Н⋅м; крутящий момент на ВОМ трактора, переда-
ваемый орудию в работе МВОМ=400 Н⋅м; глубина рыхления почвы hр =0,06
м; радиус диска rд=0,275 м; коэффициент сопротивления перекатыванию
опорных колес μ =0,16; сила тяжести тягово-приводного орудия Gм =3434 Н; вертикальная составляющая реакции почвы Fy =1030 Н; тяговое усилие, соз-
даваемое трактором F =6500Н. тяг
При проведении лабораторно-полевых исследований руководствова- лись ГОСТ 26244-84 Обработка почвы предпосевная. Требования к качеству и методы определения: СТО АИСТ 4.2-2010 Испытания сельскохозяйствен- ной техники. Машины и орудия для поверхностной и мелкой обработки поч- вы: ГОСТ Р 52777-2007 Техника сельскохозяйственная. Методы энергетиче- ской оценки. Статистическая обработка полученных результатов проводи- лась на ПЭВМ с помощью стандартных программ Mathcad и Excel. По ре- зультатам расчетов были построены соответствующие графические зависи- мости.
В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследова- ний и их анализ» приведены основные результаты лабораторных, лабора- торно-полевых и полевых экспериментов и дан их анализ.
Расчет, проведенный по формуле (4), представлен в виде графика, где в качестве аргумента выбран показатель – доля передаваемой мощности че- рез ВОМ трактора (рисунок 5).Анализ графической зависимости (рисунок 5) позволяет сделать вывод, что увеличение доли передаваемой мощности че-
рез ВОМ трактора при работе тягово-приводного почвообрабатывающего агрегата позволяет снижать вес трактора. Применение облегченного тракто- ра позволяет снижать вредное уплотняющее воздействие ходовой системы и обеспечивает возможность выхода агрегата в поле в более ранние сроки для проведения весеннего боронования.
Рисунок 5 – Теоретиче- ская зависимость доли потребного тягово- сцепного веса трактора в зависимости от доли передаваемой мощности на рабочие органы через ВОМ
Расчет, произведенный по формуле (5), представлен в виде графика, где в качестве аргумента выбран показатель – доля передаваемой мощности через ВОМ трактора (рисунок 6).
Рисунок 6 – Теоретиче- ская зависимость КПД преобразования механи- ческой энергии двига- теля в работу по рых- лению почвы в зависи- мости от доли переда- ваемой мощности на рабочие органы через ВОМ
Анализ графической зависимости (рисунок 6) позволяет сделать вы- вод, что увеличение доли передаваемой мощности через ВОМ трактора при работе МТА с ТПО позволяет повысить КПД преобразования энергии от двигателя трактора в механическую работу по рыхлению почвы.
В результате определения наиболее выгодной кривизны иглы, обеспе- чивающей минимальное сопротивление ее заглублению в почву, получен график (рисунок 7), где в качестве аргумента выбрана глубина рыхления почвы в диапазоне hр=60…80 мм. Радиус оптимальных значений кривизны иглы находится в диапазоне 370…500 мм.
По экспериментальным исследованиям уплотняемости среднесуглини- стого чернозема в диапазоне влажностей близких к физической спелости, построены графические зависимости изменения плотности почвы от нор- мального сжимающего давления (рисунок 8). Если максимальные допусти- мые сжимающие давления для почвы исследуемых влажностей ограничить плотностью 1,1 г/см3, то для почвы влажностью 25,9%, максимальное сжи-
13

мающее давление составит 137 кПа, для почвы влажностью 27,4% – 112 кПа, для почвы влажностью 29,9% – 85 кПа.
Рисунок 7 – Результаты расчета оптимального радиуса кривизны рабо- чей части иглы дисково- игольчатого рабочего органа в зависимости от глубины рыхления почвы
По экспериментальным данным исследования физико-механических свойств почвы в весенний период построена зависимость величины буксова- ния ведущих колес трактора МТЗ-82.1 от крюковой нагрузки (тягового со- противления) при различной влажности почвы (рисунок 9). Так, при допус- тимом буксовании 14% применение трактора МТЗ-82.1 на почве с влажно- стью поверхностного слоя 30,3% может обеспечить крюковую тягу величи- ной до 5,1 кН, при влажности 26,6% – до7,3 кН, при влажности 24,7% – до 11,1кН.
Рисунок 8 – Зависимость изменения плотности почвы от нормального
сжимающего давления
Рисунок 9 – Зависимость величины буксованияведущих колес трактора
МТЗ-82.1 от крюковой нагруз- ки(тягового сопротивления) при различной влажности почвы
Проведены 2 многофакторных эксперимента по обоснованию рацио- нальных конструктивных и технологических параметров комбинированных ДИРО экспериментального ТПО (рисунки 10 и 11). В первом определялось влияние рабочей скорости движения агрегата и кинематических параметров работы ротационных рабочих органов K1 переднего и K2 заднего рядов на качество крошения почвы и часовой расход топлива. Во втором оценивалось влияние интервала расстановки рыхлительных элементов на дисках Δ1 пер- вого и Δ2 второго рядов на качество поверхностной обработки почвы и за- траты энергии ее выполнения. Критерием оптимизации выбрано удельное энергопотребление Эу [г/(ч•%)], показывающее часовой расход топлива на каждый процент качества крошения почвы.
Эу
К1
К2
∆1
∆2
Рисунок 10 – Поверхность отклика зависимости удельного энергопотреб- ления от кинематических параметров батарей ДИРО
Рисунок 11–Поверхность отклика зависимости удельного энергопотребле- ния от интервалов расстановки рыхлительных элементов
В результате реализации первого многофакторного эксперимента по- лучено уравнение регрессии второго порядка (11), адекватно описывающее зависимость удельного энергопотребления от кинематических параметров ДИРО:
Эу =1790,2−1583,5K −1486,5K −6,47V +810K2 +730K2 +0,46V2 −140K K (11) 12Р12Р12
В результате найдены оптимальные значения факторов при рабочей скорости движения агрегата Vp=9,1 км/ч: кинематический параметр 1-го ря- да игольчатых дисков K1= 1,08; кинематический параметр 2-го ряда игольча- тых дисков K2=1,13. При данных значения факторов удельное энергопотреб- ление Эу не превышает 90 г/(ч•%).
В результате реализации второго многофакторного эксперимента по- лучено уравнение регрессии второго порядка (12), адекватно описывающее зависимость удельного энергопотребления от интервалов расстановки рых- лительных элементов на ДИРО:
Эу =112,1−0,352∆ −0,377∆ −1.075h +0.00239 ∆2 +0.00255 ∆2 +0,2375h2(12) 12Р12Р
В этом случае наилучшая энергоэффективность работы ТПО обеспечива- ется оптимальными значениями таких факторов, как интервал расстановки рых- лительных элементов на ДИРО 1-го ряда Δ1=75°; интервал расстановки рыхли- тельных элементов на ДИРО 2-го ряда Δ2=77° при глубине обработки почвы hp=8 см. При данных значения факторов удельное энергопотребление Эу нахо- дится на уровне 92 г/(ч•%).
По результатам энергооценки (рисунок 12) экспериментального ТПО на весеннем бороновании по задискованному с осени полю при различных скоро- стных режимах работы видно (рисунок 13), что в активном режиме тяговое со- противление орудия на всех рабочих скоростях движения трактора от 7,4 до 12 км/ч было на 5 кН ниже, чем тяговое сопротивление экспериментального орудия в пассивном режиме.
Эу
Рисунок 12 – Проведение энергооценки экспериментального ТПО
Суммарная потребляемая орудием мощность в активном режиме была ниже, чем в пассивном режиме на 15% (рисунок 14). Соотношения распределе- ния потоков мощности в активном режиме были следующие: на скорости 7,4 км/ч 83% мощности направлялось через ВОМ трактора и 17% через тягу; на скорости 9,3 км/ч – 78% и 22% соответственно; на скорости 11 км/ч – 75% и 25% соответственно; на скорости 12,1 км/ч – 73% и 27%, соответственно.
Рисунок 13 – Изменение тягового со- противления экспериментального ТПО в зависимости от рабочей скоро- сти движения при работе без привода рабочих органов и с приводом рабочих органов от ВОМ трактора МТЗ-82.1
Рисунок 14 – Изменение потребляе-
мой мощности экспериментальным ТПО в зависимости от рабочей скоро- сти движения при работе без привода рабочих органов и с приводом рабочих органов от ВОМ трактора МТЗ-82.1
Наиболее полно преимущество по энергоэффективности применения ТПО демонстрируют зависимости часового расхода топлива от рабочей ско- рости движения МТА с экспериментальным ТПО (рисунок 15).
Так, при диапазоне рабочих скоростей от 7,4 до 9,3 км/ч уменьшение часово- го расхода топлива составляет 3,8-4,0%, при диапазоне рабочих скоростей от 9,3 до 11,8 км/ч, уменьшение часового расхода топлива составляет 5,7-7,4%.
Сравнительная оценка влияния весенней обработки почвы предлагае- мым ТПО на сохранение влаги в сравнении с контролем – без обработки почвы, и в сравнении с участком поля, обработанным орудием БИГ-3А, по- казывают преимущество применения поверхностной весенней обработки почвы экспериментальным ТПО (рисунок 16). Влагозапас в почвенном гори- зонте 0…0,30 м к началу посевной на контроле составил 79,4 мм, на участке обработанном БИГ-3А – 81,3 мм, на участке обработанном ТПО – 84,5 мм.
Рисунок 15 – Зависимость часового расхода топлива (кг/ч) от рабочей ско- рости движения (км/ч) МТА с экспери- ментальным ТПО
Рисунок 16 – Диаграмма влагозапаса
пахотного горизонта перед посевом при различных агрофонах: контроль – без весенней обработки, обработка тяговым орудиемБИГ-3А; обработка экспериментальным ТПО
В пятом разделе «Экономическая эффективность применения ТПО» приведены экономические расчеты, подтверждающие эффективность применения экспериментального ТПО для весеннего боронования почвы. При проведении весеннего боронования обеспечивается снижение совокуп- ных затрат денежных средств на 58% в основном за счет получения допол- нительной продукции от повышения количества сохраненной влаги, а также за счет снижения прямых эксплуатационных затрат. Прибавка урожайности яровой пшеницы сорта Кинельская Волна на 6% (1,2 ц/га) получена за счет большего сохранения почвенной влаги. Годовая экономия совокупных за- трат денежных средств в расчете на 100 часов нормативной загрузки МТА или 250 га обработанной площади составила 177 384 руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. На основе проведенного анализа известных орудий и ротационных рабочих органов для поверхностной обработки почвы разработана конструк- тивно-технологическая схема ТПО с комбинированными ДИРО для весен- ней поверхностной обработки почвы. Технические возможности МТА с ТПО предусматривают повышение КПД, снижение тягового сопротивления ТПО и возможность более ранней весенней обработки почвы.
2. Теоретически установлено, что КПД тягово-приводного МТА выше тягового МТА за счет снижения буксования колес трактора и потерь энергии на перекатывание агрегата. Передача половины мощности через ВОМ тракто- ра позволяет в 2 раза увеличить КПД тягово-приводного МТА и снизить до 40% необходимый тягово-сцепной вес трактора. Также теоретически установ- лено, что рациональное количество игл на комбинированном дисково- игольчатом рабочем органе составляет 12-15 шт., а оптимальный радиус кри- визны рабочей части иглы составляет 370-500 мм для глубины рыхления поч- вы 6-8 см.
3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при допус- тимом буксовании 14%, на почве с влажностью поверхностного слоя 30,3%,трактор МТЗ-82.1 может обеспечить крюковую тягу до 5,1 кН. Разра- ботанное тягово-приводное орудие ТПО с приводом рабочих органов от ВОМ трактора создает тяговое сопротивление около 2 кН, что позволяет его использовать на почвах с влажностью до 30% и начинать весеннюю обра- ботку почвы на 3-5 дней раньше наступления ее физической спелости. Наи- лучшая энергоэффективность Эу работы ТПО на уровне 90 г/(ч•%) при ра- бочей скорости движения агрегата Vp=9,1 км/ч обеспечивается кинематиче- ским параметром 1-го ряда ДИРО K1=1,08; кинематическим параметром 2-го ряда ДИРО K2=1,13, интервалом расстановки рыхлительных элементов на ДИРО 1-го ряда Δ1=75°; интервалом расстановки рыхлительных элементов на ДИРО 2-го ряда Δ2=77° при глубине обработки почвы hp=8 см. Оптималь- ные интервалы можно достичь при расстановке рыхлительных элементов на каждой третьей игле ДИРО с 15 иглами.
4. В результате полевых исследований установлено, что весенняя об- работка почвы разработанным тягово-приводным орудием ТПО, проведен- ная на 3 дня раньше, чем серийным орудием БИГ-3А, позволяет сохранить больше продуктивной влаги в почве. Влагозапас в почвенном горизонте 0…0,30 м к началу посевной составил: на контроле – 79,4мм, на участке об- работанном БИГ-3А – 81,3мм, на участке обработанном ТПО-3 – 84,5мм. Влагозапас увеличился на 5,1 мм в сравнении с контролем. Урожайность яровой пшеницы сорта Кинельская Волна на участке, обработанном экспе- риментальным ТПО, составила 21,6 ц/га, на участке, обработанном серий- ным орудие БИГ-3А, составила 20,4 ц/га.
5. Производственный эксперимент показал снижение совокупных за- трат денежных средств на 58 % при проведении весеннего боронования ору- дием ТПО, что обеспечивается в основном за счет получения дополнитель- ной продукции, а также за счет снижения прямых эксплуатационных затрат. Прибавка урожайности яровой пшеницы сорта Кинельская Волна на 6% (1,2 ц/га) получена за счет большего сохранения почвенной влаги. Годовая эко- номия совокупных затрат денежных средств в расчете на 100 часов норма- тивной загрузки или 250 га обработанной площади составила 177 384 руб.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ
Использование предлагаемого МТА с ТПО можно рекомендовать КФХ и ЛПХ при возделывании яровых зерновых культур в условиях рискованно- го засушливого земледелия.
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ
Дальнейшие исследования целесообразно проводить для выявления конструкций и материалов рабочих органов, способных обеспечить надеж- ную работу в условиях высокой влажности почвы.

Актуальность темы. Главной проблемой весеннего полевого периода в условиях Среднего Поволжья является быстрое испарение влаги из почвы. Поэтому, основной задачей весенней поверхностной обработки почвы является создание в почве оптимальных условий для сохранения влаги, накопленной за осенне-зимний период.
Влажная почва в весенний период имеет низкую несущую способность, поэтому для проведения поверхностной обработки почвы в этот период необходим почвообрабатывающий агрегат, имеющий низкое тяговое сопротивление. Использование приводных рабочих органов, осуществляющих технологического процесс обработки почвы за счет энергии вращательного движения, передаваемой посредством кинематических звеньев от двигателя трактора, позволяет снизить тяговое сопротивление почвообрабатывающего агрегата.
В связи с этим, исследования, направленные на повышение весеннего влагосбережения почвы путем применения тягово-приводного орудия (ТПО) с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами (ДИРО), являются актуальными и имеют важное научное и хозяйственное значение.
Данная работа выполнялась по плану НИОКР ФГБОУ ВО Самарская ГСХА согласно научно-исследовательской теме «Разработка технологии и технических средств для разуплотнения почвы после проходов сельскохозяйственных тракторов и машин» (ГР NoАААА-А16-116112350136-8).
Степень разработанности темы. Вопросами исследования обработки почвы, совершенствования конструктивно-технологических параметров почвообрабатывающих орудий и способов обработки почвы, накопления и сбережения почвенной влаги, посвящены труды Бойкова В.М., Казакова Г. И., Канарева Ф.М., Козырева Б.М., Константинова М.М., Милюткина В.А., Савельева Ю.А., Старцева С.В., Чаткина М.Н. и многих других ученых. Вместе с тем, никто не пытался обеспечить возможность проведения весенней поверхностной обработки почвы за счет применения почвообрабатывающих орудий, оснащенных приводными рабочими органами.
Цель исследования. Повышение весеннего влагосбережения почвы применением тягово-приводного орудия с комбинированными дисково- игольчатыми рабочими органами.
Объект исследования. Технологический процесс весенней поверхностной обработки почвы тягово-приводным орудием с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами.
Предмет исследования. Закономерности процесса весенней поверхностной обработки почвы тягово-приводным орудием с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами
Методология и методы исследований. Теоретические исследования ТПО с комбинированными ДИРО выполнялись на базе основных положений, законов и методов классической механики, математики и статистики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с общепринятыми и частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторных экспериментов. Обработка экспериментальных данных и расчеты выполнялись методами математической статистики на ПЭВМ с использованием стандартных программ Mathcad и Excel.
Научная новизна. Научную новизну работы составляют:
– установлены закономерности определения потребного веса трактора и КПД машинно-тракторного агрегата (МТА) при проведении весенней обработки почвы тягово-приводным орудием с комбинированными дисково- игольчатыми рабочими органами;
– установлены закономерности определения конструктивных параметров дисково-игольчатых рабочих органов; – экспериментально определен диапазон тяговых усилий для разных значений влажности почвы, при котором буксование трактора не превышает допустимых значений;
– экспериментально установлены оптимальные значения кинематических параметров работы переднего и заднего рядов батарей и углового интервала расстановки рыхлительных элементов на иглах дисков.
Научная гипотеза. Повышение весеннего влагосбережения почвы возможно за счет проведения весенней поверхностной обработки почвы ТПО с комбинированными ДИРО в более ранние сроки.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Установлены закономерности потребного веса трактора и КПД агрегата в зависимости от доли передаваемой мощности через вал отбора мощности (ВОМ) трактора при проведении весенней поверхностной обработки почвы ТПО; теоретически обоснованы конструктивные параметры ДИРО. Результаты научных исследований послужили основой для разработки ТПО для поверхностной обработки почвы (патент РФ No2538810) с обоснованием его конструктивно-технологических параметров. Использование данного орудия обеспечило снижение совокупных затрат денежных средств на 58%, при проведении весеннего боронования за счет получения дополнительной продукции, а также за счет снижения прямых эксплуатационных затрат. Сохранение большего количества влаги в почве обеспечило прибавку урожайности яровой пшеницы сорта «Кинельская Волна» на 6% (1,2 ц/га) в сравнении с участком, обработанным орудием БИГ-3А на 3
дня позже.
Реализация результатов исследований. ТПО для поверхностной
обработки почвы внедрено в ООО Поволжская МИС Кинельского района Самарской области. Экспериментальный образец орудия в 2016 и 2019 гг. удостоен Золотых медалей «Поволжской агропромышленной выставки», проходивших на базе ФГБУ «Поволжская зональная машиноиспытательная
8

станция» и Серебряной медали Российской агропромышленной выставки «Золотая Осень-2016».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО Самарская ГСХА (2012…2018 гг.), ФГБОУ ВО Самарский ГАУ (2019…2021 гг.), ФГБОУ ВО ПензенскийГАУ (2015, 2017…2019 гг.), ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ (2018, 2020 гг.), ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ (2019 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 печатных работы, из них7в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, две статьи опубликованы в изданиях, индексируемых в международной базе Web of Science, получен один патент на изобретение. Общий объем публикаций составляет 6,56 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на151с., состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы из 139 наименований и 6 приложений на 18 с.,содержит 10 табл. и 56 рис.
Научные положения выносимые на защиту:
– теоретическое обоснование потребного сцепного веса трактора и КПД МТА при проведении весенней поверхностной обработки почвы ТПО с комбинированными ДИРО;
– теоретическое обоснование конструктивных параметров дисково- игольчатых рабочих органов;
– конструктивно-технологическая схема ТПО с комбинированными ДИРО;
– результаты экспериментальных исследований по изучению влияния кинематических параметров работы переднего и заднего рядов батарей и углового интервала расстановки рыхлительных элементов в иглах дисков на энергоэффективность ТПО.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать

    Читать «Обоснование параметров и разработка тягово-приводного орудия с комбинированными дисково-игольчатыми рабочими органами»

    Публикации автора в научных журналах

    Soil tillage energy efficiency increase
    A.M. Petrov, Yu. A. Savelyev, Р.А.Ishkin and M.A. Petrov // BIO Web of Conferences, 17 (2020) 00177 DOI: https://doi.org/1051/bioconf/20201700177Saveliev,Yu.A. Optimization of the kinematic mode of operation of the tractor-driven tillage tool / Yu.A.Saveliev, Yu. A. Kirov, P.A.Ishkin, M.A.Petrov // BIO Web of Conferences: Agriculture and Food Security: Technology, Innova- tion, Markets, Human Resources, Kazan, 28–29 мая 2021 года. – Kazan: EDP Sciences, 2– P. 00– DOI 1051/bioconf/20213700
    Орудие для весенней обработки почвы
    Ю.А. Савельев, А.М. Петров, П.А. Ишкин, М.А. Петров // Сельский механизатор: научно- произв. журнал. – 2– No – С. Петров, М.А. Теоретическое обоснование снижения уплотнения почвы тягово-приводным почвообрабатывающим агрегатом / М.А. Петров, Ю.А. Савельев, П.А. Ишкин // Нива Поволжья. – 2– No2 (47). – С. 134
    Повышение эффективности тягово-приводного почвообрабатывающего агрегата
    М.А. Петров, Ю.А. Савельев,П.А.Ишкин // Вестник Ульяновской ГСХА. – 2– No3 (43). – С.19-Савельев, Ю.А. Обоснование формы игл ротационных рабочих орга- нов тягово-приводного почвообрабатывающего орудия / Ю.А. Савельев, А.М. Петров, П.А. Ишкин, М.А. Петров // Известия Самарской государст- венной сельскохозяйственной академии. – 2– No– С. 20
    Обоснование кинематических параметров тягово-приводного почвообрабатывающего орудия
    Ю.А. Савельев, А.М. Петров, П.А. Ишкин, М.А. Петров [и др.] // Вестник аграрной науки дона. – 2– No1 (49). – С. 47-Савельев, Ю.А. Оптимизация параметров дисково-игольчатых рабочих органов тягово-приводного почвообрабатывающего орудия / Ю.А. Савельев, Ю.А. Киров, П.А. Ишкин, М.А. Петров // Известия Самарской государст- венной сельскохозяйственной академии. – 2– No– С. 30
    Повышение энергоэффективности обработки почвы тягово-приводным почвообрабатывающим орудием
    С.В. Машков, М.А. Пет- ров, В.А. Шахов, П.А. Ишкин // Известия Самарской государственной сель- скохозяйственной академии. – 2– No– С. 37-Патент на изобретение

    Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

    Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее
    Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее
    Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее
    Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ

    Последние выполненные заказы

    Другие учебные работы по предмету