Розробка і обґрунтування параметрів віброударних розпушувачів ґрунту

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

УДК 631.316.22

Розробка і обґрунтування параметрів віброударних розпушувачів ґрунту

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кувшинов Андрій Олексійович

Мелітополь 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Кримському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України.

Провідна установа: Тернопільський державний технічний університет ім. Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України, кафедра технічної механіки та сільскогосподарського машинобудування

Захист відбудеться “4” січня 2002 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К18.819.01 Таврійської державної агротехнічної академії за адресою: 72312, Запорізька обл., м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького, 18, навчальний корпус 1, зал засідань вченої ради академії.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Таврійської державної агротехнічної академії за адресою: 72312, Запорізька обл., м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького, 18

Автореферат розісланий “1” грудня 2001 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Черкун В.Ю.

ґрунт віброударний деформатор

АНОТАЦІЯ

Кувшинов А.О. Розробка і обґрунтування параметрів віброударних розпушувачів ґрунту. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2001.

Дисертаційна робота присвячена питанням розробки і наукового обґрунтування віброударних робочих органів. На основі теоретичних і експериментальних досліджень обґрунтовано параметри і розроблено конструкцію віброударного розпушувача ґрунту, із метою зниження тягового опору і покрашення якісних показників обробітку. Експериментальні робочі органи дозволяють у 1,19 раза поліпшити якість обробітку та зменшити тяговий опір на 18%.

Ключові слова: віброударний механізм, тяговий опір, логарифмічна спіраль, деформаційний показник ґрунту.

THE SUMMARY

Kuvshinov А.А. Development and substantiation of parameters of vibroimpactive weeders of soil. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.05.11 - mechanisation of an agricultural production. - The Tavricheskay state agrotechnical akademy, Militopol, 2001.

Thesis is dedicated to problems of development and scientific substantiation of parameters of vibroimpactive weeders of soil. On the basis of theoretical and experimental researches the parameters are substantiated and the construction of vibroimpactive weeder is designed, with the purpose of draught resistance reduction and improving of natural fertility of soil.

The experimental tools allow to increase in 1,19 times loosening capacity and to reduce draught resistance of the aggregate on 18%.

Key words: vibroimpactive gear, draught resistance, equiangular spiral, deformation index of soil.

АННОТАЦИЯ

Кувшинов А.А. Разработка и обоснование параметров виброударных рыхлителей почвы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Таврическая государственная агротехническая академия, Мелитополь, 2001.

Диссертационная работа посвящена вопросам разработки и научного обоснования параметров виброударных рыхлителей почвы.

Рабочие органы почвообрабатывающих машин, работающие за счет неоднородной структуры, позволяют значительно снизить тяговое сопротивление, улучшить качество обработки и агрегатный состав почвы. Объектом исследований является экспериментальный рабочий орган для глубокого рыхления, а также виброударный механизм, входящий в состав крепления культиваторных лап.

Поставленные задачи в диссертационной работе решались путем теоретических и экспериментальных исследований. На основании физико-механических и деформационных свойств почвы определены основные параметры виброударного механизма. Выведенные теоретические зависимости, определяющие режимы работы экспериментальных органов, подтверждается лабораторными и полевыми испытаниями.

Практическое значение диссертационной работы состоит в том, что разработан виброударный механизм, работающий в условиях деформации и разуплотнения почвы, способный адаптироваться к некоторому структурному изменению. В результате сжатия и растяжения упругих звеньев, входящих в конструкцию, под действием переменного сопротивления происходит виброударное воздействие рыхлящего деформатора на почву, что увеличивает интенсивность ее крошения в 1,19 раза и уменьшает сопротивление агрегата на 18%.

Ключевые слова: виброударный механизм, тяговое сопротивление, логарифмическая спираль, деформационный показатель почвы.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Серед комплексу засобів по інтенсифікації сільськогосподарського виробництва особлива увага приділяється активізації дії робочих органів на ґрунт. Механічний обробіток є найважливішою технологічною ланкою при вирощуванні сільськогосподарських культур і значно впливає на ґрунт.

Спрямованість і інтенсивність зміни фізичних властивостей ґрунтів, як одного з визначальних показників їхньої родючості, багато в чому залежить від типу, форми і конструктивних особливостей робочих органів машин і знарядь. Більшість знарядь, що застосовуються на сьогоднішній день для розпушування ґрунту, не задовольняє агротехнічним і господарсько-економічним вимогам.

При дії на ґрунт пасивні робочі органи забиваються рослинними залишками, швидко зношуються, сильно піддаються налипанню ґрунту. У результаті істотно збільшується тяговий опір і погіршується якість роботи. В останні роки широке поширення одержали вібраційні та віброударні методи інтенсифікації технологічних процесів. Теоретичне обґрунтування параметрів і розробка віброударних розпушувачів робочих органів дозволяє значно знизити енерговитрати і поліпшити якість обробітку ґрунту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Результати досліджень по темі дисертації виконані відповідно до плану науково-дослідних робіт Кримського державного аграрного університету в період із 1996 по 2001 роки (розділ 6.10 “Обґрунтування оптимальних параметрів малоенергоємних робочих органів для обробітку важких ґрунтів”).

Тема дослідження входить у план НДР Кримського державного аграрного університету по проблемі “Науково-обгрунтована система ведення сільського господарства в Криму в період виходу з кризи і переходу до ринку”.

Робота відповідає вимогам паспорта спеціальності 05.05.11. -машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва пункт 1, затвердженого Президією ВАК України від 14.02.2001 року №6-08/2.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є обґрунтування оптимальних параметрів та розробка віброударних розпушувачів ґрунту для суцільного обробітку, глибокого розпушування і щілювання, що дозволяє знизити тяговий опір і поліпшити якісні показники обробітку ґрунту.

Відповідно до поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

Провести дослідження деформаційних характеристик ґрунту стосовно до віброударної дії на нього.

Теоретично обґрунтувати процес взаємодії віброударного деформатора з ґрунтом.

На основі фізико-механічних і деформаційних властивостей ґрунту визначити оптимальні параметри і форми віброударних розпушувачів ґрунту.

Визначити режими роботи й обґрунтувати основні конструктивні параметри віброударних механізмів і розпушувачів ґрунту.

Розробити методику лабораторно-польових досліджень і господарчих випробувань запропонованих робочих органів.

Провести виробничі випробування експериментального ґрунтообробного агрегату і дати техніко-економічну оцінку його використання.

Об'єкт дослідження - технологічний процес обробітку ґрунту.

Предмет дослідження - обгрунтування параметрів вібраційних грунтообробних розпушувальних робочих органів.

Метод дослідження - аналіз процесу обробітку ґрунту базується на теорії механіки суцільних середовищ та методу планування і проведення багатофакторного експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів. Розроблено віброударні розпушувачі для глибокого і поверхневого обробітку грунту. Досліджена математична модель представлення ґрунту у вигляді багатофазного середовища стосовно до віброударної дії. Використовуючи принцип теорії контактної взаємодії, визначена сила удару, переміщення рухливих проміжних елементів, а також тривалість контакту їхнього зіткнення. На основі фізико-механічних і деформаційних властивостей ґрунту обґрунтовані і визначені оптимальні форми і режими роботи віброударних розпушувачів.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено конструкцію віброударних робочих органів для глибокого і поверхневого розпушування ґрунту. Експериментальними дослідженнями встановлено, що застосування віброударних робочих органів дозволяє знизити тяговий опір агрегату на 18%, збільшити кришильну здатність у 1,19 рази і знизити бриластість на 11,1%.

Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дослідження в дисертаційній роботі отримані самостійно. В опублікованих роботах, що відповідають темі дисертації, доля здобувача складає від 70 до 75%. Досліджено амплітудно-частотну характеристику роботи віброударного розпушувача ґрунту. Установлені оптимальні режими роботи розробленої конструкції. Безпосередньо проведено експериментальні дослідження.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на науково-методичних конференціях і семінарах Кримського ДАУ (1996 - 2001 рр.), Міжнародній науковій конференції - “Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва” у 1996 р., ІМЕСГ ІТС УААН. - Глеваха, на 4-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків (Львів, 1999 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 статей у наукових виданнях за фахом.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури і додатків. Загальний обсяг роботи складає 142 сторінки, із них 114 сторінок складає текст роботи і список використовуваної літератури, на 22 сторінках - додатки. Текст містить 10 таблиць і 43 рисунка. Список використаних джерел нараховує 107 найменувань, із них 7 на іноземній мові.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми, мета дослідження, наукова новизна і практична цінність роботи, а також приводяться винесені на захист положення.

У першому розділі “Сучасний стан питання і задачі дослідження” приведений аналіз теорій по обґрунтуванню вібраційних і віброударних конструкцій. Дослідження в цьому напрямку проводилися багатьма вченими. Значний внесок у теорію і практику використання ефекту вібрації у технологічних процесах внесли Артоболевський І. І., Летошнєв М.М., Лучинський М.Д., Желиговський В.О., Василенко П.М., Мацепуро М.Є., Гудков А.М., Кушнарьов А.С., Дубровін В.О. і багато інших. Дослідженням віброударної дії робочих органів на ґрунт присвячені роботи Дубровського О.О., Уфіркіна М.А., Бабицького Л.Ф.

Ґрунтообробні знаряддя, що використовуються для глибокого і поверхневого обробітку ґрунту, витрачають підвищену кількість енергії і не завжди відповідають агротехнічним вимогам. Дослідженнями вітчизняних і закордонних учених відзначено, що застосування робочих органів, які приводяться у коливальний рух за рахунок валу відбору потужності, дозволяє зменшити тяговий опір і підвищити якість обробітку ґрунту.

Установлено, що робота лап звичайних культиваторів супроводжується автоколиваннями, які виникають унаслідок зміни механічних властивостей ґрунту і сколювання його шару. Амплітуда і частота коливань лап залежить від способу їхнього кріплення. Учені, що проводили дослідження в цьому напрямку, прийшли до висновку, що найбільше зменшення тягового зусилля (до 40%) досягається при пружних стояках.

Розпушувачі, які працюють у коливальному режимі, тільки за рахунок перемінного опору ґрунту не можуть у достатньому ступені забезпечити якісний обробіток, виходячи зі складного механічного складу ґрунту. Тому введення додаткової ударної дії дозволяє робочому органові працювати в режимі, що відповідає даному стану ґрунту.

У другому розділі “Теоретичні передумови до обгрунтування процесу дії і параметрів вібраційних розпушувачів ґрунту” проаналізована й обґрунтована форма робочих органів, що вимагала від багатьох учених поглиблених теоретичних досліджень при розкритті сутності технологічного процесу обробітку ґрунту, встановлення, в залежності від фізико-механічних властивостей, характеру взаємодії деформатора з ґрунтом.

Відповідно до теорії деформування суцільних середовищ характер полів напруг і деформацій і, як слідство, енергетику процесу, визначає форма робочого органу і кінематика його руху. Рішення таких питань варто розглядати не методами теоретичної механіки, а за допомогою механіки суцільних середовищ, що дозволяє встановити поля напруг і деформацій у ґрунті перед робочим органом.

При рішенні задачі, ґрунт може бути представлений у вигляді суцільного багатофазного середовища. Оскільки він має три основні фази: тверду, рідку і газоподібну на основі реології її можна розглядати, як сукупність цих властивостей. У роботі обґрунтовано використання реологічної моделі ґрунту Шведова-Кельвіна, що складається з послідовно і паралельно сполучених упруго-вязко-пластичних тіл.

Запропонована модель може в достатній мірі описати поведінку ґрунту при впливі на нього різноманітними деформаторами. Відомо, що ґрунт при навантаженні в першій фазі поводиться, як лінійно-деформоване середовище. Деформаційну криву ґрунту можна розглядати як лінійно-кускову, що складається з трьох відрізків: пряма упругої миттєвої деформації, упруго-вязка деформація до межі міцності та упруго-вязко-пластична деформація.

Розглянуто взаємодію віброударного деформатора круглої форми з ґрунтом на основі використаних теорій, розроблених ученими Герцем, Мусхелішвілі Н.І., Штаєрманом І.Я. та іншими.

У роботі одержано диференційне рівняння деформації грунту робочим органом у кінцевому вигляді:

(1)

де н - деформаційний показник грунту;

Ю - коєфіцієнт в'язкості;

м - коєфіцієнт бічного розширення;

у - напруження;

фs - величина зсуву; G - модуль зсуву.

Розглядаючи систему взаємодії коливального робочого органу з ґрунтом із метою підвищення ефективності цього процесу, слід додати в неї зіткнення ланок між пружними елементами. Виникаючий у цій системі удар дозволить розвинути значні зусилля на початку фази сколювання ґрунту, що приведе до загального зниження опору робочого органу.

Такий віброударний процес дозволяє робочому органові, до деякої міри, реалізувати фази деформації, що чергуються, і руйнування ґрунту.

На основі теорії контактної взаємодії двох тіл, розробленої Герцем, визначимо основні параметри віброударної взаємодії, що дозволяють характеризувати цей процес і ефективність роботи.

Зіткнення ланок у віброударному процесі відбувається з урахуванням подолання сил пружності проміжних пружних елементів (рис. 1).

При цих умовах рівняння Герца для співударних ланок, що дозволяє встановити зв'язок між силою і переміщенням, прийме такий вигляд:

, (2)

де F - сила стиску ланок;

k - постійна в теорії контакту Герца;

с - найбільша піввісь еліпса;

F1 - сила пружності проміжних елементів.

З урахуванням сили сколювання ґрунту, а також сторін площадки контакту c і d визначимо максимальний тиск у місці контакту:

, (3)

де Pск - максимальний тиск;

c і d - найбільша і найменша півосі еліпса.

Вважаючи, що рух здійснюється уздовж лінії, що з'єднує центри мас тіл, і що ці центри досить далеко щодо площадки контакту, тоді значення к для двох ланок буде мати наступний вираз:

. (4)

де R1 і R2 - відповідно, радіуси першого та другого ударних ланок;

з - упруга постійна ланок, що співударяються,

;

E - модуль деформації.

Для випадку зіткнення двох тіл Герцем уведена постійна к, що залежить від властивостей матеріалу взаємодіючих елементів. Ударні процеси, що протікають у механізмі, дозволяють конструкції просуватися в ґрунті, сколюючи її невеликими об'ємами.

Отже, потрібно розглядати систему, де коефіцієнт к залежить також від стану ґрунту, що характеризується в даній роботі деформаційним показником н.

Таким чином, остаточно одержимо:

. (5)

У віброударному механізмі удар відбувається між тілами однакового радіуса. Площадкою контакту при цьому є коло (c = d).

Таким чином маємо:

. (6)

Отримані вирази (5) і (6) підставляємо у формулу (2). Остаточно величину сили удару між пружними ланками з урахуванням сили пружності у віброударному механізмі визначимо по формулі:

 . (7)

Аналізуючи вираз (7) дійдемо висновку, що сила удару, яка виникає у віброударному розпушувачі в десятки разів перевищує зусилля, необхідне для сколювання блоку ґрунту (рис. 2).

Величину найбільшого зближення для двох пружних сферичних ланок радіусами R1 і R2 знайдемо по виразу:

, (8)

де m1 і m2 - відповідно маси першого і другого співударних пружних ланок;

V - початкова відносна швидкість.

Тривалість контакту співударних пружних ланок визначиться з виразу Герца:

. (9)

де t - тривалість контакту.

Підставляючи формулу (8) у вираз (9) після деяких перетворень остаточно одержимо:

 . (10)

Тривалість контакту (10) залежить від деформаційних властивостей ґрунту, форми поверхні співударних ланок і швидкості руху знаряддя.

При постійних m і R на тривалість удару значний вплив здійснює стан ґрунту. Зі збільшенням швидкості і зменшенням деформаційного показника ґрунту тривалість контакту зменшується, а це приводить до того, що ефективність роботи віброударного механізму зростає (рис. 3).

Таким чином, основною характеристикою широкого застосування віброударного механізму є деформаційний показник ґрунту, чисельні значення якого визначають структуру і режим роботи всього механізму з урахуванням інших фізико-механічних властивостей ґрунту. Запропоновано конструкцію розпушувального долота, обриси бічної поверхні різально-крішильної частини якого виконані по відрізку логарифмічної спіралі.

В дисертації приведені аналітичні залежності по визначенню основних параметрів запропонованих віброударних розпушувачів грунту: кількість пружних елементів, їхню деформацію та жорсткість, форму робочої поверхні долота, число робочих витків пружин.

У третьому розділі “Програма і методика лабораторних і польових досліджень” розглянуті деформаційні характеристики, що дозволяють знайти залежність між механічною силою, що діє на ґрунт і деформаціями, які являються результатом дії цих сил.

Виготовлено пристосування, устаткування, експериментальна установка і розроблена методика проведення досліджень по визначенню деформаційного показника ґрунту.

Розроблена методика визначення сили та часу удару проміжних ланок. Для визначення режиму роботи віброударного механізму використовувалися тензодатчик переміщення віброударних ланок і тензодатчик, що фіксує величину сили удару. Час удару рпухливих ланок визначався на основі електричного ланцюга з джерелом живлення (рис.4).

Вищевказані датчики закріплювалися до робочого органу на лабораторну установку, що рухається в ґрунтовому каналі. Досліди проводилися на глибинах 0,07, 0,14 і 0,21 м. За допомогою регулювального пристрою встановлювався зазор між рухливими віброударними ланками в границях 1,5…8 мм.

Для визначення тягового опору роботи віброударного механізму використовувався метод планування двофакторного експерименту. Отримані числові значення інтерпретувалися у вигляді графіків. Кількість дослідів визначалася, виходячи з теоретичних передумов закономірності процесу. Головна увага зверталася на те, щоб усі графіки побудови відповідали фізичному змісту явища.

Якісні та енергетичні показники роботи експериментальних робочих органів в польових умовах визначались по загальноприйнятих методиках. Якість розпушування грунту проводилася відповідно до методики при порівняльному випробуванні плоскорізів-щілинорізів із промисловими та експериментальними робочими органами. Для проведення експериментів були виготовлені зразки віброударних розпушувачів грунту.

У четвертому розділі “Результати лабораторних і польових досліджень” установлено, що удар у віброударному механізмі спостерігався на ділянці, де деформаційний показник складав 100·10-9…300•10-9 м2/Н. Величина сили удару знаходилася в границях 6495…18708 Н, час удару від 7,5•10-3…11,5•10-3 с. Зазор між віброударними ланками складав 4…5 мм При збільшенні зазору до 8 мм удар не спостерігався, а при зменшенні зазору відбувається зіткнення із затриманням віброударних ланок і робота віброударного механізму зводиться до вібраційного робочого органу. Із зменшенням деформаційного показника ґрунту час контакту віброударних ланок зменшується, а сила удару зростає.

На основі теоретичних і лабораторних досліджень були прийняті три типи експериментальних робочих органів для глибокого розпушування (щілювання), що одержали умовне позначення плоске долото (ПД), віброударне долото (ВУД), вібраційне долото (ВД).

У ході проведення лабораторних досліджень були отримані наступні емпіричні залежності ПД, ВД і ВУД відповідно:

Р1 = 427 е4,96h; (11)

Р2 = 348,27е5,12h; (12)

Р3 = 332,63 е4,46h, (13)

де Р - тяговий опір, Н;

h - глибина обробітку, м.

У лабораторних умовах тяговий опір віброударного робочого органу для глибокого розпушування, у порівнянні із серійними щілинорізами, зменшується до 30%. На рис.5 подана залежність тягового опору від глибини обробітку розпушувачами ґрунту.

Паралельно проводилися випробування віброударного механізму, що входить до складу кріплення культиваторної лапи, від тих же факторів.

Математичні моделі серійного робочого органу КВС-10-1 і експериментального з віброударним механізмом ВУМ мають вигляд:

Р4 = 568,8 е6,34h; (14)

Р5 = 383,8 е6,79h, (15)

Установлено, що глибина обробітку має великий вплив. Так, при h = 0,2 м тяговий опір експериментальної підвіски знижується на 20,5% у порівнянні з кріпленням, що випускається промисловістю, а на глибині 0,07 м це значення досягає 28% (рис. 6).

При обробітку віброударним долотом кришильна здатність збільшується на 6,45%, у порівнянні з вібраційним (ВД), і на 9,5% у порівнянні з плоским (ПД). Брилистість зменшується на 8,5% і 11,1% відповідно на глибині 0,25 м і швидкості 11 км/г.

При обробітку ВУД на глибині 0,1м і швидкості 7,3 км/г кришильна здатність збільшується на 12,31% у порівнянні з ВД, і на 15,53% у порівнянні з ПД.

У ході польових випробувань отримані наступні залежності:

Р1=2167,6+350,86V+7169,73h-0,5Vh, (16)

Р2=2559,79+460,91V +8584,93h-0,35Vh; (17)

Р3=2793,32+525,16V +5859,6h-0,47Vh. (18)

де Р1, Р2, Р3 - тяговий опір, відповідно віброударного, плоского і вібраційного долота, Н;

V - швидкість, м/с;

h - глибина обробітку, м.

Залежності тягового опору із застосуванням віброударного механізму, встановленого в кріпленні робочих органів культиватора КВС-10-1, від тих же факторів мають вид:

Р4=722,99+255,25V+16967,4h-1,53Vh; (19)

Р5=1053,49+516,11V+13431,6h-0,74Vh, (20)

де Р4 і Р5 - тяговий опір експериментального і серійного робочих органів, Н.

При швидкості руху агрегату в інтервалі 5,3…7,3 км/г і глибині обробітку 0,18…0,25 м віброударний розпушувач знижує тяговий опір на 17-18%, на відміну від робочих органів, що випускаються промисловістю (рис. 7).

При швидкості руху агрегату 9,4 км/г і глибині 0,12 м робочий орган, обладнаний ВУМ, зменшує тяговий опір, у порівнянні із серійним, на 14%. Проте, при подальшім зменшенні швидкості і глибини, опір зменшується до 20% при h=0,07 м і V=5 км/г. Визначено, що робочі органи для глибокого розпушування та основного обробітку ґрунту, мають найменші енерговитрати на 17-18% при щілюванні, а на культивації - 14-20%, на відміну від робочих органів, що випускаються промисловістю (рис. 8).

Зменшення брилистості ґрунту після проходу експериментальним віброударним розпушувачем відбувається за рахунок більш інтенсивного кришення завдяки багатократній дії деформатора. Зниження тягового опору агрегату здійснюється за рахунок структури ґрунту, що змінюється періодично. Оснащені віброударними механізмами робочі органи працюють у різноманітних режимах, в залежності від агрегатного складу ґрунту (рис.9.

Польові випробування показали, що знаряддя, оснащені експериментальними робочими органами для глибокого розпушування (ВУД) і віброударним механізмом (ВУМ) у кріпленні стійки культиваційних лап, відповідають агротехнічним вимогам.

У п'ятому розділі “Техніко-економічна ефективність віброударних робочих органів для обробітку ґрунту” виконано розрахунок показників економічної ефективності експериментальних робочих органів із використанням методики, розробленої ВІСГОМ, стосовно до умов НВО “Еліта” Красногвардійського району Автономної Республіки Крим, типових для умов півдня України.

Економічна ефективність експериментальних віброударних розпушувачів досягається за рахунок зниження тягового опору з одночасним поліпшенням якості розпушування ґрунту. Визначення виробничих витрат і капітальних вкладень проведено по усередненим даним господарств. Річний економічний ефект отриманий у результаті застосування віброударних робочих органів за рахунок зниження прямих виробничих витрат. Застосування нових віброударних розпушувачів з обґрунтованими параметрами і режимами впливу на ґрунт дозволяє одержати в розрахунку на річний виробіток агрегату 1595 грн.

ВИСНОВКИ

Проведені теоретичні та експериментальні дослідження дозволяють зробити такі висновки:

1. Використання серійних робочих органів для глибокого розпушування веде за собою підвищену енергоємність процесу, недостатню якість підготовки ґрунту стосовно до конкретної зони землеробства.

2. При розгляді процесу деформації ґрунт може бути представлений у вигляді реологічної моделі з упруго-вґязко-пластичними властивостями у визначеному сполученні, що дозволяє пояснити протікання цього процесу при різноманітних умовах навантаження.

3. Для зниження тягового опору і поліпшення кришильної здатності запропонований віброударний робочий орган для глибокого розпушування, відмінними рисами якого являються:

- поверхня розпушувального долота має циліндричну форму;

- обриси бічної поверхні різально-крішильної частини виконані по відрізку логарифмічної спіралі;

- усередині полого циліндра, розміщені рухливі ланки, що складаються з направляючих пружин і сферичних тіл та розжимних пружин ударних ланок, що в сукупності утворюють віброударний механізм.

Таку ж конструкцію і принцип дії має віброударний механізм, встановлений у місці кріплення культиваторної лапи.

4. На основі теоретичних і експериментальних досліджень обґрунтовані основні конструктивні параметри роботи віброударних розпушувачів ґрунту: форма і площа робочої поверхні деформатора, яка складає 8,30?10-4 м2; кількість проміжних ланок, n=4; деформація пружин, х=6,38?10-3 - 8,09?10-3 м; жорсткість, С=2,31?104 - 4,40?104 Н/м і кількість робочих витків пружин, i=4-8. Виготовлено експериментальні зразки і проведені лабораторно-польові випробування.

5. Результати експериментальних досліджень режимів роботи показали, що віброударний вплив дозволяє збільшити до 11 раз діючу силу, що призводить до сколювання ґрунту. Інтервал частот основних коливань віброударного механізму при обробітку ґрунтів знаходиться в межах 2,4…6,8 Гц, а амплітуда складає 13,4…15,0 мм. Встановлено, що зазор між віброударними ланками, що співударяються, складає 4-5 мм, час удару коливається в границях 7,5•10-3…11,5•10-3с. Характер протікання процесу залежить від деформаційного показника ґрунту, із зменшенням якого час удару зменшується, а сила удару зростає.

6. Тяговий опір органів глибокого розпушування із застосуванням віброударного долота (ВУД) знижується на 17-18%, а віброударний механізм (ВУМ), встановлений у місці кріплення культиваторних лап зменшує опір на 14-20%. Найбільше зниження тягового опору спостерігається на глибині обробітку 0,05…0,15 м. Із збільшенням швидкості руху агрегату ефект віброударного впливу по тяговому опорові росте, що пояснюється збільшенням частоти сколювання ґрунту.

7. Польові випробування підтвердили теоретичні передумови і показали, що при обробітку ґрунту на глибину до 0,25 м віброударним долотом кришильна здатність збільшується в 1,09 і в 1,18 рази, у порівнянні з вібраційним і плоским долотом, відповідно. Використання віброударного механізму (ВУМ) у місці кріплення культиваторної лапи дозволяє збільшити кришильну здатність у 1,19 рази в порівнянні із серійними підвісками на глибині 0,15 м.

8. Запропоновані конструкції віброударних розпушувачів мають перевагу перед робочими органами, що випускаються серійно, по енергетичних і якісних показниках без додаткових витрат при обробітку ґрунту і дозволяють одержати річний економічний ефект 1595 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кувшинов А.А. Разработка конструкции плоскореза-щелевателя. //Вопросы стабилизации и повышения эффективности АПК Крыма в исследованиях молодых ученых. // Научные труды Крымского сельскохозяйственного института - Симферополь, 1997. - с.56-58.

2. Кувшинов А.А. Использование деформационных характеристик почвы для расчета виброударного рыхлителя. // Научные труды Крымского государственного аграрного университета - Симферополь, 1997. с.109 - 112.

3. Кувшинов А.А., Гальцов В.В., Витвицкий А.Г., Бабицкий А.Л. Усовершенствование рабочих органов культиваторов. // Научные труды Крымского государственного аграрного университета - Симферополь, 1999. - с.46-52. (Особистий внесок - аналіз та обґрунтування параметрів експериментальних робочих органів).

4. Гальцов В.В., Кувшинов А.О. Особливості впливу вібраційних робочих органів на грунт. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. Том V. “Сучасні проблеми механізації сільського господарства”. - Київ: НАУ, 1999. -с.327-328. (Особистий внесок - розробка конструкції вібраційних робочих органів).

5. Бабицький Л.Ф., Кувшинов А.О., Гальцов В.В. Теоретичне обґрунтовування параметрів розпушувачів ґрунту. // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. Том VI. “Теорія і розрахунок сільськогосподарських машин”. - Київ: НАУ, 1999. - с. 368-370. (Особистий внесок - проведення теоретичних досліджень).

6. Бабицкий Л.Ф., Кувшинов А.А., Гальцов В.В. Использование виброударного долота в конструкции рыхлителей почвы.// Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2000 - №8. с. 37. (Особистий внесок - теоретичне та експериментальні дослідження параметрів віброударного розпушувача)

7. Гальцов В.В., Кувшинов А.А. Вибрационный рабочий орган для культиватора.// Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2001. - №3. с. 13.(Особистий внесок - визначення ефективності вібраційної дії робочих органів на грунт).

8. Бабицький Л.Ф., Тристан Р.В., Кувшинов А.О. Покращення екологічних показників та зниження енергоємності ґрунтообробних машин // Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва: Пр. наук. -техн. конф., - Глеваха, ІМЕСГ. УААН, 1996. - с. 18. (Особистий внесок - розробка конструкції).

9. Бабицький Л., Кувшинов А., Гальцов В. Дослідження коливального процесу пружної взаємодії робочих органів ґрунтообробних машин. // Четвертий міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові: Тези доповідей. - Львів: Кінпатрі ЛТД. - 1999. - с. 88. (Особистий внесок - розробка методів досліджень).

Размещено на Allbest.ru

...