Науково-технологічні основи обґрунтування складу та параметрів комбінованих ґрунтообробних знарядь

Конструктивні особливості плоскорізних робочих органів верхнього ярусу, як то зміна кута кришення по довжині крила, ширини крила з віддаленням від центру робочого органу, форми та параметрів стояка, впливають на формування різних значень "дальності польоту" скиби ґрунту ХП по ширині захвату робочого органу, а отже таким чином задають значення окремих конструктивних параметрів характерних для робочих органів нижніх ярусів. Практично реалізувати задачу обґрунтування окремих конструктивних параметрів даних робочих органів також можна скориставшись рівнянням (23). Як приклад, графічне відображення зміни кута розхилу в робочих органів нижніх ярусів та відстані між ними при певних умовах матиме вигляд представлений

Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень були покладені в основу розробки сімейства комбінованих ґрунтообробних знарядь для безвідвального основного обробітку ґрунту

Більшість знарядь успішно пройшли державні приймальні випробування, впроваджені в виробництво і випускаються машинобудівними підприємствами України, а деякі проходять польові господарські випробування.

Експериментальні дослідження ряду зразків розроблених знарядь з різними наборами робочих органів підтвердили їх працездатність і придатність розробленої методики розрахунку числового значення показника подрібнення ґрунту на основі якого проводилася диференціація складу комбінованих знарядь стосовно ґрунтово-кліматичних умов їх застосування. Так розбіжність між показниками подрібнення ґрунту, отриманими розрахунковим та експериментальним шляхом не перевищувала 6,3%.

У шостому розділі проведена оцінка економічної ефективності використання розробленого комбінованого ґрунтообробного знаряддя марки ГРН-3,9 з подібними за призначенням знаряддями АКШ-3,6 та АКГ-4, які серійно випускаються. Порівняння проводилися на основі даних про якісні та енергетичні показники роботи, отриманих при проходженні знаряддями державних випробувань в однакових ґрунтових умовах. Проведена техніко-економічна оцінка свідчить про можливість отримання річного економічного ефекту від використання знаряддя адаптованого до ґрунтових умов в порівнянні з приведеними базовими в розрахунку на одну машину в розмірі 17553 грн, а на загальний річний обсяг робіт (15% земельних угідь), що виконуються в Україні комбінованими ґрунтообробними знаряддями - 134338775грн.

Основні висновки та пропозиції

У роботі запропоновані науково-технологічні підходи до вирішення важливої науково-технічної проблеми забезпечення заданого агрегатного складу ґрунту в процесі його основного обробітку. В основу досліджень покладена якість обробітку з мінімальними затратами енергії та негативним впливом на структуру ґрунту. Досягнуто це шляхом обґрунтування складу та параметрів комбінованих ґрунтообробних знарядь з урахуванням ґрунтово-кліматичних умов їх використання. При вирішенні даної проблеми отримані результати теоретичних та експериментальних досліджень, основний зміст яких полягає в наступному:

1. Перспективними за якісними та енергетичними показниками виконання технологічного процесу основного обробітку ґрунту є комбіновані знаряддя, обладнані безвідвальними ярусно розташованими робочими органами. Широке впровадження і адаптація даних знарядь до умов експлуатації стримується відсутністю науково-технологічних основ диференціації їх складу та обмеженістю систематизованих даних про зміни механіко-технологічних властивостей різних типів ґрунтів в природних умовах.

2. Основою диференціації складу комбінованих ґрунтообробних знарядь є розроблені математичні моделі (15, 17, 19, 20) взаємодії різних типів робочих органів з ґрунтом, в яких встановлено зв'язок між конструктивно-технологічними параметрами даних робочих органів, механіко-технологічним властивостями ґрунтів та показниками їх подрібнення.

3. Розподіл напружень в ґрунті при взаємодії з робочими органами має експоненціальний характер і зменшується при віддаленні від поверхні контакту. Відповідно до цього змінюється і показник якості подрібнення ґрунту.

4. При розгляді моделі ґрунту як суцільного пружно-пластичного середовища, яке складається з окремих, різних за розмірами та формою агрегатів для кількісної оцінки його механіко-технологічних властивостей найбільш відповідними є: граничний опір окремих агрегатів ґрунту руйнуванню стисненням, (у); відносний показник лінійних пластичних деформацій, (н) та твердість ґрунту, (Т). Середні значення цих показників за найбільш несприятливих умов проведення обробітку для глини важкої, глини середньої, суглинку важкого та суглинку середнього становлять відповідно:

- у = 187, 63, 47, 24 Н/см2;

- н = 4,3; 3,8; 3,3; 3,2%;

- Т = 5,42; 4,47; 2,17; 1,26 МПа.

5. При безвідвальному обробітку ґрунту закономірність зміни показника якості подрібнення в залежності від глибини ходу робочого органу носить екстремальний характер. Максимум показника якості припадає на 9…12 см глибини обробітку з тенденцією її збільшення при зменшенні вмісту в ґрунтах фізичної глини.

6. Встановлено, що найбільші за розмірами агрегати формуються на поверхні обробленого поля. Величина цих агрегатів при застосуванні тільки одного робочого органу пропорційна вибраній глибині обробітку. Для забезпечення рівномірного подрібнення по всій глибині доцільно застосовувати в цьому випадку додатковий обробіток на глибину 5…10 см.

7. Затрати енергії на переміщення в ґрунті ярусно розміщених робочих органів значною мірою залежать від їх взаємного розташування. Мінімальні затрати досягаються при відстані між плоскорізними робочими органами по довжині гряділя в межах 21…35 см.

8. Встановлено, що зі збільшенням глибини ходу робочих органів з 12 до 25 см різниця в затратах енергії між одноярусним і багатоярусним обробітком знижується з 18 до 7 %. Це свідчить про підвищення ефективності застосування пошарового обробітку на глибинах понад 20…25 см.

9. При ярусному розташуванні конструктивні параметри робочих органів нижніх ярусів суттєво залежать від параметрів верхніх та механіко-технологічних властивостей ґрунтів. Так, кут розхилу крил збільшується, а відстань між плоскорізними робочими органами по довжині гряділя для одного типу ґрунтів зменшується. Як приклад, для суглинку середнього при кутові розхилу крил робочого органу верхнього ярусу г1=650, кут розхилу для другого ярусу становить г2=1090 і третього ярусу г3=1470. Відстань між робочими органами першого та другого ярусу становить L1=24 см, а між другим і третім L2 = 22 см.

10. За результатами проведених досліджень розроблено сімейство комбінованих ґрунтообробних знарядь з диференційованим стосовно умов їх використання складом робочих органів, випуск яких налагоджено на ВО “Агромаш” (м. Київ), ВАТ “Червона Зірка”, ТОВ “НіАЛ”, ЗАТ "Кіровоградлітмаш" (м. Кіровоград). Очікуваний річний економічний ефект від впровадження їх в виробництво може складати понад 134 млн. грн.

Список опублікованих праць

1. Сисолін П.В., Сало В.М., Кропівний В.М. Сільськогосподарські машини: теоретичні основи, конструкція, проектування: Підручник для студ. вищ. навч. закл. зі спец. “Машини та обладнання с.-г. виробн.” Кн.1: Машини для рільництва. - К.: Урожай, 2001.- 384 c. (Здобувачем приведена інформація про експериментальні комбіновані знаряддя та робочі органи і отримані дослідним шляхом показники їх роботи).

2. Сисолін П.В., Хроліков В.М., Сало В.М., Мачок Ю.В. Машини для пошарового розпушування ґрунтів // Зб. наук. пр. інституту електрифікації та механізації сільського господарства.- Глеваха, 1995.- С. 28-29. (Здобувачем проведене обґрунтування можливих варіантів розташування робочих органів).

3. Сисолін П.В., Сало В. М. Про комплексний напрямок зниження втрат зерна і енергії при вирощуванні та збиранні зернових колосових культур // Зб. наук. пр. „Проблеми конструювання, виробництва, та експлуатації сільськогосподарської техніки”- Кіровоград: КІСМ, 1997.- С. 103-106. (Здобувачем проведений аналіз шляхів зниження енергоємності при обробітку ґрунту).

4. Сисолін П.В., Сало В. М. Не плуг і не плоскоріз // Сільськогоподарська техніка України.- 1997.- № 1.- С. 14-15. (Здобувачем розглянутий можливий варіант підвищення ефективності основного обробітку ґрунту).

5. Черновол М.І., Сало В.М. Обґрунтування перспективного напрямку в розробці ґрунтообробних машин // Вісник інженерної академії України. -К.:, 1998.- С. 72-75. (Здобувачем проведений аналіз перспективності застосування різних способів обробітку ґрунту).

6. Сисолін П.В., Сало В.М., Кошеленко І.І. Передумови виникнення та перспективи впровадження нових агротехнічних прийомів основного безполицевого обробітку ґрунту. // Зб. наук. пр. / Кіровоградський ін-т с.-г. машинобудування.- Вип. 2.- Кіровоград, 1998.- С. 206-211. (Здобувачем проведене обґрунтування необхідності в застосуванні пошарового безвідвального обробітку ґрунту).

7. Сисолін П.В. Сало В.М. Про один з напрямків поліпшення безполицевого обробітку ґрунту // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. - Вип. 27.- Кіровоград, 1999.- С. 19-23 (Здобувачем проаналізовані традиційні способи обробітку ґрунту і запропоновані шляхи їх усунення).

8. Сало В.М. Експериментальна оцінка ефективності обробітку ґрунту комбінованими знаряддями при використанні різних наборів робочих органів // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.-техн. зб. - Кіровоград: КДТУ, 1999.- Вип. 28.- С. 164-167

9. Сало В.М. Аналіз інтенсивності кришення ґрунту при основному безполицевому обробітку // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-Т. 5.- Тернопіль, 2000.-С. 59-62

10. Сало В.М. Експериментальне дослідження пошарового розпушування ґрунту важкими культиваторними лапами // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства „Меха-нізація сільського господарства”.- Вип. 1.- Харків: 2000.- С. 309-314.

11. Сало В. М. Експериментальне визначення залежності твердості різних за механічним складом ґрунтів від їх фізико-механічних властивостей // Праці Таврійської державної агротехнічної академії.- Вип. 1; Т. 22.- Мелітополь, 2001.- С. 56-61.

12. Сало В. М., Середа Л.І., Бойко А.І. Інтенсивність безполицевого обробітку ґрунту // Вісник аграрної науки Причорномор'я. Миколаївський державний аграрний університет. Спеціальний випуск №4.- Т.1.- Миколаїв, 2002.- С. 88-102. (Здобувачем запропонована модель кришення ґрунту, як стохастичного процесу зміни його станів в часі і просторі).

13. Сало В.М., Середа Л.І. Структуризація ґрунту при безполицевому обробітку // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства.- Вип. 29 “Механізація с.-г. виробництва”.- Харків, 2004.-С. 162-166. (Здобувачем запропоно-вані основи визначення аналітичним шляхом показника кришення ґрунту).

14. Сисолін П.В., Сало В.М. Уніфіковані ґрунторозпушувачі для захисних систем землеробства // Техніка АПК.- 2000.- №2.- С. 12-15. (Здобувачем запропоновано ряд конструкцій ярусних комбінованих знарядь).

15. Сисолін П.В., Сало В. М., Місків В.З. Экологические проблемы присущие традиционным приемам обработки почв и отдельные пути их решения // Prezent si viitor in domeniul mecanizarii si elektrificarii agrikulturii.- Chisinau, 2000.- Z. 121-124. (Здобувачем запропоновані технічні та технологічні схеми для зниження екологічно негативних явищ, які супроводжують обробіток ґрунту).

16. Сало В.М. Вивчення залежності пластичної деформації ґрунтів від їх фізико-механічних властивостей // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. - Кіровоград: КДТУ, 2001.- Вип. 30.- С.47

17. Сало В.М., Середа Л.І., Бойко А.І. Формалізація процесу безполицевого обробітку ґрунту // Зб. наук. пр. НАУ "Механізація сільсь-когосподарського виробництва".- Т. ХIV.- К., 2003.- С. 449-454. (Здобувачем запропонована модель зміни стану ґрунту, як імовірнісного процесу з урахуванням його фізико-механічних властивостей, конструктивних параметрів робочих органів і експлуатаційних режимів протікання технологічного процесу).

18. Сало В.М., Середа Л.І. Ступінь подрібнення ґрунту при комбінованому обробітку // Техніка в с.-г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоград. нац. техн. ун-ту. - Кіровоград: КНТУ, 2005.- Вип. 16.- С. 13-15 (Здобувачем запропоновано методику для визначення показника кришення ґрунту при послідовній дії ряду робочих органів).

19. Сало В.М., Гончаров В.В. Теоретичний аналіз ефективності додаткового поверхневого обробітку ґрунту зубовими боронами в складі комбінованого знаряддя // Техніка в с.-г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоград. нац. техн. ун-ту.- Кіровоград: КНТУ, 2006.- Вип.17.- С. 70. (Здобувачем запропо-нований спосіб оцінки теоретичним шляхом якісного показника роботи різних типів зубових борін в складі комбінованих знарядь).

20. Сало В. М., Гончаров В.В. Оцінка ефективності додаткового кришення поверхневих шарів ґрунту голчастим котком при роботі в складі комбінованого знаряддя // Праці / Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 41. - Мелітополь: ТДАТА, 2006. - С. 232. (Здобувачем розглянуті варіанти взаємодії елементів голчастого котка з ґрунтовими агрегатами, від яких залежить показник кришення).

21. Сало В. М., Гончаров В.В. Оцінка ефективності кришення ґрунту голчастим котком з горизонтальними перемичками при роботі в складі комбінованого знаряддя // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка.- Вип. 44; “Механізація сільськогосподарського виробництва”- Т. 2.- Харків, 2006.- С. 172-183. (Здобувачем проведений аналіз процесу взаємодії елементів робочого органу з ґрунтом з урахуванням його механіко-технологічних властивостей).

22. Сало В.М. Оцінка показника кришення ґрунту при основному безполицевому обробітку // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. - Кіровоград: КНТУ, 2006.- Вип. 36.- С. 35-40.

23. Сало В.М., Середа Л.І. Енергетична оцінка якості безполицевого обробітку ґрунту // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Зб. наук. пр. / Укр. НДІ прогнозування та випробування техніки і технологій для с.-г . виробництва ім. Леоніда Погорілого; Редкол: В.В.Іванішин (голов. ред.) та ін.- Дослідницьке, 2006.- Вип. 9 (23); Кн. 1.-С. 314. (Здобувачем запропонована математична модель для визначення залежностей показника кришення ґрунту віряду впливових факторів).

24. Сало В.М., Обґрунтування взаємного розташування плоскорізних робочих органів по довжині гряділя при пошаровому обробітку ґрунту, Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин / КНТУ, 2007, Вип. 37.- С. 49-56.

25. Сало В.М. Експериментальні дослідження процесу переміщення скиби ґрунту під дією плоскорізного робочого органу // Техніка АПК.- 2007.- №10.- С. 29-32.

26. Сисолін П.В., Сало В.М.Український комплекс нових ґрунтообробних машин для гнучких ґрунтозахисних технологій. - Кіровоград: ПП Лисенко В.Ф., ISBN 978-966-8264-84-9.- 2007.- 58 с. (Здобувачем представлена інформація про окремі результати теоретичних та експериментальних досліджень повязаних з проблемами основного безвідвального обробітку ґрунту).

27. Сисолін П.В., Сало В.М., Середа Л.І. та інші. Технологічні основи та технічне забезпечення основного безполицевого пошарового обробітку ґрунту: Звіт з НДР / Кіровоградський інститут сільськогосподарського машинобудування; № ДР 0100?003146, ДО 0202V000674- Кіровоград, 2001.- 116 с. (Здобувачем представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень по обґрунтуванню складу комбінованих знарядь та показників їх роботи).

28. Сисолін П.В., Сало В.М. Підготовка та передача конструкторської документації для виготовлення ґрунторозпушувача ГРН-1,6А та його модифікацій: Звіт з НДР / Кіровоградський державний технічний університет; № ДР 0101?006771, ДО 0202?000672.- Кіровоград, 2002.- 31 с. (Здобувачем запропонована схема взаємного розташування ярусних робочих органів).

29. Пат. 54602А, Україна, МКП А01В37/00. Спосіб комбінованого безполичкового пошарового обробітку ґрунту та ґрунторозпушувач для його здійснення / Сисолін П.В., Сало В.М.- №2000127439; Заявл. 22.12.2000; Опубл. 17.03.2003. Бюл. № 3.- 2 с.

30. Пат. 19027А, Україна, А01В3/00, А01В13/14. Спосіб комбінованого безполицевого обробітку ґрунту і пристрій для його здійснення/ Сисолін П.В., Хроліков В.М., Сало В.М., Мачок Ю.В., Дейкун В.А.- №96051987; Заявл. 21.05.96; Опубл. 25.12.1997, Бюл. №6.- 6 с.

31. Пат. 77568 Україна, МПК А01В 33/00. Культиватор причіпний комбінований / Сало В.М., Савицький М.І.- №2005001733; Заявл. 25.02.2005; Опубл. 15.12.2006, Бюл. №12.- 2 с.

32. Пат. 78354 Україна, МПК А01В 33/00, А01В 23/00 Зубова борона / Сало В.М., Савицький М.І.- №200501734; Заявл. 25.02.2005; Опубл. 15.03.2007, Бюл. №3.- 2 с.

33. Деклараційний патент на винахід №34592. Україна, МПК 6 А01В29/04,. А01В29/06 Ґрунторозпушувальний голчастий коток. Сисолін П.В., Сало В.М. Осипов І.М. №98042119; Заявл. 28.04.1998; Опубл.15.03.2001, Бюл. № 2.- 2 с.

34. Деклараційний патент на корисну модель №8911. Україна, МКИ 7 А01В29/04,. А01В29/06 Голчастий коток для додаткового розпушування ґрунту / Сисолін П.В., Сало В.М. Місків В.З., Сисоліна І.П. №u200502817; Заявл. 28.03.2005; Опубл. 15.08.2005, Бюл. № 8.- 2 с.

Анотація

Сало В.М. Науково-технологічні основи обґрунтування складу та параметрів комбінованих ґрунтообробних знарядь. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини та засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Тернопільський державний технічний університет ім. І. Пулюя, Тернопіль, 2008.

В роботі представлена модель зміни стану ґрунту як імовірнісного процесу з урахуванням властивостей ґрунтів, параметрів робочих органів і експлуатаційних режимів протікання технологічного процесу, яка дає можливість передбачувати закономірність зміни агрегатного складу різних за механічним складом ґрунтів під дією основних безполицевих робочих органів. Розроблено ряд математичних моделей зміни агрегатного складу ґрунту під впливом на нього додаткових робочих органів різного типу та запропонована методика визначення аналітичним шляхом загального показника кришення ґрунту в результаті одночасного впливу на нього основних та додаткових робочих органів комбінованих знарядь, що склало основу для проведення диференціації складу комбінованих ґрунтообробних знарядь стосовно ґрунтово-кліматичних умов їх застосування.

Ключові слова: імовірнісний процес, механіко-технологічні властивості, ґрунти, математичні моделі процесів кришення ґрунтів, агрегатний склад ґрунту, основні та додаткові робочі органи, диференціація складу комбінованих ґрунтообробних знарядь.

Аннотация

Сало В.М. Научно-технологические основы обоснования состава и параметров комбинированных почвообрабатывающих орудий. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Тернопольский государственный технический университет им. И. Пулюя, Тернополь, 2008.

В работе представлена модель изменения состояния почвы как вероятностного процесса с учетом свойств почвы, параметров рабочих органов и эксплуатационных режимов прохождения технологического процесса, которая открывает возможность определять закономерности изменения агрегатного состава разных за механическим составом почв под действием основных безотвальных рабочих органов. Разработан ряд математических моделей изменения агрегатного состава почвы под воздействием на него дополнительных рабочих органов разного типа и предложена методика определения аналитическим путем общего показателя крошения почвы в результате одновременного влияния на нее основных и дополнительных рабочих органов комбинированных орудий, что составило основание для проведения дифференциации состава комбинированных почвообрабатывающих орудий применительно к почвенно-климатическим условиям их использования.

Ключевые слова: вероятностный процесс, механико-технологические свойства, почвы, математические модели процессов крошения почв, агрегатный состав почв, основные и дополнительные рабочие органы, дифференциация состава комбинированных почвообрабатывающих орудий.

Summary

Salo V.M. Scientific and technological principles for substantiation of structure and parameters of combined tillage machinery. Manuscript. Dissertation on competition of graduate degree of doctor of engineering sciences on speciality 05.05.11 - machines and facilities of agricultural production mechanization. - Ternopol State Technical University named after I. Pulyuj, Ternopol, 2008.

The model of change of the state of soil is represented in the work as probabilistic process taking into account properties of soil, parameters of working organs and operating modes of technological process passing. The model opens possibility to determine conformities to the change of aggregate structure of soils different in mechanical composition under operation of basic subsurface working organs. It is developed the sequence of mathematical models of aggregate structure change of soil under influence on it of additional working organs of different type. It is offered the method of determination by the analytical way of general index of soil crumbling in the result of simultaneous influence on it of basic and additional working organs of the combined instruments.

In the results of experimental researches it is presented the systematized dependence data of the technological properties of soils different on mechanical composition on their physical-mechanical properties in a boundary possible range of their change. It is grounded the parameters of mutual location of basic working organs in part of the combined instrument for tier treatment of soil. The results of the researches allowed to solve the task of differentiation of combined soil cultivating instruments structure applied to the soil-climatic conditions of their use.

Keywords: a probabilistic process, mechanical-technological properties, soils, mathematical models of soil crumbling processes, aggregate composition of soils, basic and additional working organs, differentiation of combined cultivating instruments structure.

Размещено на Allbest.ru