Дослідження якісних показників роботи борони з гвинтовими робочими органами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження якісних показників роботи борони з гвинтовими робочими органами

С.І. Пастушенко, д.т.н., М.Б. Клендій, к.т.н., Відокремлений підрозділ Національного університету біоресурсів і природокористування України «Бережанський агротехнічний інститут»; В.М. Клендій, к.т.н., Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя; О.М. Троханяк, к.т.н., Національний університет біоресурсів і природокористування України

Анотація

У статті досліджено вплив на якісні показники роботи ґрунтообробних знарядь з гвинтовими робочими органами (відхилення від заданої глибини обробітку та нерівномірність профілю дна борозни) таких параметрів, як: швидкість руху агрегату, встановлена глибина обробітку ґрунту, спосіб руху батареї гвинтових робочих органів відносно напряму руху. Розроблено гвинтовий робочий орган у вигляді решітчастого циліндра із прутків, до якого кріпиться гвинтова поверхня, виготовлена із листового металу. І така його конструкція запобігає забиванню гвинтової поверхні ґрунтом. Запропонований робочий орган працює як коток, де ґрунт вільно проходить через зазори між прутками. Розроблено конструкцію і виготовлено гвинтові робочі органи борони, а також експериментальний варіант борони з гвинтовими робочими органами та проведено польові дослідження агрегату, які дали можливість визначити оптимальні кінематичні параметри та спосіб руху по полю при яких можливо виконати технологічний процес обробітку ґрунту з показниками роботи, що відповідатимуть агровимогам.

Ключові слова: борона з гвинтовими робочими органами, якість обробітку, глибина обробітку, профіль дна борозни, швидкість руху, агротехнічні вимоги.

Постановка проблеми

Ґрунтообробні робочі органи сільськогосподарських машин створюють необхідні умови для інтенсивного росту і розвитку рослини: у зв'язку з обробітком ґрунту полегшується доступ кисню і вологи у ґрунт, коренева система швидше розвивається і рослиною інтенсивно засвоюються макро - та мікроелементи з ґрунту, що веде до швидшого розвитку рослини і, як результат, потенціал біологічного врожаю зростає. Від показника ефективності використання сільськогосподарської техніки залежить як врожайність (забезпечення потреб рослин в цілому), так і собівартість продукції (витрати паливно-мастильних матеріалів, продуктивність, затрати робочого часу).

Актуальним постає питання зменшення собівартості виконання технологічних операцій при збереженні продуктивності роботи сільськогосподарської техніки та якості виконання операції. Тому насущним є створення нових сільськогосподарських машин, їх робочих органів та проведення відповідних досліджень і розроблення рекомендацій для ефективного вирощування продукції рослинництва.

Аналіз останніх досліджень

Для обертання і кришіння ґрунту, перерізання пожнивних решток, перемішування їх із ґрунтом використовуються сферичні ґрунтообробні диски [1-3]. Від відстані між дисками, їх конструктивних параметрів і кутів установки залежить форма профілю обробленої смуги ґрунту та висота гребенів. Диск встановлюють так, щоб між площиною розташування леза (крайки диска) і напрямком руху агрегату був певний кут атаки. Для покращення перемішування диск відхиляють ще й у вертикальній площині, тому кожен диск має індивідуальне кріплення осі обертання до рами. Якщо застосувати гвинтову поверхню, то можна очікувати аналогічні результати роботи, але її можна кріпити на спільному валу, подібно до батареї дисків лущильника.

Для поверхневого обробітку ґрунту широко застосовують дискові робочі органи. Проектування і розрахунок дискових ґрунтообробних знарядь ґрунтовно розкрив П.М. Заїка [4]. Також розроблено аналітичну модель установки ґрунтообробних сферичних дисків для визначення геометричних та технологічних характеристик [5]. У працях більш вузького спрямування досліджуються різні аспекти покращення якості обробітку ґрунту такими знаряддями [6-9]. Визначено науковцями і перспективи подальшого вдосконалення дискових та інших ґрунтообробних знарядь [10, 19-22]. В працях [11,12] теоретично обґрунтовано конструкцію грунтообробного знаряддя, в якому, в якості робочих органів використано гвинтові поверхні із відсіку розгортного гелікоїда.

Формулювання мети статті

Метою дослідження було встановлення впливу на якісні показники роботи борони з гвинтовими робочими органами (відхилення від заданої глибини обробітку, профіль дна борони) таких параметрів, як: швидкість руху агрегату, глибина обробітку ґрунту, також способу руху батареї гвинтових робочих органів відносно напряму руху.

Основна частина

На основі теоретично одержаних конструктивних параметрів витків гелікоїда, було розроблено конструкцію і виготовлено гвинтові робочі органи борони різних типорозмірів для обробітку ґрунту на глибини 8 см, 10 см, 12 см, що відрізняються між собою висотою гвинтової поверхні, конструкцію яких показано на рис. 1, а також експериментальний варіант борони з гвинтовими робочими органами (рис. 2) [11. 12].

Рисунок 1. Загальний вигляд гвинтового робочого органу

Рисунок 2. Загальний вигляд борони з гвинтовими робочими органами

В табл. 1 представлено технічну характеристику борони з гвинтовими робочими органами.

Таблиця 1. Технічна характеристика борони з гвинтовими робочими органами

Для визначення якісних показників роботи борони з гвинтовими робочими органами були проведені польові випробування експериментального взірця борони, результатом яких є встановлення впливу на якісні показники роботи борони з гвинтовими робочими органами (відхилення від заданої глибини обробітку, профіль дна борозни) таких параметрів, як: швидкість руху агрегату, встановлена глибина обробітку ґрунту, спосіб руху агрегату.

Програма досліджень передбачала оцінку роботи гвинтової борони при різних направленнях руху відносно розташування рядка: вздовж рядка, під кутом 20⁰ та під кутом 40⁰. Показники, що характеризують стан поля, представлені в табл. 2.

Таблиця 2 Умови роботи борони з гвинтовими робочими органами при польових дослідженнях

Визначення показників якості проводилось у відповідності до стандартних методик:

- Техніка сільськогосподарська. Методи визначення умов випробувань: КНД 46.16.02.08-95. Держстандарт України;

- РД.10.4.2-89. Випробування сільськогосподарської техніки. Машини і знаряддя для поверхневого обробітку ґрунту. Програма та методи випробувань. Держстандарт України;

- КНД.46.16.02.-96. Техніка сільськогосподарська. Номенклатура показників якості.

Методика дослідження якісних показників виконання технологічних операцій полягає в наступному. Глибину ходу робочих органів заміряли використовуючи спеціально виготовлений металевий щуп з поділами. Щуп занурювали у ґрунт, як це показано на рис. 3, до тих пір, доки він не почне контактувати з підошвою, утвореною гвинтовим робочим органом. Після чого оцінювали позначку на шкалі щупа і фіксували її в робочих матеріалах. Отримані дані використовувались для аналізу утримання глибини ходу робочих органів та відхилення середньої фактичної глибини обробітку ґрунту від заданої.

а б

Рисунок 3. Визначення якісних показників роботи борони з гвинтовими робочими органами

Визначення глибини западин та висоти гребенів після обробітку ґрунту бороною з гвинтовими робочими органами проводилось з використанням 2-х метрової рейки, покладеної на гребні та лінійки, яку встановлювали на дно борозни. Отримані дані фіксувались в робочих матеріалах.

Для обробки отриманих даних та побудови графіків використовували графічний редактор Microsoft Office Excel.

На рис. 4, 5 та 6 наведено порівняння показників відхилення від заданої глибини обробітку при різних кутах розміщення батареї гвинтових робочих органів відносно напряму руху: перпендикулярно до напряму руху (під кутом 0°, вздовж рядка), під кутом 20° та під кутом 40° для встановлених глибин обробітку у 8, 10 та 12 см відповідно.

Рисунок 4. Відхилення глибини обробітку при різних способах руху (встановлена глибина 8 см)

Як видно з графічних залежностей, при напрямку руху батареї гвинтових робочих органів вздовж рядка значення величин відхилень збільшувались зі збільшенням глибини обробітку. Для всіх глибин обробітку (8 см, 10 см, 12 см) найбільші відхилення (8,9 %, 7,8 %, 22,8 %) були зафіксовані при швидкості руху агрегату 12 км/год, а найменші значення відхилень спостерігались при швидкості руху борони 10 км/год (-1,2 %, 4,1 %, 13,6 %).

Рисунок 5. Відхилення глибини обробітку при різних способах руху (встановлена глибина 10 см)

Рисунок 6. Відхилення глибини обробітку при різних способах руху (встановлена глибина 12 см)

При напрямку руху батареї гвинтових робочих органів під кутом 20° до напряму руху значення величин відхилень також збільшувались зі збільшенням глибини обробітку. Для глибини обробітку 8 см найменші відхилення 1,1 % були зафіксовані при швидкості руху агрегату 12 км/год, для глибини обробітку 10 см найменші відхилення 1,9 % були зафіксовані при швидкості руху агрегату 14 км/год та для глибини обробітку 12 см найменші відхилення 15,2 % були зафіксовані при швидкості руху агрегату 8 км/год, Від'ємні значення величини відхилень для глибини обробітку 8 см вказують на те, що гвинтові робочі органи борони заглиблювались понад встановлені при налаштуванні межі.

При напрямку руху батареї гвинтових робочих органів під кутом 40° до напряму руху значення величин відхилень також збільшувались зі збільшенням глибини обробітку. Для всіх глибин обробітку (8 см, 10 см, 12 см) найменші відхилення (-8,8 %, 0,9 %, 11,8 %) були зафіксовані при швидкості руху агрегату в діапазоні 12 км/год. Від'ємні значення величини відхилень для глибин обробітку 8 см вказують на те, що гвинтові робочі органи борони заглиблювались понад встановлені при налаштуванні межі.

Слід зазначити, що при всіх напрямках руху батареї гвинтових робочих органів значення відхилень від заданої глибини обробітку не перевищували встановлені агровимогами 20 см.

При глибині обробітку 8 см (рис. 4) для всіх трьох напрямків руху найменші відхилення спостерігалися при швидкостях 14 та 16 км/год (3 % та 4,2 % для руху вздовж рядка, -1,7 % та 3,7 % для руху під кутом 20° і -6,5 % та -1,6 %). На швидкості в межах від 10 до 14 км/год меншими за абсолютним значенням були відхилення при руху батареї вздовж рядка.

При встановленій глибині обробітку у 10 см (рис. 5) кращі результати агрегат продемонстрував при руху під кутом 20°, окрім діапазону швидкості від 8-10 км/год. При встановленій глибині обробітку у 12 см (рис. 6) менші значення відхилень глибини обробітку отримали при руху агрегату під кутом 40° до рядка. При цьому варто зазначити, що в діапазоні швидкостей руху агрегату від 8 до 10 км/год значення відхилень відрізнялись несуттєво та складали близько 15 %.

Згідно агровимог відхилення профілю дна борозни після обробітку ґрунту гвинтовими робочими органами (дискування) має не перевищувати 5 см.

На рис. 7, 8 та 9 наведено порівняння показників профілю дна борозни для досліджуваних трьох способів руху: вздовж рядка, під кутом 20° та під кутом 40°, при встановлених глибинах у 8, 10 та 12 см відповідно.

Рисунок 7. Профіль дна борозни при різних способах руху (встановлена глибина 8 см

Як видно з рис. 7, при встановленій глибині обробітку в 8 см, вдалося дотриматись агровимог для всіх швидкостей руху при всіх трьох способах руху, окрім діапазону 9 - 11 км/год при руху вздовж рядка.

Під час обробітку ґрунту гвинтовим робочим органом на глибину 10 см (рис.8) в діапазоні швидкостей 8 - 12 км/год кращі результати були отримані при руху під кутом 40° до рядка, тоді як при руху прямо значення профілю дна борозни перевищили допустимі агровимогами.

Рисунок 8. Профіль дна борозни при різних способах руху (встановлена глибина 10 см)

Рис. 9. Профіль дна борозни при різних способах руху (встановлена глибина 12 см)

Але в діапазоні швидкостей 14 - 16 км/год кращі результати були отримані при руху вздовж рядка, при цьому для всіх трьох способів руху були дотримані агровимоги. Під час обробітку ґрунту гвинтовим робочим органом на глибину 12 см (рис. 9) кращі результати на всіх швидкостях руху батарея гвинтових робочих органів продемонструвала при руху під кутом 40° до рядка. Дотриматись агротехнічних вимог при руху вздовж рядка вдалося при швидкості руху 10-16 км/год, а при руху під кутом 20° до рядка - 9 - 16 км/год.

Як видно з рис. 7, 8, 9 при напрямку руху батареї гвинтових робочих органів вздовж рядка значення величин западин зменшувались із збільшенням швидкості руху агрегату для діапазону швидкостей 10 - 16 км/год. Також видно, що при швидкості руху 8-10 км/год для жодної з встановлених глибин обробітку не вдалося домогтися виконання агровимог (не більше 50 мм).

При напрямку руху батареї гвинтових робочих органів під кутом 20° до рядка забезпечити дотримання агровимог агрегатом вдалося при всіх встановлених глибинах та швидкостях руху, крім для глибини обробітку 12 см при швидкості руху 8-9 км/год.

При напрямку руху батареї гвинтових робочих органів під кутом 40° до рядка забезпечити дотримання агровимог агрегатом вдалося при всіх встановлених глибинах та швидкостях руху.

ґрунтообробний борозна гвинтовий швидкість

Висновки

Аналіз даних польових досліджень борони з гвинтовими робочими органами дав можливість визначити оптимальні параметри швидкості руху ґрунтообробного агрегату, глибини обробітку та способу руху по полю, при яких можливо виконати технологічний процес обробітку ґрунту гвинтовими робочими органами з показниками роботи, що відповідатимуть агровимогам. Так при всіх напрямках руху батареї гвинтових робочих органів значення відхилень від заданої глибини обробітку не перевищували встановлені агровимоги 20 см.

За показником величини профілю дна борозни кращим виявився спосіб руху під кутом 40° до рядка. Дотриматись агротехнічних вимог при руху вздовж рядка вдалося при швидкості руху 10 - 16 км/год, а при руху під кутом 20° до рядка - при швидкості руху 9 - 16 км/год.

Список використаних джерел

1. Стрельбицкий В.Ф. Дисковые почвообрабатывающие машины. Москва: Машиностроение, 1978. 218 с.

2. Циммерман М.З. Рабочие органы почвообрабатывающих машин. Москва: Машиностроение, 1978. 162 с.

3. Нартов П.С. Дисковые почвообрабатывающие орудия. Воронеж: Издательство ВГУ, 1972. 158 с.

4. Заїка П.М. Теорія сільськогосподарських машин. Т. І (ч. 1). Машини та знаряддя для обробітку ґрунту. Харків: Око, 2001. 444 с.

5. Клендій М.Б., Пилипака С.Ф. Аналітична модель установки ґрунтообробних сферичних дисків для визначення геометричних та технологічних характеристик. Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. 2016. Вип. 241. С. 140-150.

6. Гриненко О., Лебедєв С. Дослідження коливань дискових ґрунтообробних знарядь. Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: зб. наук. праць УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого. 2011. Вип. 15 (29). С. 50-53.

7. Кириченко А.К. Оценка качества обработки почвы сферическими дисками с индивидуальной подвеской. Механизация работ в производстве зерна и селекционном процессе. 1985. С. 18.

8. Гапоненко О.І. Програмування рівномірності обробітку дисковими робочими органами на пружних стійках. Збірник наукових праць Вінницького національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. 2012. Вип. 11. С. 135-141.

9. Клендій М.Б., Пилипака С.Ф. Рух частинки по поверхні сферичного грунтообробного диска. Науковий вісник НУБіП України. Сер. Техніка та енергетика АПК. 2017. Вип. 258. С. 283-296.

10. Кравчук В.І., Грицишин М.І., Коваль С.М. Сучасні тенденції розвитку конструкцій сільськогосподарської техніки; за ред. В.І. Кравчука. Київ: Аграрна наука, 2004. 396 с.

11. Пилипака С.Ф., Клендій М.Б. Робочий орган із відсіку розгорнутої гвинтової поверхні як альтернатива ґрунтообробним дискам. Сучасні проблеми землеробської механіки: зб. наук. праць XVIII Міжн. наук. конф. Кам'янець-Подільський, 2017. С. 170-174.

12. Борона з гвинтовими робочими органами Україна: пат. 133362 Україна. МПК (2019.01) А01В 25/00). № а 201702099; заявл. 6.03.2017 опубл. 10.03.2019. Бюл. № 7.

13. Pylypaka S., Klendii M., Klendii O. Particle motion on the surface of a concave soil-tilling disk. ACTA POLYTECHNICA. 2018. Vol. 58, № 3. P. 63-73.

14. Гевко І.Б. Науково-прикладні основи створення гвинтових транспортно-технологічних механізмів: дис. ... докт. техн. наук: 05.02.02. Львів. 2013. 464 с.

15. Сільськогосподарські машини. Основи теорії та розрахунку / Д.Г. Войтюк та ін. Київ: Вища освіта. 2005. 464 с.

16. Conveyance of a particle by a vertical screw, which is limited by a coaxial fixed cylinder / S.F. Pylypaka et al. Bulletin of the Karaganda University. Ser. Mathematics. 2019.Vol. 95, № 3. P. 108-118.

17. Pylypaka S., Nesvidomin V., Zaharova T., Pavlenko O. The investigation of particle movement on a helical surface. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II. DSMIE 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2020. Р. 671-681.

18. Loveikin V.S. Romesevych Yu.O. Dynamic optimization of a mine winder acceleration mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2017. № 4. P. 81-87.

19. Bulgakov V., Pilipaka S., Adamchuk V., Olt J. Theory of motion of a material point along a plane curve with a constant pressure and velocity. Agronomy Research, Estonian Agricultural University. 2014. Vol. 12, № 3. Р. 937-948.

20. Pilipaka S.F., Babka V.N., Zaharova T.N. Forma osi gibkoy neszhimaemoy polosi pri ee tolkanii po naklonnoy sherohovatoy ploskosti s postoyannoy skorostyu. Motrol. 2013. Vol. 15, № 4. Р. 198-205.

21. External rolling of a polygon on closed curvilinear profile / S. F. Pylypaka et al. Acta Polytechnica. Journal of Advanced Engineering. 2021. Vol. 61, № 1. P. 270-278.

22. Hevko R.B., Zalutskyi S.Z., Tkachenko I.G., Klendiy O.M. Development and investigation of reciprocating screw with flexible helical surface. INMATEH: Agricultural engineering. 2015. Vol. 46, № 2. P. 133-138.

Размещено на Allbest.ru