Обґрунтування технологічної схеми та параметрів комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

удк 631.316.2 : 633.531

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування технологічної схеми та параметрів комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Залужний Володимир Іванович

Львів - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному науковому центрі ”Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Грицишин Михайло Іванович, Національний науковий центр ”Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, завідувач відділу системи машин і використання техніки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Дубровін Валерій Олександрович, Національний аграрний університет, директор Науково-дослідного інституту екобіотехнологій і біотехніки;

кандидат технічних наук, доцент Крупич Олег Михайлович, Львівський державний аграрний університет, завідувач кафедри сільськогосподарських машин.

Провідна установа: Кіровоградський національний технічний університет, кафедра сільськогосподарського машинобудування, Міністерство освіти і науки України, м. Кіровоград.

Захист відбудеться “ 11 ” вересня 2006 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському державному аграрному університеті за адресою: 80381, Львівська область, Жовківський район, м. Дубляни, вул. Володимира Великого, 1, корпус факультету механізації сільського господарства, аудиторія 34 М.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського державного аграрного університету за адресою: 80381, Львівська область, Жовківський район, м. Дубляни, вул. Володимира Великого, 1, головний корпус.

Автореферат розісланий “8” серпня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Ковалишин С.Й.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Ґрунтово-кліматичні умови Полісся та Прикарпаття сприятливі для вирощування льону-довгунця. Проте за роки реформування аграрного сектора посівні площі цієї культури зменшились майже в 20 разів, а врожайність волокна - в 5 разів. З високорентабельної галузі льонарство перетворилось на збиткову.

На світовому ринку спостерігається стабільний попит на льоноволокно та вироби з нього. Це сприяє зростанню інвестиційної привабливості льонарства України та зумовлює обґрунтованість тенденції на відродження галузі.

В комплексі агротехнічних заходів, що сприяють підвищенню врожайності льону і якості льонопродукції, важливу роль відіграє передпосівний обробіток ґрунту. Набір ґрунтообробних знарядь, передбачений рекомендаціями з інтенсивної технології вирощування льону, не забезпечує якісного та енергоощадного виконання вимог підготовки ґрунту до сівби.

За останні роки активно розвивається виробництво комбінованих машин, які за один прохід по полю виконують кілька технологічних операцій, що є перспективним і економічно доцільним. Однак їх застосування в технологічних процесах вирощування льону не досліджувалось. Недостатньо розроблені й науково-методичні засади синтезу технологічних схем комбінованих ґрунтообробних машин для різноманітних ґрунтово-кліматичних умов їх функціонування з урахуванням взаємовпливу окремих робочих органів на якість та енергоємність процесу, що виконується без розриву в часі.

Тому обґрунтування технологічної схеми комбінованої машини і вибір робочих органів з різними деформаційними властивостями, що забезпечують виконання вимог агротехніки до передпосівного обробітку ґрунту під льон, є актуальною задачею, яка має наукове та практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Роботу виконано згідно з програмами науково-дослідних робіт ННЦ „ІМЕСГ” „Розробити наукові основи створення перспективних машин, обладнання і засобів автоматизації технологічних комплексів і зональних систем машин у рослинництві” (номер державної реєстрації 0193U034273) і „Розробити перспективні напрямки розвитку технології і технічних засобів та систему машин на 2001 - 2010 рр. для виробництва продукції рослинництва за прогресивними технологіями з урахуванням організаційно-економічних факторів господарювання” (номер державної реєстрації 0197U013411), а також науково-дослідної роботи УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого „Розробити комбінований ґрунтообробний агрегат на основі мостової модульно-блочної схеми” (номер державної реєстрації 0104U000367)

Мета і задачі досліджень. Метою роботи було забезпечення високої якості та зниження енергетичних витрат на передпосівний обробіток ґрунту під льон на підставі обґрунтування раціональної технологічної схеми комбінованої ґрунтообробної машини, параметрів її робочих органів та режимів роботи.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

- узагальнити чинні науково-методичні основи створення ґрунтообробних машин та виявити можливості їх застосування під час синтезу комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон;

- розробити науково-методичні засади системного аналізу та синтезу технологічної схеми комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон;

- виконати аналіз та встановити раціональні варіанти послідовності робочих процесів під час передпосівного обробітку ґрунту під льон, сформувати множини робочих органів для їх виконання;

- з'ясувати енергоємність елементарних операцій передпосівного обробітку ґрунту, виявити та обґрунтувати параметри і режими роботи енергоощадних робочих органів для виконання цих операцій;

- дослідити сукупний вплив послідовно встановлених робочих органів в комбінованій ґрунтообробній машині на тяговий опір та показники якості передпосівного обробітку ґрунту;

- обґрунтувати технологічну схему та параметри комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон, виготовити експериментальний зразок, провести його лабораторно-польові дослідження та виробничу перевірку, визначити економічний ефект від використання.

Об'єкт дослідження - ґрунтообробні робочі органи, одноопераційні знаряддя та комбіновані машини для передпосівного обробітку ґрунту, технологічний процес підготовки ґрунту під сівбу льону.

Предмет дослідження - залежність якості роботи і енерговитрат на передпосівний обробіток ґрунту під льон від послідовності впливу різнотипних робочих органів на ґрунт в комбінованій машині та режимів їх роботи.

Методи досліджень. Робота виконана з використанням методів аналізу, синтезу і оптимізації складних систем, побудови фізичних моделей та їх експериментальних досліджень.

Структурний аналіз процесу передпосівного обробітку ґрунту та визначення робочих органів здійснено з використанням методів землеробської механіки. Науково-методичні засади синтезу комбінованих машин розроблено на підставі теорії композиційного проектування та системотехніки.

Експериментальні дослідження проведено з використанням методів планування експериментів, кореляційного і регресійного аналізу, математичної статистики, графоаналітичних методів з використанням ЕОМ, стандартного та спеціально створеного експериментального обладнання.

Показники якості роботи та енергетичних витрат досліджуваних машин визначали за методиками, передбаченими галузевими стандартами, типовими та спеціальними методиками.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі системного аналізу чинників технологічного процесу передпосівного обробітку ґрунту під льон, початкового та заданого станів ґрунту, способів його перетворення, відповідної множини робочих процесів та множин робочих органів для виконання кожного з них вдосконалено науково-методичні основи та вперше розроблено алгоритм синтезу технологічної схеми комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон.

Вперше обґрунтовано типи, порядок встановлення та параметри робочих органів, які сукупною дією на ґрунт в структурі комбінованої машини уможливлюють якісний передпосівний обробіток ґрунту з мінімальними енерговитратами.

Методом поетапного дослідження модулів комбінованої ґрунтообробної машини встановлено залежності енергетичних показників та якості виконання технологічного процесу від параметрів і режимів роботи індивідуальної та сукупної дії різних типів робочих органів.

На підставі розроблених науково-методичних засад та алгоритму синтезу комбінованих ґрунтообробних машин обґрунтовано технологічну схему та параметри комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон.

Практичне значення одержаних результатів. За результатами досліджень спроектовано та виготовлено експериментальний зразок комбінованої машини, яка забезпечує виконання вимог агротехніки і зменшення енергетичних витрат в процесі передпосівного обробітку ґрунту під льон.

Науково-методичні засади створення комбінованих ґрунтообробних машин використано підприємствами сільськогосподарського машинобудування під час розробки та вдосконалення:

- комбінаторів для передпосівного обробітку ґрунту ЛК-6, ЛК-4, ЛК-2 (ВАТ „Львівський завод фрезерних верстатів”);

- агрегатів для обробітку ґрунту АгроКОГ-6 та АгроКОГ-4,5 (ВАТ „Чортків “Агромаш” Тернопільської області);

- культиваторів АПГ-6,0 та АПГ-4,5 (ВАТ “Луцьке РТП”).

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні дослідження за темою дисертації виконані автором особисто. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачем обґрунтовано доцільність і ефективність поєднання декількох операцій якісного перетворення ґрунту в технології його передпосівного обробітку під льон [11, 13, 16], розроблено науково-методичні основи синтезу комбінованих ґрунтообробних машин [12], досліджено технологічні схеми і робочі органи та обґрунтовано функціональну схему комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон [8, 9, 10, 14], вдосконалено методику, проведено експериментальні дослідження та виконано аналіз роботи комбінованих машин [15].

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались і отримали позитивну оцінку на: міжнародній науково-практичній конференції “Випробування, прогнозування і адаптація до виробничих умов вітчизняної та зарубіжної техніки і технологій для рослинництва та тваринництва” (УкрЦВТ, смт Дослідницьке, 1995 р.); міжнародній науково-технічній конференції “Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва” (ННЦ „ІМЕСГ”, смт Глеваха, 1996 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Випробування, техніка і технології для сільськогосподарського виробництва на рубежі ХХІ сторіччя” (УкрЦВТ, смт Дослідницьке, 1998 р.); міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 10-й річниці Конференції ООН з питань охорони навколишнього середовища та розвитку (Львівський ДАУ, Львів, 2002 р.); міжнародній науково-практичній конференції „Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции” (ВНИИПТИМЛ, м. Твєрь, Росія, 2004 р.).

Публікації. Основний зміст і результати дисертаційної роботи опубліковано в 16 друкованих працях, з них 13 - у фахових виданнях, три - у матеріалах конференцій. З інших питань опубліковано 12 статей та отримано два патенти на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків та пропозицій, списку використаних джерел із 121 найменування та п'яти додатків. Основна частина викладена на 132 сторінках тексту, містить 42 рисунки, 8 таблиць. Повний обсяг роботи становить 169 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об'єкт, предмет, задачі та методи дослідження, окреслено наукову новизну й практичну значимість роботи.

У першому розділі „Стан питання, мета та завдання досліджень” проведено аналіз процесу обробітку ґрунту для сівби льону, встановлено тенденції розвитку відповідних технічних засобів, досліджено вплив різних типів робочих органів на ґрунт, розглянуто критерії та способи формування комбінованих ґрунтообробних машин.

В працях В.П. Горячкіна, П.М. Василенка, Г.М. Синєокова розроблено теоретичні основи взаємодії робочих органів з ґрунтом, методи оптимізації їх параметрів і режимів роботи. В дослідженнях Я.С. Гукова, А.С. Кушнарьова, В.О. Дубровіна, В.І. Корабельського, А.Б. Лур'є, М.Н. Нагорного, І.М. Панова, Л.В. Погорілого, Д.Д. Прокопенка, Н.К. Мазітова, Г.А. Хайліса, І.А. Шевченка, Б.А. Шелудченка, А.А. Вільде, Ю.І. Кузнєцова, Г.А. Рябцева, М.С. Левчука, М.І. Грицишина, М.П. Білоткача та інших значну увагу приділено обґрунтуванню параметрів робочих органів, розвитку наукових основ оптимізації технологічних схем машин, їх комплексів для різних ґрунтово-кліматичних умов та вимог агротехніки.

Проте науково-методичні засади аналізу, синтезу та оптимізації комбінованих ґрунтообробних машин залишились не з'ясованими. Дослідження параметрів робочих органів ґрунтообробних машин проводили відокремлено від загальної схеми компонування, без достатнього вивчення їх взаємовпливу на якість обробітку ґрунту та енерговитрати. Умови роботи і стан середовища розглядали узагальнено і не враховували конкретних вимог агротехніки культури.

Теорія обґрунтування технологічних схем комбінованих машин, яка б базувалася на основі системного аналізу початкового та кінцевого (заданого) стану ґрунту, способів його якісного перетворення, відповідної множини елементарних технологічних операцій та робочих органів для виконання кожної з них, до цього часу ще недостатньо розроблена.

Вирішення зазначених задач зумовило тему, мету та завдання роботи.

У другому розділі „Науково-методичні засади обґрунтування технологічної схеми та параметрів комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон” з позицій системного підходу розглянуто чинники, структуру процесу передпосівного обробітку ґрунту та відповідні робочі органи, розроблено науково-методичні засади синтезу комбінованої ґрунтообробної машини (КГМ).

На основі аналізу виконання технологічного процесу передпосівного обробітку ґрунту КГМ розроблено інформаційно-розрахункову схему (рис.1), де роль вхідних змінних виконують зовнішні некеровані (умови роботи), керовані (технологічні режими роботи) та функціональні (параметрично-технологічна структура машини) чинники, а вихідних - сукупність параметрів, що визначають якість роботи та витрати енергії. Таку модель КГМ можна записати у параметричній формі:

, (1)

де - вихідні параметри відповідно тягового опору , кришення ґрунту , щільності ґрунту , вирівняності поверхні поля ; - вхідні параметри відповідно питомого опору , твердості та вологості ґрунту; - вхідні параметри відповідно робочої ширини , робочої швидкості , глибини обробітку ; - модулі робочих органів машини; - структура модулів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Параметрична інформаційно-розрахункова схема комбінованої машини в технологічному процесі передпосівного обробітку ґрунту

Задачу синтезу КГМ у повно-му обсязі теоретично вирішити складно через невизначеність взаємозв'язків різних типів робочих органів, режимів і умов їх роботи. Тому, поєднавши задачу синтезу із задачею опти-мізації стосовно встановлених умов і потрібних результатів роботи (; ), на підставі формули (1) функціонально-параметрично-структурну організацію машини запишемо у такому вигляді:

. (2)

Із формул (1) і (2) видно, що розкриття суті технологічного процесу передпосівного обробітку ґрунту пов'язано з конкретизацією параметрів умов початкового стану ґрунту; визначенням технологічної структури машини, взаємозв'язків та взаємодії робочих органів; встановленням технологічних режимів роботи машини; дослідженням впливу всіх перелічених чинників на результат її роботи.

Перетворення поверхневого шару ґрунту з початкового стану в кінцевий характеризується кількома етапами і здійснюється на основі фізичних явищ зміни мікро- і макроструктури ґрунту під впливом механічної дії робочих органів. В основі визначення раціональної послідовності етапів перетворення лежать досвід та логіка причинно-наслідкових зв'язків, характерних для процесу, що розглядається. Кожен етап перетворення проходить завдяки виконанню відповідного робочого процесу.

Досягти заданого стану ґрунту виконанням одного робочого процесу неможливо, оскільки під час передпосівного обробітку ґрунту необхідно забезпечити зміну кількох його параметрів, в тому числі протилежних за метою роботи (ущільнення - розпушування - ущільнення тощо). Тому, крім головних незалежних робочих процесів (ГНРП), спрямованих на досягнення заданого кінцевого стану ґрунту, необхідно виконувати додаткові - головні залежні (ГЗРП), попередні (ППРП), підготовчі (ПДРП), коригуючі (КРП). Незалежність робочих процесів обробітку ґрунту досягається незворотними структурно-просторовими змінами - кришенням, перемішуванням, глибинними градаціями.

У результаті аналізу початкового і кінцевого станів ґрунту та процесів його перетворення під час передпосівного обробітку під льон встановлено таку послідовність робочих процесів: ущільнення ґрунту з розбиванням грудок; кришення, розпушування і перемішування ґрунту на заданій глибині; вирівнювання ґрунту; формування насіннєвого ложа.

Кожен робочий процес можна виконати альтернативними робочими органами, які з тим чи іншим рівнем відповідності здатні забезпечити перетворення ґрунту в потрібному напрямку. Цих органів для кожного процесу є скінчена множина, з якої можна виділити один чи кілька. Диференціювання робочих органів стосовно конкретного робочого процесу необхідно проводити з урахуванням їх домінуючого впливу на стан ґрунту.

Використовуючи результати попередніх досліджень про вплив відомих робочих органів на зміну стану ґрунту після їх дії, виокремили певну кількість, яку в подальшому розглядали під час синтезу ґрунтообробної машини та експериментальних досліджень.

На основі аналізу сукупної дії робочих органів РО на ґрунт як основних виконавчих елементів можуть бути скомпоновані більш складні формування - пакети П, знаряддя З, модулі М, комбіновані ґрунтообробні машини. Автономність кожного формування визначається наявністю рами Р. Матрицю синтезу ґрунтообробних машин наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 Матриця синтезу ґрунтообробних машин

	РО1	РО2	Р	З	М1	М2
РО1	П1	М1 -КГМ21	З11	КГМ11	КГМ31	КГМ32
РО2	М2 -КГМ22	П2	З12	КГМ12	КГМ33	КГМ34
М1	КГМ35	КГМ36	КГМ41	КГМ13	КГМ51	КГМ52
М2	КГМ37	КГМ38	КГМ42	КГМ14	КГМ53	КГМ54

Об'єднання однотипних РО у рядів утворюють пакети: . Якщо РО кріпляться на рамі, то формуються знаряддя.

Модулі характеризуються наявністю остова та компонуванням пакетів РО.

Можливими варіантами взаємного розміщення одно- і різнотипних РО та модулів як структурно-технологічних елементів є їх паралельне, послідовне чи паралельно-послідовне з'єднання.

Основною ознакою комбінованої машини є наявність різнотипних РО. Залежно від взаємозв'язків, структури та порядку наявних формувань комбіновані ґрунтообробні машини можна поділити на такі основні типи: скомпоновані з основного знаряддя , рама якого з'єднується з трактором, і кількох додаткових одноопераційних знарядь (КГМ₁); пакетні (КГМ₂); пакетно-модульні (КГМ₃); пакетно-модульні мостові (КГМ₄); модульно-блочні інтегральні (КГМ₅).

У пакетно-модульних машинах різні типи пакетів і модулів РО кріпляться на рамі у незмінній технологічній послідовності. Мостова схема передбачає можливу зміну порядку розміщення на рамі типів РО, а в модульно-блочних інтегральних КГМ модулі можуть агрегатуватися з трактором в різних технологічних варіантах.

Математичний запис відповідних структур КГМ має такий вигляд:

, (3)

, (4)

, (5)

,(6)

, (7)

де - кількість пакетів різнотипних РО; - кількість різнотипних модулів з остовом; - кількість різнотипних модулів, рама яких придатна для агрегаттування з трактором. Знак означає з'єднання елементів між собою.

Вірогідно, що необхідні зміни якісного стану ґрунту можна забезпечити різним варіантним складом КГМ, з поміж яких існує такий, що дає змогу виконати процес з мінімумом енергетичних витрат. Кожен тип робочих органів КГМ залежно від параметрів, знаходження у технологічній схемі, умов та режимів роботи призводить до певного їх рівня. Сумарне значення тягового опору машини складається з тягового опору кожного робочого органу:

, (8)

де - тяговий опір одного РО; - коефіцієнт впливу зміни стану ґрунту попереднім РО.

На основі встановлених науково-методичних засад синтезу КГМ розроблено відповідний алгоритм, який описується такими діями:

1. Аналіз завдання обробітку, визначення початкового і кінцевого станів ґрунту: .

2. Встановлення на підставі чинних технологій етапів та способів перетворень ґрунту: .

3. Визначення технологічної послідовності етапів перетворень: .

4. Встановлення типів робочих процесів РП для кожного перетворення і обробітку в цілому.

5. Вибір з бази даних РО (БДРО) множини відповідних органів {РО} за їх дією на ґрунт для кожного РП.

6. Відбір за функціональними та енергетичними критеріями РО для кожного РП:

.

7. Формування варіантів структурних схем компонування КГМ:

.

8. Критеріальний відбір раціонального варіанта конструкції машини.

9. Обґрунтування параметрів машини та її РО.

10. Дослідження машини і оптимізація її параметрів. Експериментальні підтвердження результатів синтезу КГМ.

У третьому розділі „Програма і методика експериментальних досліджень” викладено програму експериментальних досліджень, описано обладнання для проведення дослідів, наведено методику синтезу комбінованих ґрунтообробних машин, проведення експериментів і статистичного оброблення отриманих даних.

З метою встановлення залежності тягового опору пружних розпушуючих лап від їх вібраційних властивостей на експериментальній установці за допомогою вібрографа визначали частоти вільних згасаючих коливань чотирьох типорозмірів лап серійного виробництва.

Досліджувані в лабораторних умовах лапи оснащували тензодатчиками і монтували на спеціальній ґрунтообробній машині. Тяговий опір лап визначали методом тензометрування при різній глибині обробітку та номінальній робочій швидкості.

Діапазон зміни тягового опору та якості роботи комбінованих ґрунтообробних машин від типу, технологічного порядку і кількості робочих органів визначали шляхом послідовного включення в роботу різних типів робочих органів (лап, тандему задніх котків, переднього котка, вирівнювача) методом тензометрування і агрооцінки.

Лабораторно-польові дослідження макетного зразка машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон проводили на полях дослідного господарства ННЦ „ІМЕСГ” у двох типорозмірних варіантах - з робочою шириною захвату 3,6 та 6 м. Рельєф поля при випробуваннях машини був рівнинний, мікрорельєф - хвилястий, вологість поверхневого шару ґрунту становила 18, 7%, твердість - 1,3 МПа. Попередній обробіток поля - культивація.

Експериментальні дослідження проводили з використанням методу планування повнофакторного експерименту ПФЕ 2². Регульованими параметрами були робоча швидкість і глибина обробітку.

Під час досліджень використовували типові та спеціальні методики. Виміри проводились атестованими приладами і обладнанням, передбаченим відповідними нормативними документами.

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень робочих органів, модулів та блоків комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон” наведено результати лабораторних та польових досліджень виготовленого відповідно до обґрунтованої схеми експериментального зразка комбінованої ґрунтообробної машини.

Початковий стан ґрунту встановили за агротехнічними вимогами до результатів попереднього обробітку (культивації): вирівняність поля - до 8 см, щільність ґрунту - в межах 0,8 ч 1,5 г/см²; наявність в агрегатному складі частинок розміром до 50 мм - не менше 80%. Кінцевий стан задавали відповідно до вимог агротехніки передпосівного обробітку ґрунту під льон: вирівняність поля - 2 см; щільність ґрунту верхнього шару 0,9 ч 1,0 г/см², ложового шару 1,2 ч 1,3 г/см²; розмір ґрунтових фракцій до 10 мм - 50% та до 50 мм - 100%.

Перетворення ґрунту із початкового в кінцевий стан здійснюється виконанням п'ятьох робочих процесів у чотири етапи. На підставі аналітичних та експериментальних досліджень встановили для кожного етапу робочі органи, які з меншими енерговитратами забезпечують високу якість робіт.

Для головного робочого процесу - зміни агрегатного стану ґрунту вибрали розпушуючі лапи на S-подібних пружних стовбах з шириною наконечників 50 мм. Профіль стовби лапи - 10х32 мм, відстань між лапами - 110 мм, відстань від центра закріплення лапи до носка - 370 мм.

В результаті аналізу отрима-них даних встановлено, що найменший тяговий опір мають розпушуючі лапи на S-подібній пружній стовбі з частотою власних коливань 9,2 Гц.

Задані агротехнікою вимоги до насіннєвого ложа з диференційованими за вертикаллю значеннями щільності ґрунту забезпечує тандем циліндричних пруткових котків, де перший по ходу коток більшого діаметра - 300 мм. Діаметр меншого котка - 250 мм, кількість прутків в обох котках - по 8 шт., ширина секції котків - 1,2 м.

Сумарний питомий тяговий опір переднього і тандема задніх котків від робочої швидкості встановлюється із такого виразу:

. (9)

Експериментами встановлено, що залежність тягового опору від робочої швидкості й глибини обробітку робочих органів, котрі виконують головні незалежні робочі процеси - розпушуючих лап на пружній стовбі та тандему котків, описується рівняннями регресії:

. (10)

Залежність сумарного тягового опору переднього котка, розпушуючих лап і тандема задніх котків від робочої швидкості та глибини роботи має вигляд

. (11)

На основі досліджень різних типів робочих органів для вирівнювання поверхні поля встановлено, що кращі результати забезпечує загортаючий вирівнювач на пружній підвісці, нахилений під кутом 75є до напрямку руху.

Таким чином, на підставі отриманих результатів та аналітичних досліджень вста-новлено, що для забезпечення якісного виконання передпосівного обробітку ґрунту під льон технологічна схема комбінованої машини має включати різ-нотипні робочі органи, об'єд-нані в модулі, які кріпляться до рами в незмінній технологічній послідовності: передній опорний коток пруткового типу діаметром 300 мм, три ряди розпушуючих лап на S-подібних пружних стовбах із частотою власних коливань 9,2 Гц, вирівнювач на пружній підвісці з установочним кутом нахилу до напрямку руху 75є та тандем задніх циліндричних пруткових котків різного діаметра (перший - 300, другий - 250 мм). ґрунтообробний передпосівний тяговий

Вплив глибини обробітку та робочої швидкості на тяговий опір макетного зразка комбінованої ґрунтообробної машини з шириною захвату 3,6м та 6м описується відповідними рівняннями регресії:

, (12)

(13)

Із формул (9) - (13) видно, що при збільшенні кількості типів робочих органів під час передпосівного обробітку ґрунту зменшується тенденція зростання сумарного тягового опору машини та вплив на нього глибини обробітку.

Результатами агротехнічної оцінки розробленої машини встановлено, що за швидкості руху 10 - 11 км/год та глибині розпушування 8 см забезпечується виконання вимог до агротехніки передпосівного обробітку ґрунту під льон: вирівняність поверхні поля становила 1,8 - 2 см; агрегатний склад частинок ґрунту розміром до 10 мм - 82 %; щільність ґрунту в поверхневому шарі до 2,5 см - 0,96 г/см³, ущільнене до 1,26 г/см³ насіннєве ложе знаходилось на глибині 2,5 см, а щільність в підложовому шарі становила 1,02 - 1,19 г/см³.

Середній питомий тяговий опір робочих органів машини, визначений при цих умовах, становить: переднього циліндричного пруткового котка - 0,7 кН/м; вібраційних розпушуючих лап - 1,5 кН/м; вирівнювача - 0,8 кН/м і коткового тандема - 1,2 кН/м, а сумарний питомий тяговий опір машини - 4,2 кН/м.

У п'ятому розділі „Економічна ефективність застосування розробленої комбінованої ґрунтообробної машини” наведено результати техніко-економічного розрахунку, звідки видно, що застосування комбінованої ґрунтообробної машини розробленої схеми у порівнянні з базовим технологічним комплексом із одноопераційних машин, дозволяє зменшити витрати праці на 72 %, приведені витрати на 14 %. Річний економічний ефект від впровадження машини досягає 9113 грн. без врахування додаткового приросту врожаю.

Висновки

1. Дисертаційна робота спрямована на розвиток науково-методичних засад синтезу комбінованих машин для передпосівного обробітку ґрунту під льон.

Аналізом чинних науково-методичних основ створення ґрунтообробних машин встановлено, що вони не передбачають розроблення комбінованих машин для передпосівного обробітку ґрунту, зокрема не враховують сукупної дії робочих органів у визначених умовах їх функціонування та вимоги агротехніки вирощування льону.

2. Структурний аналіз процесу передпосівного обробітку ґрунту з метою забезпечення диференційованого за глибиною його стану є необхідною умовою для обґрунтування скінченої множини відомих способів та елементарних операцій для якісного перетворення посівного шару ґрунту, а також скінченої множини відомих робочих органів для виконання кожної з них.

3. Застосування методів системного аналізу до обґрунтування технологічної схеми та параметрів комбінованих машин дає змогу виокремити чотири групи чинників технологічного процесу та обґрунтувати таку технологічну послідовність робочих процесів для якісного перетворення ґрунту для льону з початкового стану у передпосівний: ущільнення ґрунту з одночасним розбиванням грудок; кришення, розпушування і перемішування ґрунту на задану глибину; вирівнювання; формування насіннєвого ложа. Кожна з операцій може виконуватися певною множиною альтернативних ґрунтообробних робочих органів.

4. В результаті аналізу досліджень енергоємності виконання окремих елементарних операцій передпосівного обробітку ґрунту різними робочими органами встановлено, що найбільш енергоємними є розпушування та вирівнювання. Питомий тяговий опір на розпушування знаходиться в межах 1,2 - 4,5, а на вирівнювання 0,8 - 3,0 кН/м і залежить від умов, режимів роботи та параметрів робочих органів.

5. Експериментальними дослідженнями розпушуючих лап на пружних S-подібних стовбах встановлено, що найменші енергетичні витрати в умовах пе-редпосівного обробітку ґрунту мають лапи з частотою власних коливань 9,2 Гц.

6. Залежність тягового опору від робочої швидкості та глибини обробітку під час сукупної дії окремих пакетів і модулів комбінованої ґрунтообробної машини описується залежностями (9) - (13), із яких видно, що при збільшенні кількості типів робочих органів під час передпосівного обробітку ґрунту зменшується тенденція зростання сумарного тягового опору та вплив на нього глибини обробітку.

7. На підставі розвинутих наукових засад та розробленого алгоритму синтезу технологічної схеми комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон з урахуванням вимог агротехніки до якості роботи та стану ґрунту встановлено наступні типи, порядок розміщення і параметри робочих органів: передній опорний коток пруткового типу діаметром 300 мм, три ряди розпушуючих лап на S-подібних пружних стовбах із частотою власних коливань 9,2 Гц, вирівнювач на пружній підвісці з установочним кутом нахилу 75є до напрямку руху та тандем задніх циліндричних пруткових котків різного діаметру (перший - 300, другий - 250 мм) .

Результатами агротехнічної оцінки розробленої машини встановлено, що за швидкості руху 10 - 11 км/год та глибині розпушування 8 см забезпеч-чується виконання вимог до агротехніки передпосівного обробітку ґрунту під льон: вирівняність поверхні поля становила 1,8 - 2 см; агрегатний склад частинок ґрунту розміром до 10 мм - 82 %; щільність ґрунту в поверхневому шарі до 2,5 см - 0,96 г/см³, ущільнене до 1,26 г/см³ насіннєве ложе знаходилось на гли-бині 2,5 см, щільність ґрунту в підложовому шарі становила 1,02 - 1,19 г/см³. Середній питомий тяговий опір робочих органів машини, визначений при цих умовах, становить: переднього циліндричного пруткового котка - 0,7 кН/м; вібраційних розпушуючих лап - 1,5 кН/м; вирівнювача - 0,8 кН/м і коткового тандема - 1,2 кН/м, а сумарний питомий тяговий опір машини - 4,2 кН/м.

8. Застосування комбінованої ґрунтообробної машини обґрунтованої схеми дозволяє зменшити витрати праці, порівнюючи з одноопераційними машинами на 72 %, приведені затрати на 14 %. Річний економічний ефект від впровадження такої машини в порівнянні з існуючим технологічним комплексом досягає 9113 грн. без урахування додаткового приросту врожаю.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Залужний В.І. Вибір критеріїв компоновки робочих органів ґрунтообробних комбінованих агрегатів // Технічні та технологічні аспекти розвитку та випробування нової с.-г. техніки і технологій: Зб. наук. праць.- Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 1995.- С.226-232.

Залужний В. Використання комбінованих ґрунтообробних агрегатів в реальних умовах // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробувань нової техніки і технологій для сільського господарства України: Зб. наук. праць.- Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 1998.- С.171-173.

Залужний В. Експериментальні дослідження комбінованих ґрунтообробних агрегатів. Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2003. - №7. - С.136-144.

Залужний В. Формування структури комбінованих ґрунтообробних машин та агрегатів // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2005. - № 9. - С.113 - 123.

Залужний В.І. Тенденції розвитку машин для поверхневого обробітку ґрунту під сівбу льону-довгунця // Тези доп. на Міжнародній науково-практичній конференції “Випробування, прогнозування і адаптація до виробничих умов вітчизняної та зарубіжної техніки і технологій для рослинництва та тваринництва”. Дослідницьке: УкрЦВТ, 1995.- С.32.

Залужний В.І. Дослідження взаємодії пасивних робочих органів в агрегаті передпосівного обробітку ґрунту під льон-довгунець // Тези доп. на Міжнародній науково-технічній конференції “Перспективи розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу сільськогосподарського виробництва”. Секція 3. Глеваха, 1996.- С.28.

Залужний В.І. Методичні аспекти випробувань комбінованих ґрунтообробних машин //Тези доп. на Міжнародній науково-практичній конференції “Випробування, техніка і технології для сільськогосподарського виробництва на рубежі ХХІ сторіччя”. Дослідницьке: УкрЦВТ, 1998.- С.26-27.

Залужний В.І., Грицишин М.І. Особливості компонування і використання ґрунтообробних комбінованих агрегатів з пасивними робочими органами //Машиновипробування на службі прогресу машинобудування і сільськогосподарського виробництва: Зб.наук. праць.- Дослідницьке: УкрНДІПВТ, 1997.- С. 87-92 (автором обґрунтовано доцільність та напрямки компонування робочих органів комбінованих ґрунтообробних машин).

Залужний В., Сидорчук О., Тимочко В. Аналіз конструкцій та тенденції розвитку комбінованих машин для передпосівного обробітку ґрунту.// Матеріали міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 10-й річниці Конференції ООН з питань охорони навколишнього середовища та розвитку. Львів. держ. аграр. ун-т, 2002. - С. 235-239 (автором досліджено компонувальні схеми комбінованих машин).

Залужний В., Сидорчук О., Тимочко В. Класифікаційні ознаки комбінованих машин. Вісник Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2002. - №6. - С.147-152 (автором розроблено спосіб класифікування комбінованих машин).

Саченко В., Гуков Я., Коваль С., Сидорчук О., Залужний В. Концептуальна модель вітчизняної системи машин для льонарства. // Техніка АПК. - 2003. - № 12.- С. 6 - 7 (автором аргументовано доцільність застосування комбінованих ґрунтообробних машин для передпосівного обробітку ґрунту під льон).

Сидорчук О., Залужний В. Науково-методичні підстави синтезу комбінованих ґрунтообробних машин. Вісник Львівського державного аграрного університету: Агро інженерні дослідження. Наукове видання. - 2004. - №8. - С.224-230 (автором розроблено алгоритм синтезу комбіно-ваних ґрунтообробних машин ).

Сидорчук А. В., Залужный В. И. Научные основы формирования системы машин адаптивного льноводства. Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции // Материалы Международной научно-практической конференции (Тверь, 15-16 июля, 2004 г.). Часть 1- М.: “Издательство ВИМ”, 2004. - с. 66-72. (автором обґрунтовано доцільність суміщення операцій передпосівного обробітку ґрунту під льон).

Сучасні тенденції розвитку конструкцій сільськогосподарської техніки/ За ред. В. І. Кравчука, М. І. Грицишина, С. М. Коваля. Авторський колектив (в т. ч. В. І. Залужний). - К.: Аграрна наука, 2004. - 396 с. (автором досліджено компонувальні схеми і робочі органи комбінованих ґрунтообробних машин).

Хайліс Г. А., Залужний В. І. Про методологію визначення раціональної послідовності операцій в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва. // Техніка АПК. - 2005. - № 10 - 11.- С. 16 - 18 (автором встановлено чинники, які визначають послідовність технологічних операцій).

Хайліс Г., Проценко Ю., Залужний В. Технологічні аспекти вдосконалення вирощування льону-довгунця. // Техніка АПК. - 2003. - № 3.- С. 4 - 6 (автором визначено ефективність суміщення операцій передпосівного обробітку ґрунту під льон).

Анотація

Залужний В.І. Обґрунтування технологічної схеми та параметрів комбінованої машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11. - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Львівський державний аграрний університет, Львів, 2006.

Виноситься на захист обґрунтування схеми комбінування та режимів роботи машини для передпосівного обробітку ґрунту під льон. В роботі викладено результати теоретичних та експериментальних досліджень процесу передпосівного обробітку ґрунту, впливу на ґрунт робочих органів різнорідної деформаційної дії, принципи і схеми формування комбінованих ґрунтообробних машин.

На основі розглянутої теорії компонування ґрунтообробних машин автором розроблено науково-методичні засади синтезу комбінованих ґрунтообробних машин, досліджено компонувальні схеми і робочі органи та встановлено функціональну схему комбінованої ґрунтообробної машини під льон, проведено експериментальні дослідження і аналіз виконання нею робочого процесу.

Вдосконалено методику випробувань комбінованих ґрунтообробних машин, проведено економічний аналіз їх застосування.

Ключові слова: комбінування, ґрунтообробна машина, насіннєве ложе, робочий орган, оптимізація, взаємодія.

Аннотация

Залужный В.И. Обоснование технологической схемы и параметров комбированной машины для предпосевной обработки почвы под лен. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11. - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Львовский государственный аграрный университет. - Львов, 2006.

Диссертационная работа направлена на обоснование схемы комбинирования, параметров и режимов работы машины для предпосевной обработки почвы под лен.

В работе изложены результаты анализа агротехнических требований к предпосевной обработке почвы под лен, теоретических и экспериментальных исследований этого процесса, влияния на почву рабочих органов разнородного деформационного действия, принципов и схем формирования комбинированных почвообрабатывающих машин.

Проанализировав существующие научно-методические основы создания почвообрабатывающих машин, установлено, что они не предусматривают разработку комбинированных машин для предпосевной обработки почвы, в частности не учитывают одновременной работы рабочих органов в определенных условиях их функционирования и требования агротехники выращивания льна. Исследования параметров рабочих органов почвообрабатывающих машин проводили отдельно от общей схемы компоновки, без глубокого изучения их взаимовлияния на качество обработки почвы и энергозатраты. Условия работы и состояния среды рассматривали обобщенно и не учитывали конкретных требований агротехники культуры.

Поэтому, на основании системного анализа составляющих технологичного процесса предпосевной обработки почвы под лен, начального и заданного состояния почвы, способов ее преобразования, определенной гаммы рабочих органов для выполнения каждой из них усовершенствовано научно-методические основы и впервые разработан алгоритм синтеза технологической схемы комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен.

Определена энергоемкость элементарных операций предпосевной обработки почвы, установлено параметры и характеристики рабочих органов, которые своим совместным действием в структуре комбинированной машины делают возможным качественное преобразование предварительно обработанной почвы в необходимое состояние с минимальными энергозатратами.

Методом поэтапного изучения модулей разных рабочих органов установлено взаимное влияние последовательно установленных рабочих органов в комбинированной почвообрабатывающей машине на тяговое сопротивление и показатели качества предпосевной обработки почвы.

На базе разработанных научно-методических основ и алгоритма синтеза обоснована технологическая схема и параметры комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен, изготовлено экспериментальный образец, проведено его лабораторно-полевые испытания и производственная проверка, определен экономический эффект.

По результатам исследований усовершенствованы методики проектирования комбинированных машин для предпосевной обработки почвы и их испытаний. Разработанные научно-методические основы использованы предприятиями сельскохозяйственного машиностроения при создании и совершенствовании комбинированных почвообрабатывающих машин.

Ключевые слова: комбинирование, почвообрабатывающая машина, семенное ложе, рабочий орган, оптимизация, взаимодействие.

Annotation

Zaluzhny V.I. The Motivation (Basing) of the Technological Scheme and Parameters of Combined Machines for Fore-Sowing Preparing Soil for Growing Flax. - Manuscript.

This thesis is for obtaining scientific degree of the Candidate of Technical Sciences, 05.05.11. speciality - machines and implements for mechanization of agricultural production. Lviv State Agricultural University. Lviv, 2006.

This protects the working parameters of implements and its schemes of combining and modes of functioning of machines for fore-sowing preparing soil for growing flax.

The findings of theoretical and experimental studies of the process for fore-sowing preparing soil of, the influences upon the ground by working organs of a heterogeneous deformation action, principles and schemes of shaping combined machines for soil preparation are stated in this work.

It has been created by the author the optimizing mathematical model of the machine for fore-sowing soil peparation, which allows to forecast the efficiency of its use that depends on the conditions and tasks of processing. It is improved the methods of testing multifunction machines for soil preparation, and the economic analysis of their use has been made.

The keywords: combining, machine for peparing soil, seed bed, working organ, optimization, interaction.

Размещено на Allbest.ru

...