Моделирование процесса работы пахотно-фрезерного агрегата

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Моделирование процесса работы пахотно-фрезерного агрегата

Ашабоков Х.Х.

Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова

Аннотация

Многократные проходы машин и агрегатов повышают энергетические затраты, приводят к уплотнению почвы, возникновению и развитию эрозионных процессов. Для решения указанных проблем предлагается пахотно-фрезерный агрегат для предпосевной подготовки почвы. Обоснована его конструктивно-технологическая схема. В результате проведенных теоретических исследований установлены рациональные значения основных параметров предлагаемого пахотно-фрезерного агрегата, оказывающих определяющее влияние на процесс его работы: скорость передвижения - 1,5…2,0 м/с; угол атаки рабочего органа - 20…30 ; угловая скорость вращения рабочего органа - 20…25 с-1.

Ключевые слова: ПОЧВА, ПЛОДОРОДИЕ, СТРУКТУРА, ОБРАБОТКА, ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ, ВЫРАВНИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ, КОМБИНИРОВАННЫЕ АГРЕГАТЫ, РОТАЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ

Анализируя конструктивные особенности современной комбинированной почвообрабатывающей техники, можно заключить, что накопленный опыт представляет большой интерес при ее совершенствовании в направлении обеспечения полного оборота пласта, измельчения глыб и комков почвы, растительных остатков и параллельной их заделки в почву, выравнивания и уплотнения почвенной поверхности. Использованием специальных приспособлений, параллельно с уплотнением обрабатываемого слоя (с глубины 0,05…0,06 м), производится дополнительное крошение почвенного пласта и выравнивание поверхности поля.

Основные недостатки комбинированной почвообрабатывающей техники с пассивными рабочими органами: необходимость в наличии больших полос для разворота; низкое качество подготовки средне- и тяжелосуглинистых почв к выполнению посевных работ.

С целью подготовки средне- и тяжелосуглинистых почв к посеву совершаются 3…5 проходов с использованием тяжелых дисковых борон или оставляется вспаханное поле до весны с тем, чтобы выпадающие атмосферные осадки обеспечили крошение почвенных глыб и комков. Данная технология подготовки почв к посеву сопровождается большими потерями времени, значительным уплотнением почвы, чрезмерным расходом горюче-смазочных материалов и повышенными затратами труда.

В современных условиях на передний план выдвигается проблема: загрузить энергонасыщенные скоростные колесные трактора, так как увеличение мощности двигателя зачастую не сопровождается ростом тягового усилия.

Реализация через ВОМ трактора неиспользуемой мощности двигателя обеспечивается применением активных рабочих органов совместно с плугом. Кроме того, при попутном вращении активного рабочего органа обеспечивается возникновение «подталкивающей» силы, направленной в сторону передвижения агрегата.

С целью систематизации и учета имеющихся достижений в области исследования почвообрабатывающей техники, имеющей активные рабочие органы, проблемы теории и расчета почвообрабатывающих машин рассмотрены на примере технических средств с ротационными рабочими органами.

С учетом того, что ротационные почвообрабатывающие технические средства, в частности, фрезы, характеризуются высокими энергетическими затратами, важно в ходе проведения теоретических исследований установить параметры, которые бы обеспечивали минимум энергоёмкости обработки почвы.

Для решения данной проблемы предлагается пахотно-фрезерный агрегат [1-10]. Конструктивно-технологическая схема предлагаемого агрегата показана на рис. 1. Он состоит из плуга 1 и измельчителя 2, выполненного в форме цилиндрического барабана с вырезами на его поверхности, образующими секции, жестко соединенные между собой. На цилиндрической поверхности секций установлены три режущих (3) и три ударных (4) ножа по касательной к окружности (сечение А-А). Ударные ножи размещены под углом относительно друг друга.

Секции измельчителя посредством распорок жестко соединены с валом 5, выходные концы которого установлены в подшипниковых опорах 6 на раме 7 с возможностью вращения по часовой стрелке вокруг своей оси. Рама 7 прикреплена к несущей балке 8, которая соединена с рамой 1 плуга с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом измельчитель установлен на раме 7 с возможностью регулирования глубины вхождения режущих и ударных ножей в почву посредством гибкой связи 9 подвески 10 измельчителя. Регулировкой натяжения гибкой связи 9 устанавливается необходимая глубина вхождения режущих 3 и ударных 4 ножей в почву.

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема пахотно-фрезерного агрегата: 1 - рама плуга; 2 - измельчитель; 3 - режущий нож; 4 - ударный нож; 5 - вал; 6, 19 - опорные подшипники качения; 7 - рама измельчителя; 8 - несущая балка; 9 - гибкая связь; 10 - подвеска; 11 - металлическая планка; 12 - цепная передача; 13 - конический редуктор; 14 - телескопический карданный вал; 15 - ведущий карданный вал; 16 - предохранительный механизм; 17, 20 - крестовины; 18 - промежуточный вал

пахотный фрезерный почвообрабатывающий

Измельчитель установлен под углом относительно рамы 1 плуга и фиксируется в определенном положении металлической планкой 11, соединяющей несущую балку 8 с рамой 1 плуга. На несущей балке 8 выполнены тарированные отверстия, куда вставляется штырь металлической планки 11, и тем самым обеспечивается необходимый угол установки измельчителя 2.

Измельчитель снабжен механизмом привода от ВОМ трактора. Регулирование передаточного отношения осуществляется изменением числа зубьев звездочек цепной передачи 12. Механизм привода выполнен в виде цепной передачи 12, конического редуктора 13, телескопического 14 и ведущего 15 карданных валов и предохранительного механизма 16. Один конец предохранительного механизма 16 посредством крестовины 17 связан с телескопическим карданным валом 14, а другой его конец через промежуточный вал 18, опирающийся на два опорных подшипника качения 19, крестовину 20 и ведущий карданный вал 15, соединен с ВОМ трактора.

Пахотно-фрезерный агрегат работает следующим образом. Включив рабочую передачу трактора, механизатор начинает вспашку почвы, при этом режущие и ударные ножи входят во вспаханную почву на глубину высева семян, и начинается процесс измельчения почвенных глыб, комков и растительных остатков с выравниванием поверхности почвы.

При вращательном движении режущие ножи вклиниваются в комковатую структуру почвенных глыб, разрезают их, измельчают и заделывают измельченные растительные остатки в почву, при этом ударные ножи разбивают почвенные комки. При поступательном перемещении режущие ножи посредством боковых поверхностей перемещают разрыхленную почву в сторону и заравнивают борозды, образованные плугом во время вспашки. Комки почвы, прошедшие режущие и ударные ножи, попадая в межсекционное пространство измельчителя и соударяясь друг с другом, дополнительно крошатся и равномерно распределяются по поверхности почвы. Тем самым подготавливается только посевной слой почвы, а нижний вспаханный слой почвы остается без изменения. Такой процесс подготовки почвы к посеву позволяет сохранить почвенную влагу на глубине, что стимулирует быстрый всход семян.

При встрече с труднопреодолимыми препятствиями срабатывает предохранительный механизм 16, который отсоединяет телескопический карданный вал 14 от ведущего карданного вала 15, и передача крутящего момента от ВОМ трактора к измельчителю прерывается. При этом рама 7 вместе с измельчителем, перемещаясь вверх, преодолевает препятствие, и агрегат продолжает обработку почвы.

Конструкция описываемого пахотно-фрезерного агрегата в сравнении с существующими комбинированными почвообрабатывающими агрегатами имеет следующие преимущества: способность проведения одновременно вспашки почвы с измельчением крупных почвенных глыб, комков, растительных остатков и выравниванием поверхности почвы; способность изменения угла установки измельчителя активного действия и глубины обработки почвы в зависимости от типа почв; высокое качество подготовки почв к посеву; способность снизить энергозатраты за счет выполнения нескольких операций при подготовке почв к посеву за один проход агрегата; не требует изготовления дорогостоящих узлов и деталей; требуется меньшее количество тракторов для подготовки почв к посеву.

Ряд исследователей [11, 12] полагают, что абсолютная скорость частицы почвы при отрыве от лезвия равна сумме окружной скорости конечной точки лезвия и скорости передвижения агрегата. Также сопротивление воздуха не учитывается. При проведении расчетов принимаем эти допущения.

Определим величину угла установки ножа с учетом сил, приложенных в точке (рис. 2).

Рис. 2. Схема к установлению угла установки ножа

Согласно рис. 3:

Рис. 3. Схема действующих сил

, (1)

, (2)

, (3)

где: , , - силы резания, Н; , , - силы трения в системе «комок почвы-поверхность почвы», Н; , , - силы трения в системе «рабочий орган-комок почвы», Н; , - силы нормальной реакции комка почвы, Н.

Величины составляющих сил резания определятся по зависимостям:

, (4)

, (5)

, (6)

где - угол атаки, град.

Силы трения в системе «комок почвы-поверхность почвы» определяются согласно выражениям:

, (7)

, (8)

, (9)

где - угол трения в системе «комок почвы - поверхность почвы», град.

Установить значение проекций сил трения в системе «рабочий орган - комок почвы» можно по зависимостям:

, (10)

, (11)

, (12)

где - угол трения в системе «рабочий орган - комок почвы», град.

Из зависимости (1) можно определить значение силы нормальной реакции комка почвы:

. (13)

С учетом изложенного, получим:

, (14)

где:

, (15)

. (16)

Произведя некоторые преобразования выражения (14) с учетом того, что:

, (17)

, (18)

получим:

, (19)

После решения уравнения (19) находим зависимость, позволяющую рассчитать угол установки ножа рабочего органа (рис. 4):

Рис. 4. Влияние глубины обработки почвы на угол установки ножа (при =250)

. (20)

При 0,7, 0,2 м, =250 и h=0,1 м получим, что 150.

Высоту расположения барабана рабочего органа относительно обрабатываемой поверхности определяет угол (рис. 5 и 6):

. (21)

Рис. 5. Схема к установлению высоты расположения барабана рабочего органа относительно обрабатываемой поверхности

Рис. 6. Влияние глубины обработки почвы на высоту расположения барабана относительно обрабатываемой поверхности (=250).

Вывод

В результате проведенных теоретических исследований установлены рациональные значения основных параметров предлагаемого пахотно-фрезерного агрегата, оказывающих определяющее влияние на процесс его работы: скорость передвижения 1,5…2,0 м/с; угол атаки рабочего органа 20…30 ; угловая скорость вращения рабочего органа 20…25 с-1.

Литература

1. Апажев А.К., Фоменко С.А. Инновационная технология и комбинированный пахотный агрегат для основной обработки почв / Материалы V Межвузовской научно-практической конференции «Инновации в агропромышленном комплексе (22-23 апреля 2016 г., г. Нальчик).- Нальчик: Кабардино-Балкарский ГАУ. - 2016. - С. 15-17.

2. Апажев А.К., Аушев М.Х., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты для основной и предпосевной подготовки почв. - Назрань: ООО «КЕП». - 2014. - 68 с.

3. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Рациональные параметры и режимы работы комбинированного почвообрабатывающего агрегата / Известия Горского государственного аграрного университета. - Владикавказ: Изд-во ФГБОУ ВО «Горский госагроуниверситет». - 2016, т. 53, ч. 2. - С. 138-143.

4. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. и др. Инновационные технологические и технические решения по повышению плодородия почв в условиях склоновых эродированных черноземных почв Юга России. - Нальчик: Кабардино-Балкарский ГАУ. - 2017. - 344 с.

5. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. и др. Научно-методические рекомендации по разработке мероприятий, обеспечивающих повышение плодородия почв в условиях склоновых эродированных черноземных почв Юга России. - Нальчик: Кабардино-Балкарский ГАУ. - 2017. - 150 с.

6. Апажев А.К., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Результаты производственных испытаний комбинированного почвообрабатывающего агрегата // Сельский механизатор. - 2016, № 8. - С. 10-11.

7. Ашабоков Х.Х., Шекихачев Ю.А., Хажметов Л.М. Комбинированные пахотные агрегаты и пути их совершенствования / Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и инновационные технологии в отраслях АПК», посвященной 35-летию Кабардино-Балкарского ГАУ. - Нальчик: Кабардино-Балкарский ГАУ. - 2016. - С. 21-25.

8. Ашабоков Х.Х., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Разработка агрегата для предпосевной подготовки почвы / Современные научные исследования и разработки. - 2017, №4 (12). - С. 363-365.

9. Ашабоков Х.Х., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А. Обоснование конструктивно-технологической схемы комбинированного пахотного агрегата / Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции «Последние тенденции в области науки и образования». - 2017. - С. 35-40.

10. Пат. RU 168218 Российская Федерация, МПК7 А 01 В 49/02 / Комбинированный почвообрабатывающий агрегат Апажев А.К., Хажметов Л.М., Шекихачев Ю.А., Ашабоков Х.М. и др.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ.- №2016125675; заявл. 27.06.16; опубл. 24.01.2017, Бюл. №3. - 2 с. : ил.

11. Горшенин В.И., Алехин А.В. К обоснованию траектории полёта частицы почвы при сходе с ножа ротационного щелевателя / Вестник Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина. - 2009, №1. - С. 44-46.

12. Несмиян А.Ю. Машинно-технологическое обоснование процессов обработки почвы и посева пропашных культур в условиях дефицита влаги: дисс. ... доктора технических наук: 05.20.01 [Место защиты: Дон. гос. аграр. ун-т]. - Зерноград. - 2017. - 424 с.

Размещено на Allbest.ru