Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів просапного культиватора у складі машинно-тракторного агрегату

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБҐРУНТУВАННЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОСАПНОГО КУЛЬТИВАТОРА У СКЛАДІ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТУ

Субочев О.І.¹, к. т. н.

Деркач О.Д.¹

Каракай А.О.¹, магістрант

Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет

Постановка проблеми. Актуальним питанням сьогодення є зменшення витрат на вирощування сільськогосподарської продукції. Зважаючи на той факт, що витрати енергії є найвищими на операціях основного обробітку ґрунту, а під час вирощування окремих культур, таких як соняшник, кукурудза, картопля, цукрові буряки, ріпак та ін., витрати на проведення основного обробітку ґрунту можуть досягати 25...35% загальних енерговитрат на технологію вирощування, проблема енергозбереження стає ще більш гострою. Ще більшої актуальності енергетика процесу глибокого обробітку ґрунту набуває під час впровадження технологій безполицевого розпушування, оскільки ці операції позиціонуються не лише як основи ґрунтозахисного землеробства, а й мають забезпечувати принципи зниження енергоємності процесу [1-4].

Поступовий перехід від технологій класичної полицевої оранки до технологій безполицевого глибокого обробітку є реаліями сьогодення. Впровадження в технологічні процеси вирощування продукції рослинництва на етапах основного обробітку ґрунту процесів глибокого розпушування, дозволяють суттєво скоротити витрати на проведення операцій, зруйнувати ущільнену підорну підошву, цим самим покращити інфільтраційні властивості ґрунтів, скоротити прояви вітрової та водної ерозій, і зрештою, являють основами ґрунтозахисного енергоощадного землеробства [5].

Ще одним фактором, який обмежує використання глибокорозпушувачів є висока вартість закордонних машин та запасних частин до них, що реалізуються на ринку сільськогосподарської техніки, а вітчизняні виробники здебільшого необґрунтовано копіюють будову закордонних аналогів без вдосконалення конструкцій та їх адаптації до ґрунтових умов, експлуатаційних особливостей енергетичних засобів, специфіки реалізацій технологій глибокого розпушування [6].

Протягом останніх років місцевими виробниками робляться спроби вдосконалити як окремі елементи конструкцій глибокорозпушувачів, так і їх принципових схем і механізмів регулювань загалом, що повинно підвищити загальну ефективність їх використання, спростити та обґрунтувати конструктивно-технологічні параметри і режими роботи та забезпечити комплектування агрегатів із існуючим енергетичними засобами. Для комплексної оцінки якісних показників роботи, витрат енергії, ефективного агрегатування, пошуку раціональних конструкцій та набору робочих органів проводяться відповідні теоретико експериментальні дослідження, хоча ряд питань залишаються не вивченими. Зокрема, актуальними питаннями залишаються питання взаємозв'язку якості операцій глибокого розпушування із енерговитратами та можливість комплектування ефективного ґрунтообробного агрегату із раціональним набором робочих органів з тракторами різного тягового класу та конструкціями енергетичних засобів [7].

Аналіз останніх досліджень. Відомо, що найбільш вагомим фактором, який забезпечує створення оптимальних умов росту і розвитку рослин є механічний обробіток ґрунту. Проте, часті і глибокі обробітки щорічно призводять до втрати органічної речовини від 1 до 2%, яка має важливе значення для формування необхідних фізико- механічних властивостей, структури ґрунту та інших факторів родючості [8].

Механічний обробіток ґрунту являє собою дію на нього робочими органами ґрунтообробних машин і знарядь на відповідну глибину, це один із засобів регулювання водного і повітряного режимів оброблюваного шару. Він, з одного боку, сприяє нагромадженню вологи в ґрунті та зменшення її непродуктивних втрат і створює умови для продуктивного використання рослинами вологи, а з другого - знижує кількість вологи в цьому шарі при надмірному зволоженні. Усунення надлишку вологи сприяє збільшенню загальної аерації і створення оптимального співвідношення води і повітря в ґрунті [ 9].

Ряд дослідників доводять [10-14], що проведення багатократного механічного обробітку ґрунту, з однієї сторони, дозволяє забезпечити максимальне знищення бур'янів, але з іншої - суттєво погіршує структуру і сприяє загальному ущільненню орного горизонту, що вимагає здійснення додаткових операцій обробітку, а отже, супроводжується збільшенням витрат енергії. В публікації робиться висновок про те, що чим більше ґрунт обробляється, тим більше він потребує обробітку [10]. Тому при виборі виду обробітку ґрунту, типу машини чи знаряддя, конструктивних особливостей робочих органів та їх поєднань, параметрів налаштувань ґрунтообробних агрегатів і режимів роботи, насамперед необхідно виходити із умов, що забезпечують агрофізичні та інші властивості ґрунтів.

У боротьбі з ерозією велика роль належить правильному обробітку ґрунту, який запобігає та істотно знижує їх руйнівну силу. Крім того, у півтора-два рази збільшуються витрати на обробіток переущільненого ґрунту. Плужна підошва затрудняє утворення та проникнення коріння у більш глибокі шари ґрунту, різко порушується водний режим. Рослини, які вирощуються на ґрунтах з плужною підошвою, навіть у вологі роки знаходяться в умовах посухи [15, 16].

На практиці прийнято затрати енергії на обробіток ґрунту оцінювати дійсними витратами пального. Крім того, відомо, що витрати пального на обробіток ґрунту суттєво залежать не лише від конструктивних особливостей робочих органів і знарядь ґрунтообробних машин та їх компоновки у агрегати, але і від типу та фізико-механічних властивостей ґрунтів, що підлягають обробці [17, 18, 19].

Формулювання цілей статті. Дослідження впливу конструктивно-технологічних параметрів робочих органів просапного культиватора на тяговий опір і оцінка витрат пального залежно від компоновки агрегату та набору робочих органів під час роботи комбінованих просапних агрегатів елементів, які деформують ґрунт, переважно у горизонтальній площині. Оцінка енергоємності обробітку ґрунту комбінованими просапними культиваторами, шляхом аналітичного дослідження силової взаємодії запропонованого знаряддя і практичного аналізу витрат пального в залежності від компоновки агрегату та набору робочих органів [20].

Основна частина. Розробка моделі динамічної взаємодії просапного культиватора з опорною поверхнею.

При побудові схеми просапної культиватора необхідно враховувати наступні вимоги: конструкція культиватора повинна забезпечувати пристосовність робочих органів до мікрорельєфу поля; конструкція культиватора повинна передбачати пристрої: для регулювання глибини ходу кожного робочого органу; для зміни кута установки до горизонтальної площини кожної секції, а також кута установки до горизонтальної площини кожного робочого органу; культиватор повинен мати механізми, які забезпечували б плавне або ступінчасте регулювання глибини ходу робочих органів (ступінчастість повинна бути не більше ніж через 20 мм); ходові колеса слід розташовувати попереду робочих органів, щоб сліди їх були оброблені.

Найбільше цим вимогам відповідає схема побудови просапного культиватора з використанням окремих секцій, які закріплені на раму культиватора за допомогою скоб, а розподіл навантаження відбувається за рахунок впровадження в конструкцію чотирьохланкового паралелограмного механізму.

Секція культиватора просапного складається з таких вузлів (рис. 1): паралелограм, рама, опорне колесо, стійка, лапа.

просапний культиватор конструктивний енергоємність витрати пальне

Рис. 1. Конструкція секції просапного культиватора

Динамічний аналіз складається з визначення впливу зовнішніх сил, сил ваги конструкції, сил тертя та масових сил (сил інерції) на ланки механізму, на елементи ланок, на кінематичні пари та нерухомі опори та встановлення способів зменшення динамічних навантажень, що виникають при русі механізму, режиму руху механізму під дією заданих сил та встановлення способів, що забезпечують задані режими руху механізму.

В динамічний аналіз механізмів включається задачі теорії коливань в механізмах, про співударяння ланок механізмів теорії пружності, теорії і машин механізмів.

Розв'язання задачі розрахунку терміну служби підшипнику потребує дослідження та визначення параметрів руху колеса відносно центра в рухомій системі координат. Треба проаналізувати роботу опорного колеса культиватора керуючись основними законами динаміки абсолютного руху.

В основі динаміки абсолютного руху матеріальної точки знаходяться перший та другий закони Ньютона. Точка М здійснює обертальний рух: абсолютний рух цієї точки відносно деякого центру нерухомої системи координат О, відносний рух відносно рухомої системи координат Oxyz.

Рівняння руху невільної матеріальної точки:

З рівнянь (1, 2) випливає, що для складання рівняння руху матеріальної точки треба визначення активних сил і реакцій.

Сили, що діють на колесо просапного культиватора при обертальному русі при обмеженні глибини наведено на рис. 2.

Рис. 2. Схема дії сил на секцію проспаного культиватора при обмеженні глибини обробки і швидкості руху

Для забезпечення постійності глибини ходу в конструкції секції просапного культиватора передбачене опорне колесо. За рахунок цього збільшується тяговий опір агрегату на величину сили тертя. Ця сила навантажує підшипникові вузли, що впливає на термін їх експлуатації.

Рис. 3. Графічна дія вертикальної і горизонтальної складових навантаження на опорні колеса

Рівноваги системи будується за формулою

де Ro - навантаження на опорні колеса (рис.3), Н;

Rizx - сила опору ґрунту, Н;

Q - вага системи, Н;

Р - зусилля пружини, Н;

a, b, c, d - плечі сил, Ro, Q, P, Rizx відповідно, відносно центра обертання системи, м.

Визначення навантаження на опорні колеса при роботі культиватора наведено у вигляді паралелограма сил (рис. 4).

Рис. 4. Графічне визначення навантаження на опорні колеса

Горизонтальна складова сили опору ґрунту визначається за формулою (рис. 5):

де Rzx - сила опору ґрунту;

ш - кут нахилу реакції ґрунту.

Рис. 5. Дія сила опору ґрунту на універсальну стрілчасту лапу

При розрахунках стрілчастих лап з кутом кришіння Я = 15-30°, що працюють на парових та просапних культиваторах, кут у приймається рівним 18-24°. Нижнє значення кута у відповідає глибині обробки ґрунту Н₀б_р < 8 см, та меншому значенню кута Я, верхня границя - глибині Н₀б_р = 10-12 см, та більшому значенню кута Я.

Питомий опір ґрунту визначається за формулою:

де bл - ширина захвату лапи, см.

Горизонтальна складову сили опору ґрунту визначається за формулою:

Залежність сили опору обробки від опору ґрунту при різних ширинах захвату лап просапного культиватора наведено на рис. 6.

Рис. 6. Залежність сили опору обробки від питомого опору ґрунту при різних ширинах захвату лап просапного культиватора

Підвищення сили опору обробки від опору ґрунту при різних ширинах захвату лап просапного культиватора пояснюється тим, що чим більше питомий опір ґрунту і чим більше ширина захвату лап тим більше зусилля на тяговому органі просапного культиватора.

Залежність навантаження на опорні колеса від питомого опору ґрунту при різних глибинах обробки наведено на рис 7.

Рис. 7. Залежність навантаження на опорні колеса від питомого опору ґрунту при різних глибинах обробки

З рис. 6 видно, що при звеличенні питомого опору ґрунту і глибини обробки буде підвищуватись навантаження на опорні колеса. Залежність навантаження на опорні колеса від питомого опору ґрунту при кожній глибин обробки має нерівномірний характер: на початку зменшується до деякого мінімуму, а потім звеличується.

Висновки. Розв'язано задачі розрахунку терміну служби підшипнику, проведено дослідження та визначення параметрів руху колеса відносно центра в рухомій системі координат. Для забезпечення постійності глибини ходу в конструкції секції просапного культиватора передбачене опорне колесо, за рахунок чого збільшується тяговий опір агрегату на величину сили тертя, навантажує підшипникові вузли, що впливає на термін їх експлуатації. Проаналізовано роботу опорного колеса культиватора керуючись основними законами динаміки абсолютного руху.

Обґрунтовано підвищення сили опору обробки від опору ґрунту при різних ширинах захвату лап просапного культиватора. Виявлено нерівномірний характер залежності навантаження на опорні колеса від питомого опору ґрунту при кожній глибин обробки.

Список використаних джерел

1. Лещенко С. В., Сало В. М., Васильковский А. М. Состояние вопроса и перспектива интенсификации работы чизельных орудий с целью сохранения естественного плодородия. MOTROL. Commission of motorization and energetics in agriculture. An international journal on operation of farm and agri-food industry machinery. 2014. Vol. 16, № 2. Р. 195-201.

2. Komar A. S. Processing of poultry manure for fertilization by granulation. Innovative Technologies for Growing, Storage and Processing of Horticulture and Crop Production : Abstracts of the 5th International Scientific and Practical Conference. Uman, 2019. Р. 18-20.

3. Лещенко С. М., Сало В. М., Петренко Д. І. Оцінка енергоємності глибокого обробітку ґрунту комбінованими чизельними глибокорозпушувачами. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Сер. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. Кропивницький: ЦНТУ, 2018. Вип. 31. С. 10-20.

4. Komar A. S. Development of the design of a press-granulator for the processing of bird manure. Topical issues of development of agrarian science in Ukraine: Coll. scientific-works of Intern. Research Practice Conf. Nizhin, 2019. P. 84-91.

5. Skliar R. Measures to improve energy efficiency of agricultural production. Abstracts of XIII International Scientific and Practical Conference. Bordeaux «Social function of science, teaching and learning ». Bordeaux, France 2020.

6. Vasylkovska K. V., Leshchenko S. M., Vasylkovskyi O. M., Petrenko D. I. Improvement of equipment for basic tillage and sowing as initial stage of harvest forecasting // INMATEH-Agricultural Engineering. 2016. Vol. 50, № 3. P.13-20.

7. Leschenko S., Petrenko D., Salo V. Experimental estimate of the efficiency of basic tilling by chisel equipment in the conditions of soil. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Кіровоград, 2014. Вип. 44. С. 237-243.

8. Лещенко С. М., Сало В. М. Шляхи підвищення ефективності роботи комбінованих чизельних ґрунтообробних знарядь з додатковими деформаторами. Механізація та електрифікація сільського господарства. Глеваха, 2016. Вип. 4 (103). С. 31-37.

9. Сало В. М., Богатирьов Д. В., Лещенко С. М., Савицький М. І. Вітчизняне технічне забезпечення сучасних процесів у рослинництві. Техніка і технології АПК. 2014. № 10 (61). С. 16-19.

10. Zabolotko O. O. Performance indicators of farm equipment. Kramar Readings: Proceedings of the IV International Scientific and Technical Conference. 2017. P. 155-158.

11. Машини для обробітку ґрунту та внесення добрив: навчальний посібник / В. М. Сало та ін. Харків, 2016. 244 с.

12. Сало В. М., Богатирьов Д. В., Лещенко С. М., Савицький М. І. Вітчизняне технічне забезпечення сучасних процесів у рослинництві. Техніка і технології АПК, 2014. № 10 (61) С. 16-19.

13. Панов И. М., Ветохин В. И. Физические основы механики почв: Монография. К.: Феникс, 2008. 266 с.

14. Сало В. М., Лещенко С. М., Пашинський В. А., Ярових Р. В. Аналіз процесів чизелювання ґрунтів з застосуванням різних комбінацій робочих органів. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Кіровоград, 2015. Вип. 45, Ч.1 С. 126-132.

15. Kyurchev S., Kolodiy A. Analysis of existing methods and means for the separation of seeds. Motrol. Commission of motorization and energetic in agriculture. 2013. Vol. 15, №2. P. 197-204.

16. Dudarev I., Kirchuk R. Simulation of bulk materials separation process in spiral separator. INMATEH - Agricultural Engineering. 2017. Vol. 53, no. 3. pp. 57-64.

17. Zabolotko O.O. Performance indicators of farm equipment. Proceedings of the IV International Scientific and Technical Conference «Kramar Readings» 2017. P. 155-158.

18. Skliar A. Research of the cereal materials micronizer for fodder components preparation in animal husbandry. Modern Development Paths of Agricultural Production. Springer Nature Switzerland AG. 2019. Р. 249258.

19. Лузан П. Г, Лузан О. Р., Петренко Д. І. Обґрунтування параметрів решета для сепарації зерна. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: зб. наук. пр. Кіровогр. нац. техн. ун-ту. 2016. Вип. 29. С. 46-53.

20. Лещенко С. М., Сало В. М. Обґрунтування доцільності проведення глибокого чизельного рихлення на переущільнених та ерозійно-небезпечних ґрунтах. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автомат изац ія. Кіровоград: КНТУ, 2015 р. Вип. 28. С. 181-186.

ОБҐРУНТУВАННЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ПРОСАПНОГО КУЛЬТИВАТОРА У СКЛАДІ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТУ

Субочев О.И., Деркач О.Д., Каракай А.О.

Анотація

Проведено теоретико-експериментальні дослідження для комплексної оцінки якісних показників роботи, витрат енергії, ефективного агрегатування, пошуку раціональних конструкцій та набору робочих органів.

Розв'язано задачі розрахунку терміну служби підшипнику, проведено дослідження та визначення параметрів руху колеса відносно центра в рухомій системі координат. Для забезпечення постійності глибини ходу в конструкції секції просапного культиватора передбачене опорне колесо, за рахунок чого збільшується тяговий опір агрегату на величину сили тертя, навантажує підшипникові вузли, що впливає на термін їх експлуатації. Проаналізовано роботу опорного колеса культиватора керуючись основними законами динаміки абсолютного руху.

Обґрунтовано підвищення сили опору обробки від опору ґрунту при різних ширинах захвату лап просапного культиватора. Виявлено нерівномірний характер залежності навантаження на опорні колеса від питомого опору ґрунту при кожній глибин обробки.

Ключові слова: просапний культиватор ТОВ «Avers-Agro», динамічний аналіз, сили опору обробки

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОПАШНОГО КУЛЬТИВАТОРА В СОСТАВЕ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА

Субочев О.І., Деркач А.Д., Каракай А.А.

Аннотация

Проведен теоретико-экспериментальные исследования для комплексной оценки качественных показателей работы, затрат энергии, эффективного агрегатирования, поиска рациональных конструкций и набора рабочих органов.

Решены задачи расчета срока службы подшипника, проведены исследования и определения параметров движения колеса относительно центра в подвижной системе координат. Для обеспечения постоянства глубины хода в конструкции секции пропашные культиваторы предусмотрено опорное колесо, за счет чего увеличивается тяговое сопротивление агрегата на величину силы трения, нагружает подшипниковые узлы, влияет на срок их эксплуатации. Проанализирована работа опорного колеса культиватора руководствуясь основными законами динамики абсолютного движения.

Обоснованно повышение силы сопротивления обработки от сопротивления почвы при различных ширины захвата лап пропашного культиватора. Выявлено неравномерный характер зависимости нагрузки на опорные колеса от удельного сопротивления грунта при каждой глубине обработки.

Ключевые слова: пропашной культиватор ООО «Avers-Agro», динамический анализ, силы сопротивления обработки

JUSTIFICATION OF CONSTRUCTIVE AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF ROW CULTIVATOR IN THE MACHINE-TRACTOR AGGREGATE

Subochev O.I., Derkach O.D., Karakay A.O.

Summary

Improving the operation of the cultivator by the number and composition of legs and durability of bearings performed in LLC «Avers-Agro», which allows adaptation to the soil conditions, operational characteristics of energy, specific of the loosening implementation technologies.

Theoretical and experimental researches for a complex estimation of qualitative indicators of work, expenses of energy, effective aggregation, search of rational designs and a set of working bodies are carried out.

A model of dynamic interaction of a cultivator with a supporting surface was developed. When constructing a cultivator scheme, the following requirements are taken into account: the cultivator design must ensure the adaptability of the working bodies to the microrelief of the field.

The design of the cultivator provides devices: for adjusting the depth of each working body; to change the installation angle to the horizontal plane of each section, the installation angle to the horizontal plane of each working body.

The cultivator is equipped with mechanisms that provide smooth or stepwise adjustment of the depth of the working bodies; the running wheels are located in front of the working bodies so that their traces are processed.

Dynamic analysis consists of determining the influence of external forces, gravity, friction and inertia forces acting on the links of the mechanism, the elements of the links, the kinematic pairs and fixed supports and identifying ways to reduce dynamic loads arising from the movement of the mechanism, mode of movement of the mechanism under the action of the set forces and establishment of the ways providing the set modes of movement of the mechanism.

The dynamic analysis of mechanisms includes problem tasks of the theory of oscillations in mechanisms, about collision of mechanisms links of the elasticity theory, the theory and machines of mechanisms.

The tasks of calculating the service life of the bearing are solved, research and determination of the parameters of wheel movement relative to the center in the moving coordinate system are carried out. To ensure the consistency of the depth of travel in the design of the section of the cultivator provided a support wheel, which increases the traction resistance of the unit by the amount of friction, loads the bearing units, which affect their service life. The operation of the cultivator support wheel is analyzed according to the basic laws of absolute motion dynamics.

The increase of tillage resistance from soil resistance at different widths of cultivator paws is substantiated. The non-uniform character of the dependence of the load on the support wheels on the specific resistance of the soil at each depth of cultivation is revealed.

Key words: row cultivator LLC «Avers-Agro», dynamic analysis, tillage resistance forces

Размещено на Allbest.ru