Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Технологии распашки многолетних трав и требования к качеству выполнения технологического процесса 11
1.2. Орудия и рабочие органы для обработки многолетних трав 15
1.3. Орудия с комбинированными рабочими органами для послойной обработки почвы 22
1.4. Анализ исследований по обоснованию основных параметров орудий с плоскорежущими и комбинированными рабочими органами 29
1.4.1. Современные методы оптимизации параметров почвообрабатывающих орудий 29
1.4.2. Анализ исследований по обоснованию основных параметров орудий с плоскорежущими и комбинированными рабочими органами 32
1.4.3. Анализ исследований по обоснованию скорости движения и ширины захвата агрегата 35
1.5. Задачи исследования 37
Глава 2. Теоретическое обоснование схемы и основных параметров орудия с комбинированными рабочими органами для обработки многолетних трав 40
2.1. Обоснование схемы орудия для обработки трав 40
2.2. Обоснование основных технологических параметров орудия с комбинированными рабочими органами для обработки трав 49
2.2.1. Выбор рационального расстояния между рядами плоскорежущих рабочих органов и высоты стойки 51
2.2.2. Определение местоположения плоскорежущих рабочих органов на раме орудия 56
2.2.3. Обоснование координат расположения дисковых рабочих органов относительно заднего ряда плоскорежущих лап 66
2.2.1. Определение минимального расстояния между стойками одного ряда и минимальной ширины захвата плоскорежущей лапы 71
2.2.5. Выбор рационального расстояния между дисковыми рабочими органами и угла установки их относительно направления движения 74
2.3. Определение параметров навесного устройства и положения опорных колес на раме орудия для обработки трав... 79
2.4. Обоснование основных параметров прикатывающего катка 86
2.5. Определение рациональной ширины захвата орудия и скорости движения агрегата 97
Глава 3. Методика экспериментальных исследований 104
3.1. Задачи и программа экспериментальных исследований 104
3.2. Объект исследований, оценочные показатели и условия проведения экспериментов 105
3.3. Методики измерения силовых и скоростных параметров, измерительно-регистрирующая аппаратура и тарировка датчиков 112
3.4. Оценка погрешностей измерений и точности результатов опыта 114
Глава 4. Результаты экспериментально-теоретических исследований по обоснованию технологических и конструктивных параметров орудия для основной обработки многолетних трав 122
4.1. Влияние ширины захвата плоскорежущей лапы и схемы расположения дисковых рабочих органов на заглубляемость орудия 122
4.1.1. Изменение крошения пахотного горизонта, тягового сопротивления и плотности поверхностного слоя в зависимости от ширины захвата плоскорежущей лапы 122
4.1.2. Зависимость заглубляемости орудия в пахотный слой от положения дисковых рабочих органов относительно плоскорежущих лап 127
4.2. Экспериментально-теоретическое обоснование основных технологических параметров орудия для распашки трав 131
4.2.1. Изменение угла наклона плоскости скалывания от скорости движения плоскорежущего рабочего органа 131
4.2.2. Влияние скорости движения агрегата на минимальное расстояние между плоскорежущими рабочими органами и высоту стойки 133
4.2.3. Экспериментально-теоретическое обоснование координат расположения дисковых рабочих органов относительно заднего ряда плоскорежущих 137
4.3. Влияние схемы расположения плоскорежущих рабочих органов и параметров присоединительного треугольника на агротехнические показатели и тяговое сопротивление 146
4.4. Экспериментально-теоретическое обоснование основных параметров прикатывающего катка 157
4.5. Обоснование оптимальной ширины захвата орудия и скорости движения агрегата с трактором К-701 163
4.6. Агротехническая, энергетическая и технико-эксплуатационная оценки орудия на обработке трав 167
4.6.1. Влияние скорости движения агрегата на агротехни ческие и энергетические показатели орудия на обработке трав 167
4.6.2. Эксплуатационно-технологическая оценка орудия на обработке многолетних трав 174
Глава 5. Экономическая эффективность использования орудия с комбинированными рабочими органами на обработке трав 177
5.1. Результаты сравнительных испытаний орудий на обработке трав 177
5.2. Расчет экономической эффективности применения орудия ОКТ-4,2 на обработке трав 178
Выводы 181
Список использованных источников 183
Приложение 193
- Орудия с комбинированными рабочими органами для послойной обработки почвы
- Выбор рационального расстояния между рядами плоскорежущих рабочих органов и высоты стойки
- Объект исследований, оценочные показатели и условия проведения экспериментов
- Изменение крошения пахотного горизонта, тягового сопротивления и плотности поверхностного слоя в зависимости от ширины захвата плоскорежущей лапы
Введение к работе
Актуальность исследований. Засушливый, резко-континентальный с неустойчивым увлажнением климат степных и лесостепных районов Северного Казахстана является неудовлетворительным для возделывания сельскохозяйст-венных культур. Недостаток влаги при обилии тепла в летний период предопределил повсеместное распространение среди многолетних трав посевов житняка, занимающего свыше 70 % площадей сеяных кормовых угодий. Наряду с достоинствами, житняк имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что посевы его дают устойчиво высокие урожаи сена со второго по пятый год жизни. В дальнейшем продуктивность житняка резко снижается из-за выпадения травостоя вследствие уплотнения почвы, ухудшения аэрации и фильтрации, снижения запасов продуктивной влаги в пахотном слое.
Наиболее эффективным способом повышения продуктивности старовозрастных трав является их обработка. На почвах с тяжелым и средним механическим составом и суммой годовых осадков более 300 мм распашку рекомендуется проводить на пятый-шестой год использования. На почвах облегченного механического состава с суммой годовых осадков менее 300 мм многолетние травы должны распахиваться на пятом году использования.
Существующие технологии обработки трав предусматривают выполнение, как минимум, двух технологических операций. Это глубокая обработка (отвальная или безотвальная) и разделка пласта. При этом оптимальным для обработки является период сразу же после укоса трав. Однако в этот период времени пахотный слой находится в сухом и уплотненном состоянии. Поэтому для получения нужного качества обработки существующими орудиями требуется от трех до пяти проходов агрегата по полю, что приводит к увеличе нию энергоемкости технологического процесса и затрат материальных ресур сов. В то же время физико-механическое состояние пахотного слоя в период обработки трав способствует совмещению технологических операций глубо кого рыхления с разделкой пласта. В этой связи проблема создания орудия с комбинированными рабочими органами для основной обработки многолетних трав, обеспечивающего выполнение технологического процесса за один проход агрегата, является актуальной как с научной, так и с практической точек зрения. Целью настоящих исследований является снижение энергоемкости процесса основной обработки пласта многолетних трав, при сохранении качественных показателей, за счет создания нового орудия с комбинированными рабочими органами.
Работа выполнялась по заданию Национального академического центра аграрных исследований Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан по проблеме 05.03.01.Т "Разработать технологии и средства механизации для возделывания и уборки кормовых культур".
В первой главе дан анализ литературных источников по изложенному вопросу, сделаны соответствующие выводы и поставлены задачи исследования. Во второй главе обоснована научная гипотеза решения поставленных задач по созданию орудия с комбинированными рабочими органами для основной обработки многолетних трав. Сделано предположение, что обеспечить полноту проработки дернового слоя дисковыми рабочими органами в составе орудия для обработки трав возможно за счет догрузки их силами давления почвенного пласта на плоскорежущие лапы. При этом орудие должно хорошо заглубляться в пахотный слой, обеспечивать выполнение технологического процесса с заданным уровнем качественных показателей и высокой производительностью. Составлена расчетная схема, получены уравнения, определяющие критическую твердость пахотного слоя, при которой обеспечивается процесс заглубления орудия с дисковыми рабочими органами, установленными перед и за плоскорежущими лапами. Анализ полученных уравнений показал, что для обработки трав с высокой твердостью обрабатываемого слоя предпочтительной является схема с расположением дисковых рабочих органов за плоскорежущими лапами. Она выглядит следующим образом. Пласт почвы подрезается на всю глубину обработки плоскорежущей лапой, поднимается, движется по лемеху и сходит с него, вследствие чего происходит интенсивное крошение нижнего горизонта и частичное рыхление верхнего. Дисковые рабочие органы, установленные за плоскорежущими лапами, дополнительно разделывают дернину до требуемого уровня. А прикатывающий каток выравнивает и уплотняет поверхность поля.
Устойчивость выполнения технологического процесса обработки почвы при заданном качестве работы и минимально допустимых энергетических затратах возможно обеспечить при оптимальных технологических параметрах орудия. Составлены расчетные схемы и получены уравнения для определения расстояния между плоскорежущими лапами по ходу движения и по ширине захвата, между плоскорежущими и дисковыми рабочими органами и между осями вращения первого и второго ряда последних; высоты стоек плоскорежущих лап и высоты установки осей вращения дисковых рабочих органов относительно дна борозды; расстояния между дисками и их углов атаки; положения опорных колес и параметров присоединительного треугольника; основных параметров прикатывающего катка; а также ширины захвата орудия и скорости движения агрегата.
В основу теоретических исследований положены методы, принятые в теории сельскохозяйственных машин, тракторов, машинно-тракторных агрегатов и в теоретической механике.
В третьей главе изложена методика проведения экспериментальных исследований на лабораторно-полевой установке, экспериментальном и макетном образцах. В основу методик определения агротехнических, энергетических и технико-эксплуатационных показателей положены основные требования ГОСТов и ОСТов на испытания сельскохозяйственных тракторов и машин для глубокой и поверхностной обработки. Для замера тягового сопротивления орудия использовалась оригинальная динамометрическая подвесная рама, а для плоскостного динамометрирования плоскорежущих рабочих органов - специальная тензометрическая установка.
В четвертой главе представлены результаты теоретического и экспериментального обоснования основных технологических и конструктивных параметров рабочих органов и орудия в целом, приведены агротехническая, энергетическая и технико-эксплуатационная оценки макетного образца на распашке многолетних трав.
В пятой главе приведены результаты сравнительных испытаний нового орудия в сравнении с серийным рыхлителем РСН-3,0 и тяжелой дисковой бороной БДТ-7,0.
Научная новизна. Составлены расчетные схемы и получены уравнения для определения основных технологических и конструктивных параметров орудия с комбинированными рабочими органами для основной обработки многолетних трав.
Предложена оригинальная конструкция двухбарабанного пруткового прикатывающего катка с цилиндрическим внутренним барабаном, на котором установлены дополнительные ножи, составлена расчетная схема и получены уравнения для определения его основных конструктивных параметров. Новизна технического решения защищена двумя предварительными патентами Республики Казахстан.
Установлены закономерности изменения качественных и энергетических показателей в зависимости от основных параметров орудия: схемы расположения плоскорежущих и дисковых рабочих органов, углов атаки последних, скорости движения, размеров присоединительного треугольника и ширины захвата плоскорежущей лапы.
На основании теоретических и экспериментальных исследований обоснованы рациональные параметры орудия и скоростные режимы использования его с трактором К-701 на обработке трав.
Практическая ценность. По результатам исследований обоснованы параметры и создан макетный образец орудия с комбинированными рабочими органами для основной обработки многолетних трав, обеспечивающий качественное выполнение технологического процесса обработки за один проход агрегата.
Разработаны и утверждены агротехнические требования на орудие с комбинированными рабочими органами для распашки трав к трактору тягового класса 5.
Проведено технико-экономическое обоснование применения орудия с комбинированными рабочими органами в агрегате с трактором К-701 на обработке трав.
Расчетные схемы и полученные зависимости могут быть использованы конструкторскими бюро и научно-исследовательскими институтами при создании новых и совершенствовании выпускаемых орудий с комбинированными рабочими органами.
Агрегаты с обоснованными параметрами и рекомендуемыми режимами работы внедрены в АО "Притобольское" и в ТОО "Ак-Кудук" Костанайской области Республики Казахстан. Агротехнические требования, акты внедрения и копии патентов на изобретения приведены в приложении.
Оценке экономической эффективности использования нового орудия с комбинированными рабочими органами на основной обработке многолетних трав в агрегате с трактором К-701 посвящена пятая глава.
Орудия с комбинированными рабочими органами для послойной обработки почвы
Как отмечалось выше, исследованиями ученых-агрономов А.И. Еськова, Н.М. Бакаева, Н.Г. Зинченко, А.А. Селунева, А.Н. Тычины, Б.М. Кушенова, А.Ф. Кирдяйкина, Г.Н. Кудашева и др. доказано, что оптимальным для Северного Казахстана является технологический процесс распашки многолетних трав, предусматривающий безотвальное рыхление на глубину 27-30 см с оставлением на поверхности дернового слоя и тщательной его разделкой. Определены качественные показатели обработки. Крошение пахотного и дернового слоев должно быть на уровне 65-70 %, поверхность поля - выровненная, уплотненная, исключающая иссушение обработанного слоя и ветроустойчивая. Заданный уровень качественных показателей при наибольшей производительности и минимальных затратах энергии и топлива возможно обеспечить при оптимальных параметрах орудия.
Совершенствованию конструкции почвообрабатывающих и посевных машин, оптимизации параметров рабочих органов, направленных на повышение технико-экономических и технологических качеств МТА, посвящены труды В.П. Горячкина, В.А. Желиговского, И.А. Зворыкина, А.И. Зеленина, А.Д. Далина, Г.А. Синеокова, А.И. Любимова, Р.С. Рахимова, В.В. Бледных, В.И. Виноградова, И.М. Панова, А.П. Бурченко, Г.А. Деграфа, Ф.М. Канарева, А.П. Дорохова, А.П. Грибановского, С.Н. Капова и др. Отмечая существенный вклад вышеназванных ученых в создание теории почвообрабатывающих орудий и динамику МТА, рассмотрим вопросы, в наибольшей степени связанные с обоснованием технологических и конструктивных параметров орудий для основной обработки многолетних трав.
Исторически сложилось так, что в Северном Казахстане лучшие земли используются для возделывания основной продовольственной культуры -пшеницы, а под многолетние травы отведены менее плодородные. Это в основном солонцовые почвы, распаханные в период освоения целинных и залежных земель, а также вовлеченные в хозяйственное использование в 1975-1990 гг. по программе коренного улучшения. Вопросам обоснования параметров рабочих органов и орудий для различных технологий обработок солонцовых почв посвящены работы П.Г. Кулебакина, П.А. Пыльника, В.Х. Беллера, А.Ю. Тер-пиловского, Н.Г. Поликутина, В.К. Шаршака, О.А. Черемисинова, Ю.А. Тычины, К.Р. Жуламанова, С.З. Нурушева, А.И. Дерепаскина, А.Е. Бенкендорфа и др.[15,72,81,82,83,84,86,20,21,51,44].
Следует отметить, что работы этих ученых посвящены в основном вопросам исследования и создания орудий для выполнения определенных технологических операций. Это мелиоративная обработка солонцового и подсолонцового слоев [15,81,82,83,84] или же обработка надсолонцового слоя [20,21,23]. Исследований по обоснованию орудий с комбинированными рабочими органами выполнено недостаточно [18,61,86].
Установлено, что для рыхления солонцового слоя, а также солонцовых почв в мелиоративный период лучшее качество крошения при меньших энергозатратах обеспечивает плоскорежущая лапа с углом крошения 25 град. [15,72,85]. Оптимальная ширина захвата лапы для рыхления целинных солонцовых почв на глубину до 35 см равна 50 см [25,72, 87]. Для распаханных солонцов при глубине обработки 27-30 см лучшее качество по крошению пахотного слоя обеспечивает плоскорежущая лапа с шириной захвата 60 см [44,76].
По расположению плоскорежущих лап на раме орудия единого мнения нет. Исследованиями П.Г. Кулебакина, П.А. Пыльника, Ю.А. Тагина и др. установлено, что качественное крошение солонцового слоя при меньших энергозатратах обеспечивает плужная схема [15,72,85]. Устойчивость хода по глубине обработки при одинаковом уровне крошения солонцового слоя лучше обеспечивает двухрядная схема расположения рабочих органов на раме орудия [87]. Для обработанных солонцовых почв, физико-механические свойства которых близки к соответствующим показателям пахотного слоя многолетних трав, двухрядная схема расположения плоскорежущих рабочих органов на раме орудия обеспечивает хорошие агротехнические показатели при меньших энергетических затратах [44,76].
Исследований по обоснованию расположения плоскорежущих рабочих органов в составе орудия с комбинированными рабочими органами для обработки многолетних трав не проводилось. Положение опорных колес оказывает существенное влияние на устойчивость хода по глубине обработки и тяговое сопротивление орудия. Исследованиями установлено, что для рядной схемы расположения плоскорежущих рабочих органов лучшая устойчивость по глубине обработки обеспечивается при положении опорных колес на равном расстоянии от рабочих органов переднего и заднего рядов [44,76]. Для орудий с комбинированными рабочими органами исследований по определению рационального положения опорных колес выполнено недостаточно [21,72]. При этом рассматривается, как правило, комбинация из двух типов рабочих органов. Это чизельная стойка и фрезбарабан [21,86], или же плоскорежущая стойка и прикатывающий каток [44,70,76]. При этом положение фрезбарабана, или прикатывающего катка, относительно рыхлящих рабочих органов выбирается из конструктивных соображений. Исследований по обоснованию взаимного расположения плоскорежущих и дисковых рабочих органов для поверхностной обработки почвы выполнено недостаточно [24,61] - в основном применительно к орудиям для предпосевной обработки.
В зонах проявления ветровой эрозии поверхность поля после прохода орудия должна быть выровненной и ветроустойчивой. Поэтому большинство орудий с комбинированными рабочими органами снабжаются прикатывающими катками различных типов: гладкими цилиндрическими [61,62,88], трубчатыми [18,21], двухбарабанными прутковыми [76,89]. Гладкий цилиндрический прикатывающий каток, воздействуя на поверхностный слой, создает значительное количество пылевидных частиц. Трубчатые и двухбарабанные прутковые катки - ветроустойчивую поверхность поля. Однако на обработке многолетних трав пожнивные остатки и куски дернины забивают внутреннее пространство трубчатого и внутренний барабан двухбарабанного катка, вследствие чего нарушается технологический процесс прикатывания. Повышается гребнистость поверхности поля из-за вырывания дернины из поверхностного слоя и выбрасывания ее прутками позади катка. Кроме того, увеличивается количество эрозионно опасных частиц вследствие дополни-тельного измельчения дернового слоя внутри прикатывающего катка.
По сравнению с гладкими катками, прутковые меньше распыляют поверхностный слой и создают ветроустойчивую поверхность, поэтому в большей мере отвечают агротехническим требованиям.
Параметры навесного устройства оказывают существенное влияние на качественные показатели работы, тяговое сопротивление орудия и тяговую динамику трактора [90,91]. Исследований по оценке влияния орудий с комбинированными рабочими органами на тяговую динамику трактора и технико-эксплуатационные показатели агрегата выполнено недостаточно, что не позволяет обоснованно выбрать параметры присоединительного устройства. Таким образом, проведенный анализ показывает, что вопросу выбора основных параметров орудия с комбинированными рабочими органами для распашки многолетних трав уделено мало внимания. Исследования в этом направлении продолжаются.
Выбор рационального расстояния между рядами плоскорежущих рабочих органов и высоты стойки
Параметры навесного устройства и местоположение опорных колес обосновывались методом математического моделирования на расчетной схеме орудия. Известно, что почвообрабатывающий агрегат представляет собой сложную динамическую систему с множеством наложенных на него внешних и внутренних связей. При составлении математической модели рабочего процесса орудия учесть это множество связей не представляется возможным, поэтому реальное орудие заменяется упрощенной схемой, учитывающей основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на выходные показатели. Как правило, упрощенную расчетную схему представляют в виде одномассовой системы с двумя односторонними голономными связями и двумя степенями свободы [118,119].
Пользуясь законами освобождения от связей, заменяют их реакциями связи. Тогда несвободная материальная система рассматривается как система свободная, движущаяся под действием активных сил и реакций связи.
В зависимости от технологического назначения орудия используют соответствующие критерии оценки оптимизации параметров при математическом моделировании. Для почвообрабатывающих орудий мелкой и поверхностной обработки в качестве критерия оптимизации используют дисперсию глубины обработки [118,119,120]. Для почвообрабатывающих орудий глубокого рыхления пахотного слоя основным критерием оптимизации параметров при математическом моделировании принимается минимум тягового сопротивления при достаточной устойчивости хода по глубине обработки [112,120,121].
Оптимизация параметров орудия по критерию минимума дисперсии глубины обработки проводится по математической модели, составленной с использованием динамических уравнений движения системы материальных точек, то есть уравнения Лагранжа второго рода [79,118,119,122].
По критерию минимума тягового сопротивления орудия при достаточной устойчивости хода по глубине обработки моделирование проводится по математической модели, составленной с использованием принципа Даламбера для системы материальных точек. Согласно этому принципу, при движении механической системы активная сила и реакция связей вместе с силой инерции составляют равновесную систему сил для каждой точки системы. Для упрощения в математической модели с учетом известных работ [79,119] примем основные допущения: - сумма элементарных сил, действующих на рабочий орган со стороны почвы, представлена в виде горизонтальной и вертикальной составляющих; - при перемещении орудия по полю опорные колеса перемещаются по неровностям без отрыва; - масса орудия сосредоточена в его центре масс; - сила сопротивления рабочих органов по ширине захвата орудия меняется незначительно; - агрегат движется прямолинейно и равномерно. С учетом принятых допущений можно представить, что орудие под действием активных сил, включающих горизонтальную и вертикальную составляющие силы тяги и силы тяжести орудия, а также реакций связи, представленных горизонтальными и вертикальными составляющими реакций на опорных колесах, плоскорежущих и дисковых рабочих органах и прикатывающем катке, копирует неровности поверхности поля и поворачивается на некоторый угол относительно мгновенного центра вращения. Примем начало координат в точке мгновенного центра вращения орудия и, спроектировав на координатные оси активные силы, силы реакции связи и силы инерции, а также взяв моменты относительно координатных осей, получим шесть уравнений равновесия орудия в каждый момент времени (рис. 2.16). Уравнения (2.62)-(2.67) описывают положение орудия в каждый момент времени /. Для выполнения расчетов по этим уравнениям сделаем некоторые преобразования: введем расшифровку активных сил, реакций связи и силы инерции. Составляющие реакции почвы на опорные колеса Qx и Qz, реакции почвы на прикатывающий каток Fx, а также проекции сопротивления почвы на вертикальную ось плоскорежущих и дисковых рабочих органов представим через их составляющие [76,119,121,122]. Глубина обработки орудия определяется глубиной хода плоскорежущих рабочих органов, так как дисковые рабочие органы жестко связаны с последними посредством рамы. Возмущения hj(t) и hi(t) от рельефа поля опорными колесами вызывают угловое перемещение орудия в поперечно-вертикальной и продольно-вертикальной плоскостях [76]: Используя полученную модель, можно проводить оценку влияния положения опорных колес и размеров навесного устройства на тяговое сопротивление орудия и устойчивость хода по глубине обработки. Таким образом, расчеты, проведенные по уравнениям (2.70)-(2.75), показали, что тяговое сопротивление орудия Рт и реакция почвы на опорное колесо Q2, зависят от места расположения опорных колес на раме орудия и размеров навесного устройства (рис. 2.17,2.18). Изменение высоты подвеса нижних тяг h с 0,2 до 0,4 м от поверхности поля приводит к увеличению тягового сопротивления и реакции почвы на опорные колеса орудия (рис. 2.17). Увеличение расстояния Хк от МЦВ до оси вращения опорных колес вызывает снижение тягового сопротивления и реакции почвы на опорные колеса орудий (рис. 2.18). Также следует отметить, что изменение (увеличение или снижение) реакции почвы на опорные колеса происходит более интенсивно по сравнению с изменением показателя тягового сопротивления орудия.
Объект исследований, оценочные показатели и условия проведения экспериментов
В настоящей работе в качестве объекта исследований выбраны технологический процесс работы орудия с комбинированными рабочими органами, экспериментальный и макетный образцы и машинно-тракторный агрегат на базе трактора К-701 с орудием для распашки трав.
Выбор трактора К-701, как основы МТА с орудием для распашки трав, продиктован теми соображениями, что в Западной Сибири и Северном Казахстане тракторы данного тягового класса являются основными пахотными и выполняют до 75 % объемов работ на вспашке и глубоком рыхлении.
Лабораторная установка представляет собой прямоугольную раму с опорными колесами и механизмом навески (рис. 3.1). Положение опорных колес относительно рабочих органов изменялось путем перемещения их по раме. Два центральных и крайние продольные брусья являются жесткими, а остальные продольные брусья выполнены съемными, что позволяет смещать их относительно центра рамы. Плоскорежущие лапы крепятся к кронштейнам на болтах, а сами кронштейны - при помощи хомутов к брусьям. Исследовались рабочие органы шириной захвата 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 и 1,0 м при установке их по четырем основным схемам: двухрядная, плужная, клиновая углом вперед и углом назад.
Поверхностный слой обрабатывался дисковыми рабочими органами, для чего использовались боковые секции тяжелой дисковой бороны БДТ-7,0. Секции относительно рамы крепились жестко при помощи хомутов. Глубина хода дисковых рабочих органов относительно плоскорежущих регулировалась путем подбора соответствующих прокладок под продольные брусья и перестановкой плоскорежущих лап относительно кронштейнов, для чего на стойках были выполнены ряд отверстий. Изменение расстояния по ходу между плоскорежущими и дисковыми рабочими органами проводилось путем смещения секций по продольным брусьям. От произвольного смещения вдоль брусьев секции борон стопорились фиксирующими пальцами. Секции дисковых борон были установлены по ширине захвата с промежутком между ними, что позволило за один проход оценивать качество крошения поверхностного слоя плоскорежущими и дисковыми рабочими органами. Общая глубина хода рабочих органов регулировалась опорными колесами с бесступенчатым механизмом изменения глубины обработки. Лабораторная установка выполнена в навесном варианте и агре-гатировалась с трактором К-701.
Экспериментальный образец орудия изготовлен в соответствии с результатами теоретических исследований, выполненных в настоящей работе, и экспериментальных исследований лабораторной установки. Экспериментальный образец орудия представляет собой прямоугольную раму, на которой в два ряда углом вперед установлено семь плоскорежущих рабочих органов шириной захвата 0,6 м каждый. Общая ширина захвата орудия 4,2 м. За плоскорежущими лапами на дополнительной раме установлено в два ряда восемь секций дисковых борон шириной захвата 1,1 м каждая. Причем секции переднего ряда установлены таким образом: две центральные секции расположены углом назад, а крайние - параллельно центральным. Задние секции установлены зеркально по отношению к секциям переднего ряда. Дополнительная рама соединяется с основной при помощи кронштейнов с отверстиями, что позволяет изменять высоту расположения дисковых рабочих органов относительно опорной поверхности плоскорежущих лап в пределах 20 см. Рамка прикатывающего катка соединена с дополнительной рамой посредством шарнирного соединения с одной стороны и при помощи тяг с пружинами с другой. Конструкция прикатывающего катка позволяла изменять высоту дополнительных ножей и шаг между ними внутреннего барабана, для чего были изготовлены сменные дополнительные ножи, а на внутреннем барабане по периметру установлены кронштейны. Конструкция навесного устройства позволяла изменять высоту присоединительного треугольника от 1,1 до 1,8 м, для чего на понизителях рамы и на вертикальных раскосах были выполнены ряд отверстий. В макетном образце орудия были устранены конструктивные недоработки экспериментального образца и усилена жесткость соединения дополнительной рамы с основной путем установки винтовых растяжек (рис. 3.2,3.3). Машинно-тракторный агрегат готовили к испытаниям согласно требованиям ГОСТа 7057-81 [131], ОСТа 70.4.2-80 [132] и ОСТа 70.4.1-74 [132]. Для определения мощностных и экономических показателей двигателя трактора перед началом и после окончания серии полевых опытов снималась регуляторная характеристика двигателя на тормозном стенде в соответствии с требованием ГОСТа 18509-81 [134]. Показатели эксплуатационно-технологической оценки агрегата определялись в соответствии с требованиями ГОСТов 24055-88 - 24058-88 [135]. В качестве оценочных показателей работы орудия и агрегата в целом приняты: - тяговое и удельное сопротивление орудия; - тяговая мощность трактора; - действительная скорость движения агрегата; - буксование трактора; - производительность и расход топлива; - крошение пахотного слоя.
Изменение крошения пахотного горизонта, тягового сопротивления и плотности поверхностного слоя в зависимости от ширины захвата плоскорежущей лапы
Оценка влияния ширины захвата плоскорежущего рабочего органа на агротехнические и энергетические показатели проводилась с использованием установки для плоскостного динамометрирования. Использовался плоскорежущий рабочий орган с углом крошения 25 град., углом раствора лапы 120 град., с долотом шириной 5 см. Ширина захвата рабочего органа изменялась от 0,5 до 1,0 м с интервалом в 0,1 м путем установки лемехов соответствующей длины. Замеры проводились на двух скоростях движения 1,5 и 2,4 м/с в режимах свободного и блокированного резания. Выбранный скоростной режим движения является рекомендуемым для тракторов типа К-700 на обработке почв Северного Казахстана [98,100,101,102].
Случайные значения исследуемых величин обработаны методом математической статистики и аппроксимированы соответствующими уравнениями.
Установлено, что с увеличением ширины захвата плоскорежущего рабочего органа крошение пахотного слоя в зоне работы лапы снижается в вариантах при блокированном и свободном режимах резания (рис. 4.1). Так, в условиях блокированного резания при скорости движения 1,5 м/с крошение слоя 10-30 см снижается с 83 до 46 % при увеличении ширины захвата лапы с 0,5 до 1,0 м. В режиме свободного резания крошение обрабатываемого слоя больше по абсолютной величине, хотя характер с увеличением ширины захвата сохраняется.
С повышением скорости движения до 2,4 м/с крошение обрабатываемого слоя возрастает в обоих исследуемых режимах резания, но характер изменения крошения с увеличением ширины захвата лапы сохраняется. Требуемый уровень крошения 70 % на скорости 1,5 м/с обеспечивает плоскорежущая лапа шириной 0,61 мв условиях блокированного и 0,69 м в условиях свободного резания. На скорости движения 2,4 м/с уровень крошения 70 % обеспечивается при большей ширине захвата плоскорежущей лапы соответственно 0,63 и 0,72 м. Изменение крошения пахотного слоя с увеличением ширины захвата плоскорежущей лапы в обоих исследуемых режимах резания проходит по гиперболическим зависимостям, аппроксимируемым уравнением К=(А/х)+В с коэффициентами соответственно Л=38,1; 37,1 и 5=8,6; 8,1 для блокированного резания и Л=36,8; 37,5 и5=17,7; 14,2-для свободного.
Удельное тяговое сопротивление рабочего органа с увеличением ширины захвата лапы снижается по линейной зависимости. Причем характер изменения удельного тягового сопротивления рабочего органа аналогичный в режимах свободного и блокированного резания. С ростом скорости движения удельное тяговое сопротивление рабочего органа возрастает по абсолютной величине, хотя характер изменения удельного тягового сопротивления с увеличением ширины захвата сохраняется. .Тяговое сопротивление рабочего органа, в отличие от удельного, с увеличением ширины захвата лапы возрастает в режимах свободного и блокированного резания (рис. 4.2). Темпы изменения тягового сопротивления выше в условиях блокированного резания, а по абсолютной величине тяговое сопротивление тем больше, чем выше скорость движения. Вертикальная составляющая сопротивления рабочего органа с увеличением его ширины захвата уменьшается в обоих исследуемых режимах резания. Коэффициент, характеризующий отношение вертикальной составляющей к тяговому сопротивлению, с увеличением ширины лапы снижается по линейной зависимости. В условиях блокированного резания максимальное значение коэффициента 8п, равное 0,8, получено с плоскорежущим рабочим органом шириной захвата 0,5 м, а наименьшее, равное 0,6, — с шириной захвата 1,0 м. В условиях свободного резания коэффициент 8п меньше по величине. Максимальное его значение, равное 0,7, получено у плоскорежущей лапы шириной захвата 0,5 м, а минимальное, равное 0,5, - при ширине захвата 1,0 м. Подъем пласта плоскорежущей лапой и движение его после схода с лемеха способствуют частичному разрушению поверхностного слоя. При всех исследуемых вариантах ширины захвата лапы и скорости движения характер разрушения поверхностного слоя одинаковый. Наиболее интенсивно он разрушается за стойкой и на расстоянии до 5 см от стойки. На большем расстоянии от стойки интенсивного разрушения не происходит вследствие связности дернины корнями многолетних трав. Подъем и смещение пласта плоскорежущей лапой за пределами интенсивного разрушения способствуют снижению твердости поверхностного слоя. Наиболее интенсивно оно происходит в режиме блокированного резания. С меньшей интенсивностью — в режиме свободного резания (рис. 4.3). С увеличением ширины захвата плоскорежущей лапы коэффициент снижения твердости поверхностного слоя уменьшается в обоих исследуемых режимах резания. Изменение коэффициента снижения твердости слоя с увеличением ширины захвата плоскорежущей лапы происходит по гиперболическим зависимостям, аппроксимируемым уравнением Кп=А/х+В с коэффициентами соответственно А=0,99 и 1,04, 5=0,38 и 0,41 для блокированного резания, А=0,59 и 0,61, В=0,65 и 0,70 - для свободного. По абсолютной величине, чем выше скорость движения, тем больше коэффициент снижения твердости поверхностного слоя при равной ширине захвата плоскорежущей лапы. На скоростях движения 1,5 и 2,4 м/с наибольшие коэффициенты снижения твердости поверхностного слоя, равные 2,4 и 2,5 в режиме блокированного резания, 1,8 и 1,9 в режиме свободного, получены при ширине захвата плоскорежущей лапы 0,5 м. Наименьшие, равные соответственно 1,4 и 1,5 для блокированного, 1,2 и 1,3 для свободного режимов резания - при ширине захвата лапы 1,0 м.
Таким образом, по результатам экспериментальных исследований установлено, что требуемый уровень крошения обрабатываемого слоя 70 % на скоростях движения 1,5 и 2,4 м/с обеспечивает плоскорежущая лапа шириной захвата 0,6 в условиях блокированного и 0,7 м в условиях свободного резания.
Удельное тяговое сопротивление плоскорежущего рабочего органа снижается с увеличением ширины захвата лапы как в режиме блокированного, так и свободного резания на обеих скоростях движения. Темпы изменения удельного тягового сопротивления с увеличением ширины захвата плоскорежущего рабочего органа выше в условиях блокированного резания. По абсолютной величине удельное тяговое сопротивление выше при большей скорости движения, а при равных оно в условиях блокированного резания в 1,4-1,5 раза больше, чем при свободном режиме резания.
