close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование технологического процесса обработки почв засоренных камнями путем разработки пневматической предохранительной системы плуга общего назначения

код для вставкиСкачать
1
На правах рукописи
Цгоев Давид Валерианович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ОБРАБОТКИ ПОЧВ, ЗАСОРЕННЫХ КАМНЯМИ, ПУТЕМ РАЗРАБОТКИ
ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПЛУГА
ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Владикавказ – 2018
2
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Горский государственный аграрный
университет»
Научный руководитель: Кудзаев Анатолий Бештауович
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Старцев Сергей Викторович
доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный
университет имени Н.И. Вавилова», профессор кафедры «Техническое обеспечение АПК»
Старовойтов Сергей Иванович
Кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО
«Брянский государственный аграрный университет»,
доцент кафедры «Технические системы в агробизнесе, природообустройстве и дорожном строительстве»
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»
Защита диссертации состоится «29» октября 2018г. в 13 час. 30 мин. На заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ
по адресу: 400002, г. Волгоград, пр. Университетский, 26, ауд. 303 Д.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте
ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ http://www.volgau.com.
Автореферат разослан «___» _________ 2018 года
Ученый секретарь
Диссертационного совета
Седов Алексей Васильевич
3
Общая характеристика работы
Актуальность темы исследования. При возделывании сельскохозяйственных культур одной из самых энергоемких технологических операций является основная обработка почвы. Традиционно вспашку проводят лемешными плугами.
В зависимости от типа обрабатываемой почвы и наличия в ней камней пахоту
проводят плугами оборудованными предохранителями рабочих органов или без
них.
Ведущие мировые производители сельскохозяйственной техники выпускают
почвообрабатывающие машины с различными типами предохранительных устройств. Наибольшее распространение получили индивидуальные предохранители
гидропневматического, пружинного и рессорного типа. Все эти предохранители
имеют ряд недостатков. К недостаткам гидропневматических предохранителей относятся: сложность конструкции, большие значения тягового сопротивления при
обходе камней, трудность регулировки. Пружинные и рессорные предохранители
значительно проще, чем гидропневматические, но так же требуют больших затрат
времени для регулировки силы сопротивления.
Весьма перспективными являются пневматические предохранители, которые
конструктивно просты и обеспечивают небольшие значения прироста тягового сопротивления при обходе камней, т.е. энергоемкость процесса обхода камней, в
случае применения таких предохранителей значительно ниже чем при использовании остальных типов. Кроме того, давление в них легко и быстро можно изменять.
Однако, конструкция их еще недостаточно исследована, что заключает в себе
большие резервы повышения эффективности от их применения. В связи с этим, работа, посвященная совершенствованию конструкции плуга с пневматическими
предохранителями, обеспечивающей низкие энергозатраты на обход встречающихся камней и обладающей возможностью быстрой регулировки, является актуальной.
Степень разработанности темы исследования. Разработкой и совершенствованием конструкций предохранителей почвообрабатывающих машин занимались многие ученые: Г.Н. Синеоков, И.М. Панов, И.Н. Давидсон, В.Н. Посметьев,
Я.П. Лобачевский, В.М. Бойков, С.В. Старцев, Н.К. Захарова, В.А. Зеликов, А.Н.
Третьяков, М.Г. Догановский, А.В. Лиференко, Е.В. Снятков, В.Л. Спасский, П.М.
Гильштейн, И.К.Захаров, Л.Х. Ким, И.Б. Борисенко, Э.Э. Поклар, В.М. Кудрявцев,
В.Н. Гиммельфарб, В.Б. Перельмутер, М.И. Белов, Л.И. Рейнтам, А.Б. Лурье, А.Г.
Параев, А.Р. Якобсон, Э.Ю. Нугис, В.И. Вайнруб, А.А. Базров, М.З. Циммерман,
С.И. Старовойтов и др.
В работах данных авторов рассматривались различные вопросы, в том числе:
характеристики работы предохранителей; расчет параметров предохранителей различного типа; взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с
камнем и.т.д.
4
Однако, в данных работах уделялось недостаточное внимание вопросу снижения энергоемкости обхода встречающихся камней в сочетании с возможностью
быстрой и легкой настройки плуга на заданные условия работы.
Решение этого вопроса позволяет, в итоге, получить конструкцию плуга надежно обходящего встречающиеся камни с небольшими затратами энергии и снизить нагрузки на узлы и элементы плуга и трансмиссию агрегатирующего его трактора, а также уменьшить количество выворачиваемых плугом камней на поверхность поля.
Цели и задачи исследования
Цель работы: снижение энергоемкости технологического процесса обработки каменистых почв за счет разработки пневматической предохранительной системы плуга общего назначения.
Задачи исследования:
-проанализировать основные конструкции плугов для обработки почв засоренных камнями и научные работы, посвященные их разработке;
-усовершенствовать технологический процесс обработки почв засоренных
камнями, разработать схему эффективной предохранительной системы плуга, проанализировать изменение тягового сопротивления его секции при обходе ею камня
и обосновать рациональные значения основных параметров предохранительной
системы и секции плуга;
-экспериментально исследовать процесс сжатия предложенного предохранителя; тягового сопротивления и энергоемкости процесса обхода препятствия модернизированной секцией плуга; показатели качества еѐ работы;
-провести полевые испытания опытного образца плуга, оснащенного предположенной предохранительной системой и определить экономический эффект от
его внедрения.
Научную новизну представляют результаты:
-усовершенствованный технологический процесс основной обработки почв
засоренных камнями, разработана классификация плугов для обработки почв и
схема эффективной предохранительной системы плуга;
-аналитические зависимости по расчету тягового сопротивления секции плуга при обходе ею камня и обоснованию рациональных значений основных параметров предохранительной системы и секции плуга;
-экспериментального исследования процессов: сжатия предложенного предохранителя; тягового сопротивления и энергоемкости процесса обхода препятствия
модернизированной секцией плуга; показатели качества еѐ работы, подтвердившие
и уточнившие результаты теоретических исследований.
Техническая новизна предложенной пневматической предохранительной
системы плуга подтверждена патентом РФ на изобретение № 2380875.
5
Теоретическая и практическая значимость работы
Значимость для теории представляют аналитические зависимости по определению рациональных значений: высоты стойки плуга для обработки каменистых
почв; угловой скорости поворота секции и углового ускорения, возникающих при
обходе препятствий различного типа; хода штока предохранителя, давления внутри
него и силы его сопротивления; тягового сопротивления секции плуга возникающего при обходе ею препятствий различного типа. Значимость для теории представляют так же результаты анализа изменения тягового сопротивления секции,
оснащенной предохранителями гидропневматического и рессорного типов.
Практическую значимость представляют: предложенная конструкция
пневматического предохранителя с параметрами, оптимальные значения которых
обоснованы в работе; установочные параметры предохранителя; уточненные параметры секции плуга для обработки каменистых почв.
В совокупности, это позволяет создавать надежные плуги для обработки каменистых почв, легко и быстро настраиваемые на заданные условия эксплуатации,
обеспечивающие меньшие затраты энергии на обход препятствия, и экономически
более эффективные по сравнению с плугами, оснащенными предохранителями
других типов.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами Горского ГАУ
2010…2016 годов и тематическим планом МСХ РФ 2011года.
Методология и методы исследования. При выполнении теоретических работ использовались положения: теории сельскохозяйственных машин; теоретической механики; теории механизмов и машин; сопротивления материалов; термодинамики. При выполнении экспериментальных исследований применялся метод
тензометрирования с помощью современного измерительного оборудования, методики, изложенные в стандартах, рекомендациях, а так же собственные. Обработка
результатов измерений проводилась при помощи популярных, специализированных компьютерных программ, часть результатов обрабатывалась по компьютерным программам написанным самостоятельно с применением положений математической статистики.
Положения выносимые на защиту:
-результаты анализа основных конструкций плугов для обработки почв засоренных камнями и их предохранительных устройств;
-усовершенствованный технологический процесс основной обработки почвы
засоренной камнями и схема пневматической предохранительной системы плуга,
рациональные значения основных конструктивных и установочных параметров
пневмопредохранителя;
- уточненные значения основных параметров секции плуга для обработки
почв, засоренных камнями;
6
-результаты экспериментальных исследований пневмопредохранителя и оснащенной им секции, полевых испытаний опытного образца плуга, подтвердивших
правомерность и целесообразность использования основных результатов работы.
Степень достоверности и апробация результатов
Степень достоверности результатов исследования подтверждается результатами статистической обработки экспериментальных данных, достаточной сходимостью их с результатами расчета, результатами полевых испытаний модернизированной плужной секции и опытного образца плуга ППП-5-35.
Результаты исследования докладывались на Международной научнопрактической конференции «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных территорий», посвященной 90летию Горского ГАУ (Владикавказ, 2008г.), на научной конференции Горского
ГАУ «Студенческая наука - агропромышленному комплексу», (Владикавказ 2009г,
2012г), на расширенном заседании НТС МСХ РФ (Москва, 2011г.), на XI Всероссийской выставке НТТМ-2011 (г. Москва, 2011г.), на IV- Международной научно –
практической конференции «Молодые ученные в решении актуальных проблем
науки» (Владикавказ, 2013г.), на региональной научно - практической конференции «Достижения науки – сельскому хозяйству» (Владикавказ, 2016г.), на VII Международной научно – практической конференции «Перспективы развития АПК в
современных условиях» (Владикавказ, 2017). Работа была награждена дипломом на
XI Всероссийской выставке НТТМ – 2011, а в 2016 году стала лауреатом конкурса
работ на соискание премии Главы РСО-Алания в области науки и техники для молодых ученых и специалистов. Опытные образцы плуга ППП-5-35 и модернизированной секции прошли хозяйственные испытания в госхозе «Саниба»
(2010…2016гг.), на землях Горского ГАУ (2010…2017). Материалы исследования
внедрены в учебный процесс Горского ГАУ и используются при чтении обучающимся курса «Сельскохозяйственные машины».
Результаты исследования, опубликованы в 15 научных трудах, в том числе в
6 работах изданных в журналах, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых
научных журналов и изданий» ВАК и одном патенте РФ на изобретение
(№2380875).
Общий объем опубликованных работ составляет 7,43 усл.печ.л., из них 5,61
усл.печ.л. принадлежит лично автору.
Структура и объем работы
Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение,
список литературы и приложения.
Работа изложена на 196 страницах машинописного текста не включая приложения и содержит 14 таблиц и 102 рисунка, 21 приложение. Список литературы
включает 118 источников.
7
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы, приведена цель работы, задачи
исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, методология и методы исследования. Представлены положения, выносимые на защиту, а
также сведения об апробации, публикации результатов, структуре работы.
В первой главе «Анализ конструкций плугов для обработки почв засоренных камнями и научных работ, посвященных их совершенствованию» первоначально кратко рассмотрены плуги, оснащенные групповыми предохранителями,
индивидуальными предохранителями фиксаторного типа, предохранителями в виде срезных болтов. Определены достоинства и недостатки каждого из этих типов
устройств.
Затем в работе анализируются конструкции плугов с автоматическими предохранителями: рычажно-пружинными, рессорными, с предохранителями виде резиновых подушек, гидравлическими, гидропневматическими и пневматическими
предохранителями.
По совокупности таких факторов как экологичность, простота конструкции и
легкость регулировки, пневматические предохранительные системы выгодно отличаются от всех остальных.
На основании проведенного анализа разработана классификация плугов для
обработки почв, засоренных камнями.
Далее в работе приведены результаты анализа научных работ, посвященных
совершенствованию технических средств для обработки каменистых почв.
Проведенный анализ показал, что пневматические предохранительные устройства недостаточно исследованы, что сдерживает процесс совершенствования их
конструкции и широкое внедрение в практику.
Во второй главе «Теоретические исследования по обоснованию основных
параметров плуга с пневматической предохранительной системой» приведены
схема и описание предлагаемого усовершенствования технологического процесса
(рис. 1 б) вспашки почв засоренных камнями, в отличие от базового технологического процесса основной обработки засоренных камнями почв, (рис. 1 а).
а)
б)
а) базовый технологический процесс; б) усовершенствованный технологический процесс
Рисунок 1 – Схема технологического процесса основной обработки почвы засоренной камнями.
8
В усовершенствованном технологическом процессе обработки почв засоренных камнями (препятствиями) лемешно-отвальный плуг общего назначения, оснащенный предохранителями с давлением срабатывания Rу, заглубляется на глубину
аmax (участок I). Под действием устройства Rу корпуса плуга копирует форму препятствия высотой hmax на участке II и выглубляется на глубину amin. Далее двигаться со скоростью Vn и обладая «мягкими» характеристиками предохранителя Rу
корпус плуга достигает препятствия с высотой hmin (участок III). Корпус плуга преодолевая препятствие hmin на участке IV занимает положение обработки почвы на
глубину аmax. Более щадящий режим хода корпуса плуга обрабатывает пласт каменистой почвы за время tу на пути с траекторией Sy.
Из рисунков видно:
Sб>Sy,
где Sб – длина траектории движения носка лемеха плуга с базовым предохранителем, м;
Sy – длина траектории движения носка лемеха плуга с предлагаемым предохранителем, м.
Затем приводится описание предложенной конструкции машины (рис. 2) и
пневматического предохранителя (рис. 3), защищенных патентом РФ №2380875.
Предлагаемая схема плуга содержит раму 5 (рис. 2) с автосцепным устройством 7, опорно-регулировочное колесо 6 и шарнирно закрепленные на раме рабочие
органы с пневматическими предохранителями 1. Рама плуга выполнена герметичной и представляет собой рессивер, к которому посредством трубопровода присоединены пневмокамеры предохранителей 1.
1 – пневматический предохранитель, 2 – корпус, 3 – стойка, 4
– кронштейн, 5 – рама, 6 – опорное колесо, 7 – навеска.
Рисунок 2 – Предохранительная система усовершенствованного образца плуга
1 – втулка, 2 – шлицевой вал (направляющая), 3 – верхние опорные ушки, 4 –
пневматическая камера, 5 – верхняя опорная пластина, 6 – нижний опорный бачек,
7 – фланец, 8 – ограничительный болт.
Рисунок 3 – Схема пневматического предохранителя:
Как видно из рисунка 2, конструкция предохранителя состоит из пневматической камеры 4, герметично установленной между нижним, опорным бачком 6 и
верхней опорной пластиной 5. Для ограничения хода предохранителя направляющая часть выполнена в виде шлицевого вала 2, закрепленного на нижнем опорном
бачке и втулки 1, установленной на верхней опорной пластине. Предохранитель
9
устанавливается на плуг посредством верхних опорных ушек 3 и нижнего фланца
7. Для возможности регулировки пневматического предохранителя на заданную
величину хода, соединение нижнего опорного бачка 6 с фланцем 7 выполнено в
виде винтового механизма.
При наезде какой-либо секции плуга на массивный камень корпус 2 (рис. 2)
со стойкой 3 поворачивается вокруг оси шарнирного крепления стойки к раме.
Воздух в камере ее предохранителя сжимается и частично по трубопроводу переходит в герметичную раму и другие камеры предохранителей. После обхода камня
часть воздуха поступает обратно из рамы плуга и пневмокамер предохранителей в
разжимающуюся пневмокамеру. Корпус со стойкой занимает первоначальное положение.
Далее приведены теоретические исследования по обоснованию основных параметров плуга с пневматической предохранительной системой. Первоначально
проведено обоснование высоты стойки плуга для обработки засоренных камнями
почв.
Предположим препятствие имеет сложную для обхода форму с вертикально
расположенной гранью АА'. На кончик лезвия лемеха действует нормальная реакция N, сила трения Fтр и их равнодействующая R отклоненная от силы N на угол
трения φ. Обозначим высоту препятствия а, расстояние по горизонтали от шарнира
поворота секции (точка О) до кончика лезвия лемеха – b. Обозначим также как радиус поворота стойки Rст расстояние │ОА│.
Подъем секции во время обхода начинается в точке А и заканчивается в точке А'. За это время t точка О движущаяся с поступательной скоростью машины Vм
переместится в точку О'. Тогда условия обхода препятствия можно записать в виде
1 ≥ ,
(1)
где φ1 – угол между горизонталью и радиусом Rст=│О'А'│.
На основании (1) можем записать выражение
ℎ ст −а
ст
≥ sin ,
(2)
где hст – высота стойки, (м).
Подставив в (2) выражение ст =
итоге получаем квадратное уравнение
2
ℎст
−
2а
 2 
ℎ2 ст +  2 и решая данное уравнение в
ℎст +
а2 − 2  2 
 2 
≥ 0.
(3)
Решая уравнение (3) для значений глубины обработки а=0,25; 0,30; 0,35 м;
смещения носка лемеха b=0; 0,1; 0,2; 0,3 м; угла трения камня φ=22,8…26,1°, а
также из-за наличия выступов и впадин на поверхности камня для φ=30°, в итоге,
определяем, что рациональное значение высоты стойки hст≥0,75м, смещение
bС[0;0,3]м.
10
Далее в работе приводится кинематический анализ обхода плоского наклоненного препятствия, препятствия круглой формы и вертикального препятствия. В
результате этого анализа изучены закономерности изменения угла отклонения β
(рис. 4) радиуса стойки Rст, а также угловой скорости β' и угловых ускорений β''
при обходе секцией плуга препятствий. Получены все необходимые аналитические
выражения и произведены соответствующие расчеты.
Рисунок 4 – Схема к обоснованию высоты стойки
плуга hст
Рисунок 5 – Схема к определению хода
предохранителя
Затем в работе выводится выражение для расчета значения хода предохранителя при максимальном выглублении секции:
2
1
1
2
 = кр {[ ∆ +
− 1 2 пр + 2 ∆ ∙
−1 ×
cos ∆
cos ∆
× 2 пр ∙ sin 0 ]0,5 −
1
cos ∆
−1 ∙
1
cos пр
}
(4)
где Δβ – фактическое значение угла поворота стойки секции, (рад.);
lкр – длина кронштейна предохранителя (расстояние от оси поворота секции до места соединения стойки с предохранителем), (м);
γпр – угол между вертикалью проходящей через ось поворота секции и
линии проходящей через точку крепления предохранителя к кронштейну секции и конец кронштейна предохранителя в момент его
полного выглубления, (рад.).
Наличие в конструкции секции угла γпр позволяет снизить опасность заклинивания секции при полном еѐ выглублении. Нами принято значение γпр = 3…5°.
Расчеты проведенные на компьютере для различных значений Δβ, lкр и αкр
показали, что рациональные значения длины кронштейна предохранителя составляют lкр = 0,3…0,35м; αкр = 35…40°. Ход предохранителя при этом не превышает
Sпол = 0,25м, а угол наклона его продольной оси к горизонтали составляет α пр =
48,6…53,8°.
11
Далее в работе выводятся выражения для расчета давления внутри пневмопредохранителя и силы его сопротивления. На рис. 6 представлена расчетная схема
предохранителя.
В результате получены выражения для расчета силы сопротивления предохранителя:
Рпр =
2
 эф
4
∙
ок + дк ∙ пр +рпл

ок + дк ∙ пр +рпл− 4 ∙  дк +2∆аст 2 ∙
1
∙ а
(5)
где Vок, Vдк – соответственно объем основной и дополнительной камер предохранителей, (м3);
Vрпл – объем ресивера плуга, (м3);
nпр – количество предохранителей, установленных на плуге;
Δаст – толщина стенки основной камеры, (м);
р0 – начальное давление в пневмосистеме, (МПа);
n1 – показатель политропы сжатия, n1 = 1,3…1,4;
dэф – эффективный диаметр основной камеры предохранителя, рассчитываемый по выражению:
эф = дк + 2∆ст +
0,9 рк − дк −2∆ ст
пол
∙
(6)
где dрк – диаметр основной камеры, (м);
S – текущее значение хода штока предохранителя, (м).
Расчеты проведенные для предохранителя на
базе пневморессоры V1E26 фирмы Vibrotec при начальном давлении р0=0,4…0,6МПа, объеме Vрпл =
0,054м3 и различных значениях количества предохранителей показали, что начальное значение силы
сопротивления пневмопредохранителя может изменяться в пределах от 16 до 25кН.
При увеличении хода поршня значение сопротивления предохранителя возрастает. Расчеты также
показали, что при установке трех и более предохраРисунок 6 – Схема пневматиченителей от резервной емкости можно отказаться.
ского баллона
Затем в работе приводится перспективная характеристика предохранителя плуга, а далее расчетная характеристика пневматической предохранительной системы (рис. 7). Срабатывание системы наступает в
точке а, выглубление заканчивается в точке b, при этом моменты трения системы и
гистерезисные потери в пневмоподушке начинают препятствовать возвращению
системы в начальное положение (точка b'), поэтому значение тягового сопротивления при заглублении (кривая b'а) меньше соответствующих значений при выглублении.
12
Далее в работе построены
развернутые характеристики предохранительных систем секции, оснащенных гидропневматическим,
рессорным и пружинным типами
предохранителей.
Затем в работе проанализирована динамика обхода препятствий
различной формы и приведены реРисунок 7 – Один из вариантов развернутой теорезультаты соответствующих расчетической характеристики пневматической предотов тягового сопротивления секции
хранительной системы.
Рт. Так, например, для расчета тягового сопротивления секции при обходе плоского наклонного препятствия (рис. 8)
получено выражение:
 =  ∙ кл +  ∙ кл +  ∙  2 ∙  ∙  0 + ∆ +  ×
×  ∙  ∙  0 + ∆ + пр ∙ пр ,
(7)
где N – нормальная реакция, действующая со стороны камня на кончик лезвия лемеха, (Н);
αкл – угол наклона препятствия, (рад.);
φ – угол трения, (рад.);
mс – масса подвижных частей секции, (кг);
lс – расстояние от оси поворота секции до центра тяжести секции (т.е.
│ОС│), (м).
Рисунок 8 – Схема к определению моментов от сил N и PТР
Для расчета значения нормальной реакции N получено выражение:
=
  ∙ +  ∙ ∙  +  ∙∙ 0 +∆ +пр ∙ кр ∙  окр +∆ + пр
ст ∙   кл + + ∙  кл +
,
(8)
где Jzo – момент инерции секции относительно горизонтальной оси поворота,
(кг·м2);
13
Q0 – угол между вертикалью проходящей через точку О и отрезком [ОС],
(рад.).
Процесс обхода препятствий различной формы анализировался нами для
случаев движения пахотного агрегата с различной скоростью Vм и различными
значения смещения носка лемеха b.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований»
первоначально приведена программа экспериментальных работ, а затем изложена
методика их проведения.
Для исследования изменения давления в пневматическом предохранителе и
силы его сопротивления, первоначально нами была построена лабораторная установка состоящая из рамы, динамометра, винтовой пары и креплений для пневмоподушки, в пневмомагистраль питания которой был вмонтирован манометр. Однако, ввиду больших значений сил сопротивления предохранителя сжатие последнего можно было проводить только на 150мм. В связи с этим, в следующей серии
опытов изучение давления и силы сопротивления предохранителя проводилось на
испытательной машине УИМ-50м. Для этого пневмопредохранитель крепился на
машине УИМ-50м и при различных значениях начального давления исследовались
вышеуказанные параметры. Затем к нему подключался ресивер и опыт повторялся.
В следующих сериях экспериментов подключались поочередно предохранители
других корпусов, т.е. в каждой новой серии опытов количество подключаемых
предохранителей увеличивалось.
Для исследования процесса обхода искусственного препятствия нами была
спроектирована и построена специальная испытательная машина навесного типа.
Для измерения тягового сопротивления машина была оснащена измерительным
комплексом в составе АЦП Zet 210, дифференциальным усилителем Zet 411 и ноутбуком. Измерение давления в пневмосистеме секции производилось при помощи
датчика давления ЗОНД-10-ИД с блоком питания БПТ-24, который через АЦП Zet
210 также был подключен к ноутбуку. Скорость движения машины регистрировалась при помощи прибора ТЭ30-5Р, имевшего привод от ходового колеса испытательной машины и подключенного к АЦП. Для измерения выглубления секции на
кронштейне рамы была закреплена тензопластина, которая посредством струны
была связана со стойкой секции. При выглублении секции пластина изгибалась и
сигнал через АЦП и усилитель поступал в ноутбук.
Все датчики предварительно тарировались.
Для питания измерительной аппаратуры на испытательную машину устанавливались мобильный бензиновый генератор Honda, а для питания пневмосистемы
электрический компрессор.
При помощи этой установки производились исследования рабочего процесса
вспашки в полевых условиях.
14
Для лабораторных испытаний опытного образца плуга ППП-5-35 нами была
разработана соответствующая методика и построена необходимая установка.
Качество работы опытного образца плуга ППП-5-35 оценивалось при помощи стандартных методик изложенных в СТО АИСТ 10 4.6-2010 и СТО АИСТ 1.122006 и также другой нормативно-справочной литературе.
В четвертой главе диссертации «Результаты экспериментальных исследований» первоначально приведены результаты изучения изменения давления и силы
сопротивления пневматического предохранителя от величины начального давления
р0 и хода штока предохранителя S, для различных вариантов компоновки пневматической предохранительной системы.
На рис. 9 приведены графики построенные по результатам одного из экспериментов. Из графиков видно, что кривые изменения силы сопротивления имеют
гистерезисные петли.
Сила сопротивления предохранителя
Рпр, кН
45
р0=0,6МПа
40
р0=0,5МПа
35
30
р0=0,4МПа
25
р0=0,3МПа
20
р0=0,2МПа
15
р0=0,1МПа
10
5
0
0
50
100
150
200
Ход штока поршня S, мм
250
Рисунок 9 – Зависимость силы сопротивления пневматического предохранителя Р пр(кН) от
хода штока S(мм) различных значений начального давления р0(МПа) при подключении к предохранителю резервной емкости.
Если ввести понятие коэффициента прироста силы сопротивления КР который представляет собой отношение значения силы сопротивления в конце процесса сжатия предохранителя к значению в начале процесса сжатия, то из рис. 9 видно, что КР=1,37…1,5. При предварительном поджатии предохранителя на 50мм
КР=1,12…1,19. Соответствующие значения коэффициента прироста давления kР
составляют 1,06…1,16.
В ходе проведения статистической обработки результатов экспериментов
было установлено, что зависимость между силой сопротивления Р ПР, включенного
в пневмосистему плуга и ходом его штока S хорошо описывается уравнением регрессии второго порядка.
15
В работе приведены значения коэффициентов уравнения регрессии при начальных давлениях в пневмосистеме плуга 0,4; 0,5; 0,6МПа.
Эксперименты по изучению тягового сопротивления секции при обходе ею
препятствия высотой 0,15м показали, что прирост тягового сопротивления в случае
оснащения секции: пневматическим предохранителем – 9,89…16,23%; рессорным
предохранителем- 18,4…27,7%; гидропневматическим – 22…74%.
Далее в работе приводятся результаты анализа осциллограмм тягового сопротивления секции установленной уже непосредственно на опытном образце плуга ППП-5-35. Эксперименты проводили при помощи трактора МТЗ-80 оснащенного специально созданной установкой, связанной посредством гибких связей с лезвием лемеха секции плуга повешенного на трактор МТЗ-1221. Эксперименты показали хорошую сходимость с результатами теоретических расчетов.
На рис. 10 приведены зависимости тягового сопротивления секции плуга от
еѐ выглубления на величину 0,35м при оснащении еѐ различными видами предохранительных систем. Кривые 2, 3, 4, построены по материалам фирмы Kverneland.
На рис. 10 приведены графики энергозатрат, построенные по результатам
анализа кривых тягового сопротивления. Из рисунка видно, что оснащение секции
пневматической предохранительной системой при выглублении на 0,35м обеспечивает снижение энергозатрат по сравнению с секцией оснащенной: рессорным
предохранителем – до 17,3%; предохранителем со спиральными пружинами – до
27%; гидропневматическими предохранителями до34,8%.
1-пневматической; 2 – рессорной; 3 – со спи1 – пневматическая; 2 – рессорная; 3 – со спиральными пружинами; 4 - гидропневматиче- ральными пружинами; 4 - гидропневматическая.
ской.
Рисунок 11 – Зависимость затрат энергии от веРисунок 10 – Зависимость тягового сопротив- личины подъема корпуса плуга и типа предохраления корпуса плуга (нагрузки на долото) от
нительной системы:
его выглубления при оснащении его предохранительной системой
Далее в работе приведены результаты исследования тягового сопротивления
секции плуга, установленной на испытательной машине при работе на поле засоренном камнями. По результатам исследования установлено, что при глубине па-
16
хоты от 0,18 до 0,28м рекомендуемые значения давления в пневмосистеме секции
составляют 0,4…0,6МПа.
В пятой главе «Полевые испытания опытного образца плуга ППП-5-35, и
экономическая эффективность от его внедрения» первоначально приведено описание конструкции опытного образца плуга ППП-5-35 (рис. 12, 13).
1 – рама; 2 – кронштейн; 3 – резервная емкость;
Рисунок 13 – Испытание плуга ППП-5-35 с
4 – регулировочное колесо; 5 – опорное колесо; пневматическими предохранителями в полевых
6 – стойка секции; 7 – пневматический предоусловиях
хранитель; 8 – трубопроводы.
Рисунок 12 – Общий вид плуга ППП-5-35:
Оптимальная схема управления регулировкой давления в пневмосистеме
плуга, которая может осуществляться путем включения тумблеров устанавливаемых в кабине трактора и управляющих впускным и выпускным электромагнитными клапанами.
Плуг ППП-5-35 испытывался нами в период с 2012 по 2017гг. на полях засоренных камнями РСО-Алания.
Далее в работе описываются условия и результаты испытаний. Плуг надежно
обходил встречающиеся камни и обеспечивал выполнение пахоты с хорошим качеством. Нарушение агротребований и случаев поломки плуга не зафиксировано.
Расчетное значение годового экономического эффекта плуга ППП-5-35 по
сравнению с плугом оснащенным пружинными предохранителями ПКМ-5-35 составило 50 492 руб.
Заключение
1. Изучены преимущества и недостатки современных конструкций предохранительных систем плугов для обработки почв, засоренных камнями и разработана
их классификация. Проанализированы основные научные работы посвященные совершенствованию предохранительных систем почвообрабатывающих машин. На
основании проведенного анализа предложен усовершенствованный технологический процесса основной обработки засоренных камнями почв и схема рациональной конструкции плуга с пневматической предохранительной системой (патент РФ
№2380875).
17
2. Разработаны аналитические зависимости для расчета: высоты стойки корпуса плуга, предназначенного для обработки каменистых почв; угловых скоростей
и угловых ускорений секции плуга, возникающих при обходе препятствия различной формы; давления в пневматическом предохранителе и силы его сопротивления. Теоретически проанализирована динамика процесса обхода препятствия различной формы усовершенствованной секции плуга.
На основании проведенных расчетов определены рациональные значения основных параметров усовершенствованной секции плуга для обработки засоренных
камнями почв и пневматической предохранительной системы.
3. Экспериментально изучены закономерности изменения силы сопротивления пневматического предохранителя и давления внутри него в зависимости от величины его сжатия (хода штока S), наличия в предохранительной системе резервной емкости.
Установлено, что прирост тягового сопротивления секции плуга при обходе
искусственного препятствия высотой 0,15м составляет в случае оснащения ее:
- пневматическим предохранителем – 9,89…16,23%;
- рессорным предохранителем – 18,4…27,7%;
- гидропневматическим предохранителем – 22…74%.
Расчеты, основывающиеся на результатах проведенных экспериментов и
данных фирм производителей плугов показали, что энергозатраты на выглубление
секции с пневматической предохранительной системой на величину 0,35м меньше
соответствующих энергозатрат секций с предохранителем других типов на
17,3…38%.
Полевые испытания секции, оснащенной предложенной пневматической
предохранительной системой подтвердили надежное и качественное выполнение
процессов обработки почвы и обхода камней. Рекомендуемые значения давления
воздуха в ее пневмосистеме составили 0,4…0,6МПа.
4. Результаты полевых испытаний опытного образца плуга ППП-5-35, оснащенного предложенной предохранительной системой показали, что плуг обеспечивает качественную обработку почвы, надежный обход встречающихся камней, легко настраивается на конкретные условия эксплуатации. Расчетное значение годового экономического эффекта от его внедрения по сравнению с плугом ПКМ-5-35
составило 50 492руб.
Предложения и рекомендации производству
Для обработки почв, засоренных камнями рекомендуем использовать плуги с
пневматической предохранительной системой. Соответственно давление в пневмосистеме рекомендуем в зависимости от типа почвы и глубины обработки
0,4…0,6МПа.
18
Перспективы дальнейшей разработки темы
Плуг оснащенный предложенной предохранительной системой может служить основной для создания адаптивных плугов, автоматически настраивающихся
на заданные условия эксплуатации
Список работ, опубликованных по теме исследования
В изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:
1. Кудзаев, А.Б. Результаты полевых испытаний секции плуга с пневматически предохранителем для обработки почв, засоренных камнями [Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев, А.Э. Цгоев// Известия Горского государственного аграрного университета. -2010. Т.47. №2. -С.121-124.
2. Кудзаев, А.Б. Рациональность использования плугов с пневматической
предохранительной системой в предгорной зоне Северного Кавказа [Текст]/ А.Б.
Кудзаев, Д.В. Цгоев// Известия Горского государственного аграрного университета. -2014. Т.51. №2. -С.173-178.
3. Кудзаев, А.Б. Плуг с пневматической предохранительной системой
[Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев// Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2015. №11. -С. 4-7.
4. Кудзаев, А.Б. Результаты лабораторных исследований пневматической
предохранительной системы плуга [Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев, Т.А. Уртаев,
И.А. Коробейник, А.Э. Цгоев// Известия Горского государственного аграрного
университета. -2016. Т.53. №3. -С.111-121.
5. Цгоев, Д.В. Кинематика процесса обхода препятствия секцией плуга с
пневматическим предохранителем [Текст]/ Д.В. Цгоев//Известия Горского государственного аграрного университета. -2017. Т.54. №2. -С. 160-171.
6. Кудзаев, А.Б. Динамика процесса обхода препятствия секцией плуга с
пневматическим предохранителем [Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев// Известия
Горского государственного аграрного университета. -2017. Т.54. № 3. -С. 136-144.
Патенты:
7. Пат. 2380875 Российская Федерация, МПК А 01 В 61/04, Плуг для обработки почв, засоренных камнями [Текст]/Кудзаев А.Б., Цгоев А.Э., Цгоев Д.В., Коробейник И.А., Савхалов А.Б., Уртаев Т.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ
ВО Горский государственный аграрный университет (ГГАУ) (RU). - №
2008131721/12; заявл. 31.07.2008; опубл. 10.02.2010 Бюл. №4. – 4 с.
Публикации в других изданиях:
8. Кудзаев, А.Б. Совершенствование конструкции плуга для каменистых почв
[Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев, А.Э. Цгоев, Т.А. Уртаев, И.А. Коробейник, А.Б.
Савхалов/ Международная научно-практическая конференция «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных
территорий» посвященная 90-летию Горского ГАУ. -2008. –Владикавказ. -С. 375378.
19
9. Цгоев, Д.В. Совершенствование предохранителей плугов, предназначенных для обработки почв, засоренных камнями [Текст]/ Д.В. Цгоев, А.М. Токмаев/
Материалы научной студенческой конференции Горского ГАУ «Студенческая наука – агропромышленному комплексу - 2009».-Владикавказ. 2009. -С.137-139.
10. Кудзаев, А.Б. Машина для исследования тягового сопротивления почвообрабатывающих рабочих органов [Текст]/ Кудзаев А.Б., Д.В. Цгоев, И.А. Коробейник, А.Э. Цгоев, Т.А. Уртаев/ Известия Горского ГАУ. Т.47. Ч.1. -Владикавказ.
-2010г. -С. 172-178.
11. Цгоев, Д.В. Разработка плуга с пневматическими предохранителями для
обработки засоренных камнями почв [Текст]/ Д.В. Цгоев, Х.К. Дзгоев/ Материалы
научной студенческой конференции Горского ГАУ «Студенческая наука – агропромышленному комплексу». –Владикавказ. -2012. -С.201-202.
12. Цгоев, Д.В. Плуг с пневматическими предохранителями для почв, засоренных камнями [Текст]/ Д.В. Цгоев, А.Э. Цгоев/ IV – Международная научнопрактическая конференция «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» Сборник работ молодых ученых Ч.1. –Владикавказ. -2013. -С.61-64.
13. Кудзаев, А.Б. Использование плугов с пневматической предохранительной системой в предгорной зоне [Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев/ Труды молодых
ученых Владикавказского научного центра РАН. -2015. Т.15. №1. -С. 122-129.
14. Цгоев, Д.В. Анализ плугов для каменистых почв, классификация плугов
для каменистых почв [Текст]/ Д.В. Цгоев, И.И. Чкареули/ Научные труды студентов Горского государственного аграрного университета «Студенческая наука – агропромышленному комплексу». №53. Ч.2. –Владикавказ. -2016г. -С. 36-42.
15. Кудзаев, А.Б. Разработка энергосберегающего предохранителя секции
плуга для обработки почв, засоренных камнями [Текст]/ А.Б. Кудзаев, Д.В. Цгоев,
И.А. Коробейник, А.Э. Цгоев, Т.А. Уртаев, З.Х. Пораева/ Перспективы развития
АПК в современных условиях Материалы 7-й Международной научнопрактической конференции. –Владикавказ. -2017. -С. 240-248.
20
Подписано в печать 09.07.2018 г. Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Бумага 60×84 1/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100. Заказ 3.
362040, Владикавказ, ул. Кирова 37.
Типография ФГБОУ ВО «Горский госагроуниверситет»
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа