Повышение эффективности работы чизельного плуга для засоренных камнями почв путем обоснования его конструктивных параметров и режимов работы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Волков, Александр Евгеньевич

• Волков, Александр Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Волков, Александр Евгеньевич

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И

СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Влияние почвенных и природно-климатических условий на агротехнические и энергетические показатели работы почвообрабатывающих орудий.

1.2. Применение чизельных орудий в основе почвозащитной ресурсосберегающей технологии.

1.3. Анализ конструкций предохранительных устройств.

1.4. Обзор существующих конструкций чизельных орудий.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ МОДУЛЬНОГО ЧИЗЕЛЬНОГО ПЛУГА.

2.1. Информационная модель функционирования чизельного плуга.

2.2. Теоретические предпосылки к обоснованию конструктивных параметров рабочего органа чизельного плуга.

2.3. Влияние конструкции чизельной стойки в системе «трактор -чизельный плуг - почва» на величину тягового сопротивления.

2.4. Теоретическое обоснование работы предохранительного устройства чизельного плуга для каменистых почв.

2.5. Выводы.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Устройство лабораторных установок.

3.3. Регистрирующая и измерительная аппаратура.

3.4. Методика определения условий испытаний.

3.5. Методика определения энергетических показателей.

3.6. Методика определения агротехнических показателей обработки.

3.7. Методика проведения исследований предохранительного устройства.

3.7.1. Определение динамических характеристик предохранительного механизма.

3.7.2. Определение характеристик предохранительного механизма при статическом нагружении.

3.7.3. Определение энергетических показателей процесса заглубления и выглубления рабочего органа.

3.7.4. Определение энергетических показателей процесса при обходе рабочим органом препятствия.

3.8. Обработка опытных данных и определение погрешности измерений

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Анализ результатов влияния формы чизельной стойки на качество и энергоемкость глубокого рыхления.

4.2. Результаты экспериментального исследования предохранительного устройства в лабораторно-полевых условиях.

4.3. Результаты полевых испытаний модульного чизельного плуга со стойками с криволинейной боковой поверхностью.

4.3.1. Агротехническая оценка исследуемого чизельного плуга.

4.3.2. Оценка исследуемого чизельного плуга по эксплуатационно-технологическим показателям и показателям надежности.

4.3.3. Энергетическая оценка исследуемого чизельного плуга.

4.4. Выводы.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

МОДУЛЬНОГО ЧИЗЕЛЬНОГО ПЛУГА ПКЧ-(4+1)-50.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы чизельного плуга для засоренных камнями почв путем обоснования его конструктивных параметров и режимов работы»

Урожайность полевых культур зависит во многом от уровня плодородия почвы, которое, как известно, представляет совокупность свойств почвы, определяющих эффективность возделывания сельскохозяйственных культур.

С развитием технического прогресса многократные воздействия традиционных почвообрабатывающих орудий и мощной тракторной техники на почву ее уплотнению, что стало отрицательно сказываться на плодородии почвы и эффективности традиционных способов обработки. В результате ежегодной отвальной вспашки образуется уплотненный слой в подпахотном горизонте - «плужная подошва», что приводит к нарушению водно-воздушного режима почвы и замедлению развития корневой системы растений.

Поэтому наряду с'традиционной отвальной вспашкой необходимо применять глубокую безотвальную и чизельную обработки почвы.

Выпуск современной и качественной сельскохозяйственной техники, отвечающей требованиям передовых агротехнологий, ориентирован на параметры спроса. Совершенствование почвообрабатывающих орудий направлено на создание высокопроизводительных, почвозащитных и энергосберегающих машин, обеспечивающих требуемое качество работы.

Анализ мировых тенденций совершенствования машин для основной обработки почвы в сельскохозяйственном машиностроении позволил выделить основные направления повышения эффективности их работы, из которых важнейшими являются:

- оптимальное сочетание параметров (ширины захвата) и режимов работы (рабочих скоростей) создаваемых машин;

- оптимизация параметров рабочих органов;

- снижение трения рабочих органов о почву;

- снижение энергетических затрат на крошение почвы.

Совершенствование конструкций чизельных плугов, применяющихся в почвозащитных технологиях обработки почвы, реализуется на основе рассмотренных направлений.

Ведущие зарубежные фирмы по производству сельскохозяйственной техники предлагают широкую номенклатуру чизельных плугов и комбинированных агрегатов на их основе. Однако технические характеристики таких машин не всегда удовлетворяют почвенно-климатическим условиям Нечерноземной зоны России.

Северо-Западная зона России характеризуется повышенным количеством осадков и сильной засоренностью камнями, что накладывает на конструкцию чизельных плугов ряд ограничений. Для получения чизельного плуга, оптимального по параметрам для данных условий работы, необходимо выбрать наиболее рациональную конструкцию орудия, обеспечивающую работу на засоренных камнями почвах, а также оптимизировать режимы работы почвообрабатывающего агрегата при соблюдении агротехнических и экологических требований.

Данное исследование направлено на повышение эффективности и снижения энергоемкости чизельной обработки почвы, путем решения задач по оптимизации конструктивных параметров чизельного плуга и режимов его работы.

Работа выполнена в лаборатории 2.7 «Технологий и технических средств обработки почвы и посева» СЗНИИМЭСХ по зональной научно-технической программе «Механизация, электрификация и автоматизация», работа 02.03.02. «Разработать концепцию применения чизельных орудий в Северо-Западном регионе с учетом требований системы точного земледелия, научно обоснованные параметры и модульный чизельный плуг к тракторам классов 2 и 3».

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Волков, Александр Евгеньевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Разработанная информационная модель позволила выявить управляющие факторы функционирования чизельного агрегата, подлежащие обоснованию: vp(t) - поступательная скорость перемещения агрегата; BK(t) -ширина захвата агрегата; а - угол рыхления; RH - радиус кривизны рабочего органа; a(t) - глубина обработки почвы.

2. Для снижения тягового сопротивления и достижения требуемых показателей качества глубокой обработки на различных агрофонах более эффективно применение чизельного рабочего органа, форма бокового профиля которого выполнена по дуге окружности с радиусом RH = 0,3 м; углом рыхления а = 30°. 32° ис высотой h рабочей части стойки не менее 0,6 м.

3. Проведенные опыты показывают, что на глубине более 25 см при рыхлении такой стойкой пористость и степень рыхления увеличиваются на 10%, тяговое сопротивление уменьшается на 35% (на стерне зерновых при а = 45 см) и на 13% (на поле из-под картофеля при а = 30 см) - по сравнению со стойкой с прямым боковым профилем. При этом допустимые изменения формы чизельной стойки не должны превышать предела упругости материала.

3. Предложена динамическая модель для системы «трактор -чизельный плуг - почва» при линейной зависимости силы сопротивления почвы от скорости. На основе опытных и расчетных данных приведено сравнение чизельных агрегатов с разными по форме рабочими органами. В диапазоне скоростей vP=\,0.2,5 м/с и глубине обработки а = 0,35.0,45 м тяговое сопротивление агрегата со стойками с криволинейной боковой поверхностью оказалось значительно ниже, чем агрегата с прямыми стойками. На стерне зерновых при скорости агрегата vP = 2,1 м/с трактор был оптимально загружен, т. е. такой режим характеризовался расходом топлива при этом качество выполнения технологической операции соответствовало агротребованиям.

5. Разработана математическая модель соударения чизельной стойки с препятствием, которая позволяет представить процесс обхода препятствия рабочим органом с рессорным предохранительным механизмом. При моделировании ударного процесса (при vp= 0,8.2,1 м/с; у = 30°.70°) обосновано, что параметр lps должен быть не менее 0,73 м, при г0-0,8. 1,0 м в зависимости от /^.Силовые характеристики кинематической схемы предохранительного устройства, полученные экспериментально с учетом статических нагружений, нашли свое отражение в конструкции рабочего органа.

6. По результатам исследований был изготовлен опытный образец чизельного плуга ПКЧ-(4+1)-50. Плуг прошел приемочные испытания на СЗ МИС с оформлением сертификата соответствия, копия которого приложена к диссертации.

7. При нормативной загрузке чизельного агрегата ожидаемый годовой экономический эффект от использования результатов научно -исследовательских работ составляет 33963,0 руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Волков, Александр Евгеньевич, 2007 год

1. Акимов А.П., Лихаиов В.А. Справочная книга тракториста-машиниста. Категории А, В, Г,- М.: Колос, 1993.- 430 с.

2. Алексанкин А.В., Дружинин Н.И. Мелиорация земель в Нечерноземной зоне РСФСР. М.: Колос, 1980,288 с.

3. Асябрик И.М., Беляк К.Т., Беляк А.К. и др. Метод и устройства для динамометрирования почвообрабатывающих машин. Минск, пос. Привольный: ГУ «Белорусская МИС», 2002 г. - 15 с.

4. Бауков А.В. Исследование и обоснование формы рыхлительных рабочих органов культиваторов для почв юга Украины. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Харьков, 1969,30 с.

5. Бахтин П.У. Исследование физико-механических и технологических свойств основных типов почв СССР. М.: Колос, 1969,271 с.

6. Болыпунов В.А. и др. Глубокое безотвальное рыхление почвы при возделывании ячменя, ж. Земледелие, 1987 г.

7. Бондарев А.Г. Изменение физических свойств и плодородия почв Нечерноземья под воздействием ходовых систем // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1983 г., № 5

8. Бублик С.П. О форме лобового профиля симметричных рабочих органов орудий для поверхностной обарботки почвы. В кн.: Труды Киевского с.-х. ин-та, т. 5. Харьков, 1949, с. 227-31

9. Вайнруб В.И. Повышение эффективности работы почвообрабатывающих агрегатов путем использования изменяемой ширины захвата и совершенствования предохранительных устройств: Дисс. д-ра техн. наук: 05.20.01 НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР. - С-Пб.,1990. - с. 325

10. Ю.Вайнруб В.И. Оптимизация режима пахотного агрегата. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1980. - №11,— с. 19-21

11. П.Вайнруб В.И., Догановский М.Г. Повышение эффективности использования энергонасыщенных тракторов в Нечерноземной зоне. Л.: Колос, 1982.224 с.

12. Вайнруб В.И., Догановский М.Г. Механизация обработки почвы и посева в Нечерноземной зоне. М.: Россельхозиздат, 1977,190 с.

13. Валге A.M. Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизации сельскохозяйственного производства. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2002. -176 с.

14. Н.Валге A.M. Повышение эффективности тяговой динамики пахотных агрегатов. Сборник научных трудов. Выпуск 50. Ленинград, 1987 г., с.8-18.

15. Василенко А.А., Зелигман С.Б. Машина для послойной обработки почвы с внесением удобрений. В кн.: Вопросы сельхозмашиностроения. Киев, 1955, с. 64-72

16. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. М.: Машиностроение, 1971, 357 с.

17. Волков Б.Г. и др. Технологические свойства полей Северо-Запада РСФСР. Науч. тр. НИПТИМЭСХ СЗ, вып. 11,1972 г.

18. Воробьев Л.И. Культиваторы и зубовые бороны. Конструкция машин, основы эксплуатации и элементы расчета рабочих органов. М., Машгиз, 1950, 160 стр.

19. Горбунов И.С, Смирнов М.А. Оценка проходимости тракторов по напряженности йочвы под движителями // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1968 г., № 7

20. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Т. Ill, М., Сельхозиздат, 1939, 164 с.

21. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Т. IV, М., Сельхозиздат, 1940, с. 49-230

22. ГОСТ 7057-73. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. -М., 1973

23. ГОСТ 20915-75 (СТ СЭВ 5630-86) «Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний»

24. ГОСТ 23728-88 ГОСТ 23730-88. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки, -М.: Изд-во стандартов, 1988. - 47 с.

25. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. М., Машиностроение, 1966,195 с.

26. Далин А.Д. Обоснование форм рабочих органов ротационных почвообрабатывающих машин. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. с.-х. наук. М., 1*943,12 с.

27. Далин Д.А., Павлов И.П. Роторные грунтообрабатывающие и землеройные машины. М.: Машгиз, 1950

28. Догановский М.Г., Вайнруб В.И., Залесский С.К. «О механизации работ на полях, засоренных камнями в СЗ зоне РСФСР». Доклады первой научно-технической конференции по проблеме «комплексная механизации освоения каменистых почв». Ереван, 1969 г. с. 349-359

29. Додык Т.А. и др. Отчет о НИР «Разработка унифицированного процесса и комплекса широкозахватных машин для возделывания овощных культур», НИПТИМЭСХ НЗ РФ, 1986

30. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: в 2 т. / Пер. с англ. -М.: Финансы и статистика, 1986

31. Жегалов B.C. Основания для проектирования плужного черенкового ножа. В кн.: Теория, конструкция и производство с.-х. машин. Т. IV. М.- Л., 1936, стр. 365-83

32. Желиговский В.А. Экспериментальная теория резания лезвием. М., 1941,27 с.

33. Заявка №2457624 Франции. МКИ А01В 39/2034.3волинский Н.П. Культиваторы для ухода за пропашными культурами. Сельхозмашина, 1953, №10, с. 14-20

34. Зеленин А.Н. Физические основы теории резания грунтов. М.: АН СССР, 1950

35. Иофинов С. А. Об оптимальных эксплуатационных скоростях движения тракторных агрегатов. В сб.: Научные основы повышения рабочих скоростей машинно-тракторных агрегатов. М.: Колос, 1965,490 с.

36. Исходные требования на базовые машинные технологические операции в растениеводстве. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005, с. 21-23

37. Капов С.Н. 'Механико-технологические основы разработки энергосберегающих почвообрабатывающих машин: Автореф.дис. докт. техн. наук. Челябинск, 1999. - 36 с.

38. Клейн В.Ф., Фомин И.М., Волков А.Е., Степанов А.Н. и др. Глубокое безотвальное рыхление каменистых почв чизельными орудиями (рекомендации), СПб Пушкин, 2006 г., 27 с.

39. Клецкин М.И. и др. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. М., Машиностроение, 1967, 723 с.

40. Колмыков А.А., Вайнруб В.И. Влияние свойств препятствий на «заякоривание» лап культиваторов. Сб. научн. тр. НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР. Л., 1983 г, с. 19-22

41. Колмыков А.А., Винокуров Г.Ф. Влияние параметров почвы и стойки с рабочим органом на работу предохранительного устройства. Труды ЛСХИ. Интенсификация механизированных технологий процессов в полеводстве. Вып. 214. Елгава, 1984 г., с. 56-60

42. Короткевич П.С. Сопротивление почв резанию в зависимости от скорости движения и геометрии рабочих органов. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Киев, 1966, 22 с.

43. Кострицын А.К. Теореотические и экспериментальные исследования процесса резания грунтов ножами. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. М., 1953,12 стр.

44. Кочетов И.С. Энергосберегающая обработка почвы в Нечерноземье. -М.: Росагропромиздат, 1990,160 с.

45. Ксеневич И.П. Экологическая безопасность сельскохозяйственной техники в полном жизненном цикле. Приводная техника, 2000 г., №2 (24), с. 5-14

46. Кузнецов Ю.А., Кирюхин В.Г. Почвообрабатывающие машины Франции. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1983, №3, с. 25.29

47. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины, М., Сельхозиздат, 1949, 856 с.

48. Мелконян А.А. (в соавторстве) Обоснование параметров рыхлителей для работы в тяжелых почвах. Научно-технический журнал «Известия сельскохозяйственных наук» Госагропрома АрмССР, Ереван, 1987, №2.

49. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980.-168 с.

50. Милюткин В. Обоснование параметров рыхлящих рабочих органов скоростных ярусных плугов // Совершенствование конструкции, эксплуатации и ремонта с.-х. техники / УСХИ, 1979 г. Вып. 11

51. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. М.: ВНИИЭСХ, 1998. - 200 с.

52. Морозов Ю.Л., Андрианов В.М., Максимов Д.А. и др. Разработка Адаптивных технологий производства продукции растениеводства.

53. Методические рекомендации. СПб: ГНУ СЗНИИМЭСХ, 2005. - 114 с.

54. ОСТ 10 2.2-2002. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки. Минсельхоз России, 2002 г.56.0СТ 70.4.1-80 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Программа и методика испытаний».

55. Панов И.М. Особенности зарубежных конструкций чизельных орудий и эффективность их применения. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1983, №3, с. 34.37

56. Пат. №4269274 США, МКИ А01В 13/08

57. Плющев Г.В., Прокопенко Г.М., Лим В.А. Конструктивно-технологичесикие параметры чизельных плугов. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1991, №3, с. 24.26

58. Покровский Г.И. К теории плуга. Почвоведение, №5-6,1935, с. 54-80

59. Потапов В.И. Оценка плодородия почв. В сб. Управление почвенным плодородием. - Л.: АФИ, 1986 г. - с. 134-149

60. РД 10.41.1-89. Испытания сельскохозяйственной техники. Мащины и орудия для глубокой обработки почвы. Программа и методы испытаний. Госагропром СССР, 1989 г.

61. Рекламный проспект АО «Каменец-Подольсксельмаш»

62. Рекламный проспект и каталоги фирмы «Gard» , Франция

63. Рекламный проспект и каталоги фирмы «Kirpy», Франция

64. Рекламный проспект и каталоги фирмы «RCM» , Франция

65. Рекламный проспект и каталоги фирмы «Bomford and Evershed Ltd.», Англия

66. Рекламный проспект и каталоги фирмы «UNIA Sp. z о. о.», Польша

67. Рекламный проспект и каталоги фирмы «John Deere & Со», США

68. Рекламный проспекты и каталоги фирмы «Kverneland Ltd», Норвегия

69. Саришвили Э.Д. Определение радиуса .образующих винтовых поверхностей плужных корпусов Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1981, №8, с. 17. 19

70. Семенов В.А. Оценка плодородия почв. В сб. Управление почвенным плодородием. - Л.: АФИ, 1986 г. - с. 3-24

71. Сертификат об утверждении средств измерений RU.C.001.A №11340 от 27.12.2001 г.

72. Синеоков Т.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин, 1977.-382 с.

73. Синеоков Т.Н. Проектирование почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1965, 310 с.

74. Синеоков Г.Н. Сопротивление почвы, возникающие при ее обработке. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. докт. с.-х. наук. М., 1954,14 стр.

75. Сорокин К.И. и др. Глубокое рыхление дерново-подзолистых почв, ж. Земледелие, 1989 г.

76. Тамасян А.Х. Совершенствование технологии и обснование параметров машины с комбинированными рабочими органами для прокладки поливных и водоудерживающих борозд-щелей. Автореф. дисс. на соиск. уч.'степ. канд. техн. наук. Ереван, 1992,25 с.

77. Труфанов В.В. Глубокое чизелевание почвы / Всесоюз. акад. с.-х. наук имени В.И. Ленина. -М.: Агропромиздат, 1989,140 с.

78. Фаворин М. В. Моменты инерции тел. М.: Машиностроение, 1970, с. 249, 278(312)

79. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследование сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных. М.: Колос, 1994. - 169 с.

80. Хахаров Н.К., Чирков Г.Н., Ким Л.К. Применение и тенденции развития автоматических предохранителей. ЦНИИТЭИ НТ. М., 1977 г.,41 с.

81. Циммерман М. 3. Рабочие органы почвообрабатывающих машин. М., Машиностроение, 1978 г. с. 295

82. Щербаков Н.В. Повышение эффективности работы плуга новой конструкции путем адаптации к различным условиям работы: Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. СПб - Пушкин, 1999. - 146 с.

83. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. Часть II. М.: Высшая школа, 1966-411 е., с. 288

84. Dr. inz. Marek Gawrysiak, mgr. inz. Krzysztof Cituk «Bezpieczniki pfyzne przegl^d rozwiqzan konstrukcyjnych». «Maszyny I Ci^gniki Rolnicze», №1,1982r.

85. Steinkampf H. Zur Enturicklung der Schlepperreifen. Landtechnik 4 (1981) S. 178-179.