Повышение эффективности вспашки путем использования поворотного плуга с изменяемыми параметрами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Марнов, Сергей Владимирович

• Марнов, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Марнов, Сергей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ влияния конструктивных параметров элементов плуга

на устойчивость, показатели и режимы работы агрегатов

1.2 Анализ научных исследований в области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, обосновании их параметров и режимов

1.3 Обзор патентных исследований в области совершенствования процесса и орудий для гладкой вспашки

Выводы

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Основные технические и технологические требования к конструкции поворотного плуга

2.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы поворотного

плуга и корпуса с изменяемыми параметрами

2.3 Теоретическое обоснование условий равновесия и сохранения устойчивости корпуса. Технологические параметры корпуса

при изменении настроек

2.4 Теоретическое обоснование силы тяги и тягового сопротивления поворотного плуга с изменяемыми параметрами

Выводы

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Общая методика экспериментальных исследований.

Приборы и оборудование

3.3 Общие методические указания к определению погрешности

средств измерений

Стр.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Результаты лабораторно-полевых исследований физической модели корпуса

4.2 Тягово-энергетические показатели пахотных агрегатов

с поворотным плугом

4.3. Результаты экспериментальных исследований устойчивости пахотного агрегата с поворотным плугом в горизонтальной

и вертикальной плоскостях

4.4 Сравнительная эксплуатационно-технологическая оценка работы пахотных агрегатов с классическими, поворотными и оборотными

плугами

Выводы

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1 Методика и исходные данные для расчетов

5.2 Результаты расчетов по определению эффективности применения поворотных плугов

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А - Исходные требования на разработку поворотного плуга

для гладкой вспашки (проект)

Приложение Б - Заявка на изобретение 2012138513

Приложение В - Заявка на изобретение 2012125297

Приложение Г - Справка НТЦ «Аграрник»

Приложение Д - Справка ООО «Квернеланд Групп СНГ»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности вспашки путем использования поворотного плуга с изменяемыми параметрами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Агротехническая целесообразность и доминирующая роль отвальной вспашки почв в вопросах активизации физических, биологических и химических процессов, повышении экологической безопасности и урожайности сельскохозяйственных культур доказана многочисленными научными исследованиями [1...7].

Дальнейшее повышение эффективности процесса связывается с разработкой новых технологий, совершенствованием конструкций и повышением потенциальных возможностей плугов, снижением энергозатрат за счёт оптимизации параметров и режимов работы агрегатов и стоимости плугов [8... 13]. Классические схемы плугов слабо приспособлены к ведению работ прогрессивными методами и не обеспечивают требуемого качества работ [14, 15, 16].

В связи с этим неизбежны потери рабочего времени и производительности пахотных агрегатов, обусловленные характером выполнения процесса при базовых технологиях вспашки, а также необходимостью обеспечения качества работ дополнительными приёмами [17].

Дооснащение плугов различного рода приспособлениями не приводит к значительному улучшению качества вспашки и вызывает повышение массы, энергозатрат, ухудшение маневренности агрегатов [14, 18].

Асимметричность нагрузки на трактор со стороны плугов классической схемы обуславливает ограничение ширины его захвата до величины соответствующей поперечной базе трактора по причине нарушения устойчивости и прямолинейности движения агрегата. Стабилизация устойчивости плуга требует применения дополнительных устройств. Однако введение в конструкцию плуга, например полевой доски значительно увеличивает тяговое сопротивление плуга [19, 20].

В связи с изложенным, для повышения эффективности отвальной вспашки необходима разработка эффективных технологий и технических средств, базирующихся на принципиально новых научных подходах и технических решениях.

Степень разработанности темы. Современной наукой разработана техно-

логия гладкой вспашки, основанная на обороте почвенного пласта лево- право-оборачивающими рабочими поверхностями плуга [21...28]. Разработаны и освоены в производстве особенно в зарубежных странах многочисленные конструкции оборотных плугов [29...50]. Вспашка осуществляется без образования свальных гребней и развальных борозд.

Повышенная масса и металлоёмкость оборотных плугов, высокая их стоимость, невозможность использование метода групповой работы агрегатов, по мнению [14, 17, 25, 26, 27] снижает эффективность их использования. Кроме того, стабилизация устойчивости оборотных плугов с шириной захвата, превышающей величину продольной базы трактора, возможна лишь при движении передних и задних колёс трактора (левых или правых в зависимости от направления движения) по открытой борозде [18, 19]. Отечественные тракторы в силу отсутствия в их конструкции систем силового и позиционного регулирования плохо агрегатируются с зарубежными оборотными плугами [26]. Последние в большей степени комплектуются винтовыми отвальными поверхностями, и их использование при вспашке старопахотных земель противоречит рекомендациям отечественных учёных [18, 19].

Продолжительное время в нашей стране и за рубежом ведутся разработки по созданию фронтальных плугов для гладкой вспашки [25, 26, 27]. Сложность конструкции рабочих агрегатов для укладки пласта в собственную борозду, ограничение глубины обработки, неудовлетворительная укладка и заделка растительных остатков ограничивают область их применения.

Одним из путей решения проблемы реализации гладкой вспашки является разработка поворотных плугов. По мнению [17, 21, 22, 23, 24] поворотные плуги менее сложны и металлоёмки. Однако конструктивные исполнение рабочих органов не позволяет осуществлять качественный оборот и крошение пласта, полноту заделки растительных остатков.

В связи с этим, исследования связанные с разработкой (более совершенных) новых конструктивно-технологических схем плугов для гладкой вспашки, обоснование их параметров и режимов их работы представляют актуальную научную задачу и имеют важное хозяйственное значение.

Актуальность темы исследований подтверждена заданиями Россельхоза-кадемии. Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ ВНИИТиН Рос-сельхозакадемии) в соответствии с заданиями Россельхозакадемии 09.04.06.04 «Разработать улучшенную технологию основной обработки почвы и эскизный проект комбинированного агрегата», 09.01.03.04. «Разработать конструкторскую документацию и опытные образцы рабочих органов поворотного плуга для гладкой вспашки в системе сидерального земледелия», планом фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению АПК Российской Федерации на 2011-2015 гг.

Цель работы - обоснование параметров и режимов работы поворотного плуга, обеспечивающих повышение устойчивости плуга, снижение энергетических затрат и повышение производительности пахотных агрегатов.

Задачи исследований:

- разработать конструктивно-технологическую схему поворотного плуга для реализации гладкой вспашки с движением трактора и колес плуга вне борозды;

- обосновать параметры и режимы работы поворотного плуга, обеспечивающие требуемые показатели качества, энергозатрат и устойчивость движения плуга и трактора с учетом их конструктивных особенностей;

- разработать теоретические зависимости по определению требуемой силы тяги поворотного плуга и выявить характер изменения тягового сопротивления в пределах заданных параметров и режимов работы;

- экспериментально подтвердить правомерность результатов теоретических исследований и выявить влияние технологических режимов, параметров плуга и трактора на эксплуатационно-технологические показатели и качество выполнения работ;

- дать технико-экономическую оценку эффективности предложенных технических решений.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

- конструктивно-технологические схемы корпуса и поворотного плуга для гладкой вспашки (положительное решение по заявке №2012125297, заявка на изобретение № 2012138513);

- аналитические зависимости для расчета параметров и режимов работы поворотного плуга;

- аналитические зависимости для расчета требуемой силы тяги плуга с учетом варьирования установочных параметров и устойчивости его движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретические зависимости, полученные в ходе исследований, позволяют обосновать параметры и режимы работы поворотных плугов, определить энергозатраты на осуществление гладкой вспашки с учетом условий работы агрегатов, физико-механических свойств почвы.

Поворотный плуг позволяет повысить производительность пахотного агрегата на 10... 12 % при одновременном снижении погектарного расхода топлива в среднем на 7...8 % (22,8 кг/га вместо 24,2 кг/га).

Сокращение непроизводительных затрат времени при использовании поворотного плуга обеспечило рост коэффициента использования сменного времени с 0,72 до 0,81. Опытные образцы поворотного плуга прошли апробацию в ООО «Ленина» Ржаксинского района Тамбовской области при возделывании зерновых и зернобобовых культур.

Разработан проект исходных требований на разработку поворотного плуга для гладкой вспашки и конструкторская документация на его изготовление.

Полученные результаты исследований рекомендуются для широкого применения в сельскохозяйственном производстве, предприятиям и организациям, занимающимся разработкой новых технических средств для обработки почвы, ВУЗам - при подготовке агроинженеров.

Объект исследований: технологический процесс основной обработки почвы поворотными плугами, параметры и режимы работы поворотных плугов и ра-

бочих органов.

Предмет исследований: закономерности изменения показателей качества и топливно-энергетических затрат пахотных агрегатов с поворотными плугами с учетом изменения в процессе использования установочных параметров.

Аналитические исследования рабочих органов выполнены с использованием методов классической механики, математики и сопротивления материалов. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных, лабораторно-полевых и эксплуатационных условиях в соответствии с ОСТами, ГОСТами и частными методиками. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена с использованием статистических методов с применением компьютеров. Положения, выносимые на защиту:

Результаты теоретических исследований по обоснованию параметров и режимов работы плуга, определению энергозатрат на реализацию гладкой вспашки с учетом уровня варьирования параметров.

Результаты экспериментальных исследований и сравнительных испытаний плугов.

Технико-экономическое обоснование эффективности предложенных технических решений по совершенствованию поворотного плуга и корпуса для реализации гладкой вспашки.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- применением современной контрольно-измерительной и вычислительной техники;

- объемом экспериментальных исследований;

- согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы доложены и обсуждены: на заседании Бюро отделения механизации, электрификации и автоматизации РАСХН (2009, 2010 гг.), на заседаниях Ученого Совета ГНУ ВНИИТиН (2009-2012 гг.), на заседаниях научно-технических советов ООО НТЦ «Аграрник» (г. Тамбов), фирмы Квернеланд (представительство

- г. Зеленоград Московская область) (2010, 2011 гг.), на Всероссийской и Международных научно-практических конференциях:

на Всероссийской научно-практической конференции 6-8 февраля 2008 г., «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса» ГСХА, г. Ульяновск;

на Международной научно-практической конференции 20-22 мая 2008 г., «Актуальные вопросы аграрной науки и образования», ГСХА, г. Ульяновск;

на XV Международной научно-практической конференции 18-19 сентября 2009 года «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства», ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов;

на XVI Международной научно-практической конференции 20-21 сентября 2011 г. «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции. Новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства», ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, г. Тамбов.

По теме диссертационной работы опубликовано 10 статей общим объемом 2 печатных листа, из них лично соискателю принадлежат 1,3 п.л., в том числе 5 статей - в изданиях, поименованных в «Перечне ведущих журналов и изданий» ВАК РФ, 5 статей опубликованы в сборниках научных трудов, материалах научно-практических конференций и журналах.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений.

Работа изложена на 117 страниц машинописного текста и содержит 7 таблиц, 47 рисунка, 5 приложений. Список литературы включает 152 наименования.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ влияния конструктивных параметров элементов плуга на устойчивость, показатели и режимы работы агрегатов

Производительностью пахотного агрегата (¡V) во взаимосвязи с шириной захвата плуга (В, м) и скоростью (¥р, м/с) определяется уравнением вида [51...55]:

Ж = 0,365 -Ур-т, га/ч (1)

где т - коэффициент использования времени.

Условия использования агрегата связаны с производительностью (Ж), мощностью двигателя /V™'4, тяговой мощностью трактора Л^ах зависимостью [51...56]:

д^-шах

^ = 36,7—(2)

дгтах

^ = (3)

К

где К- удельное сопротивление орудия, кН/м; X - степень загрузки трактора; г\т - тяговый кпд трактора;

Р - степень использования ширины захвата агрегата.

Скоростные и нагрузочные режимы работы агрегата рассчитываются из условий достижения максимального значения тягового кпд трактора [53, 55, 56].

Правильный выбор скоростных и нагрузочных режимов работы в условиях эксплуатации агрегатов невозможен из-за отсутствия на отечественных тракторах соответствующих приборов. Механизатор выбирает режимы работы агрегатов, исходя из своего опыта [57]. Как результат интервалы варьирования эксплуатационно-технологических показателей пахотных агрегатов, например, с тракторами класса 20 кН по данным [57] составляют: по производительности -8.. .34%, скорости - 5.. .31%, загрузке двигателя -11.. .37%, расходу топлива -13... 30%.

Профессор Т.Е. Листопад [58] отмечает, что минимальная сила тяги плуга

обеспечивается при условии её направленности к горизонту под углом равным или большим угла трения стали о почву (14...42°). При этом [58] констатирует, что конструкция классического плуга не позволяет оптимизировать указанное направление линии тяги.

В соответствии с результатами исследований [19] целесообразным принято такое направление линии тяги, при которой она действует по ходу движения и совпадает с продольной осью симметрии трактора. Одновременно с этим добиваются такого расположения плуга относительно трактора, при котором первый корпус выдерживает заданную ширину захвата, а наружный край гусеницы находится на расстоянии не менее 0,15 м от стенки борозды. В случае работы плуга с колесными тракторами правые колеса трактора должны идти по дну борозды, открытой при предыдущем проходе. Для выполнения отмеченных условий необходимо строгое соответствие ширины захвата плуга поперечной базе трактора [19].

Нарушение траектории движения плуга повышает его тяговое сопротивление [59].

Полевая доска служит опорой плуга в горизонтальной плоскости и предотвращает его перекос [20]. Вместе с тем, использование полевой доски вызывает увеличение тягового сопротивления корпуса на 13...20 % [60, 61].

Профессор Г.Н. Синеоков [20], считает, что основной причиной перекоса плуга в горизонтальной плоскости является неправильная установка полевой доски относительно стенки борозды и рекомендует обеспечение зазора между указанными плоскостями.

Академик В.П. Горячкин [62] установил, что для обеспечения устойчивости плуга в вертикальной плоскости необходимо, чтобы линия тяги приходила через след центра тяжести плуга. В настоящее время нет данных определяющих оптимальную величину реакции на опорные колёса плуга [19].

Согласно результатов исследований [63] если линия тяги не совпадает с линией движения центра агрегата, но проходит через центр вращения, то сила тяги стремится сдвинуть трактор по нормали к направлению движения. В случае, когда

линия тяги не совпадает с линией движения и не проходит через центр вращения, сила тяги вызывает момент, поворачивающий трактор. Следовательно, для стабильного прямолинейного движения трактора необходимо располагать линию действия силы тяги в вертикальной плоскости симметрии трактора. На гусеничных тракторах это решается опусканием одной гусеницы в борозду. Однако это ведет к повышенному износу последних. В связи с этим гусеничные тракторы при вспашке ведут обеими гусеницами по невспаханному полю, сдвигая линию тяги. При этом происходит стаскивание трактора в борозду, и сильно затрудняется ведение трактора. Смещение точки прицепа вправо располагает линию действия силы тяги к линии движения центра агрегата со стороны вспаханного поля под некоторым углом, что вызывает силой тяги дополнительное давление корпуса на стенку борозды. Общее давление корпуса на стенку борозды возрастает и вызывает вместе с трением реакцию стенки борозды на полевую доску и обуславливает рост тягового сопротивления [63].

На величину трения полевой доски сказывается направление линии действия силы тяги [19, 20]. При положении линии действия силы тяги в продольно-вертикальной плоскости, проходящей по оси симметрии трактора, трение создается только поперечной составляющей давления пласта на рабочую поверхность корпуса. Боковое давление корпусов на стенку борозды при допустимом пределе колебания прямолинейности уже большое, и вызывает значительное сопротивление плуга [59, 63].

Так как полевая доска поставлена под углом к стенке борозды, то деформация ею стенки борозды возрастает от нуля у задней грани стойки до максимальной у конца полевой доски, возрастая по линейной зависимости [64].

Боковое воздействие плуга на почву можно устранить за счёт расположения режущей кромки лемеха под углом, противоположным углу атаки отвала [59].

Предложены конструкции плугов с повернутыми лемехами по а. с. РФ № 1025346 [65], патенту РФ № 2190313С2 (А01В 15/00) [66]. Снижение тягового сопротивления плуга достигается тем, что углы образованные режущими кромка-

ми лемехов каждого последующего и предыдущего корпусов с направлением смежны и конгруэнтны между собой относительно полевой доски предыдущего корпуса.

Для частичного или полного уравновешивания поперечной силы исследователи [67, 68] использовали левые лемехи. Отмечается, что установка левых лемехов обеспечивает уменьшение тягового сопротивления плуга.

К настоящему времени ни один из предложенных вариантов не получил дальнейшего развития по следующим причинам: решение проблемы частичного или полного уравновешивания поперечных сил левыми лемехами исследователи пытались осуществить без изменения взаимосвязанных конструктивных элементов плуга; левые лемехи устанавливались жестко без возможного регулирования их положения; не найдены технические решения по креплению левых лемехов для обеспечения достаточной надежности; практически не уделено внимания качеству обработки почвы при установке и оптимальном расположении левых лемехов [60].

Установка взамен полевых досок у каждого корпуса левых лемехов с левой стороны горизонтально, на уровне правых лемехов под острым углов к направлению движения, по-мнению [60], позволяет исключить заклинивание пласта, улучшить крошения почвы благодаря возникновению знакопеременных нагрузок в пласте, уменьшить затраты энергии на преодоление силы инерции пласта при его обороте, начав оборот пласта в период его перехода с левого лемеха на правый, т.е. увеличив общее время воздействия рабочих органов на почву.

Левый лемех каждого корпуса подрезает пласт почвы снизу и формирует щель для прохода правого лемеха следующего корпуса. Для передачи силы тяги трактора на корпуса, предусмотрены грядили с поводками [60].

Однако экспериментального подтверждения эффективности такого решения пока не получено.

По а. с. СССР № 1169548А [13, 69] с целью повышения устойчивости хода плуга по глубине и снижения тягового сопротивления, полевая доска каждого корпуса выполнена в виде конического ролика с вертикальной осью вращения, уста-

новленного большим основанием вверх. Конический ролик, взаимодействуя со стенкой борозды, воспринимает силу нормальной реакции стенки борозды, причем горизонтальная составляющая нормальной реакции обеспечивает устойчивость плуга в горизонтальной плоскости, а вертикальная составляющая уменьшает вертикальную нагрузку на опорные поверхности плуга, улучшая тем самым устойчивость плуга в продольно-вертикальной плоскости, снижая тяговое сопротивление плуга.

Идея применения левых лемехов использована также докт. техн. наук, профессором В.М. Бойковым при разработке почвообрабатывающего орудия согласно патента РФ 23 80873 С1 [70].

Орудие включает рамную конструкцию с опорными колесами и навеской. Рамная конструкция содержит центральный, продольно расположенный брус. Орудие имеет переднюю и заднюю пары секций. Каждая секция включает соединенные между собой брусья, на одном из которых, размещенном под углом к центральному брусу рамы, закреплены рабочие органы. Рабочие органы выполнены левооборачивающими или правооборачивающими.

Первоначально рабочими органами являются диагонально расположенные секции с правооборачивающими корпусами, а остальные две секции с левооборачивающими корпусами находятся в транспортном положении.

Углы наклона левого и правого плоских лемехов в горизонтальной плоскости составляют 20° и 39° соответственно.

При этом подрезание пласта на уровне глубины вспашки составляет 1/3 ширины захвата основного лемеха.

Для сохранения линии тяги плугов и регулирования ширины захвата первого корпуса западными фирмами практикуется оснащение последних механическими или электронно-гидравлическими устройствами (Voqel, Rabe, Kuhn, Квер-неланд, G. Besson, Д. Дир, Lemken и др.), позволяющими кроме того изменять ширину захвата корпусов за счет их разворота на определённый угол в горизонтальной плоскости и ширину захвата плуга в целом за счет изменения угла постановки лемехов к стенке борозды [29.. .50].

Кроме того категория трёхточечного крепления одинакова как со стороны трактора, так и со стороны орудия и закреплена в нормах ISO 730-1 [29...50]. Эти параметры определяют положение мгновенного центра вращения. В российской науке и практике не создано теоретических положений по его определению.

Положение мгновенного центра вращения и параметры навески определяют предельно допустимые углы отклонения линии тяги относительно осевой линии трактора. Фиксируемые, внутри образованного угла, положения линии тяги обеспечивают допустимые показатели устойчивости агрегата при некоторой частоте подруливания. Кроме того, удлинённый тяговый брус плуга и его место крепления на раме жёсткости создаёт предпосылки для повышения устойчивости хода плуга за счет приближения распределения нагрузки к тяговой нагрузке, характерной для симметричных орудий и отрыва полевых досок от стенки борозды за счёт тяги трактора. При этом сопротивление и сила трения корпусов о почву значительно снижаются [19, 20, 59].

Анализируя результаты исследований [10, 71], В.А. Николаев [60] отмечает, что одна из основных причин повышенной энергоёмкости скоростных плугов является недостаточное расстояние между корпусами. При скоростной вспашке отколотый пласт упирается своим концом в полевую доску идущего впереди корпуса, защемляется и препятствует дальнейшему продвижению почвы. Это ухудшает условия оборота пласта и вызывает увеличение сопротивления почвы при её обработке.

Увеличение ширины захвата плуга в целях повышения производительности [10, 11, 12, 13] обосновывается как наиболее эффективное в связи с тем, что рост рабочих скоростей обуславливает: повышение тягового сопротивления; динамических нагрузок на трактор и плуг; ухудшение условий труда механизаторов.

Повышение ширины захвата плугов в современной практике достигается изменением числа корпусов, ширины их захвата, а также плоскопараллельным поворотом рамы плуга и корпусов в горизонтальной плоскости [19, 20, 29...50]. Выполнены исследования и созданы плуги с изменяемой шириной захвата и изменяемыми параметрами [72...83].

Классические плуги наиболее приспособлены к загонному способу вспашки

воротными плугами, в результате которой поверхность поля становится гладкой без свальных гребней и развальных борозд. Отличительной особенностью этих плугов и их преимущество перед плугами классического исполнения является способность работать на поле челночным способом. Этот способ вспашки позволяет до минимума сократить время на холостые проходы на разворотных полосах, что существенно влияет на производительность пахотных агрегатов и сокращает расход нефтепродуктов [15, 16, 17, 21...27].

По материалам обзора следует отметить некоторые недостатки оборотных плугов:

- удвоенное количество корпусов, наличие вспомогательного оборудования, более мощной рамы обуславливают увеличение массы и стоимости плугов;

- из-за смещения линии тяги и осевой линии плуга увеличивается удельное сопротивление;

- слабая приспособленность пахотных агрегатов с оборотным плугом к движению вне борозды, а применение дополнительного оборудования для этих целей обуславливает дальнейший рост их стоимости на 20...25 %;

- при вспашке колесный трактор перемещается по борозде и своей массой уплотняет её дно и часть вспаханного участка поля, что приводит к снижению урожая. Кроме того, при этом наблюдается повышенный износ передних и задних шин из-за трения и дополнительного их прижатия к стенке борозды вследствие увода трактора из-за разности условий движения колес по несущим поверхностям;

- повышенное буксование колес из-за разности условий движения колёс (до 40%);

- узкий диапазон применения и невозможность использования на других видах работ, например, на безотвальной вспашке;

- движение трактора по открытой борозде обуславливают постоянный его наклон, что негативно сказывается на позе механизатора и комфортности работы.

Плуг снабжен одноотвальными симметричными корпусами, жестко закрепленными на поворотном в горизонтальной плоскости брусе рамы плуга. В зависимости от направления движения агрегата брус поворачивается вокруг вертикальной оси и поочередно устанавливает плужные корпуса в право- или левообо-рачивающее положения.

Это позволяет производить вспашку челночным способом, что приводит к уменьшению средней длины холостого поворота по сравнению с вспашкой почвы традиционными (правооборачивающими) плугами («всвал» или «в развал»).

При челночном способе движения с попеременным оборотом пласта почвы «вправо» или «влево» не остается развальных борозд и свальных гребней. Следовательно, не потребуется на заделку стыковых проходов пахотного агрегата. Плуг включает раму 1, сцепку 2 с элементами крепления к колесному трактору, соединяемую с рамой 1 горизонтальным шарниром 3; поворотный брус 4 с жестко закрепленными на нем плужными корпусами 5; гидроцилиндр 6 поворота бруса; вертикальный шарнир 7; опорные колеса 8 с механизмами регулировки глубины вспашки 9; параллелограммный механизм 10 с шарнирами 11 и 12, взаимодействующий с регулировочными болтами 13, расположенными на сцепке 2; устройство для фиксации бруса 4 в рабочих положениях, включающее палец 14, пружину 15, трос 16, пружину 17 и элемент 18 крепления к трактору. Плужные корпуса 5 снабжены двумя симметрично установленными перьями 19.

Доказано, что поворотный плуг имеет существенные агротехнические и эксплуатационные преимущества в сравнении с классическим плугом. Плуг обеспечивает повышение производительности от 10,8 до 22 %, увеличение урожайности от 4,3 до 6,4, уменьшение расхода топлива от 1,63 до 2,71 кг/га в зависимости от размеров поля. По сравнению с оборотным плугом той же ширины захвата он имеет более простую конструкцию и меньшую металлоемкость [17].

Его стоимость близка к стоимости традиционных плугов для классической вспашки. Все эти показатели позволяют сделать вывод, что поворотные плуги являются перспективными орудиями для основной обработки почвы.

1.2 Анализ научных исследований в области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, обосновании их параметров и режимов

В области разработки теоретических основ проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов и расчетов их параметров во взаимосвязи с формой движения элементов пласта наиболее широко известны научные труды В.П. Го-рячкина [62], П.Н. Бурченко [10, 18, 71, 86, 87, 88], В.В. Бледных [89...93], В.И. Вайн-руб [72], Л.В. Гячева [94], В.М. Мацепуро [21], Г.Н. Синеокова [20, 61], В.А. Сакуна [95, 96, 97], А.К. Кострицына [98, 99], Ю.Ф. Новикова [100, 101], В.А. Лаврухина [102,103], М.Д. Подсребко [15,16], В.А. Желиговского [104] и др.

Возможность совершенствования рабочих органов почвообрабатывающих машин на основе математического моделирования технологических процессов предложена академиком В.В. Бледных [89...93].

Для изучения движения точки по отвальной поверхности использован метод Лагранжа, согласно которому координаты движущейся точки выражаются через функцию двух параметров. В зависимости от постановленной цели выбирают одну из моделей оборота пласта и находят уравнение его движения по полученным траекториям.

Данные уравнения позволяют вычислить значение и направление реакции при движении пласта с некоторой скоростью. На основе уравнений кинематики и динамики движения пласта почвы получают аналитические выражения для построения выкроек лемешно-отвальной поверхности.

Математическая модель лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга построена на основе уравнений движения пласта почвы по траектории, определяемой технологическими требованиями. В модели учтены следующие основные технологические факторы: скорость движения орудия; степень заделки растительных остатков (полнота оборота пласта); крошение пласта на лемешно-отвальной поверхности; физико-механические свойства почвы (плотность, коэффициенты внешнего и внутреннего трения); размеры сечения и форма отрезаемо-

го пласта почвы; засоренность поля растительными остатками.

Известны алгоритмы проектирования на ЭВМ лемешно-отвальных поверхностей плуга [105, 106]. Однако их возможности существенно ограничены, и они в значительной мере исчерпали себя. В предложенных алгоритмах в качестве модели использован геометрический образ поверхности, изменяющейся по законам, почти не зависящим от особенностей технологического процесса (глубина заделки растительных остатков, скорость движения, крошение почвы) и физико-механических свойств почвы.

Метод проектирования лемешно-отвальных поверхностей плугов, предложенный академиком В.В. Бледных, получил дальнейшее развитие в трудах [102, 107]. Авторами предложен метод согласования плоской поверхности лемеха с криволинейной поверхностью отвала с учетом переменной высоты лемеха, изменения шага винтовой линии в точке стыка и угла наклона лемеха к дну борозды. Сохранен метод построения выкроек по сечениям с учетом агротребований.

Определение основных параметров плужных корпусов на основе учета прочностных свойств связных задернелых почв предложено докт. техн. наук В.А. Сакуном [96]. К основным параметрам оборачивающего плужного корпуса с винтовой рабочей поверхностью рекомендуется определять длину его рабочей поверхности и ширину его захвата, соответствующую ширине пласта. Причем, в основу методики определения закручиваемого пласта связной задернелой почвы положено условие его неразрывности в процессе оборота пласта, т.к. это является одновременно главным условием высокого качества обработки почвы.

Вопросы уточнения теории движения почвы по лобовым поверхностям рабочих органов почвообрабатывающих машин ставились неоднократно. Движение почвы [105, 106] рассматривает как движение характерных ее отдельностей, имеющих конечные достаточно малые размеры. В качестве обтекаемого почвой препятствия взято твердое тело с цилиндрической поверхностью.

Взаимодействие рабочего органа с разрушенной структурой докт. техн. наук, профессор В.М. Бойков [108, 109] рассматривает на примере лемешно-отвальной поверхности в виде вертикально поставленной под углом к направле-

нию движения пластины, погруженной в почву на определенную глубину, по которой движется материальная точка, моделирующая частицу разрушенной почвы. Полученные значения основных параметров пластин при взаимодействии ее с почвой автор использует при конструировании нового рабочего органа для плуга ПРНС-5, который состоит из безотвального рабочего органа и приставки.

До настоящего времени интерес к проблеме движения частицы почвы по лемешно-отвальным поверхностям плугов не пропал [13, 94], т.к. задача минимизации энергетических затрат на выполнение технологических операций почвооб-работки всегда актуальна. Движение частицы почвы по лемешно-отвальным поверхностям рассматривалась и ранее.

Математические модели пласта, базирующиеся на технической теории балок и до настоящего времени широко используемой в исследовательской практике требуют уточнения [89, 104]. Модель пласта почвы, деформируемого орудием, должна быть приближена к модели тонкой пластины. В основу построения модели, докт. техн. наук, профессор Жилкин В.А., предлагает принять техническую теорию изгиба пластин средней толщины, учитывающей двухмерность среды (изгиб и кручение пласта) [110].

Целесообразность создания плуга с регулируемыми параметрами в условиях варьирования размеров пласта и установочных углов корпуса плуга обоснована в трудах [72...76, 111, 112, 113]. Исследователями установлено, что при постоянной глубине пахоты угол вступления пласта на лемешно-отвальную поверхность и коэффициент сжатия пласта по мере уменьшения захвата корпуса уменьшаются, рисунок. Относительная траектория движения пласта с уменьшением его ширины располагается на отвале ниже, поэтому тяговое сопротивление и боковое давление снижаются. Это объясняется влиянием нормального давления на силы трения почвы о поверхность отвала.

Значительное влияние на коэффициент трения оказывает удельное давление на плоскости трущихся поверхностей. Снижение коэффициента трения скольжения металла по почве наблюдается при удельном давлении

2,5...3,0 кг/см [114].

Кострицыным A.A. [115] введено понятие приведённого угла трения, зависящего от угла заострения и толщины клина, углов трения почвы о металл и почвы о поч-

ву. По-мнению [115] взаимосвязь между сопротивлением и деформацией служит толщина слоя выдавливаемой почвы, названная физической величиной смятия почвы. Разработан метод определения тягового сопротивления рыхлительного рабочего органа по величине сдвигающей силы, равной упругой деформации. Метод позволяет определить длину рабочей грани клина, производящей смятие почвы до момента её разрушения.

В целях обоснования геометрических параметров плужных корпусов, влияющих на показатели качества вспашки и энергетические показатели (тяговое сопротивление) плуга исследованы [13] поверхности корпусов ПЛЖ-31000, КПС-40 с углами резания лемеха у0 = 38...42° и поверхности корпусов, выпускаемых фирмой Д. Дир, т.е. поверхности с прямолинейными горизонтальными образующими. В исследованиях применен метод горизонтальных сечений. Анализ поверхностей по горизонтальным сечениям показал, что образующие плугов ПЛЖ и Д. Дир на определенных участках, начиная от полевого обреза, могут рассматриваться как прямые линии, которые при переходе к крылу отвала становятся изогнутыми без какой-либо определенной закономерности. Можно полагать, что из-за изгибов образующих сопротивление в этой части поверхности должно уменьшаться. На основе графического анализа сделан вывод о том, что для уменьшения тягового сопротивления необходимо изменить геометрическую форму рабочей поверхности с прямолинейными горизонтальными образующими.

В основу проектирования плужных корпусов, выпускаемой фирмой Д. Дир, положена гипотеза о постоянстве давлений на единицу рабочей поверхности [47]. Исследователи считают, что крошение пласта осуществляется не всей поверхностью, а ограничивается зоной до перехода к крылу отвала, поэтому давление, необходимое для крошения почвы можно в зоне крыла уменьшить, а значит и снизить общее сопротивление перемещению почвы по рабочей поверхности.

С учетом этого предположения были выполнены по определенному закону изгибы прямолинейных образующих при переходе их в зону крыла. В связи с тем, что наибольшее давление испытывает корпус на лемехе и нижней части отвала, то изгибы образующих внизу поверхности отвала были сделаны с увеличенными уг-

лами у. При подъеме образующих изгибы уменьшаются, переходя в прямую линию, а затем снова возникают в обратную сторону, что способствует движению почвы при сходе ее с крыла отвала. Взаимосвязь между кривыми образующих поверхности сделана такой, чтобы сопротивление при переходе от сечения к сечению уменьшалось.

Используя принципы вариационной статистики, исследователями [89, 90, 91, 96] получено уравнение, определяющее движение пласта при его поступлении на клин с учетом физических особенностей процесса обработки почвы. Основная особенность формирования пласта на клине состоит в том, что при поступлении на клин изменяются абсолютная скорость тел пласта в результате его деформации и направления скорости этих тел. Эта особенность проявляется в общих закономерностях процесса формирования пласта независимо от среды, в которой происходит движение клина: толщина пласта почвы на клине зависит от угла установки его к дну борозды; угол между плоскостью разрушения и дном борозды зависит от угла постановки клина к дну борозды; при движении клина в малосвязных и несвязных средах происходит вращение поперечного сечения пласта в продольно-вертикальной плоскости и угол этого вращения зависит от угла постановки клина к дну борозды.

В диссертационной работе [13] исследована работа различных типов плужных корпусов с культурной, полувинтовой и винтовой лемешно-отвальной поверхностью, а также дано теоретическое обоснование перемещений частиц пласта почвы движущимся комбинированным клином. Установлено, что плужные корпуса с развертывающейся поверхностью обладают рядом преимуществ перед корпусами с неразвертывающейся поверхностью: деформируют почвенный пласт равномерно вдоль образующих поверхности; более технологичны в изготовлении; меньше залипают почвой при работе и признаны перспективными. Частными случаями развертывающейся поверхности являются коническая и цилиндрическая поверхности. Комбинациями их элементов могут быть образованы лемешно-отвальные поверхности плужных корпусов с различными параметрами. Наиболее

приемлема лемешно-отвальная поверхность, образованная следующим образом: в нижней части корпуса - поверхность конуса, вершина которого расположена с полевой стороны, в средней - конус, вершина которого расположена за бороздным обрезом, а сверху примыкает поверхность наклонного кругового цилиндра. Разработаны соответствующая методика определения исходных параметров, расчета и построения развертывающихся комбинированных лемешно-отвальных поверхностей [13], которая широко применяется при создании плужных корпусов различных типов. Доказана эффективность применения углоснимов и дано их теоретическое обоснование.

Исследованиями Ю.Ф. Новикова [100, 101] выявлены зависимости угла вступления почвы на поверхность корпуса от физико-механических свойств почвы и параметров, характеризующих геометрию рабочего органа. Автором разработана методика анализа геометрии существующих отвалов.

Установлено, что траектория движения пласта с возрастанием связности почвы и скорости движения пахотного агрегата приближается к верхней предельной траектории - геодезической линии поверхности. Перемещение пласта почвы, исследованное методом определения направляющих косинусов относительно скорости пласта по траектории движения, показало, что с повышением скорости кривые относительной траектории пласта располагаются более круто и приближаются к геодезической линии рабочей поверхности плужного корпуса.

1.3 Обзор патентных исследований в области совершенствования процесса и орудий для гладкой вспашки

По а.св. СССР 961573 поворотный плуг, рисунок 5, состоит из рамы, на которой закреплены встречно направленные лево- и правооборачивающие корпуса, бороздо-делатель с дисковым ножом и боковые ножи. Дисковой нож размещен между крыльями бороздоделателя по его плоскости симметрии. Целью изобретения является уменьшение габаритов плуга по длине и снижения тягового сопротивления [116]. Недостатком плуга является: забивание почвой и плохой оборот пласта.

ФигЛ

_б

1 - рама; 2,3- лево- и правооборачивающие корпуса; 4 - пластина; 5 - бороздоделатель; 6 - дисковый нож; 7 -боковой нож; 8 - крыло Рисунок 5 - Плуг по а. с. СССР № 961573 [114].

По а.св. СССР Би 1308210А1 [117], рисунок 6, плуг для гладкой вспашки, содержит раму с установленными на ней плужными корпусами, со стороны бороздных обрезов которых размещены направляющие элементы для сдвигания пластов почвы в сторону отвальных поверхностей плужных корпусов, при этом отвальная поверхность каждого корпуса имеет вертикальную образующую в зоне сопряжения поверхностей крыла с грудью. При вспашке независимо от глубины обработки, каждый направляющий элемент выполнен в виде обращенного выпуклой стороной к отвальной поверхности плужного корпуса, свободно вращающеюся сферического диска, ось вращения которого отклонена от продольной оси плуга с расположением под углом к горизонтали с вершиной угла между ними, обращенной вперед и вверх. При этом вертикальная образующая отвальной поверхности каждого корпуса расположена в плоскости его полевого обреза за задней кромкой сферического диска.

рамы 1 с укрепленными на ней плужными корпусами, выполненными в виде право- и левооборачивающихся корпусов 2, закрепленных на общей поворотной и вертикальной оси 3 зеркально по отношению к поперечно-вертикальной плоскости, а между ними установлен отваливающий пласт почвы, в процессе работы свободно вращающийся ролик 4. Поворот корпуса относительно их оси крепления осуществляется при помощи зубчато-реечного механизма 5, связанного с гидроцилиндром 6, установленным на раме. Для ограничения поворота оси крепления плужных корпусов служат упоры 7, укрепленные на раме.

По а.с. СССР 811 103 6258А [120], рисунки 11, 12, 13, плуг содержит поворотную раму 1 и закрепленные на ней посредством вертикальных поворотных осей 2 плужные корпуса 3. На каждой оси 2 установлено по одному плужному корпусу 3. На полевом обрезе каждого из плужных корпусов установлен дополнительный лемех 4, соединенный с основным под определенным углом с образованием общего носка и отвальной криволинейной поверхности между ними. Лемеха 4 расположены таким образом, что являются как бы продолжением рабочей поверхности и при работе одного лемеха другой выполняет роль полевого обреза и наоборот. Угол между лемехами 4 зависит от ширины захвата корпуса, от типа отвальной рабочей поверхности, угла постановки лемехов 4 ко дну борозды. Боковые пластины 5 корпуса соединены между собой под прямым углом. Внутрь прямого угла вставлен палец 6, который жестко соединен со всем корпусом. Для усиления крепления горизонтальной оси к корпусу и жесткости конструкции внутри корпуса установлена средняя пластина 7 такой же формы, как и задняя 8, но только меньших размеров. К средней, задней и боковым пластинам присоединены постели рабочей криволинейной поверхности и лемехов 4. Таким образом, вся конструкция корпуса сделана жесткой. Сменные отвальная криволинейная поверхность и лемеха присоединены посредством болтов с потайной головкой. Палец 6 у стойки корпуса оканчивается квадратной формой и резьбой на конце. На ось квадратной формы надевается рычаг 9 с квадратным отверстием, который фиксируется гайкой 10. Рычаг 9 посредством шатуна и ползуна 11 связан с шпунтом 12. К автономной оси 13, которая связана посредством шестерен 14-16 с зубчато-реечным механизмом, присоединена тяга 17 с осью 18, на которой установ-

частей А и Б. Режущая кромка части Б, находящейся со. стороны пятки лемеха, расположена выше режущей кромки части А, находящейся со стороны носка лемеха. Эта величина не превышает агротехнический допуск на неровности дна борозды при вспашке [127].

Рисунок 16 - Схема почвообрабатывающего орудия с изменяемой шириной захвата (а) и лемех(б) по а.с. СССР № 1289394А1.

При уменьшении ширины захвата после достижения некоторой величины происходит перекрытие зоны резания последующего рабочего органа 3, предыдущим, в результате чего часть Б режущей кромки лемеха 6 каждого последующего рабочего органа 3 оказывается в зоне резания части А предыдущего рабочего органа 3. Поскольку дно борозды, образованное частью А, расположено ниже режущей кромки части Б, последняя не участвует в резании дна и не трется о дно борозды. Это приводит к уменьшению тягового сопротивления.

Согласно патента РФ 2380873С1 предложена конструкция почвообрабатывающего орудия, обеспечивающего гладкую вспашку за счет диагонально расположенных секций с обеспечением левого и правого оборота пласта [70], рисунок 17.

5

а)

б)

- разработать теоретические зависимости по определению требуемой силы тяги поворотного плуга и выявить характер изменения тягового сопротивления в пределах заданных параметров и режимов работы;

- экспериментально подтвердить правомерность результатов теоретических исследований и выявить влияние технологических режимов, параметров плуга и трактора на эксплуатационно-технологические показатели и качество выполнения работ;

- дать технико-экономическую оценку эффективности предложенных технических решений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Марнов, Сергей Владимирович

Выводы

1. Снижение эксплуатационных затрат при использовании экспериментального плуга по сравнению с классическим составило: 619,61 руб., а с оборотным плугом - 1028,28 руб. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составил 1,14 года.

2. Годовая экономия затрат труда при использовании поворотного плуга для гладкой вспашки по сравнению с двухзагонной беспетлевой вспашкой классическим плугом с последующим разравниванием свальных гребней и развальных борозд (вариант 1) при объёме наработки в 230 га составила 30 чел.-ч, что достигнуто за счёт повышения производительности за 1 ч сменного времени.

- причиной низкой производительности пахотных агрегатов с оборотными плугами, агрегатируемых с тракторами Нью-Холанд Т-8000, Атлас 946 (Клаас), Кейс МХ-310 является возросшее буксование колес трактором до 40 %, кроме того в процессе вспашки наблюдались порезы шин о стенку борозды из-за высокой твердости почвы;

- производительность пахотных агрегатов с оборотными плугами составила 0,8.1,2 га/ч при расходе топлива указанными типами тракторов на уровне 23.25 л/га;

- введение в конструкцию поворотного плуга трёх опорных колёс, движущихся вне борозды, обеспечивает равномерные минимальные нагрузки в пределах 126.147 кг на каждое колесо при коэффициенте вариации 6.8 %;

- горизонтальные составляющие тягового усилия в механизме навески (левая и правая тяги) суммарно представляющие тяговое сопротивление поворотного плуга имеют практически равное значение, а некоторое увеличенное усилие в правой тяге на 6,4.9,6 % по отношению к левой обеспечивает отрыв заднего корпуса от стенки борозды, снижая общее тяговое сопротивление плуга - при снижении числа управляющих воздействий;

- отклонение экспериментальных данных от результатов аналитических исследований по определению тягового сопротивления плуга и силы тяги трактора не превышает 6.8 %, что указывает на правомерность использования предложенного аналитического выражения для расчётов;

- тяговое сопротивление поворотного плуга нелинейно зависит от скорости движения агрегата и остаётся ниже по сравнению с базовым плугом ПН-5-35 на 10. 13 %;

- удельное тяговое сопротивление плуга возрастает при увеличении угла постановки лемеха к стенке борозды и угла поворота рамы жёсткости;

- тягово-энергетические показатели трактора Т-150К находятся в зависимости от ширины захвата плуга, тяговой нагрузки и скорости движения и при рабочей ширине захвата поворотного плуга в интервале 1,4.2,1 м тяговая мощность трактора составляет около 70 кВт при Ур = 2,6.2,95 м/с;

- применение поворотного плуга позволяет увеличить производительность пахотного агрегата в среднем на 10. 12 % за счёт снижения тягового сопротивления, повышения скорости движения (с 1,5 до 1,9 м/с) и коэффициента использования сменного времени (с 0,72 до 0,81) при снижении погектарного расхода топлива с 24,2 до 22,8 кг/га.

5. Снижение эксплуатационных затрат при использовании экспериментального плуга по сравнению с классическим составило: 619,61 руб., а с оборотным плугом - 1028,28 руб. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составил 1,14 года.

Годовая экономия затрат труда при использовании поворотного плуга для гладкой вспашки по сравнению с двухзагонной беспетлевой вспашкой классическим плугом с последующим разравниванием свальных гребней и развальных борозд (вариант 1) при объёме наработки в 230 га составила 30 чел.-ч, что достигнуто за счёт повышения производительности за 1 ч сменного времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Марнов, Сергей Владимирович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петров В.А. Свекловодство [Текст] Z В.А.Петров, В.Ф. Зубенко - М.: Колос, 1981.-302 с.

2. Милащенко Н.З. Технология выращивания и использования рапса и сурепицы [Текст] Z Н.З. Милащенко - М.: ВО «Агропромиздат», 1989. - 234 с.

3. Воронцов В.А. Ресурсосберегающая система основной обработки чернозёмов в Тамбовской области [Текст] Z В.А. Воронцов - Тамбов: 2007. - 24 с.

4. Коновалов Н.Д. Пути повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур в Центрально-Черноземной зоне: автореф. дис... докт. с.-х. наук [Текст] Z Н.Д. Коновалов - М.: 1996. - 40 с.

5. Канивец И.Д. Механизация возделывания кукурузы [Текст] Z И.Д. Канивец ZZ Кукуруза, 1979, №1. - С. 21.

6. Рыженко И. Обработка почвы под подсолнечник и кукурузу [Текст] Z И. Ры-женко А. Убоженко, В. Вирович ZZ Техника в сельском хозяйстве, 1972, №9. -С. 26-28.

7. Венченков H.A. Механизация обработки почвы [Текст] Z H.A. Венченков, И.Е. Попов, Е.И. Куценко, М.Ф. Пиронков - М.: Колос, 1972. - 272с.

8. Катаев Б.А. Тенденции развития технологий и средств механизации обработки почвы [Текст] Z Б.А. Катаев, O.A. Сизов, П.Н. Бурченко - М.: ВНИИТЭИагро-пром, 1988.-50 с.

9. Гордеев В.В. Повышение качества работы плуга путем оптимизации его конструктивных параметров и режимов работы пахотного агрегата: автореф. дис. канд. техн. наук [Текст] Z В.В. Гордеев- С.-Пб.-Павловск, 2002. - 17 с.

10.Бурченко П.Н. Механико-технологическое обоснование параметров почвообрабатывающих машин нового поколения для работы в оптимальном диапазоне скоростей: автореф. дис... д-ра техн. наук [Текст] Z П.Н. Бурченко - М., 1987. -45 с.

11 .Панов И.М. Перспективы развития конструкций почвообрабатывающих машин и орудий [Текст] Z И.М. Панов ZZ Механизация и электрификация сельско-

го хозяйства. - 1987, №3. - С. 13-16.

12. Панов И.М. Основные пути снижения энергозатрат при обработке почвы [Текст] / И.М. Панов, Н.М. Орлов // Тракторы и сельхозмашины. - 1987, №8. - С. 27-30.

1 З.Афонин А.Е. Повышение эффективности использования отвальных плугов совершенствованием рабочих органов: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.20.01 [Текст] / А.Е. Афонин. - Мичуринск, 2007. - 18 с.

М.Разбежкин Н.И. Совершенствование конструкции рабочего органа плуга на основе моделирования технологического процесса вспашки: автореферат дис... канд. техн. наук [Текст]. - Уфа: 2007.

15.Подскребко М.Д. Повышение эффективности использования тракторных агрегатов на основной обработке почвы: автореф. дис... докт. техн. наук [Текст]. -Челябинск, 1975.

16.Подсребко М.Д. Агрономическая эффективность обработки почвы плугами с комбинированными органами [Текст] / М.Д. Подсребко, И.Я. Штейнерт, Г.В. Гайфуллин // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов. Сб. науч. тр. ЧИМЭСХ, вып. 98. Челябинск, 1976.

17.Зубов Н.И. Эффективность применения плугов для гладкой вспашки [Текст] / Н.И. Зубов, O.A. Сизов, В.А. Волобуев // Сборник научных трудов ВИМ, том 147. - М.: ВИМ. 2003, с. 22-27.

18.Бурченко П.Н. Основные преимущества вспашки с активным оборотом и крошением пласта [Текст] / П.Н. Бурченко, Н.Г. Березин, М.А. Халимбеков // Научные труды ВИМ, т. 141, ч.1. Технологическое и техническое обеспечение производства продукции растениеводства. М.: 2002. - С. 19-25.

19.Кленин Н.И. Сельскохозяйственные машины [Текст] / Н.И. Кленин, И.Ф. Попов, В.А. Сакун - М. Колос, 1970. 456 с.

20.Синеоков Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин [Текст] / Г.Н. Синеоков - М.: Машиностроение, 1977. - 326 с.

21.Мацепуро В.М. Принципиально новые конструкции плугов для гладкой вспашки [Текст] / В.М. Мацепуро // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1996, №2. -С. 20-21.

34.Проспекты фирмы «Overums Bruk» [Текст] (Швеция).

35.Проспекты фирмы «Gassner» [Текст] (ФРГ).

36.Проспекты фирмы «Huard u.c.f.» [Текст] (Франция).

37.Проспект фирмы Huard. Плуги серии Losange [Текст].

38.Streichbleche aus Kunststoff, wen der Boden Kledt [Текст] // DLZ. - 2007, 1, -c. 24-26.

39.Wilkinson R.H., Braundeck O.A. FAO Agricultural Services Bulletin [Текст] / R.H. Wilkinson, O.A. Braundeck // 12 Suppl. 1 Elements of Agricultural machinery. Vol. 1. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, 1977.

40.Проспекты фирмы «Bamford» [Текст] (Великобритания).

41.Проспекты фирмы «Kvernelands» [Текст] (Норвегия).

42.Проспекты фирмы «Eberhardt» [Текст] (ФРГ).

43.Проспекты фирмы «Krone» [Текст] (ФРГ).

44.Проспект фирмы «Niemeyer» [Текст] (ФРГ).

45.Проспекты фирмы «Vogel Noot» [Текст] (Австрия).

46.Kromer К. Tendenzen der pfliigent - Wicklung [Текст] / К. Kromer // Prakt. Land-techn. - 1991. - 34. 7, - c. 204-207.

47.Проспекты фирмы «John Deere» [Текст] (США).

48.Проспекты фирмы «Case» (США) [Текст].

49.Проспекты фирмы «International Harvester» [Текст] (США).

50.Проспекты фирмы MMG [Текст] (Венгрия).

51.Веденяпин Г.В. Эксплуатация машинно-тракторного парка [Текст] / Г.В. Веде-няпин, Ю.К. Киртбая, М.П. Сергеев. - М.: Колос, 1968. - 343 с.

52.3авалишин Ф.И. Основы расчёта механизированных процессов в растениеводстве [Текст]. - М.: Колос, 1970. - 310 с.

53.Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка. - М.: Колос, 1974. -480 с.

54.Линтварёв Б.А. Научные основы повышения производительности земледельческих агрегатов [Текст]/ Б.А. Линтварёв. - М.: ГОСНИТИ, 1962. - 598 с.

55.Хробостов С.Н. Эксплуатация машинно-тракторного парка [Текст]. - Колос, 1966. - 527 с.

56. Гуськов В.В. Тракторы. Теория [Текст] Z В.В. Гуськов, H.H. Вялев, Ю.Е. Атаманов, Н.Ф. Бочаров, И.А. Ксеневич, A.C. Солонский. - М.: Машиностроение, 1988.-376 с.

57.Тырнов Ю.А. Методология создания средств контроля эксплуатационно-технологических показателей работы машинно-тракторных агрегатов [Текст]. -Воронеж: 1999.-352 с.

58.Листопад Г.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины [Текст]. - М.: Колос, 1976.-752 с.

59.Рыжих Н.Е. О прямолинейности движения пахотного агрегата [Текст] Z Н.Е. Рыжих ZZ Научный электронный журнал КубГАУ, 2005, 2.

60.Николаев В.А. Кинематика пласта почвы под воздействием левого лемеха [Текст] Z В.А. Николаев, Д.В. Попов ZZ Техника в сельском хозяйстве, 2010, 6.

61.Синеоков Г.Н. Полезные и вредные сопротивления плуга [Текст] Z Г.Н. Синео-ков ZZ Тракторы и сельхозмашины, 1959, 2.

62.Горячкин В.П. Собрание сочинений в трёх томах [Текст] Z В.П. Горячкин - М.: Колос, 1967.

63.Рыжих Н.Е. Влияние направления линии действия силы тяги на сопротивление плуга [Текст] Z Н.Е. Рыжих ZZ Научный электронный журнал КубГАУ.

64.Киселев С.Н. Размещение рабочих органов на раме оборотных плуга и расчет сил, действующих на них: методические рекомендации [Текст] Z С.Н. Киселев - МГАУ, 2010.-40 с.

65.Рыжих Н.Е. A.c. №1025343 Многокорпусный плуг [Текст] Z Н.Е. Рыжих ZZ Бюл. изобр., 24, 1983

66. Патент Российской Федерации №2190313 МПК А01 В 15/00, Многокорпусный плуг [Текст] Z Н.Е. Рыжих, В.И. Фортуна, Г.Г.Маслов Опубликован 10.10.2002, Бюл. 28.

67.Николаев В.А. Кинематика пласта почвы под действием левого лемеха [Текст] Z В.А. Николаев, Д.В. Пожев ZZ Техника в сельском хозяйстве, 6, 2010. - С. 33-35.

68.Журченко A.B. Обоснование технологического процесса и параметров леворежу-щих ножей почвообрабатывающего орудия для основной обработки почвы: авто-реф. дис... канд. техн. наук [Текст] Z A.B. Журченко - Зерноград: 1995. - 18 с.

69. Авторское свидетельство СССР №1169548 Al A01B15Z08. Плуг [Текст] (Е.Д. Афонин, В.А. Милюткин и А.Е. Афонин). Опубл. 30.07.85. Бюл. № 28.

70. Патент 2380873 Российской Федерации, МПК А01 В 3/00, Орудие почвообрабатывающее [Текст] Z В.М. Бойков, Е.В. Бойкова и др. Опубликован 10.02.2010, Бюл. №4.

71.Бурченко П.Н. Основные технологические параметры почвообрабатывающих машин нового поколения [Текст] Z П.Н. Бурченко ZZ Сб. науч. трудов ВИМ «Теория и расчет почвообрабатывающих машин, т. 120.- М.: 1989.

72.Вайнруб В.И. Разработка и исследование корпуса плуга с изменяющимися параметрами отвала: автореф. дис... канд. техн. наук [Текст] Z В.И. Вайнруб - Л.Пушкин, 1965. - 14 с.

73.Степанов А.Н. Повышение эффективности вспашки путем использования плугов с изменяемыми параметрами: автореф. дис... канд. техн. наук [Текст] Z А.Н. Степанов - С.-Пб.-Пушкин, 1999. - 16 с.

74.Мишин П.В. Повышение эффективности работы плугов с изменяемой шириной захвата: автореф. дис... канд. техн. наук [Текст] Z П.В. Мишин - Л.Пушкин, 1989.-15 с.

75.Максимов Е.А. Повышение эффективности работы пахотного агрегата путем адаптации ширины захвата плуга к условиям работы: автореф. дис... канд. техн. наук [Текст] Z Е.А. Максимов - С.-Пб.-Павловск, 2002. - 15 с.

76.Творогов В. А. Повышение эффективности работы лемешного плуга для отвальной вспашки путем совершенствования его конструктивно-технологической схемы: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.20.01 [Текст] Z В. А. Творогов. -СПб-Пушкин, 1995. - 15 с.

77.Тырнов Ю.А. Поворотный плуг для гладкой пахоты с переменной шириной захвата [Текст] Z Ю.А. Тырнов, A.B. Балашов, В.П. Белогорский, C.B. Марнов ZZ Наука в Центральной России, 3, 2013.

78.Тырнов Ю.А. Повышение эффективности технологии вспашки почв за счет применения поворотного плуга [Текст] / Ю.А. Тырнов, A.B. Балашов, C.B. Марнов // Наука в Центральной России, 2, 2013.

79.3азуля А.Н. Действие сил на рабочие органы поворотного плуга с переменной шириной захвата и его тяговое сопротивление [Текст] / А.Н. Зазуля, A.B. Балашов, В.П. Белогорский, C.B. Марнов, Н.В. Михеев // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - Мичуринск: 2013, 1. - С. 56.

80.Зазуля А.Н. Эффективность использования поворотных плугов для гладкой вспашки почвы [Текст] / А.Н. Зазуля, A.B. Балашов, В.П. Белогорский, C.B. Марнов, Н.В. Михеев // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - Мичуринск: 2013. 1. - С. 48.

81.Зазуля А.Н. Повышение эффективности вспашки поворотным плугом [Текст] / А.Н. Зазуля, Ю.А. Тырнов, A.B. Балашов, C.B. Марнов, В.П. Белогорский // Техника в сельском хозяйстве, 1, 2013. - С. 4-6.

82.Тырнов Ю.А. Исследование показателей работы поворотного плуга для гладкой вспашки почвы [Текст] / Ю.А. Тырнов, А.Н. Зазуля, A.B. Балашов, В.П. Белогорский, C.B. Марнов // Техника в сельском хозяйстве, 1, 2013. - С.23-24.

83.Тырнов Ю.А. Аналитическое обоснование силы тяги, обеспечивающей устойчивость симметричного поворотного плуга в горизонтальной плоскости [Текст] / Ю.А. Тырнов, А.Б. Балашов, C.B. Марнов // Наука в Центральной России, 2, 2013.

84.Тырнов Ю.А. Совершенствование технологий и технических средств почвооб-работки [Текст] / Ю.А. Тырнов, А.Н. Зазуля, В.Г. Гниломёдов, А.Е. Афонин, Д.С. Сазонов, М.П. Ерзамаев // Техника в сельском хозяйстве. - 2007, №6. - С. 34-38.

85.Патент 2202864 Российской Федерации, МПК А01 В 3/30, Плуг для гладкой пахоты [Текст] / O.A. Сизов, М.А. Ларионов и др. Опубликован 27.04.2003.

86.Бурченко П.Н. О развёртывающейся лемешно-отвальной поверхности скоростного корпуса [Текст] / П.Н. Бурченко // Тр. ВИМ, т. 82 - М., 1978, с. 3-24.

87.Бурченко П.Н. Определение исходных параметров, методика расчёта и построения лемешно-отвальной поверхности скоростного корпуса [Текст] / П.Н.

99.Кострицин А.К. Об угле сдвига почвы рабочими органами почвообрабатывающих орудий [Текст] / А.К. Кострицин ZZ Труды ВИМ, 1983, т. 96. - С. 102-107.

100. Новиков Ю.Ф. Некоторые вопросы воздействия корпуса плуга на почву [Текст] / Ю.Ф. Новиков ZZ Сборник работ ВНИИМЭСХ. Выпуск XI - Ростов-на Дону, 1969, с. 88-94.

101. Новиков Ю.Ф. Исследование геометрии отвальных поверхностей [Текст] / Ю.Ф. Новиков ZZ Материалы НТС ВИСХОМ. Выпуск 19. - М., 1965, с. 101-113.

102.Лаврухин В.А. Механико-технологические основы проектирования развертывающихся лемешно-отвальных поверхностей: автореф. дис... д-ра техн. наук: 05.20.01 [Текст] Z В. А. Лаврухин. - Челябинск, 1991. - 36с.

ЮЗ.Лаврухин В.А. Проектирование развёртывающихся лемешно-отвальных поверхностей по заданному движению пласта [Текст] / В.А. Лаврухин, Г.В. Иванов, И.В. Семик ZZ Сборник работ ВНИИМЭСХ. Выпуск XI - Ростов-на Дону, 1969,С. 33-71.

104.Желиговский В.А. Элементы теории почвообрабатывающих машин и механической технологии сельскохозяйственных материалов [Текст] Z В.А. Жели-говский - Тбилиси. 1960. - 145 с.

105. Ильясова, О. Б. Конструирование линейчатых поверхностей применительно к лемешно-отвальной поверхности плуга: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.01.01 [Текст] / О. Б. Ильясова. - Омск, 2010. - 16с.

106. Свечников П.Г. Результаты лабораторных исследований процесса формирования пласта на клине [Текст] Z П.Г. Свечников ZZ Труды ЧИМЭСХ, 1983.

107. Кулагин В.В. Обоснование параметров лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга для вспашки в заданном диапазоне скоростей: автореф. дис... канд. техн. наук: 05.20.01 [Текст] / В. В. Кулагин. - Челябинск, 1991. - 18 с.

108. Бойков В.М. Энергосберегающий способ основной обработки почвы [Текст] / В.М. Бойков ZZ Техника в сельском хозяйстве, 1996, 4. - С. 21-23.

109. Бойков В.М. Повышение эффективности процесса обработки почвы плоско-резом-глубокорыхлителем с регулируемой шириной захвата: автореф. дис... канд. техн. наук [Текст] Z В.М. Бойков. - Саратов, 1987.

131. Бурченко П.Н. Основные технологические параметры почвообрабатывающих машин нового поколения [Текст] / П.Н. Бурченко // Сб. науч. трудов ВИМ, т. 120. - М.:1989.

132. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных [Текст] / Г.В. Веденяпин. - М.: Колос, 1970. - 136 с.

133. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) [Текст] / Б.А. Доспехов. - 5-ое изд. доп. и перераб. -М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

134.Саакян Д.Н. Система показателей комплексной оценки мобильных машин [Текст] / Д.Н. Саакян. - М.: Агропромиздат, 1988. - 415 с.

135. ОСТ 70.4.1-80. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. М.: 1980. -57 с.

136. ОСТ 10.4.1-2001-Стандарт отрасли. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы [Текст]. М.: 2002. - 43 с.

137. ОСТ 10.4.1-2001. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей [Текст]. М.: Изд. стандартов, 2001.

138. СТО АИСТ 4.1-2004. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей [Текст].

139. СТО АИСТ 4.1-2010. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей [Текст].

140. ГОСТ 20915-75 CT СЭВ 5630-86 Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний [Текст]. - М.: Издательство стандартов, 1988. -34 с.

141. ГОСТ Р 52778-2007. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы эксплуатационно-технологической оценки [Текст]. М.: Стандартинформ, 2008. -24 с.

142. ГОСТ Р 52777-2007. Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической

1 НАИМЕНОВАНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.

1.1 Наименование: комбинированный агрегат для основной и поверхностной обработки почвы

1.2 Область применения: сельскохозяйственные предприятия различных форм собственности в условиях достаточного и избыточного увлажнения с отвальной обработкой, в засушливой зоне - избирательно на запашке органических и минеральных удобрений, а в зоне недостаточного увлажнения с безотвальной обработкой.

2 ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ

2.1 Тематический план НИР ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии по теме 09.04.06.04. «Разработать улучшенную технологию основной обработки почвы и эскизный проект комбинированного агрегата»

3 ЦЕЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ

3.1 Комбинированный агрегат разрабатывается с целью повышения качества основной и поверхностной обработки почвы, снижения металлоемкости и расхода топлива при проведении последующих технологических операций возделывания сельскохозяйственных культур, а также повышения урожайности.

3.2 Комбинированный агрегат предназначен для отвальной обработки почвы по классической схеме без свальных гребней и развальных борозд, а и при необходимости при снятии отвалов может быть использован в качестве плоскорезного орудия.

4 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

4.1 Состав изделия и требования к конструктивному устройству

4.1.1 При разработке агрегата за основу взять схему конструктивного исполнения, представленную на рисунке 1, макеты поворотного плуга и корпуса на рисунке 2.

Б

А - вид сбоку

Б - вид сверху (поворотный брус в транспортном положении), 1 - поворотный брус; 2- корпус; 3- рама; 4 - элементы крепления; 5 - направляющая опора; 6 - поперечный брус; 7 - шарнир; 8 - опорное колесо; 9- ползун; 10 - палец; 11,12- гидроцилиндры; 13 - заднее колесо; 14 - штанга.

Рисунок 1 - Комбинированный агрегат для основной обработки почвы.

1 17 4 5

1 - поворотный брус; 2 - корпус поворотного плуга; 3 - стойка; 4 -ось поворота; 5 - опорная площадка; 6 — правый лемех; 7 - левый лемех; 8 - правосторонний отвал; 9 - левосторонний отвал; 10 -башмак; 11 - грудь корпуса; 12 - распорка; 14 - штанга; 17 - втулка

Рисунок 2 - Рабочий орган комбинированного агрегата.

4.1.2 Агрегат должен быть навесным.

4.1.3 В состав агрегата должны входить: рама с элементами крепления к навеске трактора, поворотный брус с ползуном, перемещающийся по направляющей опоре, корпуса с лемехами, отвалами правого и левого оборота пласта установленными на общей поворотной стойке, штанга поворота корпусов, опорные колеса с механизмами регулировки глубины вспашки, гидроцилиндры поворота бруса и корпусов.

4.1.4 Рама агрегата должна включать следующие составные части: сварную конструкцию из квадратной трубы; элементы крепления к навеске трактора; поперечные брусья; опорные колёса механизмами регулировки глубины вспашки; заднее опорное регулируемое по высоте самоустанавливающееся колесо.

4.1.5 Механизмы поворота бруса и корпусов должны включать: направляющую опору поворотного бруса, ползун; вертикальный шарнир, соединяющий

раму с поворотным брусом; палец фиксации поворотного бруса в рабочем положении; штангу поворота корпусов; гидроцилиндры поворота бруса и корпусов.

4.1.6 Рабочий орган агрегата должен включать следующие составные части: стойку с осью поворота и опорной площадкой, правый и левый лемеха, отвалы правого и левого оборота пласта, башмак, кронштейны крепления башмака к стойке, грудь, распорку, рисунок 3.

Рисунок 3 - Основные конструктивные параметры корпуса плуга.

4.1.7 Рабочие поверхности лемехов и поверхности отвалов до линии аб, соединяющей верхние точки концов бороздного и полевого обрезов, должны быть выполнены по профилю поверхности цилиндрического отвала. Поверхности отвалов

выше линии соединяющей верхние точки концов бороздного и полевого обрезов должны быть выполнены конической с вершиной за бороздным обрезом. 4.2 ПОКАЗАТЕЛИ НАЗНАЧЕНИЯ

4.2.1 Показатели агрегата должны соответствовать указанным в таблице. Таблица - Показатели назначения комбинированного агрегата для основной и поверхностной обработки почвы

№ п/п Наименование показателей Ед. измерения Значение показателей

1 Рабочая ширина захвата см 150-276

2 Глубина обработки почвы: отвальная см 25-35

безотвальная см 14-18

3 Габаритные размеры: ширина мм 4010

длина мм 6200

4 Расстояние от опорной плоскости корпусов до нижней плоскости рамы мм 740

5 Расстояние между корпусами по ходу агрегата мм 880

6 Количество корпусов шт 6

7 Ширина захвата корпуса: при отвальной обработке см 46-50

при безотвальной обработке см 75-80

8 Качество крошения пласта (фракция до 5 см) % 80

9 Заделка растительных и пожнивных остатков % 95

10 Глубина заделка растительных и пожнивных остатков см 12-15

11 Масса агрегата без запчастей и принадлежностей кг не более 1570

12 Обслуживающий персонал тракторист

4.3 Требования к технологичности и метрологическому обеспечению разработки, производства и эксплуатации.

4.3.1 Конструкция агрегата должна разрабатываться с учетом изготовления и технологических возможностей ООО «Торговый Дом Кирсановский механический завод».

4.3.2 Конструкция агрегата должна обеспечивать свободный доступ к местам, подлежащим регулировкам, и возможности замены быстро изнашиваемых частей.

4.3.3 Требования к уровню унификации

При проектировании агрегата обеспечить унификацию по комплектующим изделиям с выпускаемыми серийно плугами ПЛП-6-35, ПТК-9-35.

115