Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н.Волик Б.А., к.т.н. Теслюк Г.В., инженер Семенюта А.Н.,

магистрант Сердюк Д.

Днепропетровский государственный аграрный университет, Украина

Аналитическое обоснование параметров и результаты полевых исследований дискового плуга

Постановка проблемы. В последнее время почвообрабатывающие машины на основе рабочих органов дискового типа получают в Украине приоритетное распространение. Особое место в этой группе занимают машины, в которых дисковые рабочие органы имеют возможность изменять углы постановки к вертикали и к направлению движения – дискаторы и дисковые плуги.

Каждое из этих орудий занимает свою нишу в комплексе почвообрабатывающих машин. Отказаться от дискового плуга в пользу дискатора не представляется возможным, т.к. только плужная компоновка позволяет реализовать преимущества дискового рабочего органа при работе на глубинах, превышающих 18 см. В то же время, особенность компоновки дискового плуга приводит к возникновению значительных поперечных сил, которые дестабилизируют его ход. Проблема усугубляется еще и тем, что при перемене почвенных условий возникает необходимость корректировки улов постановки дисков по направлению движения и к вертикали, что автоматически приводит к изменению величины поперечних сил. Потому, проблема стабилизации хода дискового плуга является актуальной.

Анализ исследований. Исследование робочих органов дискового типа и машин на их основе представляет собой довольно сложную задачу. Сложность аналитических исследований обуславливается прежде всего многофакторностью описываемых процессов. Анализ известных конструктивных решений показывает, что практически все параметры машин такого типа отрабатывались експериментально и имеют ограниченную аналитическую основу. Причина лежит в сложности описания перемещения пласта почвы по рабочей поверхности и после схода с нее. А без этого создать полноценную математическую модель не возможно.

Известны работы ряда авторов [1,4,5,6] в которых предприняты попытки аналитически обосновать параметры дискового плуга. Обобщив их опыт, мы предлагаем собственное решение проблемы компоновки плуга.

Цель исследований – аналитическое обоснование схемы расположения дисков на раме и практическая проверка полученных результатов.

Основной материал исследований. В процессе аналитических исследований в качестве критерия оптимизации было прийнято минимальное соотношение поперечной и продольной составляющих тягового сопротивления. В результате, нами были получены соотношения, определяющие параметры расстановки дисков на раме и угол наклона основной балки к направлению движения (рис.1.)

Из расчетной схемы

Δ₁ < 2·R·cos [arcsin], (1)

Δ > 1,88·R·cosα, (2)

θ = arcsin, (3)

где h – высота неразрушенных гребней на дне борозды;

R – радиус диска;

α – угол постановки диска к направлению движения;

β - угол постановки диска к вертикали.

Возникающая при этом поперечная составляющая компенсируется бороздным колесом (рис.2.).

Рис.2. Расчетная схема борозного колеса

Параметры борозного колеса связаны уравнением

= R²·arccos - r·.

где q – коефициент объемного смятия почвы;

h – допустимая глубина смятия;

W_Г – поперечная составляющая тягового сопротивления.

Болем подробно ход рассуждений представлен нами в работе [3].

В соответствии с приведенной расчетной схемой Гуляйпольским механическим заводом ОАО «Мотор Сич» был изготовлен экспериментальный образец дискового плуга который был исследован на основные показатели надежности и качества крошения почвы.

Конструкция плуга имеет следующие отличия от серийного варианта:

- оригинальній механизм регулирования углов постановки диска в трех плоскостях (рис.3.), что позволяет проводить испытания в аналитически обоснованном диапазоне их изменения;

- смещена на 80 мм относительно серийной конструкции навіска, что отвечает усредненному положенню продольной оси тяги;

- рама зготовлена из трубы круглого профиля, что снижает величину крутильних колебаний;

- профіль чистика повторяет профіль сечения диска в месте его установки;

- угол установки основной балки к направлению движения отвечает расчетному (θ = 48⁰);

- положение корпусов отвечает расчетному (Δ₁ = 255 мм; Δ = 510 мм )

- параметры борозного колеса выбраны в соответствии с расчетными (R = 250 мм; r = 180 мм).

Рис.3. Механизм крепления диска к стойке

В процессе работы визуальным наблюдением установлено, что качество обработки почвы соответствует агротехническим требованиям. Поверхность поля ровная и однородная. Агрегат устойчиво выполняет технологический процесс в диапазоне ІІІ – V передач трактора МТЗ-82, но работа на IV передаче методом экспертной оценки признана оптимальной. На меньшей скорости не обеспечивается дотаточная производительность, на большей – пласт отбрасывается на величину, которая превышает ширину захвата корпуса.

Путь заглубления – 0,7 м ( у серійного – 1,2 м). Полностью отсутствует забивание межстоечного пространства при всех вариантах постановки углов диска, т.е. задача технологической надежности решена.

Тяговые испытания на данном этапе не проводились. Учитывая новые технологические возможности (смена углов постановки диска в трех плоскостях), основной упор был сделан на оценке качества крошения почвы

Качество крошения оценивалось при помощи решетного классификатора и, дополнительно, по методике предложенной А.Н.Панченко [2].Результаты математической обработки результатов просеивания представлены в табл.1.

Таблица 1. Процентное содержание комков почвы во взятих пробах после прохода плуга при различных углах постановки диска

Діаметр отверстия решета, мм	Углы постановки диска, град: α = 31,5 β = 26		Углы постановки диска, град: α = 31,5 β = 17		Углы постановки диска, град: α = 31,5 β = 8,0		Углы постановки диска, град: α = 48,5 β = 8,0
	Условный приведений диаметр, мм	Процентное содержание фракции, %	Условный приведений диаметр, мм	Процентное содержание фракции, %	Условный приведений диаметр, мм	Процентное содержание фракции, %	Условный приведений диаметр, мм	Процентное содержание фракции, %
150 100 75 50 25 10 < 10	159 121 81 64 37 16 -	7,12 7,56 5,85 10,04 12,78 31,20 25,45	157 125 82 66 38 17 -	14,53 11,57 6,74 12,19 15,74 17,95 21,26	163 125 86 61 33 18 -	15,76 16,42 8,78 15,00 13,67 12,16 18,21	164 132 84 63 32 14 -	14,33 20,09 10,22 19,58 10,91 13,23 11,64
Всего		100		100		100		100

По данным табл.1 строим огиву распределения фракционного состава, рис. 4.

Рис.4.2. Огива распределения фракционного состава

● - α = 31,5 β = 26

○ - α = 31,5 β = 17

□ - α = 31,5 β = 8,0

▲- α = 48,5 β = 8,0

Используя полученные графики находим коэффициент (К_Р) разнозернистости структурних агрегатов (табл.2) и на его основе проанализируем качество работы модернизированного плуга.

Таблица 2. Качественные показатели крошения почвы по А.Н.Панченко [2]

	α = 48,5^0 β = 8,0^0	α = 31,5^0 β = 8,0^0	α = 31,5^0 β = 26^0	α = 31,5^0 β = 17^0
D60, мм	20	48	42	74
D50, мм	10	28	40	52
D10, мм	1,0	3	4	5
KP	20	16	10,5	14,8

В соответствии с методикой [2, стр.15] оптимальным следует считать значение К_Р = 9 – 16. Таким образом, во всем диапазоне изменения улов α и β этот показатель требованиям удовлетворяет. Исключение составляет первый вариант, в котором значения углов приняты максимальними.

Выводы. Проведенными исследованиями показано, что показатели работы дискового плуга могут быть улучшены путем более рациональной расстановки корпусов и оптимизации угла наклона балки по направлению движения. При выполнении этого условия бороздное колесо полностью справляется с компенсацией поперечной составляющей силы тяги.

Оптимальное положение корпусов - Δ₁ = 255 мм; Δ = 510 мм при угле постановки балки θ = 48⁰.

Анализ качества крошения почвы показал, что внесенные конструктивне изменения позволяют обеспечивать значение коэффициента разнозернистости структурних агрегатов в допустимом диапазоне.

Литература

1. Мударисов С.Г. Повышение качества обработки почвы путем

совершенствования рабочих органов машин на основе моделирования технологического процесса: Автореф. дис… докт. техн. наук: 05.20.01. – Челябинск, 2007. – 40с.

2. Панченко А.Н. Теория измельчения почв почвообрабатывающими орудиями / Днепропетр. гос. агр. ун-т.- Днепропетровск, 1999. – 140с.

3. Семенюта А.М., Білокопитов О.В., Волик Б.А., Колбасін В.О. Математична модель дискового плуга/ Праці Таврійського державного агротехнологічного університету - Вип.10.Т.8. – Мелітополь: ТДАТУ,2010. С.169- 176.

4. Худоеров А.Н. Определение скорости движения частиц почвы по рабочей поверхности сферического диска/ Техника в сельском хозяйстве. – 2009. - №4. – с.44-45.

5. Шевченко И.А. Математическая модель взаимодействия дискового рабочего органа с почвой // Праці ТДАТА. – Вип. 1, т.10.-Мелітополь: ТДАТА, 1999 – с.124 – 130.

6. Юнусов Г.С. Кинематический анализ движения дисковых рабочих органов/ Техника в сельском хозяйстве. – 2005. - №2. – с.49 – 50.