CC BY
51
УДК 631.31 В. 72
В.А. ШМОНИН, Н.В. ВОЛЬФ
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
АНАЛИЗ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННЫХ ПЛУЖНЫХ КОРПУСОВ
Большинство почвообрабатывающихмашин, применяемых в сельском хозяйстве, работает в тяговом режиме, получая необходимую энергию через прицепные устройства трактора. Почвообрабатывающие машины тяговой концепции имеют ряд существенных технологических и технических недостатков, в том числе передачу мощности через колесные и гусеничные движители, что ограничивает КПД машинно-тракторного агрегата, большое тяговое сопротивление, что обуславливает значительную массу трактора для обеспечения необходимой силы тяги.
Почвообрабатывающие машины с приводными рабочими органами (почвообрабатывающие фрезы, ротационные плуги) обладают рядом технологических преимуществ по сравнению с традиционными лемешно-отвальными плугами, культиваторами, боронами и др. традиционными машинами: они могут использоваться в широком диапазоне состояния почвы - от пересушенных до переувлажненных, и даже залитых водой рисовых чеков.
Применяемые для основной обработки почвы лемешно-отвальные плуги, чизельные плуги и плуги-рыхлители имеют ряд серьезных недостатков. Наиболее существенные из которых - необходимость дополнительной обработки пашни для приведения ее в состояние, пригодное для посева и посадки сельскохозяйственных культур, а также большое тяговое сопротивление, требующее для работы тракторов большой массы с соответствующим тяговым усилием.
Ключевые слова: рабочие органы, комбинированные плужные корпуса, пласт, роторный отвал, корпус.
В целях совершенствования и создания новых эффективных, в том числе комбинированных рабочих органов, необходимо изучить процесс взаимодействия отдельных элементов с почвой и исследовать факторы, влияющие на агротехнические показатели и изменение затрат энергии.
Известно, что тяговое сопротивление и затраты мощности на крошение и отбрасывание почвы зависят не только от режимов работы, но и от сроков
проведения размеров. Поэтому была разработана установка, позволяющая проводить замеры сравниваемых рабочих органов за один проход [1].
Установка выполнена в виде четырехкорпусного плуга.
Первый комбинированный и третий производственный корпусы не динамометрируются. Первый корпус с вращающимся ротором готовит для второго динамометрического комбинированного
Рис. 1. Схема установки для исследования комбинированных плужных корпусов [2]:
1 - колесо (всего четыре); 2 - рама; 3 - механизм привода роторов; 4 - четырехзвенная подвеска (всего три); 5 и 6 - корпусы; 7 и 9 - роторы; 8 и 10 - укороченные корпусы; 11 -предплужники
корпуса борозду, которая характерна для обработки почвы комбинированным рабочим органом. Третий корпус готовит для четвертого борозду, которая по всему профилю и размерам соответствует борозде, получаемой после обработки почвы стандартным корпусом.
Конструкция установки обеспечивает возможность измерения взаимного расположения ротора и укороченного корпуса. Расстояние в продольном направлении изменяется за счет смены места крепления подвесной рамки на основной раме установки. Вынос ротора в сторону (поперечное смещение) осуществляется при помощи специального приспособления.
Четырехзвенный параллелограммный механизм служит для замера горизонтальной составляющей сопротивления рабочих органов. Радиально-упорные подшипники, установленные в шарнирных соединениях этого четырехзвенника, уравновешивают действие поперечных сил, воспринимаемые рабочими органами со стороны пласта, поэтому грядиль вместе с рабочими органами имеет одну степень своботы. Продольная слагающая реактивного давления почвы на рабочий орган, стремящаяся сместить его назад, уравновешивается тяговым звеном.
Для замера крутящего момента ротора изготовлен динамометрический валик с посадочным местом для походного ртутного токосъемника конструкции ЦМИС. Под углом 45° к продольной оси валика наклеены фольговые тензодатчики, которые расположены попарно на диаметрально противоположных образующих и соединены в мост так, что два плеча моста подвергаются растяжению, а два других - сжатию.
Установка обеспечивает возможность динамо-метрировании корпусов без полевых досок, что позволяет исключить влияние сил трения о стенки борозды. В последнем случае на первый и четвертый корпус установки устанавливаются уширенные полевые доски.
Объектами исследований на полевой установке был ускороченный корпус с культурной лемешно-отвальной поверхностью и восемь вариантов роторов (рис. 2).
Для получения экспериментальных данных о затратах энергии каждым элементом комбинированного плужного корпуса и рабочим органом в целом, а также для сравнения экспериментального и производственного корпусов на полевой установке были замерены следующие параметры:
- горизонтальная составляющая тягового сопротивления производственного корпуса;
- горизонтальная составляющая тягового сопротивления укороченного корпуса;
- горизонтальная составляющая тягового сопротивления ротора;
- крутящий момент на вал ротора;
- частота оборотов ротора;
- путь, проходимый установкой за опыт;
- время опыта.
Рис. 2. Типы роторов исследованных на полевой установке: по форме ротора - цилиндрические (№ 2, № 6); конусные (№ 3, № 4, № 5); фигурные (№ 1, № 7, № 8); по форме рабочих элементов -с лопатками (№ 1, № 4); с рыхлительными лапами (№ 2, № 5, № 8); с фигурными ножами (№ 3, № 6, № 7)
Крутящий момент, затрачиваемый на выполнение технологического процесса, определяли как разность между величиной момента, полученный во время опыта, и величиной момента холостого хода. Для этого по окончании серии опытов ротор очищали от почвы и записывали крутящий момент холостого хода ротора.
Чтобы исследовать вопросы влияния роторного отвала на агротехнические и энергетические показатели комбинированного корпуса, определить форму и режимы работы ротора, установить рациональную схему установки ротора относительно укороченного корпуса, в конструкции установки предусмотрена возможность изменять положение оси ротора в продольном и поперечном направлениях и проводить испытания с предплужником и без него, а также изменять частоту вращения вала ротора.
Исследования проводились в два этапа: вначале определяли агротехнические показатели работы 8 роторов, а затем проводились комплексные исследования экспериментальных роторов, которые по степени заделки сорняков и крошения почвы обеспечивали требуемое качество пахоты.
Удельное тяговое сопротивление серийных и экспериментальных корпусов вычисляли по формуле:
Руд = Р/(ав),
где Р - тяговое сопротивление корпуса; а - глубина обработки; в - ширина захвата корпуса [3].
Данные динамометрирования свидетельствует о снижении величины тягового сопротивления ротора с увеличением частоты вращения вала и поступательной скорости. С ростом подачи на одну лопатку (зуб) тяговое сопротивление ротора растет. Так, при увеличении подачи на 14%, при обработке поля после уборки озимой пшеницы и ячменя, тяговое сопротивление ротора выросло соответственно на 10...15 и 50...60%.
Наибольшее влияние на величину тягового сопротивления ротора оказывает положение оси ротора относительно укороченного корпуса.
Каждой поступательной скорости агрегата соответствуют свои оптимальные обороты ротора, при которых достигается наилучшее качество вспашки.
Тяговое сопротивление комбинированных рабочих органов в среднем на 20...30% меньше, чем серийных, что снижает буксование трактора в 1,7...2,2 раза.
Суммарная мощность, потребляемая плугом с комбинированными рабочими органами, на 8...17% выше, чем у серийного лемешно-отвального плуга, но при этом крошение почвы составляет 79...88%, а после лемешно-отвального оснащенного боронами - только 57...62%. При этом комбинированные рабочие органы существенно превосходят лемешно-
отвальные по снижению гребнистости и глыбисто-сти соответственно в 2,0...3,5 и 1,5...2,5 раз.
Выводы
Анализ различных направлений развития почвообрабатывающих орудий показал, что одним из эффективных и перспективных средств и способов обработки почвы является применение комбинированных плужных корпусов, в результате чего на 15...20% повышается урожайность ряда сельскохозяйственных культур: картофеля, озимой пшеницы, риса.
Библиографический список
1. Шмонин В.А. Агроэкологическая эффективность плугов с активными рабочими органами / В.А. Шмонин, А.И. Панов // Вестник МГАУ им. В.П. Горячкина. 2013. С. 32-34.
2. Ветохин В.И., Панов И.М., Шмонин В.А., Юз-башев В.А. Тягово-приводные комбинированные почвообрабатывающие машины. Теория, расчет, результаты испытаний: Монография. Киев: «Феникс», 2009. 264 с.
3. Шмонин В.А. Зависимость энергетической эффективности технологии возделывания и уборки озимой пшеницы от энергетических эквивалентов ресурсов / В.А. Шмонин, Н.И. Цимбалист,
B.Ф. Ладонин, А.М. Алиев и др. // Доклады ТСХА. Вып. 290. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2013.
C. 162-165.
Владимир Алексеевич Шмонин - доктор техн. наук, профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины», РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева; Институт Механики и энергетики имени В.П. Горячкина; тел.: 8-499-906-14-25.
Николай Владимирович Вольф - доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины», РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева; Институт Механики и энергетики имени В.П. Горячкина; тел.: 8-903-159-46-71; е-шаП: alexman80@list.ru.
ANALYSIS of THE oPERATioN of coMBINED PLoW BoDIES
V.A. SHMONIN, N.V. WOLF
Russian State Agrarian University - MAA named after K.A. Timiryazev
Most agricultural tillage machines work in a traction mode, getting the required energy by means of tractor hitches. Tillage machines of a traction concept have a number of significant technological and technical disadvantages including power transmittance using wheeled and caterpillar movers which limits the efficiency of the machine-tractor unit, high traction resistance leading to a considerable tractor weight for providing the necessary traction.
Tillage machines with driving operating elements (tillage cutters, rotary plows) have a number of technological advantages over traditional jointers-dump plows, cultivators, harrows and other traditional machines: they can be used in a wide range of soil conditions - from overdried to overwetted and even flooded rice checks.
Jointers-dump plows, chisel plows and ripper-plows used for the main soil treatment have a number of serious disadvantages. The most important of which is the necessity for additional treatment of the arable land in order to prepare it for sowing and planting of agricultural crops, as well as a large tractive resistance, which requires a large mass for tractors work with a corresponding pulling force.
Key words: operating elements, combined plow bodies, a layer, a rotary blade, a body.
References
1. Shmonin V.A. Agroecological efficiency of plows with active working bodies / VA. Shmonin, A.I. Panov. Bulletin of the MGAU. V.P. Goryachkin. 2013. P. 32-34.
2. Vetohin V.I., Panov, I.M., Shmonin VA., Usba-sed V.A. Traction-drive combined tillage machine.
Theory, calculation, test results. Monograph. Kiev «Phoenix». 2009. 265 p.
3. Shmonin V.A. Dependence of the energy efficiency of the technology of cultivation and harvesting of winter wheat from energy equivalents resources / V.A. Shmonin, N.And. Zimbalist, V.F. Latonin, A.M. Aliev et. // The reports of the TAA. Vol.290. M., 2013. P. 162-165.
Shmonin Vladimir Alekseevich - Doctor of Technical Sciences, Professor Russian state agrarian University - Moscow agricultural Academy named after K.A. Timiryazev; Russia, 127550, Moscow, Timiryazevskaya street, 49; tel.: 8-499-906-14-25.
Wolf Nikolay Vladimirovich - associate Professor Russian state agrarian University - Moscow agricultural Academy named after K.A. Timiryazev; Russia, 127550, Moscow, Timiryazevskaya street, 49; tel.: 8-903-159-46-71; e-mail: alexman80@list.ru.
