CC BY
4УДК 631.31
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ УДАРНИКА НА УПРУГОЙ СТОЙКЕ КУЛЬТИВАТОРНОЙ ЛАПЫ
Бабицкий Л.Ф., доктор технических наук, профессор; Белов А.В., ассистент; Дудченко П.С., обучающийся; Шиков Д.К., обучающийся. Агротехнологическая академия ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского».
В статье изложены результаты экспериментальных исследований модернизированной культиваторной стойки КПЭ-3,8 в почвенном канале лаборатории Бионической агроинже-нерии кафедры «Механизации и технического сервиса в АПК» Агротехно-логической академии. Исследованиями определена оптимальная высотауста-новки виброударных механизмов на стойке культиваторной лапы, а так же снижение тягового сопротивления модернизированной стойки по сравнению со стандартной стойкой КПЭ-3,8.
Ключевые слова: стойка культива-торной лапы, виброударный механизм, тяговое сопротивление, амплитуда колебаний, частота, качественные показатели крошения почвы.
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE LOCATION OF THE STRIKER ON THE ELASTIC STAND OF THE CULTIVATOR PAW
Babitsky L.F., Doctor of Technical Sciences, Professor; Belov A.V., Assistant lecturer; Dudchenko P.S., student; Shikov D.K., student. Agrotechnological Academy of the FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University».
The article presents the results of experimental studies of a modernized cultivator stand KPE-3,8 in the soil channel of the Laboratory of Bionic Agroengineering of the Department of "Mechanization and Technical Service in the Agro-industrial Complex" of the Agrotechnological Academy. Studies have determined the optimal height of the installation of vibration shock mechanisms on the stand of the cultivator paw, as well as a decrease in the traction resistance of the upgraded stand compared to the standard KPI-3,8 stand.
Keywords: the stand of the cultivator paw, vibration shock mechanism, traction resistance, vibration amplitude, frequency, quality indicators of soil crumbling.
Введение. В современных тенденциях модернизации существующих почвообрабатывающих рабочих органов актуальной проблемой является снижение тягового сопротивления рабочих органов сельскохозяйственных агрегатов для экономии ресурсов. С этой точки зрения перспективным является разработка и внедрение виброударных механизмов, которые снижают тяговое сопротивление рабочих ор-
80
ганов и обеспечивают мелкофракционное крошение почвы благодаря уменьшению пути перемещения в фазе сжатия до фазы начального скалывания пласта почвы.
Для достижения указанного эффекта на стойку культиваторной лапы навешено виброударное устройство с целью подтверждения теоретических предпосылок размещения виброударного механизма на стойке и снижения тягового сопротивления.
Материал и методы исследований. Наличие виброударного механизма скалывание почвы культиваторной лапой достигается за более короткий промежуток времени сжатия почвы, когда вследствие столкновения ударников сила действия деформатора достигает усилия скалывания почвы. В результате этого, сокращается время фазы сжатия почвы и перемещение в этой фазе культиваторной лапы во время деформации почвы. Это способствует уменьшению тягового сопротивления и достигается мелкофракционное крошение почвы в результате сокращения пути его перемещения в фазе сжатия до фазы начального скалывания [1]. Предлагаемый виброударный механизм основан на принципе автоколебательного процесса без применения принудительного привода. Использование принудительного привода вибрационных почвообрабатывающих рабочих органов не является эффективным, так как получаемый эффект не превышает затраты энергии на принудительный привод рабочих органов [2].
Эффективность предлагаемой схемы виброударного механизма обусловливается соблюдением равномерности хода рабочего органа в процессе работы, снижением энергоемкости обработки почвы и ростом качества крошения обрабатываемого почвенного пласта.
Анализ работ ученых исследовавших процесс колебательного взаимодействия на почву рабочими органами сельскохозяйственных агрегатов показал трудности при расчетах оптимальных режимов колебаний стоек или непосредственно рабочих органов.
Эффективность виброударного механизма напрямую зависит от места приложения силы его воздействия на стойку культиваторной лапы. Место расположения виброударного механизма на С-образной стойке культиватора КПЭ-3,8 в общем случае можно определить путем проведения сравнительных экспериментальных исследований (рисунок 1).
В исследованиях Базарова В.П. посвященных изучению стоек культиваторов [4], определена жесткость пружин КПЭ-3,8 в пределах 13*104.. .17х104 Н/м. Принимаем средние значения в 150 Н/мм.
В условиях лаборатории Бионической агроинженерии проводились замеры упругости пружин стойки КПЭ-3,8 под действием максимальной нагрузки в Ртах= 3824 Н (рисунок 2).
Опытным путем было определено максимальное сопротивление почвы в условиях почвенного канала на 3 передаче и глубине обработки 16 см, оно составляет ^тах= 3824 Н. Под действием силы Fmax пружины изменят свою длину (укоротятся) на х=20мм. Таким образом, сила F2=(C•x)•2, отсюда F2=(150•20)•2=6000 Н/мм.
В почвенном канале лаборатории Бионической агроинженерии кафедры
81
«Механизация и технический сервис в АПК» была проведена серия опытов по определению места расположения виброударного механизма (молоткового ударника) на стойке лапы культиватора КПЭ-3,8.
Для интенсификации автоколебательного воздействия модернизированной культиваторной стойки с почвой была уменьшена толщина стандартной стойки КПЭ-3,8 в два раза до 14 мм (рисунок 3).
У \
Рисунок 1. Схема расположения виброударного механизма (молотка) на упругой С-образной стойке культиваторной лапы
Рисунок 2. Нагружение стойки КПЭ-3,8 заданным усилием в 3824 Н
Исследования проводились на 3 передаче и глубине обработки 8 см с вариацией расположения молотка на высотах 350 мм, 400 мм, 450 мм. Замеры проведены в двукратной повторности для сравнения результатов, изменения величины тягового сопротивления с помощью тензостанции ZETLab (рисунок 2).
В результате анализа тягового сопротивления испытуемого устройства выявилась тенденция к его снижению у стойки с молотком по сравнению со стойкой без виброударного механизма (таблица 1).
Анализируя полученные данные тягового сопротивления во время испытания места расположения виброударного устройства на стойке культиваторной лапы была определена оптимальная высота расположения виброударного устройства. Максимальное снижение тягово сопротивления наблюдалось при расположении виброударного механизма на высоте 350 мм, что соответствует расчетной высоте 8 =361 мм.
82
Таблица 1. Тяговое сопротивления для стоек культиваторной лапы с виброударным механизмом и без него, определенного в результате экспериментальных исследований
Скорость движения, м/с Глубина обработки почвы, см Высота расположения виброударного механизма, мм Сопротивление утонченной культиваторной стойки КПЭ-3,8, усилие F, Н Сопротивление утонченной стойки КПЭ-3,8 с навешенным виброударным механизмом, усилие F,Н Разница в усилии F, Н
1,21 8 350 2412,82 2195,67 217,15
1,22 8 400 2458,99 2286,86 172,13
1,19 8 450 2409,82 2217,03 192,79
культиваторной лапы КПЭ-3,8
Рисунок 4. Фотоснимок испытания утонченной стойки с навешенным виброударным механизмом (молотком)
83
Возможности лаборатории Бионической агроинженерии кафедры «Механизации и технического сервиса в АПК», помимо тягового сопротивления так же позволяют фиксировать амплитудно-частотную характеристику испытуемых рабочих органов (рисунок 6).
Путем преобразования данных амплитудно-частотной характеристики программного обеспечения 2Е^аЬ, благодаря алгоритму быстрого преобразования Фурье в программе Mathcad определены частоты вибрации и амплитуды колебания стойки с виброударным механизмом и без (рисунок 7).
В таблице 2 отображены частоты вибрации и амплитуды колебания стойки КПЭ-3,8.
К X 9 т Л £ и—и—— ~
Рисунок 6. Диаграмма амплитудно-частотной характеристики эксперементальной стойки культиваторной лапы КПЭ-3,8 Таблица 2. Амплитудно-частотная характеристика экспериментальной
стойки КПЭ-3,8
Рабочий орган Скорость движения, м/с Глубина обработки, см Высота расположения виброударного механизма, мм Частота вибрации стойки, Гц Амплитуда колебаний стойки, м/с2
Утонченная стойка КПЭ-3,8 1,17 8 350 493 0,145
1,3 8 400 517 0,145
1,21 8 450 490 0,14
Утонченная стойка КПЭ-3,8 с навешенным виброударным механизмом 1,21 8 350 833 1,1
1,27 8 400 1185 0,55
1,22 8 450 1770 0,95
Увеличение расстояния между точкой приложенного импульса от виброударного механизма на утонченную стойку культиваторной лапы и крепление
84
характеризуется повышением частоты вибрации. На определенной расчетным путем высоте расположения виброударного механизма наблюдается наибольшая среди всех исследуемых амплитуда колебания стойки, что способствует протеканию автоколебательного процесса и снижению тягового сопротивления почвообрабатывающего агрегата (рисунок 8).
Обобщённые результаты изучения качественных показателей крошения почвы после прохода стойкой культиваторной лапы с применением виброударного механизма и без него приведены в таблице 3.
Рисунок 7. Применение алгоритма быстрого преобразования Фурье для анализа амплитудно-частотной характеристики стойки КПЭ-3,8
ffll U 1-pi-l
Гц» и * г
&ÇT9I4
Риыстк! амкищи
caiibii 'il - А а"
ж к ч * Щ • ât'i-
Jüiiynw Д»МИЫ* PtutHJHPO»NHf к ш i?> - перенос к ста
s S al Объединит«,
Общий t центр« - Sg . % no
M
■x «
УмАвное ворштиром форматнр&вамн« - u> таблицу
$21 - а Л
1 - - в С D Е F = „ j L M
1 Скорость движения, м с Глубна обработки, сы Высота расположения внброудзрнсго механизма, мм Частота вибрации стойки, Ги Амплитуда колебаний стойки, ме'2
2 1Л S 350 833 1.1
3 1,2' 3 400 11SS Û.SS
4 L22 « 450 1770 0.95
5 Утонченная стойка КПЭ-3,8 с наашкниым внбрюударныы ыехамюыом
Частота вибрации стойки, Гц
2 i
Амплитуда колебаний стойки, м/сЛ2
—Амплитуда
Рисунок 8. Графики амплитудно-частотной характеристики модернизированной стойки культиваторной лапы КПЭ-3,8
85
Выводы. В результате проведения серии экспериментальных замеров было подтверждено снижение тягового сопротивления при использовании стоек с виброударным механизмом (молотковым ударником) в пределах от 7 до 9 %.
Исследования подтвердили оптимальную высоту расположения виброударного механизма на стойке культиваторной лапы равный st=361,2 мм. В процессе экспериментальных исследований наибольшее снижение тягового сопротивления наблюдалось при высоте расположения виброударного механизма равный 350 мм.
Проведённый анализ показателей крошения почвы показал [5], что применение виброударного механизма увеличивает степень крошения почвы на 7,92 % и уменьшает глыбистость на 6,24 %, снижение величины гребнистости находится в пределах погрешности.
Таблица 3. Качественные показатели крошения почвы
Исследуемый показатель
Рабочий орган Глыбистость, Степень Гребнистость,
% крошения, % Ы0"2 м
Утонченная стойка КПЭ-3,8
с навешенным виброударным 11,68 74,23 6,1
механизмом
Утонченная стойка КПЭ-3,8 17,92 66,31 6,8
Список использованных источников:
1. Бабицкий Л.Ф. Бюшчш напря-ми розробки грунтообробних машин. - К.: Урожай, 1998. - 164 с.
2. Дубровский А. А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. М.: Машиностроение, 1968. - 204 с.
3. Старовойтов Э. И. Сопротивление материалов. — М.: Физматлит, 2008. — С. 384.
4. Базаров В.П. Обоснование параметров нелинейных упругих подвесок рабочих органов культиваторов : Автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.20.01 Базаров Валерий Павлович; Всесоюзный ордена «Знак почета» сельскохозяйственный институт заочного образования. - М., 1985. - 18 с.
5. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. Колос, 1970. С 162-165.
References:
1. Babitsky L.F. Bionichni napryami rozrobkipyHruntoobrobnih mashin. - K.: Urozhay, 1998 - 164 p.
2. Dubrovsky A. A. Vibration technology in agriculture. Moscow: Mashinostroenie, 1968. - 204 p.
3. Starovoitov E. I. Resistance of materials. - M.: Fizmatlit, 2008. - P. 384.
4. Bazarov V. P. Substantiation of parameters of nonlinear elastic suspensions of working bodies of cultivators: Autoref. dis. ... Candidate of Technical Sciences: 05.20.01 Bazarov Valery Pavlovich; All-Union Order "Badge of Honor" agricultural Institute of Correspondence Education. - M., 1985. - 18 p.
5. Lurie A. B. Statistical dynamics of agricultural aggregates. Kolos, 1970. From 162-165.
86
Сведения об авторах:
Бабицкий Леонид Фёдорович -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации и технического сервиса в АПК Агро-технологическая академия ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, п. Аграрное, Агротехнологической академии ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского»;
Белов Александр Викторович - магистр, ассистент кафедры механизации и технического сервиса в АПК Агро-технологическая академия ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, п. Аграрное, Агротехнологической академии ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»;
Дудченко Павел Сергеевич - обучающийся факультета Механизации производства и технологии переработки сельскохозяйственной продукции Агротехнологической академии ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского», 295492, п. Аграрное, Агротех-нологическая академия ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»;
Шиков Дмитрий Констатнтино-вич - обучающийся факультета Механизации производства и технологии переработки сельскохозяйственной продукции Агротехнологической академии ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И. Вернадского», 295492, п. Аграрное, Агротехно-логическая академия ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского».
Information about the authors:
Babitsky Leonid Fedorovich -Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department of mechanization and technical service in AIC of the Agro-technological Academy of the FSAEI HE «VI. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@rambler. ru, Agrotechnological Academy FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University», Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
Belov Alexander Viktorovich -Master of Science, Assistant lecturer at the Department of mechanization and technical service in AIC of the Agro-technological Academy of the FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@rambler. ru, Agrotechnological Academy FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University», Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
Dudchenko Pavel Sergeevich -student of the Faculty of Mechanization of Production and Technology of Processing of Agricultural Products of the Agrotechnological Academy of the FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University», Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
Shikov Dmitry Konstantinovich -student of the Faculty of Mechanization of Production and Technology of Processing of Agricultural Products of the Agrotechnological Academy of the FSAEI HE «V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Agrarnoye v., Simferopol, Republic of Crimea, 295492, Russia.
87
