CC BY
69
УДК 630* 231.331
Д.Г. Мясищев, В.Г. Малышев
Мясищев Дмитрий Геннадьевич родился в 1959 г., окончил в 1981 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры транспортных машин Архангельского государственного технического университета. Имеет более 30 печатных работ в области создания и исследования мобильных специальных машин лесного комплекса.
Малышев Валерий Германович родился в 1948 г., окончил в 1973 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и оборудования лесного комплекса Архангельского государственного технического университета. Имеет 33 печатные работ в области механизации технологических процессов лесохозяйственного и лесозаготовительного направлений.
ЭМПИРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПОНОВКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕГУЛИРОВОК ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННОГО МОТОПЛУГА
Приведены экспериментальные результаты по выбору оптимальной компоновки и рациональных технологических регулировок лесохозяйственной системы «мотоблок + плуг» в зависимости от специфики культивируемого фона.
лесохозяйственный мотоблок, плуг, эксперимент, энергоемкость, лесопитомник, противопожарная полоса, оптимальная регулировка.
Известно использование мотоблоков с плугами для основной обработки почвы в качестве средств малой механизации лесохозяйственных технологических процессов [2, 4]. Ввиду отсутствия специализированных лесохозяйственных образцов, в качестве тягового модуля и рабочей машины рекомендуется сельскохозяйственное оборудование, например тяжелые и конструктивно сложные мотоблоки «Риони-2», «Супер-600», «МБ-90» и другие, комплектуемые плугами с культурными отвалами.
Специфика лесохозяйственных фонов и среды функционирования делает актуальной разработку специализированных конструкций как самого мотоблока, так и его технологического шлейфа. В АГТУ с 1989 г. ведутся научно-исследовательские и проектные работы по созданию специализированной лесохозяйственной системы мобильных средств малой механизации
«мотоблок + технологический шлейф» [5]. В настоящей статье предложен вариант ее использования в качестве мотоплуга.
Рассматриваемая система включает в себя лесохозяйственный мотоблок [7], агрегатируемый с комплектом пахотного оборудования. Экспериментальный мотоблок представляет собой многофункциональный специализированный самоходный модуль, предназначенный для выполнения лесо-хозяйственных операций с различными рабочими машинами. Он выполнен по безрамной схеме компоновки и состоит из двухтактного карбюраторного двигателя бензопилы МП-5 «Урал-2», центробежной фрикционной муфты, шестеренно-червячной трансмиссии, рукояток с вибро-ударогасящей штангой, унифицированного прицепного устройства и вала отбора мощности. Комплект плужного оборудования включает в себя однолемешный плуг с полувинтовым отвалом и металлические колеса решетчатого типа c грунто-зацепами.
Мотоплуг применяется: в лесопитомниках при обработке старопахотных незадернелых и частично задернелых почв на глубину 150 ... 200 мм; прокладке новых и обновлении существующих опорных минерализованных противопожарных полос на глубину 50 ... 100 мм.
Рассматриваемый образец положительно отличается от серийных мотоблоков у него низко расположен центр тяжести, контуры облицовки предназначены для работы под пологом леса, рулевая штанга оснащена устройством для снижения энергоемкости управления агрегатом.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОТОПЛУГА
Мощность двигателя, кВт (л. с.) ..
Рабочая скорость, км/ч..............
Масса эксплуатационная, кг.......
Колея, мм..............................
Радиус поворота минимальный, м
Дорожный просвет, мм.............
Габаритные размеры, мм:
3.7 (5) 2 ... 4
116 500 ..0,5 .140
длина с рукоятками
ширина
1500 .810
Тип плуга............................
Ширина захвата, мм...............
Диапазон глубин обработки, мм
высота с рукоятками Топливо ...................
................900 ±80
Смесь бензина А-76 с моторным маслом в пропорции 20:1
.....Одноотвальный
......................200
..............50 ... 200
Производительность основной работы на старопахотных фонах при средней глубине обработки 125 мм, га/ч..................................
0,03
Производительность основной работы на прокладке опорных
полос при фактической ширине борозды 190 мм
и средней глубине обработки 55 мм, км/ч................................................1,3
Обслуживающий персонал, чел...................................................................1
Важной проблемой при создании и использовании плугов является уменьшение тягового сопротивления агрегата и удельного расхода топлива. Так, в работе [3] рассматриваются варианты рабочих органов сельскохозяйственных плугов для мотоблоков, оснащенных устройствами для регулировок фиксируемых углов установки отвала. Назначение данных настроек -обеспечить в зависимости от типа почвы уменьшение тягового сопротивления машины. При этом отмечается неизбежное усложнение конструкции таких рабочих органов и невозможность их самоадаптации к среде функционирования.
Цель настоящей работы - оптимизация компоновки и технологических настроек установки плуга в прицепном устройстве мотоблока, при которых рабочий орган самоадаптируется к условиям вспашки и обеспечивает минимум тягового сопротивления и энергоемкости процесса.
Априорный анализ действия плуга на сцепке и изучение базовых первоисточников [3, 6] показывают, что желаемая организация процесса зависит прежде всего от продольного свободного углового хода сцепки с установленным корпусом относительно мотоблока в горизонтальной плоскости, поэтому была разработана экспериментальная конструкция, позволяющая варьировать указанным фактором в конкретном компоновочном диапазоне.
Аналог указанной регулировки имеет место в инструкции по эксплуатации тяжелого сельскохозяйственного моботлока МБ-1 с плугом, но без акцентов на ее содержание и зависимость от обрабатываемого фона.
На рис.1 представлена схема пахотного агрегата (вид сверху), где а - отмеченный выше исследуемый параметр.
В эксперименте выясняли оптимальные пределы компоновки и регулировок выявленного фактора в зависимости от типа обрабатываемого лесохозяйственного фона. При этом как ограничения выступали лесотехнические требования к результатам взятых за основу исследований технологических процессов.
Испытания проводились в июле 2000 г. на участках Обозерского лесхоза Архангельской области на базе Северной лесной опытной станции Северного НИИ лесного хозяйства.
Условия проведения эксперимента были следующие.
Сплошная обработка на старопахотных фонах: категория площади - старопахотный среднезадернелый участок, рельеф ровный, мик-
Рис. 1. Схема экспериментального мотоплуга: 1 - рукоятка; 2 - мотоблок; 3 - колесо; 4 - вертикальный шарнир с узлом регулировки; 5 - сцепка;
6 - плуг
рорельеф гребнистый, тип почвы - торфяно-подзолистая суглинистая, предшествующая обработка - вспашка, твердость почвы 1,0 ... 1,5 МПа, влажность почвы 25 ... 30 %, характеристика сорной растительности: количество - 35 шт. на 1 м2, масса с 1 м2 - 0,55 кг, средняя высота 0,3 м.
Прокладка опорной минерализованной противопожарной полосы: категория площади - поляна вдоль стены леса, сильно задернелый участок с наличием корней диаметром до 15 мм, рельеф ровный, микрорельеф гладкий, тип почвы - подзолистая суглинистая, предшествующая обработка -лесная целина, твердость почвы 2,5 ... 3,0 МПа, влажность почвы 20 . 25 %.
Полевые испытания базировались на методах оптимизации экспериментальных работ [1]. Оцениваемыми показателями качества функционирования системы являлись: Q1 - удельный расход топливной смеси при сплошной обработке старопахотного участка, л/га; 02 - то же при прокладке опорной минерализованной полосы, л/км. Диапазон варьирования фактора а составлял от 0 до 30 Рассматривается абсолютный суммарный угол а (без учета знака влево и вправо от продольной оси мотоблока).
На основании первичных материалов испытаний были получены следующие зависимости:
0\ = 0,0458а2 - 1,128а + 101,47;
02 = 0,000275а2 - 0,0117а + 2,05.
Рис. 2. Графическая интерпретация оптимальных решений:
1-0, =Ла):2-02=Ла):
Исследуя данные регрессионные модели на экстремум, находим оптимальные значения параметров а, обеспечивающие минимум оцениваемых функций отклика. На рис. 2 изображена графическая интерпретация искомых решений. Оптимальны варианты исследуемых технологических объектов: 01тт = 94,5 л/га при а = 12 0 2тт = 1,93 л/км при а = 21
Выявленные результаты необходимы для конструктивной компоновки регулировочного узла 4 (рис. 1) проектируемого мотоплуга и как технологические рекомендации по настройкам пахотного агрегата для конкретных условий действия.
Физическим объяснением полученных фактов является то, что при оптимальном угловом перемещении сцепки с корпусом имеют место определенные поперечные колебания плуга. Они сопровождаются ударами рабочего органа о стенки борозды, что является причиной «приспособляемости» лемеха к среде функционирования. В частности, уменьшается налипание пласта на отвал, улучшается крошение клина [6]. Корпус находит более «легкий» путь в разрабатываемом массиве, и в итоге снижается тяговое сопротивление агрегата.
Таким образом, предлагаемый эмпирический подход целесообразно использовать при обосновании оптимальной компоновки и технологических регулировок лесохозяйственной системы «мотоблок + плуг» в различных условиях функционирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. - М.: Высш. шк., 1985. - 327 с.
2. Ильин Г.П. Тракторы и автомобили в лесном хозяйстве и зеленом строительстве. - М.: Высш. шк., 1977. - 232 с.
3. Кусов Т. Т. К вопросу создания плугов для мотоблока // Тракторы и сель-скохозяйств. машины. - 1984. - № 3. - С. 20-30.
4. Ларюхин Г.А.,Климов Г.Б., Бочаров В.С. Механизация работ в лесопитомниках. - М.: Гослесбумиздат, 1963. - 88 с.
5. Мясищев Д.Г., Сенников М.А., Ровняков А.А. АЛТИ - земледельцам // Лесн. пром-сть. - 1990. - № 10. - С. 8.
6. Панов И.М. Выбор энергосберегающих способов обработки почвы // Тракторы и сельскохозяйств. машины. - 1990. - № 8. - С. 32.
7. Пат. 1724025 Россия, МКИ3 А 01 В 3/50. Мотоблок / М.А. Сенников, Д.Г. Мясищев // Изобрет. - 1992. - № 13. - С. 3.
Архангельский государственный технический университет
Поступила 28.04.01
D. G. Myasishchev, V. G. Malyshev
Empiric Optimization of Configuration and Process Adjustment of Forestry Power Plow
Experimental results on choosing optimal configuration and rational process adjustments of forestry system "power block + plow" depending on cultivating background particularity are provided.
