CC BY
5
УДК 634.038
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-714-718
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ АГРЕГАТА С АСИММЕТРИЧНОЙ САЖАЛКОЙ СЕЯНЦЕВ
С.Н. Орловский, А.И. Карнаухов, В.А. Соколова, А.А. Ореховская, С.В. Алексеева, Г.К. Парфенопуло, С.Е. Арико
Актуальной проблемой лесного хозяйства является посадка лесных культур. Анализируются условия устойчивости прямолинейного движения агрегата с асимметричной сажалкой сеянцев для полезащитного лесоразведения, агрегатируемой с трактором МТЗ-80. Поскольку навесная сажалка сеянцев для полезащитного лесоразведения имеет наклонный сошник, а также консольный посадочный аппарат с односторонним заделывающим сошником, она выполняет посадку более точно, обеспечивает вертикальное расположение сеянцев, дешевле при изготовлении и эксплуатации, чем существующие лесопосадочные машины. Целью теоретических исследований являлись: - определение конструктивных параметров рабочих органов; - анализ сил, действующих на сажалку в горизонтальной плоскости; - методика расчёта сил сопротивления заделывающих органов; - компоновочные решения конструкции сеялки. Применение сажалки позволяет совместить подготовку почвы и посадку, что снижает трудо и энергозатраты в лесном хозяйстве питомниках за счет применения предлагаемой конструкции сажалки. Изложены результаты экспериментального определения оптимального положения оси подвеса в горизонтальной плоскости. Делается вывод, что положение оси подвеса асимметричной сажалки может быть определено по степени буксования ведущих колес трактора.
Ключевые слова: обработка почвы, анализ сил, заделка, каток, посадка, лесные культуры.
Новая навесная сажалка сеянцев ССН-1 для полезащитного лесоразведения имеет наклонный сошник с одной рабочей гранью и одним опорным колесом, консольный посадочный аппарат с приводом от специального колеса и односторонние заделывающие органы. Благодаря этому она меньше забивается при работе на сырых почвах, обеспечивает более точный шаг посадки и вертикальное расположение сеянцев, дешевле при изготовлении и эксплуатации, чем лесопосадочная машина СЛН-1 [1, 9, 13, 14].
Но асимметричность формы и расположения рабочих органов новой сажалки может послужить причиной ее собственных горизонтальных колебаний и отклонений трактора от заданного направления движения. В результате из-за частых поворотов, увеличатся утомляемость тракториста и расход топлива, ускорится износ механизмов трактора, рядки сеянцев получатся неровными, что будет препятствовать качественному уходу за посадками.
Поэтому очень важно определить условия устойчивости прямолинейного движения агрегата с асимметричной сажалкой. Для этого рассмотрим силы, действующие на сажалку в горизонтальной плоскости (рис. 1), приняв следующие допущения: движение агрегата, установившееся и происходит на горизонтальной плоскости; сила сопротивления заделывающих органов (уплотняющего катка и загортача) направлена параллельно направлению движения; сопротивление качению опорно-приводного колеса посадочного аппарата не учитываем, так как оно незначительно [3, 5, 15].
Объекты и методы исследования. При работе (рис.1) на сажалку действуют следующие силы: Рху - горизонтальная составляющая силы тяги трактора; Rxy - горизонтальная составляющая силы давления почвы на рабочую грань сошника; F - реакция стенки посадочной щели на опорную поверхность сошника; Q'x - горизонтальная реакция почвы на опорное колесо сошника; Q"x - горизонтальная реакция почвы на заделывающие органы.
Предполагаем, что сила Rxy приложена к середине нижней кромки рабочей грани сошника, а реакция F к заднему обрезу опорной поверхности сошника.
Опорная поверхность сошника является односторонней связью, препятствующей перемещению сажалки вправо. Очевидно, что движение сажалки будет устойчивым, когда реакция F не будет становиться равной нулю при всех возможных: колебаниях сил, действующих на сажалку [4, 6 - 8, 16, 17].
Для устойчивости прямолинейного движения трактора необходимо, чтобы сила Рху проходила через середину оси подвеса навесного устройства, а ее направление совпадало с продольной осью трактора.
Определим ординату правой цапфы оси подвеса сажалки, при которой соблюдаются указанные условия. За начало координат примем точку О пересечения нижней линии опорной поверхности сошника с горизонтальной проекцией оси подвеса.
Для получения более наглядных результатов используем графический способ, применяемый при определении сил, действующих на навесной плуг [10, 11, 18].
Складывая силы Rxy и Q"x, путем построения силового многоугольника находим их равнодействующую R'. Затем складываем силы R' и Q'x и находим равнодействующую R. Проведем линии из начала силы Rxy параллельно направлению движения агрегата и из конца силы R параллельно направлению силы F. Пересечение линий определяет величину силы Рху тяги трактора и реакции F стенки щели на опорную поверхность сошника.
Из точки 1 пересечения сил Rxy и Q"x на схеме сажалки проводим прямую, параллельную силе R', до пересечения с направлением силы QK'. Из точки 2 проводим прямую, параллельную силе R, до пересечения с направлением силы F. Полученная точка 3 определяет линию действия силы Рху тяги трактора
По условию эта линия должна проходить через середину оси подвеса. Отсюда ордината Ynp правой цапфы оси подвеса определится уравнением:
Yпр = Yр , (1)
где Ь - длина оси подвеса; Ур - ордината силы Рху.
о: а'.
Анализируя схему сил, можно заметить, что смещение оси подвеса от оптимального положения в некоторых пределах не нарушает условия устойчивости сажалки, но изменяет ее КПД.
Если увеличить ординату правой цапфы, то действующая на нее составляющая Рп силы тяги станет меньше левой составляющей Рл. Под действием разности моментов этих сил относительно мгновенного центра вращения п сажалка повернется вправо на угол 52 до положения равновесия, и ее КПД снизится, так как увеличатся реакция на опорную поверхность сошника и сила тяги: F" > F; Р"ху > Рху. Смещение мгновенного центра вращения в положение п" вызывает неуправляемый поворот трактора в левую сторону.
При уменьшении ординаты правой цапфы сажалка повернется на угол 51, и ее КПД повысится, так как реакция на опорную поверхность и сила тяги уменьшатся: F' < F; Рху < Рху. Смещение центра вращения в положение п" вызовет поворот трактора в правую сторону.
Учитывая зависимость КПД от положения оси подвеса и то, что тракторы допускают некоторое смещение точки прицепа без существенного нарушения устойчивости движения [12, 19, 201, следует признать целесообразным уменьшение ординаты правой цапфы в пределах допуска на неточность изготовления и монтажа.
Результаты и их обсуждение. Экспериментальное определение оптимального положения оси подвеса сажалки с асимметричными рабочими органами проводилось по величине буксования ведущих колес трактора. Этот метод менее трудоемкий, чем другие методы, применяемые для оценки устойчивости прямолинейного движения (по радиусу поворота неуправляемого трактора или по числу и продолжительности воздействия на механизмы управления) [4, 21, 22], и основан на том, что при отклоняющем воздействии машины происходит перераспределение горизонтальных реакций почвы на ведущие колеса трактора и изменяется горизонтальная деформация почвы. Если степень буксования обоих ведущих колес одинакова, то положение оси подвеса является оптимальным.
Сажалка оборудовалась несущим брусом с длиной оси подвеса 650 мм и диапазоном поперечных перемещений 200 мм. Посадочный аппарат на сажалку не устанавливался, так как он не оказывает существенного влияния на точность результатов, поскольку сопротивление его перемещению незначительно (4,5 - 5,0 кг).
Для опытов использовался трактор МТЗ-80. Колея его ведущих колес устанавливалась минимальной, чтобы разность буксования колес была заметнее. Эксперименты проводились на пониженной скорости, равной 1,7 км/ч, с целью уменьшения влияния кинетической энергии агрегата на устойчивость его движения. Влажность почвы была 22%, плотность 11,9 кг/см2. Глубина хода сошника составляла 28 -30 см.
Тракторист вел трактор по вешкам. Определялось число оборотов ведущих колес на пути 100 м при ходе туда и обратно при различном положении оси подвеса.
Степень буксования ведущих колес вычислялась по формуле:
5 = ^^ ■ 100%, (2)
п„
где пр - число оборотов колеса при движении трактора в рабочем положении, пх - число оборотов колеса при холостом ходе трактора.
Положение оси подвеса характеризовалось отношением:
К = ^, (3)
где YпP - расстояние от нижней линии опорной поверхности сошника до центра правой цапфы, L - длина оси подвеса.
Изменение степени буксования 5л левого и 5п правого ведущих колес в зависимости от положения оси подвеса показано на графике (рис.2). Из него видно, что равенство степеней буксования достигается при К = 0,535, что соответствует положению максимальной устойчивости движения трактора.
При смещении оси подвеса вправо от найденного положения (К > 0,535) сажалка
отклоняет трактор в левую сторону, и левое колесо буксует больше, чем правое. Степень буксования обоих колес возрастает, что объясняется увеличением реакции на опорную поверхность сошника.
Ускоренный рост степени буксования левого колеса после достижения величины 7,5 % согласуется с характером изменения буксования в зависимости от силы тяги. Известно, что деформация почвы колесами почти прямо пропорциональна тяговому усилию до определенных пределов, после чего начинается «течение» почвы при незначительных изменениях тягового усилия.
Смещение оси подвеса влево (К < 535) изменяет направление «увода» трактора и снижает среднюю степень буксования
Смещение оси подвеса влево (К < 535) изменяет направление «увода» трактора и снижает среднюю степень буксования колес вследствие уменьшения реакции на опорную поверхность сошника.
12 10
8 6
2
0,5 0154 0,6 0,7 0,8 К
Рис. 2. Изменение степени буксования в зависимости от положения оси подвеса: дл - степень буксования левого колеса; дп - степень буксования правого колеса
Заключение. Наблюдениями установлено, что сажалка сохраняет устойчивость движения при К = 0,5. При дальнейшем смещении оси подвеса влево начинает появляться зазор между опорной поверхностью сошника и стенкой щели, что свидетельствует о снижении реакции до нулевого значения.
Из соображений, связанных с КПД сажалки и допустимостью некоторого бокового смещения точки прицепа машин к трактору, ординату правой цапфы можно принять равной 0,53 L > Yrm > 0,5Ш
Полученные результаты были использованы при разработке конструкции сажалки сеянцев
ССН-1.
Метод определения оптимального положения оси подвеса по степени буксования ведущих колес может быть применен при разработке других асимметричных машин, агрегатируемых с колесными тракторами.
Список литературы
1. Соколов М.Г. Лесопосадочная машина. Авт. свидетельство № 271153, 1970.
2. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. И, М., Машгиз, 1967.
3. Трепененков И.И. Эксплуатационные показатели сельскохозяйственных тракторов. М.: Машгиз, 1963. 271 с.
4. Бинюков И.П. Об устойчивости движения машинно-тракторного агрегата // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1968. № 10.
5. Коршун В.Н., Карнаухов А.И., Кухар И.В. Метод анализа технологических машин для лесного хозяйства // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 2 (30). С. 163-169.
6. Орловский С.Н. Определение энергетических и динамических параметров тракторов, режимов резания активных рабочих органов машинно-тракторных агрегатов: Монография. Красноярск, Крас-ГАУ, 2011. 376 с.
7. Орловский С.Н., Карнаухов А.И. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров и режимов работы роторных рабочих органов // Изв. вузов. Лесной журнал. 2012. № 4. С. 70-76.
8. Ветохин В.И. Малоэнергоемкие рыхлители почвы: экспериментальная оценка рационального профиля // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1993. №7. С. 15-17.
9. Герасимов М.И., Кухар И.В. Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды: метод. указания по курсовому проектированию для студентов специальностей 17.11.00, 32.08.00. Красноярск: СГТУ, 1999. 48 с.
/
___
-- _ _ _
10. Лаврухин В.А., Ледяев В.Н. Обоснование коэффициента степени сжатия почвы при работе трехгранного клина // Исследования и реализация новых технологий и техн.средств в с.-х.пр-ве. Зерно-град, 2001. С. 91-95.
11. Мударисов С.Г. Моделирование процесса взаимодействия рабочих органов с почвой // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005. №7. С.27-30.
12. Орловский С.Н. и др. Дисковое орудие для прокладки борозд. Свидетельство на полезную модель № 25171, МКИ А62С 3/02, БИ 2002. № 26.
13. Хинчук Д.Г., Хинчук К.Е. Обоснование параметров лесной сеялки, оснащенной сферическим сошником, при посеве ели в условиях дренированных вырубок // Изв. вузов. Лесной журнал. 2013. № 5. С.124-128.
14. Adams W.S. Rotary Tiller in soil Prestion // Agricultural Engineering, No 10. P. 35-48.
15. Bernacki H. Bodonia Zuzycia energii przez aktywne I combinawane maszyny uprowowe // Biul. Prac. nauk. - Badawe-Zych (Inst. Bu-down. Mecan. Electr. Roln. Warszawa). 1975, No 17. P. 5 - 84.
16. Staafford J.V, Geiki A. An implement configuration to loosen soil by inducting tensil failure // Soil & Tillage Research. 1987. V. 9. No 4. P. 363-376.
17. Lovelidge' Brian Farmers' Experiences of High Speed Plowing of Various Soils // Farm Machaniz and Build. 1968. No. 20. No. 226. P. 46-47.
18. O'Callgchan J.R. Ilabage of soil by Tined Implement journal of agricultural // Engineering Research. vol. 9. No. 3. 1964. P. 18-25. '
19. O'Callghan J.R. Der Bruchmechanismus des Bodens bei der Bodenbearbeitung // Grundlagen der Landtechnik. 1967. P. 92-95.
20.0'Callgchan J.R., McCoy J.V. The Handling of Soil by Moldboard Ploughs // J. Agric. engag. Ras. 1965. P. 23-35.
21.Lucius J. Bestimmung des Einflubes der Verforschung schwindigkeit auf die Bruchspannung im Boden // Deutsche Argatechnic. 1971. №11. P. 526-528.
22. Gao Qiong, Pitt R.E., Ruina A.A Model to Predict Soil Forces on the Plow Moldboard // The British Society for Research in Agricultural Engineering. 1986. P. 141-155.
Орловский Сергей Николаевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Красноярск, Красноярский государственный аграрный университет,
Карнаухов Андрей Иванович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский государственный аэрокосмический университет науки и технологий им. Академика Н. Ф. Решетнёва,
Соколова Виктория Александровна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,
Ореховская Александра Александровна, канд. сельск. наук, начальник отдела, [email protected], Россия, Майский, Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина,
Алексеева Светлана Владимировна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова,
Парфенопуло Георгий Константинович, старший преподаватель, parfenon [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова,
Арико Сергей Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Республика Беларусь, Минск, Белорусский государственный технологический университет
FACTORS AFFECTING THE STABILITY OF THE RECTILINEAR MOVEMENT OF THE UNIT WITH
ASYMETRIC SEEDLER PLANTER
S.N. Orlovskiy, A.I. Karnaukhov, V.A. Sokolova, A.A. Orekhovskaya, S.V. Alekseeva, G.K. Parfenopulo, S.E. Ariko
The actual problem offorestry is the planting offorest crops. The stability conditions for the rectilinear movement of the unit with an asymmetric seedling planter for field-protective afforestation, aggregated with the MTZ-80 tractor, are analyzed. Since the mounted seedling planter for field-protective afforestation has an inclined coulter, as well as a cantilever planter with a one-sided closing coulter, it performs planting more accurately, provides a vertical arrangement of seedlings, is cheaper to manufacture and operate than existing forest planters. The purpose of theoretical studies were: - determination of the design parameters of the working bodies; - analysis of the forces acting on the planter in the horizontal plane; - methodology for calculating the resistance forces of closing bodies; - layout solutions for the design of the seeder. The use of a planter allows you
to combine soil preparation and planting, which reduces labor and energy costs in forestry nurseries through the use of the proposed design of the planter. The results of experimental determination of the optimal position of the suspension axis in the horizontal plane are presented. It is concluded that the position of the suspension axis of an asymmetric planter can be determined by the degree of slipping of the driving wheels of the tractor.
Key words: tillage, force analysis, incorporation, roller, planting, forest crops.
Orlovskiy Sergey Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Krasnoyarsk, Krasnoyarsk State Agrarian University,
Karnaukhov Andrey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, karnaukhov.ai@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian State Aerospace University of Science and Technology. Academician N.F. Reshetnev,
Sokolova Victoria Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,
Orekhovskaya Alexandra Aleksandrovna, candidate of agricultural sciences, head of the department, [email protected], Russia, Maiskiy settlement, Belgorod State Agrarian University named after V.Ya. Gorin,
Alekseeva Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,
Parfenopulo Georgy Konstantinovich, senior lecturer, parfenon [email protected], Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State Forest Technical University. S.M. Kirov,
Ariko Sergey Yevgen'evich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Republic of Belarus, Minsk, Belarusian State Technological University
