CC BY
14
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 635.25/26:631.315.2
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИСКОВОГО ЗАДЕЛЫВАЮЩЕГО ОРГАНА ЛУКОВОЙ СЕЯЛКИ
П. А. Емельянов, доктор техн. наук, профессор; А. В. Сибирёв, аспирант; А. Г. Аксенов, канд. техн. наук
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», ООО «Агроинженерия», Россия, е-таИ: зЬа_реп7а@таП. гитаП: sibirev2011@yandex.ru
Приведены результаты исследования по определению тягового усилия дискового заделывающего органа посевной машины, описана методика проведения исследований, графически отображены зависимости тягового сопротивления дискового заделывающего органа от его технологических параметров (скорости движения V и угла установки а между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения), изложены основные статистические характеристики эксперимента.
Ключевые слова: заделывающие органы, диски, тяговое усилие, лук-севок, луковая сеялка, приводная тележка, частотный преобразователь.
Развитие технологического и технического обеспечения аграрного производства должно быть направлено на снижение затрат при возделывании сельскохозяйственных культур [1].
Одной из основных составляющих уменьшения себестоимости при возделывании любой сельскохозяйственной культуры является снижение тягового сопротивления агрегата.
Стремление к снижению тягового и удельного тягового сопротивлений сельскохозяйственных орудий требует постоянного изыскания более совершенных с точки зрения энергоемкости рабочих органов и технологий проведения полевых работ. Так, применение рабочих органов того или иного типа обуславливает преобладание определенного вида деформаций почвенного пласта. А так как почва неодинаково сопротивляется различным видам воздействий, то это приводит к снижению или увеличению ее удельного сопротивления.
При этом в основе всей силовой характеристики лежит сила Р - тяговое сопротивление органа, как наиболее удобная для этой цели. Каждая новая сельскохозяйственная машина или рабочий орган
помимо прочих испытаний проходит испытания с целью энергооценки [2].
Для заделки луковиц в борозде при посеве лука-севка нами был изготовлен дисковый рабочий орган с почвонаправи-телями.
Дисковые орудия - плуги, культиваторы, бороны - широко применяются в сельскохозяйственном производстве, кроме того, диски используются в качестве сошников сеялок, загортачей картофелесажалок и других рабочих органов и орудий и имеют преимущества перед лемешными орудиями:
- лезвия дисков в несколько раз длиннее лезвий лемешных, лапчатых и других рабочих органов, поэтому они медленнее изнашиваются;
- диски менее подвержены забиванию почвой и растительными остатками;
- они обладают меньшим тяговым сопротивлением по сравнению с лемешными орудиями;
- диски просты в эксплуатации и позволяют легко регулировать глубину обработки [4, 5, 6, 7].
При погружении диска в почву на его лезвие и вогнутую поверхность действуют
Y
элементарные силы сопротивления почвы, возникающие на рабочей поверхности и лезвии вертикально установленного сферического диска.
Эти силы можно привести к продольной Ях, боковой и вертикальной составляющим реакции почвы (рис. 1) и значения их определить по зависимостям [9]:
Rx = SJlI СЕ + rf COS ф COS flfj Ry = ft cos a — Rods ^ sin a, (i) Rz = ft" sin pf
где /? — равнодействующая элементарных сил сопротивления почвы в вертикальной плоскости, Н;
Рис. 2. Схема лабораторной установки по заделке луковиц в борозде после их посева: 1 - направляющая; 2 - тележка приводная; 3 - ролик стальной; 4 - электродвигатель; 5 - преобразователь частотный; 6 - связь канатная; 7 - кронштейн; 8 - ось тележки; 9 - продольный пруток; 10 - вал привода тележки; 11 - муфта предохранительная; 12 - подшипник; 13 - катушка с ребордами ограничительными
Нива Поволжья № 1 (26) 2013 41
£■ — равнодействующая элементарных сил сопротивления почвы в горизонтальной плоскости, Н;
— угол между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения диска, град;
^ _ угол между направлением действия силы й и горизонтальной плоскостью, град.
Если известны значения -К, то для нахождения составляющих сопротивления диска Ну и Яж можно использовать зависимость (1).
Для проведения исследований по определению тягового усилия дискового заделывающего органа нами разработана и изготовлена переносная лабораторная установка (рис. 2), позволяющая проводить исследования заделывающих рабочих органов на различных почвах.
Установка представляет собой сварную конструкцию, состоящую из направляющих 1, приводной тележки 2, установленной на четыре стальных ролика 3, электродвигателя 4 с частотным преобразователем 5, гибкой канатной связи 6, которая соединяется с валом 10 привода тележки посредством предохранительной муфты 11. Вал 10 привода тележки диаметром 0,02 м вращается на подшипниках 12. На вале 10 установлена катушка 13 с ограничительными ребордами, на которую намотан стальной канат 6, соединенный с приводной тележкой 2. Рабочий орган крепится к кронштейну 7, который установлен на приводной тележке 2.
Установка работает следующим образом.
Перемещение приводной тележки 2 по направляющим 1 происходит на стальных роликах 3 диаметром 0,15 м посредством электрического привода, состоящего из электродвигателя асинхронного 4 марки 4А180У3 и частотного преобразователя 5 марки Tecorp Group, позволяющего регулировать не только частоту вращения вала электродвигателя, но и направление вращения вала.
В период проведения исследований по определению тягового усилия заделывающих органов изучались условия на учетной делянке длиной 4 м и шириной 1,4 м. Для проведения исследований был выбран ровный подготовленный участок, на котором в трех местах в дни проведения исследований на глубине 0..Д01; 0,01...0,02; 0,02...0,03 м определялись влажность и твердость почвы общепринятыми методами [10, 11, 12, 13].
Микрорельеф участка ровный, уклон до 3°, длина гона 4 м, ширина участка 1,4 м, контур участка прямоугольной формы.
На основании априорной информации, результатов предварительных исследований по обоснованию конструкции дисковых заделывающих органов были выявлены факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на тяговое сопротивление посевного агрегата. К числу таких факторов следует отнести: скорость движения агрегата v, угол между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения диска а (угол атаки дисков). Для каждого фактора был установлен интервал варьирования [14, 15].
Целью исследований было определение влияния технологических параметров (v, а) дискового заделывающего органа на его силовую характеристику.
Рис. 3. Общий вид лабораторной установки: 1 - направляющая; 2 - тележка приводная; 3 - ролик стальной; 4 - электродвигатель; 5 - преобразователь частотный; 6 - связь канатная; 7 - динамометр;
8 - заделывающие органы
Исследования по определению тягового усилия дискового заделывающего органа проводились в следующей последовательности.
Дисковый заделывающий рабочий орган устанавливался на приводную тележку 2 изготовленной переносной лабораторной установки (рис. 2). Динамометр 7 соединялся жестко одной стороной с приводной тележкой 2, а другой с канатной связью 6. Затем приводили в движение тележку 2 посредством электродвигателя 4 и частотного преобразователя 5.
При проведении исследований заделывающих органов посадочной машины изменялась поступательная скорость движения от 0,8 до 1,2 м/с применением частотного преобразователя 5.
Угол между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения диска а (в дальнейшем угол атаки дисков) изменялся в пределах от 5 до 30°.
Рабочую скорость движения тележки 2 определяли по длине учетной делянки (4 м) с учетом времени t ее прохождения (с):
(2)
где ^ — поступательная скорость агрегата, м/с;
У — путь, пройденный агрегатом, м;
время прохождения пути агрегатом, с.
Продолжительность опыта фиксировали секундомером.
Затем в соответствии с планом исследований изменяли уровни варьирования факторов и опыты повторялись. Результаты исследований заносились в журнал наблюдений.
По результатам проведения исследований строились зависимости тягового усилия дискового заделывающего органа от выбранных факторов, которые представлены на рисунках 4, 5 и 6.
Из анализа полученных зависимостей следует, что скорость агрегата и угол атаки дискового заделывающего органа оказывают значительное влияние на его тяговое сопротивление. Анализ графика зависимости тягового сопротивления дискового заделывающего органа Р, Н, от скорости движения V, м/с, и от угла между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения показывает, что увеличение исследуемых параметров приводит к непрерывному возрастанию тягового сопротивления, а следовательно, оптимального значения данных параметров по выбранному критерию оптимизации достичь не возможно.
В связи с этим были приняты рациональные значения скорости агрегата в пределах 0,8... 1,2 м/с, а угол между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения - 15.25 град., которые обусловлены необходимостью обеспечения качества заделки луковиц и высокой производительности агрегата.
59
- 53
3 57 5 56
ч §
и 8
£
55
54
53
52
51
50
у= 7х + 4 3,933
= 0,9. 547
0,2
0,4 0.6 О,В
Скорость движения V, м/с
1.2
Рис. 4. График зависимости тягового сопротивления дискового заделывающего органа (Р, Н) от скорости движения (V, м/с), при a=const
Нива Поволжья № 1 (26) 2013 43
з;
чГ
Щ
§ и
£
60 55 50 45 40 35 30
= 0,9314^ + 29 ,В67
= 0,9761
5 10 15 20 25 ЗС
Угол между га риз о нтал ьным диаметрам д испо и направлением поступательного движения о, град
Рис. 5. График зависимости тягового сопротивления дискового заделывающего органа (Р, Н) от угла между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения (а, град), при v=const
В результате проведенных исследований были получены значения функции отклика тягового усилия дискового заделы-
вающего органа при варьировании независимых факторов, их численные значения представлены в таблице.
Матрица планирования двухфакторного эксперимента
Номер серии опыта Фактор Значение критерия оптимизации
Скорость движения дискового заделывающего органа V, м/с Угол между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения а, град. Тяговое усилие дискового заделывающего органа Р, Н
х2 У
1 0,8 20 53
2 1,2 20 54
3 0,8 30 56
4 1,2 30 57
После обработки результатов двухфакторного эксперимента на персональной ЭВМ получено уравнение регрессии первого порядка, описывающее зависимость тягового усилия дискового заделывающего органа от выбранных факторов = /"'Л*. в раскодированном виде:
У = 72,47+ 0,8625т? - 1,0833а. (3)
В результате проведения дисперсионного анализа двухфакторного эксперимента были получены основные статистические характеристики эксперимента:
- дисперсия ошибки опыта, =7;
- стандартная ошибка, ^ =1,16;
- дисперсия ошибки, ¿"¡¡^ —1,36;
дисперсия воспроизводимости,
= 16,33;
дисперсия неадекватности,
V2 — ■■1::;:;; 1,368;
-табличное значение ^-критерия, Е^^ОЬ = 4,02;
- значение табличного Г-критерия,
3,66;
- табличное значение критерия Фишера при 5 % - м уровне значимости для полученного уравнения, F-¡¡ =5,32;
- расчетное значение критерия Фишера при 5 % - м уровне значимости для полученного уравнения, =2,2.
Приведенные статистические характеристики эксперимента показывают достоверность полученного уравнения регрессии (3).
Проведенные исследования дискового заделывающего органа посевной машины
позволили выявить зависимость тягового усилия дискового заделывающего органа от скорости V его движения и угла установки а между горизонтальным диаметром диска и направлением поступательного движения при качественной заделке луковиц в борозде. Данные проведенных исследований имеют практическую значимость для разработки нового заделывающего органа посевной машины, обеспечивающего повышение качества посева при минимальных энергозатратах, так как в основе расчета нового рабочего органа какой-либо машины лежит его силовая характеристика.
Литература
1. Хлызов, Н. Т. Некоторые методические подходы к разработке комплекса машин для энергосберегающих технологий обработки почвы и посева / Н. Т. Хлызов // Достижения науки и техники в АПК. - 2010.
- № 10. - С. 56.
2. Радченко, Ю. Г. Способ определения тягового сопротивления сельскохозяйственных машин и орудий в условиях эксплуатации: дис. ... канд. техн. наук / Ю. Г. Радченко. - Новосибирск, 1984. - 216 с.
3. Заев, П. П. Уменьшение вредного влияния на плодородие почвы многократного передвижения тракторов по полю. Теоретические вопросы обработки почвы / П. П. Заев, О. А. Виссер и др. - Л.: Гидрометео-издат, 1969. - 148 с.
4. Стрельбицкий, В. Ф. Дисковые почвообрабатывающие машины. - М.: Машиностроение, 1978. - 135 с.
5. Турбин, Б. Т. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологический расчет / Б. Т. Турбин, А. Б. Лурье и др. - Л.: Машиностроение, 1967. - 323 с.
6. Желиговский, В. А. Элементы теории почвообрабатывающих машин и механической технологии сельскохозяйственных материалов. - Тбилиси: Изд. Грузинского СХИ, 1979. - 245 с.
7. Халанский, В. М. Сельскохозяйственные машины / В. М. Халанский, И. В. Горбачев. - М.: Колос, 2003. - 624 с.
8.шшш.эо-адго.сот.иа
9. Босой, Е. С. Теория, конструирование и расчет сельскохозяйственных машин / Е. С. Босой и др. - М.: Машиностроение, 1978. - 567 с.
10. ГОСТ 28268-89. Метод определения влажности. - Взамен ГОСТ 12041-82; введ.01.01.89 г. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 4 с.
11. ГОСТ 28168-89. Почва. Отбор проб.
- М.: Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.
Нива Поволжья № 1 (26) 2013 45
12. ГОСТ 20915-75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытания. Введен 19.06.1975. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 42 с.
13. Физико-механические свойства растений, почвы и удобрений. Методы исследований, приборы, характеристика. - М.: Колос, 1970. - 423 с.
14. Завалишин, Ф. С. Методы исследования по механизации сельскохозяйственного производства / Ф. С. Завалишин, М. Г. Мацнев. - М.: Колос, 1982. - 231 с.
15. Доспехов, В. А. Методика полевого опыта (с обоснованием статистической обработки результатов исследований) / В. А. Доспехов. - М.: Колос, 1979. - 416 с.
УДК 631.363.7
ОБОСНОВАНИЕ УГЛА УСТАНОВКИ ЕМКОСТИ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СУХИХ СМЕСЕЙ БАРАБАННЫМ СМЕСИТЕЛЕМ
В. В. Коновалов, доктор техн. наук, профессор; Н. В. Димитриев, аспирант; С. А. Кшникаткин, доктор с.-х. наук, профессор; А. В. Чупшев, канд. техн. наук, ст. преподаватель
ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА», г. Пенза, Россия, e-mail: konovalov-penza@rambler.ru
Рассматриваются актуальные вопросы приготовления сухих кормов в зависимости от физико-механических свойств, технологических и кинематических факторов процесса перемешивания. Приведены данные лабораторных исследований процесса перемешивания сухих концентрированных кормов в смесителе периодического действия барабанного типа. Исследования проведены в соответствии с типовой методикой СТО АИСТ 10 19.2-2008 (Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и оборудование для приготовления кормов. Методы испытаний). На основании полученных данных представлен графический анализ влияния объема смесительной емкости и длительности перемешивания на качество смеси при различном угле наклона барабана. Выполнено сравнение двух серий опытов по определению рациональных параметров работы смесителя. Представлены соответствующие выводы согласно поставленной цели данной статьи.
Ключевые слова: концентрированный корм, барабанный смеситель, качество смеси, неравномерность смеси, коэффициент вариации, длительность перемешивания.
Неудовлетворительная техническая оснащенность структуры кормопроизводства, недостаточная надежность и необоснованные конструктивные параметры устройств для приготовления сухих смесей являются одной из основных причин плохого качества производимых комбикормов [1-3]. В связи с этим целью нашей работы было обоснование рациональных конструктивных параметров смесителя сухих кормов барабанного типа. В соответствии с целью поставлены задачи исследований: провести сравнительное изучение барабанных смесителей General 63, Кратон 120, Кратон 180 в процессе приготовленияи комбинированных кормов; обосновать конструктивные и технологические параметры барабанного смесителя сухих кормов, определив их рациональные значения.
При производстве комбикормов недостаточно ввести в их состав ингредиенты в требуемых количествах. Необходимо, что-
бы все они были равномерно распределены во всем объеме комбикорма, т. е. последний должен быть однородным по составу [3-6].
Процесс смешивания можно характеризовать как пространственное распределение двух и более компонентов с целью получения однородной по составу, физико-механическим и другим свойствам среды, называемой смесью. Этот процесс носит случайный характер [7].
Для каждого вида кормовой смеси целесообразно использовать определенный тип смесителя, который работает наиболее эффективно. Кроме того, эффективность смешивания зависит от физико-механических свойств компонентов смеси, а также от технологических и кинематических факторов: соотношения компонентов, степени загрузки смесителя, угла наклона оси вращения емкости, скорости перемещения рабочих органов (лопастей), конструктив-
