CC BY
29
ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ PROCESSES AND MACHINERY OF AGRO-ENGINEERING SYSTEMS
ГРНТИ 55.57.31
Демко А.Н., ст. преподаватель,
Дальневосточное высшее общевойсковое командное училище имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского, E-mail: aleksandr.demko .71@yandex.ru; Орехов Г.И., канд. техн. наук, доцент, заместитель директора по научной работе, E-mail: or-gi@mail.ru,
Цыбань А.А., канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,
E-mail: tcyban96@mail.ru,
Дальневосточный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства г. Благовещенск, Амурская область, Россия
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА НА БАЗЕ КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА ТЯГОВОГО КЛАССА 1,4
В Амурской области имеется опыт использования почвообрабатывающих агрегатов при заделке в верхний слой почвы органической массы сидеральных растений и пожнивных остатков. Для улучшения эксплуатационно-технологических показателей работы МТА разработан модернизированный роторный плуг, оснащенный активными и пассивными рабочими органами. Теоретически и экспериментально обоснованы основные параметры почвообрабатывающего агрегата: угол атаки ротора, расстояние между сферическими дисками, показатель кинематического режима, частота вращения ротора, рабочая скорость, величина установки почвоуглубителей. Производственная проверка показала, что модернизированный роторный плуг в агрегате с трактором тягового класса 1,4 качественно осуществляет процесс почвообработки с одновременной заделкой органической массы растительных остатков. Конструкторская документация на роторный плуг передана для мелкосерийного производства на Шимановский машиностроительный завод АО ПО «Кранспецбурмаш».
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:КОЛЕСНЫЙ ТРАКТОР,РОТОРНЫЙ ПЛУГ, ЗАДЕЛКА СИДЕРАТОВ И СТЕРНИ, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
УДК 631.31
DOI: 10.24411/1999-6837-2018-11013
© Демко АН., Орехов Г.И., Цыбань А.А., 2018
UDC 631.31 DOI: 10.24411/1999-6837-2018-11013
Demko A.N., Senior Teacher,
E-mail: aleksandr.demko.71@yandex.ru,
Far East Higher Military College;
Orekhov G.I., Cand. Tech. Sci., Associate Professor,
Deputy Director in Charge of Study,
E-mail: or-gi@mail.ru,
Tzyban A.A., Cand. Tech. Sci., Senior Scientific Worker,
E-mail: tcyban96@mail.ru,
Far East Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture,
DESIGN AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF CULTIVATING UNIT DESIGNED ON BASIS OF WHEELED TRACTOR (TRACTIVE CLASS 1,4)
Farming in the Amur Region has the experience of using cultivating units for sideration. In order to improve performance of machine-tractor unit we designed renewed rotary plough equipped with active and passive movable operating elements, substantiated basic performance parameters of cultivating unit in theory and in practice: angle of attack of rotor, distance between concave disks, kinetic mode factor, rotor speed, operation speed, subsoiler depth. Testing showed that renewed rotary plough combined with the tractor of tractive class 1,4 provide quality tillage with simultaneous sideration. Rotary plough design documentation was given to the Shimanovsk Machinery Plant «Kranspetzburmash» for small-series production.
KEY WORDS: WHEELED TRACTOR, ROTARY PLOUGH, SIDERATION, THEORETICAL RESEARCH, FIELD RESEARCH, DESIGN AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS, APPLICATION OF FINDINGS INTO PRODUCTION.
Колесные тракторы тягового класса 1,4 составляют значительную часть тракторного парка Амурской области. Однако до 75% выполняемых ими операций приходится на транспортные работы. Одним из способов загрузки таких тракторов является использование их на обработке почвы в агрегате с роторными орудиями, имеющими привод от ВОМ трактора (роторными плугами). Вследствие того, что реакции почвы от воздействия активных рабочих органов направлены в сторону движения агрегата, обработка почвы роторным плугом требует значительно меньших затрат энергии, чем лемешным. В Амурской области имеется опыт использования роторных плугов при заделке в верхний (0-0,15 м) слой почвы органической массы, находящейся на поверхности поля: сидеральных растений, стерни и пожнивных остатков [1].Однако существующим конструкциям этих почвообрабатывающих машин присущи следующие недостатки:
- значительное толкающее усилие ротора, порой превосходящее суммарную силу сопротивления агрегата, создает предпосылки к возникновению паразитной мощности в трансмиссии трактора;
- вследствие того, что ротор машины установлен под определенным углом атаки, при проведении почвообработки возникают трудности в обеспечении прямолинейности хода машинно-тракторного агрегата.
В процессе исследований конструкций машин с активными рабочими органами выдвинута научная гипотеза: для повышения качества обработки почвы и улучшения эксплуатационно-технологических показателей работы почвообрабатывающего агрегата целесообразно использовать комбинированные машины, оборудованные как активными рабочими органами - вырезными сферическими дисками, так и пассивными рабочими органами - почвоуглубителями.
На основании анализа взаимосвязей между конструктивными параметрами сферических почвообрабатывающих дисков и
размерами элементов профиля дна обрабатываемой поверхности [2] построен график зависимости высоты гребня дна борозды от
0,4
0,35
0,3
2 0-25
I
а.
о
« 0,2 53
Ю 0,15 О.
Л
со
0,05
угла атаки почвообрабатывающего ротора и расстояния между сферическими дисками (рис. 1).
А \
ч 1 ^ч
— 1
-при Ь =0 15 При 6=0,1? и ■г*5» Ь=0,19 и
■ и
■ Г1рн Ь=0,23 1л
15 18 21 24 27 30 33 36 39 Угол атаки рабочих органов, град
Рис. 1. График зависимости высоты гребня дна борозды от угла атаки ротора а и расстояния между дисками Ь
Из графика видно, что при диаметре сферического диска Б = 0,66 м и расстоянии между дисками Ь = 0,23 м полное подрезание сидеральных растений и стерни и их заделка в слой почвы 0-0,15 м обеспечивается при установке угла атаки ротора а > 23°.
Для определения условий курсовой устойчивости агрегата рассмотрена схема сил и реакций, действующих на трактор при работе с роторным плугом, движущийся прямолинейно с постоянной скоростью в неподвижной системе координат ХОУ (рис. 2).
Рис. 2. Схема стабилизации устойчивости МТА
Проведенные теоретические исследования [3] позволили определить величину глубины установки пассивных рабочих органов-почвоуглубителей, обеспечивающую курсовую устойчивость агрегата:
¿о,
AF
Ъ
сж ип
и
q — I
кр
tg(a — 5) co s(a — S)
Из полученного выражения видно, что необходимая глубина установки пассивных рабочих органов зависит от разницы тягового сопротивления и развиваемой роторным плугом движущей силы (ДF), ширины стойки почвоуглубителя (Ъп), физико-механических свойств почвы (асж) и конструктивных параметров роторного плуга: места установки почвоуглубителей (1л), угла атаки ротора (а) и положения центра масс роторного плуга и трактора (ц и 1кр).
Известно, что с увеличением твердости почвы и её связанности увеличивается усилие на деформацию почвенного пла-ста.Для сохранения качества обработки
почвы следует увеличить показатель кинематического режима X. Из анализа результатов проведенных испытаний роторных плугов [4] установлено, что для почв твердостью 0,4-0,8 МПа значение показателя X находится в пределах 1,4 -2,5, для тяжелых почв твердостью 0,9 -1,4 МПА, X=4-5. Теоретически определено, что для обеспечения необходимых значений показателя кинематического режима при работе роторного плуга в диапазоне скоростей 2,2 -3,3 м/с на тяжелых почвах, частота вращения ротора должна составлять Пр=160-240 об/мин.
Для оптимизации работы машинно-тракторного агрегата в ФГБНУ Даль-НИИМЭСХ разработана конструкция модернизированного роторного плуга[5] с активными (ротор, имеющий привод от ВОМ трактора) и пассивными рабочими органами-почвоуглубителями, располагающимися впереди ротора по ходу движения агрегата (рис. 3).
Рис. 3. Экспериментальный образец модернизированного роторного плуга: 1, 2 - почвоуглубители; 3 - ротор
Полевые исследования модернизированного роторного плуга шириной захвата 2,4 м, агрегатируемого с трактором тягового класса 1,4 и оснащенного активными и пассивными рабочими органами,проводили в Тамбовском и Благовещенском районах Амурской области при глубине обработки ротором Лр=0,15 м и угле атаки сферических дисков ротора а=24°.
Тяговыми испытаниями установлено [6], что максимальный тяговый КПД трактор развивает в диапазоне рабочих скоростей от 2,8 до 3,1 м/с при буксовании движителя от 10 до 15%, что соответствует агротехническим требованиям к обработке почвы ротационными рабочими органами и допустимому буксованию колесного трактора 4К2. Результаты эксперимента по определению величины заглубления пассивных рабочих органов представлены на рисунке 4.
55
-- 50
45
■10
35
30
¿5
20
15
^ Ю
>
у -Я 24 1 ш: X : ЩШ
О
V < к
у = -792гЙбх" ■+ а,5* -1- 44,107
¡\ \
Г-ч. Т
у = -742,86х1 + 4х + 35,857
\ .г
II
1 \ \ V 1 \ \
у = -671,43я; + 2,7143x4 27,214 \
1 \ 1 ^ \ \
\ ч V \\
\\ д\
□ Ур-2,18М/С Л Ур=2г52м/с
О Уе>=3,27М/С
0,05 0,1 ОД 5 0.2 0,25
Величина установки почвсу глу бптсл ш, м
0,3
Рис. 4. График зависимости угла отклонения МТА от величины заглубления пассивных рабочих органов
Анализ полученных зависимости показывает, что установка на роторный плуг почвоуглубителей шириной Ьп = 0,16 м на глубину ^п=0,25 м обеспечивает прямолинейное движение МТА на лугово-чернозе-мовидных почвах в диапазоне рабочих скоростей 2,2-3,3 м/с. Угол отклонения агрегата от прямолинейности не превышает 5°.
Проведенная производственная
проверка выявила, что модернизированный роторный плуг качественно осуществляет процесс почвообработки с одновременной заделкой органической массы растительных остатков (рис. 5).
Рис.5. Производственная проверка модернизированного роторного плуга
Рабочие органы машины обеспечивают полное подрезание растений, гребнистость поверхности не превышает 5 см. Производительность почвообрабатывающего агрегата за час основного времени составила 2,1 га при средней скорости движения 2,6 м/с и удельном расходе топлива 8,5 кг/га.
Результаты проведенных исследований использованы при выполнении государственного контракта с министерством сельского хозяйства (МСХ) Амурской области:
«Разработка конструкторской документации роторного плуга для агрегатирования с тракторами тяговых классов 14-20 кН, оснащенными валом отбора мощности». Разработанная в рамках государственного контракта конструкторская документация решением МСХ Амурской области передана на Шимановский машиностроительный завод АО ПО «Кранспецбурмаш» для мелкосерийного производства модернизированных роторных плугов.
Список литературы
1. Сюмак, А.В. Повышение эффективности возделывания сои и зерновых культур в системе биологического земледелия /А.В. Сюмак, В.А. Тильба, С.М. Доценко // Научная монография. - Благовещенск: Изд-во «Зея», 2012. - 260 с.
2. Босой, Е.С. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин / Е.С. Босой [и др.]. -М.: Машиностроение, 1978. - 568 с.
3. Демко, А.Н. Повышение эффективности использования почвообрабатывающего агрегата на базе колесного трактора тягового класса 1,4 в технологии биологического земледелия / А.Н. Демко, Г.И. Орехов, А.Н. Панасюк // Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственных культур: Сб. науч. статей. - Благовещенск: ФГБНУ ДальНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2017. - С. 95-108.
4. Орехов, Г.И. Технологическая схема почвообрабатывающего орудия для заделки сидерата / Г.И.Орехов, А.А.Цыбань // Дальневосточный аграрный вестник - 2017. - № 3. - С. 191-199.
5. Ротор почвообрабатывающий навесной: пат. 2581666 Российская Федерация: МПК A01B7/00; A01B5/00 / М. В. Канделя, А. Н. Панасюк, П. А. Шилько, Е. Г. Пономарев, Г. И. Орехов: заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дальневосточный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ ДальНИИМЭСХ). - опубл. 20.04.2016.
6. Панасюк, А.Н. Оптимальный режим работы роторного плуга. / А.Н. Панасюк, Г.И. Орехов, А.Н. Демко // Сельский механизатор. - 2011. - № 6. - С. 8-9.
Reference
1. Syumak, A.V., Til'ba, V.A., Dotsenko, S.M. Povyshenie effektivnosti vozdelyvaniya soi i zernovykh kul'tur v sisteme biologicheskogo zemledeliya (Enhancement of the Efficiency of Soya and Cereals-Growing), Nauchnaya monografiya, Blagoveshchensk, Izd-vo «Zeya», 2012, 260 p.
2. Bosoi, E.S. Teoriya, konstruktsiya i raschet sel'skokhozyaistvennykh mashin (Theory, Design and Agricultural Machinery Calculations), E.S. Bosoi [i dr.], M., Mashinostroenie, 1978, 568 p.
3. Demko, A.N., Orekhov, G.I., Panasyuk, A.N. Povyshenie effektivnosti ispol'zovaniya pochvoobrabatyvayushchego agregata na baze kolesnogo traktora tyagovogo klassa 1,4 v tekhnologii biologicheskogo zemledeliya (Enhancement of Efficiency of Cultivating Unit Designed on Basis of Wheeled Tractor of Tractive Class 1,4 in Biological Agriculture Technology), Sovremennye tekhnologii proizvodstva i pere-rabotki sel'skokhozyaistvennykh kul'tur, sb. nauch. Statei, Blagoveshchensk, FGBNU DalNIIMESKh Ros-sel'khozakademii, 2017, PP. 95-108.
4. Orekhov, G.I., Tsyban', A.A. Tekhnologicheskaya skhema pochvoobrabatyvayushchego orudiya dlya zadelki siderata (Flowsheet of Cultivating Implement Designed for Sideration), Dal'nevostochnyi agrarnyi vestnik, 2017, No 3, PP. 191-199.
5. Rotor pochvoobrabatyvayushchii navesnoi: pat. 2581666 Rossiiskaya Federatsiya (Mounted Cultivating Rotor: Pat.2581666 Russian Federation),
MPK A01B7/00, A01B5/00, M. V. Kandelya, A. N. Panasyuk, P. A. Shil'ko, E. G. Ponomarev, G. I. Orekhov, zayavitel' i patentoobladatel' Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe nauchnoe uchrezhdenie «Dal'nevostochnyi nauchno-issledovatel'skii institut mekhanizatsii i elektrifikatsii sel'skogo khozyaistva» (FGBNU Dal'NIIMESKh), opubl. 20.04.2016.
6. Panasyuk, A.N., Orekhov, G.I., Demko, A.N. Optimal'nyi rezhim raboty rotornogo pluga (Best Performance of Rotary Plough), Sel'skii mekhanizator, 2011, No 6, PP. 8-9.
