Определение энергетических показателей лесного дискового плуга в лабораторных условиях Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 630*237.1:631.312.87

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛЕСНОГО ДИСКОВОГО

ПЛУГА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ М.В. Драпалюк, В.Н. Коротких

ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», michael1@yandex.ru

Представлены результаты экспериментальных исследований, оценки энергетических показателей работы комбинированного лесного дискового плуга с гидроприводом.

Ключевые слова: лесной дисковый плуг, энергетические показатели, гидропривод, лабораторная установка, опыт.

В процессе лабораторных исследований получены осциллограммы тягового усилия плуга. Тяговое усилие измеряется тензо-датчиком. Сигналы от датчиков подаются через модули аналогового ввода-

Лесщехн

а> с;

О)

Ё

о а. с= о о-а>

0

01 £ с;

вывода ADAM-4017 и ADAM-4016 на преобразователь интерфейса RS-232/RS-485-ADAM-4520 и далее обрабатываются ЭВМ. Результаты обработки сигналов показаны на рис. 1.

4 5

Бремя, сек

10

Рис. 1. Тяговое сопротивление дискового плуга

Изменение давления в подводящей гидромагистрали отслеживается датчиком давления, сигналы которого подаются через модули аналогового ввода-вывода -

ADAM-4017 и ADAM-4016, на преобразователь интерфейса RS-232/RS-485 -ADAM-4520 и далее обрабатываются ЭВМ и выражаются графически (рис. 2 и 3).

при принудительном вращении с отвалом

I- 4

и 4

I з

5 2

X 2

<и 1

¡3 01Л1Л1ЛГ01Л1Л1Л1£11Л1Л1ЛСП1Л1Л1Л

5

0

Рис. 2. Давление жидкости в гидромоторе при принудительном вращении диска,

оснащенного отвалом

с при принудительном вращении без отвала

5 5 Ь А 1

и ч о ас 3 1 1

1 1 1 и Г

X 2 *л »А/^Аа 1 к тГи 1 и Д11 А_1 и ДА

1 з; -г 1

давле» с 0 0,0325 0,065 0,0975 0,13 0,1625 0,195 0,2275 0,26 0,2925 0,325 0,3575 0,39 0,4225 0,455 0,4875

Рис. 3. Давление жидкости в гидромоторе при принудительном вращении диска

без оснащения отвала

При обработке экспериментальных

тгзамеров тягового ^усилия плуга» получены Лесотехнический журнал-'ШОН

зависимости мощности мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга и N - мощность, затрачиваемая на вращение диска плуга от установки углов атаки а, которые представлены на рис. 4 [2].

входе в гидродвигатель).

Мощность определялась по формуле

Мн=ОнРн,

где QH - номинальная подача насоса (для гидродвигателя - номинальный расход рабочей жидкости),

Рн - номинальное давление на выходе из насоса (для гидродвигателя - номинальное давление рабочей жидкости на

N кВт 5

4

3

2

1

0

4

20 30 40 50 а, град

1 - мощность с отвалом; 2 - мощность без отвала; 3 - мощность с отвалом;

4 - мощность Щ без отвала Рис. 4. Зависимости мощности N дискового корпуса от угла атаки а

Из рис. 4 видно, что эти зависимости имеют линейный характер. Мощность затрачиваемая на поступательное движение дискового плуга с отвалом, изменяется в пределах от 1,8 кВт до 4,9 кВт, при изменении углов атаки а от 25° до 55°. Мощность N11 дискового плуга, не оборудованного отвалом, изменяется в пределах от 1,8 до 4,5 кВт, при изменении углов атаки а от 25° до 55°.

Это говорит о том, что при поступательном движении плуга, оснащенного отвалом, мощность затрачивается больше на 0,4 кВт. Мощность ^ дискового плуга, оборудованного отвалом, и без отвала, затрачиваемая на вращательное движение дискового рабочего органа имеет линейный видЛесотрхнид[щсКихкжУ1£раЛ)1и2011 почти не отличаются друг от друга и изменяются от 1 до 1,9 кВт при а от 25 до 55°, следовательно отвал при принудительном вращении играет не существенную роль в обороте пласта. При сравнивании мощностей N11 и ^ рис. 4 можно сказать, что затраты общей мощности N, кВт, при а=25°

в среднем увеличивается с 1 кВт при мощности N11 до 1,8 кВт при мощности а при а=55° мощность N, кВт возрастает с 1,9 до 4,7 кВт. Из разницы мощностей затрачиваемых на движение дискового рабочего органа можно сделать вывод, что энергетические показатели, затрачиваемые на движение комбинированного дискового корпуса плуга, значительно меньше при вращении дискового орудия гидромотором. Даже при оснащении дискового корпуса отвалом мощность незначительно возрастает [1].

В результате лабораторных исследований получены экспериментальные зависимости мощности дискового плуга, затрачиваемой на поступательное движение корпуса плуга N11, оснащенного отвалом (зависимость 1); мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга, не оборудованного отвалом (кривая 2) от угла атаки а дискового плуга без гидропривода.

Зависимости мощности N, кВт от угла наклона диска в, которые имеют линей-

ный характер, показаны на рис. 5.

N кВт 4321 0-

10

4

15

20 в, град

1 - мощность N11 с отвалом; 2 - мощность N11 без отвала; 3 - мощность ^ с отвалом;

4 - мощность ^ без отвала Рис. 5. Зависимость мощности дискового плуга от угла наклона диска

Мощность Nп (зависимость 1) при дисковом корпусе, оборудованного отвалом, затрачиваемая на поступательное движение дискового плуга снижается от 4,5 кВт до 3 кВт при изменении углов наклона диска от 5...20°. Мощность N1, кВт (зависимость 2) дискового плуга без отвала немного меньше и при угле наклона 5° составляет N=3,2 кВт, при увеличении угла в до 20° она постепенно снижается до 2,9 кВт. Из графиков 1 и 2 видно, что мощность N1, кВт при оснащении дискового плуга отвалом незначительно возрастает на всем протяжении угла наклона в от 5 до 20°, в среднем 0,7 кВт, но при увеличении

угла в мощность практически не одинаковая. При принудительном вращении дискового рабочего органа мощность кВт, (зависимость 3), затрачиваемая на вращательное движение дискового рабочего органа, практически не изменяется на промежутке от 5° до 20°, даже нет различия оснащен он отвалом либо нет (зависимость 3, 4), но существенно отличается от N1, кВт. При обработке почвы глубина играет значительную роль и сказывается на энергозатратах, которые несет агрегат в процессе образования борозды. На рис. 6 такие зависимости представлены в виде графического отображения.

Лесотехнический журнал 1/2011

0 0,0

0,1

0,2

0,3

4

а, м

1 - мощность #П, с отвалом; 2 - мощность #П, без отвала; 3 - мощность N с отвалом;

4 - мощность #В, без отвала Рис. 6. Зависимость мощности дискового плуга от глубины обработки почвы

Дисковый рабочий орган при свободном вращении и оснащении отвалом (кривая 1) #П, кВт, несет самые большие энергозатраты, они возрастают от 0.30 кВт при увеличении глубины обработки почвы от 0,05.0,35 м. Немного меньше энергозатрат #П, кВт, несет агрегат при свободном вращении дискового органа, не оснащенного отвалом (кривая 2). На промежутке от 0,05.0,35 м энергозатраты возрастают от 0.16,5 кВт. Большое различие в энергозатратах наблюдается при сравнивании свободного вращения (зависимость 1,2) и принудительного вращения дискового рабочего органа (зависимость 3,4), которые на промежутке от 0,05.0,35 м возрастают от 0.7 кВт, практически в 3 раза меньше, чем при свободном вращении диска. Незначительные энергозатраты несет агрегат при принудительном вращении дискового рабочего органа от гидромотора между дисковым плугом, оснащенным от-

валом (зависимость 3) и без него (зависимость 2), который на промежутке от 0,25.1,75 м/с не изменяется и составляет 1,8 кВт.

При увеличении скорости агрегата энергетические показатели существенно видоизменяются (эти зависимости представлены на рис. 7), они имеют почти линейный вид и возрастающий характер. Мощность #П, кВт, затрачиваемая на поступательное движение дискового плуга, оснащенного отвалом (зависимость 1) и без отвала (зависимость 2), стремительно растет от 1 до 20 кВт при увеличении скорости агрегата V от 0,27 до 1,7 м/с. Мощность #В, затрачиваемая на вращательное движение дискового рабочего органа, оснащенного отвалом (зависимость 3) и без отвала (зависимость 4), имеет линейный вид и остается неизменной на всем протяжении участка 0,27 до 1,7 м/с и составляет N=2 кВт.

N кВт 20

15

10

5 -

4

0 ^—

0,0 0,5 1,0 1,5 V, м/с

1 - мощность с отвалом; 2 - мощность без отвала; 3 - мощность N с отвалом;

4 - мощность N без отвала Рис. 7. Зависимость мощности дискового корпуса от скорости движения тележки

При формировании борозды дисковым плугом, не малую роль влияния на его энергетические затраты показатели параметры установки отвала, которые, представлены на (рис. 8). Зависимости -мощности, затрачиваемой на поступательное движение плуга оснащенного отвалом от угла поперечной установки, представлены графически виде (кривой 1). При увеличении поперечного угла ао от 20.70° мощность значительно падает

N кВт

6

4

2

0

от 7,5.3,2 кВт, это происходит лишь по той причине, что дисковый плуг, при такой компоновке отвала не задевает гребень, а почвенный пласт при наползании на отвал скользит по гладкой винтовой поверхности отвала и ровно укладывает вдоль образуемой борозды. При увеличении поперечного угла отвала от 20 до 40° мощность #В, затрачиваемая на вращение диска плуга, оснащенного отвалом, снижается от 2,5 до 1,5 кВт.

2

20

40

60

ап

.о, град

1 - мощность с отвалом; 2 - мощность N с отвалом Рис. 8. Зависимость мощности N дискового корпуса от поперечного

угла ао установки отвала

1

Зависимость мощности N от продольного угла в0 установки отвала представлена на рис. 9. Зависимость ^ снижается от 3,7 до 2,8 кВт на промежутке в0 от -30 до -15°, затем немного возрастает с 2.8

N, кВт 4

3

2-

до 3 кВт на промежутке во от -15 до -10°. Зависимость ^ на промежутке в0 от -30 до -10° находится практически без изменения около 1,4 кВт.

2

0

-30

-20

-10 во, град

1 - мощность ^ с отвалом; 2 - мощность ^ с отвалом Рис. 9. Зависимость мощности N дискового корпуса от продольного

угла в0 установки отвала

Еще одним важным параметром, влияющим на энергетические показатели работы дискового корпуса, является высо-

N кВт 6

4 20

-0,3

та установки отвала ко. Зависимости мощности N кВт от высота установки отвала ко представлена на рис. 10.

-0,2

2

-0,1 ко, м

1 - мощность с отвалом; 2 - мощность ^ с отвалом Рис. 10. Зависимость мощности N дискового корпуса от высоты установки отвала ко

1

1

1

Кривая ^ на промежутке высоты установки отвала ^ от -0,3 до -0,1 м плавно падает от 6 до 3 кВт. Кривая N прямолинейна и равняется 1,7 кВт на всем промежутке ^ от -0,3 до -0,1.

Получение экспериментальных данных закономерностей взаимодействия рабочего органа дискового плуга с почвой, позволяет оценить качественные показатели дискового рабочего органа плуга с различными угловыми параметрами.

Принудительное вращение диска приводит к облегчению поступательного перемещения плуга (на 15 %) и ускорению схода пласта с диска при незначительном увеличении энергозатрат (на 1,43 кВт).

Оснащение плуга отвалом приводит к незначительным энергозатратам, затраты мощности увеличиваются всего на 8,6 %.

Библиографический список

1. Коротких В.Н. Дочкин Р.М., Балобанов С.А. Динамика гидропривода рабочего органа лесного дискового плуга // Лес. Наука. Молодежь - 2008: Сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2007-2008 гг. / ВГЛТА. Воронеж, 2008. С. 100-103.

2. Попиков П.И. Применение гидропривода в лесохозяйственных машинах // Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса: Материалы МНПК / ВГЛТА. Воронеж, 1998. С. 217-218.