Научная статья на тему 'ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С УЧЕТОМ ИХ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ'

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С УЧЕТОМ ИХ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

CC BY
84
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
обработка почвы / потребная мощность / почвообрабатывающий агрегат / алгоритм / блок-схема алгоритма / комплектование агрегата / soil tillage / required power / tractor/tillage implement system / algorithm / block diagram / tillage unit completing

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Джабборов Н.И., Добринов А.В.

Компьютерное моделирование и проектирование энергоэффективных почвообрабатывающих рабочих органов и машин с учётом комплексного взаимодействия почвы и рабочих органов в процессе её обработки является актуальной задачей. Целью исследований является разработка математических моделей и алгоритма оптимального проектирования, учитывающие влияние физико-механических характеристик почвы и конструктивных параметров на потребную мощность почвообрабатывающих машин. Объектами исследований являются почвообрабатывающие машины. Предметом исследований являлись математические модели, позволяющие прогнозировать значения тягового сопротивления, коэффициента террадинамического сопротивления, скорости напора и потребной мощности почвообрабатывающих агрегатов в различных условиях их функционирования. При проведении исследований применялись методы математического моделирования, анализ и обобщение теоретических и расчётных данных. Научную новизну работы составляют математические модели и обобщенный алгоритм и блок-схема алгоритма для разработки компьютерной программы оптимального проектирования почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности. В статье дан краткий анализ исследований, посвященных определению закономерностей изменения тягового сопротивления, показателей качества обработки почвы различными приёмами и способами, их взаимосвязи, проектированию почвообрабатывающих машин с учетом различных факторов, влияющих на показатели и эффективности. Приведена разработанная авторами номограмма, для определения твердости почвы в английской, метрической и технической системах, при её измерении пенетрометром DICKEY-john. Разработанный алгоритм и его структурная блок-схема позволяет в дальнейшем разработать компьютерную программу для автоматизированного оптимального проектирования почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Джабборов Н.И., Добринов А.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMAL DESIGNING OF TILLAGE MACHINES WITH DUE ACCOUNT FOR THEIR REQUIRED POWER

A current important scientific task is the computer modelling and designing of energy-efficient tillage tools and machines considering an integrated soil-tool interaction during the tillage. The research aim was to create mathematical models and an algorithm for optimal designing of tillage machines with due account for the effect of soil physical and mechanical characteristics and design parameters on the machines' required power. The research object was tillage machines. The research subject was mathematical models, which allowed forecasting the traction resistance, the coefficient of terradynamic resistance, the head speed and the required power of tillage machines under different operating conditions. The research applied the methods of mathematical modelling, analysis and generalisation of theoretical and calculated data. The scientific novelty of the research was manifested by the mathematical models, a generalised algorithm and a block diagram of the algorithm for developing a computer programme for the optimal designing of tillage machines considering their required power. The article provides a brief analysis of studies on determining the variation patterns of traction resistance, quality indicators of soil tillage by various techniques and methods, their relationship, the designing of tillage machines considering various factors affecting their performance. The article presents a developed nomogram for determining the soil penetration index in English, metric and technical systems when measured with a DICKEY-john soil compaction tester (penetrometer). The developed algorithm and its structural block diagram allow the creation in the future of a computer programme for automated optimal designing of tillage machines considering their required power.

Текст научной работы на тему «ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С УЧЕТОМ ИХ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ»

ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

УДК 631.311

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С

УЧЕТОМ ИХ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ

Джабборов Н.И., д-р техн. наук; Добринов А.В., канд. техн. наук

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

Компьютерное моделирование и проектирование энергоэффективных почвообрабатывающих рабочих органов и машин с учётом комплексного взаимодействия почвы и рабочих органов в процессе её обработки является актуальной задачей. Целью исследований является разработка математических моделей и алгоритма оптимального проектирования, учитывающие влияние физико-механических характеристик почвы и конструктивных параметров на потребную мощность почвообрабатывающих машин. Объектами исследований являются почвообрабатывающие машины. Предметом исследований являлись математические модели, позволяющие прогнозировать значения тягового сопротивления, коэффициента террадинамического сопротивления, скорости напора и потребной мощности почвообрабатывающих агрегатов в различных условиях их функционирования. При проведении исследований применялись методы математического моделирования, анализ и обобщение теоретических и расчётных данных. Научную новизну работы составляют математические модели и обобщенный алгоритм и блок-схема алгоритма для разработки компьютерной программы оптимального проектирования почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности. В статье дан краткий анализ исследований, посвященных определению закономерностей изменения тягового сопротивления, показателей качества обработки почвы различными приёмами и способами, их взаимосвязи, проектированию почвообрабатывающих машин с учетом различных факторов, влияющих на показатели и эффективности. Приведена разработанная авторами номограмма, для определения твердости почвы в английской, метрической и технической системах, при её измерении пенетрометром DICKEY-john. Разработанный алгоритм и его структурная блок-схема позволяет в дальнейшем разработать компьютерную программу для автоматизированного оптимального проектирования почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности.

Ключевые слова: обработка почвы, потребная мощность, почвообрабатывающий агрегат, алгоритм, блок-схема алгоритма, комплектование агрегата.

Для цитирования: Джабборов Н.И.,Добринов А.В. Оптимальное проектирование почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности // АгроЭкоИнженерия. 2021. №1(106). С.50-62

OPTIMAL DESIGNING OF TILLAGE MACHINES WITH DUE ACCOUNT FOR THEIR

REQUIRED POWER

N.I. Dzhabborov, DSc (Engineering), A.V. Dobrinov, Cand. Sc. (Engineering)

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

A current important scientific task is the computer modelling and designing of energy-efficient tillage tools and machines considering an integrated soil-tool interaction during the tillage. The research aim was to create mathematical models and an algorithm for optimal designing of tillage machines with due account for the effect of soil physical and mechanical characteristics and design parameters on the machines' required power. The research object was tillage machines. The research subject was mathematical models, which allowed forecasting the traction resistance, the coefficient of terradynamic resistance, the head speed and the required power of tillage machines under different operating conditions. The research applied the methods of mathematical modelling, analysis and generalisation of theoretical and calculated data. The scientific novelty of the research was manifested by the mathematical models, a generalised algorithm and a block diagram of the algorithm for developing a computer programme for the optimal designing of tillage machines considering their required power. The article provides a brief analysis of studies on determining the variation patterns of traction resistance, quality indicators of soil tillage by various techniques and methods, their relationship, the designing of tillage machines considering various factors affecting their performance. The article presents a developed nomogram for determining the soil penetration index in English, metric and technical systems when measured with a DICKEY-john soil compaction tester (penetrometer). The developed algorithm and its structural block diagram allow the creation in the future of a computer programme for automated optimal designing of tillage machines considering their required power.

Key words: soil tillage, required power, tractor/tillage implement system, algorithm, block diagram, tillage unit completing.

For citation: Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V. Optimal designing of tillage machines with due account for their required power. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 1(106): 50-62. (In Russian)

Введение

При проектировании

сельскохозяйственных машин, в том числе и почвообрабатывающих, первоначально

производят расчеты по обоснованию потребной их мощности для выполнения технологических операций. При решении вопросов комплектования и агрегатирования в основу берется среднее значение тяговой мощности и тяговый класс трактора.

Вопросы обоснования оптимальных параметров машинно-тракторных агрегатов, в том числе и почвообрабатывающих, возникают на стадии их проектирования, выбора состава и форм организации работ. В зависимости от того, какие параметры являются наиболее важными, под

оптимальными параметрами подразумевают такие, которые обеспечивают минимум денежных и энергетических затрат, максимум производительности и высокое качество работы.

Оптимальные значения

эксплуатационных показателей служат основой и ориентиром для создания почвообрабатывающих машин, которые должны обеспечить оптимальную загрузку тракторов и двигателей.

Раньше конструкторов в основном интересовали различные методы создания машин с целью снижения материалоемкости, энергоемкости и себестоимости машин, а вопросы

улучшения показателей

эффективности (КПД, производительность агрегата, рационального агрегатирования, эргономики, дизайн и т.д.) практически мало рассматривались.

В процессе проектирования основной характеристикой создаваемых агрегатов является высокий уровень неопределенности эксплуатационных показателей в реальных условиях их использования. Формулировка окончательной цели и достижения эффекта от процесса проектирования невозможна без ясного прогноза основных оценочных показателей агрегатов.

Как известно, на значение потребной мощности почвообрабатывающих машин существенное влияние оказывают физико-механические характеристики почвы, коэффициенты сопротивления качению и сцепления и другие факторы.

Диапазон изменения потребной мощности почвообрабатывающей машины и тяговой мощности трактора колеблется в широких пределах.

Для оценки рационального комплектования и энергоэффективности различных сельскохозяйственных агрегатов целесообразно определить их тягово-мощностные показатели. На стадии проектирования и создание

экспериментальных образцов

почвообрабатывающих машин

первоначально обосновываются материалы для изготовления различных деталей, конструктивно-технологические параметры, устанавливаются, расчётным или

экспериментальным методом, тяговое сопротивление рабочих органов и машин, показатели эксплуатационно-

технологической оценки [1].

Авторами работы [2] предложена конструкция комбинированной

почвообрабатывающей машины и обоснованы её технологические параметры, удельные затраты на выполнение обработки почвы. Ими установлено, что разрушение предварительно напряжённого пласта почвы

за счёт растягивающих напряжений, обусловленных взаиморасположением

рабочих органов и взаимосвязью режимов работы машин, способствует снижению энергоемкости процесса почвообработки.

Теоретически и экспериментально доказано, что адаптация трактора к природно-производственным условиям

достигается при оптимальных значениях его удельной энергоемкости, которым соответствуют рациональные интервалы изменения массы и энергетических параметров для разных групп родственных операций основной обработки почвы [3].

Сформулированы пути повышения эффективности энергетической подсистемы рыхления почвы. Системный подход к анализу процесса рыхления позволил установить энергетические,

технологические, конструкционные

факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность и безопасность процесса. Подчёркнуто, что технологические параметры режимов работы, скорость и глубину хода можно изменять в ограниченных взаимообусловленных

пределах [4].

Установлено, что для улучшения качественных показателей при

поверхностной обработке почвы необходимо применять разнонаправленное, стесненное или концентрированное воздействие, используя инновационные технические решения почвообрабатывающих рабочих органов. В результате обеспечивается стабилизация глубины обработки, исключается вынос влажной почвы на поверхность, повышается

производительность и снижаются

энергозатраты [5].

С целью формирования значительных запасов влаги в почве и создания разветвленной сети капиллярных каналов основную обработку в осенний период необходимо выполнять рыхлительными рабочими органами без оборота пласта на глубину 25-35 см и более в зависимости от

степени уплотнения почвы в период

сельскохозяйственной культуры. Для гарантированного разрушения «плужной подошвы» и разуплотнения почв необходимо регулярно, раз в 3-4 года, выполнять рыхление почвы чизельными

культиваторами-глубокорыхлителями на глубину 45-55 см в зависимости от места расположения переуплотненного слоя. Для снижения числа проходов

сельскохозяйственных агрегатов и затрат времени на выполнение весенне-полевых работ, предпосевную обработку почвы осуществляют за один проход почвообрабатывающей машины или совмещают обработку почвы с посевом (посадкой). Выбор типа машин для проведения предпосевной обработки почвы во многом зависит от типа почв и вида возделываемой культуры [6]. В статье [7] рассмотрено модульное комплектование машинно-тракторного

агрегата на базе трактора тягово-энергетической концепции. Приведены конструктивно-технологические схемы

технологического модуля для тракторов тягового класса 1,4. На технологическом модуле устанавливаются навесные системы для агрегатирования сельскохозяйственных машин в полевых условиях. В результате обзора известных модульных

энерготехнологических средств выявлено отсутствие практических вариантов конструкции и результатов исследований по составлению МТА модульного принципа для тракторов тягового класса 1,4.

В исследовании [8] рассмотрено модульное комплектование машинно-тракторного агрегата на базе трактора тягово-энергетической концепции.

Изложены конструктивно-технологические схемы технологического модуля для тракторов тягового класса 1,4. В результате обзора известных модульных

энерготехнологических средств выявлено отсутствие практических вариантов конструкции и результатов исследований по

возделывания предшествующей

составлению МТА модульного принципа для тракторов тягового класса 1,4. На технологическом модуле устанавливаются навесные системы для агрегатирования сельскохозяйственных машин в полевых условиях.

Разработаны оперативные методы определения динамических и топливно-экономических показателей двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин, основанные на анализе параметров переходных (динамических) режимов разгона при мгновенном увеличении подачи топлива [9]. В результате исследований представлены технические, аппаратные и программные средства, позволяющие фиксировать, обрабатывать и анализировать параметры переходных режимов разгона элементов МТА при мгновенном увеличении подачи топлива в эксплуатационных условиях.

Разработан измерительно-

вычислительный комплекс для определения динамических и топливно-экономических показателей МТА [10].

Авторами данной статьи разработаны методы оптимизации конструктивно-технологических параметров и режимов работы почвообрабатывающих агрегатов, принципы разработки эффективных почвообрабатывающих рабочих органов, основные критерии оценки их эффективности с отечественными и зарубежными аналогами [11-13].

Анализ источников показывает, что при работе трактора на транспорте загрузка двигателя по мощности составляет 45-60 %. Увеличение загрузки за счет повышения скоростей движения, как правило, ограничивается качеством дорог и условиями труда тракториста. Около 74 % сельскохозяйственных машин загружают двигатель на 34,5-87,5 %, средняя загрузка двигателя мощностью 59 кВт (80 л.с.) не превышает 61 %, а лишь 13 % машин загружают двигатель на 95 %. Колесный

трактор типа Т-150К из-за недогрузки двигателя по мощности перерасходует до

универсальные тракторы

используются на транспортных и близких к ним по характеру работах, 20 % - на подготовке почвы, междурядной обработке сельскохозяйственных культур, где реализуется тяга, близкая к номинальной загрузке [14].

Краткий анализ исследований показывает, что методика разработки энергоэффективных почвообрабатывающих машин требует совершенствования, так как применяемые в них модели не учитывают комплексное взаимодействие почвы и рабочих органов в процессе её обработки.

Материалы и методы

Целью исследований является разработка математических моделей и алгоритма оптимального проектирования, учитывающие влияние физико-механических характеристик почвы и конструктивных параметров на потребную мощность почвообрабатывающих машин.

Объектами исследований являются почвообрабатывающие машины.

Предметом исследований являлись математические модели, позволяющие прогнозировать значения тягового сопротивления, коэффициента

террадинамического сопротивления,

скорость напора и потребную мощность почвообрабатывающих агрегатов в различных условиях их функционирования.

При проведении исследований применялись методы математического моделирования на основе изучения физических процессов, протекающих в процессе обработки почвы, анализ и обобщение теоретических расчетов и экспериментальных данных.

Результаты и обсуждение

Тп — твердость почвы, кг/см2;

3000 кг топлива в год. Примерно 80 % времени

Анализ исследований, проведенных авторами показал, что при проектировании новых рабочих органов и машин для обработки почвы, необходимо разработать математические модели, которые содержат в себе значимые факторы, влияющие на тяговое сопротивление и их потребную мощность.

Такие математические модели могут комплексно оценить и прогнозировать значения тягового сопротивления, потребной мощности почвообрабатывающих машин и загрузку трактора, а также наиболее подходящий его тяговый класс.

В общем случае потребную мощность почвообрабатывающей машины можно определить по формуле:

К = * а' Ц,,

(1)

где тяговое сопротивление

почвообрабатывающей машины, кН;

рабочая скорость перемещения почвообрабатывающей машины, м/с.

С учётом характеристики почвы и конструктивных особенностей рабочих органов величину тягового сопротивления почвообрабатывающей машины можно определить из выражения:

Яа = С1-КЧ-Тп-У^ кН

(2)

где С = 0,0049 - поправочный коэффициент, зависящий от размерности твердости почвы Тп, скорости движения агрегата и площади фронтальной

проекции почвообрабатывающих рабочих органов ;

К — коэффициент

террадинамического сопротивления

почвообрабатывающей машины,

учитывающий обтекаемость рабочих органов и зависит от формы, качества поверхности рабочего органа и твердости (плотности) почвы;

Ур — рабочая скорость

почвообрабатывающего агрегата, м/с;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

F * — суммарная активная

фронтальная площадь

почвообрабатывающих рабочих органов на заданной глубине обработки почвы, см .

С учётом выражений (1) и (2) потребная мощность почвообрабатывающей машины определяется по формуле:

Пп — Ср-Кд-Тп-У*-Г. кВт

(3)

Коэффициент террадинамического сопротивления почвообрабатывающей

машины определяется по формуле:

тта _ 2Да

А( — -;-,

Ап * р 1

(4)

Произведение ТП • Ур представляет собой

скорость напора (динамическое давление) на почвообрабатывающие рабочие органы.

Скорость напора это величина кинетической энергии, имеющая

размерность давления, можно представить отдельно в виде:

Рд — Тп- Ур2, кг/см2 (МПа)

(5)

На основании разработанных математических моделей был разработан алгоритм для разработки компьютерной программы оптимального проектирования почвообрабатывающих машин,

учитывающий их потребную мощность.

Алгоритм оптимального

проектирования почвообрабатывающих машин предусматривает:

1. Определение приёмов и способов обработки почвы. В зависимости от требований технологии уточняются:

- приемы обработки почвы (основная или поверхностная);

- способы обработки почвы (отвальная, безотвальная, минимальная, нулевая);

- виды обработки почвы (поверхностная, глубокая, сплошная, междурядная);

- технологические процессы обработки почвы (рыхление, оборачивание, крошение, уплотнение, перемещение, выравнивание, подрезание слоя, измельчение культурных и сорных растений, сохранение стерни, создание микрорельефа).

2. Определение физико-механических характеристик почвы. Твердость почвы Тп определяют почвенным твердомером в 30 и более местах, расположенных по диагонали участка. Твердомеры должны обеспечивать погрешность измерения не более 5 %. В процессе исследований почвообрабатывающих агрегатов нами снимались показания твердости почвы пенетрометром DICKEY-John. В дальнейшем снятые с индикатора пенетрометра показания необходимо перевести из английской системы мер (фунт - сил на квадратный дюйм, в техническую систему мер (кг/см2), затем в метрическую систему мер (МПа). Перевод осуществляется с помощью таблицы (таблица 1).

Таблица 1

Перевод из английской системы мер в техническую и метрическую систему мер

Английская система мер, ^ Техническая система мер, кг/см2 Метрическая система мер, МПа

0 - 200 0 - 14 0 - 1,4

200 - 300 14 - 21 1,4 - 2,1

300 - 500 21 - 35 2,1 - 3,5

Из-за значительного интервала между делениями шкалы пенетрометра возникают затруднения определения точного значения твердости почвы в технической и метрической системах. Анализируя цену деления шкалы пенетрометра и используя таблицу 1, нами разработана номограмма

(рис. 1) - представляющая собой графическую схему перевода данных из английской системы мер в метрическую и техническую. В связи с этим, облегчается перевод данных из одной системы мер в другую без применения математических выражений.

Рис. 1. Номограмма для определения твердости почвы в английской, метрической и

технической системах

3. Определение суммарной активной фронтальной площади рабочих органов почвообрабатывающей машины.

Активная фронтальная площадь Р*РО одного почвообрабатывающего рабочего органа определяется измерением параметров фронтальной её проекции. В зависимости от глубины обработки почвы значение активной фронтальной площади рабочего органа колеблется в определенных пределах.

4. Определение диапазона рабочих скоростей почвообрабатывающей машины. Рабочие скорости почвообрабатывающего агрегата должны

Далее, в зависимости от количества рабочих органов определяется суммарная активная фронтальная площадь рабочих органов F*почвообрабатывающей машины:

F* = про ■ Р*РО, см2

(6)

где р*РО — активная фронтальная площадь одного почвообрабатывающего рабочего органа;

Пр0 — количество рабочих органов в почвообрабатывающей машине.

обеспечить высокую производительность и качества обработки почвы, а также их энергоэффективность. Допустимые рабочие

скорости почвообрабатывающих агрегатов задаются агротехническими требованиями.

5. Определение тягового сопротивления /?я почвообрабатывающей машины. Тяговое сопротивление определяется по формуле (2) или по результатам энергооценки рабочих органов и машин.

6. Определение коэффициента террадинамического сопротивления К

почвообрабатывающей машины.

Коэффициент К определяется по формуле (4).

7. Определение удельного тягового сопротивления на единицу активной фронтальной площади Д^сг почвообрабатывающей машины. Удельное тяговое сопротивление на единицу активной фронтальной проекции рабочих органов машины определяется по формуле [16]:

К ий — К а /Р

(7)

суммарная активная фронтальная площадь почвообрабатывающих рабочих органов на заданной глубине обработки почвы, (см. формулу 6).

8. Выбор энергоэффективных рабочих органов. Выбор рабочих органов производится по трем критериям: минимум удельного тягового сопротивления на единицу активной суммарной фронтальной площади почвообрабатывающего рабочего органа, минимум коэффициента террадинамического сопротивления Кд почвообрабатывающего рабочего органа, оптимальные значения показателей качества обработки почвы (например, максимум степени рыхления, максимум степени уничтожения сорных растений, выравненности поля, минимум отклонения глубины обработки от заданной и т.д.).

9. Обоснование рациональной схемы расстановки рабочих органов. Рациональная схема расстановки и компоновки рабочих органов

обосновывается с учетом обеспечения агротехнических показателей оценки качества процесса, оптимальной загрузки двигателя в определенном диапазоне изменения рабочих скоростей, простоты и удобства ТО, устранения технических и технологических отказов в процессе выполнения полевых работ и сервисного обслуживания. При обосновании

рациональной схемы расстановки и компоновки рабочих органов необходимо учитывать условие равновесия

почвообрабатывающей машины. Условие равновесия машин обеспечивается при соблюдении соотношения массы

почвообрабатывающей машины, потребной мощности для ее эффективной работы, рабочей скорости ее движения.

10. Определение массы почвообрабатывающей машины с учётом расстановки и компоновки рабочих органов.

Установив предельные значения ширины захвата агрегата, определяют массу машины по формуле:

Мм = ЬЧм ,

(8)

где Ч м - удельная металлоемкость машины на 1 м ширины ее захвата, кг /м;

Ь — ширина захвата машины.

Расчеты показали, что удельная металлоемкость почвообрабатывающих машин для отвальной обработки почвы в среднем составляет 764,95 кг на 1 м ширины захвата. Для безотвальной, минимальной и нулевой обработки почвы, удельная металлоемкость машин составляет соответственно 377,88; 779,43 и 619,44 кг на 1 м ширины захвата.

11. Определение потребной мощности Ып почвообрабатывающей машины. Потребная мощность почвообрабатывающей машины Ып определяется по формуле (3).

12. Определение рациональных пределов изменения тяговой мощности трактора для эффективного

функционирования

почвообрабатывающего агрегата.

Диапазон номинальных тяговых усилий и тяговой мощности тракторов варьируется в достаточно широких пределах, так как они зависят от массы, тягово-мощностных характеристик, сцепных свойств,

характеристики ходовых систем и многих других факторов. При обосновании потребной мощности почвообрабатывающих машин необходимо обеспечить максимум коэффициента полезного действия (КПД) трактора путём оптимальной загрузки по тяговому усилию и тяговой мощности. В процессе проектирования

почвообрабатывающих машин в принципе можно использовать параметры и показатели, полученные при тяговых испытаниях тракторов на различных агрофонах и зонах земледелия. В тяговых характеристиках тракторов приводятся графические зависимости тяговой мощности, часового расхода топлива, удельного тягового расхода топлива, буксование

движителей на различных рабочих передачах и агрофонах.

13. Определение уровня

использования тяговой мощности трактора. Уровень использования тяговой мощности трактора определяется по формуле:

¿Ъ = Мп/Йг,

(9)

где Ып - потребная мощность почвообрабатывающей машины (3), кВт;

Й - максимальная тяговая мощность на заданном агрофоне, соответствующая максимальному КПД трактора, кВт.

Обычно, максимальная тяговая мощность по потенциальной тяговой характеристике соответствует номинальному значению тягового усилия, соответствующая тяговому классу трактора. Например, для трактора класса тяги 1,4 в качестве номинального значения тягового усилия можно выбрать 14 кН.

На рисунке 2 представлена обобщенная структурная блок-схема алгоритма оптимального проектирования почвообрабатывающих машин.

2

4

6

8

9

Начало

L

Ввод исходных данных >1 -

7

Контрольная печать ввода >1

Определение приёмов и способов обработки почвы

Определение физико-

механических характеристик почвы

>1

Определение суммарной активной фронтальной площади рабочих органов почвообрабатывающей машины

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Определение диапазона

рабочих скоростей почвообрабатывающей машины

Определение тягового

сопротивления Д„ почвообрабатывающей машины

Определение коэффициента террадинамического сопротивления К| почвообрабатывающей машины

10

Определение удельного тягового сопротивления на единицу активной фронтальной площади почвообрабатывающей машины

11 Выбор энергоэффективных рабочих органов

12 Обоснование рациональной схемы расстановки рабочих органов

■чЬ

13 Обоснование массы почвообрабатывающей машины с учетом расстановки и компоновки рабочих органов

*

14 Определение потребной мощности Л/п почвообрабатывающей машины

Определение рациональных пределов изменения тяговой

15 мощности трактора для эффективного функционирования почвообрабатывающего агрегата

*

16 Определение уровня использования тяговой мощности трактора

А^=0,85...1,0

17 Да

18 Конец

1

3

5

7

Рис. 2. Обобщенная структурная блок-схема алгоритма оптимального проектирования почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности

Разработанный алгоритм позволяет в дальнейшем разработать компьютерную программу для автоматизированного оптимального проектирования

почвообрабатывающих машин с учетом их потребной мощности.

Выводы

Разработаны математические модели, позволяющие произвести расчет и анализ

тягового сопротивления, коэффициента террадинамического сопротивления,

скорости напора, площади фронтальной проекции рабочих органов, потребной мощности почвообрабатывающих машин, а также уровня использования тяговой мощности трактора.

Разработана номограмма,

позволяющая перевести показания пенетрометра DICKEY-John для

определения твердости почвы с английской

системы мер в метрическую (МПа) и

техническую (кг/см ) системы.

Предложены алгоритм и его структурная блок-схема, позволяющие разработать компьютерную программу для автоматизированного проектирования

почвообрабатывающих машин,

обеспечивающих максимум коэффициента полезного действия трактора и энергоэффективность и качество

технологического процесса обработки почвы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Поликутин Н.Г., Теличкина Н.А. Теоретическое и экспериментальное определение тягового сопротивления тросово-каткового культиватора //Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 10. С. 10-12.

2. Лобачевский ЯП., Лискин И.В., Сидоров С.А., Миронов Д.А., Курбанов Р.К. Разработка и технология изготовления почвообрабатывающих рабочих органов //Сельскохозяйственные машины и технологии. 2016. № 4. С. 3-8.

3. Иванов А.С., Бай Р.Ф. Разработка и обоснование комбинированной почвообрабатывающей машины //Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (73). С. 146-148.

4. Селиванов Н.И., Матюшев В.В., Запрудский В.Н., Макеева Ю.Н. Рациональные типоразмеры колесных тракторов и агрегатов для зональных технологий почвообработки //Вестник Омского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (20). С. 84-89.

5. Казаков Ю.Ф. Анализ процесса рыхления почвы как системы //Вестник НГИЭИ. 2017. № 5 (72). С. 26-33.

6. Руденко Н.Е. Как эффективно воздействовать на почву при поверхностной обработке //Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 6. С. 3-8.

7. Калинин А.Б., Устроев А.А. Теоретические предпосылки и практические

приёмы рациональной системы обработки почвы в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур //Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 90. С. 70-78.

8. Сидоров М.В., Сидоров В.Н. Обоснование конструктивно-технологической схемы технологического модуля для тракторов тягового класса 1,4 //Актуальные научные исследования в современном мире. 2018. № 3-2 (35). С. 179-184.

9. Сидорова А.В., Сидоров М.В. Технологический модуль для тракторов тягового класса 1,4 // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2019), сборник статей XI Международной научно-технической конференции. 2019. С. 322-325.

10. Арженовский А.Г. Разработка и комплектование измерительно-вычислительного комплекса для определения динамических и топливно-экономических показателей МТА //Вестник аграрной науки Дона. 2018. № 2 (42). С. 2633.

11. Джабборов Н.И., Добринов А.В., Эвиев В.А., Джабборов П.Н. Оптимизация ширины захвата МТА на стадии проектирования //Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2008, № 10. с.30-31.

12. Джабборов Н.И., Добринов А.В., Дементьев А.М. Научные принципы прогнозирования эксплуатационных

показателей и расчет конструктивных параметров почвообрабатывающе-посевных агрегатов на стадиях проектирования и эксплуатации //Материалы 6-й

международной научно-практической

конференции «Экология и

сельскохозяйственная техника». 2009. Т. 1. С. 72-79.

13. Джабборов Н.И., Добринов А.В., Семенова Г.А. Определение энерготехнологических параметров почвообрабатывающих агрегатов // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, 2017, № 4 (49). С. 252-259.

14. Ксеневич И.П. Наземные тягово-транспортные системы: перспектива применения бортовых источников энергии с электрическим тяговым приводом // Приводная техника, 2000, № 2(24). С. 30-36.

REFERENCES

1. Polikutin N.G., Telechkina N.A. Teoreticheskoe i eksperimental'noe opredelenie tyagovogo soprotivleniya trosovo-kat'kovogo kul'tivatora [ Theoretical and experimental determination of tractive resistance of a rope and roller cultivator]. Traktory i selkhozmashiny. 2015. No. 10: 1012 (In Russian)

2.Lobachevskiy Ya.P., Liskin I.V., Sidorov S.A., Mironov D.A., Kurbanov R.K. Razrabotka i tekhnologiya izgotovleniya pochvoobrabatyvayushchikh rabochikh organov [Working out and production technique of soil cultivating working tools]. Sel'skokhozyaistvennye mashiny i tekhnologii. 2016. No. 4: 3-8. (In Russian)

3.Ivanov A.S., Bai R.F. Razrabotka i obosnovanie kombinirovannoi

pochvoobrabatyvayushchei mashiny

[Development and substantiation of the combined soil tillage machine]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2018. No. 5 (73): 146-148. (In Russian)

4.Selivanov N.I., Matyushev V.V., Zaprudnyi V.N., Makeeva Yu.N. Ratsional'nye tiporazmery kolesnykh traktorov i agregatov dlya zonal'nykh tekhnologii pochvoobrabotki [Rational dimension types of wheeled tractors and units for zonal tillage technologies]. Vestnik Omskogo gosudarstvennogo

agrarnogo universiteta. 2015. No. 4 (20): 8489. (In Russian)

5.Kazakov Yu.F. Analiz protsessa rykhleniya pochvy kak sistemy [Analysis of the process of loosening the soil as a system]. Vestnik NGIEI. 2017. No. 5 (72): 26-33. (In Russian)

6.Rudenko N.E. Kak effektivno vozdeistvovat' na pochvu pri poverkhnostnoi obrabotke [How to effectively influence the soil during surface treatment]. Traktory i selkhozmashiny. 2017. No. 6: 3-8. (In Russian)

7 Kalinin A.B., Ustroev A.A. Teoreticheskie predposylki i prakticheskie priemyratsional'noi sistemy obrabotki pochvy v tekhnologiyakh vozdelyvaniya sel'skokhozyaistvennykhkul'tur [Theoretical background and practices of rational soil tillage as a part of farm crops cultivation technologies]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016. No. 90. 70-78. (In Russian)

8.Sidorov M.V., Sidorov V.N. Obosnovanie konstruktivno-tekhnologicheskoi skhemy tekhnologicheskogo modulya dlya traktorov tyagovogo klassa 1,4 [Justification of the design and technological scheme of the technological module for tractors of 1.4 drawbar category]. Aktual'nye nauchnye

issledovaniya v sovremennom mire. 2018. No. 3-2 (35): 179-184 (In Russian)

9.Sidorova A.V., Sidorov M.V. Tekhnologicheskii modul' dlya traktorov tyagovogo klassa 1,4 [Technology module for tractors of 1.4 drawbar category]. Sovremennye avtomobil'nye materialy i tekhnologii (SAMIT-2019) [Modern automotive materials and technologies Proc. XI Int. Sci. Prac. Conf.] 2019: 322-325 (In Russian)

10.Arzhenovskii A.G. Razrabotka i komplektovanie izmeritel'no-vychislitel'nogo kompleksa dlya opredeleniya dinamicheskikh i toplivno-ekonomicheskikh pokazatelei MTA [Development and packaging of a measuring and computing complex for determining the dynamic and fuel and economic indicators of tractor/implement system]. Vestnik agrarnoi nauki Dona. 2018. No. 2 (42): 26-33 (In Russian)

11.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Eviev V.A., Dzhabborov P.N. Optimizatsiya shiriny zakhvata MTA na stadii proektirovaniy [Optimization of the working width of a tractor/implement system at the designing stage]. Traktory i sel'skokhozyaistvennye mashiny, 2008, No. 10: 30-31(In Russian)

12.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Dementev A.M. Nauchnye printsipy

prognozirovaniya ekspluatatsionnykh

pokazatelei i raschet konstruktivnykh parametrov pochvoobrabatyvayushche-

posevnykh agregatov na stadiyakh proektirovaniya i ekspluatatsii [Scientific principles for forecasting the operational indicators and calculating the design parameters of tillage and seeding units at the designing and operation stages]. Ekologiya i sel'skokhozyaistvennaya tekhnika. Materialy 6-i mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Ecology and Agricultural Machinery. Proc. 6th Int. Sci. Prac. Conf.]. 2009. Vol. 1: 72-79 (In Russian)

13.Dzhabborov N.I., Dobrinov A.V., Semenova G.A. Opredelenie energotekhnologicheskikh parametrov dinamichnykh pochvoobrabatyvayushchikh agregatov [Determination of energy technological parameters of dynamic soil tilling units]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017. No. 4 (49): 252-259. (In Russian)

14. Ksenevich I.P. Nazemnye tyagovo-transportnye sistemy: perspektiva primeneniya bortovykh istochnikov energii s elektricheskim tyagovym privodom [Ground traction and transport systems: the prospect of using onboard energy sources with an electric traction drive]. Privodnaya tekhnika, 2000, No. 2(24): 30-36 (In Russian)

УДК 631.332.7

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОШНИКОВОЙ ГРУППЫ КАРТОФЕЛЕПОСАДОЧНЫХ МАШИН В БИОЛОГИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КАРТОФЕЛЯ

1 2 А.Б. Калинин , д-р техн. наук; А.Н. Перекопский , канд. техн. наук;

Т.Ш. Теймуров2

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.