CC BY
53
УДК 631.347
А.И. Рязанцев, доктор техн. наук, профессор Н.Я. Кириленко, канд. техн. наук, профессор И.В. Малько, канд. техн. наук, доцент Ю.Н. Егоров, канд. техн. наук, доцент
ГОУ ВПО «Коломенский государственный педагогический институт»
повышение тягово-сцепных свойств ходовых систем широкозахватных дождевальных машин кругового действия «фрегат»
Одним из направлений практического возрождения орошаемого земледелия в стране при различных формах хозяйствования являются мероприятия по своевременному восстановлению дождевальной техники на действующих оросительных системах при одновременной ее модернизации на основе современных научно-технических достижений, обеспечивающих энерговодосберегающие и экологически безопасные технологии полива. Данные мероприятия позволят продлить срок службы дождевальных машин на 5.. .8 лет.
Особенно это актуально для дождевальных машин (ДМ) «Фрегат», которые нашли применение практически во всех зонах Российской Федерации за счет простоты конструкции, высокой надежности и хорошей согласованности с технологией возделывания сельскохозяйственных культур.
Однако ДМ «Фрегат» по сравнению с другой сельскохозяйственной техникой имеют более сложные условия работы по колееобразованию и тягово-сцепным свойствам из-за пониженной несущей способности увлажняемых почв, больших длин дождевателей и площадей орошаемых участков с широким диапазоном прочностных и рельефных характеристик.
Поэтому важнейшим в совершенствовании многоопорных ДМ является в первую очередь изучение почвенно-рельефных условий орошаемых земель и их влияния на технологические и технические способы решения проблемы проходимости. Также важен вопрос залипаемости ходовых систем тележек ДМ.
Для повышения сцепных свойств ДМ применяют различные механико-технологические решения, основанные на изменении конструкции ходовых систем и установке очистительных устройств. Одно из них — самоочищающееся колесо дождевальной машины с гидроприводом (авт. св. СССР № 1701189). Суть изобретения заключается в том, что обод колеса снабжен подвижно установленным охватывающим его обручем с перфорациями. Диаметр обруча больше, чем диаметр обода, а почво-зацепы выполнены в виде скоб П-образной формы, внутри которых с возможностью взаимодействия
с ними размещен обруч. При движении машины на колесо воздействуют масса машины и сопротивление почвы, которые прижимают обруч к ободу. При вращении колеса плоскость обруча за счет его жесткости начинает удаляться, отходя от обода колеса, кроме нижней точки. Максимальная величина удаления достигается в верхней точке. При подъеме обруч постепенно приподнимает налипшую почву над ободом, нарушая монолитность пласта. Недостаток данной конструкции — большая металлоемкость, что увеличивает общую массу машины и в конечном итоге приводит к снижению тяговосцепных свойств.
Авторами предложено решение, позволяющее повысить тягово-сцепные свойства дождевальной машины без увеличения металлоемкости [1]. Очиститель колесного движителя включает рычаг и установленную на нем звездочку, находящуюся в зацеплении с выступающей вне обода колеса частью почвозацепов, с которой взаимодействует толкатель.
Рычаг крепится к раме тележки. При качении колеса звездочка, находящаяся в постоянном зацеплении с выступающей частью почвозацепов, вращается и своими зубьями выдавливает почву. Для повышения степени очистки колес предлагается звездочку размещать с внешней стороны колеса для взаимодействия с рабочими частями поч-возацепов. Зубья звездочки могут дополнительно содержать ножевые элементы, которые подрезают почву между почвозацепами, а также дополнительно упругие пластины с ножевыми элементами, которые очищают от почвы пространство между поч-возацепами. Почва при повороте звездочки и колеса сбрасывается.
Для решения данной проблемы предлагается также противооткатный тормоз, который содержит ножевой элемент с перпендикулярно присоединенным рычагом с копирующим роликом [2, 3].
Торцевая поверхность обода колеса со стороны противооткатного тормоза выполнена в виде направляющей, представляющей собой чередование выступов и впадин. Ролик копирует направляющую при качении колеса с почвозацепами. При ка-
19
чении колеса ролик рычага под действием выступа направляющей вначале перемещается к центру колеса, а затем начинает перекатываться по горизонтальной поверхности направляющей, обеспечивая тем самым жесткое прижатие ножевого элемента к ободу между его почвозацепами до тех пор, пока противооткатный тормоз под воздействием почво-зацепа не начнет перемещаться в сторону от колеса, а ролик не будет катиться по другой наклонной поверхности выступа.
После прохождения почвозацепа ролик тормоза очистителя под воздействием уклона выступа снова возвращается на прямолинейный участок профиля, и процесс повторяется.
Для повышения качества очистки предлагается ножевой элемент противооткатного тормоза сделать фасонным [4] или в виде гребенки [5].
Фасонная поверхность может быть клиновидной формы либо в виде набора клиньев, либо ковшовой формы. На ножевом элементе может быть закреплена горизонтальная ось, на которой над ножевым элементом установлен дисковый нож с возможностью вращения, а также в вертикальной плоскости может быть закреплен черенковый нож.
Опускаясь между почвозацепами, очиститель врезается в почву, а двигаясь от одного почвоза-цепа к другому, осуществляет разрушение и подрезание почвы. Дисковый или черенковый нож обеспечивает надрезание внешней поверхности почвы, что способствует снижению силового воздействия на ножевой элемент при его движении в почве. Этот способ отвечает современным требованиям и позволяет в значительной мере увеличить тягово-сцепные свойства ходовых систем ДМ «Фрегат».
Для уменьшения усилий резания предлагается сделать очистительное устройство в виде гребенки [5], имеющей определенное число зубьев.
Оптимальное число зубьев очистительного устройства для заднего и переднего колес, а также схемы их навески определяют исходя из условий качества очистки и сил сопротивления резанию.
Для этого по разработанной программе с помощью Visual Basic и приложения Excel строится график, описывающий траекторию движения ножевого элемента очистителя с заданными параметрами между почвозацепами серийного колеса ДМ «Фрегат». Варьируя исходные данные, определяют оптимальную траекторию и наиболее значимые параметры движения.
Для оптимальной траектории движения очистителя и качественной очистки длина тормоза-очистителя должна составить 0,2 м, высота тормоза-очистителя над колесом — 0,07 м, упругость пружины — 5 Нм/рад. Объем почвы, очищенный между почвозацепами колеса, составляет 70 80 % полного ее объема.
20
При этом оптимальным вариантом, при котором обеспечивается необходимое качество очистки и наименьшее сопротивление, является очистительное устройство, имеющее пять зубьев при навеске противооткатного тормоза на переднее колесо тележки ДМ «Фрегат» и три зуба при навеске на заднее колесо. Это определяется тем, что переднее колесо требует более основательной очистки, так как в данном случае оставшаяся почва после некачественной очистки на ободе под действием своей массы уплотняется и залипает, причем сила прилипания зависит от площади контакта и проявляется даже при отсутствии нормального давления.
При работе в условиях пересеченного рельефа ДМ «Фрегат» имеет неудовлетворительные показатели по тягово-сцепным свойствам.
Для оценки указанного проводили лабораторнополевые и производственные испытания технологии и очистительных устройств на ДМ «Фрегат» марки ДМУ-Б-463-90 в ПНО «Пойма» Луховицкого района Московской области. Испытания проводили на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах, агрофон — многолетние травы. Рельеф участка пересеченный, характеризующийся уклонами 0,3__0,5.
По результатам лабораторных исследований получены уравнения регрессии момента кручения колеса от упругости пружины противооткатного тормоза и сопротивления резания очистительного устройства:
Мкр = 0,031 + 0,1071с + 0,0017_у + 0,0001с2 -- 6,8791 • 10-6ху + 1,115Ф10-У.
Адекватность полученных моделей второго порядка проверена статистическим анализом полученных уравнений регрессии с помощью критерия Фишера. Фактические значения критерия Фишера не превышают теоретические, что говорит о достоверности полученных данных.
Из анализа функции отклика видно, что момент кручения будет иметь минимальное значение при использовании очистительного устройства гребенчатого вида (сопротивление резанию 4000 Н/м2) и пружины упругостью 100 Нм/рад.
При прокатывании колеса в почвенном канале проведена сравнительная оценка тягово-сцепных свойств колеса с оборудованием его очистительным устройством в виде гребенчатого ножевого элемента и без него. После обработки экспериментальных данных получены значения коэффициентов сцепления и буксования при влажности 80 % (рис. 1).
Из рис. 1 видно, что при прокатывании колеса с очистительным устройством при максимально допустимом значении коэффициента буксования 18_20 % коэффициент сцепления составляет 0,6, а без очистительного устройства — 0,32. Это под-
Коэффициент буксования, %
Рис. 1. Зависимость коэффициента сцепления ходовых систем ДМ «Фрегат»:
1 — без очистительного устройства; 2 — с очистительным устройством
зацепы по всей высоте и ширине (см. рис. 4).
Дополнительное увеличение сцепных свойств ДМ «Фрегат» в понижениях может быть обеспечено оснащением ее ходовых колес очистительными устройствами. При этом с учетом совершенствования технологии полива дополнительно сцепные свойства ДМ «Фрегат» увеличиваются до 0,6...0,65, или на 20 %, и в целом ее проходимость увеличивается с 0,18 до 0,39, или на 30 %о, при снижении сопротивления качению.
тверждает теоретические исследования, расхождения не превышают 6.8 %.
В целях отработки технологии полива и ее усовершенствования на плане орошаемого участка наносились изолинии коэффициентов изменчивости поливной нормы по склону. По этим изолиниям орошаемый участок разбили на две зоны с относительно одинаковыми коэффициентами изменчивости поливной нормы. Для каждой зоны установили координаты и средневзвешенный коэффициент изменчивости поливной нормы по склону. Установлено, что зонам 1 и 2, соответствуют коэффициенты изменчивости поливной нормы 0,6 и 1,0.
По показателям указанных зон составили технологическую карту полива ДМ «Фрегат» участка с пересеченным рельефом (рис. 2).
Снижение нормы полива ДМ «Фрегат» в местах понижения пересеченного рельефа в среднем до 300 м3/га позволило увеличить прочностные характеристики почвы до 100 кПа и выше, сцепные свойства — на 30.35 % и снизить сопротивление качению с 4000 до 2550 Н, или на 38 %. Расхождение с теоретическими данными не превышает 8.10 % (рис. 3 и 4). При этом максимальные значения сцепных свойств ДМ на склоновых участках, определяемых снижением поливных норм в их ложбинах, получены при взаимодействии налипшей почвы обода колеса с опорной почвенной поверхностью, при котором эффективность почвоза-цепов очень мала. Коэффициент сцепления ходовых систем ДМ значительно возрастает при их качении в очищенном от почвы состоянии, когда с опорной почвенной поверхностью взаимодействуют
Рис. 2. Характеристика зон участка, орошаемого машиной «Фрегат», по степени распределения предполивной влажности почвы по склону
Выровненная поверхность
Влажность почвы до полива, %
Ложбина
Рис. 3. Зависимость коэффициентов сцепления (1, 2) и сопротивления качению (3, 4) ДМ «Фрегат» от влажности почвенной поверхности:
1, 4 — поливная норма m = 300 м3/га; 2, 3 — поливная норма m = 500 м3/га
Выровненная поверхность Ложбина
Влажность почвы до полива, %
Рис. 4. Зависимость показателей тягово-сцепных свойств ДМ «Фрегат» от влажности почвенной поверхности при установке очистительного устройства:
1, 2 — коэффициент сцепления соответственно с налипшей почвой на ободе колеса и без нее; 3 — проходимость; 4 — коэффициент сопротивления качению
Исходя из условий работы переднего и заднего очистительных устройств ходовых систем машины установлено, что число зубьев для гребенчатого ножевого элемента должно соответственно составить не более 5 и 3 (при угле резания 20 град).
Опытные данные хорошо согласуются с данными теоретических и лабораторных исследований, расхождение не превышает 10 %.
По данным производственных исследований, все качественные эксплуатационно-технологические и надежностные показатели ДМ «Фрегат», оснащенной очистительными устройствами, имеют доста-
точно высокие значения, соответствуют агротехническим требованиям и превышают аналогичные значения, присущие серийной модификации дождевальной машины, в среднем на 30.35 %.
Список литературы
1. Пат. 29442 РФ, МКИ А. 01G 25/09. Очиститель колесного движителя многоопорной дождевальной машины / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько (РФ); заявл. 13.02.2003, опубл. 20.05.2003, бюл. № 14.
2. Пат. на полезную модель
29440 РФ, МКИ А. 01G 25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько (РФ); заявл. 13.02.2003, опубл. 20.05.2003, бюл. № 14.
3. Пат. на полезную модель
29441 РФ, МКИ А. 01G 25/09. Толкатель колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько (РФ); заявл. 13.02.2003, опубл. 20.05.2003, бюл. № 14.
4. Пат. на полезную модель 44914 РФ, МКИ А. 01G 25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько (РФ); заявл. 30.11.2004, опубл. 10.04.2005, бюл. № 10.
5. Пат. на полезную модель 70077 РФ, МКИ А. 01G 25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько (РФ); заявл. 15.11.2007, опубл. 20.01.2008, бюл. № 2.
УДК 621.869
В.А. Елтышев, доктор техн. наук, профессор
В.Ф. Миллер, канд. техн. наук, доцент Ю.А. Барыкин, ассистент
ФГОУ ВПО «Пермская государственная сельскохозяйственная академия»
расчет производительности рыхления смерзшихся навалочных грузов
Производительность шнековых рыхлителей бурофрезерных машин оценивается не скоростью проходки, как принято в горном деле, а массой разрыхленного смерзшегося материала за единицу времени. Кроме поступательной скорости рыхлителей необходимо учитывать наружный диаметр рабочего органа по резцам, количество резцов, энергетические и кинематические факторы процесса резания [1].
На основании теоретических исследований получена формула расчета эксплуатационной производительности бурорыхлительной машины Пэ, т/ч:
22
Пэ = бО^пр^р^Ргр^р^,, (1)
где Л — коэффициент соотношения пути трения резца в контакте с мерзлым материалом к полной траектории за оборот; Лпр — коэффициент, характеризующий простои разгрузочного комплекса по техническим и организационным причинам; Dр — диаметр фрезы по резцам, мм; h — глубина резания мерзлого массива, мм; Ь — ширина резца, мм; ргр — удельный вес мерзлого груза, т/м3; Пф — число оборотов на валу фрезы, мин-1; - число резцов
на одной фрезе; 2ф — число фрез, приводимых от одного электродвигателя.
