CC BY
42
Выводы:
- посев зерновых по ресурсосберегающей технологии имеет две разновидности: технология прямого посева по стерне No-till и технология минимальной поверхностной обработки Mini-till. Способ посева по технологиям - рядовой и разбросной ленточный с шириной до 18 см;
- разновидности сошников зерновых сеялок для рядового посева по технологии No-till: двухдисковый сошник со смещением дисков друг относительно друга и долотообразный. Ленточный посев по технологии No-till выполняет зерновая сеялка под культиваторную лапу;
- рядовой посев по технологии МтьШ1 выполняет зерновая сеялка, оснащённая комбинированным рабочим органом. Предпосевную обработку проводит дисковый нож или культиваторная лапа, а посев - двухдисковый сошник по следу рабочего органа для поверхностной обработки почвы. Ленточный посев по технологии МтьШ1 выполняет комбинированный рабочий орган. Предпосевная обработка выполняется сферическим диском, а посев - под культиваторную лапу;
- рядовые сеялки по технологии Мгш-Ш1 требуют меньшей потребной мощности двигателя трактора для агрегатирования, чем сеялки для ленточного разбросного посева с примерно одинаковой рабочей шириной захвата. Зерновая сеялка «Дон-125» рядового посева по технологии МЫ-Ш1 имеет меньшее значение показателя «Потребная мощность двигателя трактора на метр ширины захвата», равное 24,76 л.с. по сравнению со значением этого показателя для зерновых сеялок по технологии МЫ-Ш1. Посевной комплекс ПК-6,1 «Кузбасс-Т» рядового посева имеет меньшее значение показателя «Потребная мощность двига-
теля трактора на рабочий орган», равное 4,5 л.с. по сравнению с величиной этого показателя для зерновых сеялок с примерно одинаковой рабочей шириной захвата;
- значение показателя «Потребная мощность двигателя на метр ширины захвата», равное 25,0 л.с., имеет посевной комплекс AGRATOR 4800M оснащённый культиваторной лапой и выполняющий разбросной ленточный посев шириной 12 - 15 см по технологии No-till. Величина показателя имеет минимальное значение по сравнению со значением этого показателя для аналогичных посевных агрегатов, имеющих примерно одинаковую рабочую ширину захвата - около 5 м. Величина показателя «Потребная мощность двигателя трактора на сошник» составляет 5,57 л.с. у посевного агрегата АП-421 «Берегиня», оснащённого двухдисковым сошником со смещением дисков друг относительно друга. Величина показателя имеет минимальное значение по сравнению с сеялками с примерно одинаковой рабочей шириной захвата - до 5 м.
Литература
1. Пат. RUS 2177216. Устройство для поверхностного рассева минеральных удобрений и других сыпучих материалов / Якимов Ю.И., Иванов В.П., Припоров Е.В., Заярский В.П., Волков Г.И., Селивановский О.Б. заяв. 14.03.2000.
2. Пат. RUS 2177217 Центробежный рабочий орган для рассева сыпучего материала / Якимов Ю.И., Припоров Е.В., Иванов В.П., Заярский В.П., Волков Г.И., Селивановский О.Б., заяв. 14.03.2000.
3. Припоров Е.В., Юдт В.Ю. Анализ дисковых орудий с четырёхрядным расположением сферических дисков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 118. С. 1413 - 1427.
4. Припоров Е.В. Сошники зерновых сеялок ресурсосберегающих технологий // Связь теории и практики научных исследований: сб. ст. междунар. науч.-практич. конф. 2016. С. 63 - 66.
5. ГОСТ 26711-89 Сеялки тракторные. Общие технические требования. [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd. ru/document/1200023817.
Система слежения и регулирования глубины хода рабочих органов культиваторов
С.Н. Кокошин, к.т.н, В.И. Ташланов, магистр, ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Обработка почвы - одна из наиболее важных и затратных технологических операций в процессе возделывания зерновых культур. Культиватор, как основной объект данной операции, может использоваться для основной и предпосевной обработки почвы. Но необходимо учесть, что при увеличении глубины обработки возрастает и сила сопротивления почвы, которая влияет на тяговое сопротивление агрегата, автоколебания упругих стоек и равномерность хода культиваторной лапы на установленной глубине. При предпосевной обработке культивация создаёт оптимальные условия для прорастания семян: структуру и строение
почвенного слоя, тепловой, водный, воздушный режимы, а также формирует посевное ложе [1]. К основным задачам культивации относится и борьба с сорняками, корни которых находятся в обрабатываемом слое и должны разрушаться под действием культиваторной лапы [2].
Одним из критериев, ограничивающим применение культиватора на почвах различного типа, является изгибная жёсткость стойки лапы [3]. Применение рабочих органов с недостаточной жёсткостью приводит к поломке и необходимости замены стойки, и, наоборот, избыточная жёсткость увеличивает тяговое сопротивление агрегата и энергоёмкость операции [4]. С учётом того что в структуре одного поля встречаются почвы с различными физико-механическими свойствами, переменная
сила сопротивления влияет на глубину обработки и появляется необходимость в системе слежения и регулирования глубины хода рабочих органов при культивации почвы. Неравномерность глубины хода культиваторной лапы связана с деформацией стойки под действием силы сопротивления почвы [5]. В работе С.Е. Фёдорова представлен анализ перемещения рабочего органа на упругой стойке под действием силы сопротивления в зависимости от длины стойки[6]. Длина изменялась путём создания дополнительной опоры на верхнем витке стойки. Но данная конструкция не имеет возможности изменения длины стойки в автоматическом режиме.
Одним из решений устойчивого хода культива-торных лап на заданной глубине является применение культиваторных стоек с изменяемой жёсткостью с применением гибкого трубчатого элемента[7]. Данные стойки совершают колебания в процессе взаимодействия с почвой [8], что характеризует их как упругие. Для функциональной работы предлагаемой конструкции необходима система, которая позволит синхронизировать силу сопротивления почвы и изгибную жёсткость стойки культиватора.
Цель исследования - разработать систему слежения и регулирования глубины хода рабочих органов культиваторов на стойках с изменяемой жёсткостью.
Материал и методы исследования. Постоянно изменяемая сила сопротивления почвы зависит от её физико-механического состава. В рамках одного поля могут встречаться почвы различного типа и физико-механического состава, что приводит к изменению глубины обработки почвы. Мониторинг структуры почвы может проводиться как в режиме on-line [9], так и в режиме off-line [10]. Первый режим подразумевает постоянное использование спутниковой навигационной системы, а второй -выполнение картирования полей. Оба этих режима подразумевают дополнительные финансовые затраты, которые увеличивают себестоимость продукции.
Чтобы не привязываться к физико-механическим характеристикам почвы, мы предлагаем за входной параметр выбрать расстояние от конца гибкого трубчатого элемента до рамы культиватора - точка О (рис. 1). При действии силы сопротивления лапа культиватора перемещается назад по ходу движения, выглубляясь. Стойка культиватора 1 и гибкий трубчатый элемент 2 деформируются, меняя положение точки О относительно рамы. Для фиксации данных перемещений на раму культиватора устанавливается оптический датчик расстояния 3. В состоянии покоя данное расстояние считается номинальным. Под действием силы сопротивления перемещение лапы в вертикальном направлении в пределах агротехнических требований изменяет замеряемое расстояние в диапазоне ±Д. Сигналы с датчика 3 передаются в блок управления 4.
В гидравлической системе трактора, состоящей из бака 5, шестеренного насоса 6, устанавлива-
Рис. 1 - Принципиальная схема системы контроля глубины хода
ется гидрораспределитель 7 с электромагнитным управлением. Полость гибкого трубчатого элемента 2 через штуцер 8 соединяется шлангами с гидрораспределителем 7.
В процессе обработки почвы с увеличением силы сопротивления лапа выглубляется и датчик 4 фиксирует перемещение точки О за пределы установленного диапазона ±Д. Данный сигнал передаётся в блок управления, который переводит гидрораспределитель в положение поступления жидкости в полость гибкого трубчатого элемента. При увеличении давления поперечное сечение элемента начинает деформироваться, стремясь к окружности, заглубляя лапу культиватора на установленную глубину. При этом расстояние, фиксируемое датчиком до т. О, увеличивается до момента попадания в установленный диапазон ±Д. В этот момент на блок управления поступает сигнал и гидрораспределитель переводится в начальное положение и полость элемента становится герметичной с сохранением созданного гидравлического давления.
При снижении силы сопротивления почвы под действием деформации гибкого трубчатого элемента лапа заглубляется и датчик фиксирует увеличение расстояния до точки О. В случае если данное расстояние превышает допустимый диапазон, то на блок управления подаётся сигнал и гидрораспределитель переводится в режим стравливания жидкости из полости элемента в бак. Этот режим активен до момента, пока измеряемое датчиком расстояние не будет удовлетворять исходным параметрам.
В случае если создаваемого давления недостаточно для возврата культиваторной лапы на установленную глубину и блок управления не ограничивает давление жидкости, в масляной магистрали, предусмотрен предохранительный клапан 9. Данный клапан перед работой агрегата
настраивается на максимально возможное давление в пределах прочности материала гибкого трубчатого элемента.
Рис. 2 - Лабораторная установка:
1 - рама; 2 - электродвигатель; 3 - кнопка «пуск-стоп»; 4 - частотный преобразователь; 5 - насос шестеренный; 6 - гидравлический бак; 7 - гидрораспределитель; 8 - манометр; 9 - испытуемый образец
Рис. 3 - Геометрические параметры испытуемых образцов
(,С
При использовании предлагаемой системы появляется необходимость изучения инертности процесса и определения времени, которое затрачивается от момента фиксации датчиком показателя расстояния до необходимой деформации гибкого трубчатого элемента и перемещения лапы на установленную глубину. Для этих целей была собрана лабораторная установка, показанная на рисунке 2. Установка включает в себя раму 1 с установленным на ней электродвигателем 2, который включается через кнопку 3. Электродвигатель приводит в движение насос 5, который нагнетает масло из бака 6 через гидрораспределитель 7 в полость трубчатого элемента 9. Для фиксации значения давления жидкости в масляную магистраль установлен манометр 8. Для регулировки максимального давления на выходе насоса 5 в сеть питания электродвигателя установлен частотный преобразователь 4.
Для испытаний было изготовлено четыре образца гибких трубчатых элементов со следующими характеристиками: центральный угол а = 180°, центральный радиус R = 210 - 20 мм, большая полуось поперечного сечения a = 30 мм, меньшая полуось поперечного сечения b = 15 мм, толщина стенки сечения h = 3,5 мм. (рис. 3). Образец 1 был изготовлен из стали 10, 2 - Сталь 20, 3 - 30ХГСА, 4-12Х18Н10Т.
В процессе экспериментов при помощи частотного преобразователя изменялась частота вращения вала электродвигателя, которая влияла на максимальное значение давления жидкости в магистрали, которое мог создать гидравлический насос. При проведении эксперимента измерялось время, которое необходимо с момента открытия золотника гидрораспределителя до полной деформации гибкого трубчатого элемента.
Результаты исследования. Зависимости времени процесса полного перемещения от максимального значения давления насоса представлены на рисунке 4.
12
ю
ч.
> \ №1 №2 №J N H
ч "Х-../ /
1
* ~ - - ............. .............-i ......4
>.............. ! i
• - образец № 1 х - образец № 2 ■ - образец № 3
♦ - образец № 4
10
12
14 Рнлшх. МПа
Рис. 4 - Результаты экспериментальных исследований
Как видно по полученным зависимостям, увеличение максимально возможного давления, нагнетаемого насосом, способствует снижению времени процесса деформации гибкого трубчатого элемента. Образцы 3 и 4 за счёт упругих свойств материала деформируются быстрее, чем образцы 1 и 2, а также имеют больший рабочий ресурс. При максимальном давлении жидкости в гидросистеме 12 МПа образцы 3 и 4 полностью деформируются за 1,2 и 0,9 сек. соответственно. При увеличении давления до 14 МПа время деформации данных образцов имеет значение менее 1 сек. С учётом того что максимально возможное давление в тракторе МТЗ-80/82 составляет до 22 МПа, рабочий диапазон для культиваторных стоек с изменяемой жёсткостью 12 - 16 МПа является допустимым и оптимальным для агрегата.
Выводы. Предложенная система автоматизированного слежения и управления глубиной хода рабочих органов культиваторов позволить выдерживать агротехнические требования по глубине обработки почвы на почвах с различными физико-механическими свойствами.
Время процесса деформации гибких трубчатых элементов, изготовленных из сталей, обладающих упругими свойствами, при давлении жидкости в магистрали более 12 МПа имеет значение менее 1 секунды.
Применение культиваторных стоек с изменяемой жёсткостью в совокупности с предлагаемой
системой слежения и регулирования глубины повысит качественные показатели процесса обработки почвы и будет способствовать снижению расхода топлива агрегата за счёт стабилизации глубины хода культиваторной лапы.
Литература
1. Савельев В.А. Система ведения полевого хозяйства [Электронный ресурс]: монография. Саратов. Вузовское образование, 2018. 225 с. 978-5-4487-0121-4. URL: http:// www.iprbookshop.ru/73629.html
2. Горбачёв И.В., Мехедов М.А. Чем и как проводить культивацию // Сельский механизатор. 2008. №4. С. 34 — 35.
3. Фёдоров С.Е. Зависимость качества поверхностной обработки почвы от жёсткости стойки / С.Е. Фёдоров, М.Н. Чаткин, А.А. Жалнин [и др.] // XLV Огарёвские чтения: матер. науч. конф. Саранск, 2017. С. 31 — 34.
4. Мазитов Н.К. Оптимальные параметры упругих рабочих органов блочно-модульных культиваторов / Н.К. Мазитов, Р.Л. Сахапов, Н.Х. Галяутдинов [и др.] // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 7. С. 30 — 32.
5. Дмитриев С.Ю., Дмитриев Ю.П. Автоматический регулятор жёсткости упругой стойки культиватора // Труды ГОСНИТИ. 2012. Т. 110. № 1. С. 85 - 87.
6. Фёдоров С.Е. Повышение качества поверхностной обработки почвы регулированием жёсткости упругой стойки культиватора: автореферат дисс. ... канд. техн. наук. Саранск, 2016, С. 22.
7. Кокошин С.Н. Культиваторные стойки с изменяемой жёсткостью// Сельский механизатор. 2012. № 5. С. 8.
8. Маратканов А.А., Устинов Н.Н., Смолин Н.И. Амплитудно-частотная характеристика гибкой трубчатой стойки культиватора // Вестник Курганской ГСХА. 2013. № 4 (8). С. 88 -90.
9. Соловьёва Н.Ф. Опыт применения и развитие систем точного земледелия [Электронный ресурс] : научно-аналитический обзор / Н.Ф. Соловьева. Электрон. текстовые данные. М.: Росинформагротех, 2008. 100 с. 2227 - 8397. URL: http:// www.iprbookshop.ru/15752.html
10. Семизоров С.А. Эффективность применения систем спутниковой навигации при посеве зерновых культур // Агро-продовольственная политика России. 2015. № 10. С. 31 — 34.
К вопросу анализа функциональной специфики дробильных устройств с боковым расположением выгрузных зон
В.А. Шахов, д.т.н., профессор, Ю.А. Ушаков, д.т.н., профессор, А. А. Петров, к.т.н., А.Ф. Абдюкаева, к.т.н., Д.В. Наумов, преподаватель-исследователь, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
В настоящее время сформулированы различные аналитические положения в области развития путей снижения энергозатрат и расширения функциональных возможностей молотковых дробилок закрытого типа. Аспект на совершенствование рабочего процесса, в основу которого положена оптимизация энергетического уровня разрушения зернового материала, является превалирующим в работах многих авторов по теории дробления. Однако анализ и формализация собственно процесса движения зерновой массы при её разрушении проводились акцентно второстепенно, несмотря на то что от маршрутизации потоков зависит как эффективность взаимодействия с дробящими элементами, так и производительность
при эвакуации из рабочей камеры кондиционного материала [1 - 3].
Исследованиями установлено, что характер перемещения зернового материала в условиях многократного ударно-истирающего воздействия рабочих органов и ограниченной пропускной способности решета во многом определяет концентрация случайных или системных возмущений циркулирующего воздушного потока, реализующих переходное состояние по критической величине числа Рейнольдса, от ламинарного к турбулентному и обратно [1, 2, 4].
Учитывая, что энергетические и качественные характеристики технологического процесса измельчения во многом определяются оптимальным соотношением трёх показателей -затрат энергии на разрушение, степени измельчения и пропускной способности, особый научный интерес представляет использование потенциала центробежной силы и сил инерции, влияющих на формирование
