Научная статья на тему 'Система слежения и регулирования глубины хода рабочих органов культиваторов'

Система слежения и регулирования глубины хода рабочих органов культиваторов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
153
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КУЛЬТИВАТОР / CULTIVATOR / ЖЁСТКОСТЬ / STIFFNESS / РАВНОМЕРНОСТЬ / UNIFORMITY / АВТОМАТИЗАЦИЯ / AUTOMATION / ГИДРАВЛИКА / HYDRAULICS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кокошин Сергей Николаевич, Ташланов Владислав Игоревич

Дано обоснование применения автоматизированной системы управления глубиной обработки почвы культиваторными лапами на стойках с изменяемой жёсткостью. Представлена принципиальная схема данной системы, дано её описание и рассмотрен принцип действия. Для определения инертности процесса деформации гибких трубчатых элементов, входящих в конструкцию стоек, была предложена лабораторная установка. Изготовлены образцы трубчатых элементов, имеющие одинаковые геометрические параметры, но выполненные из разных марок сталей. Построены зависимости времени деформации гибких трубчатых элементов от максимального давления жидкости, создаваемого гидравлическим насосом. Время данного процесса для трубчатых элементов, изготовленных из сталей, обладающих упругими свойствами, при давлении жидкости в магистрали более 12 МПа имеет значение менее 1 секунды.

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

THE SYSTEM OF TRACKING AND ADJUSTMENT OF THE DEPTH OF THE CULTIVATORS’ WORKING ORGANS OPERATION

The application of an automated control system of deep soil tillage with cultivator blades on the stands of different stiffness is suggested. The scheme of this system is presented and the principles of its operation are described. To determine the inertness of the process of deformation of the flexible tubular elements, included in the design of the above stands, a laboratory installation has been proposed. The samples of tubular elements, having similar geometric parameters, but made of different steel grades, have been made. The dependences of the flexible tubular elements deformation time on the maximum liquid pressure created by the hydraulic pump have been constructed. The time of this process for tubular elements made of steel with elastic properties and with the liquid pressure in the main line of more than 12 MPa is less than 1 second.

Текст научной работы на тему «Система слежения и регулирования глубины хода рабочих органов культиваторов»

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.