Теоретические исследования устройства для объемной обработки сеянцев хвойных пород жидкими препаратами в лесных питомниках Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Данное аналитическое уравнение описывает влияние входных факторов на выход, также следует, что расход рабочей жидкости для всей ширины захвата установки не зависит ни от скорости движения головки, ни от ширины установки, а только от величины участка открытого клапана. Выведенное уравнение подтверждается рис. 3.

Литература

1. Кальбус, Г.Л. Гидропривод и навесные устройства тракторов / Г.Л. Кальбус. - М.: Колос, 1982. - 287 с.

2. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.

3. Налимов, В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов,

Н.А. Чернова. - М.: Наука, 1965. - 340 с.

4. Палишкин, Н.А. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение / Н.А. Палишкин. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

5. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шеффер; под ред. Э.К. Лецкого. - М.: Мир, 1977. - 553 с.

----------♦'-------------

УДК 631*348 П.В. Бырдин

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ СЕЯНЦЕВ ХВОЙНЫХ ПОРОД ЖИДКИМИ ПРЕПАРАТАМИ В ЛЕСНЫХ ПИТОМНИКАХ

Разработано новое устройство для объемной обработки сеянцев хвойных пород жидкими препаратами. Определено влияние основных параметров устройства на устойчивость колебаний рабочего органа.

В различных регионах нашей страны от 70 до 100% лесов восстанавливается естественным путем. Однако в целом ряде случаев такое восстановление происходит через смену пород, то есть на смену вырубленным хвойным породам лесные площади покрываются малоценными лиственными насаждениями (осиной, березой и другими породами). Таким образом, рассчитывать только на естественные силы природы в условиях формирования рыночных отношений не следует. Поэтому оправданным в экологическом, экономическом и лесоводственном аспектах является содействие естественным силам природы в лесообразовательном процессе. Следовательно, для реализации неистощительного природопользования необходим комплексный подход, включающий меры содействия естественному возобновлению лесов и искусственное ле-совостановление путем создания лесных культур различными способами.

Площади искусственного лесовосстановления в различных регионах страны составляют до 30% от общих объемов воспроизводства лесов. Преобладающим способом искусственного лесовосстановления является посадка лесных культур стандартным посадочным материалом. Около 10% искусственных посадок списывается, так как посадочный материал имеет низкое качество из-за несоблюдения технологий выращивания, снижения уровня механизации технологических процессов в лесных питомниках и при уходах за лесными культурами.

В сложившихся хозяйственно-экономических условиях повысить уровень механизации, производительность и качество работ по искусственному лесовосстановлению можно при использовании современного многооперационного оборудования, использующего прогрессивные способы реализации технологических процессов. Применение такого оборудования позволит сократить номенклатуру технических средств для механизации работ в лесном хозяйстве и затраты на его приобретение и эксплуатацию.

Одним из реальных путей повышения качества искусственного лесовосстановления является применение качественного посадочного материала с повышенной конкурентоспособностью, получаемого вследствие комплексного ухода за сеянцами с применением жидких препаратов. Эффективность всего комплекса мероприятий по обработке и защите сеянцев от вредителей и болезней состоит в нанесении жидкого препарата на всю поверхность сеянца разбрызгиванием в виде дисперсного потока или методом контактного нанесения (смачивания) поверхности сеянца рабочим органом (контактором). Полное смачивание всей по-

верхности сеянца, реализующееся методом разбрызгивания, достигается при увеличении числа проходов техники, что приводит к дополнительным затратам труда и увеличению расхода жидких препаратов. Полное смачивание всей поверхности сеянца, реализующейся методом контактного нанесения, возможно при всестороннем (объемным) взаимодействии контактора со всей поверхностью сеянца. Такой метод является экологически безопасным, энерго- и ресурсосберегающим в отличие от первого.

В этой связи автором был проведен литературный и патентный поиск существующего оборудования для нанесения жидких препаратов на сеянцы хвойных пород, в результате чего было разработано и запатентовано устройство для объемной обработки сеянцев (патент РФ №2251252).

На рис. 1 представлена схема устройства для объемной обработки сеянцев.

Рис. 1. Схема устройства для объемной обработки сеянцев хвойных пород жидкими препаратами

Устройство для объемной обработки сеянцев хвойных пород жидкими препаратами состоит из герметичного контейнера, выполненного в виде полого диска 1, подвешенного на центральном шарнире 2. Диск 1 связан с корпусом устройства 3, выполненным в квадратной форме, посредством восьми пружин 4. В нижней части диска 1 в несколько рядов по всей окружности через равное расстояние установлены съемные фитили 5 для поддержания многотехнологичности процесса, заливной клапан 6 для регулирования уровня рабочей жидкости в диске 1. К диску 1 подведен трубопровод 7 для подачи жидкости в полость диска 1.

При движении машины со смонтированным на ней устройством для объемной обработки сеянцев диск 1 начинает двигаться посредством колебаний, исходящих от машины. Так как диск 1 связан с корпусом устройства 3 посредством пружин 4 и корпус устройства 3 жестко присоединен к раме транспортного средства, то они дают возможность диску совершать круговые колебательные движения. Установленные на диске 1 фитили 5 обрабатывают сеянцы. Уменьшение уровня жидкости в диске 1 приводит к срабатыванию заливного клапана 6, который открывает проход жидкости в диск 1, тем самым доводя уровень жидкости в емкости до нужного предела, после чего клапан опять перекрывает проход.

При поступательном движении машины вдоль гряды с сеянцами последние обрабатываются при контакте с фитилями 5 сначала ближней стороной рабочего органа, а после дальней стороной, что улучшает

качество обработки сеянцев и уменьшает затраты на проведение технологической операции за счет увеличения числа операций за один проход.

Согласно конструктивному исполнению и характеру перемещения рабочего органа, была разработана расчетная схема устройства для объемной обработки сеянцев, представленная на рис. 2.

Рис. 2. Расчетная схема устройства для объемной обработки сеянцев хвойных пород жидкими препаратами

Как видно из рис. 2, расчетная схема устройства представляет пружинный маятник с массой m и жесткостью пружины с, подвешенный на жестком подвесе I. Точка подвеса маятника совершает периодическое движение по закону y1 = y0 - sin at. Очевидно, что масса m включает массу рабочего органа m2, заполненного гербицидом и массу подвеса m^.

Для получения дифференциальных уравнений движения рабочего органа устройства воспользуемся методом Даламбера. Спроектируем все силы, действующие на груз, на неподвижные оси xOy:

mx = - N ■ sin р — с\ф

my = N ■ cosр — mg Исключив из уравнения силу натяжения нити и сделав подстановку, получим:

m( y^ sinp+ y^ clp + x^ cosp) = —mg ■ (sinp+ clp) .

Выразим координаты положения груза через угол р и смещение точки подвеса yi.

y = l — l ■ cosp+ y1 x = l ■ sinp

В таком случае:

(1)

(2)

(3)

(4)

y = l ■ (р■ sin р+р cosp) — y0a ■ sin at

2

x = 1(р■ cos р — р ■ sinp)

Подставляя выражение (3) в уравнение (2) и считая угол р малым, то есть, полагая, что

2

cos р = 1; sin р=р;р « 0, получим:

2

"" g у 0О

р+ ( — ■ (1 + сі) - -у^— г і і

2

(1 + СІ ) ■ 8ЇП ЮІ ) ■ (р = О

(5)

Уравнение (5) является дифференциальным уравнением малых колебаний системы. Однако, для реализации объемной обработки всей поверхности сеянца необходимо соблюдение условия устойчивости малых колебаний системы.

Для этого приведем уравнение (5) к форме уравнения Матьё (6).

ё V

1 "" (6)

■ + (а + 2д ■ 008 2т) ■ р = О,

Получим:

4—

а = —— ■ (1 + сі); іо

2д = .(і + сі).

(7)

(8)

Движение транспортного средства по дороге, микропрофиль которой состоит из одинаковых по размерам синусоидальных неровностей (волн), вызывает вынужденные колебания машин. Циклическая частота которых определяется по формуле:

ТР

Б

(9)

где

УТР - скорость движения транспортного средства;

5 - длина неровностей пути.

Подставим в уравнение (7) значение уравнения (9), получим зависимости (10) и (11).

В ■ 52 (1 + с1)

а

7Т2Утрі

2Б ■(і + сі) і

(10)

(11)

Полученные зависимости (10) и (11) с использованием диаграммы устойчивости Айнса-Стретта позволили определить условия устойчивости колебаний устройства: 0 < а < 0,65 и 6,9 < д < 7,6.

Координата я

Рис. 3. Зависимость координаты q от жесткости пружин

Координата я

Рис. 4. Зависимость координаты q от длины подвеса

Так как при движении транспортного средства со смонтированным устройством последнее испытывает вынужденные параметрические колебания, амплитуда которых либо остается ограниченной, либо возрастает во времени, возникает необходимость в исключении возможности параметрического резонанса и исследовании влияния параметров устройства и скорости движения машины на устойчивость колебаний рабочего органа. Для этого воспользуемся ранее представленными уравнениями (10) и (11).

х

>

р

С

и

§

О

О)

X

Координата а

Координата а

Рис. 5. Зависимость координаты а от жесткости пружин

Рис. 6. Зависимость координаты а от длины подвеса

Координата а

Рис. 7. Зависимость координаты а от скорости движения транспортного средства

Анализ представленных графических зависимостей показал, колебания системы будут устойчивы при

Н Н

значениях жесткости пружин 1700—< с < 1870 —, максимальной длины подвеса I = 0,4м и скорости

м

м

движения транспортного средства, равной 0,4 — < УТР < 1,4 —.

с с

Литература

1. Невзоров, В.Н. Техника и технология выращивания посадочного материала в лесных питомниках Восточной Сибири / В.Н. Невзоров. - Красноярск: Изд-во КГТА, 1996. - 192 с.

2. Пановко, Я.Г. Введение в теорию механических колебаний / Я.Г. Пановко. - М.: Наука, 1991. - 256 с.

----------♦'------------

УДК.621. 43 В.А. Зеер

ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ОТКЛЮЧЕНИЯ ЧАСТИ ЦИЛИНДРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Предложен способ отключения части цилиндров инжекторного двигателя. Представлены результаты стендовых испытаний по оценке топливной экономичности двигателя ЗМЗ406-2 с оригинальной системой управления топливоподачей и математического моделирования динамики КШМ при отключении цилиндров.

Проблема экономии топлива автомобильными двигателями и загрязнения ими окружающей среды становится все более актуальной. Это связано с быстрыми темпами роста потребителей, с одной стороны, и небезграничности и невосполняемости природных ресурсов (нефти) - с другой.

Известно, что автомобильные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в условиях эксплуатации работают в основном на режимах, не требующих максимальной мощности, при этом режимы холостого хода (ХХ) в городе составляет до 25% от общего времени. Режимы ХХ и малые нагрузки являются неэффективными, с позиции сгорания топлива при традиционном дросселировании, поэтому им присущи низкий КПД и большая концентрация продуктов неполного сгорания, в частности, СО. В этой связи метод регулирования мощности двигателя путем отключения части цилиндров (ОЧЦ) на режимах частичных нагрузок и холостого хода является одним из эффективных способов экономии топлива и снижения токсичности отработавших газов (ОГ). В зависимости от варианта реализации ОЧЦ, условий эксплуатации и категории автомобиля получена экономия топлива до 40%.

Существуют различные способы реализации отключения цилиндров двигателя. Они делятся на две большие группы:

- остановка кривошипно-шатунного механизма (КШМ);

- отключение системы питания.

Остановка КШМ (модульный ДВС) является самым эффективным способом отключения (экономия топлива до 40%). В настоящее время имеются сведения об испытаниях автомобиля Ма^отео 301.2, оборудованного модульным ДВС. При испытаниях по ездовому циклу Правил №15 ЕЭК ООН получено улучшение топливной экономичности на 24,5-38,2% в зависимости от массы груза.

Однако конструктивная разработка модульных двигателей является чрезвычайно сложной задачей. При этом снижается надежность, увеличивается стоимость технического обслуживания и повышаются требования к квалификации сервисного персонала.

Отключить цилиндры от системы питания можно двумя способами:

- прекращением подачи свежего заряда в цилиндры;

- прекращением подачи топлива в цилиндры.

Прекращение подачи заряда в цилиндры осуществляется путем остановки клапанного механизма. Основным узлом в системе отключения клапанов является блокировочный механизм с электромагнитным или гидравлическим приводом, который обеспечивает возможность разрыва кинематической связи между деталями газораспределительного механизма.

Однако применение этого способа связано со значительными усложнениями механизма газораспределения и системы управления, а также вызывает проникновение масла в рабочие полости цилиндров.

На кафедре «Автомобили и двигатели» КГТУ был предложен способ отключения цилиндров (ОЦ), который применим к современным ДВС с искровым зажиганием [1]. Сущность способа заключается в следующем (рис. 1): в разрыв цепей между ЭБУ и топливными форсунками устанавливается специальное логиче-