CC BY
3Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 2 (22), 2014
Рис. 9 - Зависимость коэффициента полива от величин сползания тележки и напора на ее входе
Библиографический список
1. Пат. 2381647 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2008140080; заявл. 10.10.2008; опубл. 20.02.2010, Бюл. № 5. - 3 с.
2. Пат. 76545 Российской Федерации, МПК A01G25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2008113303; заявл. 09.04.2008; опубл. 27.09.2008, Бюл. № 27. - 2 с.
3. Пат. 90914 Российской Федерации, МПК
A01G25/09. Регулятор давления [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2009141954; заявл. 13.11.2009.; опубл. 29.01.2010, Бюл. № 2. - 2 с.
4. Пат. 92297 Российской Федерации, МПК А0^25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2009146802; заявл. 16.12.2009; опубл. 20.03.2010, Бюл. № 8. - 1 с.
5. Пат. 96316 Российской Федерации, МПК А0^25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2010119260; заявл. 13.05.2010; опубл. 27.07.2010, Бюл. № 21. - 2 с.
6. Пат. 99925 Российской Федерации, МПК А0^25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2010134179; заявл. 16.08.2010; опубл. 10.12.2010, Бюл. № 34. - 1 с.
7. Пат. 103705 Российской Федерации, МПК А0^25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2011100772; заявл. 12.01.2011; опубл. 27.04.2011, Бюл. № 12. - 2 с.
8. Пат. 105123 Российской Федерации, МПК А0^25/09. Дождевальная установка [Текст] / Ря-занцев А.И., Кириленко Н.Я., Агейкин А.В. - № 2011105343; заявл. 14.02.2011; опубл. 10.06.2011, Бюл. № 16. - 1с.
РЯЗАНЦЕВ Анатолий Иванович, д-р техн. наук, профессор, Рязанский государственный агротех-нологический университет имени П.А. Костычева КИРИлЕНКо Николай яковлевич, канд. техн. наук, профессор,
МАльКо Игорь Валерьевич, канд. техн наук, доцент, Московский государственный областной социально-гуманитарный институт
УЛУЧШЕНИЕ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ ХОДОВЫХ СИСТЕМ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН
КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ «ФРЕГАТ»
Рассмотрена технология полива площадей с пересеченным рельефом дождевальной машиной «Фрегат». Предложены очистительные устройства для ходовых систем, обеспечивающие очистку колес. Ключевые слова: дождевальные машины, почвенно-рельефные условия, тягово-сцепные свойства.
Anatoliy Ivanovich Ryazantsev, Nikolay Yakovlevich Kirilenko, Igor Valerevich Malko
IMPROVEMENT OF TRACTIVE-COUPLING PROPERTIES OF RUNNING SYSTEMS WIDE-CUT SPRINKLERS OF CIRCULAR ACTION «FRIGATE» The technology sprinkling the areas with the crossed relief a sprinkler «Frigate» is considered. The cleaning device for running systems, providing clearing of wheels is offered. Key words: sprinklers, soil-relief conditions, tractive-coupling properties.
_© Рязанцев А.И., Кириленко Н.Я., .Малько И. В., 2014 г._
Технические науки
В сельскохозяйственном производстве страны значительная доля работ приходится на многоопорные дождевальные машины (ДМ) как кругового, так и фронтального действия. Они имеют высокие качественные показатели, низкую трудоемкость при использовании, большую площадь полива. Часть их работает в сложных почвенно-рельефных условиях.
Многоопорные ДМ, особенно кругового действия, в сравнении с другой сельскохозяйственной техникой имеют более сложные условия эксплуатации, в частности, по проходимости из-за пониженной несущей способности увлажняемых почв, больших длин дождевателей (до 600 м) и орошаемых площадей (до 100 га) с широким диапазоном изменения прочностных и рельефных характеристик.
Особенно это актуально для 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 находятся в более сложных условиях работы по колееобразованию и тягово-сцепным свойствам из-за пониженной несущей способности увлажняемых почв, больших длин дождевателей и больших площадей орошаемых участков с широким диапазоном прочностных и рельефных характеристик.
Поэтому важнейшим в совершенствовании многоопорных ДМ является, в первую очередь, рассмотрение почвенно-рельефных условий орошаемых земель и их влияния на технологические и технические способы решения проблемы проходимости. Также важен вопрос исследования зали-паемости ходовых систем тележек ДМ.
Для повышения сцепных свойств ДМ применяют различные механико-технологические решения, основанные на изменении конструкции ходовых систем и установке очистительных устройств.
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 почвозацепов. Зубья звездочки могут дополнительно содержать ножевые элементы, которые подрезают почву между почвозацепами, а также дополнительно упругие пластины с ножевыми элементами, которые очищают от почвы про-
странство между почвозацепами. 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 качении колеса ролик рычага под действием выступа направляющей вначале перемещается к центру колеса. Затем ролик начинает перекатываться по горизонтальной поверхности направляющей, обеспечивая тем самым жесткое прижатие ножевого элемента к ободу между его почвозаце-пами до тех пор, пока противооткатный тормоз под воздействием почвозацепа 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 [2] или в виде гребенки [4-6].
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, 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 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-
ф
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 2 (22), 2014
очистителя должна составить 0,2 м, высота тормоза-очистителя над колесом - 0,07 м, упругость пружины - 5 Н^м/рад. Объем почвы, очищенный между почвозацепами колеса, составляет 70-80 % полного ее объема. 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 лабораторно-поле-вые 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 и характеризуется уклонами 0,3-0,5.
По результатам лабораторных исследований получено уравнение регрессии момента кручения колеса от упругости пружины противооткатного тормоза и сопротивления резания очистительного устройства:
Мкр= 0,031+0,1071х+0,0017у+0,0001х2 -- 6,8791. 106 ху+1,1154. 107 у2.
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 Н^м/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 % (рисунок 1).
Из рисунка 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 подтверждает 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 (рисунок 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 % (рисунки 3,4). 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 малой эффективности использования почвозацепов в этих условиях. Коэффициент сцепления ходовых систем ДМ значительно возрастает при их качении в очищенном от почвы состоянии, когда с опорной почвенной поверхностью взаимодействуют зацепы по всей высоте и ширине (рисунок 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 % при снижении 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 показатели и показатели надежности 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 %.
Технические науки
2
1
5 10 15 20 25
Коэффициент буксования, %
1 — без очистительного устройства;
2 — с очистительным устройством
Рис. 1 - Зависимость коэффициента сцепления ходовых систем ДМ «Фрегат»:
<1
Рис. 2 - Характеристика зон участка, орошаемого машиной «Фрегат», по степени распределения предполивной влажности почвы по склону
1, 4 — поливная норма т = 300 м3/га;
2, 3 — поливная норма т = 500 м3/га Рис. 3 - Зависимость коэффициентов сцепления (1, 2) и сопротивления качению (3, 4)
ДМ «Фрегат» от влажности почвенной поверхности:
Библиографический список
1. Патент № 29442 РФ, М.кл. А0^25/09. Очиститель колесного движителя многоопорной дождевальной машины / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько - №2003104106, заявл. 13.02.2003, опубл. 20.05.2003. Бюл. № 14.
2. Патент № 29440 РФ, М.кл. А0^25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько - №2003103585, заявл. 13.02.2003, опубл. 20.05.2003. Бюл. № 14.
3. Патент 29441 РФ, М.кл. А0^25/09. Толкатель колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько - №2003104105, заявл. 13.02.2003, опубл. 20.05.2003. Бюл. № 14.
1,2 - коэффициент сцепления соответственно с налипшей почвой на ободе колеса и без нее,
3 - проходимость, 4 - коэффициент сопротивления качению
Рис. 4 - Зависимость показателей тягово-сцепных свойств ДМ «Фрегат» от влажности почвенной поверхности при установке очистительного устройства:
4. Патент № 44914 РФ, М.кл. А0^25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько - 2004134713, заявл. 30.11.2004, опубл. 10.04.2005. Бюл. № 10.
5. Патент № 70077 РФ, М.кл. А0^25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько - 2007142145, заявл. 15.11.2007, опубл. 20.01.2008. Бюл. № 2.
6. Патент № 95221 РФ, М.кл. А0^25/09. Противооткатный тормоз колесного движителя многоопорных дождевальных машин / А.И. Рязанцев, Н.Я. Кириленко, И.В. Малько - 2010100225, заявл. 11.01.2010, опубл. 27.06.2010. Бюл. № 18.
