WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

РАХИМОВ Ильдар Раисович

CОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН

ДЛЯ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КЛИНА С ПОЧВОЙ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск – 2006

Работа выполнена на кафедре «Почвообрабатывающие и посевные машины» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный агроинженерный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Капов Султан Нануович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ

Косилов Николай Иванович

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Гордеев Олег Власович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Башкирский государствен-

ный аграрный университет»

Защита состоится «22» декабря 2006 года, в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069.01 при Челябинском государственном агроинженерном университете по адресу: 454080, г.Челябинск, пр.Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета.

Автореферат разослан «21» ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор Старцев А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Приоритетным направлением разработки и совершенствования рабочих органов почвообрабатывающих машин является использование фундаментальных исследований и универсальных математических моделей основ теории технологических процессов взаимодействия клина с почвой.

Целесообразность определения силы сопротивления почвы через соответствующие напряжения, возникающие на поверхности клина, доказана многими учеными. При этом появляется возможность учета ряда свойств почвы, в том числе ее плотности. Однако анализ известных работ показал, что недостаточно изученными остаются вопросы определения составляющих результирующей силы, действующих на клин, проблема обоснования параметров и совершенствования конструкций рабочих органов для основной обработки почвы: корпуса плуга, стойки СибИМЭ, лапы плоскореза-глубокорыхлителя, щелереза, чизельного рабочего органа – далека от решения.

Не изучено влияние конструктивной схемы орудия и месторасположения рабочего органа на раме орудия на характер сил, действующих на рабочие органы.

В связи с этим тема диссертационной работы, направленная на решение этих задач, является актуальной и имеет народнохозяйственное значение.

Цель работы. Совершенствование различных типов рабочих органов для основной обработки почвы путем обоснования параметров на основе моделирования процесса взаимодействия клина с почвой для обеспечения выполнения агротребований при изменении физико-механических свойств почвы.

Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия различных типов рабочих органов машин для основной обработки с почвой.

Предмет исследования. Закономерности изменения сил, действующих на различные типы рабочих органов при изменении конструктивных и технологических параметров рабочих органов и свойств почвы.

Научная новизна. Составлена математическая модель процесса взаимодействия клина с почвой и впервые получены аналитические зависимости для определения составляющих сил, действующих на двух- и трехгранные клинья с учетом напряженно-деформированного состояния почвенного пласта. Показано, что в классе напряженно-деформированного состояния разрушение почвы описывается теорией Кулона-Мора, а нормальная составляющая сил сопротивления клиньев может быть выражена через нормальные напряжения, возникающие на поверхности клиньев. Получены аналитические выражения для определения сил, действующих на различные типы рабочих органов для основной обработки почвы, в зависимости от их конструктивных параметров и свойств почвы. Установлены уравнения регрессии, описывающие характер изменения сил, действующих на различные типы рабочих органов в зависимости от их параметров и свойств почвы. Установлено влияние характеристик рельефа поля, конструктивной схемы орудия и месторасположения рабочих органов на раме орудия на изменение глубины обработки и характер сил, действующих на рабочие органы.

Практическая ценность. Определен диапазон изменения конструктивных параметров рабочих органов, обеспечивающих выполнение агротребований для различных условий работы. Разработаны рекомендации по совершенствованию параметров рабочих органов на основе регулирования углов двух- и трехгранного клиньев и установки дополнительных приспособлений на крыле отвала и на лемехе рабочего органа для регулирования направлений траекторий перемещения почвы с целью получения крошения почвы в пределах агродопуска при минимальных значениях тягового сопротивления.

Полученные и обоснованные параметры рабочих органов способствуют улучшению качества работы почвообрабатывающих машин при минимальном их тяговом сопротивлении и повышению урожайности возделываемых культур.

Работа выполнена согласно межведомственной координационной программе о фундаментальных и приоритетных прикладных исследованиях по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001 - 2005 гг. «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» по направлению 02.01 «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства», где Челябинский государственный агроинженерный университет является исполнителем.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследования использованы на Стерлитамакском заводе строительных машин при создании комплекса машин противоэрозионной обработки почвы, в ЗАО ИПП «ТехАртКом» г.Челябинска для совершенствования параметров рабочих органов почвообрабатывающих машин, а также на заводе «Варнаагромаш» с.Варна Челябинской области при проектировании рабочих органов машин основной обработки почвы.

На защиту выносятся следующие научные положения:

  • модели взаимодействия двух- и трехгранного клина с почвой для определения тягового сопротивления при различных свойствах почвы;
  • расчетные схемы и аналитические зависимости взаимодействия рабочих органов с почвой при различных конструктивных схемах орудия и месте их установки на раме орудия при движении по случайному рельефу поля;
  • результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению сил, действующих на различные типы рабочих органов;
  • рациональные параметры рабочих органов и приспособлений для регулирования крошения почвы в пределах агродопуска.

Апробация. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ЧГАУ в 2000 - 2006 гг. и БГАУ в 2005 - 2006 гг.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в восьми научных статьях, по результатам исследования получено пять патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит введение, шесть глав, выводы и рекомендации. Список использованной литературы состоит из 136 наименований; работа содержит 95 рисунков, 21 таблицу и 9 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены научная и практическая значимость, кратко изложены основные положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы.

Глава 1 «Состояние вопроса и задачи исследования» посвящена анализу существующих способов основной обработки почвы и рабочих органов для ее осуществления. Рассмотрены влияние параметров рабочих органов на качество основной обработки почвы, альтернативные методы и способы, повышающие качество работы существующих рабочих органов для основной обработки почвы.

Изучению процесса взаимодействия рабочих органов с почвой посвящены исследования многих ученых: В.П.Горячкина, Г.Н.Синеокова, Л.В.Гячева, А.С.Кушнарева, А.П.Грибановского, В.И.Виноградова, В.А.Желиговского, М.Е.Мацепуро, М.Д.Под-скребко, В.В.Бледных, В.А.Лаврухина, А.Н.Гудкова, В.И.Балов-нева, С.Н.Капова, Ю.А.Ветрова и других.

Анализ этих исследований показал, что большинство авторов для математического описания реальной почвенной среды используют различные модели и расчетные схемы взаимодействия рабочего органа с почвой. В качестве модели почвы рассматриваются деформируемое твердое тело, упругая и сыпучая среды, а также сплошная деформируемая среда.

В работах В.В.Бледных, В.И.Баловнева и С.Н.Капова показана целесообразность рассмотрения модели взаимодействия клина с почвой и определения сил сопротивления почвы через нормальные напряжения, возникающие на поверхности клина, в зависимости от различных физико-механических свойств почвы.

Исследованиями А.Б.Лурье, А.И.Любимова, В.В.Бледных и др. установлено, что тяговое сопротивление орудия, глубина обработки и другие агротехнические показатели работы агрегата зависят от конструктивной схемы орудия и месторасположения опорных колес при движении агрегата по рельефу поля. Работ по изучению влияния этих факторов на силы, действующие на отдельные рабочие органы, нет.

На основе проведенного анализа сформулированы задачи исследования:

  1. Разработать модель взаимодействия двух- и трехгранного клина с почвой с учетом ее напряженно-деформированного состояния и изучить влияние параметров клина на тяговое сопротивление.
  2. Получить аналитические зависимости для определения тягового сопротивления различных типов рабочих органов для основной обработки почвы и обосновать рациональные параметры данных рабочих органов.
  3. Изучить влияние конструктивной схемы и месторасположения рабочих органов на раме орудия на показатели их работы.
  4. Разработать рекомендации производству и дать технико-экономическую оценку их внедрения.

Во второй главе «Модель взаимодействия клина с почвой» рассмотрено функционирование рабочего органа как реакция на входные воздействия, получена модель по принципу «вход - выход» в операторной форме и раскрыты входные, выходные и внутренние параметры, оказывающие влияние на тяговое сопротивление и агротехнические показатели работы различных типов рабочих органов.

Любой рабочий орган почвообрабатывающей машины можно представить как двугранный клин (чизельный рабочий орган, щелерез и т.д.), трехгранный клин (отвальный корпус плуга, дисковый рабочий орган и т.д.) либо как их совокупность (лапа плоскореза-глубокорыхлителя). Конструктивные параметры этих клиньев формируют рабочую поверхность и оказывают непосредственное влияние на качество обработки почвы и энергоемкость протекающего процесса.

Для двугранного клина таким параметром является угол его постановки ко дну борозды (рис.1а), для трехгранного клина - угол постановки клина ко дну борозды и угол постановки к стенке борозды (рис.1б).

а) б)

Рисунок 1 – Силы, действующие на клинья:

а - двугранный, б - трехгранный

При взаимодействии клина с почвой сила его сопротивления определяется как

, (1)

где Rd - сила, направленная на подрезание и деформацию почвенного пласта, Н; Rv - сила, необходимая для сообщения кинетической энергии при транспортировании отделившихся частиц почвенного пласта, Н.

Для определения силы Rd необходимо знать напряжение n, возникающее при контакте почвы с рабочей поверхностью клина. Исследованиями установлено, что в классе напряженно-деформируемого состояния разрушение почвы может быть описано теорией прочности Кулона-Мора. Применительно к почвенной среде нормальные напряжения, возникающие на поверхности клина, определяются по формуле

, (2)

где – угол трения почвы о почву, град.; а – толщина пласта, м; Н – угол наклона площадки разрушения к направлению напряжения, град., ; – плотность почвы, кг/м3; С – сцепление почвы, Н/м2; g – ускорение свободного падения, м/с2; - угол трения почвы о поверхность клина, град.

Формула (2) позволяет определить нормальное напряжение в зависимости от свойств почвы (,, С, ), конструктивных параметров клина (,, ) и технологических параметров обработки (а, v) (рис.2). Изменение любого из факторов, входящих в формулу, ведет к изменению сил, действующих на рабочие органы, что позволяет выбрать рациональные параметры различных типов рабочих органов.

n, Н/м2

1 2 3

, град

Рисунок 2 – Зависимость нормального напряжения n от угла постановки клина ко дну борозды при различной глубине обработки: 1 – 0,3 м; 2 – 0,25 м; 3 – 0,2 м

Выразив нормальную силу N через нормальное напряжение n с учетом коэффициента kv, зависящего от скоростей процессов, действующих на почву и протекающих в ней, получим силу Rd:

, (3)

где b – ширина захвата клина, м; ; v – скорость движения клина, м/с; vкр – критическая скорость,, м/с; – угол сдвига, зависящий от свойств почвы, град.; vр - скорость разрушения почвенного пласта, м/с.

Для определения силы Rv рассматривается взаимодействие почвенного элемента с передней гранью клина и учитывается распространение упругих и пластических волн деформации. Считая, что основным уравнением динамического воздействия клина на почву является уравнение импульса силы, получена составляющая Rv:

. (4)

Общее сопротивление клина определится по формуле

. (5)

Первая составляющая общего сопротивления клина характеризует процесс деформации почвы с последующим ее разрушением, вторая показывает процесс транспортирования разрушенной почвы по поверхности клина. Это совпадает с данными В.В.Бледных, С.Н.Капова и др. ученых. Установлено, что сопротивление клина имеет квадратичную зависимость от глубины обработки и скорости движения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»