WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

  Третьяков Александр Иванович 

повышение эффективности

дискового культиватора при уходе

за лесными культурами на вырубках

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО ВГЛТА)

Защита состоится « 29 » мая 2012 г. в  10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседаний – аудитория 240).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии.

Автореферат размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ

http://vak.ed.gov.ru/

Автореферат разослан « 28 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

 

Скрыпников А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Основными объектами при лесовосстановлении являются вырубки, занимающие более двух третей лесокультурного фонда страны. Для ухода за лесными культурами традиционно используются культиваторы с пассивными сферическими дисковыми рабочими органами. Обладая положительным свойством перекатываться через крупные корни, ветки и камни, они в тоже время имеют слабую заглубляющую способность и устойчивость хода на заданной глубине обработки. Кроме этого такие рабочие органы хуже рыхлят почву и подрезают сорную растительность, что вынуждает механизаторов часто проходить рядок дважды за один уход. Применение балласта для лучшей заглубляемости дисковых батарей утяжеляет орудие и ведет к неоправданному увеличению динамических нагрузок на его рабочих органах и, в сочетании с повторными проходами, соответственно – к повышенному расходу топлива агрегатируемым трактором. К тому же, для защиты от перегрузок, лесные культиваторы снабжены малоэффективными простейшими пружинными амор­­тизаторами вер­ти­кального типа, не способные надежно защитить такое орудие от поломок при встрече его рабочих органов с крупными несмещаемыми препятствиями (корнями, выходами скальных пород, пнями, валунами и т.п.).

В настоящее время проблеме повышения эффективности лесных дисковых культиваторов путем использования на них вибрационных рабочих органов, все еще уделяется недостаточное внимание, вследствие чего отсутствуют как глубоко проработанные теоретические разработки, так и перспективные технические решения.

Указанные недостатки лесных дисковых культиваторов существенно снижают их эксплуатационные свойства. По этой причине исследование по повышению эффективности лесного дискового культиватора с вибрационным механизмом рабочих органов является актуальным.

Цель работы. Повышение эффективности лесного дискового культиватора, пу­тем обоснования и оптимизации параметров вибрационного механизма рабочих органов, обеспечивающего снижение тягового сопротивления культиватора, нагрузок на рабочие органы при преодолении ими препятствий, а также повышение качества обработки почвы при уходе за лесными культурами на вырубках.  

Предмет и объект исследования. Предмет исследования – зависимость эксплуатационных свойств лесного дискового культиватора от способа взаимодействия рабочих органов с почвой и препятствиями на вырубках. Объект исследования – лесной дисковый культиватор с виб­­рационными рабочими органами.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе имитационного моделирования с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальная проверка основных теоретических положений проводилась на натурных образцах серийного и опытного лесных дисковых культиваторов на специальном стенде и в производственных условиях лесных вырубок. Для регистрации исследуемых параметров использовался электротензометрический метод, а обработка результатов про­­водилась методами математической статистики при компьютерной поддержке.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

– разработана математическая модель вибрационного механизма рабочих органов, отличающаяся учетом возмущающих воздействий на лес­ной дисковый культиватор со стороны почвы и препятствий на вырубке;

– разработана имитационная модель вибрационного механизма рабочих органов, отличающаяся возможностью исследования влияние его конструктивных и рабочих параметров на эффективность лесного дискового культиватора;

– получены силовые характеристики рабочих органов культиватора, отличающиеся учетом параметров препятствий и предохранителя рабочих органов;

– обоснованы рабочие и конструктивные параметры вибрационного механизма лесного дискового культиватора, отличающиеся оптимальными значениями и учетом взаимодействия его  рабочих органов с почвой и препятствиями на вырубке.

Научные положения, выносимые на защиту:

– математическая модель вибрационного механизма рабочих органов, позволяющая определить основные рабочие и конструктивные параметры лес­ного дискового культиватора, предназначенного для работы на вырубках;

– имитационная модель вибрационного механизма рабочих органов, позволяющая установить влияние конструктивных параметров вибрационного механизма на эксплуатационные свойства лесного дискового культиватора;

– силовые характеристики рабочих органов, позволяющие при расчетах принимать обоснованные минимально допустимые значения нагрузок на элементы конструкции культиватора для снижении его массы и металлоемкости;

– обоснованные рабочие и конструктивные параметры вибрационного механизма рабочих органов, позволяющие повысит эффективность лесного дискового культиватора на вырубках.

Достоверность научных положений обеспечена применением современных методов теории, эксперимента и оборудования, обоснованным объемом экспериментального материала, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических данных, положительными результатами лабораторно-полевых и опытно-производственных испытаний.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в разработке математических моделей и программ для ЭВМ, позволяющие расширить возможности проектирования энергосберегающих лесных почвообрабатывающих агрегатов. Практическая значимость заключается в разработке конструкции лесного дискового культиватора с вибрационными рабочими органами, обеспечивающего повышение качества обработки почвы, снижение нагрузок на дисковые батареи при преодолении ими препятствий, а также уменьшение массы орудия и снижение расхода топлива двигателем агрегатируемого трактора при уходе за лесными культурами на вырубках.

Апробация  работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2010 … 2012 гг.), международных и всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2011 г.; Вологодский государственный технический университет, 2010-2011 гг.; Тульский государственный университет, 2011 г.). Участие в 5-й межрегиональной агропромышленной выставке-демонстрации (Воронежская область, Бобровский район, ООО «Хреновской конный завод»), 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, вклю­чая патент РФ № 2444877, два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ №№ 2011612917 и 2011614082, а также три статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК. Единолично опубликовано пять статей.

Реализация работы. Разработанная конструкция лесного дискового культи­ватора с энергосберегающим вибрационным механизмом рабочих органов внедрена в ОГУП «Кшеньлес», ООО «Бутурлиновский лес». Кроме этого результаты исследования внедрены в учебный процесс ВГЛТА, а также могут быть рекомендованы научным работникам, конструкторам и аспирантам, занимающихся разработкой новых и совершенствованием серийных лесных и сельскохозяйственных почвообрабатывающих орудий.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 176 странниц, из них 152 страница основного текста и 23 страницы приложений. Работа включает 45 иллюстрации, 6 таблиц и 155 наименований использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и научные положения, выносимые на защиту, а также результаты апробации и внедрения работы.

В первом разделе рассмотрены условия функционирования лесных дисковых культиваторов на нераскорчеванных вырубках. Приведены основные характеристики и параметры неровностей и препятствий лесных объектов, оказывающие негативное воздействия на трактор и культиватор. На основе анализа установлено, что традиционные конструкции лесных дисковых культиваторов не обеспечивают необходимое качество выполняемых работ и недостаточно адаптированы к условиям лесных объектов.

Вопросу повышения эффективности лесных почвообрабатывающих агрегатов в тяжелых условиях вырубок посвящены работы ученых: Бартенева И.М., Винокурова В.Н., Казакова В.И., Карамышева В.Р., Климова Г.Б., Корниенко А.П., Маслай В.И., Нартова П.С., Попикова П.И., Посметьева В.И., и др. В тоже время повышению эффективности лесных дисковых почвообрабатывающих орудий с помощью вибрационных рабочих органов учеными уделяется все еще недостаточное внимание.

Во втором разделе приведено обоснование конструктивной схемы лесного дискового культиватора с вибрационным механизмом рабочих органов, представлены методики математического и имитационного моделирования гидравлического вибрационного механизма рабочих органов лесного дискового культиватора.

На разработанный лесной дисковый культиватор с гидравлическими вибрационным и предохранительным механизмами рабочих органов был получен патент РФ № 2444877 (рис. 1). Принцип работы культиватора заключается в следующем. При движении на вырубке рабочие органы 5 надежно удерживаются в почве на заданной глубине обработки ад благодаря установленному давлению рн в гидроцилиндре 7, передаваемого из напорной магистрали 36 от насосно-аккумуляторного узла гидросистемы агрегатирумого трактора. Импульсные изменения величины давления рабочей жидкости (частотой 5 … 7 Гц) в гидроцилиндре 7 обеспечиваются работой золотника 11 клапана давления 8, который постоянно сбрасывает давление рс рабочей жидкости в сливную магистраль 37. Пульсация давлений в напорной магистрали, создаваемая при работе золотника 12 приводит к колебаниям поршня со штоком гидроцилиндра 7, и соответственно к возбуждению вибрации на дисках 5 культиватора. Таким образом, при дви­же­нии дис­­­­кового ра­бочего органа в почве на заданной глубине обра­бот­ки, он вместе со стойкой совершает вынужденные коле­ба­ния в упру­гой системе "рабочий орган 5 – пружина 6 – почва" под воз­дейст­вием пуль­са­ций рабочей жидкости в гидроцилиндре 7 предохранителя, пе­ре­да­ваемой по трубо­п­ро­во­ду 36 от клапана 9 вибрационного механизма.

Гидроцилиндр 7 в конструкции культиватора совмещает в себе функцию вибродвигателя и гидроцилиндра в механизме пневмогидравлического предохранителя рабочих органов. В случае встречи с препятствием дисковая батарея 5 отклоняется назад и вверх, а поршень гидроцилиндра 7 вдвигается в цилиндр и повышает давления в напорной гидромагистрали 36. Вибрационный механизм с помощью клапанов 8 и 10 автоматически отключается, а после преодоления препятствия и снижения давления в магистрали 36 вновь включается в работу. Этим снижаются нагрузки на рабочие органы культиватора.

Гидравлический вибрационный механизм в модели состоит из золотника гидропульсатора, двигающегося поступательно вдоль оси корпуса, и полостей A, B, C, D, E, объем которых может меняться при движении золотника (рис. 2, а). Объем полостей гидропульсатора и давление рабочей жидкости в них обозначим соответственно VA, VB, VC, VD, VE и PA, PB, PC, PD, PE. Дисковая батарея в модели представлена в виде сосредоточенной массы mБ, жестко соединенной со штоком гидроцилиндра и вязко-упруго связанной с обрабатываемой почвой и рамой культиватора (параметры вязко-упругой связи cБ и dБ).

В математической модели вибрационного механизма учитываются две механические и одна гидравлическая подсистемы. Первая из них – поступательное движение золотника в гидропульсаторе. Золотник движется под воздействием некомпенсированных давлений в полостях гидропульсатора. Уравнение движения можно записать на основе второго закона Ньютона:

             

где mЗ – масса золотника; xЗ – положение золотника в клапане; Fi – силы, действующие на золотник вследствие нескомпенсированности давлений в полостях, а также силы трения.

Расписывая силы, получим уравнение движения золотника:

где DШ и DП – диаметры штоковой и поршневой частей золотника; dП – обобщенный коэффициент вязкого трения при движении золотника; сП и LПО – жесткость и свободная длина упорной пружины.

Вторая механическая подсистема описывает колебательное движение дисковой батареи культиватора. В рамках принятых допущений о сведении вращательного движения батареи к поступательному (благодаря малой амплитуде колебаний – порядка 3 см) и о приведении массы батареи к точечной массе, уравнение движения дисковой батареи также можно записать на основе второго закона Ньютона:

               

где xП – положение поршня в гидроцилиндре; PE – давление рабочей жидкости в гидроцилиндре (принято допущение, что давление PE одинаково и в дополнительной полости Eа и в гидроцилиндре); DГЦ – внутренний диаметр гидроцилиндра; cБ и dБ – коэффициенты жесткости и вязкости контакта дисковой батареи с почвой (контакт через упругие сферические диски культиватора) и рамой культиватора (упорная пружина между дисковой батареей и рамой (6 на рис. 2)); xПО – положение поршня, при котором эффективная упругая сила равна нулю.

Моделирование гидравлической подсистемы основано на анализе изменения объемов Vm различных полостей (m – индекс полости) при перемещении золотника и поршня гидроцилиндра. При этом давление Pm в полости m изменяется в соответствии с зависимостью

        ,                                 (4)

где E – объемный модуль упругости рабочей жидкости.

       Если различаются давления в двух полостях i и j, гидравлически соединенных между собой, то имеет место перетекания рабочей жидкости. При этом расход Qij определяется по известной формуле

        ,               (5)

где i и j – индексы полостей; kij – коэффициент дросселирования; sign(x) – функция, возвращающая знак переменной x.

       Формула (5) используется как для дросселей, так и для трубопроводов. В модели считается, что все дросселирующие элементы имеют круглое сечение, тогда коэффициент дросселирования определяется через диаметр отверстия dij по формуле

        ,                               (6)

где – коэффициент расхода; g – ускорение свободного падения; – удельный вес рабочей жидкости.

Интегрирование системы производится численно модифицированным методом Эйлера. Решение системы уравнений позволяет найти основную функцию, характеризующую работу системы создания вибрации: временную зависимость положения поршня в гидроцилиндре xП(t).

Амплитуда колебаний штока гидроцилиндра AГЦ вычисляется по функции xП(t) следующим образом:

                                                               

где максимум и минимум функции xП(t) определяются начиная с перехода колебательной системы в установившийся режим (условие t > 2 с).

Частота колебаний fК определяется по формуле

где TК – период колебаний, определяемый по функции xП(t) из условия периодичности.

Определение периода производится численным методом минимизации суммы квадратов отклонения при наложении основной и смещенной на TК функции.

Средняя мощность, потребляемая вибрационным механизмом

где tКЭ и tУ – время окончания компьютерного эксперимента и время выхода на установившийся режим колебаний; PE(t) – давление в полости высокого давления; QE(t) – расход жидкости, поступающей в полость высокого давления.

Коэффициент формы колебаний kФ характеризует крутизну фронта вибрационного импульса и рассчитывается по формуле:

где и – моменты времени, в которых наблюдаются последовательные минимум и максимум функции xП(t).

Коэффициент kФ может принимать значение от 0 до 100 %. Если коэффициент kФ равен 50 % длительность фронта вибрационного импульса равна длительности спада импульса, то есть, движение сферических дисков культиватора в направлении почвы длится столько же, сколько движение их от почвы. С целью улучшения вибрационного воздействия на почву целесообразно, чтобы kФ принимал как можно большее значение.

В имитационной модели состояние и функционирование гидропульсатора задается более, чем 50 параметрами. Взаимосвязь основных входных параметров (факторов) и выходных характеристик (критериев) представлена на рисунке 3. Здесь, кроме уже рассмотренных выше обозначений: VEa – объем дополнительной полости в виде пружинного аккумулятора (рис. 2, а); kDO, kEA и kEC – коэффициенты дросселирования рабочей жидкости, соответственно, при ее сливе из полости D в магистраль низкого давления, поступающей из полости Еа в полость А, из полости Еа в подзолотниковую полость С (рис. 2, а и б). К первой из четырех групп переменных «Параметры генерирования автоколебаний» относятся параметры, позволяющие ввести гидропульсатор в режим автоколебаний. Ко второй группе «Регулировочные параметры» относятся характеристики, позволяющие задать необходимые параметры вибрации дисковой батареи (амплитуду, частоту, форму импульса). К третьей группе «Эксплуатационные параметры» относятся характеристики, которые могут изменяться в широких пределах в процессе обработки почвы. К четвертой группе «Показатели эффективности» относятся характеристики гидропульсатора, подлежащие измерению в ходе имитационного моделирования.

Кроме рассмотренных, в разделе представлены также аналитические зависимости, позволяющие определить усилия на рабочих органах при преодолении последними препятствий на вырубке.

В третьем разделе приведены результаты имитационного моделирования гидропульсатора вибрационного механизма и оптимизации его основных параметров. Последовательно были получены и проанализированы зависимости показателей эффективности гидропульсатора и вибрационного механизма в целом АГЦ, fk, N и kФ от параметров генерирования авто­колебаний kDO, kEA и kEC, регу­ли­ровочных VEa, LПО и эксплуатационных сБ и dБ параметров (рис. 3). В частности, на рисунке 4 представлены зависимости показателей эффективности от конструктивного параметра вибрационного механизма – жесткости пружины-упора дисковой батареи (6 на рис. 1).

В результате имитационного моделирования гидравличес­кого вибрационного меха­низ­ма рабочих органов было установлено следующее. С помощью до­пол­ни­тель­ной полости Еа, соеди­ненной непосредственно с под­золотниковой полостью С (рис.2, а и б) можно регулировать частоту автоколебаний гид­рав­личес­кого вибрационного ме­­ха­низма в широких пределах (от 2 до 9 Гц). Оптимальный объем дополнительной полости составляет 0,01 м3, при этом автоколебания имеют частоту 6 Гц, наиболее благоприятную при обработке почвы в рядах лесных культур. С помощью па­раметра LПО (величины перекры­тия золотником рабочего ка­нала при несжатом состоянии пружины) можно регулировать амплитуду вибрации штока гидроцилиндра (от 2 до 18 мм). Гидравлический вибрационный механизм эффективно функционирует при изменении условий эксплуатации в широких пределах. Коэффициенты эффективной жесткости и вязкости взаимодействия дисковой батареи с почвой, приведенные к штоку гидроцилиндра, могут лежать в диапазонах 0,1-1,1 МН/м и 0,0-3,8 кН·с/м соответственно.

В ходе оптимизации проводился поиск такого набора параметров (VE, LПО), при которых являлись оптимальными следующие критерии: АГЦ, fk, N и kФ. При этом необходимо было добиться, чтобы амплитуда вибрации была как можно большей, частота вибрации стре­­ми­лась к 6 Гц, потребляемая мощность была как можно меньшей, коэффициент формы импульса был как можно большим. По­­э­­тому задача оп­тимиза­ции была пред­ставлена в аналитичес­кой форме в виде:

    (11)

При оптимизации параметров вибрационного механизма каждый из двух факторов варьировали на восьми уровнях: VE изменяли от 0,000 до 0,025 м3 с равным шагом; LПО изменяли от 8,0 до 11,0 мм с шагом 0,5 мм. Поэтому в ходе решения задачи оптимизации провели 64 компьютерных экспериментов (8 х 8 = 64). При этом получили таблич­но заданную функцию двух переменных для каж­дой из оптимизируемых функций AГЦ (VE, LПО), fК (VE, LПО), N (VE, LПО), kФ (VE, LПО).

При двухфакторной оптимизации графически были изображены поверхности отклика и проведен их визуальный анализ. Анализируя каждую из поверхностей отклика, представленную с помощью линий уровня, факторное пространство было условно разделено на две области: благоприятную (затем­нены на рисунке 5), в которой критерий оптимизации принимает искомые оптимальные значения, и неблагоприятную.

Путем наложения благоприятных областей получена оптимальная область факторного пространства (рис. 5). Оптимальные диапазоны параметров составляют: VE от 0,007 до 0,012 м3; LПО от 9,6 до 10,2 мм. При этом амплитуда колеба­ний штока гидроцилиндра составляет не менее 15 мм, частота колебаний лежит в ди­апазоне 5-7 Гц, потребляемая мощность не превышает 2,5 кВт на обе дисковые батареи, а вибрационные импульсы имеют резкий фронт и пологий спад.

Для оценки эффективности пневмогидравлического предохранителя опытного образца культиватора и сравнения его характеристик с характеристиками серийного культиватора КЛБ-1,7, оснащенного пружинными аморти­за­торами, были получены соответствующие зависимости усилий Fcn на рабочих органах от высоты Нпн препятствия и глубины обработки ад. (рис. 6).

анализ этих кривых свидетельствует, что предохранитель опытного культиватора имеет явное преимущество, так как обеспечивают такую закономерность изменения усилий на рабочих органах, которая, с одной стороны, обеспечивает надежное удержание батареи на заданной глубине обработки, а с другой – не допускает вредных нагрузок на орудие при преодолении рабочими органами препятствий.

Параметры предохранителя опытного культиватора обеспечивают ему преодоление препятствий высотой до 60 см от дна борозды, тогда как серийный культиватор преодолевает пни высотой лишь соответственно до 18 см, причем в основном за счет подъема вверх всего орудия. У культиватора с новыми предохранителем максимальные значения нагрузок на рабочие органы при преодолении им препятствий в среднем в 2,4 и 2,8 раза меньше таких нагрузок, чем у серийного культиватора.

В четвертом раз­деле представ­лены ме­то­дики проведения и ре­зультаты экс­пе­ри­ментов в лабораторных и полевых ус­ло­виях. Для регистрации параметров исследуемых конструк­ций культиваторов были применены известные методы элект­ротен­зо­мет­ри­­рования и ви­деосъем­ки. На лабораторном комплексе (рис. 7) исполь­зовался комп­лект аппара­туры стаци­о­нар­ной тензола­боратории. В по­левых условиях комплект аппаратуры монтировался в кабине тракто­ра, запись всех измеряемых парамет­ров про­во­дилась на ЭВМ с последу­ю­щей обработ­кой результатов с помощью прог­рам­­мы Geni DAQ. Одновременно на жесткий диск ПЭВМ фиксировались четыре пар­аметра у культива­тора КЛБ-1,7 и пять пара­метров у опытного образца культиватора.

Результаты экспериментального исс­ле­дования серийного и нового лесных диско­вых культиваторов имеют дос­та­точно хо­рошую сходи­мость с аналогич­ными результатами компьютер­ного моделирования (рис. 8), что в целом под­тверждает обоснованность разработанных теоретических по­­л­о­жений. Так, на участках до встречи с препятствием, новый культиватор по срав­нению с серийным показал следующие преиму­щества: без использова­ния балласта обес­пе­чивает более высокую – на 25-30 % заглубляемость дисковых батарей, при этом наилучший эф­фект вибра­ции рабочих органов проявляется в диапазоне скоростей дви­жения агрегата 0,9-1,2 м/с и углах установки дис­ковых батарей 200 и 100; средняя глубина об­работки на 15 %, а ширина защитной зоны в среднем на 18 % выше, что свидетельствует о более устойчивом ходе дисковой батареи в почве на заданной глубине и обес­печило снижение поврежда­­емости лесных культур в обрабатываемой борозде в сред­нем в 4,5 раза; при ско­рости движения агрегата на вы­рубке в диапазоне 0,6-0,9 м/с имеет меньшее на 10-15 %, а при скорости превышающей 0,9 м/с равное рабочее сопротивление; диски на­дежно перерезают древесные вклю­чения на 0,5-1,0 см большего диаметра; благодаря принудительной вибрации дисковые батареи обеспечивают луч­шее крошение почвы и само­очи­­щаемость дисков.

В пятом разделе помещены описание конструкции опытного образца культиватора, методика и результаты его срав­ни­тель­ных испытаний с серий­ным культиватором, приведены результаты расчета экономической эффективности внедрения опыт­ного образца. Общий вид опытного образца культиватора представлен на ри­сунке 9.

Результаты опытно-произ­вод­ственной проверки в целом подтвердили правильность предпосылок, заложенных при обосновании  конструкции и параметров лесного дис­­кового культиватора с пневмогидравлическим предохранителем и вибрационными рабочими органами. Без использования балласта дисковые батареи культиватора устойчиво работают на заданной глубине в обрабатываемой борозде, благодаря чему число повреждаемых саженцев в 2-4 раза меньше, чем у серийного культиватора. Использование пневмогидравлического предохранителя и вибрационных рабочих органов позволило уменьшить рабочее сопротивления опытного культиватора, и, соответственно мощность затрачиваемую на его работу, причем на величину примерно равную мощности, затрачиваемой двигателем агрегатируемого трактора на привод гидравлического вибрационного механизма. Опытный культиватор надежно преодолевает пни высотой до 60 см от дна борозды, против 28 см у КЛБ-1,7, и, в отличие от серийного образца, не испытывает значительных вертикальных перемещений. При этом динамические нагрузки на дисковых батареях были в 2-3 раза, а длина пути их заглубления после преодоления препятствия на 15-20 % меньше, чем у КЛБ-1,7. При более высоких показателях качества работы пневмогидравлический предохранитель и вибрационные рабочие органы позволяют опытному культиватору, по сравнению с культиватором КЛБ-1,7: повысить производительность агрегата на 22,5 %, коэффициент технического использования культиватора соответственно с 0,71 до 0,81 и уменьшить затраты труда при уходе за почвой на 22 %, а эксплуатационные издержки на 20 %. Годовой экономический эффект от применения одного культиватора с пневмогид­рав­­лическим предохранителем и вибрационными рабочими органами составил не менее 46679 рублей, а срок окупаемости капитальных вложений на модернизацию культиватора – 0,36 года.

Разработанные конструкции пневмогидравлического предохранителя и вибрационного механизма могут устанавливаться и на другие лесные и сельскохозяйственные почвообрабатывающие орудия: плуги, бороны, рыхлители, покровосдиратели.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Широко используемые для ухода за лесными культурами на вырубках лесные дисковые культиваторы имеют низкую эффективность. Оснащенные простейшими пружинными амортизаторами они часто выходят из строя, а их дисковые рабочие органы обладают недостаточными заглубляемостью и стабильностью хода на заданной глубине обработки. Кроме этого, рабочие органы пассивного типа не обеспечивают хорошее крошение почвы, недостаточно качественно подрезают сорную растительность, забиваются почвой и повреждают значительное число саженцев. Низкое качество ухода в рядах лесных культур вынуждает механизаторов выполнять двойные проходы, что ведет к снижению производительности и перерасходу топлива агрегатируемым трактором.

2 Предложена конструкция и обоснованы основные параметры лесного дискового культиватора с вибрацион­ными рабочими органами, которые обеспечивают повышение производительности, снижение рабочего сопротивления и нагрузок на конструкцию культиватора, а также более высокое качество обработки почвы при уходе за лесными культурами на вырубках (патент РФ № 2444877).

3 Разработаны математическая и имитационная модели вибрационного механизма рабочих органов, позволяющие обосновать основные рабочие и конструктивные параметры, а также исследовать их влияние на эффективность лес­ного дискового культиватора (свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ №№ 2011612917 и 2011614082).

4 Выполнена оптимизация основных рабочих и конструктивных параметров вибрационного механизма рабочих органов культиватора: рабочий диаметр и ход штока гидроцилиндра – соответственно 50 и 550 мм; минимальное и максимальное давление рабочей жидкости 10 и 16 МПа; мощность, затрачиваемую на вибрацию в зависимости от физико-меха­ни­ческих свойств почвы  – 1,5-4,5 кВт; частоту и амплитуду колебаний дисковой батареи – соответственно 5-7 Гц и 30-40 мм.

5 Благодаря совершенной силовой характеристике рабочих органов опытного культиватора, обеспечиваемой пневмогидравлическим предохранителем совместно с вибрационным механизмом, ударные нагрузки снижены до безопасных значений и которые в среднем в 1,5-3,0 раза меньше по величине, по сравнению с такими нагрузками у серийного культиватора. Опытный образец преодолевает пни высотой до 60 см от дна борозды, против 28 см у КЛБ-1,7, и, в отличие от последнего, не подвержен значительным вертикальным перемещениям. При этом величина огреха при преодолении дисками препятствий снижена в среднем на 15-20 %.

6 Вибрационный механизм обес­­печивает повышение качества обработки почвы при уходе за лесными культурами – средняя глубина обработки на 15 % выше, а ее среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации ниже на 22 и 25 %, соответственно; ширина защитной зоны в среднем выше на 18 %, а ее среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации ниже на 18 и 23 %, что обеспечивает снижение повреждаемости лесных культур в обрабатываемой борозде в среднем в 4,5 раза по сравнению с серийным культиватором. Благодаря принудительной вибрации дисковые батареи опытного культиватора обеспечивают лучшее крошение почвы и самоочищаемость дисков от налипания почвы и сорной растительности.

7 Лесной дисковый культиватор с вибрационными рабочими органами по сравнению с серийным позволяет: повысить производительность агрегата на 22,5 %, коэффициент технического использования соответственно с 0,71 до 0,81; уменьшить затраты труда при уходе за почвой на 22 %, эксплуатационные из­держки на 20 %. Годовой экономический эффект от применения культиватора с вибрационными рабочими органами составил 46679 рублей, а срок окупаемости – 0,36 года.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1 Посметьев, В. И. О возможности использования рекуперируемой энергии лесного почвообрабатывающего агрегата для интенсификации технологического процесса [Текст] / В. И. Посметьев, В. А. Зеликов, А. И. Третьяков, В. В. Посметьев // Изв. вузов. Лесной журнал. – 2011. – № 1. – С. 60-64.

2 Третьяков, А. И. Результаты математического моделирования лесного почвообрабатывающего агрегата с механизмами рекуперации и вибрационными рабочими органами [Текст] / А. И. Третьяков // Современные проблемы науки и образования / 2012. – № 2. Режим доступа: www.science-education.ru/102-5862.

3 Посметьев, В. И. Результаты теоретического исследования гидравлического вибрационного механизма рабочих органов лесного дискового культиватора [Текст] / В. И. Посметьев, В. А. Зеликов, А. И. Третьяков // Современные проблемы науки и образования / 2012. – № 2. Режим доступа: www.science-education.ru/102-6081. 

Патенты и свидетельства

4 Пат. 2444877 РФ, МПК А 01 В 63/10. Гидропривод почвообрабатывающего агрегата [Текст] / Посметьев В. И., Зеликов В. А., Снятков Е. В., Третьяков А. И., Посметьев В. В. (РФ). – № 2010128888/13 ; заявл. 12.07.2010 ; опубл. 20.03.2012, Бюл. № 8. – 7 с.

5 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Имитация движения колесного трактора по лесной вырубке [Текст] / В. А. Зеликов, В. И. Посметьев, А. И. Третьяков, В. В. Посметьев ; правообладатель ВГЛТА. – № 2011612917 ; заявл. 27.12.2010 ; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 12.04.2011.

6 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Имитация движения гусеничного трактора по лесной вырубке [Текст] / В. А. Зеликов, В. И. Посметьев, А. И. Третьяков, В. В. Посметьев ; правообладатель ВГЛТА. – № 2011614082 ; заявл. 01.04.2011 ; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 25.05.2011

В сборниках научных трудов и материалах конференций

7 Посметьев, В. И. К проблеме виброзащитных систем в лесных машинах [Текст] / В. И. Посметьев, А. И. Третьяков // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте : межвуз. сб. науч. тр. / Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2009. – С. 66-69.

8 Посметьев, В. И. Оценка и пути повышения надежности лесных почвообрабатывающих орудий [Текст] / В. И. Посметьев, А. И. Третьяков // Актуальные проблемы развития лесного комплекса : материалы шестой международной научно-технической конференции / ВоГТУ. – Вологда, 2010. – С. 195-198.

9 Посметьев, В. И. Лесной культиватор с вибрационными рабочими органами и пневмогидравлическим предохранителем [Текст] / В. И. Посметьев, А. И. Третьяков // Вузовская наука – региону : Материалы восьмой Всероссийской научно-технической конференции. Т. 2. – Вологда : ВоГТУ, 2010. – С. 257-259.

10 Посметьев, В. И. Лесной почвообрабатывающий агрегат с механизмами рекуперации энергии и вибрационными рабочими органами [Текст] / В. И. Посметьев, А. И. Третьяков // Актуальные проблемы лесного комплекса : межвуз. сб. науч. тр. Т. 2 / Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2010. – С. 78-83.

11 Посметьев, В. И. Почвообрабатывающий агрегат с механизмами рекуперации энергии и вибрационными рабочими органами [Текст] / В. И. Посметьев, А. И. Третьяков // ЦНТИ. – Воронеж, 2010. – 3 с. – Инфор. листок № 36-039-10.

12 Посметьев, В. И. Повышение заглубляющей способности дисковых рабочих органов путем их принудительной вибрации [Текст] / В. И. Посметьев, А. И. Третьяков // Лесотехнический журнал / ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2011. – № 2. – С. 79-85.

13 Посметьев, В. И. Лесной дисковый культиватор с повышенными эксплуатационными свойствами [Текст] / В. И. Посметьев, В. А. Зеликов, А. И. Третьяков, М. А. Латышева // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы седьмой международной научно-технической конференции / ВоГТУ. – Вологда, 2011. – С. 34-38.

14 Посметьев, В. И. Система энергосбережения лесного почвообрабатывающего агрегата : анализ на основе имитационного компьютерного моделирования [Текст] / В. И. Посметьев, В. А. Зеликов, А. И. Третьяков // Приоритетные направления развития науки и технологий : доклады IX Всероссийской научно-технической конференции : Изд-во «Инновационные технологии». – Тула, 2011. – С. 111-114.

15 Третьяков, А. И. Анализ причин возмущающих воздействий на лесные почвообрабатывающие агрегаты в условиях нераскорчеванных вырубок [Текст] / А. И. Третьяков // Лесотехнический журнал / ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2011. – № 3. – С. 114-119.

16 Третьяков, А. И. Повышение эффективности лесных дисковых орудий с помощью принудительной вибрации их рабочих органов [Текст] / А. И. Третьяков // Лесотехнический журнал / ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2011. – № 4. – С. 118-122.

17 Посметьев, В. И. Лесной дисковый культиватор с энергосберегающим гидроприводом [Текст] / В. И. Посметьев, В. А. Зеликов, А. И. Третьяков, В. В. Посметьев // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка : материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов / СПбГЛТА. – Санкт-Петербург, 2011. – С. 313-318.

18 Третьяков, А. И. Гидравлический вибрационный и предохранительный механизмы для почвообрабатывающего орудия [Текст] / А. И. Третьяков // ЦНТИ. – Воронеж, 2012. – 4 с. – Инфор. листок № 36-005-12.

19 Третьяков, А. И. К вопросу классификации вибрационных механизмов лесных почвообрабатывающих орудий [Текст] / А. И. Третьяков // Лесотехнический журнал / ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – № 1. – С. 76-80.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.034.02 или выслать ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю. Тел. 8-(4732)-537-418.

Третьяков Александр Иванович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ДИСКОВОГО КУЛЬТИВАТОРА ПРИ УХОДЕ

ЗА ЛЕСНЫМИ КУЛЬТУРАМИ НА ВЫРУБКАХ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано к печати __.__.__.

Формат 6090 1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ ____

Отпечатано в УОП ФГБОУ «ВГЛТА»

394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.