Обоснование параметров рабочего органа для щелевания почвы

ГОСТом 1ЕС 60034-1-2014 «Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики». Обмотки линейного электродвигателя соответствуют классу изоляции А (допустимая температура нагрева составляет Т=105°С).

Анализируя полученные кривые нагрева ЛАД зерноочистительной машины, можно сделать заключение о том, что при частоте включения ЛАД, работающего в автоколебательном режиме, V=2—3 Гц и его охлаждении естественным способом, после 1 = 40 мин. с момента начала измерения температура обмоток линейного электродвигателя достигает Т=110°С (V = 2 Гц) и Т = 123°С (V = 3 Гц). В импульсном режиме температура обмоток электродвигателя составляет Т = 64°С (V = 2 Гц) и Т = 76°С (V = 3 Гц). После часа работы ЛАД в автоколебательном режиме температура обмоток электродвигателя повышается до Т=112°С (V = 2 Гц) и Т=128°С (V = 3 Гц), что превышает допустимую температуру нагрева обмоток ЛАД. В импульсном же режиме работы температура повышается только до Т=72°С (V=2 Гц) и Т=81°С (V=3 Гц).

Выводы.

1. Сравнительное исследование нагрева обмоток ЛАД между двумя режимами работы ЛАЭП РС показало, что при импульсном режиме работы электропривода РС обмотка ЛАД нагревается через час до Т = 72°С (V = 2 Гц) и Т = 81°С (V = 3 Гц), при автоколебательном режиме — до Т=112°С (V = 2 Гц) и Т=128°С (V = 3 Гц), что говорит о том, что первый режим удовлетворяет, второй — не удовлетворяет условию нагрева обмоток ЛАД не выше допустимого значения, равного Т=105°С.

2. Установлено, что при использовании импульсного режима работы ЛАЭП РС максимальный энергетический КПД ^энерг=0,54. При автоколебательном режиме максимальный энергетический КПД w=0,43.

3. При использовании импульсного режима повышается энергоэффективность ЛАЭП РС зерноочистительной машины.

Литература

1. Аипов Р.С., Акчурин С.В., Пугачев В.В. Математическая модель вибропривода с линейным асинхронным двигателем // Электротехнические и информационные системы. 2015. № 1. Т. 1. С. 58-63.

2. Аипов Р.С., Кафиев И.Р. К вопросу о надёжности электроприводов сельскохозяйственных машин // Матер. Меж-дунар. науч.-практич. конф. в рамках XXVI Междунар. спе-циализир. выставки «Агрокомплекс-2016». Уфа: Башкирский ГАУ, 2015. С. 3-6.

3. Аипов Р.С. Электропривод // Конспект лекций. Уфа: Башкирский ГАУ, 2011. С. 3-6.

4. Линенко А.В., Акчурин С.В., Туктаров М.Ф. Энергетические показатели линейного электропривода решётного стана зерноочистительной машины // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2014. № 1. С. 28-32.

5. Туктаров М.Ф. Электропривод решётного стана зерноочистительной машины на базе плоского линейного асинхронного электродвигателя : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Челябинск, 2013. 22 с.

6. Линенко А.В., Туктаров М.Ф., Байназаров В.Г. Анализ импульсного режима работы линейного электропривода зерноочистительной машины // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 3 (39). С. 148-153.

7. Юхин Д.П., Бакуров А.М., Сахаутдинов И.И. Энергоэффективный агротуристический комплекс // Актуальные проблемы энергообеспечения предприятий: матер. междунар. науч.-практич. конф., провод. в рамках XIV Российского энергетического форума. Уфа: Башкирский ГАУ, 2014. С. 76-81.

8. Кафиев И.Р., Романов П.С., Романова И.П. К вопросу нечёткого управления электроприводами сельскохозяйственных интеллектуальных роботов // Российский электронный научный журнал. Уфа: Башкирский ГАУ. URL: http:// http://journal.bsau.ru/numbe4-2017.php. (Дата обращения:13.03.2018).

Обоснование параметров рабочего органа для щелевания почвы

ММ Константинов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; В.Г. Кушнир, д.т.н., профессор, Н.В. Гаври-лов, к.т.н, Н.Х. Елеусизов, магистрант, Костанайский ГУ

Особенностью работы щелерезных рабочих органов является то, что в зависимости от его параметров, состояния почвы процесс обработки может представлять как отделение стружки, так и смятие — вдавливание почвы в стенки щели. Совершенствованию процессов обработки почвы посвящено достаточно много работ [1—5].

Материал и методы исследования. Оптимизацию параметров щелерезного рабочего органа выполняли в соответствии с агротехническими требованиями обработки почвы при глубине, равной 0,25 м. Толщина ножа в щелевателе должна быть такой, чтобы обеспечивалась наилучшая форма прорезаемой щели при минимальном тяговом со-

противлении. Так как нарезка щелей производится друг от друга на расстоянии не менее 1,0—1,4 м, то никакого взаимного влияния геометрические и кинематические параметры рабочих органов друг на друга не оказывают.

Форму лобовой поверхности щелереза принимали с учётом следующих условий: угол заострения ножа должен обеспечивать минимальную силу на вертикальное перемещение пласта поверхностного слоя, сползание растительных остатков — с фронтальной поверхности.

Важным показателем, влияющим на работу щелевателя, является угол установки рнж ножа-щелереза. Угол рнж должен обеспечивать агротехническое качество работы и наименьшее сопротивление перемещению.

Экспериментальное исследование проводили с целью проверки основных положений теоре-

тических расчётов, получения необходимой информации для количественной оценки влияния скоростного режима движения агрегата, технологических и конструктивных параметров орудия на качественные, энергетические показатели работы агрегата, проверки ранее принятых допущений и определений в формулы величин и коэффициентов, уточнения основных параметров орудия. В работе ставились следующие задачи: проверить достоверность теоретических расчётов технологических и конструктивных параметров рабочих органов орудия, определить для типичных почвенных условий коэффициенты и другие величины, входящие в уравнения; выявить действительную картину изменения агротехнических, энергетических параметров в зависимости от основных параметров и скорости движения орудия; уточнить основные технологические и конструктивные параметры орудия агрегата.

Объектом исследования являлся процесс взаимодействия ножа рабочего органа с грунтом во время резания. Для исследования был выбран машинно-тракторный агрегат на базе трактора МТЗ-82 с орудием для полосного подсева трав с установленным на нём рабочим органом. Орудие представляет собой прямоугольную раму с опорными колёсами и прицепным устройством (рис. 1).

Рис. 1 - Рабочий орган для щелевания почвы

Эксперимент проводили в два этапа. На первом этапе использовали лабораторную установку для определения оптимального угла ножа и его параметров. Оценивали качество крошения поверхностного слоя, выброс почвы на необрабатываемые полосы, тяговое сопротивление орудия.

На втором этапе уточняли технологические и конструктивные параметры орудия.

Рабочий орган установлен на кронштейне, который крепится к брусу с помощью хомутов. Щелерез представляет собой стойку 3, в нижней части которой приварен башмак 1. К носу башмака крепится долото 2 при помощи двух болтов и штифта. Перед стойкой установлен нож клиновидной формы 4, который фиксируется в верхней части пальцем в кронштейне, приваренным перпендику-

лярно к стойке 3. В нижней части нож находится в пазу башмака. Нож щелереза имеет регулируемый угол наклона к направлению движения в пределах 60—120° с интервалом в 10°. На башмак щелереза устанавливались сменные долота шириной 40, 50, 60 мм. В верхней части стойки расположены отверстия, предназначенные для крепления щелереза в кронштейне и ступенчатой установки глубины обработки.

Опыты проводили с различными углами при скоростях движения 1,3; 2,4; 3,0; 3,3 м/с.

После проведения опытов определяли оценочные показатели: выброс почвы на поверхность поля; ширину борозды за стойкой; глубину обработки.

Разброс почвы определяли путём сбора всей фракции на поверхности необработанной полосы на погонном метре. Массу собранной почвы определяли путём взвешивания на специальных мерных весах.

Глубину обработки измеряли с помощью штыревого глубиномера на каждом участке. Полученные данные обрабатывали методом математической статистики. Ширину борозды измеряли с помощью линейки. Замер производили от одной стенки до другой.

Целью изучения энергетических параметров является выявление закономерностей изменения энергетических составляющих от конструктивных параметров и режимов работы испытываемых машин.

Для определения тягового сопротивления лабораторной полевой установки для щелевания многолетних трав использовалось тензометриче-ское звено, которое воспринимает только горизонтальную составляющую тягового сопротивления и передаёт сигнал на регистрирующую аппаратуру.

Рациональные параметры рабочего органа для щелевания многолетних трав определяли методами планирования эксперимента.

Результаты исследования. Результаты исследования показали, что наиболее рациональной формой щелереза является стойка с наклонным долотом, вынесенным вперёд стойки [6, 7]. При этом минимальное тяговое сопротивление наблюдается при угле наклона долота, равного 23—27°.

Ширина долота зависит от требований к технологическому процессу, но минимальное значение ограничивается толщиной стойки. Обычно толщина стойки из условия прочности принимается равной 3 см [6].

На основании разработанных моделей взаимодействия двухгранного клина с пластом многолетних трав и полученных уравнений обоснованы рациональные углы установки долота ко дну борозды и угол установки ножа перед стойкой.

Анализ результатов исследования показывает, что тяговое сопротивление рабочего органа для щелевания многолетних трав определяется па-

Рис. 2 - Влияние угла установки на тяговое сопро- Рис. 3 - Влияние угла установки на вертикальную со-тивление рабочего органа ставляющую

раметрами долота, ножа перед стойкой и углом установки последнего ко дну борозды. При постоянных параметрах долота и ножа перед стойкой с увеличением угла установки ножа тяговое сопротивление уменьшается (рис. 2).

При этом уменьшается вертикальная составляющая сопротивления от действия ножа на поверхностный слой почвы, что должно способствовать увеличению выброса дернины на поверхность поля (рис. 3).

Поэтому оптимальным установочным углом для ножа-щелереза с учётом отмеченных позиций является рнж= 60—80°.

Для обеспечения глубины обработки щелерезом 25 см ширина долота должна быть не менее 4,0 см, а при глубине 30 см долото должно иметь ширину не менее 4,5 см. Ширина рыхления дневной поверхности при увеличении ширины долота увеличивается. При ширине 3,0—4,5 см интенсивность роста ширины рыхления выше, поскольку щелерез работает глубже глубины рыхления. Дальнейшее увеличение ширины долота снижает интенсивность прироста ширины рыхления. Согласно исходным требования при щелевании ширина разрыхлённой полосы на поверхности поля на посевах многолетних трав, лугов и пастбищах не должна превышать 35 см [8].

Влияние ширины долота на его тяговое сопротивление при у=1 м/с показало, что её увеличение приводит к повышению сопротивления почвы, что объясняется возрастанием пластической деформации почвы. С другой стороны, возникающее на боковых гранях дополнительное сопротивление на образование зоны пластической деформации уменьшается с увеличением ширины долота.

Рациональной шириной долота щелереза, обеспечивающего минимальную энергоёмкость процесса и допустимое повреждение корневой системы травостоя, является 4,5—6,0 см.

Меньшие углы установки долота, с одной стороны, обеспечивают наименьшее тяговое сопро-

тивление, с другой — наибольшую заглубляющую силу. Исходя из этого принимаем параметры долота: угол установки а = 21°, ширина равна 5 см.

Выводы. В результате исследования установлено, что наиболее рациональной формой щелереза является стойка с углом наклона долота 23—27°. Ширина долота зависит от требований к технологическому процессу, но минимальное значение ограничивается толщиной стойки. Обычно толщина стойки из условия прочности принимается равной 3 см. Оптимальным установочным углом для ножа-щелереза является рнж= 60—80°. При глубине обработки щелерезом 25 см ширина долота должна быть не менее 4,0 см, а при глубине 30 см долото должно иметь ширину не менее 4,5 см, угол установки долота должен быть равен а=21°.

Литература

1. Константинов М.М. Практикум по сельскохозяйственным машинам / М.М Константинов, В.Н. Мякин, А.П. Козовцев, А.А. Панин, И.В. Герасименко, И.Н. Глушков, М.Р. Ку-рамшин, С.Г. Урюпин, К.С. Потешкмн, С.В.Горячев, А.П. Лов-чиков, В.Г. Кушниир, А.А.Завражнов, А.А.Румянцев. Оренбург: ООО «Печатный дворик», 2016. 299 с.

2. Нуралин Б.Н., Есенжанов С.З., Константинов М.М. Технологические приёмы обработки почвы на основе синтеза её оптимальной структуры // Техника в сельском хозяйстве. 2010. № 3. С. 16-19.

3. Константинов М.М., Нуралин Б.Н., Олейников С.В. Совершенствование почвообрабатывающей техники для ресурсосберегающего земледелия // Техника в сельском хозяйстве. 2011. № 2. С. 7.

4. Константинов М.М. Тяговое сопротивление плоскорежущей лапы с дополнительными рабочими органами / М.М. Константинов, К.С. Потешкин, А.Н. Хмура, Б.Н. Нуралин // Тракторы и сельхозмашины. 2011. № 11. С. 36-38.

5. Совершенствование технических средств для глубокого рыхления почвы / К.С. Потешкин, М.М. Константинов, А.Н. Хмура, Б.Н. Нуралин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 4 (32). С. 101-104.

6. Кострицын А.К., Пец А.К. Снижение сопротивления почвообрабатывающих орудий при безотвальной обработке почвы // Теория и расчёт почвообрабатывающих машин. М., 1989. С. 94-108.

7. Шеметов А.И., Капов С.Н., Семенов А.В. Обоснование конструктивных параметров щелереза и расстояние между лапой и щелерезом плоскореза-щелевателя // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов. Челябинск, 1983. С. 72-76.

8. Анискин В.И. Исходные требования на базовые машинные операции в растениеводстве. М., 2005. 269 с.