Підвищення ефективності експлуатації орного агрегату при нестійкому русі

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

УДК 621.31.072.3

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ОРНОГО АГРЕГАТУ ПРИ НЕСТІЙКОМУ РУСІ

05.05.11 - машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Скофенко Сергій Миколайович

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Пастухов Валерій Іванович, Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, завідувач кафедри сільськогосподарських машин.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пащенко Володимир Филимонович, Харківський національний аграрний університет імені В.В. Докучаєва, завідувач кафедри механізації та електрифікації сільськогосподарського виробництва;

кандидат технічних наук, доцент Третяк Віктор Михайлович, національний науковий центр «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства», завідувач лабораторією науково-технічних проблем мобільної енергетики.

Захист відбудеться «17» грудня 2010 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 в Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, м. Харків, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий «16» листопада 2010 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради О.Д. Черенков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В останні роки намітилася тенденція до скорочення використання хімічних засобів боротьби зі шкідниками та бур'янами, і відвально-лемішні плуги є незамінними знаряддями для безгербіцидної технології вирощування культур. Якість виконання технологічних операцій з основного обробітку ґрунту безпосередньо впливає на урожайність. Середнє квадратичне відхилення глибини оранки на 2,1 - 3,5 см призводить до недоотримання урожаю, наприклад, зернових на 7 - 8%.

В Україні для основного обробітку ґрунту в якості знаряддя, яке найчастіше застосовують у сільськогосподарському виробництві, є начіпний багатокорпусний плуг, що агрегатується з тракторами кл. 30 кН. Найвагомішим критерієм оцінки якості роботи такого знаряддя є відхилення глибини обробітку від заданої та її рівномірність. З метою покращення цих показників удосконалюються як плуги, так і енергетичні засоби. При цьому недостатньо приділяється уваги дослідженням орного агрегату як механічної системи, а динамічна взаємодія трактора та начіпногоплуга суттєво впливає на ефективність агрегату і позначається на якісних показниках обробітку ґрунту. Головний чинник незадовільної роботи сучасних начіпних плугів полягає не в їх конструктивних недоліках, а викликанийнедосконалістю начіпного пристрою. Схема з'єднання трактора та начіпного плуга майже не змінюється і визначається конструкцією трактора. Тому обґрунтування раціональних конструктивно-технологічних параметрів орного машинно-тракторного агрегату (МТА), що підвищать ефективність експлуатації, зокрема якість оранки,і сприятимуть збільшенню урожайності сільськогосподарських культур, є актуальним науково-практичним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертація виконана відповідно до Державної програми «Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу в 1998-2005 роках», розробленої відповідно до постанови Кабінету Міністрів від 01.12.1997 р., № 1341; комплексної програми розвитку сільського господарства Харківської області у 2001-2005 рр. та на період до 2010 р.; програми: «Цукор» - програми збільшення виробництва цукру в Харківській області на період 1997-2005 рр.; програм «Розробка і впровадження у виробництво машинно-технологічних систем для механізованого виробництва сільськогосподарської продукції на основі енергозберігаючих, екологічно-безпечних технологій і технічних засобів для різних форм господарювання» (ДР №0100U005610, 2005-2010 рр.), «Розробка і впровадження у виробництво енергозберігаючих, екологічно безпечних технологічних систем в рослинництві» (ДР №0106U001213, 2006-2011 рр.)

Мета і завдання досліджень.

Метою роботи є підвищення ефективності експлуатації орного агрегату шляхом покращення якісних показників виконання технологічної операції.

Для досягнення даної мети необхідно вирішення наступних завдань досліджень:

провести аналіз існуючих конструктивних схем орних МТА, результатів теоретичних і експериментальних досліджень поздовжньої стійкості плуга при оранці та визначити напрямки їх удосконалення;

розробити математичну модель кінематичного зв'язку між колісним трактором і начіпним плугом; на основі проведених теоретичних досліджень удосконалити схему орного МТА, застосування якої забезпечувало б дотримання основних показників якості оранки;

провести дослідження кінематичного зв'язку в механічній системі «трактор  начіпка  плуг» з використанням фізичного моделювання;

виконати комплексне обґрунтування конструктивних параметрів розробленого начіпного пристрою з урахуванням структурного та кінематичного досліджень системи;

розробити математичну модель динаміки системи «трактор  начіпка  плуг»; оцінити вплив начіпного пристрою на поздовжню стійкість плуга;

розробити, виготовити новий начіпний пристрій та провести лабораторно-польові дослідження модернізованого орного МТА;

провести порівняльні з серійним польові випробовування модернізованого орного агрегату, визначити техніко-економічну ефективність його застосування.

Об'єкт дослідження: процес експлуатації орного МТА,зв'язок процесу з конструктивними параметрами начіпного пристрою.

Предмет дослідження: підвищення ефективності експлуатації орного агрегату при нестійкому русі.

Методи дослідження: теоретичні дослідження виконані із застосуванням основних положень теоретичної механіки, теорії механізмів і машин, теорії динамічних систем, математичного моделювання з використанням відомих і розроблених прикладних програм.

Лабораторні дослідження кінематичного зв'язку в системі «трактор  начіпка  плуг» виконано методом фізичного моделювання на спеціально розробленому стенді.

Експериментальні дослідження орного МТА проводились як згідно загальноприйнятих, так і розроблених методик із застосуванням мобільного вимірювально-реєструючого комплексу. Розрахунки та обробка результатів досліджень виконані з використанням програмного забезпечення «Turbo Basic», «MatLab», «Excel».

Наукова новизна одержаних результатів:

для забезпечення поздовжньої стійкості плуга вперше методами структурного моделювання та замкнених векторних контурів визначені закономірності його кутових відхилень від переміщень остова трактора [3, 4];

для розрахунку технологічних показників якості вперше за допомогою створеної математичної моделі кінематичного зв'язку одержано передаточну функцію системи «трактор  начіпка  плуг», з врахуванням якої виконано комплексне обґрунтування конструктивних параметрів нового начіпного пристрою [1, 2, 5];

для оцінки впливу розробленої начіпки на ефективність процесу оранки удосконалено математичну модель динаміки орного агрегату на базі колісного трактора та багатокорпусного начіпного плуга в поздовжньо-вертикальній площині, яка відрізняється від відомих тим, що дозволяє розраховувати показники якості оранки з врахуванням конструктивно-технологічних параметрів агрегату [7, 8].

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено та виготовлено начіпний пристрій, з використанням якого скомплектовано новий орний МТА за модернізованою схемою, застосування якої мінімізує негативний вплив поздовжніх кутових переміщень остова трактора, що рухається по поверхні з макронерівностями, на якість обробітку. Завдяки цьому передачу збурюючого впливу від трактора на раму плуга зменшено у 2,4 рази.

Розроблений на основі одержаних теоретичних та експериментальних даних орний МТА пройшов науково-виробничу перевірку в виробничих умовах ВАТ «Колос», в дослідному господарстві ім. Чапаєва інституту тваринництва НААНУ Харківського району Харківської області та в фермерському господарстві «Бурлучок» Печеніжського району Харківської області. Результати досліджень передані до технічного центру ВАТ «Харківський тракторний завод» для впровадження на орно-просапні трактори.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи здобувачем одержані самостійно. У наукових працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок полягає в наступному: [2] - проведено аналіз і визначені основні напрямки удосконалення технічних засобів з основного обробітку ґрунту для забезпечення максимальної реалізації біопотенціалу рослин; [3] - розроблена розрахункова схема з використанням методу замкнених векторних контурів до математичної моделі кінематичного зв'язку системи «тракторначіпкаплуг»; [5] - теоретично визначена передаточна функція кінематичного зв'язку між трактором та плугом для серійного та розробленого варіантів начіпки і виявлено основні фактори впливу; [6] - розроблено та сформовано мобільний вимірювально-реєструючий комплекс для дослідження рівномірності обробітку ґрунту при проведенні лабораторно-польових випробовувань; [8] - досліджено вплив висоти макронерівності поздовжнього профілю поля на показники якості оранки за допомогою розробленої математичної моделі поздовжніх кутових переміщень в динамічній системі «тракторначіпкаплуг».

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались на міжнародних науково-практичних конференціях: «Технічний прогрес в АПК», «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки», «Технічне забезпечення інноваційних технологій в АПК» (ХНТУСГ ім. Петра Василенка, Харків, 20072010 рр.); «Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки» (ДДАУ, Дніпропетровськ, 2007 р.); «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» (БГСХА, Белгород, 2008 г.); «Сучасні проблеми землеробської механіки», присвяченій пам'яті академіка П.М. Василенка (ДДАУ, Дніпропетровськ, 2009 р.); «Моделирование технологических процессов в АПК» (ТДАТУ, Мелітополь, 2010 р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 8 наукових статтях фахових видань, у тому числі 3 - підготовлено самостійно. Одержано 2 патенти України на винахід.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, додатків і списку використаних джерел з 124 найменувань. Повний обсяг дисертації викладено на 163 сторінках комп'ютерного тексту (основна частина - 125 сторінок), в тому числі містить 63 рисунки, 9 таблиць і 7додатків на 19 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, наведено зв'язок роботи з програмами, планами і темами, сформульовані мета, завдання досліджень, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз відомих конструктивних схем агрегатування енергетичних засобів з плугами, виконано огляд досліджень вітчизняних і іноземних авторів відносно впливу різних чинників на стійкість руху орного агрегату з багатокорпусними начіпними плугами в поздовжньо-вертикальній площині. Стійкість руху плуга в складі механічної системи «тракторначіпкаплуг» безпосередньо пов'язана з низкою структурних та кінематичних показників системи і визначається як результат динамічної взаємодії між ґрунтообробною системою та поверхнею, що обробляється.

Розв'язанню проблеми стійкості руху орного агрегату присвячені роботи В.П. Горячкіна, Д.А. Чудакова, П.М. Василенка, Г.Л. Кальбуса, М.Л. Гусяцького, В.А. Желіговського, А.Б. Лурье, Г.М. Синєокова, В.Я. Слободюка. Подальший розвиток теорії ґрунтообробних МТА відображено в роботах П.М. Заїки, Д.Г. Войтюка, Я.С. Гукова, М.П. Білоткача, М.Н. Нагірного, О.С. Барановського, Л.К. Літвінюка, В.А. Насонова, А.С. Кушнарьова, А.Т. Лебедєва, В.М. Третьяка, В.О. Дубровіна, В.Т. Надикта, Г.В. Шкарівського, С.П. Пожидаєва, П.Г. Ляшенка, В.К. Крохмаля, В.Ф. Пащенка, Сала В.М., В.І. Пастухова та ін.

При узагальненні результатів відомих досліджень встановлено, що застосування в орному агрегаті серійного начіпного пристрою у вигляді замкненого шарнірного чотириланковика призводить до невиконання агротехнічних умов щодо якості обробітку ґрунту, зокрема стосовно дотримання заданої глибини обробітку та її рівномірності. Це знижує врожайність сільськогосподарських культур. Головною причиною незадовільної роботи начіпних плугів є недосконалість схеми начіпного пристрою, оскільки він не дозволяє робочим органам начіпного знаряддя копіювати нерівності поверхні поля внаслідок того, що поздовжні кутові переміщення остова трактора через начіпку передаються плугу, порушуючи його стійкість.

На даний час результатів досліджень стану стійкого руху орного агрегату по нерівній поверхні з урахуванням впливу конструктивних параметрів начіпного пристрою недостатньо. Тому для підвищення якості обробітку ґрунту дослідження кінематичного зв'язку та динамічної взаємодії між елементами системи «тракторначіпкаплуг» є актуальним і перспективним науково-прикладним завданням для розвитку галузі механізації рослинництва України.

Для дослідження стійкого руху орного МТА сформульовано завдання з визначення технологічних та конструктивних факторів, що призводять до втрати якості обробітку ґрунту. Тобто, встановивши критерій порушення стійкої рівноваги плуга (показники якості обробітку, зокрема: відхилення глибини оранки від заданої, ±2 см; рівномірність оранки, ±1 см), необхідно проаналізувати вагомість кожного з факторів в порушенні цих критеріїв для подальшої мінімізації його негативного впливу.

У другому розділі наведені теоретичні дослідження поздовжнього руху агрегату при оранці, які передбачають визначення умов, що порушують стан поздовжньої стійкої рівноваги плуга внаслідок збурюючої дії зі сторони трактора, який рухається по нерівній поверхні поля. Розроблено математичні моделі кінематичного зв'язку та кутових переміщень в динамічній системі «трактор  начіпка  плуг».

Теоретичні дослідження проводили в два етапи:

дослідження кінематичного зв'язку між трактором та плугом як між елементами однієї механічної системи, з визначенням передаточної функції начіпного пристрою та виявленням факторів впливу на її послаблення;

дослідження показників якості оранки за умов динамічної взаємодії в системі «трактор  начіпка  плуг» з урахуванням передаточної функції начіпки та при наявності збурюючого впливу поздовжніх кутових відхилень остова трактора.

Базовою групою даного механізму є кінематичний ланцюг 1-2-3-4, ІV класу ІІІ порядку (рис. 1 а), що складається з чотирьох рухомих ланок і шістьох нижчих пар. Характерною особливістю цієї групи є те, що вона включає чотирикутний рухомий контур ABCD, відносний ступінь вільності якого W=1 (рис. 1 б). Блокуючи відносну рухомість контуру ABCD, одержано структурну схему моделі орного агрегату з начіпним пристроєм у вигляді простого маятника (рис. 2).

Рівняння передаточної функції (1) виражає в неявному вигляді залежність ц= f (б), і його корені доводиться знаходити числовими методами.

Для виявлення факторів впливу на передаточну функцію в системі «трактор  начіпка  плуг» з начіпним пристроєм у виді простого маятника створено математичну модель кінематичного зв'язку нового орного агрегату (рис. 4).

З виразу (4) витікає, що зменшити залежність від б можна трьома шляхами: зменшенням довжини важеля r; вибором конструктивного кута ; збільшенням довжини l. Аналізуючи вплив кожного з факторів за допомогою розроблених обчислювальних програм «Кут» та «Дельта», отримали раціональні параметри розробленого начіпного пристрою тракторів ХТЗ-150К і ХТЗ-17021 (r=0,5 м, б=33є, l1=0,85 м, l2=1,24 м, r3=3,3 м, r4=4,45 м, и=34є).

Застосування розробленої структурної схеми орного агрегату та одержаних раціональних конструктивних параметрів дає послаблення передаточної функції в 2,4 рази,з 0,256 до 0,108. Запровадження даного варіанту схеми значно зменшує негативний вплив кутових відхилень остова трактора на якість обробітку ґрунту (рис. 5).

Розв'язуючи надалі цю задачу вже як динамічну, доцільно розглядати систему як двомасову «трактор  плуг» з кінематичним зв'язком, який визначається передаточною функцією начіпного пристрою. Досліджуючи стан кутової рівноваги об'єктів системи в режимі усталеного руху, можна припустити, що він є результатом зрівноваження моментної взаємодії між трактором та плугом:

,

де   головний момент зовнішніх сил та реакцій, що діють на трактор відносно центру заднього колеса О1;  головний момент зовнішніх сил та реакцій, що діють на плуг відносно осі опорного колеса О2.

Після наїзду на нерівність передніх коліс трактора, його остов займає положення, яке зміщується від попереднього на кут Дб.. Тобто, умова рівноваги трактора відносно осі задніх коліс порушується внаслідок дії збурюючого моменту. З урахуванням висоти макронерівностей поверхні поля відносно центру О1 матимемо:

,

де cкоефіцієнт жорсткості шин та підвіски передніх коліс трактора; Lпоздовжня база трактора; висота поздовжнього профілю нерівності.

Надалі дослідження руху динамічної моделі «тракторплуг» проводимо окремо для трактора та плуга з урахуванням їх силової взаємодії (рис. 6) в межах поздовжніх кутових відхилень остова трактора ±5, що відповідає підйому осі передніх коліс ХТЗ-150К на 0,25 м.

Сумарний збурюючий момент зі сторони трактора, що виникає в начіпці при русі агрегату по нерівній поверхні, визначається за виразом:

Динамічна модель плуга за умов збурюючого впливу зі сторони трактора характеризується одним ступенем вільності: поздовжнім кутовим переміщенням відносно осі опорного колеса (рис. 7).

Сумарний момент опору, що виникає в начіпці зі сторони плуга,записується у вигляді:

(6)

де  0.2,

k  питомий опір ґрунту; a  глибина обробітку; b  ширина захвату корпусу;з  коефіцієнт корисної дії корпусу плуга;б,   кути нахилу остова трактора та рами плуга відповідно;   відстань від стійки опорного колеса до точки кріплення стійки і-го робочого органа на рамі плуга.

Прирівнюючи праві частини рівнянь (5) і (6) та враховуючи передаточну функцію начіпки , після перетворень одержуємо диференціальне рівняння поздовжніх кутових відхилень плуга в складі орного агрегату при русі по поверхні з макронерівностями:

Збурююча сила, що діє на передні колеса трактора, є функцією часу. Вона починає діяти на систему за умови усталеного руху, коли плуг знаходиться в стані стійкої рівноваги, тобто = 0 і = 0. Тоді загальний розв'язок рівняння (7) знаходимо у вигляді:

Дослідження впливу поздовжніх кутових переміщень остова трактора на кутові відхилення рами плуга виконано для нерівності трапецеїдальної форми, оскільки, розбивши рух передніх коліс трактора на три фази і змінюючи геометричні розміри нерівності (A, B, C, D) (рис. 8), маємо можливість більш повно дослідити вплив її форми, довжини та висоти на якість обробітку.

Математичним моделюванням збуреного поздовжнього кутового руху елементів системи «трактор  начіпка  плуг» виконано порівняльний аналіз якості обробітку ґрунту базовим та модернізованим орними агрегатами з урахуванням впливу висоти, форми, довжини макронерівності поздовжнього профілю шляху та швидкості агрегату (рис. 9 - 11).

Аналіз розрахованих показників якості для базового агрегату (рис. 9,а) показує, що при довжині макронерівності 2,85 м наднормативні відхилення глибини обробітку присутні на відрізку траєкторії 1,0 - 3,2 м і досягають максимуму при 2,2 м.

При висоті нерівності 0,15 м кут нахилу рами плуга складає  = 1,23, що відповідає вертикальному відхиленню п'ятого корпусу  =  5,2 см при допустимих ±2 см. За умов збільшення висоти нерівності до 0,2 м допустимі відхилення глибини обробітку буде перевищено більш ніж у три рази: при  = 1,65  = + 2,3 см, а  =  7,0 см. Перший корпус плуга наднормативно заглиблюється, а п'ятий, навпаки,виглиблюється, тобто рівномірність обробітку теж незадовільна. Збільшення висоти нерівності до 0,3 м викликає відхилення на п'ятому корпусі =10,5 см, а на першому =+3,5 см.

При застосуванні розробленого варіанту начіпки показники якості знаходяться в межах агротехнічних умов, тобто при висоті 0,15 м, маємо максимальний кут нахилу рами плуга  = 0,51, що відповідає додатковому заглибленню першого корпусу на =+2,3 см, при цьому п'ятий корпус має нульове відхилення (рис. 9, б).

Аналіз теоретичних залежностей впливу швидкості руху орного агрегату на якість обробітку показує, що зі збільшенням швидкості оранки з 1,5 м/с до 2,0 м/с кут нахилу рами плуга зменшується неістотно до 6% (рис. 10).

Дослідженням впливу поздовжніх розмірів макронерівності встановлено, що базовий орний агрегат при збільшенні довжини нерівності з 0,3 м до 2,85 м реагує збільшенням кута нахилу рами плуга більш ніж у п'ять разів, з  = 0,3 до  = 1,6 (рис. 11, а). Застосування модернізованої схеми значно зменшує збурюючий вплив переміщень остова трактора на поздовжні кутові відхилення плуга. Кут при довжині нерівності 0,3 м майже відсутній ( = 0,1), а при 2,85 м не перевищує 0,65 (рис. 11, б).

У третьому розділі наведені програма та методика експериментальних досліджень, що включають лабораторні та лабораторно-польові дослідження орного агрегату. Програма досліджень включала розробку та виготовлення комплексу фізичних моделей орних агрегатів в поздовжньо-вертикальній площині для визначення кінематичного зв'язку в системі «трактор  начіпка  плуг» (рис. 12).

Сумісно з ВАТ «ХТЗ» розроблена конструкція та виготовлено новий начіпний пристрій до тракторів ХТЗ-150К, ХТЗ-17021 (рис. 13). Лабораторно-польові дослідження агрегату на базі трактора ХТЗ-150К з експериментальнодослідним плугом ПЛН-5-35 проводили для визначення роботоздатності розробленого начіпного пристрою на учбовому полігоні ХНТУСГ ім. Петра Василенка. Реєстрацію параметрів для визначення експлуатаційних та агротехнічних показників, обробку результатів досліджень, оцінку їх адекватності виконували за стандартними методиками.

Для вимірювання і запису поздовжніх кутових переміщень рами плуга безпосередньо під час оранки розроблено мобільний вимірювально-реєструючий комплекс (рис. 14).

Лабораторно-польові дослідження орних агрегатів у складі ХТЗ-17021 + ПУН-5-40 та ХТЗ-150К + ПЛН-5-35 з розробленим та серійним начіпними пристроями проводились на експериментальній базі ХТЗ ВАТ «Колос»,в дослідному господарстві ім. Чапаєва інституту тваринництва НААНУ Харківського району Харківської області та на учбовому полігоні ХНТУСГ.

Поздовжній профіль макронерівності досліджували з застосуванням розробленої методики на основі використання лазерного лінійного нівеліра FL-40-pocket II HP фірми «Geo-Fennel» (рис. 15).

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень та їх аналіз.

Дослідженням закономірностей руху базового орного агрегату по нерівній поверхні встановлено, що поздовжні кутові переміщення остова трактора викликають відхилення глибини обробітку на 10-14 см від нормативної 28-30 см (рис. 16, а). Середнє квадратичне відхилення глибини оранки модернізованим агрегатом в порівнянні з базовим зменшилось з 3,2 - 4,3 см до 0,5 - 0,9 см (рис. 16, б).

Внаслідок примусового кутового переміщення рами плуга його робочі органи отримують не оптимальні кути різання, що призводить до зміни сил опору. В результаті зменшується продуктивність та збільшуються витрати палива. Застосування нової схеми агрегату забезпечує зниження витрат палива на 2,6% та підвищення продуктивності роботи до 1,9%.

У п'ятому розділі наведено розрахунки техніко-економічної ефективності застосування модернізованого орного агрегату в порівнянні з базовим (ДСТУ 4397/2005 «Методи економічного оцінювання техніки на етапі випробування»).

Річний економічний ефект від використання модернізованого орного агрегату при виробництві озимої пшениці в фермерському господарстві «Бурлучок» Печені-

Таблиця

Показники якості роботи орних агрегатів з розробленим та серійним

начіпними пристроями

Показники	Агрегат ХТЗ-150К +ПЛН-5-35	Агрегат ХТЗ-17021 +ПУН-5-40
	Начіпна система трактора
	серійна	розроблена	серійна	розроблена
Глибина оранки, см:	задана	30,0	30,0	30,0	30,0
	мінімальна	20,0	30,0	18,0	24,0
	максимальна	38,0	33,0	37,0	31,0
Середнє квадратичне відхилення,± см	4,3	0,9	3,2	0,5

жського району Харківської області на площі 400 га склав від підвищення продуктивності - 2080 грн., а додатковий ефект від підвищення урожайності - 88704грн.

ВИСНОВКИ

В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється в створеному математичному моделюванні процесу експлуатації орного агрегату як процесу поздовжньо-вертикальної взаємодії розробленого начіпного пристрою з складовими єдиної механічної системи «тракторначіпкаплуг» з підвищеною стійкістю руху. Це дозволило покращити якісні показники оранки, передати до впровадження розроблений начіпний пристрій в конструкції тракторів серій ХТЗ-150К, ХТЗ-17021 ВАТ «ХТЗ».

Головними підсумками виконаної роботи є наступне:

1. Проведеним аналізом результатів відомих досліджень встановлено, що якість оранки впливає на врожайність суттєво. Середнє квадратичне відхилення глибини обробітку на 2,1 - 3,5 см знижує врожайність зернових на 7 - 8%. Застосування в широкозахватних орних агрегатах серійного начіпного пристрою у вигляді замкнутого шарнірного чотириланковика не забезпечує виконання агротехнічних умов якості оранки. Для підвищення ефективності експлуатації орного МТА по нерівній поверхні необхідно визначити фактори, які підвищать стійкість руху системи «трактор  начіпка  плуг». Для визначення конструктивних параметрів такої системи з підвищеною стійкістю необхідно виконати теоретичні та експериментальні дослідження, які б дозволили керувати характеристиками системи при необхідній якості оранки.

2. Для визначення закономірностей взаємодії між елементами системи «трактор  начіпка  плуг» виконаним математичним моделюванням встановлено, що причиною наднормативних відхилень глибини та рівномірності оранки є передача через серійну начіпку поздовжніх кутових переміщень остова трактора на раму плуга. Розроблено структурну схему нового начіпного пристрою, виконаного у вигляді простого маятника. Передаточну функцію начіпки зменшено з u = 0,256 до u = 0,197.

3. Для розрахунку і керування якістю оранки моделюванням кутового руху в механічній системі «трактор  начіпка  плуг», з використанням створених математичних та фізичних моделей кінематичного зв'язку, одержано передаточні залежності нової начіпки та визначено фактори, які впливають на їх зменшення. Встановлено, що збільшення відстані між осями нижнього валу начіпки та колеса плуга з 1,9 м до 4,2 м додатково послабляє передаточну функцію до u = 0,108.

4. Для проведення порівняльного аналізу ефективності експлуатації орних агрегатів створеним математичним моделюванням динаміки системи «трактор  начіпка  плуг» визначені характеристики збуреного кутового руху плуга. Підтверджено, що до факторів, які суттєво впливають на якість оранки, необхідно віднести форму, довжину і висоту макронерівностей та швидкість руху орного агрегату. Встановлено, що втрата якості обробітку є максимальною на замкнених пониженнях та підвищеннях рельєфу довжиною близькою до бази тракторів 2,85 м. Максимальні розрахункові вертикальні переміщення корпусів плуга серійного агрегату при висоті макронерівності 0,15 м складають 5,2 см, кут нахилу рами плуга 1,23. Для розробленого  2,3 см та 0,51 відповідно. Збільшення швидкості агрегату з 1,5 м/с до 2,0 м/с впливає на відхилення глибини оранки неістотно ( до 6%). Зміна поздовжніх розмірів макронерівностей з 0,3 м до 2,85 м знижує якість обробітку суттєво. Кут нахилу рами плуга для серійного агрегату складає 1,6, розробленого  0,65. Стійкість руху плуга підвищено в 2,4 рази.

5. Комплексним аналізом результатів теоретичних та експериментальних досліджень обґрунтовано раціональні конструктивні параметри розробленого начіпного пристрою тракторів ХТЗ-150К і ХТЗ-17021: r = 0,5 м, б = 33є, l1 = 0,85 м, l2 = 1,24 м, r3 = 3,3 м, r4 = 4,45 м, и = 34є, які забезпечують зменшення передачі поздовжніх кутових переміщень остова на начіпні багатокорпусні плуги.

6. Проведеним аналізом результатів досліджень встановлено, що при використанні модернізованих орних агрегатів у складі тракторів Т-150К, ХТЗ-17021 та начіпних плугів ПЛН-5-35, ПУН-5-40 якість обробітку ґрунту агротехнічним умовам відповідає: середнє квадратичне відхилення глибини оранки складає 0,5…0,9 см проти 3,2…4,3 см серійних. Погектарні витрати палива модернізованих агрегатів знижуються на 2,6%, а продуктивність роботи підвищується до 1,9%.

7. Виробничими випробовуваннями підтверджена експлуатаційна ефективність модернізованого орного агрегату в складі ХТЗ-150К + ПЛН-5-35. При виробництві озимої пшениці в фермерському господарстві «Бурлучок» Печеніжського району Харківської області на площі 400 га річний економічний ефект становив: від підвищення продуктивності - 2080 грн.; додатковий ефект від підвищення урожайності - 88704 грн.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Скофенко С.М. Дослідження руху ґрунтообробного агрегату на фізичній моделі / С.М. Скофенко // Технічний сервіс в АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні: Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків, 2007. - Вип. 67, Т. 2. - С. 88-92.

2. Пастухов В.І. Удосконалення механізму начіпного пристрою колісного трактора / В.І. Пастухов, Г.В. Фесенко, С.М. Скофенко // Механізація та електрифікація сільського господарства: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - Глеваха, 2008.- Вип. 92. - С. 266-271.

3. Пастухов В.І. Теоретичне дослідження кінематичного зв'язку між елементами системи «трактор - начіпний пристрій - ґрунтообробна машина» / В.І. Пастухов, В.П. Ольшанський, Г.В. Фесенко, С.М. Скофенко // Механізація сільськогосподарського виробництва: Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків, 2008.- Вип. 75, Т. 2. - С. 5-11.

4. Скофенко С.М. Структурний аналіз механічної системи «трактор - начіпна система - начіпна машина» / С.М. Скофенко // Технічний сервіс в АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні: Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків, 2009.- Вип. 76, Т. 2. - С. 357-361.

5. Пастухов В.І. Теоретичне дослідження кінематичного зв'язку в критеріальній моделі ґрунтообробного агрегату /В.І. Пастухов, В.П. Ольшанський, С.М. Скофенко // Сучасні проблеми землеробської механіки: Вісник ДДАУ. - Дніпропетровськ, 2009.- Вип. № 2-09. - С. 248-251.

6. Пастухов В.І. Лабораторно-польові дослідження орного агрегату з різними варіантами начіпки / В.І. Пастухов,С.М. Скофенко, Г.В. Фесенко, О.М. Піскарьов, В.В. Качанов // Механізація сільськогосподарського виробництва: Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків, 2010.- Вип. 93. - С. 40-47.

7. Скофенко С.М. Диференціальне рівняння вимушених коливань динамічної моделі «трактор - начіпна система - ґрунтообробна машина» / С.М. Скофенко // Тракторна енергетика в рослинництві: Вісник ХНТУСГ ім. Петра Василенка. - Харків, 2009.- Вип. 89. - С. 237-244.

8. Пастухов В.І. Математична модель поздовжніх кутових коливань в динамічній системі «трактор - начіпка - плуг» / В.І. Пастухов, В.П. Ольшанський, С.М. Скофенко // Моделювання технологічних процесів в АПК: Праці ТДАТУ. - Мелітополь, 2010. - Вип. 10, Т. 7. - С. 147-156.

9. Пат. 34530 Україна, МПК АО1В 63/02. Сільськогосподарський агрегат / Пастухов В.І., Фесенко Г.В., Скофенко С.М. - № u 2008 04241; заявл. 03.04.2008; опубл. 11.08.2008, Бюл. № 15.

10. Пат. 86534 Україна, МПК АО1В 35/00. Сільськогосподарський агрегат / Пастухов В.І., Фесенко Г.В., Шаповалов Ю.К., Скофенко С.М. - № а 2007 15055; заявл. 29.12.2007; опубл. 27.04.2009, Бюл. № 8.

АНОТАЦІЇ

плуг оранка трактор колісний

Скофенко С.М. Підвищення ефективності експлуатації орного агрегату при нестійкому русі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка. Харків, 2010.

У дисертації вирішено наукове завдання, яке направлене на підвищення ефективності експлуатації орного агрегату при нестійкому русі шляхом застосування розробленого начіпного пристрою. Дотримання агротехнічних умов щодо відхилень глибини оранки та рівномірності обробітку від заданої забезпечується за рахунок того, що вплив поздовжніх кутових переміщень остова трактора на стійкий поздовжньо-вертикальний рух плуга мінімізовано за рахунок встановлення начіпного пристрою у вигляді простого маятника.

Побудовані математичні моделі кінематичного зв'язку в системі «трактор  начіпка  плуг» та динаміки збуреного руху орного агрегату в поздовжньо-вертикальній площині з урахуванням передаточної функції начіпки. Визначені закономірності поздовжньої кутової взаємодії між трактором та плугом. Обґрунтовані оптимальні конструктивно-кінематичні параметри розробленого начіпного пристрою, застосування якого забезпечує виконання агротехнічних вимог щодо якості обробітку, зокрема, середнє квадратичне відхилення глибини оранки складає 0,5…0,9 см, при зниженні витрат палива на 2,6% та підвищенні продуктивності роботи до 1,9%.

Ключові слова: орний агрегат, начіпка, поздовжні кутові відхилення, стійкість руху, ефективність експлуатації.

Скофенко С.Н.Повышение эффективности эксплуатации пахотного агрегата при неустойчивом движении. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко. Харьков, 2010.

В диссертации решено научное задание, направленное на повышение эффективности эксплуатации пахотного агрегата при неустойчивом движении путем уменьшения передачи продольных угловых перемещений остова трактора на раму плуга. Это осуществляется применением разработанного навесного устройства в виде простого маятника и увеличением расстояния между осями нижнего вала навески и опорного колеса плуга. Серийная навеска в виде замкнутого шарнирного четырехзвенника включает четырехугольный подвижный контур с относительной степенью подвижности 1. Блокируя относительную подвижность контура, получаем структурную схему нового навесного устройства, позволяющего уменьшить отклонения глубины вспашки от заданной и повысить ее равномерность.

Объектом исследования является процесс эксплуатации пахотного агрегата, связь процесса с конструктивными параметрами навесного устройства.

Проведено структурное исследование схемы пахотного агрегата в продольно-вертикальной плоскости и разработана математическая модель кинематической связи между трактором и плугом с возможностью исследования различных вариантов ее структурного оформления.

Получены уравнения кинематической связи в системе «трактор  навеска  плуг», согласно которым установлены закономерности углового взаимодействия в продольно-вертикальной плоскости и разработана схема нового навесного устройства. Использование такой навески уменьшает передачу угловых перемещений остова трактора на раму плуга. Выявлены факторы, влияющие на изменение передаточной функции, что позволило уменьшить ее в 2,4 раза, с u = 0,256 до u = 0,108.

Получены уравнения динамики возмущенного углового движения в системе «трактор  навеска  плуг», разработана математическая модель, позволяющая исследовать влияние макронеровностей обрабатываемой поверхности на основные показатели качества пахоты, отклонение глубины и равномерность обработки с учетом передаточной функции навески.

Проведены экспериментальные исследования по определению отклонений глубины обработки почвы от заданной и ее равномерности на макронеровностях поля при использовании разработанного мобильного измерительно-регистрирующего комплекса, проведен анализ полученных результатов.

Комплексным анализом результатов теоретических и экспериментальных исследований определены оптимальные значения конструктивно-кинематических параметров разработанного навесного механизма, применение которого обеспечивает выполнение агротехнических условий качества вспашки, в часности, среднее квадратическое отклонение глубины обработки составляет 0,5…0,9 см, при снижении расхода топлива на 2,6% и повышении продуктивности работы до 1,9%.

Производственными испытаниями подтверждена высокая эксплуатационная эффективность модернизированных агрегатов. При производстве озимой пшеницы в фермерском хозяйстве «Бурлучок» Печенежского района Харьковской области на площади 400 га годовой экономический эффект составил: от повышения продуктивности  2080 грн.; дополнительный эффект от повышения урожайности  88704 грн.

Ключевые слова: пахотный агрегат, навеска, продольные угловые перемещения, устойчивость движения, эффективность эксплуатации.

Skofenko S. Efficiency improvement for exploitation of arable unit in conditions of unstable motion- Manuscript.

Thesis for a degree of Ph.D. in the branch 05.05.11 - machinery and mechanization resources of agricultural production - National Technical University of Agriculture named Peter Vasilenko. Kharkov, 2010.

The dissertation solves the scientific problem, which aims at soilworking process quality improvement for multi-corps soilwork unit based on wheeled tractor class 30 kN through proposed hinging mechanism application. Compliance to conditions of agro-technical deviations and cultivation is ensured by the fact that the influence of long it udinal angular skeleton oscillation of a tractor-resistant longitudinal vertical movement of the plow is minimized through the installation of hinging mechanism in a simple pendulum.

For calculation the technological quality parameters of plowing mathematical model of kinematical connection in the "tractor - hinging device - plow” and dynamics of perturbed motion arable unit in a longitudinal-vertical plane of transfer function hinging device were built.

Optimum value of design and kinematical parameters developed hinging device, which ensures the application of agro-technical requirements on the quality of soil, including standard deviation tilt is 0.5 ... 0.9 cm, while lowering fuel consumption by 2.6% and increase productivity work at 1.9%.

Key words: arable unit, device, longitudinal angular fluctuations, quality of plowing, resistance movement, operating efficiency.

Размещено на Allbest.ru