авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С РОТАЦИОННЫМИ АКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ

-- [ Страница 4 ] --

Исследование влияния конструктивных параметров и кинематических режимов рабочих органов пропашного культиватора на энергоемкость процесса фрезерования. С использованием дисперсионного анализа установлено, что доли влияния глубины обработки, поступательной скорости и скорости вращения фрезбарабана с двусторонними экспериментальными ножами достоверны и соответственно составляют 32,05; 47,41 и 1,1%. Так же как и для Г-образных стандартных ножей, большое влияние угловой скорости фрезбарабана сказывается в сочетании с поступательной скоростью и составляет 2,33 %. Общая же доля влияния как самостоятельного фактора и во взаимодействии с другими составляет около 3,59 %. Учитывая градацию ( = 29,4…39,8 рад/с) фактора скорости вращения рабочих органов, следует особо подчеркнуть его значительное совместное влияние в сочетании с поступательной скоростью для Г-образных ножей (2,52 %) и для двусторонних (2,33 %). Это подтверждает теоретические исследования о важности кинематического параметра , о необходимости его правильного выбора в соответствии с оптимальным соотношением окружной и поступательной скоростей.

Зависимости энергоемкости фрезерования почвы от глубины обработки и числа оборотов фрезбарабана приведены на рис. 10 и 11. Из графиков видно, что с увеличением глубины обработки потребная мощность возрастает более интенсивно, чем при увеличении числа оборотов фрезбарабана.

На рис. 11 приведен график зависимости энергоемкости фрезерной секции, укомплектованной двусторонними ножами с углом =300 и Г-образными – с углом =600 (существующие), от величины .

Из графика видно, что потребная мощность фрезбарабана с двусторонними рабочими органами меньше, чем с Г-образными (особенно при h = 7,5 см). Оптимальное значение величины находится в пределах 4,5 – 6,5, а величина подачи SH=5 – 7 см. Энергоемкость секции возрастает при >6 и SH<5 см, а также, причем более интенсивно, при <4,5 и SH>7 см, но до определенного предела – 3 и SH10–12 см, после чего снова понижается.

Зависимость удельного сопротивления фрезерованию почвы барабаном с двусторонними рабочими органами при =300 и с Г-образными при =600 (существующие) от , S и h просматривается в графике на рис.12. Величина k0 интенсивно возрастает при >6. Точки перегиба на графиках обусловлены теми же факторами, что и на рис. 11, и соответствуют тем же характерным значениям кинематических параметров .

Данные по удельному сопротивлению фрезерования почвы могут быть использованы при расчетах энергетических показателей вновь проектируемых фрезерных машин и их рабочих органов и при оценке сравниваемых конечных результатов различных способов обработки почвы.

Лабораторные исследования подтвердили теоретические предпосылки о форме борозды и стружки, срезаемой активным предплужником, поэтапный характер взаимодействия лопасти с почвой. Предел сопротивления внедрению рабочего органа (предел смятия почвы) наблюдается в момент, когда малая полуось отклоняется от горизонтального положения на 65 – 75 (рис. 13). В этот момент нагрузка на валу привода становится максимальной.



После достижения максимального момента сопротивления на валу привода происходит его резкое падение. Это объясняется сменой доминирующих напряжений смятия на сдвиг. Однако интенсивность роста момента сопротивления в период заглубления рабочего органа выше, чем при его снижении. Положение малой полуоси лопасти, когда начинается некоторое снижение интенсивности падения , соответствует ее повороту от вертикали на угол

Рабочий процесс отрезания почвенной стружки от монолита заканчивается после того, как большая полуось лопасти рабочего органа пересечет траекторию предыдущей. Полный период взаимодействия рабочего органа с почвой по углу его поворота составляет около 180, что значительно больше, чем Г-образных ножей.

Динамика изменения составляющих усилий резания , , , действующих на рабочий орган во время отрезания стружки, неодинакова. Как видно из графика на рис. 13, вертикальная составляющая усилия резания наиболее интенсивно возрастает в момент заглубления малой полуоси рабочего органа. Максимальное значение адекватно пределу напряжений смятия почвы, которое совпадает с соответствующим значением . По достижении малой полуосью глубины обработки значение уже незначительно.

Изменение осевой составляющей усилия резания на рабочем органе от угла поворота лопасти пропорционально изменению момента сопротивления . Горизонтальная составляющая усилия резания на рабочем органе достигает максимума в момент внедрения малой полуоси на глубину обработки , что в полной мере соответствует теоретическим предпосылкам.

Проведена серия экспериментов с целью согласования их результатов с теоретическими исследованиями в условиях почвенного канала и для выявления зависимости глубины обработки на силовые и энергетические параметры предплужника. Они показали (рис. 14), что зависимость между глубиной обработки и мощностью на привод предплужника , составляющими усилия резания , действующими на ротор, носит криволинейный характер. При увеличении энергозатраты возрастают.

С уменьшением глубины обработки увеличиваются коэффициенты вариации перечисленных выше энергетических и силовых параметров. Так, например, уменьшение на 40 % повысило коэффициент вариации на такую же величину.

Рост коэффициента вариации энергетических и силовых показателей в связи со снижением объясняется уменьшением времени контакта каждого рабочего органа (квадрантной пластины) с почвой отдельно и при совместной работе смежных лопастей. Поэтому при работе на небольшой глубине необходимо увеличивать число лопастей, закрепленных на ступице вала ротора предплужника. Это обеспечивает уменьшение периода колебаний исследуемых параметров, снижает их вариацию и улучшает динамику работы ротора.

Расхождения между теоретическими и экспериментальными зависимостями силовых показателей в основном обусловлены тем, что теоретические значения подсчитаны по уравнениям, определяющим их максимальные величины. Кроме того, в каждом опыте нельзя было обеспечить постоянство физико-технологических свойств почвы.

Зависимость подталкивающего действия F'х от отношения глубины обработки к радиусу барабана нами исследовалась в лабораторных условиях. Как видно из приведенного графика (рис. 15), величина горизонтальной составляющей реак­ции достигает наибольшей величины при отношении h/r, равном 0,55…0,75. При дальнейшем его увеличении наблюдается уменьшение величины F'х. Это объясняется тем, что при больших отношениях верхняя часть стойки ножа начинает двигаться в сторону перемещения агрегата, сминая верхние слои вырезаемой почвенной стружки.

С увеличением длины лезвия момент сопротивления рабочему органу Г-образной формы, отнесенный к единице ширины захвата, уменьшается. Данная зависимость приведена на рис. 16.

Результаты экспериментов показали, что на характер нагрузки РПМ существенное влияние оказы­вают формы рабочих органов и их размещение на валу барабана. Увеличение длины лезвия ножей Г-образной формы до 70…110 мм при одновременном придании ему угла скользящего резания в 20…30° уменьшает удельные нагрузки (а также удельную работу) на единицу ширины захвата обрабатываемой почвы до минимальной величины. Поэтому оптимальным при выборе длины лезвия следует считать интервал от 70 до 110 мм. С уменьшением отношения глубины обработки к диаметру барабана влияние различных схем размещения рабочих органов на степень неравномерности момента сопротивления значительно снижается.

Из результатов экспериментов можно констатировать, что с ростом угловой скорости барабана возрастают коэффициент отбрасывания kотб, скорость и дальность полета частиц и как результат – энергоемкость фрезерования (рис. 17). Следовательно, целесообразной является работа машины при минимально допустимых угловых скоростях барабана и максимально возможном отношении глубины обработки к диаметру барабана.

На динамику системы силового привода существенное влияние оказывают возникающие крутильные колебания. Определив жесткости валов и моменты инерции экспериментальной полевой установки, мы расчетным путем устанавливаем собственные частоты крутильных колебаний. Подставив необходимые значения в выражение (47), получим уравнение частот:

(49)

Из уравнения (49) находим: 1= 270 Гц, 2= 1260 Гц. При таких частотах собственных колебаний в трансмиссии полевой установки не могли возникать резонансные колебания, поскольку частота вынужденных колебаний оказалась достаточно низкой даже по сравнению с первой частотой собственных колебаний. Но в то же время не исключается возможность возникновения резонанса на высших гармониках.

Лабораторно-полевые эксперименты. Результаты полевых экспериментов показали, что пахотный агрегат с активными предплужниками обеспечивал выполнение агротехнических требований на вспашку склонов до 60. По сравнению с контролем это позволило улучшить крошение пласта на 9…20 %, глубину заделки растительных остатков – на 21…27 %, степень оборота пласта – на 15 %. Он производил вспашку до седьмой передачи трактора ЮМЗ-6Л включительно. Максимальная скорость агрегата с учетом буксования составила 1,71 м/с (6,2 км/ч). Контрольный агрегат со стандартными предплужниками производил вспашку до шестой передачи трактора. При работе экспериментального плуга разгружался силовой поток, идущий к ведущим колесам, что способствовало уменьшению их буксования и снижению тягового сопротивления плуга.

Как видно из графика (рис.18), буксование ведущих колес тракторного агрегата с активными предплужниками не превышает 20 % (четвертая передача трактора), тогда как у контрольного достигает 30 % (шестая передача). В пределах допустимого буксования () экспериментальный агрегат может осуществлять вспашку для заданных условий эксплуатации до шестой передачи включительно, контрольный до четвертой. С учетом этого рабочая скорость экспериментального агрегата с активными предплужниками была на 27 % выше и при буксовании 8,8 % Vм=1,71 м/с (6,2 км/ч). Уменьшение тягового сопротивления экспериментального агрегата связано с увеличением горизонтальной составляющей резания стружки на рабочих органах активного предплужника.

Рост подталкивающего действия активных предплужников вызван увеличением подачи на нож с 6,8 до 10,5 см. Производительность пахотного агрегата с активными предплужниками в пределах допустимого буксования =16 % возросла с 0,47 до 0,65 га/ч, или на 28 %, погектарный расход топлива уменьшился с 21,8 до 18,0 кг/га, или на 17,4 %, а по сравнению с контрольным агрегатом на 1,7 %.

В ходе экспериментальных исследований выявлено, что при на­резке гребней оптимальными являются режимы работы агрегатов при частоте вращения ВОМ 545 об/мин и поступательной скорости контрольного агрегата Vм=1,55 м/с (5,6 км/ч), экспериментального – 2,0 м/с (7,2 км/ч). Это обеспечивается номинальной частотой вра­щения вала двигателя (2100…2200 об/мин), второй передачей трактора контрольного и третьей – экспериментального агрегата. При включении понижающего редуктора рекомендуются четвертая и пятая передачи. Соблюдение вышеизложенного гарантирует качественное вы­полнение технологической операции, так как подача на нож состав­ляет 0,06…0,1 м, кинематический параметр будет в пределах 3,1…6,0.





В лабораторных и полевых условиях нами найдены средние значения дисперсии, корреляционные функции и спектраль­ные плотности Mкр(t) и T(t). Характерной особенностью явилось то, что в спектрах дисперсии во всех случаях четко выделялись периодические составляющие с частотой, равной частоте врезания рабочих органов в обрабатываемую почву. При этой частоте спектральные плотности крутящего момента и тяго­вого сопротивления имеют ярко выраженный максимум. На рис. 19 а, б приведены нормированные корреляционные функции и спектральные плотности Mкр(t) и T(t), полученные на лабора­торной установке при глубине обработки h=8 см.

Технико-экономические показатели работы почвообрабатывающих машинных агрегатов с АРО. Приведены результаты сравнения технико-экономических показателей работы машинно-тракторных агрегатов с экспериментальными и традиционными рабочими органами. Доказана эффективность предлагаемых технических решений. Годовой экономический эффект по приведенным затратам от использования лемешно-отвального плуга ПЛН-3–35 с активными предплужниками в агрегате с трактором ЮМЗ-6Л составил 92,3 руб./га, культиватора-гребнеобразователя на базе КФГ-2,8 с трактором МТЗ-80Л – 9 081 руб./га.

Выводы и рекомендации

  1. Разработан и реализован в ходе исследований алгоритм синтеза новых АРО почвообрабатывающих машин, позволяющий упорядочить их проектирование для определенных условий функционирования.
  2. Предложена классификация рабочих органов почвообрабатывающих машин по числу возможных перемещений (степени свободы движения) рабочих элементов. С ее помощью устанавливаются обобщенные координаты закона движения и количество независимых управляемых каналов передачи энергии, оцениваются характер взаимодействия и условия передачи от исполнительного рабочего органа к почве.
  3. Для создания благоприятных условий развития клубней картофеля разработаны математическая модель конфигурации гребня и номограмма, что позволило получить оптимальные параметры гребнеобразующего рабочего органа и установить следующее: диаметр барабана максимальный – 300 мм, минимальный – 200 мм; число ножей на диске – 3; ширина крыла ножа максимальная – 100 мм, минимальная – 60 мм; угол отгиба стойки ножа – 3…5о; рекомендуемые пределы изменения кинематического параметра – 3,1…4,0.
  4. На основе общей теории винтовых поверхностей получены математические зависимости рабочих поверхностей ножей, их пространственные кинематические параметры, формулы для расчета силовых, энергетических показателей фрезерных культиваторов различного функционального назначения и активного предплужника. Разработаны методика исследования, алгоритм и программы проектирования новых АРО с винтовыми поверхностями для ПЭВМ.
  5. Предложен метод оптимизации угла установки ножа ротационной почвообрабатывающей машины, подтвержденный экспериментально.
  6. Разработан метод адекватного выявления характера взаимодействия ножей с почвой, позволяющий на стадии проектирования по характеру преодолеваемых напряжений в почве в период отрезания стружки получить силовую и энергетическую оценку АРО.
  7. Для снижения амплитуды и повышения устойчивости работы трансмиссии, особенно для малогабаритных фрез, предложено использовать аккумулятор кинетической энергии. Разработана методика расчета его параметров. Установлено, что для снижения амплитуды колебаний нагрузки на валу привода, повышения долговечности работы фрезерных почвообрабатывающих машин и активных рабочих органов рекомендуется схема размещения последних на валу барабана по многозаходной винтовой линии, параметры которой увязаны с продолжительностью отрезания почвенной стружки. Лезвие ножа следует располагать по винтовой линии, что увеличивает продолжительность резания.
  8. Предложены методика выбора формы направляющего кожуха и выражения для определения его тягового сопротивления. Экспериментально установлено, что кожух и центральный пассивный нож пропашной секции фрезы увеличивают энергоемкость фрезбарабана на 13 %.
  9. Получены экспериментальные зависимости, позволяющие установить рациональные конструктивные и режимные параметры экспериментальных и существующих рабочих органов. Установленные параметры в широком диапазоне изменения условий работы обеспечивают необходимую устойчивость хода, оптимальное подталкивающее усилие и минимальные энергозатраты.
  10. Установлена степень влияния условий работы, параметров ножей и режима фрезерования на величину крутящего момента привода фрезбарабана, укомплектованного различными АРО. Для барабана с Г-образными ножами доля влияния на величину крутящего момента глубины обработки составляет 36,35 %, поступательной скорости – 45,58 %; угла постановки лезвия – 3,82 %, а для барабана с двухсторонними ножами – соответственно 32,05, 47,41 и 2,6 %.
  11. Экспериментально получены зависимости, характеризующие взаимосвязь конструктивных параметров и режимов работы различных типов АРО с их силовыми и энергетическими показателями:

– установлено, что наименее энергоемким является фрезбарабан с двухсторонними рабочими органами с углом =300, шириной захвата b=135 мм и числом ножей в секции mн=6. По сравнению с компоновкой фрезбарабана с существующими ножами затраты мощности снижены на 29 % ;

– оптимальное значение кинематического показателя для АРО пропашного фрезерного культиватора находится в пределах 4,5…6,5, а величина подачи S=5…7 см;

– наибольшее значение горизонтальной составляющей реакции почвы, способствующее снижению тягового сопротивления агрегата, достигается при отношении глубины обработки к радиусу h/r=0,55…0,75 (теоретически получено h/r =0,65).

  1. Экспериментально установлено, что скорость отбрасывания частиц почвы активными рабочими органами на номинальных режимах близка к окружной скорости режущих элементов ножей, а коэффициент отбрасывания с увеличением угловой скорости приближается к единице.
  2. Получены рациональные режимы экспериментальных почвообрабатывающих агрегатов с активными рабочими органами, которые находятся в пределах:

– при междурядной обработке картофеля агрегатом с трактором класса 1,4 частота вращения МОМ – 545 об/мин; поступательная скорость – 2,0…2,47 м/с (7,2…8,9 км/ч), экономия топлива – 0,9…1,1 кг/га (17…20 %);

– при вспашке склона крутизной 6о плугом ПЛН-3–35 с активными предплужниками в агрегате с трактором класса 1,4 частота вращения активных предплужников =4,0…4,5 рад/с; кинематический показатель работы =2,5…3,5, диаметр ротора D=400 мм; угол отклонения большой полуоси эллиптической лопасти к плоскости вращения малой =35о. Благодаря снижению на 27…35 % тягового сопротивления производительность экспериментального агрегата по сравнению с контролем возросла на 17…24 %, погектарный расход топлива снизился на 7,7 %.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.