В данной статье рассмотрен вопрос экспериментальных исследований определения степени тягового сопротивления лемешного плуга, при обработке комбинированным лемешным плугом. Определены экспериментальным путем зависимости и оптимальные геометрические размеры разработанных дополнительных рабочих органов.
Ключевые слова: плуг, почва, ширина захвата, давление, качество обработки, рабочий орган, энергосбережение, нагрузка, отвал, рабочая поверхность.
В Кубанском государственном аграрном университете на кафедре «Процессы и машины в агробизнесе» ведутся исследования в области основной обработки почвы. Работа направленна на разработку рабочих органов к лемешному плугу. Предлагается установить комплект дополнительных рабочих органов (рис.1) в виде батарей дисков расположенных на индивидуальных грядилях за каждым корпусом лемешного плуга. Предположительно, что данная конструкция позволит улучшить качественные показатели работы пахотного агрегата.
Работы проводится на базе патентов РФ № 2491807; 136275; 136674 позволяющих повысить качество оборота пласта при минимальных затратах энергии.
Исследования проводились на территории Краснодарского края. Выбор марки трактора осуществлялся исходя из того что нами был создан рабочий пахотный агрегат марки ПЛН-4–25, и по эксплуатационным характеристикам нам подходил трактор марки МТЗ-80 класса 1,5–2 тонны [1].
Этот трактор пользуется предпочтением у производственников в силу своей универсальности, позволяющей использовать его с высокой степенью загрузки в течение всего года. В отличие, например, от гусеничных тракторов.
|
|
|
Рис. 1. Предлагаемое техническое решение модернизация лемешного плуга
Существующий образец в модернизируемом варианте рисунок 1, устройство для обработки почвы рисунок 1 работает следующим образом:
Лемешный плуг, внедряясь в почву корпусами состоящие из стойки 2 лемеха 3 башмака 4 полевой доски 5 отвала 6 отрезает пласт почвы и поднимая его по отвалу 6 корпуса оборачивает его на дно борозды, закрепленные на раме плуга 1 на индивидуальных грядилях 7,8 батареи дисков 9 внедряясь в обернутый пласт почвы своими режущими кромками крошат его на более мелкие фракционные составляющие, и тем самым придавая поверхности поля выровненное строение, закрывая в ней влагу, а заделанные на дно борозды сорняки лишены связи с внешней средой, что ведет к их естественной гибели. [1]
Для проведения лабораторных и полевых исследований была изготовлена специальная установка рисунок 2, с помощью которой можно было производить полевые испытания.
Рис. 2. Кинематическая схема переходной рамы к трактору МТЗ: 1 — остов трактора; 2 — маятниковый узел; 3 (ВС) — несущий элемент переходной рамы; 4 — первичный измерительный преобразователь силы (консольная балка) равного сопротивления с тензорезисторами; 5 — подшипники; 6 — регулируемый упор; 7 — продольные тяги трактора; 8 — центральная тяга трактора; 9 — навешиваемая машина с рабочими органам.
Полученные результаты представлены в виде графика, показанного на рис. 3.
При рассмотрении факторов влияющих на производительность и качество обработки учитывалось расположение дисковых рабочих органов на раме лемешного плуга в пространстве относительно друг друга и их геометрические размеры.
Анализ непрерывных симметричных планов второго порядка показал, что максимальное значение определителя информационной матрицы достигается в том случае, когда моменты плана соответственно равны.
Для этого использовали ортогональный симметричный план (звездные точки которого равны ±1). Изучалось влияние двух факторов и фиксированы их значения на оптимальных уровнях. Факторы, интервалы и уровни варьирования представлены в таблице 1. [2]
Таблица 1
Факторы, интервалы и уровни варьирования
|
Факторы |
Кодированное обозначение |
Интервал варьирования |
Уровни факторов |
||
|
-1 |
0 |
+1 |
|||
|
Диаметр используемого диска, мм. |
х1 |
235 |
0 |
235 |
510 |
|
Скорость движения агрегата, км/ч. |
х2 |
2,7 |
5,34 |
8,05 |
10,76 |
На качество обработки влияет скорость движения и диаметр ротационного рабочего органа. Уровни факторов выбирали таким образом, чтобы оптимальные их значения, рассчитанные теоретически или учитывающие существующие ограничения, попадали в центр интервала варьирования.
Максимальным значением для первого фактора x1 являлось диаметр диска равный nmax = 510 мм. и снижались до nmin = 0 мм, что соответствовало интервалу варьирования.
Для второго фактора х2 значения, являлось значение скорости движения пахотного агрегата kvmax = 10,76 и снижался до kvmin = 5.34 что соответствовало интеpвалу варьирования. [3]
На основании этих рассуждений были выбраны интервалы варьирования и уровни факторов, значения которых занесены в таблицу 1. Матрица планирования представлена в таблице 2. Опыты проводили согласно описанной методике [4]. Порядок проведения опытов выполнялся согласно таблице случайных чисел. Средние величины параметров оптимизации представлены в таблице 2.
Таблица 2
Матрица планирования при оптимизации показателей работы лемешного плуга с ротационными рабочими органами
|
№ опыта |
х0 |
х1 |
х2 |
х1 |
х2 |
х1х2 |
х12 |
х22 |
Тяговое сопротивление У, кН |
|
|
1 |
+1 |
0 |
5.34 |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
+1 |
13.1 |
ПФЭ |
|
2 |
+1 |
0 |
8.16 |
-1 |
+1 |
-1 |
+1 |
+1 |
14.37 |
|
|
3 |
+1 |
0 |
10.15 |
+1 |
-1 |
-1 |
+1 |
+1 |
15.73 |
|
|
4 |
+1 |
420 |
5.52 |
-1 |
-1 |
+1 |
+1 |
+1 |
11.9 |
|
|
5 |
+1 |
420 |
8.39 |
+1 |
0 |
0 |
+1 |
0 |
13.0 |
Звездные точки |
|
6 |
+1 |
420 |
10.61 |
-1 |
0 |
0 |
+1 |
0 |
13.63 |
|
|
7 |
+1 |
510 |
5.65 |
0 |
+1 |
0 |
0 |
+1 |
11.1 |
|
|
8 |
+1 |
510 |
8.57 |
0 |
-1 |
0 |
0 |
+1 |
11.9 |
|
|
9 |
+1 |
510 |
10.76 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
12.5 |
Опыты в центре плана |
После математической обработки экспериментальных данных получили следующие уравнения регрессии: [4]
(1)
где Y — производительность плуга при взаимодействии 1 и 2 фактора.
Выполняя каноническое преобразование и решая систему линейных уравнений, находим координаты центра поверхности отклика
X1= -0.0196, X2=-0.71172
Подставляя найденные значения х1, х2 в уравнение (1) определяем значение параметра оптимизации в центре поверхности отклика.
Угол поворота осей a равен -44.73396 градусов, а коэффициенты регрессии в канонической форме равны: В11 = +6.27141; В22 = — 6.27141.
Уравнение регрессии в канонической форме
(2)
Коэффициенты В11 и В22 имеют разные знаки. Гиперболы вытянуты по той оси, которой соответствует меньшее по абсолютной величине значение коэффициента в каноническом уравнении. В этом случае значение отклика увеличивается при движения из центра фигуры по одной оси и уменьшается — при движении по другой. Если, например, В11>0, а В22 < 0, (
), то отклик будет увеличиваться при движении из центра s в направлении +
и - и уменьшаться при движении в направлении +
и -. Центр s фигуры называется седлом или минимаксом. Поверхность отклика является гиперболическим параболоидом. Здесь направление движения выбирают в зависимости от того, чего необходимо достичь — максимума или минимума. Как и при крутом восхождении, можно наметить серию мысленных опытов, часть из которых можно реализовать.
Подставим различные значения отклика Y в канонические уравнения (1) было получено семейство сопряженных изолиний (рис.3). Расположение элементов производительности в области эксперимента напоминало поверхность типа «эллипса». Центр эксперимента находится в переделах области эксперимента. Максимальная производительность в данном случае будет при диметре диска 230,4 мм. и скорости движения 6,15 км/ч. [5]
|
|
|
Рис. 3. Поверхность зависимости диаметра диска от скорости движения
В результате проделанной работы мы получили следующие выводы:
1) Получена конструкция комбинированного лемешного плуга.
2) Составлена матрица планирования эксперимента.
3) Изучены физико-механические свойства почвы среднее значение
4) Получен график зависимости диаметра диска от скорости движения пахотного агрегат, из которого видно, что при увеличении коэффициента диаметра диска происходит уменьшение производительности, а соответственно и ухудшение качественных показателей работы лемешного плуга с ротационными рабочими органами.
5) Были обоснованы факторы влияния на производительность (диаметр диска и скорость движения). С использованием планирования двухфакторного эксперимента по ортогональному плану определены оптимальные параметры режимов работы лемешного плуга при условии выполнения исходных требований к качеству обработки. Согласно полученному уравнению регрессии по критерию максимальной производительности лемешной обработки почвы центр эксперимента находится в переделах области эксперимента при этом максимальная производительность в данном случае будет при диметре диска 230,4 мм. и скорости движения 6,15 км/ч.
Литература:
1. Основная обработка почвы с оборотом пласта в современных условиях работы и устройства для ее осуществления. Белоусов С. В., д.т.н. профессор Трубилин Е.И, студентка Лепшина А. И. Политематический Электронный Научный журнал КубГАУ, № 104(10), 2014 года ВАК (21 стр.)
2. Результаты экспериментальных исследований определение степени тягового сопротивления лемешного плуга при обработке тяжелых почв Белоусов С. В., д.т.н. профессор Трубилин Е.И, студентка Лепшина А. И. Политематический Электронный Научный журнал КубГАУ, № 103(09), 2014 года ВАК (14 стр.)
3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616837 от 04 июля 2014. Белоусов С. В., Трубилин Е. И., Цыбулевский В. В. Тяговое усилие лемешного плуга в зависимости от скорости движения и диаметра используемого диска.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014619482 от 13 мая 2014. Белоусов С. В., Трубилин Е. И., Цыбулевский В. В. Каноническое преобразование уравнения зависимости тягового сопротивления лемешного плуга в зависимости от диаметра используемого диска.
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616838 от 13 мая 2014. Белоусов С. В., Трубилин Е. И., Цыбулевский В. В. Графики зависимости тягового сопротивления лемешного плуга от диаметра используемого диска
