національний аграрний університет

Бондарєв Сергій Іванович

УДК 631.316:022.4

обґрунтування оптимального міжремонтного наробітку стрілчастих лап культиваторних агрегатів

05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня

Кандидата технічних наук

КИЇВ _2007

Дисертація є рукопис

Робота виконана у Національному аграрному університеті Кабінету

Міністрів України

Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент

Михайлович Ярослав Миколайович

Національний аграрний університет, доцент кафедри технічного сервісу та інженерного менеджменту

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Булгаков Володимир Михайлович

Національний аграрний університет, завідувач кафедри механіки та теорії механізмів машин

кандидат технічних наук

Кухарець Савелій Миколайович

Державний агроекологічний університет,

доцент кафедри загально технічних дисциплін

Захист відбудеться „23” жовтня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул.. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул.. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус 4, кім. 28

Автореферат розісланий „19” вересня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________ Д.Г. Войтюк

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В Україні майже 70 % території знаходиться під сільськогосподарськими угіддями, що становить близько 42 млн гектарів, з яких 33 млн га – це орні землі. Відомо, що неякісний обробіток ґрунту зменшує врожайність від 15 до 30 %. Якість роботи машин для обробітку ґрунту погіршується внаслідок швидкого спрацювання їх робочих органів. Таким чином, від величини спрацювання останніх залежатиме ефективність роботи агрегатів.

Культиватори відносяться до найпоширеніших машин для обробітку ґрунту. Основними робочими органами культиваторів є стрілчасті (полільні) лапи, які використовуються як для передпосівного обробітку ґрунту, так і для догляду за рослинами.

Головною вимогою до роботи культиваторних лап є забезпечення якісного виконання технологічного процесу при можливо мінімальних енерговитратах.

Із збільшенням наробітку спостерігається погіршення якісних показників роботи культиваторних лап, зростання енерговитрат, що у наслідку призводить до зменшення врожайності сільськогосподарських культур.

Для визначення допустимого спрацювання, яке можна виразити обробленою площею або пройденим шляхом, необхідно знати, як впливає ступінь спрацювання на основні показники роботи лап. Наявність такої інформації дозволить обґрунтувати оптимальний міжремонтний наробіток, тобто найбільш ефективно використовувати культиваторні лапи, що і підтверджує актуальність досліджень.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана на кафедрі експлуатації техніки та інженерного менеджменту Національного аграрного університету і у відділі розробки методів технічних вимірювань та наукових досліджень функціонування машинно-тракторних агрегатів Українського науково-дослідного інституту прогнозування та випробування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва імені Погорілого Л.В. (УкрНДІПВТ).

Дослідження проводилися відповідно до науково-дослідної теми (номер державної реєстрації – №32595752/1270). „СОУ Енергоощадність. Методика визначення повної енергомісткості виробництва сільськогосподарської продукції”. СОУ 01.1-37-412:2006. Зміст досліджень відповідає вимогам паспорта спеціальності 05.05.11 – „Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва”.

Мета роботи. Підвищення ефективності роботи культиваторних стрілчастих лап шляхом визначення оптимального їх міжремонтного наробітку.

Завдання досліджень:

- установити залежність величини спрацювання кромки лез лап та зростання питомого опору від наробітку культиваторного агрегату;

- дослідити вплив величини спрацьованої кромки леза лапи на глибину і рівномірність обробітку та ступінь підрізання коренів бур'янів;

- експериментально дослідити залежність зміни руйнівного напруження при розрізанні коренів бур’янів лапами з різною величиною спрацювання їх кромки лез;

- обґрунтувати оптимальний міжремонтний наробіток стрілчастих лап та визначити економічну ефективність впровадження результатів досліджень.

Об’єкт дослідження – технологічний процес роботи культиваторних лап із різним спрацюванням їх кромки лез.

Предмет досліджень – характер зміни енергетичних та якісних показників роботи культиваторних лап із різним спрацюванням їх кромок лез.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження процесів взаємодії леза лапи з коренем бур’яну та ґрунтовим середовищем проведені з використанням механіко-математичного моделювання на підставі основних положень вищої математики, теоретичної й аналітичної механіки, опору матеріалів та землеробської механіки. Оптимальний міжремонтний наробіток культиваторних лап обґрунтовано за критерієм витрати коштів.

Експериментальні дослідження виконували у лабораторних і виробничих умовах за відповідними методиками з використанням спеціального і стандартного обладнання, дослідних (модельованих) зразків ґрунтообробних робочих органів із застосуванням методів планування багатофакторного експерименту. Статистичну обробку експериментальних даних здійснено із застосуванням дисперсійного, кореляційного та регресивного аналізів з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- встановлена аналітична залежність зміни опору ґрунту від величини спрацювання кромки лез культиваторних лап та основних впливових факторів;

- аналітично визначено умови перерізання коренів бур’янів з урахуванням твердості ґрунту, руйнівного напруження коренів бур’янів та кутів тертя коренів по робочому органу та ґрунту;

- встановлено аналітичну залежність оптимального міжремонтного наробітку лап від експлуатаційних показників роботи та вартості відновлення;

- отримані математичні моделі (рівняння регресії) залежності тягового опору, глибини обробітку і ступеня підрізання коренів бур’янів від величини спрацювання кромки лез лап.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці методики визначення оптимального міжремонтного наробітку культиваторних стрілчастих лап на основі комплексного підходу відповідно до системи якості „поле-машина”. Результати роботи застосовані у документації по експлуатації та обслуговуванню лап культиваторів ГСКБ „Грунтомаш”. Використання даної методики сприяє якісному виконанню технологічної операції з дотриманням допустимих агровимогами якісних показників та зменшенню сумарних витрат на відновлення і енерговитрати.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані самостійно, а саме: розроблені математичні моделі взаємодії культиваторних лап (із різним ступенем спрацювання) з ґрунтом і коренями бур’янів; визначено характер та величину спрацювання лап у польових умовах від наробітку; експериментально визначено залежність тягового опору лап від наробітку; досліджено у лабораторних умовах процес різання коренів бур’янів лапами з різним ступенем спрацювання їх лез. Обґрунтовано метод визначення оптимального міжремонтного наробітку стрілчастих культиваторних лап.

Апробація результатів досліджень.

Результати наукових досліджень доповідалися на щорічних конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (1998-2005 рр.), міжнародній науково-технічній конференції біоекотехнології та біопалива в агропромисловому виробництві (м. Київ, НАУ,-2004), міжнародній науково-технічній конференції до 75-річчя факультету механізації сільського господарства Навчально-наукового технічного інституту НАУ „Перспективи технічного забезпечення агропромислового виробництва” (м. Київ, НАУ.-2004). Дисертаційну роботу у повному обсязі заслухано на розширеному засіданні кафедри експлуатації техніки та інженерного менеджменту та науковому семінарі ННТІ НАУ (м. Київ, 2007).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 7 наукових праць у фахових виданнях України.

Структура та обсяг роботи. Основний зміст дисертації викладено на 159 сторінках машинописного тексту, містить 22 таблиці та 51 рисунок. Робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел, який вміщує 146 найменувань, із них 6 іноземною мовою.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність вибраного напряму досліджень, наведена характеристика дисертаційної роботи, сформульована мета, об’єкт і предмет досліджень.

У першому розділі „Аналіз умов роботи, видів і причин відмов робочих органів ґрунтообробних машин” представлено огляд наукових досліджень, які висвітлюють основні відомості процесу спрацювання робочих органів машин для обробітку ґрунту, факторів, що впливають на інтенсивність спрацювання, впливу величини спрацювання на експлуатаційні і якісні показники роботи машин та розкривають сутність процесу взаємодії лез лап з ґрунтом і коренями бур’янів. Теоретичні й експериментальні дослідження вищезгаданих питань розглядаються у наукових працях Б.І. Костецького, М.М. Хрущова, В.М. Ткачева та ін.

Питанню взаємодії клина з ґрунтом присвячено відомі дослідження В.П. Горячкіна, В.А. Желиговського, Г.Н. Сінєокова, Ю.О. Ветрова, М.Н. Мацепуро, А.Н. Зеленіна, А.С. Кушнарьова, М.О. Демидка, О.В. Дубровіна, Я.С. Гукова, І.А. Шевченко та ін.

Значний вклад у розробку теорії різання рослинних матеріалів внесли В.А. Желиговський, В.А. Зяблов, В.И. Особов, М.Є. Рєзнік, Н.В. Сабліков, Г.А. Хайліс та ін.

Як показав аналіз наукових досліджень, багато уваги приділялося процесу спрацювання й особливостям умов експлуатації робочих органів ґрунтообробних машин. Унаслідок різноманіття та специфіки умов роботи загально визнаного підходу, щодо підвищення довговічності ґрунтообробних робочих органів, не виявлено. Достовірно встановлено лише загальний характер впливу окремих факторів (властивості ґрунту, режими роботи агрегатів) на інтенсивність спрацювання робочих органів.

Аналіз досліджень засвідчив перспективність вирішення багатокритеріальної задачі, пов’язаної з визначенням граничної величини затуплення кромки лез культиваторних лап через урахування якісних та енергетичних показників їх роботи. Виходячи з цього, доцільним є обґрунтування оптимального міжремонтного наробітку лап за мінімальними сумарними витратами на відновлення та додатково витрачену енергію.

У другому розділі „Теоретичні дослідження впливу спрацювання культиваторних лап на їх роботоздатність” визначено вплив спрацювання культиваторних лап на тяговий опір і проаналізовано процес підрізання коренів бур’янів. Здійснено аналіз сумарних витрат коштів на відновлення та додаткові витрати енергії, зумовлені збільшенням опору внаслідок спрацювання лез лап. Визначено оптимальний міжремонтний наробіток культиваторними лапами.

При визначенні опору ґрунту спрацьованій кромці леза лапи розглянуто два підходи: профіль спрацьованого леза лапи умовно замінювали верхньою і затильною фасками та приймали у вигляді кола вписаного у профіль кромки леза лапи.

Відповідно до першого підходу, повну роботу зминання ґрунту верхньою фаскою визначали за формулою:

, (1)

де qзм– коефіцієнт об’ємного зминання ґрунту, Н/cм3; b – ширина захвату клину, см; lзм – шлях, який дорівнює довжині зминання ґрунту до відриву скиби, см; – кут між площиною верхньої фаски та напрямком руху, град; – кут тертя ґрунту по поверхні фаски, град.

Опір, зумовлений верхньою фаскою, розраховували через середню роботу зминання ґрунту Азм на шляху lзм, опір затильної фаски – через опір зминання ґрунту нижньою фаскою.

Одержано наступні залежності нормальних сил від впливових величин відповідно для верхньої (N1) і нижньої (N2) фасок:

; (2)

, (2а)

де Lв.с. – шлях, який дорівнює довжині відірваної скиби, см; h – висота нижньої фаски, см; – кут розтину ( враховує збільшення довжини леза АВ), град.

У випадку, коли фаски є робочими площинами тригранного клина, опір лезу визначається через спрямовуючі косинуси нормальної сили N та лінії дії сили тертя. Для нормальної сили:

; (3)

; (4)

, (5)

де – кут між нормаллю та віссю ох; – кут між нормаллю та віссю оу;
– кут між нормаллю та віссю оz; – відповідає кутам та відповідно для верхньої та нижньої фасок.

Спрямовуючі косинуси лінії дії сили тертя дорівнюють:

; (6)

; (7)

, (8)

де ; , , – кути між лінією дії сили тертя і відповідними координатними осями ox, oy та oz.

Горизонтальна Rx1 й Rz1 вертикальна складові сил опору верхньої фаски визначено за формулами:

; (9)

. (10)

Аналогічно розраховані горизонтальна R2x та вертикальна R2z складові сил опору затильної фаски.

При визначенні спрямовуючих косинусів кут замінювали на для виразів (3) і (6) та на – для виразів (5) і (8). З урахуванням сили тертя горизонтальні й вертикальні складові сил опору верхньої (R1x, R2x) та нижньої (R2x, R2z) фасок обчислювали за рівняннями:

; (11)

; (11а)

; (12)

, (12а)

де f1 – коефіцієнт тертя ґрунту по лезу лап.

За постійного коефіцієнту qзм на величину опору найбільше впливає величина заглиблення клина lзм. Також слід відмітити, що розміри ширини верхньої фаски не перевищують 0,3-0,5 мм, тому слід очікувати, що опір, спричинений фаскою, знаходиться у межах 15-20 Н/см.

У разі значного спрацювання лез лап величина h може досягати 0,3 мм. При радіусі леза 0,4-0,5 мм величина h може становити близько 0,15 мм, а опір, зумовлений затильною фаскою – 80 Н/см.

У випадку, коли профіль спрацьованого леза приведено до півкола, повний опір визначиться рівнянням:

, (13)

де R1x, – опір центральної частини півкола, Па (визначається як , де r – радіус кола, вписаного у профіль леза лап, мм); – питомий опір стиснення, Па); – опір бокової частини півкола, Па.

Прийнято припущення, що сумарна нормальна сила N пропорційна об’єму витиснутого ґрунту (). Таким чином, нормальна сила визначиться як:

. (14)

З урахуванням сили тертя горизонтальна складова сили опору розраховується за формулою:

, (15)

а сумарний опір лезу при різанні під кутом розтину як:

. (16)

Аналізуючи процесу різання коренів бур’янів, задалися наступною умовою:

. (17)

Величина реакції R залежить від інтенсивності опору qі ґрунту, яка визначається його твердістю.

Якщо умовно прийняти частину кореня АО за жорсткий важіль із шарніром у точці О, а опір ґрунту – пропорційним переміщенню кореня, інтенсивність опору матиме лінійну залежність від висоти hі і визначатиметься за рівнянням:

. (18)

Можна припустити, що величина деформації ґрунту у процесі розрізання залежить від твердості ґрунту. За таких умов величину сумарного опору R визначимо через момент опорів, що діють на відрізку АО:

. (19)

Цей же момент визначається через рівнодіючу опору R як:

. (20)

Таким чином, реакція R запишеться:

. (21)

Максимальний опір ґрунту R при переміщенні кореня, віднесений до одиниці довжини кореня, знайдемо за формулою:

, (22)

де – твердість ґрунту, Па; dк – середній діаметр кореня, см; – кут тертя кореня по ґрунту, град.

Підставивши значення із () у вираз (), отримаємо:

. (23)

Опір розрізанню кореня буряну внаслідок дії зусилля Рріз аналітично можна визначити за двома умовами, а саме: розрізання відбувається внаслідок деформації зминання й зрізання (зсуву) кореня лезом. За першою умовою площа деформації розраховується через площу контакту леза з коренем, за другою – через площу поперечного перерізу кореня.

Опір розрізанню, без урахування бокових сил (при різанні під кутом розтину ), обчислюється таким чином:

, (24)

де – напруження зминання, Па; – кут тертя кореня по лезу, град.

Враховуючи залежності (), (), (), умови перерізання кореня внаслідок деформації зминання й зрізання запишуться наступними виразами відповідно:

; (25)

, (26)

де – напруження деформації зрізання (зсуву), Па;

Для визначення допустимої величини спрацювання кромки леза r за виразами () і () необхідно експериментально визначити функціональну залежність напружень і від радіуса кромки леза r, можливі величини діаметрів коренів бур'янів , кути тертя і та величину h1.

Як відомо, при збільшенні міжремонтного наробітку лап зростає вартість додатково витраченої енергії, а при його зменшенні – зростає вартість відновлення. Таким чином, оптимальний наробіток буде таким за якого сумарні витрати на додатково витрачену енергію і відновлення будуть мінімальними.

Для визначення вартості додатково витраченої енергії прийняли, що залежність питомого опору лап k від наробітку (приймаємо пройдений шлях L) при різних швидкостях руху агрегату V визначається поліномом другого порядку:

, кН/м. (27)

Витрати енергії на шляху L розрахували за формулою:

, (28)

де B – робоча ширина захвату культиватора, м.

Оскільки величина k залежить від пройденого шляху L, питомі витрати енергії визначимо через елементарні їх витрати.

Площа, обмежена кривою АВ та прямими АО і ОД, відповідає повній енергії, затраченій на шляху L, а площа, обмежена лініями АВ і АС – приросту енергії при зростанні опору на шляху L. Елементарна витрата енергії визначиться як , повна –відповідно:

. (29)

Після підстановки величини k з () та інтегрування отримаємо:

. (30)

Частина енергії, яка не залежить від L, розраховується за рівнянням , де k0 отримаємо з () при L=0 як , тоді:

. (31)

Додатково витрачену енергію знаходимо за формулою:

. (32)

Додаткова енергія, перерахована в гектари обробленої площі, а енергії в , визначиться так:

, кВт•год/га. (33)

Вартість додатково витраченої енергії буде:

, грн./га, (34)

де q – питомі витрати пального, кг/кВт год; зТ – коефіцієнт корисної дії трактора; Цп – ціна пального, грн/кг; ; .

Вартість одного відновлення комплекту лап з розрахунку на 1 м ширини захвату визначили за формулою:

, (35)

де С3 – заробітна плата механізатора, грн/год; Сп.год – вартість простою агрегату, грн/год; Ср – вартість ремонту лап з розрахунку на 1 м ширини захвату, грн.; t3 – час заміни комплекту лап шириною захвату 1 м, грн.

Вартість додаткових енерговитрат та відновлення розрахували з умови:

, (36)

де .

Для аналітичного визначення оптимального шляху Lопт прирівняємо до нуля першу похідну правої частини рівняння () і одержимо:

. (37)

Розв’язавши рівняння (), отримаємо:

. (38)

У третьому розділі „Програма та методика експериментальних досліджень” наведено програмні питання, описано експериментальне обладнання та методики для визначення: величини спрацювання лез лап культиваторів від наробітку, впливу величини спрацювання лап на тяговий опір і якісні показники роботи, а також фізико-механічних характеристик коренів бур’янів.

Для дослідження величини спрацювання леза лап від наробітку використовували три агрегати (МТЗ-80+КПС-4), які комплектуються комплектами універсальних стрілчастих лап. Після обробітку 5, 25 та 45 га на робочій швидкості близько 8 км/год лапи знімали і на спеціально виготовленому пристрої робили гіпсові відтиски профілів лез лап.

Тяговий опір визначали на спеціальній установці, яка забезпечувала вимірювання горизонтальної складової опору.

Вимірювали тяговий опір при швидкостях руху агрегату 6, 8 і 10 км/год.

Фізико-механічні властивості коренів бур’янів (коефіцієнти тертя, опір розриву і перерізанню лапами з різною величиною спрацювання їх лез) визначали на стенді ТУД-5
(із пристроєм для розрізання коренів з підпором), маятниковому копрі МК-05 (із пристроєм для розрізання коренів з різними кутами різання) та спеціальній сталевій площині (для визначення коефіцієнтів тертя). Для вимірювання величини зусилля застосовували симетричні тензоланки, перетворювач-підсилювач Spider 8, ПК з прикладною програмою Catman Express 4.5.

Якісні показники (глибина та рівномірність обробітку, ступінь підрізання бур’янів) визначали за загальноприйнятими методиками (ГОСТ 20915–75, ОСТ 70.2.15–73).

У четвертому розділі „Експериментальні дослідження впливу ступеня спрацювання лап культиваторів на ефективність роботи” представлено результати досліджень впливу наробітку на величину спрацювання лез, а також ступеня їх спрацювання на енергетичні та якісні показники роботи.

В результаті регресивного аналізу досліджень залежності радіуса кромки лез лап r від наробітку U (пройденого шляху L) одержали адекватні математичні описи:

;

. (39)

У результаті порівняння експериментальних і теоретичних даних впливу радіуса кромки леза на тяговий опір експериментально отримані величини є більші. Наприклад, у випадку, коли профіль леза наведено до двох тригранних клинів, вірогідний опір, зумовлений верхньою фаскою, становить близько 50 Н/м , нижньою – 100 Н/м, тобто сума їх дорівнює 150 Н/м, що менше експериментальних даних (при r=0,5 мм опір досягає 256 Н/м). Наявність різниці між експериментальними та теоретичними значеннями опорів можна пояснити тим, що експериментально визначали загальний опір лез лап шириною захвату 1 метр, а теоретично – лише леза.

За основні характеристики коренів бур’янів прийнято коефіцієнти тертя їх по лезу та по ґрунту, а також руйнівні напруження деформацій розтягу, зминання та зсуву. У дослідженнях використовували найпоширеніші та найміцніші види бур’янів, а саме: осот, хвощ, берізка, молочай. Ґрунтові умови і фази росту кожного виду бур’янів істотно не відрізнялись.

Встановлено, що кути тертя коренів по сталевій поверхні знаходяться у межах 25.7-31.5, а по ґрунту – 36-39. Під час розтягу зразків коренів бур’янів із діаметрами поперечного перерізу у межах 2.85-3.75 см руйнівне напруження істотно не змінюється, але для різних бур’янів відрізняється істотно – для осоту, хвоща, берізки й молочаю максимальні руйнівні напруження дорівнюють відповідно 52,4, 109,7, 78,6 та 129,8 Па.

Руйнівні напруження зрізу і зминання визначали за формулами:

;

, (40)

де Р – експериментальне руйнівне зусилля, Н; dк –діаметр кореня, мм.

Дослідженнями виявлено, що прийнятними для подальшого аналізу є напруження зрізу. Встановлено, що найвпливовішими факторами на величину руйнівного напруження є кут розхилу (різання), радіус леза та вид бур’яну.

З аналізу отриманих результатів можна зробити наступні висновки: при збільшення радіуса леза до 0,3 мм руйнівне напруження зменшується майже у 2 рази, а при збільшенні r від 0,3 до 0,5 мм – стабілізується. У діапазоні радіусів r=0,3-0,5 мм руйнівні напруження для вибраних коренів бур’янів коливаються в діапазоні 40-90 Па (для осоту – 40 Па, для молочаю – 80 Па). Швидкість різання в межах 6-10 км/год істотно не впливає на величину руйнівного напруження. Враховуючи припущення, що допустимий радіус леза r не перевищує 0,5 мм, умовно можна вважати, що вірогідно граничне значення руйнівного напруження становить 100 Па.

За експериментальними даними напруження різання залежить від радіуса r лінійно і описується рівнянням:

. (41)

У формулі напруження замінено на відповідно до ().

За прийнятих ґрунтових умов (=12 Па) допустимий радіус r за умови зрізання () дорівнює 0,46 мм.

За основні якісні показники прийняті: середня глибина і рівномірність обробітку та ступінь підрізання коренів бур’янів.

Залежність середньої глибини обробітку h від радіуса леза r при швидкостях руху агрегату V у межах 6-10 км/год адекватно визначається багатомірним поліномом другого порядку:

. (42)

Згідно агротехнічним вимогам відхилення від заданої глибини обробітку ґрунту культиваторними лапами допускається ±1,0 см. Кожному зменшенню глибини на 1 см відповідає збільшення радіуса леза близько на 0,1 мм. Величині такого спрацювання відповідає пройдений лапою шлях 25 км. Тому для дотримання встановленої глибини обробітку необхідно через кожні 25 км пройденого лапою шляху збільшити глибину обробітку на 1 см.

Рівномірність глибини обробітку оцінювали коефіцієнтом варіації та розподілом відхилень від середньої глибини в межах до 1 см, 1-2 см та більше 2 см. Із збільшенням радіуса леза коефіцієнт варіації зростає. Наприклад, при роботі на швидкості 8 км/год для радіусів лез 0,1; 0,3 і 0,5 мм коефіцієнти варіації становлять 21,6; 45,3 і 55% відповідно.

Розподіл відхилень від середньої глибини обробітку ґрунту при швидкості руху агрегату 8 км/год наведено далі в таблиці.

Таблиця

Розподіл відхилень від середньої глибини обробітку ґрунту

Радіус леза

r, мм | Відхилення від середнього, %

до 1 см | від 1 до 2 см | більше 2 см

0,1 | 50,1 | 37,9 | 12,0

0,3 | 33,6 | 44,4 | 22,0

0,5 | 25,7 | 37,5 | 36,8

Дослідженнями встановлено, що рівномірність глибини ходу зберігається на допустимому рівні при радіусі ріжучої кромки леза 0,5 мм.

Оптимальний ступінь підрізання коренів бур’янів (більше 98%) отримано при швидкості руху 10 км/год та радіусі леза лап r=0,1 мм, неприйнятний (до 88%) – відповідно при 6 км/год та r=0,5 мм.

Залежність ступеня підрізання бур’янів від радіуса леза r та швидкості руху V описується рівнянням регресії:

. (43)

У разі збільшення швидкості переміщення агрегату кількість зрізаних бур’янів збільшується за рахунок зростання величини зосередженого навантаження на одиницю площі та сил інерції ґрунту.

Дослідженнями встановлено, що мінімальну робочу швидкість агрегатів можна рекомендувати 8 км/год. Мінімальний ступінь підрізаних бур’янів можна прийняти 95 %, при цьому допустимий радіус леза становитиме 0,3-0,35 мм.

У розділі 2 аналітично визначено наробіток лап за мінімальними витратами на їх відновлення та на додатково витрачену енергію, зумовлену підвищенням опору внаслідок затуплення лез лап. Сумарну вартість розраховано за рівнянням (), а оптимальний пройдений шлях Lопт – рівнянням (). Для використання цих рівнянь експериментально визначено їх складові: коефіцієнти поліному () – b2=0,00154; b4=0,0005; b5=0,000021; заробітна плата механізатора С3=5 грн/год; вартість простою агрегату Сп.год. = 37 грн/год; вартість ремонту комплекту лап шириною захвату 1 метр Ср=12,5 грн; час заміни одного комплекту t3 = 0,3 год. Інші складові прийняті такими: питомі витрати пального q = 0,25 кг/кВт год.; вартість пального 3,5 грн/кг; ККД трактора =0,65.

У п’ятому розділі „Обґрунтування допустимого спрацювання лап та визначення економічної ефективності” обґрунтована допустима величина спрацювання кромки лез лап при мінімальних сумарних витратах на відновлення і додатково витрачену енергію, а також розрахована економічна ефективність.

Допустиме збільшення енерговитрат у разі затуплення лез визначено через сумарні витрати на відновлення та додатково витрачену енергію. Для середньої швидкості (8 км/год) мінімальні сумарні витрати відповідають пройденому шляху близько 67 км або радіусу лез лап 0,34 мм.

Очікувана економічна ефективність зумовлюється дотриманням допустимих агровимогами якісних показників та зменшенням сумарних витрат на відновлення і додатково витрачену енергію та оптимального міжремонтного наробітку порівняно з існуючим у господарствах. У цілому, економічна ефективність від застосування нового методу оптимізації міжремонтного наробітку (для культиватора типу КПС-4 при річному наробітку 400 га) становить у середньому 276 грн/рік.

Висновки

Аналізом умов і режимів роботи, видів та причин відмов культиваторних лап у процесі їх експлуатації встановлено, що головною причиною відмов роботи є швидке затуплення кромки лез лап. Внаслідок різноманіття й специфіки умов роботи культиваторних лап науково обґрунтованої допустимої величини затуплення лез лап не встановлено. Аналіз існуючих досліджень засвідчив перспективність вирішення багатокритеріальної задачі, пов’язаної з визначенням оптимальної допустимої величини затуплення кромки леза лап через урахування якісних та енергетичних показників їх роботи.

Теоретичними дослідженнями процесу взаємодії спрацьованої кромки лез лап з ґрунтом встановлено характер впливу величини її спрацювання на питомий опір ґрунту та одержано математичний опис даного процесу.

Теоретичні й експериментальні дослідження свідчать, що при збільшенні величини спрацювання кромки леза лапи до радіуса кола, вписаного у профіль леза (радіус леза) 0,5 мм (пройдений лапою шлях 112,5 км), приріст питомого опору знаходиться в межах 36-49в діапазоні швидкостей руху агрегату 6-10 км/год.

Експериментальними дослідженнями якісних показників роботи лап виявлено, що для дотримання встановленої глибини обробітку в межах агротехнічних вимог необхідно через кожні 25 км пройденого шляху лапою заглиблювати робочі органи культиватора на 1 см; рівномірність глибини ходу зберігається на допустимому рівні (=37,5%) при радіусі кромки леза лапи до 0,5 мм; прийнятний ступінь підрізання коренів (94-96%) спостерігається при радіусі леза 0,3-0,4 мм, при цьому рекомендована швидкість має бути не менше 8 км/год .

Проведено аналіз та обґрунтовано умови для визначення допустимого радіуса леза в залежності від твердості ґрунту, руйнуючого напруження кореня бур’яну, глибини обробітку та кутів тертя коренів по лезу і ґрунту. Для поширених видів бур’янів (осот, хвощ, берізка, молочай) експериментально визначено кути тертя коренів по лезу =25,7-31,50 і по ґрунту =36-39 та величину руйнуючого напруження =40-90 Па. Розрахунковий допустимий радіус спрацювання лез лап становить 0,46 мм, який задовільно збігається з одержаними експериментальними дослідженнями.

Обґрунтовано метод визначення оптимального міжремонтного наробітку лап. Аналітично визначено залежність оптимального міжремонтного наробітку від коефіцієнтів поліному залежності питомого опору від пройденого шляху, ККД трактора, вартості пального та вартості відновлення. Для прийнятих ґрунтових умов і вартості ПММ та ремонтно-обслуговуючих робіт оптимальний міжремонтний наробіток становить 64-70 км пройденого шляху агрегатом, що відповідає радіусу спрацьованих лез лап 0,32-0,36 мм.

За дотримання оптимального міжремонтного наробітку порівняно із прийнятими у господарствах (80-100 км), економічна ефективність від застосування нового методу визначення оптимального міжремонтного наробітку (для культиватора КПС-4 при річному наробітку 400 га) становить у середньому 276 грн/рік

Список опублікованих праць

1. Бондарєв С.І. Аналіз досліджень по обґрунтуванню періодичності технічного обслуговування робочих органів ґрунтообробних машин // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2000. – Вип. 33. – С. 157-161.

2. Демидко М.О., Бондарєв С.І. Аналіз впливу ступеня спрацювання робочих органів на тяговий опір // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2002. – Вип. 49. – С. 109-113. (Особистий
внесок – проведено теоретичний аналіз впливу верхньої та нижньої фасок клину на тяговий опір).

3. Бондарєв С.І. Вплив ступеня спрацювання лез культиваторних лап на енергетичні та якісні показники їх роботи // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2002. – Вип. 50. – С. 227-230.

4. Демидко М.О., Бондарєв С.І. Вплив ступеня спрацювання лез культиваторних лап на якісні показники їх роботи // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2004. – Вип. 73, ч.2. – С. 60-64. (Особистий внесок – досліджено вплив ступеня спрацювання лез культиваторних лап на рівномірність глибини ходу та якість підрізання бур’янів).

5. Дубровін В.О., Михайлович Я.М., Бондарєв С.І. Фізико-механічні властивості коренів бур’янів та їх опірність різним видам деформацій: Зб. наук. пр. УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого. – Дослідницьке, 2005. – Вип. 8(22), кн. 1. – С. 60-68. (Особистий внесок – досліджено вплив ступеня спрацювання лез культиваторних лап на величину руйнівного зусилля коренів бур’янів).

6. Демидко М.О., Бондарєв С.І., Власенко В.І. Визначення оптимального наробітку до відновлення культиваторних лап: Зб. наук. пр. УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого. – Дослідницьке, 2005. – Вип. 8(22), кн. 2. – С. 281-287. (Особистий внесок – досліджено закономірність зміни сумарної вартості на відновлення і додатково витраченої енергії культиваторних лап).

7. Демидко М.О., Бондарєв С.І. Аналіз процесу підрізання коренів бур’янів // Науковий вісник НАУ. – К.: НАУ, 2005. – Вип. 92, ч.1. – С. 168-172. (Особистий внесок – проаналізовано процес підрізання коренів бур’янів культиваторними лапами з різним спрацюванням).

Бондарєв С.І. Обґрунтування оптимального міжремонтного наробітку стрілчастих лап культиваторних агрегатів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. Національний аграрний університет, Київ, 2007.

Дисертація присвячена проблемі підвищення ефективності роботи культиваторів з полільними лапами шляхом оптимізації міжремонтного їх наробітку.

Теоретичними та експериментальними дослідженнями встановлено вплив наробітку на ступінь спрацювання лез лап, а також вплив радіуса леза на тяговий опір та якісні показники.

Аналітично встановлено допустимий радіус спрацьованого леза залежно від твердості ґрунту та руйнівного напруження при розрізанні коренів бур’янів. Визначені руйнівні напруження при різанні з підпором та без підпору.

Аналітично встановлено залежність оптимального шляху Lопт роботи лап між відновленнями від коефіцієнтів поліному залежності питомого опору від пройденого шляху, ККД трактора, вартості пального та вартості відновлення лап. Для прийнятих умов оптимальний пройдений шлях дорівнює Lопт =64-70 км, що відповідає товщині спрацювання леза лап 0,32-0,36 мм. За даного радіуса леза лапи якісні показники не перевищують величини, що зазначені агротехнічними вимогами. При дотриманні оптимального наробітку між відновленнями порівняно з прийнятими у господарствах (80-100 км) економічна ефективність від застосування нового методу оптимізації міжремонтного наробітку (для культиватора КПС-4 при річному наробітку 400 га) становить у середньому 276 грн на рік.

Ключові слова: полільні культиваторні лапи, спрацювання, тяговий опір, якісні показники, міжремонтний наробіток, вартість енерговитрат, вартість відновлення.

Бондарев С.И. Обоснование оптимальной межремонтной наработки стрельчатых лап культиваторных агрегатов. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. Национальный аграрный университет, Киев, 2007.

Диссертация посвящена проблеме повышения эффективности работы культиваторов с полольными лапами путем оптимизации межремонтной их наработки.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено влияние наработки на степень изнашивания лезвий лап, а также влияние радиуса кромки лезвия на тяговое сопротивление и качественные показатели.

Установлена аналитическая зависимость допустимого радиуса изношенной кромки лезвия от твердости почвы, разрушающего напряжения корней сорняков, глубины обработки и углов трения корней по лезвию и почве. Определены разрушающие напряжения при резании с упором и без него.

Аналитически установлена зависимость оптимального пути Lопт работы лап между восстановлениями от коэффициентов полинома зависимости удельного сопротивления от пройденного пути, КПД трактора, стоимости топлива и восстановления. Для принятых условий оптимальный пройденный путь составляет Lопт =64-70 км, что соответствует радиусу изношенной кромки лезвия лап 0,32-0,36 мм. При таком радиусе качественные показатели не превышают величин, которые указаны в агротехнических требованиях. Придерживаясь оптимальной межремонтной наработки в сравнении с принятыми в хозяйствах (80-100 км), экономическая эффективность от применения нового метода оптимизации межремонтной наработки (для культиватора КПС-4 при годовой наработки 400 га) составляет в среднем 276 грн в год.

Ключевые слова: полольные культиваторные лапы, изнашивание, тяговое сопротивление, качественные показатели, межремонтная наработка, стоимость энергозатрат, стоимость восстановления.

Bondarev S.I. Substantiation optimum between-repairs operating time of cultivator assemblies arrow-shaped pads. - Manuscript.

The dissertation on competition of scientific degree of the candidate technical science on a specialty 05.05.11 - Мachines and means of agricultural production mechanization. National Agrarian University, Kyiv, 2007.

The dissertation is devoted to a problem of overall performance increasing of cultivators with weeding paws by optimization of an operating time between restore tillage tools.

Theoretical and experimental researches influence of operating time on a wear value process (thickness of the worn out edge), and also influence of radius of an edge on traction resistance and quality indicators (machining depth, course depth uniformity, cutting value of weeds) is established.

Analytical dependence of worn out edge allowable radius on ground hardness, breaking effort of weeds roots, depths of processing and roots friction corners on an edge and ground is established. Breaking effort is determined at static cutting with emphasis a dynamic without an emphasis.

Dependence of optimum way Lopt of paws work between restore from factors of polynom of specific resistance dependence from passed ways, tractor efficiency, fuel cost and restoration cost is analytically established. For the accepted conditions optimum passed way is equal Lopt=64-70 km that corresponds to thickness of the worn out edge of paw 0,32-0,36 mm at such edge thickness of a paw quality indicators do not exceed sizes which are specified in agrotechnical requirements. Adhering to optimum manufacture between restore in comparison with accepted in economy (80-100 km) economic efficiency makes 0,16-0,30 grn/h. Adhering to an optimum operating time between восстановлениями in comparison with accepted in facilities(economy) (80-100 kms) economic efficiency of new method application of between-repairs optimization of operating time (for cultivator KWC-4 at annual loading 400 ga) averages 276 grn/year.

Key words: weeding cultivator paws, wear process, traction resistance, quality indicators, manufacture between restore, power inputs cost, restoration cost.