Обоснование технологической схемы и параметров комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен

Обоснование технологической схемы и параметров комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен

Обоснование технологической схемы и параметров комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под ленЛьвовский государственный аграрный университет.

Залужный владимир Иванович.

УДК 631.316.2: 633.531.

Обоснование технологической схемы и параметров комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен.

05.05.11 машины и средства механизации.

диссертации на соискание ученой степени.

кандидата технических наук.

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Национальном научном центре «Институт механизации и электрификации сельского хозяйства.

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший.

Грицишин Михаил Иванович.

Национальный научный центр «Институт.

механизации и электрификации сельского.

хозяйства «, заведующий отделом.

системы машин и использования техники.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор.

Дубровин Валерий Александрович.

Национальный аграрный университет.

директор Научно-исследовательского института.

экобиотехнологий и биотехники.

кандидат технических наук, доцент Крупич Олег Михайлович.

Львовский государственный аграрный университет.

заведующий кафедрой сельскохозяйственных машин.

Ведущая организация: Кировоградский национальный технический.

университет, кафедра сельскохозяйственного.

машиностроения, Министерство образования и науки.

Украина, г. Кировоград.

Защита состоится 11 Сентябрь 2006 в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 36.814.03 во Львовском государственном аграрном университете по адресу: 80381, Львовская область, Жолковский район, г. Дубляны, ул. Владимира Великого, 1, корпус факультета механизации сельского хозяйства, аудитория 34 М.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Львовского государственного аграрного университета по адресу: 80381, Львовская область, Жолковский район, г. Дубляны, ул. Владимира Великого, 1, главный корпус.

Автореферат разослан 8 Август 2006.

диссертационного совета Ковалишин С.Й.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Почвенно-климатические условия Полесья и Прикарпатья благоприятные для выращивания льна-долгунца. Однако за годы реформирования аграрного сектора посевные площади этой культуры сократились почти в 20 раз, а урожайность волокна в 5 раз. С высокорентабельной отрасли льноводство превратилось в убыточную.

На мировом рынке наблюдается стабильный спрос на льноволокно и изделия из него. Это способствует росту инвестиционной привлекательности льноводства Украины и предопределяет обоснованность тенденции на возрождение отрасли.

В комплексе агротехнических мероприятий, способствующих повышению урожайности льна и качества льнопродукции, важную роль играет предпосевную обработку почвы. Набор почвообрабатывающих орудий, предусмотренный рекомендациями по интенсивной технологии выращивания льна, не обеспечивает качественного и энергосберегающего требований подготовки почвы к посеву.

В последние годы активно развивается производство комбинированных машин, которые за один проход по полю выполняют несколько технологических операций, является перспективным и экономически целесообразным. Однако их применение в технологических процессах выращивания льна не исследовался. Недостаточно разработаны и научно-методические основы синтеза технологических схем комбинированных почвообрабатывающих машин для различных почвенно-климатических условий их функционирования с учетом взаимовлияния отдельных рабочих органов на качество и энергоемкость процесса, выполняется без разрыва во времени.

Поэтому обоснование технологической схемы комбинированной машины и выбор рабочих органов с различными деформационными свойствами, обеспечивающими выполнение требований агротехники к предпосевной обработки почвы под лен, является актуальной задачей, которая имеет научное и практичне значения.

Св Связь работы с научными программами. Работа выполнена в соответствии с программами научно-исследовательских работ ННЦ «ИМЕСГ» «Разработать научные основы создания перспективных машин, оборудования и средств автоматизации технологических комплексов и зональных систем машин в растениеводстве» (номер государственной регистрации 0193U034273) и «Разработать перспективные направления развития технологии и технических средств и систему машин на 2001 2010 для производства продукции растениеводства по прогрессивным технологиям с учетом организационно-экономических факторов хозяйствования «(номер государственной регистрации 0197U013411), а также научно-исследовательской работы УкрНДИПВТ им. Л. Погорелого «Разработать комбинированный почвообрабатывающий агрегат на основе мостовой модульно-блочной схемы» (номер государственной регистрации 0104U000367.

Цель и задачи исследований. Целью работы было обеспечение высокого качества и снижение энергетических затрат на предпосевную обработку почвы под лен на основании обоснования рациональной технологической схемы комбинированной почвообрабатывающей машины, параметров ее рабочих органов и режимов работы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

— обобщить действующие научно-методические основы создания почвообрабатывающих машин и выявить возможности их применения при синтезе комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен.

— разработать научно-методические основы системного анализа и синтеза технологической схемы комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен.

— выполнить анализ и установить рациональные варианты последовательности рабочих процессов при предпосевной обработки почвы под лен, сформировать множества рабочих органов для их выполнения.

— выяснить энергоемкость элементарных операций предпосевной обробит-ку почвы, выявить и обосновать параметры и режимы работы энергосберегающих рабочих органов для выполнения этих операций.

— исследовать совокупное влияние последовательно установленных рочих органов в комбинированной почвообрабатывающей машине на тяговое сопротивление и показатели качества предпосевной обработки почвы.

— обосновать технологическую схему и параметры комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен, изготовить экспериментальный образец, провести его лабораторно-полевые исследования и производственная проверка, определить экономический эффект от использования.

Об Объект исследования почвообрабатывающие рабочие органы, однооперационных орудия и комбинированные машины для предпосевной обработки почвы, технологический процесс подготовки почвы под посев льна.

Предмет исследования — зависимость качества работы и энергозатрат на предпосевную обработку почвы под лен от последовательности воздействия разнотипных рабочих органов на почву в комбинированной машине и режимов их работы.

Методы исследований. Работа выполнена с использованием методов анализа, синтеза и оптимизации сложных систем, построения физических моделей и их экспериментальных исследований.

Структурный анализ процесса предпосевной обработки почвы и определение рабочих органов осуществлено с использованием методов земледельческой механики. Научно-методические основы синтеза комбинированных машин разработаны на основании теории композиционного проектирования и системотехники.

Экспериментальные исследования проведены с использованием методов планирования экспериментов, корреляционного и регрессионного анализа, математической статистики, графоаналитических методов с использованием ЭВМ, стандартного и специально созданного экспериментального оборудования.

Показатели качества работы и энергетических затрат исследуемых машин определяли по методикам, предусмотренным отраслевыми стандартами, типовыми и специальными методиками.

Научная новизна полученных результатов. На основе системного анализа факторов технологического процесса предпосевной обработки почвы под лен, начального и заданного состояний почвы, способов его преобразования, соответствующей множества рабочих процессов и множеств рабочих оргАнов для выполнения каждого из них усовершенствован научно-методические основы и впервые разработан алгоритм синтеза технологической схемы комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен.

Впервые обосновано типы, порядок установления и параметры рабочих органов, совокупным действием на грунт в структуре комбинированной машины делают качественный предпосевную обработку почвы с минимальными энергозатратами.

Методом поэтапного исследования модулей комбинированной почвообрабатывающей машины установлены зависимости энергетических показателей и качества выполнения технологического процесса от параметров и режимов работы индивидуальной и совокупной действия различных типов рабочих органов.

На основании разработанных научно-методических основ и алгоритма синтеза комбинированных почвообрабатывающих машин обоснованно технологическую схему и параметры комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен.

Практическое значение полученных результатов. По результатам исследований спроектировано и изготовлено экспериментальный образец комбинированной машины, обеспечивает выполнение требований агротехники и уменьшения энергетических затрат в процессе предпосевной обработки почвы под лен.

Научно-методические основы создания комбинированных почвообрабатывающих машин использовано предприятиями сельскохозяйственного машиностроения при разработке и совершенствовании.

— комбинаторов для предпосевной обработки почвы ЛК-6, ЛК-4, ЛК-2 (ОАО «Львовский завод фрезерных станков.

— агрегатов для обработки почвы АгроКОГ-6 и АгроКОГ-4,5 (ОАО «Чертков» Агромаш «Тернопольской области.

— культиваторов АПГ-6,0 и АПГ-4,5 (ОАО «Луцкий РТП.

Личный вклад соискателя. Основные теоретические исследования по теме диссертации выполнены автором лично. В научных работах, опубликованных в соавторстве, соискателем обоснована целесообразность и эффективность сочетания нескольких операций качественного преобразования почвы в технологии его предпосевной обработки под лен [11, 13, 16], рсделано научно-методические основы синтеза комбинированных почвообрабатывающих машин [12], исследованы технологические схемы и рабочие органы и обоснованно функциональную схему комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен [8, 9, 10, 14], усовершенствована методика, проведены экспериментальные исследования и выполнен анализ работы комбинированных машин [15.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на: международной научно-практической конференции «Испытания, прогнозирования и адаптация к производственным условиям отечественной и зарубежной техники и технологий для растениеводства и животноводства» (УкрЦИТ, пгт Исследовательское, 1995г.); международной научно-технической конференции «Перспективы развития механизации, электрификации, автоматизации и технического сервиса сельскохозяйственного производства» (ННЦ «ИМЕСГ», пгт Глеваха, 1996г.); международной научно-практической конференции «Испытания, техника и технологии для сельскохозяйственного производства на рубеже XXI века» (УкрЦИТ, пгт Исследовательское, 1998г.); международной научно-практической конференции, посвященной 10-й годовщине Конференции ООН по вопросам охраны окружающей среды и развития (Львовский ГАУ, Львов, 2002 г.) международной научно-практической конференции «Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции» (ВНИИПТИМЛ. г. Тверь, Россия, 2004 г.

Публикации. Основное содержание и результаты диссертационной работы опубликованы в 16 печатных работах, из них 13 в профессиональных изданиях, три в материалах конференций. По вопросам опубликовано 12 статей и получено два патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка использованной литературы из 121 наименования и п пяти приложений. Основная часть изложена на 132 страницах текста, содержит 42 рисунков, 8 таблиц. Полный объем работы составляет 169 страниц.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, о объект, предмет, задачи и методы исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований» проведен анализ процесса обработки для посева льна, установлено тенденции развития соответствующих технических средств, исследовано влияние различных типов рабочих органов на грунт, рассмотрены критерии и способы формирования комбинированных почвообрабатывающих машин.

В работах В.П. Горячкина, П. Василенко, М. Синеокова разработаны теоретические основы взаимодействия рабочих органов с почвой, методы оптимизации их параметров и режимов работы. В исследованиях Я.С. Гукова, А.С. Кушнарева, В.А. Дубровина, В.И. Корабельское, А.Б. Лурье есть, М.Н. Нагорного, И.М. Панова, Л. Погорелого, Д.Д. Прокопенко, Н. К. Мазитова, А. Хайлис, И.А. Шевченко, Б.А. Шелудченко, А.А. Вильде, Ю.И. Кузнецова, А. Рябцева, М.С. Льва М.И. Грицишина, М.П. Билоткач и других значительное внимание уделено обоснованию параметров рабочих органов, развития научных основ оптимизации технологических схем машин, их комплексов для различных почвенно-климатических условий и требований агротехники.

Однако научно-методические основы анализа, синтеза и оптимизации комбинированных почвообрабатывающих машин остались не из выяснены. Исследование параметров рабочих органов почвообрабатывающих машин проводили отдельно от общей схемы компоновки, без достаточного изучения их взаимовлияния на качество обработки и энергозатраты. Условия работы и состояние среды рассматривали обобщенно и не учитывали конкретных требований агротехники культуры.

Теория обоснования технологических схем комбинированных машин, которая базировалась на основе системного анализа начального и конечного (заданного) состояния почвы, способов его качественного преобразования, соответствующей множества элементарных технологических операций и рабочих органов для выполнения каждой из них, до сих пор еще недостаточно разработана.

Вырешение указанных задач обусловило тему, цель и задачи работы.

Во втором разделе «Научно-методические основы обоснования технологической схемы и параметров комбинированной машины для предпосевной обработки почвы под лен» с позиций системного подхода рассмотрены факторы, структуру процесса предпосевной обработки почвы и соответствующие рабочие органы, разработаны научно-методические основы синтеза комбинированной почвообрабатывающей машины (КГМ.

На основе анализа выполнения технологического процесса предпосевной обработки почвы КГМ разработан информационно-расчетную схему (рис.1), где роль входных переменных выполняют внешние неуправляемые (условия работы), управляемые (технологические режимы работы) и функциональные (параметрически-технологическая структура машины ) факторы, а выходных совокупность параметров, определяющих качество работы и затраты энергии. Такую модель КГМ можно записать в параметрической форме.

где — выходные параметры в соответствии тягового сопротивления, измельчения грунта, плотности почвы, ровности поверхности поля; — входные параметры в соответствии удельного сопротивления, твердости и влажности почвы; — входные параметры в соответствии ширины, рабочей скорости, глубины обработки; — модули рабочих органов машины; — структура модулей.

Задачу синтеза КГМ в полно-м объеме теоретически решить сложно из-за неопределенности взаимосвязи связей различных типов рабочих органов, режимов и условий их работы. Поэтому, соединив задачу синтеза с задачей оп-мизации относительно установленных условий и нужных результатов работы (;), на основании формулы (1) функционально-параметрически-структурную организацию машины запишем в таком виде.

С формул (1) и (2) видно, что раскрытие сути технологического процесса предпосевной обработки почвы эт связано с конкретизацией параметров условий начального состояния грунта; определением технологической структуры машины, взаимосвязи связей и взаимодействия рабочих органов; установлением технологических режимов роботp.

Используя результаты предыдущих исследований о влиянии известных рабочих органов на изменение состояния почвы после их действия, выделили определенное количество, которое в дальнейшем рассматривали во время синтеза почвообрабатывающей машины и экспериментальных исследований.

На основе анализа совокупного действия рабочих органов РО на грунт в качестве основных исполнительных элементов могут быть скомпонованы более сложные формирования пакеты П, орудия С-модули М, комбинированные почвообрабатывающие машины. Автономность каждого формирования определяется наличием рамы Р. Матрицу синтеза почвообрабатывающих машин приведены в таблице 1.

РО1 | РО2 | Р | С | М1 | М2.

РО1 | П1 | М1 -КГМ21 | С11 | КГМ11 | КГМ31 | КГМ32.

РО2 | М2 -КГМ22 | П2 | С12 | КГМ12 | КГМ33 | КГМ34.

М1 | КГМ35 | КГМ36 | КГМ41 | КГМ13 | КГМ51 | КГМ52.

М2 | КГМ37 | КГМ38 | КГМ42 | КГМ14 | КГМ53 | КГМ54.

Об единения однотипных РО в рядов образуют пакеты. Если РО крепятся на раме, то формируются орудия.

наличием остова и комп-рования пакетов РО.

Возможными вариантами взаимного расположения одно- и разнотипных РО и модулей как структурно-технологических элементов является их параллельное, последовательное или параллельно-последовательное с единения.

Основным признаком комби-НОВОСТЬ машины является наличие разнотипных РО. В зависимости от взаимосвязи связей, струк-туры и порядка имеющихся формирований комбинированные почвообрабатывающие машины можно разделить на следующие основные типы: скомпонованы из основного орудия, рама которого с соединяется с трактором, и нескольких дополнительных однооперационных орудий (КГМ1) пакетные (кгм2) пакетно-модульные (кгм3) пакетно-модульные мостовые (КГМ4) модульно-блочные интегральные (КГМ5.

В пакетно-модульных машинах разные типы пакетов и модулей РО крепятся на раме в неизменной технологической последовательности. Мостовая схема предусматривает возможное изменение порядка размещения на раме типов РО, а в модульно-блочных интегральных КГМ модули могут агрегатироваться с трактором вразличных технологических вариантах.

Математическая запись соответствующих структур КГМ имеет следующий вид.

где количество пакетов разнотипных РО; количество разнотипных модулей с остовом; количество разнотипных модулей, рама которых пригодна для агрегат-вание с трактором. Знак означает с соединения элементов между собой.

Вероятно, необходимы качественного состояния почвы можно обеспечить различным вариантным составом КГМ, из числа которых существует дающий возможность выполнить процесс с минимумом энергетических затрат. Каждый тип рабочих органов КГМ в зависимости от параметров, нахождение в технологической схеме, условий и режимов работы приводит к определенному их уровня. Суммарное значение тягового сопротивления машины состоит из тягового сопротивления каждого рабочего органа.

где тяговое сопротивление одного РО; коэффициент влияния изменения состояния почвы предыдущим РО.

На основе установленных научно-методических основ синтеза КГМ разработан соответствующий алгоритм (рис. 2), который описывается такими действиями.

1. Анализ задачи обработки, определение начального и конечного состояний почвы.

2. Установки на основании действующих технологий этапов и способов преобразований почвы.

3. Определение технологической последовательности этапов преобразований.

4. Установление типов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector