Сельское хозяйство
Зависимость энергетических показателей почвообрабатывающих орудий от формы их рабочих органов
Лента новостей
От реставратора книг до фильмотекаря: московские работники культуры рассказали о своих профессиях
ВДНХ и кинопарк «Москино» вошли в топ запросов в туристических инфоцентрах столицы
Москва поддержит грантами международные кинопроекты
Кристина Тамирова продолжает войну с бывшей гражданской женой своего отца
Автоперевозки в России: вызовы и возможности в условиях изменчивого рынка
От разнообразных продуктов до кулинарных шоу: чем привлекают посетителей московские рыбные рынки
Введение
Обработка почвы с использованием агрегатов с дисковыми
органами имеют преимущества перед другими почвообрабатывающими орудиями [2, 3, 4, 8, 10, 12].
Диски в качестве рабочих органов имеют простую конструкцию, менее склоны к
забиванию пожнивными и растительными остатками, при этом обеспечивают
качественную обработку почвы при высокой
производительности [1, 9, 11, 13, 16, 17].
Также известно, что диск в качестве рабочего
органа не удовлетворительно разрезает почвенно-растительную массу, последняя скапливается
перед дисками, в результате увеличивается тяговое сопротивление машины,
снижается качество обработки почвы и производительность агрегата, что являются
основной причиной несоблюдения агротехнических требований к основной и
поверхностной обработке почвы [14, 18, 22, 23, 24].
Обязательным
требованием к почвообрабатывающей и посевной техники является энерго- и
ресурсосбережение, т.к. недостаточное количество новой техники не позволяет
обеспечить меньшего расхода ресурсов, что является сдерживающим фактором широкого
применения энергосберегающих технологий [19, 20, 21, 25].
Также авторами [5, 6, 7, 15]
отмечается, что сошники, используемые на зерновых сеялках, обладают рядом
недостатков, одним из которых является достаточно высокое тяговое сопротивление
зерновой сеялки.
Поэтому повышение качества основной и
поверхностной обработки почвы и снижение энергоемкости почвообрабатывающими
орудиями, оснащенными дисками является важной задачей.
Цель исследования: Изучить тяговое сопротивление диска в
зависимости от твердости почвы, скорости перемещения и его конструкции.
Достижение поставленной цели
предусматривает решение следующей задачи:
— определить
влияние формы лезвий серийных и экспериментальных дисков на энергетические
показатели их работы.
Материалы и методы
Объектом
исследования являлись рабочие органы — диски.
Рассматривались две модели рабочих
органов:
– круглые диски диаметром 0,4 и 0,45 м;
– экспериментальные шестиугольные диски
(площади которых равны площадям круглых
дисков диаметром 0,4 и 0,45 м).
На диск воздействуют входные
факторы:
Vа –
поступательная скорость, м/с;
Rn – твердость
почвы в канале, МПа;
Кл –
конструкция лезвия (НК и НШ – соответственно нож круглый и нож шестиугольный).
Выходные функции, характеризующие
энергетику ножа:
F1 –
горизонтальная сила, действующая на диск, кН;
F2 – реакция
действующая на диск, кН.
В задачу исследования входило определение
взаимодействия входных факторов с выходными показателями дискового ножа.
Входные факторы и выходные показатели можно представить следующей зависимостью:
(1)
Изучению подлежали три фактора
одновременно: (А =Va; В = Rn; С = Кл).
Влияние каждого фактора и
взаимодействие факторов определяли по формуле:
, (2)
где
– дисперсия соответствующего фактора;
– остаточная
дисперсия.
Взаимодействие АВС
определяли по формуле:
. (3)
Реализация схемы плана
эксперимента показана в таблице 1.
В наших обработках
использовались следующие характеристики:
Средняя арифметическая
, (4)
где – значение признака,
варианта;
n
– число измеряемых значений.
Таблица 1
Вычисление
эффектов и взаимодействия
Эффект |
Комбинации |
Сумма |
Главные эффекты |
|||||||
0 |
а |
в |
с |
ав |
ас |
вс |
авс |
и взаимодейст вия |
||
Итог |
345 |
520 |
424 |
385 |
590 |
550 |
483 |
666 |
3963 |
495,4= |
А |
— |
+ |
— |
— |
+ |
+ |
— |
+ |
689 |
172=А |
В |
— |
— |
+ |
— |
+ |
— |
+ |
+ |
363 |
91=В |
С |
— |
— |
— |
+ |
— |
+ |
+ |
+ |
205 |
51=С |
АВ |
+ |
— |
— |
+ |
+ |
— |
— |
+ |
9 |
02=АВ |
АС |
+ |
— |
+ |
— |
— |
+ |
— |
+ |
7 |
02=АС |
ВС |
+ |
+ |
— |
— |
— |
— |
+ |
+ |
65 |
16=ВС |
АВС |
— |
+ |
+ |
+ |
— |
— |
— |
+ |
27 |
07=АВС |
Дисперсия S2 и стандартное отклонение
(среднее квадратичное отклонение) S:
, (5)
. (6)
Коэффициент вариации
. (7)
Ошибка выборочной
средней (ошибки выборки)
. (8)
Относительная ошибка
выборочной средней (точность опыта)
. (9)
Наименьшая существенная
разность (НСР)
, (10)
где
t – критерий Стьюдента;
Sd
– ошибка разности средних.
В таблице 2 тяговое сопротивление диска
представлено в зависимости от его двух градаций (0 – шестиугольная форма; 1 –
круглая форма), твердости почвы (фактор А), поступательной скорости (фактор В)
и конструкции ножа (фактор С).
Таблица 2
Тяговое
сопротивление ножа в зависимости от твердости почвы, скорости перемещения и
конструкции диска
Факторы |
Повторения |
Суммы, V |
Средние |
|||||
Твердость |
Скорость |
Конструкция С |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
0,62 МПа |
0,75 |
[0] |
367 |
371 |
341 |
302 |
1381 |
345 |
[1] |
389 |
430 |
350 |
370 |
1539 |
385 |
||
2,5 |
[0] |
440 |
434 |
398 |
424 |
1696 |
424 |
|
[1] |
475 |
490 |
478 |
489 |
1932 |
483 |
||
1,19 МПа |
0,75 |
[0] |
542 |
538 |
501 |
500 |
2081 |
520 |
[1] |
570 |
555 |
568 |
507 |
2200 |
550 |
||
2,5 |
[0] |
593 |
601 |
587 |
579 |
2360 |
590 |
|
[1] |
613 |
669 |
701 |
681 |
2664 |
666 |
||
Суммы |
P |
3989 |
4088 |
3924 |
3852 |
∑Х=15853 |
|
Дисперсионный
анализ трехфакторного опыта с двумя градациями факторов А, В и С (lА = lВ = lС = 2), поставленного в четырех
повторениях, слагался из следующих этапов.
Общее число наблюдений
N = lAlВ lCn = 32.
Корректирующий фактор
Суммы квадратов отклонений для
факторов А, В, С и парных взаимодействий АВ, АС и ВС определили, пользуясь
данными вспомогательной таблице 3.
Таблица 3
Сумма
тяговых сопротивлений для вычисления главных эффектов и взаимодействия
Суммы тяговых сопротивлений по вариантам |
Суммы сумм по факторам и взаимодействиям |
|||||||
А |
В |
С |
А |
В |
АВ |
АС |
ВС |
|
0 |
I |
|||||||
0 138,1 0 169,6 193,2 |
А0 В0 А0В0 А0С0 В0С0 654,8 А0ВI А0СI В0СI 362,8 347,1 373,9 |
|||||||
0 208,1 I 236,0 266,4 |
АI ВI АIВ0 АIС0 ВIС0 930,5 АIВI АIСI ВIСI 502,4 486,4 459,6 |
|||||||
Суммы С0 СI Суммы |
_ _ _ _ _ |
|||||||
Проверка Σx 1585,3 |
1585,3 1585,3 |
|||||||
свободы.
Сумма квадратов для тройного
взаимодействия
САВС = СV – (СА + СВ + СС
+ САВ + САС + СВС) = 3,6.
Результаты и
обсуждения
В таблице 4 и 5 представлены соответственно результаты
дисперсионных данных и зависимость тягового сопротивления круглого и
шестиугольного дисков от скорости движения, твердости почвы и диаметра.
Таблица 4
Результаты дисперсионных данных зависимости тягового сопротивления ножа от
твердости почвы, скорости перемещения и конструкции ножа
Таблица 5
Влияние
скорости движения V, твердости почвы Rп и диаметра диска d на тяговое сопротивление круглого F1 и шестиугольного F2 ножей
(h=12*10-2м;
Wn=22,1%; t=2,01)
№ |
Скорость |
d |
Твердость |
Характеристика экспериментальных данных |
|||||||||
п/п |
движения |
ножа, |
почвы |
F1 |
S1 |
V1 |
Sx1 |
F2 |
S2 |
V2 |
Sx2 |
t05 |
F2<F1 |
|
V*0,277 м/с |
м |
(Тп) МПа |
(H) |
(H) |
(%) |
(H) |
(H) |
(H) |
(%) |
(H) |
в % |
|
1 |
1,44 |
0,4 |
0,67 |
431 |
59,4 |
14,45 |
8,4 |
344,1 |
56,36 |
16,38 |
7,97 |
7,5 |
20,17 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
15 |
11,2 |
— |
— |
1232,2 |
226,6 |
18,93 |
32,05 |
894 |
183,09 |
20,48 |
25,89 |
8,2 |
20,15 |
Анализируя табл. 4 можно отметить
существенное влияние на тяговое сопротивление ножа твердости почвы (FФ = 394,6 >F05 теор = 4,32);
скорости перемещения ножа (FФ = 109,3 >F05 = 4,32);
конструкции ножа (FФ = 34,6 >F05 = 4,32).
В таблице 6 представлено изменение тягового
сопротивления ножа в зависимости от скорости
движения, формы лезвия и влажности почвы.
Таблица 6
Изменение
тягового сопротивления ножа P
в
зависимости от скорости движения V,
формы лезвия
и влажности
почвы Wп(d=0,4 м; h=12∙10-2 м; Rп=0,67 МПа)
Скорость V∙0,277 м/с |
Wп=14,9% |
Wп=22,1% |
||||||
Нож круглый |
Нож шестиугольный |
Нож круглый |
Нож шестиугольный |
|||||
1,44 |
370 |
|
310 |
|
|
431,3 |
|
344,1 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
2,7 |
380 |
|
328 |
|
|
440,2 |
|
352,3 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
11,2 |
541,1 |
|
432,4 |
|
|
590,8 |
|
449 |
На рисунке 1 по результатам
проведенных исследований построены графики изменения тягового сопротивления
ножей в зависимости от скорости движения.
Рис.1 – Изменение тягового сопротивления дисков (F) в зависимости от скорости движения V: — — — диски круглые; –– шестиугольные; 1, 3 – d = 0,45
м;2, 4…10 – d = 0,40 м; 1…6 – w
= 22,1%; 7…10 – w = 14,9%; 1…4 – Rп = 2,38 МПа; 5…6 – Rп = 0,67 МПа; 7…8 – Rп = 1,19 МПа; 9…10 – Rп = 0,62 МПа
Выводы
1. В результате
проведенных исследований установлено, что при увеличении скорости от 1,44 × 0,277 до
11,2 × 0,277 м/с
тяговое сопротивление круглых и шестиугольных дисков повысилось на
17…24 % (рис. 1 и таблицы 5 и 6).
2. Установлено,
что при повышении твердости почвы в 3,5 раза увеличивается тяговое
сопротивление шестиугольных и круглых дисков (d = 0,40 м) соответственно в
1,7…2 и 1,9…2,1 раза. При этом тяговое сопротивление шестиугольного диска ниже
круглого (d = 0,40 и d = 0,45 м) на 21,2…21,3 %.
3. Установлено,
что при изменении влажности почвы от 14,9 до 22,1 % тяговое сопротивление
увеличилось для круглых от 8,41 до 14,22 %, для шестиугольных от 3,7 до 6,9 % дисков.