,

$ 73.85 89.66

Сельское хозяйство

Зависимость энергетических показателей почвообрабатывающих орудий от формы их рабочих органов

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
вариантов

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
почвы А, (МПа)

Скорость
В, (м/с)

Конструкция
ножа,

 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



=495,4

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  
153,9

      0

                              169,6   193,2

   А0          В0         А0В0       А0С0          В0С0

 654,8    
720,1      292        307,7          346,2

                              А0ВI       А0СI           В0СI

                             362,8      347,1          373,9

                     0       208,1  
220,0

       I

                              236,0   266,4

   АI           ВI         АIВ0       АIС0           ВIС0

 930,5    
865,2      428,1      444,1 
       405,6

                               АIВI       АIСI           ВIСI

                              502,4      486,4         459,6

Суммы                    С0         СI

Суммы
С              751,8   833,5

   _              _             _            _                _

Проверка  Σx     1585,3 
1585,3

1585,3    1585,3   
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 R
п 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

п) 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 W
п(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 – R
п = 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.