Experimental study of the elastic S-shaped cultivator rack


Cite item

Abstract

Cultivating paws on elastic struts at work have a deviation from the established depth of processing by 10-15 % more than with a rigid suspension and do not preserve the optimal cutting geometry. With increasing speed and depth of treatment, tractive resistance and deflection of the paw from a given depth of processing increase. Therefore, to ensure the quality and efficiency of the combined cultivator equipped with elastic S-shaped struts, it is necessary to change the rigidity of the racks. The purpose of the study is to improve the quality and reduce the energy consumption of surface tillage by regulating and optimizing the rigidity of the elastic strut of the cultivator. To study the work of the elastic S-pillar, the method of full factorial experiment was used, which allowed obtaining mathematical models, taking into account the selected controlled factors. For the controlled variables, the factors characterizing the work properties of the elastic S-pillar and having certain numerical values were taken. In the course of the study, the influence of the depth of treatment, the speed of the aggregate and the stiffness of the strut on the traction resistance and the deviation of the paw was studied. The results of the research showed that with an increase in processing depth from 0,04 m to 0,12 m at a speed of 3 m/s, the traction resistance of the S-pillar will increase from 105 N to 670 N. It should be noted that increasing the stiffness of the rack from 6226 N/m to 21815 N/m leads to a reduction in traction resistance by 100 N. With increasing depth of processing and speed of the unit - the deviation of the toe of the paw increases. With increasing stiffness of the stand, the deviation of the toe of the paw decreases. The maximum deviation is observed at a speed of 3 m/s, a depth of 0,12 m, rigidity of the rack 6826 N/m. As a result of the study, in order to fulfill the agrotechnical requirements for surface tillage, it is proposed to install a stiffness regulator in the design of the elastic S-bar.

Full Text

Введение В настоящее время необходимо улучшать способы и системы поверхностной обработки почвы, использовать более совершенные сельскохозяйственные машины [1]. К ним относятся комбинированные машины и агрегаты, эксплуатация которых повышает качество выполнения технологических операций обработки почвы, сокращает число проходов по полю, потери времени на холостые проходы и заезды, денежные и трудовые затраты, увеличивает производительность труда [2]. Значительный интерес представляют исследования современных комбинированных культиваторов, оснащенных упругими стойками. Рабочие органы на упругих стойках, встречая в процессе работы переменное сопротивление почвы, совершают вынужденные колебания. Это приводит к улучшению качества крошения почвы и снижению тягового сопротивления [3]. Однако лапы на упругой подвеске при работе имеют отклонение от установленной глубины обработки на 10-15 % больше, чем при жесткой подвеске, и не сохраняют оптимальную геометрию резания [4]. Поэтому поиски научно-обоснованных путей решения задач повышения эффективности работы агрегатов для поверхностной обработки почвы, культиваторами с упругими стойками являются актуальными. Цель исследования Повышение качества и снижение энергозатрат поверхностной обработки почвы путем регулирования и оптимизации жесткости упругой стойки культиватора. Материалы и методы За объект исследования выбрана упругая S-образная стойка культивтора. Рабочий орган на упругой S-образной стойке взаимодействует с обрабатываемой средой - почвой. В процессе ее разрушения возникают реакции и моменты сопротивления, которые при лабораторных исследованиях являются выходными параметрами. Определяющими факторами работы упругой S-образной стойки являются материал, форма и размеры ее сечения, глубина обработки, скорость, жесткость стойки и др. Для изучения работы S-образной стойки нами принят метод полного факторного эксперимента, позволяющий получить математическую модель с учетом выбранных контролируемых параметров. За параметры оптимизации Y. работы упругой S-образной стойки приняли тяговое усилие и отклонение носка лапы от заданной глубины обработки [5]. Тяговое усилие и отклонение от заданной глубины обработки как параметры оптимизации соответствуют следующим требованиям: - их значения изменяются при любом изменении факторов работы S-образной пружинной стойки в почве; - это статистически эффективные параметры, т.е. измеряются с наибольшей точностью, что позволяет сократить до минимума повтор-ность опытов. За контролируемые переменные принимали факторы, характеризующие свойства работы упругой S-образной стойки и имеющие определенные численные значения, для которых вводили следующие обозначения: h - глубина обработки, м (х1); V - скорость движения стойки, м/с (х.); К - жесткость стойки, кН/м (х,). v 2У' жест ' v 3У При определении величин количественных оценок во внимание принимали только те факторы, которые влияют на работу упругой S-образной стойки. Интервал варьирования факторов х1, х2 обуславливался агротехническими требованиями к предпосевной обработке почвы, энергетическими и скоростными характеристиками трактора. Границу изменения фактора х3 определяли по результатам проведения пассивного эксперимента. Связь параметров оптимизации с факторами рабочего процесса в общем виде запишется: Ртяг; ЛН = f (h, V,Кжест,...). Выбранные факторы рабочего процесса отвечают следующим требованиям: - все факторы управляемые, т.е. позволяют устанавливать требуемое значение и поддерживать его постоянным в течение опыта; - для всех факторов выполняются условия совместимости, т.е. такое условие, при котором возможное их взаимное влияние не вызывает нарушения работы упругой S-образной стойки в почве; - все факторы независимые, т.е. обладают возможностью их установки на любом уровне независимо от уровней других факторов; - все факторы однозначны, т.е. не являются функцией других; - все факторы непосредственно воздействуют на параметр оптимизации; - точность установления граничных значений факторов максимально высокая. При проведении многофакторного эксперимента по определению рациональных режимов работы упругих S-образных стоек в почве приняли факторы и уровни их варьирования, приведенные в табл. 1. Сочетание факторов и полученные результаты опытов при исследовании тягового сопротивления упругой S-образной стойки с регулятором жесткости представлены в табл. 2. После расчета и исключения незначимых коэффициентов получено уравнение регрессии: Р = -72,3 + 5890,62-к + 26,25-V-6,25 K . ' ' ' ' жест На рис. 1 приведены графики зависимости тягового усилия от жесткости стойки, скорости и глубины обработки почвы, полученные при многофакторном эксперименте. Сочетание факторов и полученные результаты опытов при исследовании влияния режимов работы упругой S-образной стойки в почве на отклонения носка лапы представлены в табл. 3. Рис. 1. График зависимости тягового усилия упругой S-образной стойки от глубины обработки почвы и жесткости стойки: а - V = 2 м/с; 6 - V = 3 м/с Номер опыта Факторы Комбинации факторов Значение параметра оптимизации (тяговое сопротивление Ртяг, Н) Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х1 Х2 Х3 Y1 1 + - - - + + + - 100 110 100 110 2 + + - - - - + + 520 540 520 540 3 + - + - - + - + 130 120 110 120 4 + + + - + - - - 550 550 560 570 5 + - - + + - - + 150 140 160 160 6 + + - + - + - - 650 670 660 660 7 + - + + - - + - 170 180 190 180 8 + + + + + + + + 680 690 700 710 Получено уравнение регрессии для определения отклонения упругой S-образной стойки: АН = 0,0257 + 0,1933 • h + + 0,0030 -V - 0,0017 • ^жест. На рис. 2 приведены графики зависимости отклонения носка лапы упругой S-образной стойки от ее жесткости, скорости и глубины обработки, полученные при многофакторном эксперименте. Результаты и обсуждение Анализ полученных результатов экспериментов показывает, что при увеличении глубины обработки от 0,04 до 0,12 м при скорости 2 м/с тяговое сопротивление S-образной стойки возрастет с 95 до 646 Н, а при скорости 3 м/с - с 105 до 670 Н (рис. 1). Следует заметить, что увеличение жесткости стойки с 6226 до 21815 Н/м, приводит к снижению тягового сопротивления на 100 Н. С увеличением глубины обработки и скорости агрегата отклонение носка лапы увеличивается. При увеличении жесткости стойки [6] отклонение носка лапы уменьшается (рис. 2). Максимальное отклонение наблюдается при скорости 3 м/с, глубине 0,12 м, жесткости стойки 6826 Н/м. Выводы Установлено, что на тяговое сопротивление и отклонение носка лапы рабочего органа на упругой S-образной стойке большое влияние оказывают глубина обработки, рабочая скорость агрегата и жесткость стойки. С увеличением глубины обработки, скорости агрегата и уменьшением жесткости стойки тяговое сопротивление и отклонение носка лапы рабочего органа увеличиваются. При глубине обработки до 0,05 м, скорости агрегата 12 км/ч и выполнении агротехнических требований необходимо установить регулятор жесткости так, чтобы жесткость стойки составляла 14320,5 Н/м, а при обработке на глубину 0,105 м и больше - не менее 21815 Н/м.
×

About the authors

S. E Fedorov

N.P. Ogarev Mordovia State University

Email: seregafedorov1989@mail.ru
PhD in Engineering

M. N Chatkin

N.P. Ogarev Mordovia State University

Email: seregafedorov1989@mail.ru
DSc in Engineering

A. A Zhalnin

N.P. Ogarev Mordovia State University

Email: seregafedorov1989@mail.ru

N. A Zhalnin

N.P. Ogarev Mordovia State University

Email: seregafedorov1989@mail.ru

References

  1. Федоров С.Е., Чаткин М.Н., Костин А.С., Колесников Н.В. Исследование упругой S-образной стойки комбинированного культиватора // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 3. С. 12-15.
  2. Федоров С.Е., Костин А.С., Чаткин М.Н. Определение деформаций упругих стоек культиватора // Сельский механизатор. 2015. № 10. С. 18-19.
  3. Федоров С.Е., Чаткин М.Н., Костин А.С., Го-родсков С.Ю. Моделирование пружинных стоек комбинированных культиваторов // Тракторы и сельхозмашины. 2013. № 8. С. 41-И.
  4. Федоров С.Е., Чаткин М.Н., Костин А.С. Обоснование параметров пружинных стоек комбинированных культиваторов // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: материалы междунар. конф. Саранск. Изд-во Мордов. ун-та, 2014. С. 547-550.
  5. Федоров С.Е., Чаткин М.Н. Полевые исследования упругой S-образной стойки // Основные направления развития техники и технологии в АПК: материалы и доклады VII Всероссийской научно-практической конф. Княгинино. Изд-во НГИЭУ, 2016. С. 323-326.
  6. Чаткин М.Н., Федоров С.Е., Костин А.С. Культиватор на упругих стойках. Патент на полезную модель № 132940 РФ, 2013.

Copyright (c) 2017 Fedorov S.E., Chatkin M.N., Zhalnin A.A., Zhalnin N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies