The experimental setup for the study of soil-working bodies

Full Text

Введение Эксперимент - одна из основных и заключительных проверок проведенных расчетов на адекватность заявленной гипотезы по изучаемому явлению. Экспериментальные исследования подразделяются на лабораторные, лабораторно-поле-вые и полевые. Лабораторные экспериментальные исследования проводятся, как правило, в стационарных условиях и применяются к агрегатам, не требующим 100%-й имитации условий работы разрабатываемой машины, либо в случаях, когда необходимо исключить случайные факторы, влияющие на протекание процесса. Лабораторные экспериментальные исследования можно осуществить в почвенном канале, предназначенном для моделирования процессов резания, перемещения, уплотнения и перемешивания слоев внутри пласта, происходящих при взаимодействии с рабочими органами почвообрабатывающих машин на различных режимах функционирования. Почвенный канал представляет собой прямоугольный лоток с почвой. Оборудование почвенного канала обычно включает приводную станцию, динамометрическую тележку (самоходную или с канатным приводом), измерительную аппаратуру и подъемно-транспортные механизмы. Известно, что самоходные тележки развивают малое тяговое усилие, которое, можно повысить за счет увеличения веса, но ввиду возникновения значительных инерционных сил на высоких скоростях с учетом пути разгона и торможения, рабочая длина канала сокращается. Поэтому чаще используются тележки с канатным приводом. Однако они также имеют ряд недостатков. Так, установка рабочих органов ассиметрично центру тележки приводит к перекосу рамы, что может нарушить правильность угла установки рабочих органов, к увеличению тягового сопротивления и искажению результатов исследования. Помимо этого не обеспечивается равномерность скорости движения и глубины рабочих органов. Несмотря на то что в современных конструкциях почвенных каналов предусматривается полная механизация всех вспомогательных работ по подготовке обрабатываемой среды, ее физико-механические свойства отличаются от реального пласта почвы, поэтому достовернее результаты полевых исследований. Полевые экспериментальные исследования являются наиболее предпочтительными, так как машина функционирует в реальных условиях, в которых в дальнейшем предполагается ее эксплуатация. Следует отметить, что большим плюсом таких исследований является достоверность получаемых данных об исследуемом явлении, процессе. Цель исследования Целью исследования является экспериментальная установка для изучения режимов и параметров функционирования почвообрабатывающих рабочих органов и проверки проведенных расчетов на адекватность заявленной гипотезы. Материалы и методы исследования Монографическое обследование известных устройств (несущих систем), разработанных ранее [1], анализ их функционирования в полевых условиях и предварительные расчеты позволили разработать конструкцию экспериментальной установки для проведения экспериментальных исследований рабочих органов почвообрабатывающих машин. Экспериментальные исследования проводятся с использованием методики натурного эксперимента и по ГОСТ Р 5277-2009 «Техника сельскохозяйственная. Методы энергетической оценки» (введен 01.07.2008 (взамен СТО АИСТ 2.2-2006), ГОСТ Р 54784-2011 «Испытания сельскохозяйственной техники. Методы оценки технических параметров» (введен 01.03.2012 (взамен ОСТ 10.2.1-97), СТО АИСТ 4.1-2010 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы. Методы оценки функциональных показателей» (введен 15.04.2011 взамен СТО АИСТ 4.01-2004) сертифицированной измерительной аппаратурой с применением современных средств компьютерной диагностики и программного обеспечения. Программа экспериментальных исследований предусматривает проведение полевых исследований рабочих органов и состоит из двух этапов: - определение оптимальных параметров и режимов функционирования рабочих органов; - определение агротехнических и энергетических показателей технологического процесса. Для проведения экспериментальных исследований в поле размечаются участки. Каждый участок делится на две части: до 20 м - для разгона трактора, 50-100 м - непосредственно экспериментальный, на котором производится снятие показаний с измерительного датчика. Исследования проводятся при движении агрегата «туда» и «обратно» не менее, чем в трех повторениях для различных режимов функционирования: глубины обработки почвы и скорости движения. Скорость движения рабочего органа определяется по времени прохождения зачетного участка по формуле: v = S / t, где v - скорость агрегата, м/с; S - длина зачетного участка, м (S = 50-100 м); t - время, с (определяется по секундомеру). Результаты и их обсуждение Схема разработанной экспериментальной установки представлена на рис. 1. Экспериментальная установка включает в себя раму 1, опорные колеса 2 с возможностью регулировки глубины обработки почвы посредством винтового механизма, механизм навески 3 для агрегатирования с тракторами класса тяги 3 (Т-150К), шарнирный механизм 4 с креплением исследуемого рабочего органа, механизм крепления измерительного датчика 5, предназначенного для снятия показаний тягового сопротивления, а также жестко закрепленный рабочий орган 6 для создания условий реального технологического процесса функционирования. Как известно, рабочие органы почвообрабатывающих машин функционируют в условиях блокированного, полублокированного и свободного резания. При полублокированном резании функционирование рабочего органа осуществляется по подготовленной до прохода почве с одной стороны, свободном - с двух сторон, при блокированном - в неразрушенном пласте. Наиболее характерным является полублокированное резание, поэтому в конструкции на раме установки предусмотрен рабочий орган 6 для создания условий реального технологического процесса функционирования, подготавливающий слой почвы под исследуемый рабочий орган, который крепится на шарнирном механизме 4 экспериментальной установки. В качестве измерительного датчика используется шарнирное тензометрическое звено, самоустанавливающееся по линии тяги в направлении движения агрегата в механизме кре-3 2 пления 5, позволяющее снимать показания тягового сопротивления. На рис. 2 показан пример расстановки рабочих органов на экспериментальной установке. Тарировка датчика для измерения тягового сопротивления осуществляется на специальном приспособлении (рис. 3) с помощью пружинного динамометра в трех повторениях: до, во время и после опытов [1-4]. При тарировке датчика тягового сопротивления вращением рукоятки через коническое зацепление шестерен перемещается винт. К нему присоединен динамометр, связанный посредством цепи с пальцем, усилие натяжения которой задает нагрузку. Сигналы от измерительного датчика усиливаются и регистрируются, далее по данным тарировочных файлов определяются коэффициенты. Тарировочный коэффициент определяется отдельно, многократно, и используются его средние значения. Тарировочный коэффициент Кт для датчика тягового сопротивления - это масштаб, определяемый отношением истинной нагрузки к ее средней ординате: (1) где Р. - текущее значение тягового сопротивления при тарировке, кН; k . - текущее значение на АЦП (аналого-цифровой преобразователь) при Р , у.е.; k0 - нулевое значение на АЦП, у.е. Значения искомых величин тягового сопротивления, определялись по формуле: Р = (Р. - Р.) К, где Рт , - текущие значения тягового сопротивления, у.е.; Рт0, - нулевые (средние в у.е.) значения; Кт - тарировочные коэффициенты, кН/у.е; Рт , Рт0 - значения, полученные в результате непосредственного измерения величин тягового сопротивления с размерностью в условных в Рис. 3. Приспособление для тарировки измерительного датчика: а - верхняя часть приспособления; 6 - нижняя часть приспособления; в - динамометр единицах, в отличие от значений Р. (выражение (1)), задаваемых посредством дифференцированного увеличения нагрузки в прямом и обратном направлениях, наблюдаемых по показаниям динамометра для измерительного датчика в процессе тарировки, и фиксируемых при этом значениях х. на АЦП. Предварительно устанавливается глубина обработки почвы опорными колесами 2 (см. рис. 1). В качестве примера приведем данные для рабочих органов [5-10], осуществляющих послойную безотвальную обработку почвы (табл. 1). При движении установки по экспериментальному участку аналоговые данные тягового сопротивления, считываемые с измерительного датчика, передаются в усилитель TDA-6, откуда по каналу подаются в плату АЦП аналого-цифрового преобразователя ЛА-70М-4, далее оцифрованные данные поступают в ПК (рис. 4). Эти данные фиксируются в формате CVS, который совместим с программой Microsoft Excel для дальнейшей обработки и графической интерпретации полученных результатов в данной программе. Основным преимуществом использования экспериментальной установки является определение тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин в процессе их разработки на различных этапах проектирования. Общий вид экспериментальной установки в поле при проведении исследований технологического процесса рабочих органов для послойной безотвальной обработки почвы на стерневом фоне представлен на рис. 5. Относительная погрешность данных экспериментального определения параметров и показателей технологического процесса рабочих органов для послойной безотвальной обработки почвы при использовании предлагаемой установки с измерительным комплексом не превышает 4 % от результатов теоретических исследований [10]. Заключение Разработка конструкции устройства для проверки в реальных условиях проведенных расчетов на адекватность заявленной гипотезы является актуальной задачей, направленной на выполнение экспериментального этапа прикладной научно-исследовательской работы. Предложенная экспериментальная установка для проведения полевых исследований рабочих органов почвообрабатывающих машин позволяет проводить исследования в полевых условиях с имитацией реального процесса работы проектируемой машины.

About the authors

I. V Bozhko

Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: i.v.bozhko@mail.ru
PhD in Engineering

G. G Parkhomenko

Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: i.v.bozhko@mail.ru

A. V Gromakov

Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: i.v.bozhko@mail.ru

V. A Maksimenko

Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: i.v.bozhko@mail.ru
DSc in Engineering

S. I Kambulov

Federal State Budget Scientific Institution «Agrarian Science Center «Donskoy»

Email: i.v.bozhko@mail.ru

References