Автореферат (1151737), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Многочисленные исследования показывают, обоснование путей совершенствования технологий проводится с применением метода математического моделирования, при этом в качестве критерия оптимизации принимаются стоимостные показатели, являющиеся наиболее объективным критерием оценки эффективности. Сложность исследуемого технологического процесса вызывает необходимость его энергетической оценки, при этом качестве критерия принята энергоемкость процесса, в состав которой входят показатели мощности и производительности, определяющие стоимостные показатели.

Анализ исследований Кравцова Э.А., Александряна К.В., Грицюса А., Бабаяна В.С., Пошкявичуса В.А. показывает, что общая энергоёмкость процесса уборки камней:

Е_общ = (N_отр + N_изв + N_тран)W^-1, (1)

где N_отр - мощность, затрачиваемая на внедрение рабочего органа и отрыв почвы с камнями; N_изв - мощность, затрачиваемая на извлечение камней и сепарацию от почвы; N_тран - мощность, затрачиваемая на перемещение и выгрузку камней, W - производительность машины.

Суммарная мощность на отрыв и извлечение почвы с камнями

N_k = n_kBhV_км , (2)

где n_k- удельная энергоёмкость разработки почвы; B - ширина захвата рабочего органа,; h- глубина выборки камней; V_км - линейная скорость камнеуборочной машины.

Удельная энергоемкость разработки почвы зависит от удельного сопротивления резанию почвы _р , коэффициента сепарации К_{сп ,} глубины выборки камней и влажности почвы.

Сопротивления грунта, возникающие в процессе выемки грунта с камнями, производим по схеме на рис.1.

Горизонтальная составляющая сопротивления удалению камней (Р)

Р = Р_ + Р_ , (3)

где: Р_.— сопротивление от сдвига тела скола почвы; Р_ - сопротивление выкапывания камня на поверхность.

Сопротивление сдвига Р_ = F₁cos + F₂ , (4)

где: — напряжение сдвигу почвы; F₁— площадка сдвига тела скола (в плоскости рис.1а); F₂ — площадка сдвига тела скола (в плоскости на рис. 1б);  - угол сдвига тела скола.

Площадка сдвига F₁= F₃(sin^1,, (5)

где F₃— вертикальная проекция площади сдвига почвы, наклоненная к горизонту под углом .

Площадка сдвига F₃ = (D + hсtg₁) h, (6)

где: h - глубина внедрения ножа; D — средний диаметр камня, ₁ — угол сдвига тела скола в плоскости ( рис.1б).

1) 0

Рис.1.Расчетная схема процесса взаимодействия рабочего органа камнеуборочной машины с почвой, содержащей камни: 1) – вариант перемещения а) – вид сбоку, б) – вид по А.

Напряжение сдвигу почвы по закону Кулона:

 = tg + С₀ , (7)

где  - напряжение вертикального сжатия почвы, tg - коэффициент внутреннего трения грунта по грунту; С₀ – сцепление почвы.

Напряжение  = G_пс F^-1 = G_пс( F₁ + F₂) ^–1, (8)

где G_пс - сила тяжести почвы, воздействующая сверху на площадку сдвига, m – масса почвы, V = L₁L/2, L₁и L – ширина вынимаемого объёма.

После подстановки выражений 5 и 6 в формулу 4 с учетом выражений 7 и 8 получим

Р_ = { g(L₁L sin₁ tg)/2[(D + hсtg₁) +h(cos/ sin₁)] + С₀}[(D + hсtg₁) h(sin)^-1] cos + { g(L₁L sin₁ tg)/2[(D + hсtg₁) +h(cos/ sin₁)] + С₀}  h²ctg(sin₁)^-1 (9)

Р_ = (G_к + G _пк) cos_к = g4R_к + 3h_п – 3R_п ) cos_к , (10)

где G_к – сила тяжести камня G _пк - сила тяжести почвы над камнем; R - равнодействующая сопротивления отрыва почвы с камнем, R = P_к / cos; - угол внедрения рабочего органа в почву; _к – коэффициент сопротивления трения камня с почвой, g – ускорение свободного падения.

Вертикальная составляющая сопротивления отрыва почвы с камнем

P_к = g[(D + hсtg₁) h (sin)^-1 + h²сtg /sin₁] _р+ g { D³ 6^-1_к[1 +

(К3_п/2_к) (h/D – 0,5) + 3 C_о/( D _к )]}, (11)

где _{п ,}_к - удельная масса почвы и камня; C_о- сцепление камня с почвой, К – коэффициент уплотнения почвы камнем, 3…3,5.

Установленные зависимости позволяет определить основные составляющие энергоёмкости процесса уборки скрытых камней и подобрать мощность базового трактора для камнеуборочной машины.

Предварительная диагностика расположения камней требует уточнений глубины их уборки в почве и подпочвенном слое. Рациональные глубины выборки камней из почвенного слоя предлагается определять по глубине корнеобитаемого слоя выращиваемых сельскохозяйственных культур, а из подпочвенного - по глубине рыхления или глубине укладки горизонтального дренажа (рис.2).

Рис. 2. Схемы расчета глубины выборки камней : мелких а) – при гладкой посадке корнеплодов и севе зерновых; б) – при гребневой посадке корнеплодов; в) – при грядовой посадке с нарезкой борозды по центру гряды; средних и крупных г) – при полосовом извлечении на поверхность почвы; д) – при адресном извлечении с предварительной эхолокационной диагностикой их характеристик; 1 – нижний корнеплод, 2 – сечение очищаемой почвы, 3 – камень, 4 - эхолокационное устройство.

В технологиях уборки скрытых камней глубина их выборки определяется в зависимости от поставленных задач: - устранения препятствия (средними и крупными) проведению глубокого рыхления до 0,7 м, прокладки дренажных и коллекторных труб до 2,0 м;- сокращения количества мелких камней в убранных корнеплодах. В процессе посадки картофеля и ухода за всходами изменяется профиль и уровень поверхности почвы. К моменту уборки корнеплодов глубина их залегания приблизительно составляет 2/3 необходимой глубины подкапывания относительно окончательного уровня поверхности почвы.

с учетом глубины залегания корнеплодов и характера движения ножа рыхлителя и экскаватора, лемеха комбайна определяется необходимая глубина извлечения корнеплодов по формуле:

h_лс = h_к +  _к + _лс, (12)

где h_лс – глубина хода лемеха извлекателя корнеплодов; h_к - глубина залегания корнеплодов; к, лс – отклонение соответственно глубины залегания нижнего корнеплода и глубины хода лемеха.

Глубину хода ножа рыхлителя и дреноукладчика определяется по формуле:

h_лм = h_р + h_нр + _д + _лм, (13)

где h_лм – глубина хода ножа рыхлителя, дреноукладчика; h_р - глубина перекрытия разрыхленной почвы между смежными ножами и проходами; h_нр - высота от ножа рыхлителя до глубины перекрытия; _д, _лм, – отклонение соответственно глубины перекрытия разрыхленной почвы или дренажной трубы и глубины хода ножа рыхлителя, дреноукладчика.

Глубина выборки камней в общем виде (схема рис.2) определяется:

h_ам = h_а + 0,5d + _d +_aм, (14)

где h_ам – глубина выбора камней; h_а –очищаемый от камней слой почвы; d – диаметр камня; _d – отклонение диаметра камня; _aм - отклонение глубины хода ножа камнеуборочной машины.

В результате глубина выборки камней и почвенного слоя при грядовой и гребневой посадке корнеплодов определяется по формуле:

h_ам = h_к + _к + _лс – (h_г+ _г) + 0,5d +  _d +_aм, (15)

где h_к – глубина залегания корнеплодов, _к и _лс - отклонение соответственно глубины залегания нижнего корнеплода и глубины хода лемеха, h_г – высота гребня или гряды; _г – отклонение высоты гребня или гряды.

Глубина выборки камней из подпочвенного слоя перед глубоким рыхлением и укладкой дренажных труб:

h_ам = h_р + h_нр +_д + _лм + 0,5d + _d + _aм, (16)

где h_р - глубина разрыхленной полосы между смежными ножами или проходами рыхлителя, h_нр - высота от низа ножа рыхлителя до гребня перекрытий, _лм и _д –отклонения соответственно глубины хода ножа рыхлителя или дреноукладчика и глубины перекрытий или дренажной трубы.

Глубина выборки камней из почвенного слоя определяется из баланса мощности на выборку камней и мощности двигателя базовой машины.

Суммарная мощность на выборку камней из пахотного слоя прицепными камнеуборочными машинами определяется:

N = N_п._мэс + N_п._к + N_т + N_ро, (17)

где N_п._мэс - мощность, расходуемая на перемещение трактора, кВт; N_п._к - мощность, расходуемая на перемещение камнеуборочной машины, кВт; N_ро - мощность, расходуемая на привод рабочих органов, кВт; N_т - мощность, расходуемая на преодоление тягового сопротивления, кВт.

После раскрытия составляющих мощности по формуле В.П. Горячкина

Pк = G_м + аb + аb² с использованием формулы А. Н. Зеленина

Pк = 10А С h ^1,35 получено развернутое выражение баланса мощности:

10 ³N_дв  = g G_т_пер_.к + g G_ка_пер_.к + 1,05(10Сh ^1,35)(1+2,6L_н)(1 + 0,1s) _к

+ _кам0,7d³ g _тр L[В(10^-4P_m( 0,7d³)^-1] (18)

После преобразований глубина выборки камней h определяется из выражения:

N_дв = ^-1 [gG_т_пер_.к + gG_ка_пер_.к + 1,05 (10С h ^1,35) (1+2,6L_н) (1 + 0,1s)  _к + _кам g_тр LВ10^-4Pm]10^-3; (19)

где G_т – масса МЭС, кг; _пер – коэффициент сопротивление передвижению агрегата, _.к – поступательная скорость, при которой реализуется сила тяги агрегата, м/с; N_дв – мощность двигателя;  - коэффициент использования мощности двигателя, в долях единицы, g - ускорение свободного падения,; G_ка – масса камнеуборочного агрегата, кг;; _кам – плотность камней, кг/м³; d – средний диаметр камня, м; _тр – поступательная скорость ветви транспортера, м/с; L – суммарная длина верхних ветвей транспортеров от лемеха до точки выгрузки мелких камней P_к – сопротивление чистому резанию и сопротивление дополнительным силам, возникающим в процессе работы, V = 1,05 - коэффициент влияния заострения ножа на P_к ; А - коэффициент, отражающий конструктивные особенности режущего органа; С – количество ударов динамического плотномера, раз; h – глубина, см, s – толщина ножа чизеля, см; L_н.- периметр лемешного ножа, м.

Для выявления зависимостей глубины выборки от грунтовых условий, каменистости и применяемых средств механизации, проанализированы данные агротехнических и эксплуатационно-технологических оценок из протоколов испытаний камнеуборочных машин. Сформирован статистический комплекс, содержащий 14 вариантов уборки камней, в каждом их них указаны 14 переменных факторов. Расчеты показывают, что корреляционные связи 13 факторов с глубиной выборки камней не существенны (t_r  t_{табличного}), критерий существенности коэффициента корреляции меньше теоретического значения по таблице Стьюдента.

В результате установлены корреляционные зависимости:

мощности камнеуборочных машин от глубины выборки камней,

Характеристики

Список файлов диссертации