CC BY
37
AU = 0. Предельная величина износа равна разности распределения устанавливают, как и при первой, ме-
предельного и номинального размера детали: тодом наименьших квадратов [4].
UP= ПП - ПН. (10) Следует отметить, что формулы (10. ..12) характе-
В случае AU >0 при новых деталях (рис. 1 и 2) по- ризуют износ деталей, размер которых со временем
казатель приработки увеличивается согласно системе «Отверстие».
UP = ПП - ПН - AU. (11) Выводы. Таким образом, при определении доПри второй и следующих плотностях распределения пускаемых износов замененных деталей следует
ресурса применять формулы (3) и (4) с UPj вместо UP и а
UP1 = ПП - ПН - AU, (12) вместо а.
где АЦ > aU. Показатель j характеризует номер за- Разработанная методика дает возможность опре-
мены деталей (1, 2,...n.). делять допускаемые износы как для новых, так и для
Показатель степени при второй и других плотностях заменяемых деталей.
Литература.
1. Михлин В.М., Дорогой В.Н. Метод определения допускаемых износов деталей, обеспечивающий повышение их безотказности // Вестник машиностроения - 2008.- № 7. - с. 11-14.
2. Дорогой В.Н. О возможности предупреждения постепенных отказов элементов машин в 1,5...2 и более раз // Труды ГОСНИТИ: Сб. трудов/М.: 2008 - № 101. - с. 72-75.
3. Патент на полезную модель, выданный ФРГ: Устройство для диагноза, обслуживания и ремонта конструктивных элементов для повышения их безотказности, № регистрации 20 2009 000 546.1 от 19.03.2009 г.
4. Компьютерная программа: Остаточный ресурс и допускаемые значе-ния параметра. Свидетельство о регистрации программы № 2010610170.
DEVELOPMENT OF THE NEW METHOD OF DEFINITION ALLOWABLE WEAR OF DETAILS AT OPERATION P.A. Tabakov, A.A. Solomashkin, V.M. Mikhlin
Summary. Errors of an existing method of testing of admissible deterioration of details are connected with casual speed of wear process. Admissible deterioration of details in an existing method - a constant. It sharply increases numbers of gradual refusals and premature replacements of details. The new method is based on use of several various admissible of wear. As has shown the analysis, it eliminates errors of an existing method.
Article contains formulas for definition a little admissible of wears both for new, and for the replaced details. It became possible as a result of definition of density of distribution of a resource of 1st, 2nd etc. replaced details and other features of wear process.
Key words: Method. Supposed deterioration. Speed of wear process. Gradual refusal. Density of distribution of a resource. The replaced details. A wear process exponent.
УДК 631.3.06
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОЧВЫ
Г.С. ЮНУСОВ, доктор технических наук, профессор Марийский ГУ
А.Р. ВАЛИЕВ, кандидат технических наук, проректор
Б.Г.ЗИГАНШИН, доктор технических наук, профессор
Казанский ГАУ
Р.М. ГИЛЯЗОВ, аспирант
Марийский ГУ
E-mail: [email protected]
Резюме. Предложен комбинированный агрегат, способный за один проход готовить почву под посев мелкосеменных культур. Определены его оптимальные конструктивно-технологические параметры. На основе результатов производственных испытаний рассчитан экономический эффект.
Ключевые слова: комбинированный агрегат, машина, параметры орудия, энергетическая оценка, экономический эффект.
Одно из определяющих звеньев повышения урожайности сельскохозяйственных культур, окупаемости вложенного труда и средств - оснащение предприятий машинами для предпосевной подготовки почвы. Применение эффективных способов ее проведения и качественное выполнение работ создает оптимальные условия для решения агротехнических задач [1-7].
Требования к подготовке почвы для посева мелкосеменных культур более строгие. Она должна быть мелкоструктурной с размерами частиц от 0,25 до 10 мм без растительных остатков. Существующие машины не обеспечивают требуемого крошения и макроагре-гатного состава почвы за один проход. Приходится
дополнительно выравнивать, культивировать, бороновать и прикатывать. Это влечет за собой чрезмерное уплотнение почвы ходовыми системами тракторов. Кроме того, увеличиваются затраты на горюче-смазочные материалы. Это приводит к нарушению технологии работ и агротехнических сроков их проведения [8, 9].
В Марийском государственном университете на кафедре механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции создана и испытана новая конструкция комбинированного агрегата для подготовки почвы под посев мелкосеменных культур (см. рисунок).
Агрегат работает следующим образом. Дисковые ножи 6 под действием силы тяжести и скорости движения ма-
Рисунок. Комбинированный агрегат для предпосевной подготовки почвы: 1 - рама несущая; 2 - редуктор; 3 - кронштейн крепления вала фрезы; 4 - фреза с «Г» образными ножами; 5 - кронштейн батареи сферических дисков; 6 - диски сферические; 7 - гидроцилиндр; 8 - кронштейн крепления опорных колес; 9 - колесо опорное; 10 - вал привода редуктора; 11 - корпус подшипника; 12 - вал карданный; 13-редуктор
шинно-тракторного агрегата (МТА) заглубляются в почву. Вырезные сферические диски начинают крошить пласт и перемешивать почву с растительными остатками. Под действием сил инерции отделившиеся частицы отбрасываются назад по ходу движения агрегата на фрезерные ножи 4.
Вслед за дисками установлен фрезерный барабан. Ротационные (фрезерные) рабочие органы приводятся в движение от вала отбора мощности трактора через карданный вал 12, вал привода редуктора 10, редуктор 2 и цепную передачу 13. Фрезерные рабочие органы 4улучшают измельчение почвы и пожнивных остатков, создавая на поверхности мульчирующий слой. На несущей раме 1 крепится гидроцилиндр 7, который через кронштейн 8 поднимает опорные колеса 9 для перевода орудия в транспортное положение. Глубина обработки почвы рабочими органами устанавливается с помощью регулировочного винта прицепного устройства и опорных колес.
Цель наших исследований - оптимизация параметров комбинированного агрегата и сравнительная оценка энергетической и экономической эффективности его применения для предпосевной обработки почвы под мелкосеменные культуры.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили методами планирования экстремальных экспериментов. Полевые опыты осуществляли на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах. Земельные участки характеризовались размерами, обеспечивающими проведение полной серии опытов, однородностью по предшествующей обработке, физико-механическим свойствам, количеству, видовому составу и положению растительных остатков. Влажность почвы составляла 5...8 %. Агрофон - стерня горохо-овсяной смеси. При определении энергетических показателей использовали тензометрическую станцию ZET017-T8 с тензометри-ческими звеньями 10 и 15 кН. Энергетические затраты на обработку почву определяли по расходу топлива посредством мерного бачка и как сумму сопротивлений
Таблица 1. Матрица оптимизации
отдельных орудий (рабочих органов) [10].
При проведении экспериментов в качестве активных факторов принимали (табл. 1)
- угол атаки а(°) дисковых рабочих органов, глубину обработки почвы Н(см) и скорость движения агрегата Цкм/ч), за критерий оптимизации - усилие на крюке Р^кН) и макро-агрегатный состав почвы е(%).
Частота вращения фрезерных рабочих органов п = 250 об/ мин, ширина захвата В = 3 м).
При конструктивной разработке нового агрегата для поверхностной обработки почвы важно обеспечить не только лучшие условия для развития растений, но и снизить энергоемкость технологического процесса. В связи с этим мы провели сравнительный анализ энергетической эффективности применения разработанного опытного образца в агрегате с трактором МТЗ-80 и рассчитали годовой экономический эффект от
его использования при глубине обработки H = 8...10 см, ширине захвата B = 3 м, скорости агрегата V = 2,7 м/с на среднесуглинистых почвах. В качестве базового варианта для сравнения принят ротационный рыхлитель РБР-4А с трактором Т-150К.
Результаты и обсуждение. Реализация матрицы плана Бокса-Бенкина при п = 3 для нахождения координат оптимума тягового усилия Рр, позволила получить следующие уравнения регрессии: Уд=-63,3526-0,1785х2+14,0264х3-0,92х2х+0,4723х/-0,1767х/ (1) Г=-65,9822-1,2011х/12,8709х3-0,92х/,+0,4723х/-0,1767х/ (2) Г=-67,9814-2,5807х2+11,7328х3-0,92х/3+0,4723х/-0,1767х32 (3) Г=-34,5534-2,0230х(+6,6664х3-0,2867х(х3+0,0197х(2-0,1767х32(4) Уд=-26,7028-2,3679х(+5,7464х3-0,2867х(х3+0,0197х(2-0,1767х32(5) Уд=-17,9076-2,7128х1+4,8264х3-0,2867х1х3+0,0197х12-0,1767х/(6) Уд=37,5498-3,0268х(-7,5385х2+0,3449х(х2+0,0197х(2-0,4723х22 (7) Уд=48,5723-3,3165х(-8,4584х2+0,3449х(х2+0,0197х(2-0,4723х22 (8) /д=59,2414-3,6032х(-9,3785х2+ 0,3449х,х2 +0,0197х(2-0,4723х22 0
Из уравнений следует, что наиболее существенное влияние на работу комбинированного агрегата оказывает скорость движения V, с увеличением которой возрастают энергозатраты. Уравнения (7.9) характеризуют зависимость усилия на крюке от угла атаки дисков а и глубины обработки почвы Н при постоянной скорости агрегата V = 8 км/ч, V = 9 км/ч и V = 10 км/ч соответственно. Решение полученных уравнений показывает, что наибольшее тяговое усилие Рр 13,74 кН возникает при скорости V= 10 км/ч, глубине обработки почвы Н =10 см и угле атаки сферических дисков а = 8°. Макроагрегатный состав почвы при этом равен 98,16 %. Это значит, что при максимальных значениях активных факторов, значения критерия оптимизации также максимальны.
Коэффициент х2 в уравнениях (4.6) характеризует зависимость тягового усилия Рр от угла атаки дисков а и скорости агрегата V при постоянной глубине обработки почвы Н. При глубине обработки Н от 8 до 10 см коэффициент х1 - угол атаки дисковых рабочих органов планирования эксперимента и значения критериев
к кто о р, его обозначение Критерий оптимизации
Показатель х1, угол атаки дисковых ножей, а(°) х глубина обработки, Н(см) х3, скорость агрегата, V (км/час) тяговое сопротивление, Ркр (кН) макроагрегатный состав почвы, £ (%)
Уровень варьирования нижний (-1) 0 8 8
основной (0) 4 9 9
верхний (1) Номер опыта 1 8 -1 10 -1 10 -1 6,09 56,66
2 0 -1 -1 6,49 60,27
3 0 0 -1 6,68 62,62
4 1 -1 0 7,08 67,03
5 1 0 1 7,50 74,90
6 1 -1 -1 8,00 58,93
7 -1 1 -1 8,68 63,35
8 0 -1 0 9,38 66,18
9 0 0 0 9,62 66,85
10 1 -1 1 10,19 82,22
11 -1 0 -1 10,70 67,60
12 -1 -1 0 10,98 68,40
13 -1 1 0 10,97 81,67
14 0 -1 1 11,12 87,03
15 -1 1 1 11,31 93,46
16 0 1 -1 11,40 60,14
17 -1 0 0 11,82 85,79
18 0 1 0 12,57 87,50
19 0 0 1 12,84 93,12
20 0 1 1 13,17 97,24
21 1 1 1 13,74 98,16
а, оказывает менее существенное влияние на энергозатраты, поэтому его величина наименьшая.
Изменение угла атаки дисковых рабочих органов а от 0 до 8° не вызывает значительного роста тягового сопротивления. В особенности это проявляется при минимальной скорости движения агрегата.
Следует учитывать, что ротационные рабочие органы приводятся во вращение валом отбора мощности трактора, который распределяет суммарную мощность на собственное движение, тяговое усилие и мощность вращения ротора. В случае выбора неправильной передачи, мощность, затрачиваемая на вращение ротора, становится больше затрачиваемой на тяговое усилие агрегата. В этом случае происходит перераспределение ее баланса, что приводит к невозможности работы трактора. Поэтому выбор скорости работы агрегата, обусловливается мощностными показателями трактора.
Реализация матрицы плана Бокса-Бенкина для нахождения координат оптимума макроагрегатного состава почвы в позволила построить следующие модели регрессии: Уе=134,4242-19,9556х2-12,3899х3+2,0597х2х3+0,3494х22-0,4698х32 (КЗ У=137,6750-19,8660х2-12,9959х3+2,0597х2х3+0,3494х22-0,4698х32 (11) У=139,0538-19,7764х2-13,6019х3+2,0597х2х3+0,3494х22- 0,4698х32 (Ч У=-2,8590+1,2259х+4,0877х3-0,1515х(х3 -0,0585х(2+0,4698х32 (19 У=-16,8748+1,2483х+6,1474х3-0,1515хх3-0,0585х(2+0,4698х32 (14) У=-30,1918+1,2707х1+8,2071х3-0,1515х(х3-0,0585х(2 +0,4698х32 (15) У=65,3722-0,1653х(-3,4780х.+0,0224хх2-0,0585х2+0,3494х22 (16) У=60,9689-0,3168хг1,4183х2+0,0224хх2-0,0585х2+0,3494х22 (17) У=57,5052-0,4683х)+0,6414х2+0,0224х(х2-0,0585х2+0,3494х/ (18)
Результаты решения системы уравнений (10.18) показали, что с увеличением угла атаки дисковых рабочих органов а, глубины обработки почвы Н и скорости движения агрегата V, усилие на крюке Рр возрастает с
б,09 до 13,74 кН. При этом доля частиц почвы размером от 0,25 до 10 мм в слое заделки семян увеличивается
21 увеличение угла атаки и скорости движения агрегата улучшало качество подготовки почвы. Следует отметить, что при низкой скорости такого эффекта не наблюдается.
Тяговое сопротивление агрегата не постоянно и изменяется по величине и частоте. Если агрегат будет рассчитан на номинальное тяговое усилие трактора на выбранной передаче, то из-за неравномерности тягового сопротивления орудия, двигатель будет часто перегружен. Поэтому режим работы подбирают так, чтобы трактор по тяге был не догружен на 5...10 %. Таким образом, при проведении опытов № 19, 20 и 21 он работал с перегрузкой.
Согласно результатам проведенных исследований, оптимальными можно считать следующие параметры: угол атаки сферических дисков а = 4°, глубина обработки почвы Н=8 см, рабочая скорость агрегата V = 10 км/ч. Ма-кроагрегатный состав почвы в этом случае равен 87,03 %.
Предложенный агрегат для поверхностной обработки почвы под посев мелкосеменных культур позволяет выполнять технологический процесс не только более качественно, но и менее энергоемко. Так, энергоемкость обработки 1 га в случае его использования составила 442,13 МДж/га, что на 22 % меньше, чем в базовом варианте (табл. 2). Годовой экономический эффект от внедрения агрегата для предпосевной обработки почвы превысил 170 тыс. руб., а срок окупаемости составил 2 года.
Выводы. Таким образом, оптимальный угол атаки сферических дисков комбинированного агрегата для предпосевной подготовки почвы равен 4°, глубина обработки почвы 8 см, рабочая скорость 10 км/ч. Новая технологическая схема расположения рабочих органов обеспечивает формирование за один проход орудия необходимого мульчирующего слоя с макро-агрегатным составом почвы 87,03 %. Энергоемкость
с 56,66 до 98,16 %, что благоприятно влияет на заделку мелкосеменных культур при посеве. Улучшение структурности почвы обеспечивает увеличение скорости и глубины обработки. Так, в опытах № 5, 10 и 15 ее коэффициент составил 0,74, 0,82 и 0,93 соответственно, а в опытах № 1, 2, 3, 6, 7 он не превышал 0,65, что в нашем случае не удовлетворяет агротехническим требованиям.
Угол атаки дисковых ножей значительно влиял на макроагрегатный состав почвы. В опытах № 5, 10, 20,
Таблица 2. Сравнительные показатели энергетической эффективности
Показатель Агрегат
экспериментальный 1 базовый
Прямые затраты энергии, МДж/га 2ll,55 311,l1
Овеществленные затраты энергии, МДж/га 65,0 l3,0
Энергетические затраты живого труда, МДж/ч 1,26 1,26
Энергоемкость энергетического средства, МДж/ч 95,85 214,33
Энергоемкость сельскохозяйственной машины, МДж/ч 201,63 333,6
Полные удельные энергозатраты, МДж/га 442,13 56l,l6
Коэффициент энергетических затрат 0,l8 -
обработки 1 га при использовании комбинированного агрегата на среднесуглинистых почвах меньше, чем у базового варианта, на 22 %, а годовой экономический эффект превышает 170 тыс. руб.
Литература.
1. Земледелие/С.А. Воробьев, А.Н. Каштанов, А.М. Лыков, И.П. Макаров. - М.: Агропормиздат, 1911. - 527с.
2. Мазитов Н.К. Ресурсосберегающие почвообрабатывающие машины. - Казань: ГУП «Полиграфическо-издательский комбинат», 2003. - 456с.
3. Yunusov G.S., Akhmadeeva M.M. Modelowania pracy agregatow ciagnikmaszyna // Miedzynazodova konferencja naukowa. -Warszava, 2009. - C. 49-56.
4. Пикмуллин Г.В., Булгариев Г.Г., Земдиханов М.М., Калимуллин М.Н. Результаты экспериментальных исследований по обоснованию и оценке параметров рабочих органов культиватора//Вестник Казанского ГАУ. - 2010. - №3. - т.17. - С. 98-101
5. Матяшин Ю.И., Сафин Р.И., Вафин Н.Ф. Агротехническая оценка рыхлителя для безотвальной обработки почвы с ротационно-колебательными рабочими органами//ВестникКазанского ГАУ. - 2010. - №2. - т. 16. - С. 109-113
6. Фёдоров Р. Н. Хафизов К.А. Определение потерь урожая и направления их снижения от уплотнения ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов по уходу за растениями//Вестник Казанского ГАУ. - 2009. - №4. - т.14. - С. 152-155
7. Матяшин Ю.И., Матяшин Н.Ю. Теория сельхозмашин с ротационными рабочими органами//Вестник Казанского ГАУ. -2009. - №2. - т.12. - С. 179-185
8. Матяшин Ю.И., Валиев А.Р, Зиганшин Б.Г. и др. Техническое обеспечение инновационных технологий в растениеводстве: Учебное пособие под ред. Д.И. Файзрахманова. - Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2009. - 220 с.
9. Юнусов, Г.С. Применение сельскохозяйственных машин для безотвальной обработки почвы // Интенсификация земледелия Марийской АССР: справочник. - Йошкар-Ола, 1990. - С. 144-162.
10. Токарев В.А., Бражушков В.Н. и др. Методические рекомендации по топливно-энергетической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве - М.: ВИМ, 1989. - 60 с.
EVALUATION OF EFFECTIVENESS OF COMBINED AGGREGATE FOR PRESOWING SOIL PREPARATION G.S. Yunusov, A.R. Valiev, B.G. Ziganshin, R.M. Gilyazov
Summary. We propose a combined unit, capable of one pass to prepare the ground for sowing small-seeded crops. The optimal structural and technological parameters of the combined unit. Based on the results of tests is designed economic effect.
Key words: Combined unit, parameters of the instrument, the energy estimate, the economic effect.
