Механико-эргономическое обоснование средств малой механизации сельскохозяйственных работ

• Автор: Келлер, Николай Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 63 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

Средства малой механизации - (СММ) составляют обширный раздел сельскохозяйственной техники, включающий более 400 наименований и моделей мотокультиваторов, мотокосилок, механизированного садового инструмента, мотоблоков и минитракторов с наборами навесного и прицепного оборудования.
Указанную номенклатуру средств малой механизации, созданных в России и СНГ за последние 20 лет, отличает малое число моделей энергосредств и узость их энергетического диапазона, что обусловлено острым дефицитом двигателей малой мощности, освоенных отечественной промышленностью. Этим же объясняется тенденция создавать широкие наборы сменных рабочих органов к одному энергосредсгву. Отсутствие в производстве широкой гаммы специализированных СММ, соответствующих разнообразным агрофонам, специализации фермерских хозяйств, возрастным группам операторов и др., представляет серьезный пробел в обеспечении потребности отечественного рынка, ограничивает возможности развития приусадебного садоводства, огородничества и животноводства.
Получившая распространение практика использования слабомощных мотокультиваторов в агрегате с плугом и другими энергоемкими машинами, нарушая требования рационального агрегатирования, приводит к перераспределению части технологической нагрузки от машины на человека-оператора, вызывая его быстрое утомление.
Эффективность СММ определяется их энергетическими возможностями с пригодностью к выполнению необходимой сельскохозяйственной работы на заданном агрофоне, согласованностью параметров звеньев "М” (машина) н "Ч" ("человек-оператор”) с физико-механическими и экологическими свойствами окружающей среды (звено "С") в системе "человек-машина-среда" (ЧМС).
Накопленный опыт показывает, что при правильном использовании СММ многократно повышается производительность в сравнении, как с ручными орудиями труда, так и с обычными МТА, когда эффективность применения последних ограничена мелкоконтурностъю участка, крутизной склона или другими факторами.
В связи с этим, обоснование методов выбора параметров конструкции, разработка критериев и принципов систематизации основных видов С: 1М на базе комплексного исследования системы "ЧМС" (человек-машина-эеда) представляет актуальную научно-техническую проблему, имеющую чг 'ствениое народнохозяйственное значение.
Работа по данной проблеме проводилась нами с 1971 по 1999 годы в ■■ч<ах общегосударственных научно-технических программ, в том числе граммы 051.13 "Проблема рационального использования топливно--ргетическнх ресурсов в АПК", программ и народнохозяйственных планов эяизации Системы машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986-1995 годы и др
Цель работы. Оптимизация парка средств малой механизации сельскохозяйственных работ, разработка основ и рекомендаций создания новых поколений эффективной мнннтехиики для фермерских и личных подсобных хозяйств, а также для механизации работ на тракторонедоступных участках.
Объекты исследований. Технологические и эксплуатационно-зргономические процессы механизации сельскохозяйственных работ с помощью СММ, рабочие органы почвообрабатывающих, транспортирующих косшючиых и других микимашин в системе "ЧМС", работающих в условиях дефицита мощности и сцепной массы, принципиальные схемы, конструкции, параметры сельскохозяйственных миниагрегатов.
Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования основывались на методах классической механики, механикоматематического и графического моделирования, статистической динамики. В расчетах и анализе данных использовались методы математической статистики и ЭВМ
Научную новизну работы составляют:
- системный подход к анализу эффективности использования СММ через оценку системы "человек-машина-среда";
- теоретические основы н математические модели, описывающие взаимодействие минимашин со средой при управляющем и физическом воздействии на рабочий орган человека-оператора;
- эргономические принципы систематизации обширной номенклатуры различных видов СММ.
Достоверность основных положений и выводов работы подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами приемочных испытаний разработанных СММ, их эффективном использования в сельском хозяйстве.
Практическую ценность работы составляют:
- метод оценки технических параметров средств малой механизации с позиций звена "человек” в системе "ЧМС", обеспечивающий рациональную классификацию различных видов СММ;
- разработанные и поставленные на производство изделия малой механизации, обеспечивающие значительный рост производительности труда, в сравнении с ручными орудиями и инструментом.
Реализация научно-технических результатов исследований осуществлена нами в ВИСХОМе совместно с головными конструкторскими организациями по механизированному садово-огородному инструменту (г Павлово-на-Оке), по малогабаритным тракторам, мотоблокам и машинам для горного земледелия ("Грузагромаш").
Поставлены иа производство следующие группы СММ:
- Малогабаритная фронтальная мотокосилка КМП-! и навесная косилка КФН-1 к мотоблоку «Супер-610>>- выпущено 490 шт.:

.го равновесия. В статике по уравнению моментов относительно колеса, расположенного в борозде, имеет место равенство:
*ёа«т - 2)^ - 0±2Ьц - <-24)
где Ьу и Ьц - высота положения центра тяжести относительно опорной поверхности и оси ведущих колес.
Предельное значение угла а = 0.цга по условиям геометрической вгш-сывае.мости, после преобразований (23) получается равным:
С другой стороны, по условиям поперечной устойчивости угол а не может превышать значение ацш- Принимая приоритет требований безопасности над геометрическими и агротехническими, запишем:
ат« “ аИт (25)
Условие (25) распространяется и на тангенсы этих углов: *8а«т<^8аша4- Следовательно
В-к 2Ьу (26)
Уравнение (26) преобразуем в формулу для определения возможной глубины вспашки мотоблочным пахотным агрегатом по условиям геометрической конфигурации межколесного пространства и поперечной устойчивости мотоблока в борозде:
0±Ъ+А (27>
а <В —=В у 2Ьу V
В случае, когда центр тяжести МБА расположен вблизи к геометрической оси ведущих колес, можно пренебречь величиной А, формула (27) приобретает вид:
I ь
а<В
10±ЬЦ <28>
Уравнения (27) и (28) могут быть использованы, как показано Ю.Е. Атамановым и В.В. Гуськовдм и для оценки поперечной устойчивости минитракторов.
Допустимая глубина вспашки для некоторых моделей мотоблоков,