Совершенствование уплотняющих ротационных рабочих органов с использованием методов моделирования процесса их взаимодействия с почвой

• Автор: Щукин, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Краснообск
• Количество страниц: 292 с. : ил.

СОД Ж, РЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Оценка агроклиматических ресурсов Западной Сибири
1.2. Традиции в обработке почвы
1.3. Рациональное состояние почвы
1.4. Анализ конструкций и показателей работы орудий для поверхностной обработки почвы
1.5. Краткий обзор и анализ сведений связанных с деформируемостью и выравниванием почвы
1.6. Обзор и анализ теоретических исследований по обоснованию формы катка для обработки почвы
1.7. Краткий обзор и анализ сведений по обоснованию предельных размеров катков с жестким ободом
Выводы по обзору литературы
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Аналитические способы представления геометрической формы ротационных рабочих органов
2.2. Описание поверхности ротационного рабочего органа
2.3. Вопросы взаимодействия поверхности катка с почвой
3. ИМИТАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
3.1. Создание параметрической модели поверхности ротационного рабочего органа
Выводы
3.2. Имитационная модель взаимодействия поверхности ротационного 76 рабочего органа с почвой
Выводы
3.3. Процессы восприятия почвой нагрузки и поведение почвенных элементов
Выводы
3.4. Аналитические исследования свойств универсальной опорной поверхности ротационного рабочего органа выполненного из прутка имеющего в сечении форму эллипса
Выводы по теоретическим исследованиям
4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований
4.2. Обработка результатов экспериментов
4.3. Оценка изменения свойств почвы, в результате воздействия на нее ободьями катков, имеющих в нормальном сечении различную форму

5. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Результаты экспериментов по обоснованию формы обода катка
5.2. Результаты экспериментов по оценке формы ободьев в нормальном
сечении
Выводы по экспериментальным исследованиям
6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОРУДИЯ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В технологии возделывания сельскохозяйственных культур важное место занимает подготовка почвы к посеву. Для выполнения предпосевной обработки почвы необходимо провести основные технологические операции: крошение (рыхление), уплотнение, выравнивание поверхности, подрезание и выдергивание сорняков. Одновременно за один проход почвообрабатывающего орудия выполнить несколько технологических операций способны ротационные рабочие органы. Анализ конструкций и показателей работы уплотняющих почву ротационных рабочих органов, применяемых для выполнения предпосевной ее обработки, позволил сделать вывод, что существующие катки требуют больших энергетических затрат и не удовлетворяют агротехническим требованиям: средняя высота микронеровностей до 20 мм, количество комков размером 1 ... 25 мм не менее 80%, плотность почвы в слое 0 ... 100 мм для зерновых культур
1,1 ... 1,3 г/см3. При выполнении технологических операций применяемые катки склонны к забиванию и обволакиванию растительными остатками и почвой. Причина недостатков кроется в неполной изученности процесса взаимодействия ротационных рабочих органов с почвой.
Исследования взаимодействия ротационных рабочих органов с почвой проводились при значительном количестве грубых допущений, которые искажали результаты изысканий. Вопросы теории взаимодействия поверхности обода ротационных рабочих органов с почвой разрабатывались на моделях, основу которых составляла проволочная форма диска катка. Однако направления векторов нормали, бинормали, касательной и скорости, построенных в произвольно взятой точке на проволочной модели, повторяющей форму обода, и в той же самой точке, но взятой на поверхности обода катка не совпадают и их значения отличаются по величине. Предлагаемые способы разделения всей поверхности на наружную, боковую и внутреннюю, свойства которых можно было воссоздать через проволочную модель, повторяющую форму обода, не позволили полностью отразить процесс взаимодействия обода катка с почвой. Не раскрыты вопросы теории представления поверхности обода. Отсутствуют исследования по взаимодействию поверхностей с различной формой опорной части на почву.
В этой связи возрастает практическая значимость аналитических методов, позволяющих описать свойства поверхности обода ротационного рабочего органа, выполняющего одновременно несколько технологических операций. Актуальными остаются вопросы поиска оптимальной формы поверхности обода, способной за один проход выполнить обработку почвы, полностью отвечающую агротехническим требованиям.
Целью диссертационной работы является изыскание путей повышения эффективности технологического процесса предпосевной обработки почвы за счет совершенствования формы активной поверхности обода ротационных рабочих органов.

В3 - ширина захвата, м;
Т3 - шаг микронеровностей, м.
Минимально возможный объем призмы волочения перед рабочим органом обоснован Северневым М.М. [77]
у_ _ 4-Мао.К, (и6)
1Н - длина ножа, м;
к - глубина резания, м;
а - угол установки ножа в плане, рад;
Кр - коэффициент подрезания почвы.
Фактический объем почвы, по его мнению [78], следует определять из выражения
Ь2н*Ь*ъп2 а*® + а)*Кр
/ак ~ 2 ' '
© - угол между действительным направлением перемещения грунта и перпендикуляром к направлению движения, рад.
В заключение обзора аналитических зависимостей необходимо отметить, что в представленных уравнениях не нашли отражения многие важные показатели, играющие значительную роль в происходящих процессах уплотнения и выравнивания почвы ротационными рабочими органами. Так к примеру, реальное направление деформации почвы в основном не совпадает с вертикалью и горизонталью, что не отражено в аналитических зависимостях. Из-за значительного числа факторов характеризующих штамп и режим деформации, использование в математических моделях, описывающих процесс взаимодействия “поверхность-почва”, параметров полученных в результате воздействия на почву штампов, не позволит получить достоверных данных, потому как экспериментальные зависимости “усилие-деформация” относятся не к почве, а к системе “штамп-почва”. Следует согласиться с мнением Водяника И. И. [78], что штамп деформирует почву не так, как колесо, и аналитических зависимостей, адекватно отражающих влияние поверхности ротационных органов, еще не приведено. Вопросы теории взаимодействия поверхности ротационного рабочего органа должны разрабатываться одновременно с совершенствованием геометрических форм самих катков.
Из обзора и анализа теоретических исследований по обоснованию формы обода катка следует, что существующие методы не позволяют делать выбор оптимальной формы опорной поверхности катка и траектории его движения, т.к. не выявлено влияние формы активной поверхности на процесс деформации почвы. Поэтому необходимо разработать новые подходы к аналитическому представлению свойств как поверхности обода, так и деформируемости почвы расположенной непосредственно под ободом, которые позволят выявить зависимость деформации почвы от воздействия на неё опорной части диска катка.