Детальная разработка конструкции двух отвального корпуса двухстороннего действия для поворотных плугов

DOI:

В задачах сбережения энергии и ресурсов, повышения производительности труда, качества агротехнических работ и экономической эффективности в сельском хозяйстве существенное научное значение имеют такие задачи, как совершенствование существующей и разработка новой конструкции сельскохозяйственных машин и их рабочих органов, а также их внедрение в производство. Ныне аналитические и опытноэкспериментальные методы проектирования сельскохозяйственных машин как традиционные, так и новые требуют внедрения в этот процесс методов геометрического моделирования [1-10]. Это особенно актуально в процессе проектирования рабочих органов отвального типа, в котором геометрические параметры играют определяющую роль. Как известно, рабочие органы отвального типа, как самые широко распространенные в сельском хозяйстве, являются также и самыми сложными с геометрической точки зрения. Это означает, что разработка новой конструкции таких рабочих органов имеет свою сложность, а процесс их разработки важен и требует особого внимания. Следовательно, применение геометрического моделирования в решении этих задач будет эффективно. Это подтверждается и тем, что в развитых странах при решении таких задач широко применяются именно методы и средства геометрического моделирования. Поэтому применяемые сегодня в сельском хозяйстве Узбекистана рабочие органы отвального типа в основном разработаны и произведены в развитых странах [10-17].

Традиционно, в системе обработки почвы для фермеров во всем мире плуги с корпусами одностороннего отваливания являлись распространенным почвообрабатывающим орудием. Однако при работе таких плугов образуются свальные гребни и развальные борозды. В результате чего поверхность вспаханного поля получается неровной, что потребует дальнейших дополнительных предпосевных работ. Кроме того, при работе с такими плугами совершаются лишние пустые обороты, в результате чего увеличивается расход топлива [18].

Из-за имеющихся существенных недостатков такие плуги стали низкоэффективными и постепенно вышли из эксплуатации. Чтобы избежать недостатков таких плугов, специалистами были предложены конструкции плугов с удвоенными право и лево оборачивающими корпусами. Хотя такие плуги сегодня стали широко применяемыми, они также имеют ряд недостатков, над которыми работают ученые. Они требует высокой тяговой мощности из-за тяжелой конструкции, состоящей из удвоенных корпусов, кроме того, такие плуги из-за большего количества деталей и металлоемкости являются сравнительно дорогим по цене [18-21].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве одного из направлений решения данной проблемы учеными было предложено создание конструкции плугов с корпусами двухстороннего действия. Целью проведенных исследований по данному техническому решению являлось стремление избежать недостатков, но в то же время получить преимущества как плугов с корпусами одностороннего отваливания, так и плугов с удвоенными корпусами. Такие плуги могут переворачивать почву в обоих направлениях движения трактора, как это делают плуги с удвоенными корпусами. Они имеют такое же количество корпусов, как и плуги с корпусами одностороннего отваливания, и не требуют высокой мощности трактора.

По данной проблеме имеется множество разработок ученых, и их можно классифицировать на два направления, а именно, разработка конструкции плугов с корпусами двухстороннего отваливания и разработка самого корпуса двухстороннего отваливания. При этом отметим, что конструкция корпуса, как основного рабочего органа также определяет и конструкцию самого плуга, т.е. конструкция корпуса первична по отношению к конструкции плуга. В связи с этим данные разработки рассмотрим, исходя из конструкции корпуса плуга, тогда эти разработки разделим на две категории: одно отвальные и двух отвальные корпуса двухстороннего действия [6,7,1021].

Также необходимо отметить проведенные исследования по разработкам одно отвальных корпусов двухстороннего действия, в которых путем совершенствования конструкции отвала были получены две различные конструкции одно отвальных корпусов двухстороннего действия без крыльев и имеющих крылья [19,20,6,7,21]. При этом необходимо отметить исследования, проведенные с целью оценки производительности плуга с корпусами двухстороннего действия с крыльями. В них приведено сравнение результатов испытаний корпуса двухстороннего действия с двумя различными моделями плугов одностороннего действия в почвенном канале [19,20]. В опытной модели масса была снижена на 32%, были устранены детали, подверженные высокому износу, а также имелся самый низкий показатель удельной тяги 32,73 кНм-2, по сравнению с другими моделями, имеющими показатели по удельной тяге 44,45 кНм-2 и 43,37 кНм-2 соответственно. Однако, несмотря на такой задел работ по разработке конструкций и полученные результаты исследований, плуги с корпусами двухстороннего действия пока ещё не получили широкого распространения. Одной из целей проведенных автором исследований является выявление причин нераспространения таких плугов. На основе проведенного анализа конструкций плугов с корпусами двухстороннего действия и конструкций самих корпусов можно сделать следующие выводы:

• •    предложенные конструкции одно отвальных корпусов двухстороннего действия без крыльев не обеспечивают необходимую оборачиваемость;

• •    для конструкции корпусов двухстороннего действия, независимо от формы и количества отвалов, целесообразно применять геометрически комбинированную рабочую поверхность;

• •    применение традиционных механизмов перевода корпусов в необходимое рабочее положение усложняет конструкцию плугов с корпусами двухстороннего действия.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

По результатам проведенных теоретических исследований, основанных на вышеприведенные выводах, была предложена дизайн-разработка конструкций отвалов G1 , G2 и G3 с геометрически комбинированными рабочими поверхностями, где: G1 – это модель одно отвального корпуса одностороннего действия; G2 – это модель одно отвального корпуса двухстороннего действия с крыльями; G3 – это модель двух отвального корпуса двухстороннего действия. Дизайн-разработка модели G1 является основой для применения геометрически комбинированной рабочей поверхности. На ее основе была подготовлена дизайн-разработка модели G2 , которая была запатентована.

На данный момент также ведутся прикладные исследования по разработке конструкции двух отвального корпуса двухстороннего действия, нацеленного на упрощение механизмов перевода корпусов в необходимое рабочее положение, основой которого является дизайн-разработка модели G3 [6,7,21]. Задачей разработок является упрощение механизма поворота корпуса плуга в рабочее положение, усовершенствование конструкции корпуса плуга с использованием подвижных соединений, а также улучшение его конструкции путем применения раздельных деталей, приводящих к снижению эксплуатационных и ремонтных расходов, металлоемкости и удельного сопротивления плужных корпусов.

По результатам предварительных исследований была предложена дизайн-разработка конструкций двух отвального корпуса двухстороннего действия для однокорпусных и многокорпусных поворотных плугов (см. рисунки 1 и 2). Как известно, конструкция двух отвального корпуса двухстороннего действия состоит из двух передних и задней поворотных частей. Для упрощения механизма перевода корпусов в необходимое рабочее положение предлагается применение цилиндрического шарнирного соединения для поворота передней и задней частей с осью вращения в стойке корпуса. Такой механизм обеспечивает поворот передней части для приведения ее в необходимое рабочее положение и поворота задней части относительно передней части для стыковки и образования необходимой рабочей поверхности. При этом для однокорпусных плугов предлагается применение ручного механизма поворота, как более упрощенный вариант. А для многокорпусных плугов предлагается гидравлический привод, вмонтированный внутрь каждого корпуса, как дистанционно управляемый вариант процесса поворота.

Рисунок 1. Двух отвальный корпус для однокорпусного плуга.

Figure 1. Double-sided moldboard design for mono body plough.

Рисунок 2. Двух отвальный корпус для многокорпусного плуга.

Figure 1. Double-sided moldboard design for multi bodies plough.

Произведена детальная разработка плужного корпуса для одноотвального корпуса (рисунок 3). Корпус, устанавливаемый на плуг для гладкой пахоты, включает стойку 3 круглого сечения, жестко прикрепленную к продольному брусу 1, посредством хомута 2. К стойке 3 шарнирно присоединена сборочная единица в виде башмака. Нижняя часть сборочной единицы, имеющая форму равнобедренного треугольника, собрана из правой 8 и левой 8а основных полевых досок, к передним концам которых прикрепляется двухсторонний лемех 7 посредством ушек 16, регулирующих угол между полевыми досками 8 и 8а, а также угол вхождения двухстороннего лемеха 7, где полевые доски 8 и 8а являются равными сторонами треугольника. Задние концы полевых досок 8 и 8а шарнирно соединяются между собой пальцем 17 и стопорной шайбой 18. Грудь отвала плуга 5, имеющая цилиндрическую поверхность прикреплена к башмаку посредством двухстороннего седла груди 6. Седло 6 нижними частями прикреплено к верхним граням основных полевых досок 8 и 8а. Верхняя часть седла, имеющая цилиндрическую головку с отверстием, шарнирно соединена со стойкой 3. Такое соединение дает передней части корпуса возможность поворота вокруг оси стойки 3. В цилиндрической головке имеется фиксатор рабочего положения 4, зацепляющийся с ограничителями угла поворота корпуса, которые проделаны на оси стойки. Для установления рабочего положения на боковых обрезах груди 5 отвала имеются фиксаторы 23 и 23а стыковки с боковыми обрезами плеч 13 и 13а отвала. Задняя часть корпуса, также состоящая из сборочной единицы в виде опоры, имеет форму равнобедренного треугольника, симметричной относительно правой 8 и левой 8а основным полевым доскам соответственно.

а)                                              б)

Рисунок 3. Детальная разработка двух отвального корпуса для однокорпусного плуга: а) общий вид, б) вид сбоку.

Figure 3. Detailed design of double-sided moldboard for a mono body plough: a) general view, b) side view.

Сборочная единица собрана из правой 10 и левой 10а дополнительных полевых досок, передние концы которых шарнирно соединены между собой пальцем 19 и стопорной шайбой 20. Задние концы полевых досок 10 и 10а соединены стяжкой 11 посредством ушек 21, регулирующих угол между досками 10 и 10а, где полевые доски 10 и левая 10а являются равными сторонами треугольника. Задняя часть также содержит правое 13 и левое 13а плечи отвала, имеющие такую же цилиндрическую поверхность, как грудь 5 отвала, прикрепленные к основанию и кронштейну 12

посредством правой 15 и левой 15а распорок. Распорки 15 и 15а нижней частью прикреплены к верхним граням дополнительных полевых досок 10 и 10а, верхней частью к кронштейну 12. Правое 14 и левое 14а крылья отвала соответственно состыкованы с плечами 13 и 13а отвала посредством ушек 22 кронштейна, линии стыка которых проходят по оси стержня кронштейна 12. Задняя часть шарнирно соединена с передней частью в двух местах; в верхней части стойки 3 посредством головки кронштейна 12 и в нижней части к пальцу 19 соединения задних концов полевых досок 8 и 8а посредством петли 9. Петля 9 обеспечивает постоянное межосевое расстояние между осью стойки 3 и осью пальца 19 при повороте задней части относительно передней части. Для установления рабочего положения на боковых обрезах плеч 13 и 13а отвала имеются фиксаторы 24 и 24а для стыковки с боковыми обрезами груди 5 отвала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенное техническое решение обеспечивает возможность настройки геометрических параметров конструкции плужного корпуса путем применения подвижных и разъемных соединений в деталях конструкции, тем самым упрощая конструкцию плужного корпуса путем замены механизма поворота передней и задней частей их шарнирным соединением. Также обеспечено совершенствование конструкции плужного корпуса путем добавления основания на задней части с дополнительными правой и левой полевыми досками, что приводит к снижению эксплуатационных и ремонтных расходов, металлоемкости и удельного сопротивления плужных корпусов. Предложенные разработки, как конструктивные задачи, были подготовлены на основе разработанных моделей и алгоритмов с применением методов геометрического моделирования. Прикладные исследования проводились в рамках проекта “Разработка конструкции поворотного плуга, оснащенного отвалами с геометрически комбинированной рабочей поверхностью”, финансируемого Министерством инновационного развития Республики Узбекистан по гранту “ALM-2021021339”. Часть исследований по прототипированию модели G3 двух отвального корпуса двухстороннего действия с геометрически комбинированной рабочей поверхностью были проведены на кафедре “Промышленный дизайн” и в “Центре проектирования и прототипирования приложений и исследований” Ближневосточного технического университета (Анкара, Турция).