Влияние продольных размеров парового культиватора на показатели копирования рельефа поля

Введение. Обработка почвы оказывает существенное влияние на структуру и водо-воздушный баланс почв [1-4]. Анализ показателей работы почвообрабатывающих технических средств позволил установить, что в сравнении с дисковыми или комбинированными орудиями культиваторы обеспечивают наибольшую производительность при низком удельном расходе топлива, более высокую степень уничтожения сорняков, снижение гребнистости поверхности поля и отклонения от заданной глубины обработки [5]. Благодаря этому культиваторы для сплошной обработки почвы (паровые культиваторы) получили широкое распространение в сельскохозяйственном производстве [6]. Конструкция их основных узлов имеет достаточно глубокое теоретическое обоснование, однако методика выбора параметров прицепного устройства обоснована довольно слабо и традиционно сводится к рекомендации отношения рабочей ширины культиватора к его кинематической длине. Считается, что рост кинематической длины орудия за счет увеличения длины £_п прицепной сницы культиватора способствует повышению его динамической устойчивости, при этом влиянием данного параметра на другие показатели работы культиваторного агрегата чаще всего пренебрегают [7].

Целью представленного исследования является выявление закономерности влияния продольного размера парового культиватора на его способность к копиро ванию рельефа поля в направлении движения агрегата.

Материалы и методы исследования. Пространственная структура поверхности поля обусловлена особенностями геологического строения рельефа и характеризуется такими показателями, как длина L и амплитуда А волны (рисунок 1), угол склона, коэффициент выраженности и др. При этом, поскольку параметры макро- и нанорельефов поверхности поля несопоставимы с габаритными размерами орудия и расстояниями между его опорами, наибольшее влияние на положение прицепной серьги культиватора оказывают характеристики мезо- и микрорельефа поверхности поля [8].

При работе культиваторного агрегата прицепное устройство трактора может перемещаться по вертикали в диапазоне от Zm i_n до Z_max (рисунок 1), например, от 230 до 660 мм от поверхности поля для тракторов третьего тягового класса [9]. Одновременно с этим расположение прицепной серьги культиватора будет зависеть от положения опор культиватора (в предположении, что они не отрываются от поверхности поля), а также его длины и гипотетически может выходить за зону, ограниченную возможными верхними и нижними положениями тракторного прицепного устройства (положение Б на рисунке 1). Это будет приводить к нарушению условия приемлемого взаимного расположения орудия и трактора, провоцируя снижение качества процесса обработки почвы.

Рисунок 1 - Схема перемещения культиватора по поверхности поля с учетом его продольного рельефа

Рассмотрим траекторию движения прицепной серьги культиватора при копировании рельефа поверхности поля. Поскольку углы локальных склонов поверхности поля малы (ас = 1,5-4,5°), для упрощения расчетов принимаем поверхность склонов не синусоидальной, а прямолинейной (рисунок 2), при этом считаем, что все его опоры в любой момент времени не отрываются от поверхности поля. Пройденный культиватором путь можно разбить на отдельные участки.

/к - длина культиватора, м; к) - линейное расстояние между передней и задней опорами культиватора, м; һк - высота расположения рамы культиватора в рабочем положении над поверхностью поля

Рисунок 2 - Схема копирования рельефа поля культиватором с жесткой фиксацией прицепной сницы

На участке 1-2 горизонтальная координата X принимает значение:

рии движения прицепного устройства трактора:

4 cos ст < А”]2 <0,5-Л.       (1)

^Z_Hn(^) = ^n№+Z_mn,     (3)

Вертикальная координата прицепной серьги культиватора:

ZcnW = ^nWc + К *cos^ •(2)

Нижнее Z_H и верхнее 2_Д(А") значение координат по вертикали траекто-

ZB\W = X\№e^Z™.-(4)

На участке 2-3:

0,5 • L < Х₂₃ < 0,5 • L + (/,. -/ ) cos а. , (5)

Т-^^Х^ = Xlj£ac + К i C0S ас '(6)

4(36) 2016 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование

^Я2з(^) = (^ —^2з)^^с +Zmin ,   (7)         ZB2s(^) = (^ — ^2з)^^с + Zmax •   ($)

На участке 3-4:

0,5-Z + (4-/O)cos(z < vT34<0,5-Z + 4 coscrc,                    (9)

ZC34(X) = 0,5Ltgac + fcloW^clIk _ (2^ _ 1)(Хз4 _ 0 5Z _ ^ _ioyosa^tgac , (io)

cos ac

ZH34(X) = (L-X34)tgocc + Z^,                     (11)

^вз4^) = (L — X3^tgac + Z_ .                    (12)

На участке 4-5

0,5-L + Ik cosa45                        (13)

Z!.4^X^ = U.-X4^igac+hiJcosac1                (14)

^Я4з(^) = (^ _ X45)tgocc + Zmn,                    (15)

^в4з(Х) = (L — X45)tgocc + Z_ .                    (16)

На участке 5-6

Z<^36c,                   (17)

Z С5б(Х) = (L-X56)tgac+hk/cos ac,                  (18)

ZH56 (X) = (X56 — E)tgac + Z_,                     (19)

Zbs6(^0 = (^56— X)tgac + Z_ .                    (20)

На участке 6-7

L + (lk-lo) cos ac61k cos ac,                (21)

zc6? W = Qo -!)>тас+М cos ac 1)(X67 - L ~(lk -1 cos ac }tgac , (22)

ZH6i(X) = (^6?— X)tgac + Z^ ,                   (23)

ZB6i(X) = (^Т67 — L)tgac + Z^ .                       (24)

Из данных, представленных на ри-

сунке 2, видно, что условие рационального

расположения прицепной серьги культива-             ZC23(vT) >ZB23(X\        (25)

тора может нарушаться на участках 2-3,

3-4, 5-6 и 6-7 в том случае, если возника-               ZC34(X)> ZB34(X),        (26)

ют условия, описываемые неравенствами:

ZC56^X) ^Я5б(^) ,        (27)

^С67(^0 < ^я67Ш •        (28)

Критические значения Х23кр, Х34кр, \бкР и Х61кр, характеризующие диапазо ны выполнения условий (25-28), могут быть определены с использованием уравнений:

^ _+ 2

cos а

2zgac

——27, sin а + — tea + 2 — sin а - Ltea - к      с 1 о с 7       с ос шах

,    _ cosa_c                 1_О           1_О

34кр                                                 1

2№(г-1)

2£rga_c--Z_mn .   _          cos а_с

56кр"      2^

—+ 2/² sin а, + ILLtga^ + 2/? sin а, -41.1 sin а, - Z-l

О                            ь       К         С       КО         С       ІІПІ1 о cos ас

2lktgac

Диапазоны горизонтального переме- дит выход прицепной серьги за границы щения культиватора, в которых происхо- рациональной зоны:

^2^2 4  ^34^,

23^?

И

При этом доля критических участков при выполнении технологического процесса g _ ^^24  ^^57

” L '

Вероятность нарушения качества выполнения технологического процесса, обусловленная несоответствием параметров культиватора рельефу поля:

Результаты и их обсуждение. На рисунке 3 приведены расчетные зависимости показателя д от длины культиватора /_к при линейном расстоянии между передними опорными колесами и планчатыми катками культиватора (передняя и задняя опоры) /₀ ~ 3,70 м и высоте расположения рамы орудия над поверхностью поля в работе һ_к~ 0,45 м.

Рнтп = 0 при 5 < 0,       (34)

Рнгп =--- ” при 5 > 0. (35)

Рисунок 3 - Доля критических участков, на которых возможно нарушение качества технологического процесса, обусловленное несоответствием параметров культиватора рельефу поля

Анализ графиков, представленных на рисунке 3, с учетом выражений (34) и (35) позволяет констатировать, что увеличение продольного размера культиватора, за счет приращения длины его прицепной сницы, приводит к росту вероятности нарушения качества технологического процесса, обусловленного несоответствием параметров орудия рельефу поля.

Заключение. Продольный размер парового культиватора оказывает существенное влияние на его способность к копированию пространственной структуры поверхности поля в направлении движения агрегата. Критическая длина культиватора (при постоянном расстоянии между его передними и задними опорами) в значительной степени должна определяться параметрами рельефа поля - чем меньше длина волны колебаний поверхности рельефа (при постоянном значении высоты отклонения от базовой линии), тем короче должна быть длина прицепного устройства культиватора. Так, например, при величине углов локальных склонов менее одного градуса, кинематическая длина культиватора может составлять 9 и более метров, при углах локальных склонов около 1,3° кинематическая длина орудий должна быть не более 7,7 м, а при углах склонов около 2,3° не должна превышать 6,3 м, что необходимо учитывать при проектировании данных орудий. В целом уменьшение длины прицепной сницы культиватора позволяет повысить его способность к копированию поверхности поля в продольном направлении, снизить вероятность нарушения требований по равномерности глубины обработки почвы.