Вестник Орловского государственного аграрного университета, 2007, №5 (8) октябрь
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Сельское хозяйство
Издательство:
Орловский государственный аграрный университет
Год издания: 2007
Кол-во страниц: 40
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Вестник
ОрелГАу
№5(8)
октябрь 2007
Теоретический и научно-практический журнал. Основан в 2005 году
Учредитель и издатель: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный аграрный университет»
Главный редактор Содержание номера
Н.В. Парахин
МЕХАНИЗАЦИЯ АПК
Редакционная коллегия:
А.В. Амелин
Б.Л. Белкин
А.А. Блажнов
В.С. Буяров
В.Н. Варламов
В.Г. Васильев
А.И. Воропаев
Г. А. Гетьман
Т.И. Гуляева
А.Г. Гурин
Т.В. Гущина
М.Г. Дегтярев
Г.И. Дурнев
О.А. Иващук
А.И. Ковешников
В.В. Коломейченко
А. С. Козлов
В.Т. Лобков (зам. гл. редактора)
Н.Н. Лысенко
В.П. Наумкин
А.А. Павленко
Н.Е. Павловская
Н.И. Прока
Л.П. Степанова
В.Н. Хромов
М.Ф. Цой (ответственный секретарь)
Адрес редакции: 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина 69. Телефон: (4862)454037
Факс: (4862)454064
E-mail: nich1@orelsau.ru
Свидетельство о регистрации ПИ №ФС77-21514 от 11.07. 2005 г.
Редактор Н. Л. Гладских Технический редактор А. И. Мосина Сдано в набор 05.10.2007 Подписано в печать 08.10.2007 Формат 84x108/16. Бумага офсетная.
Гарнитура Таймс.
Объём 5,0 усл. печ.л.
Тираж 300 экз. Издательство ОрелГАУ 302028, г. Орел, бульвар Победы, 19. Лицензия ЛР№021325 от23.02.1999г
Родимцев С.А., Пьяных В.П. Совершенствование рабочих органов 2 зерновой сеялки широкополосного посева......................
Молчанов В.И. Ресурсосбережение при замене бронзы на капролон в червячных передачах приводов сельхозмашин..................... 7
АГРОПРОМЫШЛЕННОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
Блажнов А.А. Грибоводческое сооружение для фермерских и индивидуальных хозяйств...................................... 10
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ МАШИН
Кореньков О. А., Жосан А. А. Разделенные алгоритмы микропро- 13
цессорного управления дизельными двигателями............
Коломейченко А.В., Логачев В.Н. Исследование свойств покрытий, сформированных МДО, на пластически деформированном алюми- 14
ниевом сплаве АО3-7.....................................
ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ
Астахов С.М. Исследование временных интервалов бросков тока 1 6 применительно к дистанционному контролю сетевого АВР..
Гавриченко А.И.,. Чернышов В. А Повышение безопасности распределительных сетей 10 кв путем прогнозирования однофазных за- 19
мыканий на землю......................................
ТЕПЛОТЕХНИКА
Горшенин В.П. Показатели для количественной оценки энергетической эффективности отдельных элементов системы централизованно- 21
го теплоснабжения.....................................
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Ковалев А.С. Повышение надежности обработки компьютерной гра- 24
фики..................................................
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Яковлева Е.В. Экологическая безопасность и правовое обеспечение 27 охраны окружающей среды и здоровья людей..............
Шестаков Ю. Г., Хуснутдинов И. А., Полехина Е. В. Особенности обучения охране труда отдельных категорий застрахованных АПК в 30 Орловской области.....................................
АГРОЭКОЛОГИЯ
Степанова Л.П., Беляева М.В., Степанова Е.И., Таракин А.В. Эффективность использования различных стимулирующих составов на основе биогумуса в технологии выращивания рассады огурца в условиях защищенного грунта...............................
ЭКОНОМИКА АПК
Гетьман Г. А., Бухвостов Ю.В. Приоритетные инструменты финансирования дополнительных инвестиций в сельское хозяйство...
32
35
© ФГОУ ВПО Орел ГАУ, 2007
УДК 631.331
Совершенствование рабочих органов зерновой сеялки широкополосного посева
СА. Родимцев, к.т.н. (ФГОУВПО Орел ГАУ)
В.П. Пьяных, к. т.н. (ГНУ ВНИИЗБК)
Известные конструкции лаповых сошников, выполненных на основе культиваторных лап [1, 2] обладают некоторыми существенными недостатками. Так, например, при взаимодействии почвы с вертикальной стойкой-семяпроводом (особенно, при увеличении скорости агрегата) происходит разбрасывание почвенных частиц, и, как следствие, образование пред-сошниковых холмов и борозд, после прохода сеялки; нависают сорняки в месте соединения стойки и лапы. При сходе почвенных частиц с тыльного обреза лапы образуются участки их завихрения. Кроме того, отсутствует возможность разделения частиц почвы на мелкую фракцию, непосредственно укрывающую семена, и более крупную, располагающуюся на поверхности почвы так, чтобы обеспечить защиту от эрозионных процессов.
Все это во многом негативно отражается на качестве заделки семян, условиях вегетации растений и существенно снижает урожайность.
В то же время, качество заделки семян в почву во многом определяется способностью сошника копировать рельеф поверхности. При использовании лаповых сошников закрепленных на стандартных радиальных поводках, копирование микронеровностей влечет изменение угла подъема почвы на рабочем органе, в отличие от сошников, установленных, например, на параллелограмной навеске. Необходимо отметить, также, что в верхнем положении сошниковой группы, транспортный просвет сеялки оборудованной стандартным механизмом навески будет меньше аналогичного параметра для сеялки с парал-лелограмным механизмом.
Материал и методика исследований
Объектом исследования является зерновая сеялка широкополосного посева, оборудованная новыми лаповыми сошниками, установленными на параллелограмной навеске. Программа и методика исследований экспериментальной сеялки состояла в следующем:
- сошниковая группа - экспериментальная, в сравнении с сошниками дискового и лапового [2, 3] типов, установленных с помощью радиальной навески на сеялке С3-3,6;
- тяговое средство: трактор МТ3-80;
- культура - гречиха;
- норма высева - 95 кг га⁻¹;
- заданная глубина заделки семян - 6 см;
- скорость посева - 7 км час⁻¹;
- предпосевная культивация: для сеялки, оборудованной лаповыми сошниками - одновременно с посевом.
Показатели качества посева:
- глубина заделки семян;
- ширина полосы рассева;
- расстояние между полосами.
Повторность опытов - трехкратная.
Окончательная оценка экономической эффективности проводилась по фактической урожайности и расходу топлива, при сопоставимом объеме работ на посеве гречихи.
Обоснование использования параллелограмной на-вески и описание конструкции навески и сошника.
Для обоснования необходимости использования параллелограмного механизма навески для лапового сошника, рассмотрим схемы на рис. 1 и 2.
Рисунок 1 - Схемы к определению угла а, при копировании рельефа почвы и расчета разности транспортного просвета для сеялки, оборудованной лаповыми сошниками на радиальной и параллелограмной подвеске
Из схемы на рис. 1 видно, что оценить разность
угла а, определяющего положение подвески, для сравниваемых механизмов, при заданной высоте подъема лапы h можно из отношения сторон треугольника ОАВ.
Если: CA = L cos у -1, м (1)
OC = L sin у + H ,м
AD = 2l{l² + H ² -1² )(1 - cos а), м то угол а будет определяться величиной а = в1 - в₂, град
где:
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
cos в =
OC
(O OC )² + (CA )²
cos в1 =
OC - h
V( OC )² + (CA )²
Известно, что допускаемая агротехническими требованиями неравномерность глубины хода сошников Аа<2 см. По данным полевых испытаний, средняя величина микронеровностей, подлежащих копированию достигает 4.. .6 см. При этом, изменение угла а для лапового сошника на обычной радиальной подвеске, составит ±3.8°. Разность углов а при переводе сошников в транспортное положение для сеялок, оборудованных
Вестник ОрелГАУ 5’07
Безопасность жизнедеятельности
стандартной радиальной и параллелограмной подвесками будет равна 7°, при h’=0,15 м.
,м² (8)
Рисунок 2 - Схемы к вычислению приращения площади лобовой проекции лапового сошника, при увеличении угла подъема а
Увеличение угла подъема при копировании рельефа, ведет к приращению площади лобовой проекции рабочего органа (см. рис. 2).
Следовательно, увеличивается лобовое сопротивление сошника и полное тяговое сопротивление агрегата.
Требуемое тяговое усилие трактора при агрегатировании сеялки:
P = Sk , Н (7)
где: S - суммарная площадь лобовой проекции сошников, м²; k - удельное сопротивление почвы Н м⁻².
Площадь S для сеялки с параллелограмным механизмом навески, при копировании микрорельефа, в среднем, на AS меньше, чем для сеялки с радиальной подвеской.
АС с С 1 пСcosesina+в)(2—4sina—tgp) US = S —S =—Bl
2 ^ 2cosesin(z+в)
Следовательно, расчетное тяговое сопротивление сеялки оборудованной предлагаемым механизмом навески будет существенно снижено.
С целью улучшения условий равномерного распределения семян по площади поля и глубине заделки, при копировании микрорельефа, снижения количества нависающих на рабочих органах сорняков, а также для увеличения транспортного просвета сеялки, при ее транспортировке разработана новая конструкция лапового сошника и подвески сошниковой группы зерновой рядовой сеялки широкополосного посева [4, 5, 6].
Элементы сошниковой группы (рис. 3) изготовлены на базе сошниковой группы сеялки СЗ-3,6. Схема устройства показана на рис. 4 и 5. Техническая характеристика приведена в табл. 1.
Сошник сеялки для широкополосового посева состоит из семяпровода 1, стойки 2 и культиваторной лапы 3. С целью снижения интенсивности разбрасывания почвы, стойка 2 сошника наклонена в сторону его
движения. Сечение стойки в плоскости, перпендикулярной ее оси, выполнено в форме эллипса, большая ось которого совпадает с осью симметрии лапы. Для исключения забивания сорняками в передней части сошника, в пространстве между стойкой 2 и лапой 6, установлен плоский вертикальный нож 4, нижняя сторона которого опирается на поверхность лапы 6, а задняя - на поверхность стойки 2.
Таблица 1 - Техническая характеристика устройства
Наименование Данные испытаний
показателя
Тип машины Зерновая рядовая сеялка
широкополосового посева
Сошниковая группа Экспериментальная
Количество сошников 12
Тип сошника Лаповый, с тупым углом
вхождения
Тип навески Параллелограмная
Ширина захвата лапы, 300
мм
Угол установки верти- 148
кального ножа, град
Рисунок 3 - Лаповый сошник с тупым углом вхождения в почву на параллелограмной навеске
Рисунок 4 - Лаповый сошник с тупым углом вхождения: 1 - семяпровод; 2 - стойка; 3 - пальцевой сепаратор; 4 - вертикальный нож; 5 - киль; 6 - лапа
При этом линия лезвия ножа наклонена в сторону движения сошника и имеет угол вхождения в почву больший, чем угол трения стеблей сорняков по стали. Нижняя точка линии лезвия ножа выступает за носок лапы вперед и вниз в продольно-вертикальной плоскости.
Для предотвращения завихрений почвы в тыльной части сошника закрытая культиваторная лапа в продольно-вертикальной плоскости имеет обтекаемую форму верхнего контура с высотой, максимальной в зоне около 1/4 длины лапы от ее носка и постепенно убывающей к заднему обрезу, расположенному над плоскостью лезвия лапы на высоте, равной максимальному размеру высеваемых семян.
19
При этом в горизонтальной плоскости задний обрез лапы выполнен в форме кривой нормального распределения, с вершиной, ориентированной в сторону, обратную направлению движения сошника. С тыльной стороны стойки расположен киль 5, представляющий собой пластину, вертикально установленную в плоскости симметрии сошника между стойкой и лапой, причем контуры последних в этой плоскости плавно соединены вогнутой кривой, являющейся свободной стороной киля 5. Равномерная заделка семян мелкокомковатым слоем почвы обеспечивается расположенным за задним обрезом крыльев лапы сошника сепаратором-распределителем 3 почвы, выполненным в виде прямолинейных прутков, установленных на равных расстояниях друг от друга в точках крепления к лапе. Крайние прутки сепаратора 3 находятся в продольно-вертикальной плоскости и ориентированы под некоторым углом вверх, а свободные концы пары центральных прутков сведены к оси симметрии высеваемой полосы с небольшим зазором между собой и находятся на уровне лезвия лапы. Свободные концы остальных прутков в сочетании с концами крайних и центральных в поперечновертикальной плоскости образуют траекторию вогнутой формы. При этом дистанция между свободными концами прутков одинакова. Такая конструкция обеспечивает равномерное увеличение межосевого расстояния по смежным пруткам от передней к задней части сепаратора-распределителя.
Механизм навески рабочих органов сеялки, содержащий соединенный с ней поводок 1, нажимную штангу 7 с пружиной 9, закрепленную в верхней части на валу 5 подъема сошников, а в нижней - на поводке 1 и сошник 3, дополнительно снабжен дублирующей штангой 8. Последняя установлена параллельно нажимной и связана посредством винтовой тяги 10 с вертикальной стойкой 11, жестко закрепленной на сошнике 3, шарнирно соединенным с поводком 1, образующими параллело-грамный механизм. При этом верхние части нажимной 7 и дублирующей 8 штанг входят в соосные пазы сухаря 6, шарнирно установленного в вилке 4 вала 5 подъема сошников.
Работа сошника заключается в следующем. Во время движения сошника вертикальный плоский нож 4, внедряясь в почву, перерезает стебли сорняков и растительные остатки и выполняет вертикальный разрез почвы, обеспечивая тем самым снижение тягового сопротивления при перемещении стойки 2. Благодаря тупому углу вхождения в почву вертикального ножа 4 и стойки 2 при движении сошника не выносятся на поверхность более влажные слои почвы, а при встрече с трудноодолимым препятствием (валуны, корневища и др.) сошник самовыглубляется, скользя по поверхности препятствия нижней частью лезвия ножа 4, выступающей за контур сечения лапы 6 в продольно-вертикальной плоскости.
Это предотвращает поломки и выход из строя сошника. Конфигурация лапы 6 обеспечивает подъем почвы в передней и плавный ее сход в тыльной части с низко расположенным задним обрезом, имеющим выступающую назад центральную часть. При этом создаются условия для мелкой заделки семян и исключается разбрасывание почвы и завихрение ее частиц при сходе с лапы 6, даже при больших скоростях посева. Этому также способствует киль 5, рассекаю
щий стремящиеся к хаотичному перемешиванию частицы почвы, огибающие стойку 2 при движении сошника с увеличенной скоростью.
Рисунок 5 - Параллелограмная навеска лапового сошника: 1 - поводок; 2 - брус; 3 - стойка-семяпровод;
4 - вилка; 5 - квадратный вал; 6 - сухарь; 7 - нажимная штанга; 8 - дублирующая штанга; 9 - пружина;
10 - винтовая тяга; 11 - стойка
Кроме того, наличие киля 5 повышает устойчивость сошника в горизонтальной и поперечновертикальной плоскостях. Во время движения сошника почва, поднятая стрельчатой лапой 6, сходит с ее заднего обреза и попадает на сепаратор-распределитель 3. Здесь происходит дифференцированная сепарация почвы, когда более мелкие ее частицы просеиваются в узких зазорах между прутками в начальных, а более крупные - в увеличенных зазорах конечных зон сепаратора-распределителя 3. Крупные комья, не прошедшие через решетку сепаратора-распределителя 3, сходят с него в его тыльной части и располагаются на поверхности поля. Каскадное расположение элементов сепаратора-распределителя 3 обеспечивает равномерное по ширине захвата сошника распределение почвы, поступающей на прутки в виде боковых валиков, образованных лапой. При этом происходит дробление крупных комьев, в результате их перемещения от краев сепаратора-распределителя 3 к его центру по каскаду прутков.
Механизм навески рабочих органов сеялки работает следующим образом. Перед началом работы, используя винтовую тягу 10, производят необходимую установку сошника 3 в продольно-вертикальной плоскости. Затем, с помощью регулировочных отверстий на нажимной штанге 7, обеспечивают требуемое усилие
12
Вестник ОрелГАУ 5’07
Безопасность жизнедеятельности
пружины 9 и положение сошника 3 по высоте. Во время работы, благодаря параллелограмному механизму, звеньями которого являются стойка 11, винтовая тяга 10, дублирующая штанга 8 и поводок 1, сошник 3 копирует рельеф почвы не изменяя угла установки в продольно-вертикальной плоскости. При переводе сошниковой группы в верхнее положение, подошвы сошников остаются горизонтальными, обеспечивая сеялке необходимый транспортный просвет. При регулировках, вертикальных колебаниях поводка 1 во время работы и переводе сошников в транспортное положение, штанга 8 свободно перемещается в пазу сухаря 6, обеспечивая работу параллелограмма при всех возможных положениях поводка 1 и нажимной штанги 7.
Результаты и их обсуждение
Результаты сравнительных испытаний сеялок, оборудованных лаповыми, на параллелограмной навеске и дисковыми сошниками сведены в табл. 2.
Посев производился с нормой высева 95 кг га⁻¹ в испытываемом и сравниваемом вариантах, на глубину 6,0 см. Средняя глубина заделки по сравниваемым вариантам практически одинакова. Однако, коэффициент вариации глубины по базовому варианту на 2,14% больше, чем по новому. Количество семян заделанных в слое средней фактической глубины и в двух соседних слоях с отклонением ±1 см по испытываемому варианту составили 97,46% и сравниваемому 95,16%. Здесь следует отметить, что проводившимися ранее сравнительными испытаниями [7] сеялок, оборудованных лаповыми и дисковыми сошниками на радиальных подвесках, отмечено некоторое преимущество дисковых сошников. Так, количество семян в слое средней фактической глубины и двух смежных с ним, составили для лаповых сошников 93,55% и дисковых 97,18%. Это свидетельствует о явном превосходстве качества заделки семян лаповыми сошниками, установленными на параллелограмной навеске.
Широкополосный посев семян гречихи обеспечил более равномерное распределение семян по площади питания, что улучшило использование питательных веществ из почвы и дало повышение относительной полевой всхожести и урожайности зерна гречихи по сравнению с базовой технологией. При этом если в ранее проведенных испытаниях [7] сошников на радиальной подвеске, прибавка урожайности составила 1,9%, то урожайность зерна при посеве лаповыми сошниками на параллелограмной навеске была уже на 6,3% больше, чем для посева дисковыми сошниками. По критерию Стьюдента различия по урожайности зерна значимы в обоих случаях.
Установка лаповых сошников на параллелограмной навеске обеспечивает и уменьшение тягового сопротивления, а как следствие, и снижение расхода топлива. Если при базовой технологии расход топлива составлял 8,79 кг га⁻¹ на операции предпосевной культивации и боронования и 3,99 кг га⁻¹ - на операцию посева (в сумме - 12,78 кг га⁻¹), то при испытываемой технологии, при посеве лаповыми сошниками на параллелограмной навеске, с совмещением посева и предпосевной культивации, потребовалось лишь 3,24 кг га⁻¹, что почти в 4 раза меньше.
Таблица 2 - Показатели качества работы сравниваемых сеялок на посеве гречихи
Значение показателя |
Наименование показа- СЗ-3,6, с экс-
теля перименталь- СЗ-3,6
ной сошнико-
вой группой
Место проведения ис-
пытаний ОПХ ВНИИЗБК, г. Орел
Дата проведения 25.05.04 г. 25.05.04 г.
испытаний
Скорость движения, к 7,5 7,5
м ч-1
Норма высева семян, 95 95
кг га-1
Глубина заделки семян:
средняя, см
среднее квадратическое
отклонение, ± см 5,9 5,9
коэффициент вариации, 0,54 0,63
% 10,32 12,46
Семян, заделанных в
слое средней фактиче-
ской глубины и двух 97,46 95,16
соседних слоях с откло-
нением ±1 см
Ширина основных - 15
междурядий, см
Относительная полевая 92,19 83,05
всхожесть, %
Ширина полосы рассе- 20,3 -
ва, см
Расстояние между 9,7 -
полосами, см
Урожайность, ц га-1 24,8 18,5
Расход топлива, кг га-1 3,24 12,78
(3,99+8,79)
Засоренность культуры, 76,8 90,0
перед уборкой, шт м2
Снижение тягового сопротивления сеялки, оборудованной лаповыми сошниками на параллелограмной навеске связано не только с хорошим копированием микрорельефа поля, но и способностью сошников самоочищаться, благодаря их новому конструктивному исполнению.
В заключении следует отметить, что установка лаповых сошников на параллелограмной навеске обеспечивает увеличение транспортного просвета между поверхностью почвы и сошниковой группой, что намного снижает риск их контакта при транспортировании сеялки. Общий вид экспериментальной сеялки, оборудованной лаповыми сошниками на параллелограмной навеске и сравнительные посевы представлены на рис. 6, 7.
Расчет экономической эффективности сеялки, оборудованной лаповыми сошниками с тупым углом вхождения в почву, установленными на параллелограмной навеске произведен в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 23728-79, ГОСТ 23730-79 [8].
Экономическая эффективность применения сеялки СЗ-3,6, оборудованной лаповыми сошниками с тупым
19
углом вхождения в почву, установленными на параллелограмной навеске (новая машина) определялась в сравнении с сеялкой С3-3,6, имеющей сошниковую группу с дисковыми сошниками на радиальной навеске известной конструкции (базовая машина).
Рисунок 7 - Общий вид посевов гречихи, выполненный сеялкой, оборудованной дисковыми (справа) и лаповыми (слева) сошниками
Рисунок 6 - Общий вид сеялки С3-3,6, оборудованной лаповыми сошниками на параллелограмной навеске (левая секция сошниковой группы, по ходу движения), в транспортном положении
Годовой экономический эффект в рублях от эксплуатации новой машины с учетом изменения количества и качества получаемой продукции определялся по формуле:
Эгэ=(ПУдб-ПУдн)Вз (9)
где: Пудб, Пудн - приведенные затраты в рублях, соответственно, базовой и новой машины на единицу наработки продукции; Вз - зональная годовая наработка новой машины.
Определив удельные эксплуатационные затраты, в рублях, по базовой и новой машинам и зональную годовую наработку:
Вз=WэкXTз=1,13x80=90,4 га (10)
где: W₃k=1,14 га - производительность за 1 час эксплуатационного времени; Тз=80,0 ч - нормативная годовая зональная загрузка новой машины, рассчитан годовой экономический эффект от эксплуатации одной сеялки, оборудованной лаповыми сошниками с тупым углом вхождения в почву, установленными на параллелограмной навеске.
Экономический эффект составил 4077,64 руб. и получен за счет снижения количества операций в новой технологии, в результате снижения затрат на зарплату, ГСМ и амортизацию и капитальных вложений. А с учетом прибавки урожая, годовой приведенный экономический эффект составит 72814,08 руб.
Выводы
На основании полученных данных можно сделать вывод, что широкополосный посев гречихи, с использованием сошников с тупым углом вхождения в почву, установленных на параллелограмной навеске обеспечивает более равномерное распределение семян по площади питания и глубине заделки, снижение тягового сопротивления при выполнении операции посева с совмещением предпосевной культивации, самоочищение сошников от нависающих сорняков. При этом повышается урожайность зерна на 6,3%, снижается расход топлива на 9,54 кг га⁻¹. Кроме того, улучшаются условия транспортирования сеялки. Годовой экономический эффект от использования сеялки составит 72814,08 рублей.
Благодарности
Авторы выражают благодарность коллективам лабораторий механизации и сортовой агротехники Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур (ГНУ ВНИИ3БК), коллективу кафедры “Механизация технологических процессов в АПК” ФГУ ВПО Орловский государственный аграрный университет (Орел ГАУ) и лично кандидатам с.-х. наук, ведущему научному сотруднику Глазовой 3.И. и ст. научному сотруднику Мазалову В.И. (ГНУ ВНИИ3БК) за помощь, оказанную при проведении полевых испытаний и обработке экспериментальных данных.
Литература
1. Ногтиков А., Глотов А., Сазонов Д. Сошник-универсал/Сельский механизатор. - 2000. - № 3. - С.11.
2. Пьяных В.П., Родимцев С.А. Исследование комбинированного сошника для широкополосного
12
Вестник ОрелГАУ 5’07
Безопасность жизнедеятельности
посева: Сб. научи. тр./ВИМ. - 2003. - Т.147. - С. 158166.
3. Биологизированная энергосберегающая технология возделывания гречихи. Рекомендации (под общ. ред. В.И. Зотикова). - Орел. 2005. - 19 с.
4. С 1 2238628 RU А 01 С7/20, 7/00. Механизм навески рабочих органов сеялки / Родимцев С.А., Макеев О.В. (Орловский государственный аграрный универ-ситет.-№ 2003132 009/12; Заявл. 31.10.2003 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - № 30. С.234.
5. С 1 2233063 RU А 01 С7/20. Сошник сеялки-культиватора для широкополосного посева / Родимцев С.А., Пьяных В.П. (Всероссийский научноисследовательский институт зернобобовых и крупяных культур.-№ 20022134 839/12; Заявл. 23.12.2002 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - № 21. С.271.
6. С 1 2233062 RU А 01 С7/20. Сошник для широкополосного посева / Родимцев С. А., Пьяных В.П. (Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур.-№ 2002132 342/12; Заявл. 02.12.2002 // Изобретения (Заявки и патенты). - 2004. - № 21. С.271.
7. Отчет ЦЧ МИС № 14-20-2003 (4210102) от 29.11.2003г.
8. ГОСТ 23728-79 - ГОСТ 23730-79 “Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки”. - М.: Изд-во стандартов, 1979, 15 с.
УДК 631.3-236-035
Ресурсосбережение при замене бронзы на капролон в червячных передачах приводов сельхозмашин
В.И. Молчанов, к.т.н. (ФГОУВПО Орел ГАУ)
Важнейшей задачей машиностроения является создание машин и оборудования с высокими и качественными характеристиками, малой себестоимостью и металлоёмкостью. Решению этой задачи способствует широкое применение в машинах деталей из пластмасс, в частности, червячных колёс. Как известно, в настоящее время, подавляющее большинство червячных передач изготавливается с колёсами, имеющими бронзовый венец (чаще всего, из бронзы Бр 010Ф1). Внедрение в промышленность червячных передач, у которых венец колеса изготовлен не из дорогостоящей оловянной бронзы, а из относительно дешевой пластмассы, является актуальной проблемой.
Однако область применения таких передач ограничивается относительно невысокой их несущей способностью, лимитируемой для большинства передач изгибной выносливостью зубьев. Изгибная выносливость зубьев червячных колёс с пластмассовыми колёсами имеет свои особенности. Они недостаточно изучены и не в полной мере учитываются в существующих методах расчёта и при проектировании передач. Это сдерживает широкое внедрение червячных передач с колёсами из пластмассы, в частности, из капролона, в машиностроение.
Цель работы
Разработка методики расчёта зубьев на выносливость при изгибе для червячных передач с колёсами из капролона.
Методы исследования
При разработке исходных червяков, уточнённом расчёте минимальной суммарной длины контактных линий, получении формулы для проверочного расчёта, а также с целью прогнозирования долговечности полимерных зубьев и оценки несущей способности передачи использовались математические моделирование и программирование.
В процессе экспериментальных исследований теоретические предпосылки проверялись с использованием электротензометрирования и поляризационно-оптического метода при оценке напряжённого состояния капролоновых зубьев. Проводились усталостные испытания червячных передач в лабораторных и производственных условиях, в частности, полевые испытания косилки КММ-1,0, привод хода которой содержал червячную передачу с капролоно-вым колесом.
1. Свойства капролона и определение допускаемых напряжений
Анализ исследований по усталостной прочности пластмасс показал, что почти все полимеры более чувствительны, нежели металлы, к усталостным явлениям. Коэффициент усталостной прочности большей части термопластов (k = Оjjm / 6-b) равен 0,1; для капролона k = 0,2...0,28. Поэтому в качестве материала для червячных колёс, работающих в режиме многократного циклического нагружения, выбран капролон. Зубья капролоновых червячных колёс обладают
19
высокой износостойкостью и хорошей прирабатывае-мостью.
1.1 Физико-механические и термические
свойства капролона В конструкционного назначения
Основные свойства капролона В как конструкционного материала приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Физико-механические и термические свойства капролона В конструкционного назначения
Показатель Капролон В
(ТУ 6-05-983-73)
Плотность р, кг/м3 1150...1160
Температура плавления Тпл, °С 220...225
Теплостойкость по Мартенсу Тм, 75...76 (60...75*)
°С 190...220
Теплостойкость по ВИКА Тв, °С 1,6 • 103
Удельная теплоёмкость, Дж/(кг. 90...95
°С) 100...110
Предел прочности, МПа: 120...150
при растяжении ор 6...20
при сжатии осж 2,060...2,310
при изгибе ои 100...150
Относительное удлинение при разрыве 4...6
Ео!, % 200...250
Модуль упругости при растяжении Ер, 1,5. ..2,0
ГПа 6...7
Ударная вязкость, кДж/м:
без надреза
с надрезом
Твёрдость по Бринеллю НВ, МПа
Водопоглощение за 24 ч Вп24, %
Водопоглощение максимальное Бпгаах,
%
* Температура размягчения при изгибе
Колёса из капролона менее чувствительны к погрешностям изготовления и монтажа, лучше прирабатываются, наматывания материала на червяк не наблюдается. Однако область применения червячных передач с колёсами из капролона ограничивается относительно невысокой их несущей способностью (Т₂=160...210Нм), лимитируемой изгибной выносливостью зубьев.
1.2 Сравнение капролона и бронзы по стандартным механическим показателям
Сравнение капролона В и бронзы по основным физико-механическим свойствам приведено в таблице 1.2.
1.3 Определение допускаемых напряжений при расчёте на изгибную выносливость
Допускаемое напряжение при расчёте на выносливость при изгибе рассчитывается по формуле:
KFP ' °Т lim Y Y Y Y &FP = “ YnYbYRYX ,
SF
где: oF ₗᵢₘ — условный предел выносливости зубьев при изгибе, соответствующий эквивалентному числу циклов перемен напряжений для исходной передачи, МПа. Его значения, определённые экспериментально, следует принимать: 44,7 и 45,4 МПа соответственно для передач с исходным червяком по ГОСТ 19036 - 81 (зуб колеса нормальной толщины) и утоненным витком червяка (зуб колеса утолщенный).
Коэффициент KFP характеризует отношение условных пределов изгибной выносливости для проектируемой и исходной передач, т.е.
KFP =
& F lim aF lim
При этом, если o*F ₗᵢₘ > oF ₗᵢₘ,TO значение коэффициента KFP принимают равным 1.
Таблица 1.2 - Сравнительные показатели физикомеханических свойств капролона В и бронзы
Свойства Капролон В Бронза
Плотность, кг/м3 1150. ..1160 8580. ..8800
Теплостойкость по Вика, °С 190...220 ---
Теплостойкость по Мартенсу, °С 75...76 ---
Коэффициент линейного рас- 10 1,7
ширения, °С •10 ---5
Теплопроводность при 20...90 1,2 93,6
°С, Вт/м2 • °С
Водопоглощение за 24 ч., % 1,5 -э 2 ---
Усадка материала при литье, % 3 1,4. ..1,61
Водопоглощение max, % 6,5 ---
Удельная ударная вязкость,
кДж/м2:
без надреза 100...160 200. ..300
с надрезом 4...6 ---
Предел прочности при статиче-
ском изгибе, МПа 120. ..150 ---
Предел прочности при сжатии, 100...110 150. ..280
МПа
Предел прочности при растяже- 90...95 150. ..280
нии, МПа
Удлинение, % 20 3...8
Твёрдость по Бринеллю, МПа 200...250 750...1100
Предел прочности при срезе, --- 250...300
МПа
Модуль упругости при растяже- 2,060...2,31 90,0
нии, ГПа
Модуль упругости при сдвиге, 3,780...5,30 ---
ГПа
Коэффициент трения о сталь:
без смазки 0,1 0,17
со смазкой 0,04 0,06
Относительная износостойкость
без смазки
Pa- v, МПа • м • с-1 0,08 0,4
Коэффициент безопасности sF для полиамидных чер
вячных колёс следует принимать при постоянной нагрузке равным 2...2,7, знакопеременной - 3...4.
Коэффициент долговечности YN определяется по формуле:
Yn
6 NF lim b
N N FE
где: NFlimb - условное базовое число циклов перемен напряжений, для капролона NFlimb = 10⁶; NFE - эквивалентное число циклов перемен напряжений. Так как большинство червячных передач работает при длительных нагрузках, близких к постоянным, то NFE = 60 n₂t, где n₂ - частота вращения червячного колеса, мин⁻¹; t - время работы на данном режиме за период эксплуатации, ч.
Коэффициент Yb, учитывающий градиент напряжений и чувствительность материала к концентрации напряжений (опорный коэффициент), можно принимать для капролоновых колёс равным 1,3.
Таблица 2.1 - Исходные данные и результаты расчета червячной передачи на прочность
12
Вестник ОрелГАУ 5’07
Безопасность жизнедеятельности
Значение
Исходный или определяемый параметра
параметр передачи
Исходные данные
Сталь 40Х -
Материал пары капролон В
Модуль зацепления m, мм 3,5
Число витков (зубьев):
Червяка Z1 2
Колеса Z2 28
Диаметры делительных окружностей, мм:
Червяка <( 35
Колеса d2 98
Межосевое расстояние aw, мм 66,5
Коэффициент смещения x 0
Длительный угол подъема у, град. 11,3
Рабочая ширина венца b2, мм 30
Передаваемая мощность Р, кВт 0,55
Частота вращения n1 (n2), мин-1 909(65)
Температура окружающей среды, Уа,оС 25
Условия смазки Жидкая
Базовое число циклов перемен направлений NFln 106
Расчет кинематических и нагрузочно-скоростных параметров
Передаточное число u 14
Вращающий момент Т1 (Т2), Нм 5,78 (64,7)
Минимальная суммарная длина контактных 54,9
линий, мм
Окружающая сила FFt2, Н 1320
Окружная скорость Уокр, мс-1 1,66
Расчет температуры зубчатых колес
Коэффициент трения ц 0,04
Коэффициенты:
К№, Мпа-1 1.5-10-5
С 0,72-108
Максимальная температура зуба V2max оС 26,3
Расчет зубьев на выносливость при изгибе
Коэффициент разрушающей нагрузке CF, Мпа 6,73
Коэффициент формы зуба YF2 1,77
Коэффициент концентрации напряжений:
Теоретический а„ 1,72
Эффективный Ко 1,625
Модуль упругости, Мпа:
о
при растяжении Ер 2200
при сжатии Есжо 2350
«конструктивный» Е,,° 700
Коэффициенты:
KFa 0,5
Kfb 1,35
KFV 1,1
К:: 1,2
KFy 0,905
Расчетные напряжения изгиба oF, Мпа 10,8
Условный предел выносливости зубьев при изгибе
соответствующий эквивалентному числу циклов 44,7
перемен напряжений cFlim, Мпа
Коэффициент безопасности SF 2
да (Не огра ничивается
Ресурс передачи Lh**, ч данным
уровнем
напряжений
изгиба)
** Ограничивается старением капролона в эксплуатационных условиях.
2. Пример расчета
Исходные данные, основные характеристики и результаты расчета на прочность нестандартной червячной передачи редуктора хода моторизованной малогабаритной косилки ККМ-1,0 приведены в таблице 2.1.
Примечание: степень точности изготовления металлополимерной червячной передачи назначается по ГОСТ 1643-81 в зависимости от режима работы с учетом технологических возможностей ее изготовления, а величина гарантированного бокового зазора (ГОСТ 1643-72) - по виду сопряжения и межосевому расстоянию.
Результаты исследования
Применение капролоновых червячных передач целесообразно и эффективно в основном в условиях крупносерийного и массового производства при замене цветных металлов литыми (или прессованными) колёсами из капролона крупнотоннажного производства с минимальной последующей механической обработкой. Капролоновые червячные колёса обладают высокой износостойкостью и хорошей прирабатывае-мостью. Червячные редукторы с капролоновыми колёсами рекомендуются для приводов мощностью от 2 до 4 кВт, работающих при температуре смазки до 90...100 °С и скорости скольжения до 3.4 м-с⁻¹.
Испытания червячных и глобоидальных передач с колёсами из капролона при скорости скольжения 6 м/с показали, что вращающий момент на валу колеса для глобоидной и червячной пар с колёсами из капролона был выше, чем с колёсами из бронзы БрА9Ж4 соответственно в 3 и 1,3 раза, а к.п.д. редуктора -соответственно на 4.6 и 18.20%. Капролоновые колёса в опытном червячном редукторе питателя пыли после четырёх лет эксплуатации (20 тыс.ч) находились в удовлетворительном состоянии. Их долговечность оказалась в 3 раза выше, чем бронзовых. Применение капролоновых червячных колёс позволяет значительно снизить массу редуктора, а также получить экономию средств и дорогостоящей бронзы.
При замене бронзы БрА9Ж4 на капролон В в редукторе ходовой части моторизованной малогабаритной косилки КММ - 1,0 масса венца червячного колеса уменьшилась с 0,75 до 0,1 кг, а экономия в год за счёт меньшей объёмной цены капролона при выпуске косилок 6000 шт/год составляет 233100 руб. При расчёте приняты стоимости бронзы и капролона соответственно 83000 руб/т и 234000 руб/т. Экономический эффект составляет 51,8 тыс. руб. на 1 т заменённой бронзы.
Выводы
Перспективным видится применение капролона в глобоидных передачах и с червяками ZT, имеющих по сравнению с червяками ZA преимущества как по нагрузочной способности, так и по коэффициенту полезного действия.
Учет шероховатости переходной поверхности (коэффициент Yᵣ) и размеров червячного колеса (коэффициент Yₓ) производится следующим образом: при шероховатости поверхности RZ 40 мкм Yᵣ = 1, a Yₓ = 1,05 - 0,000125 d₂, где d₂ - делительный диаметр червячного колеса.
19
УДК 631. 234
ГРИБОВОДЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ И ИНДИВИДУАЛЬНЫХ
ХОЗЯЙСТВ
А.А. Блажное, к.т.н. (ФГОУВПО Орел ГАУ)
Культивируемые грибы содержат до 7,5 % белка и ряд необходимых человеческому организму витаминов и минеральных веществ. Высокие питательные и вкусовые качества грибов обусловили увеличение их мирового производства, которое за последние 20 лет возросло примерно вдвое и в настоящее время превышает 3 млн. т. в год. Наиболее крупным производителем является Китай—около 1 млн. т, 400 тыс. т выращивается в США. В развитых европейских странах промышленное грибоводство стало одной из основных отраслей сельскохозяйственного производства. Из ряда введённых в искусственную культуру съедобных грибов в основном выращиваются шампиньоны (1 млн. т) и вешенка (35 тыс. т.). Так в Нидерландах ежегодный объём производства шампиньонов составляет 255, Франции—175, Польше—120, Испании и Италии—по 110 тыс. т. Из стран с развитым грибоводством наиболее высокий показатель производства на душу населения в Нидерландах—16 кг в год. В России в последнее двадцатипятилетие наращивается производство шампиньонов и вешенки, составившее в истекшем году примерно 9 тыс.т. Разработанной отраслевой программой предусматривается увеличение годового объема культивирования грибов до 15 тыс.т., что несопоставимо с мировым уровнем и недостаточно для удовлетворения потребности населения в этом виде продукции.
Технология выращивания вешенки, для которого используются отходы сельскохозяйственного производства (например, солома злаковых культур, лузга подсолнечника и гречихи), менее сложная, чем шампиньонов, и наиболее подходит для применения в фермерских и индивидуальных хозяйствах. К особенностям производства вешенки, влияющим на строительные решения сооружений, относятся повышенная влажность воздуха в период плодоношения (ф=75-95% при температуре 15-25°C) и необходимость естественного или искусственного освещения в течение 812 ч. в сутки. Биологическая особенность вешенки -более высокая урожайность на вертикальной поверхности субстрата, чем на горизонтальной. В связи с этим средства выращивания (например, пленочные мешки, наполненные измельченной влажной соломой с разросшейся грибницей), устанавливаются в культивационное помещение рядами, высота которых значительно превышает их ширину.
Для культивирования вешенки используются как специальные, так и приспособленные помещения: подвалы, животноводческие постройки и др. Однако использование приспособленных помещений не всегда возможно, а строительство грибоводческого здания из традиционных материалов и конструкций (кирпича, железобетона и т.д.) требует существенных капиталовложений. С целью снижения затрат для проектирования и строительства рекомендуется легкое сооружение с стальным каркасом (его основными элементами являются арки из облегченных
профилей и предварительно напряженные проволочные прогоны) и ограждающей конструкцией в виде мягкой утепленной оболочки с внешними слоями из светостабилизированной полиэтиленовой пленки. Предлагаемая конструктивная схема каркаса грибоводческого сооружения приведена на рис. 1. Возможность ее практической реализации устанавливалась на основании натурного испытания статической нагрузкой арки каркаса пролетом 9м из гнутых профилей. Анализ напряженно-деформированного состояния испытанной конструкции показал следующее: реальное поведение арки в процессе испытания соответствовало принятой расчетной схеме; болтовые соединения элементов конструкции практически не влияли на ее де-формативность; предварительно напрягаемые проволочные прогоны недостаточно надежно раскрепляют арку из ее плоскости и ддя обеспечения общей устойчивости конструкции необходимо предусматривать дополнительные распорки из труб в четвертях пролета по всей длине сооружения.
Рисунок 1 - Схема каркаса грибоводческого сооружения: 1 - арка; 2 - проволочные прогоны; 3 - распорка;
4 - связи
Технологически требуемая площадь арочного сооружения обусловливает возможность выбора ряда соответствующих ей значений планировочных параметров. Для нахождения оптимального пролета в функции площади сооружения составлялась и исследовалась целевая функция
п = Ен ■ YCi(L) + э(L)^ min (1) при условии S=A-L=const,
где: П - приведенные затраты на единицу площади сооружения; Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Сi - затраты на отдельные конструктивные элементы; Э - годовые затраты на отопление; S, A, L - соответственно площадь, длина и пролет сооружения.
Исследование полученной функции приведенных затрат:
L Л L² L
П = 0,487 -^2 + 211,67 — +1,76 L + 87,74 — +
S S S
+ 121,82 + 102,24 + ,: руб >|
L S L м ² ) ’
показало их монотонное возрастание с увеличением пролета (рис. 2), что обусловлено изменением в большую сторону площади ограждающих конструкций и теплопотерь. В связи с этим устанавливалось изменение приведенных затрат на единицу продукции, так как при варьировании пролета изменяется масса субстрата для выращивания грибов, укладываемого в сооружение. Определенно, что при площа
12