LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 14
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

распределения удобрений и средств защиты растений с помощью автоматизированны-
ми системами контроля заданной дозы с учетом ширины захвата, скорости движения
агрегата и других параметров технологического процесса [2].
Особое внимание будет уделено разработке информационных технологий и соз-
данию технических средств для дифференцированного внесения удобрений и химиче-
ских средств защиты растений. Первоочередной разработке подлежит создание техни-
ческих агрегатов для дифференцированного локального внесения минеральных и орга-
нических удобрений при возделывании зерновых и пропашных культур,
оборудованных системами навигации, позволяющими определять координаты их на
поле.




109
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.


ВЫВОДЫ
Совершенствование технологий утилизации навоза в направлении более полного
использования физической массы и питательных элементов навоза и помета позволит к
концу прогнозируемого периода примерно в 2 раза снизить загрязнение водных источ-
ников. Ожидается также значительное сокращение (до 30% в среднесрочном плане)
выделения в окружающую среду аммиака путем снижения выброса вредных веществ
вентиляционными системами из животноводческих помещений, а также сведения к
минимуму периода между разбрасыванием и заделкой навоза и запрету сжигания соло-
мы. Рост применения сидератов и парование полей стабилизирует, а затем повысит со-
держания гумуса на 5-8% и биологическую активность почв на 30-50%.
Применение передовых технологий переработки и использования навоза, а так-
же высокоэффективных средств механизации обеспечит поддержание бездефицитного
баланса гумуса в почвах и за счет более полного внесения удобрений и сохранности
органических и питательных веществ, повышение урожайности сельскохозяйственных
культур до 50%, сокращение объема транспортных затрат на 30-40%, снижение расхода
питьевой воды на фермах на 20-30%.
Нейтрализация выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей позволит
снизить содержание в выхлопных газах СН до 80%, СО и СО2-до 90%. Применение во-
зобновляемых источников энергии и газомоторного топлива в мобильной сельскохо-
зяйственной энергетике обеспечит снижение токсичности в выбросах по основным
контролируемым параметрам: окиси углерода (СО) в 3-4 раза, окислам азота (NхO) в
1,2-2,0 раза, углеводородам (СН) в 1,2-1,4 раза.
Расчеты показывают, что в денежном выражении предотвращенный экологиче-
ский ущерб составит не менее 15 млрд. руб., страна получит дополнительной продук-
ции не менее 18 млн. т в пересчете на зерно.

ЛИТЕРАТУРА
1. Концепция «Воздействие техногенеза на сферу агропромышленного произ-
водства, ее охраны от техногенных воздействий и проблемы производства экологиче-
ски чистой продукции». – М.: РАСХН, 2002.
2. Личман Г.И., Марченко Н.М. Механика и технологические процессы
применения органических удобрений.-М.: ВИМ, 2001.
3. Стратегия машино-технологического обеспечения производства
сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года М.;ВИМ,2003 64 с.
4. Концепция развития механизации и автоматизации процессов в животновод-
стве на период до 2015 года. ВНИИМЖ, Подольск 2003 100 с.

Получено 11.02.2005.




110
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.


V. N. Afanasiev, DSc (Eng)
North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification,
St-Petersburg, Russia

DEVELOPMENT STRATEGY FOR ENVIRONMENTAL SAFETY OF FARMING

Summary

The strategy for improving the system of environmental safety of agricultural produc-
tion has been elaborated on the basis of analysis of All-Russia programs of plant and livestock
production development. It includes organizational, technological and field management ac-
tivities.
The methodology of its designing is based on the information model of environmental
state of farming with due account for controlled and uncontrolled factors, status factors and
efficiency indices, as well as analysis of technologies and machines for ecologically clean
food-stuffs and feeds production. The strategy includes the conceptions for separate technol-
ogy elements and natural environment components.
The concept of soil fertility improvement defines the requirements of soils in organic
fertilizers which could be covered by the drastic increase in straw and ciderates (green ma-
nure) use, that might close the gap of 700-plus million tons of fertilizers.
Soil tillage concept includes the activities aimed at soil texture recovery by minimum
soil tillage introduced on from 40 to 50% of arable land.
The concept of soil pollution control stipulates the lower animal density; reduced min-
eral fertilizers application, enlarging the areas under green cover, eliminating the spillage of
oils and lubricants, more tight control over plant protection chemicals application.
Underground and surface water sources protection will be improved by establishing
the strict norms of nitrates content in the ground water, by enlarging and improving manure
storing facilities for 6 to 10 months period, seasonal restriction of field manure application,
banning of earthen storing facilities use.
Atmospheric air protection will be aimed at improving the design methods of ventila-
tion systems, introducing the strict emission norms of hazardous substances, primarily ammo-
nia, from livestock houses, introducing climate control close loops with the exhaust air dry-
ing, cleaning and deodorizing systems.
Manure treatment concept envisages the application of techniques and equipment for
animal and poultry manure treatment and processing, which would ensure the safe long stor-
ing, the preservation of physical mass and nutrients and better uptake of nutrients by the
plants.
The concept pf organic and mineral fertilization includes the development of highly
effective practices and equipment, which would avoid natural environment pollution and pro-
vide precise dosing and field distribution of fertilizers and plant protection chemicals via
automated control systems.
Estimated prevented ecological damage owing to the implemented above concepts will
amount to no less than 15 billion roubles; no less than 18 million tons of additional products
in terms of grain will be produced.




111
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.


И.П. Ксеневич, д-р техн. наук, проф., академик РАСХН; А.А.Соловейчик;
Всероссийский научно-исследовательский институт
механизации сельского хозяйства (ВИМ), Москва
Н.М. Орлов, канд. техн. наук
Всероссийский институт сельскохозяйственного машиностроения
(ВИСХОМ), Москва
В.Г. Шевцов, канд. техн. наук
Всероссийский научно-исследовательский институт
механизации сельского хозяйства (ВИМ), Москва

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ МОБИЛЬНЫХ
МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ
С СОВМЕЩЕНИЕМ ФУНКЦИЙ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ И ДВИЖИТЕЛЯ

В основе тяговой концепции агрегатов лежит использование веса энергосредства
для создания требуемого тягового усилия. Удельный вес трактора в машинно-
тракторном агрегате (МТА) составляет по массе около 70%, а по цене – 80%. С ростом
мощности энергосредства наблюдается устойчивая тенденция к росту материалоёмко-
сти как трактора, так и агрегата в целом. Вместе с тем, важнейшим фактором снижения
затрат в производстве и эксплуатации агрегатов в условиях возрастающего дефицита
ресурсов является материалоемкость машин – расход материальных ресурсов на изго-
товление, эксплуатацию и ремонт машин.
При сохранении тяговой концепции трактора необходимо решать задачу умень-
шения веса последнего при одновременном снижении до экологически безопасной ве-
личины буксования его движителей. Это требует проведения работ по созданию новых
типов движителей, в т.ч. использующих реактивную силу активных рабочих органов.
Основная и предпосевная обработка почвы составляют наиболее значительную
часть в общем балансе энергозатрат на выполнение производственных процессов в
полеводстве.
Выполнение операций почвообработки агрегатами тяговой концепции сопрово-
ждается значительным буксованием движителей, особенно колесных, т.к. зона макси-
мального тягового кпд трактора соответствует зоне высокого буксования ходовой сис-
темы. Значительное буксование движителей вызывает перерасход топлива, приводит к
перетиранию почвы и, как следствие, к снижению ее плодородия, а также к выбросу в
атмосферу вредных веществ в виде резиновой пыли [1].
Наиболее распространенным способом механической обработки является
вспашка отвальными (лемешными) плугами. Однако после вспашки почва не готова
для посева сельскохозяйственных культур, вследствие недостаточной степени рыхле-
ния пласта, перемешивания его слоев, выравненности поверхности поля и других фак-
торов. Поэтому для улучшения качества обработки при подготовке почвы под посев
проводятся дополнительные операции – дискование, культивация, боронование и т.д.
Многократные проходы МТА по полю, помимо увеличения расхода топлива, вызыва-
ют дополнительное уплотнение почвы ходовыми системами агрегатов, снижая урожай-
ность сельскохозяйственных культур [2]. Отметим также, что при вспашке лемешными
плугами образуется уплотненная поверхность, называемая «плужной подошвой», пре-
пятствующая перемещению питательных веществ в почве.



112
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.


Существует большое количество типов рабочих машин, использующих для соз-
дания движущего усилия реакцию почвы при ее обработке (машины с цепными носи-
телями плужных отвалов, дисковые, шнековые и др.) [3].
Однако математическое описание условий обеспечения заданных показателей
качества технологического процесса при эффективной реализации рабочими органами
функции движителей до сих пор не создана.
Анализ показал, что по простоте конструкции, удобству практической реализа-
ции и совершенству рабочего процесса предпочтение следует отдать фрезерным маши-
нам прямого вращения (по ходу агрегата)2 с горизонтальной осью, расположенной по-
перек направления движения МТА.
Значительные достижения в создании стыковочных систем [4] делают возмож-
ным создание агрегата, у которого почвенная фреза-движитель с технологическими ко-
лесами размещена на месте заднего моста с ведущими колесами. Предварительная про-
работка вопроса показала, что использование съемного моста на тракторе типа «Бела-
рус – 1221» дает снижение массы, перемещаемой по полю, на 1300 кг.
Ротор фрезерной машины состоит из дисков шириной b , насаженных на его ось.
На дисках крепятся ротационные ножи, в большинстве случаев Г -образного типа. За
один проход Г -образный нож отрезает стружку высотой a , где a = aф - глубина обра-
ботки (фрезерования) (рис. 1). При этом поверхность резания стружки можно разделить
на лобовую, шириной b и боковую, шириной S .
Равнодействующая F сил реакции почвы, приложенная к ротационному ножу,
отклонена на угол ? , от касательной к окружности ротора, проведенной через режу-
щую кромку ротационного ножа (рис. 2). Из рисунка следует, что при прямом враще-
нии ротора горизонтальная составляющая реактивной силы Fx направлена по ходу аг-
регата, т.е. является движущей. Вертикальная составляющая FZ направлена вверх и
способствует выглублению ротора.
Окружное усилие ротора Fокр связано с равнодействующей силой F
соотношением:
Fокр = F cos ? . (1)
Составляющие равнодействующей могут быть определены по формулам
(рис. 2):
Fx = F sin ? ; Fz = F cos ? , (2)
где ? = ? + ? ; ? - угол поворота ротационного ножа, отсчитываемый от гори-
зонтали.

Точку приложения равнодействующей силы F следует брать на расстоянии
0,5a борозды, а угол ? = 15о для острых ножей [5, c.148]. Тогда
? 0,5a ф ?
? = arcsin ?1 ? ?, (3)
? R?
? ?
где: R – радиус ротора (режущих кромок ротационных ножей).



2
Фрезы обратного вращения создают тормозящую силу.
113
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.



v




Fx

Fz
Fокр
Рис.1. Основные размеры Рис. 2. Силы, действующие на ротацион-
стружки ный нож

С учетом выражений (1) и (2) толкающее усилие ротора может быть определено
через окружную силу:
F sin ?
Fx = o (4)
cos ?
Используя полученное выражение, можно найти соотношение между горизон-
тальной составляющей реактивной мощности Р х и мощностью, подведённой к ротору:
Используя соотношения между силами Fо и Fx (4), найдем:
Рo k ?
Px = Fx v п = , (5)
?
cos ?
v
где ? = o - кинематический параметр ротационной машины; k ? = - ко-
sin ?
vп
эффициент; v o - окружная скорость ротора; v п - поступательная скорость агрегата;.
При заданной номинальной мощности двигателя Рн потребная мощность опре-
деляется по формуле:
Pe = ? ?1 Рo + ?Рн , (6)
н

где ?н - нагрузочный кпд трансмиссии, принимаемый постоянным; ? - отнесен-
ные к номинальной мощности потери холостого хода (0.03..0.05) [6].



114
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.


На стадии проектирования номинальная мощность определяется исходя из
потребной мощности и допустимого коэффициента загрузки двигателя - Рн = Pe / k и . м .
д


Тогда:
Po k ид. м
Pe = , (7)
? н ( k и . м ? ?)
д

д
где k и . м - допустимый коэффициент использования мощности двигателя
(0,85…0,95) [6].
На основании рациональной формулы акад. В.П. Горячкина для плугов проф.
А.Д. Далин предложил выражение для определения мощности фрезерования [7]:
( )
Pф = Ро = aф bф v K p + K отб v 2 , (8)
рез

где K p и K отб - коэффициенты удельного сопротивления соответственно реза-
нию (Па) и отбрасыванию ( Н? с 2 / м 4 ) почвы; v рез - скорость резания (абсолютная ско-
рость режущей кромки ротационного ножа), м/с; bф - ширина захвата фрезы.
Величина в скобках представляет собой удельную энергоемкость (Дж/м3) про-
цесса фрезерования почвы:
Еф . уд = K p + K отб v 2 = Е р . уд + Еотб. уд. (9)
рез



Одновременно величины Еф. уд , Е р. уд и Еотб. уд могут трактоваться как удельные
сопротивления (Па) соответственно фрезерованию, резанию и отбрасыванию почвы.
Надо сказать, что экспериментальные исследования величин K p и K отб немногочис-
ленны, носят разноплановый, фрагментарный характер, а различные источники зачас-
тую противоречат друг другу.
Важным достоинством любой математической модели является использование
минимально необходимого количества параметров для описания процесса. Это может
быть достигнуто, например, путём установления связи между входными параметрами
модели. Так, на основании анализа экспериментальных данных [6, c.249], получено
линейное уравнение регрессии (коэффициент корреляции r = 0,92) , связывающее ве-
личины K p и K отб (рис. 3):
K отб = 0.009 K p + 0.32 (10)
Другой эффективный путь снижения неопределенности в выборе исходных дан-
ных – установление функциональных зависимостей между показателями и режимами
работы машины.
Важнейшим, можно сказать главным, параметром фрезерной машины является
подача на нож S , определяющая степень крошения почвы, скорость резания, энергоем-
кость процесса и т.д. Соотношение, связывающее подачу S с кинематическим пара-
метром ? , радиусом R и количеством ротационных ножей n имеет вид [8, с. 242]
2?R
S= . (11)
?n
Экспериментальными исследованиями установлено, что коэффициент сопротив-
ления резанию K p зависит от скорости резания v рез и, в особенности, от подачи S . На
основании гипотезы Риттингера, состоящей в том, что работа, необходимая для из-


115
ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.


мельчения материала, пропорциональна поверхности, образованной при измельчении
проф. А.Д. Далин установил гиперболический характер зависимости K p (S ) [9, c.148]:
C
Kp =C = const .
, (12)
S
Очевидно, что сопротивление резанию почвы зависит от площади обрабатывае-
мой поверхности. Поэтому поправочный коэффициент
А + Абок
k п. уд = лоб , (13)
V
предложенный в монографии [10], равный отношению площади резания стружки (со-
стоящей из лобовой и боковой поверхностей) к её объему, согласующийся с гипотезой
Риттингера, представляется наиболее обоснованным.
С учетом изложенного представим удельную работу резания в виде
Е р. уд = K p = k pl k vp k п. уд , (14)
где k pl - коэффициент пропорциональности (кН/м) («линейный»3 ( l ) удельный
коэффициент сопротивления), характеризующий физико-механические свойства обра-
батываемого материала и зависящий от конструкции рабочего органа и состояния ре-
жущих кромок.

Kотб,
кНс2/м4




Kp, кПа
Рис. 3. К построению уравнения регрессии, связывающего коэффициенты со-
противления резанию и отбрасыванию почвы:
0 - при установке рыхлящих лап впереди ротора; ? – без предварительного рых-
ления почвы

3
Предложенное название связано с размерностью коэффициента - кН/м.
116
ISBN 5-88890-034-6. Том 1.


Безразмерный коэффициент kvp , характеризующий влияние скорости резания на
сопротивление резанию, представим в виде линейной функции:
( )
kvp = 1 + ? vp v рез ? v o , (15)
рез

где v o - «базовая» скорость резания (3..5 м/с),
рез

? vp - коэффициент прироста сопротивления по скорости(0,04…0,5 с/м).
Скорость резания почвы определим по формуле:
v рез = v 1 ? 2? sin ? + ?2 , (16)
где ? - угол, соответствующий точке приложения равнодействующей сил ре-
акции почвы, вычисляемый по формуле (3).
Обратимся к вычислению коэффициента k п. уд (13). Лобовая поверхность резания
равна Алоб = l p b , где b - ширина ножа (стружки).
Длина резания l p определяется по формуле [8, c.249]
?
R2
l p = ? 1 ? 2? sin ? + ?2 d? . (17)
? ?1
Угол ?1 , соответствующий началу погружения ножа в почву (точка N , рис. 4)
равен
?1 = arcsin (1 ? aф / R ) . (18)
Угол ? 2 , соответствующий окончанию процесса резания (точка А, рис. 4) опре-
деляется по формуле:4
? 2 = ? ? arcsin (1 ? hг / R ) , (19)
где hг - высота гребня, определяемая точкой пересечения соседних циклоид
(рис. 4).
Боковая поверхность резания определяется как разность площадей
Абок = NOKM ? 2 ? APO = Saф ? 2 ? APO . (20)
Учитывая, что нижней точке циклоиды O соответствует поворот ножа на
угол ? = ? / 2 (рис. 4), площадь криволинейного треугольника АРО равна:
?/2
d
APO = ? z ( ?) x ( ? ) d? . (21)

<< Пред. стр.

страница 14
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign