4918

2

УДК 630*:65.011.54

Попиков, П. И. Процессы и машины в лесном комплексе [Текст] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки магистров 15.04.02 – Технологические машины и оборудование / П . И. Попиков, Д. Ю. Дручинин, В. П. Попиков ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2015. – 44 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 2 от 31 октября 2014 г.)

Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ д-р техн. наук, проф. Д.Н. Афоничев

Методические указания могут быть использованы при обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального образования.

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лабораторная работа № 1…………………………………………………………. 4 Лабораторная работа № 2…………………………………………………………...9 Лабораторная работа № 3………………………………………………………….13 Лабораторная работа № 4………………………………………………………….17 Лабораторная работа № 5……………………………...…………………………..24 Лабораторная работа № 6………………………………………………………….27 Лабораторная работа № 7…………………………………………...……………..30 Лабораторная работа № 8…………………………………………….……………35 Лабораторная работа № 9………………………………………………………….39 Библиографический список………………………………………………………..43

4

Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛЕСНОГО

ПЛУГА С КОМБИНИРОВАННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

1.1.Цель работы

Приобрести навыки определения основных геометрических и технологических параметров рабочих органов почвообрабатывающих орудий и характера воздействия дисков на почву при различной их установке.

1.2. Лабораторное оборудование и инструмент

Для проведения исследований была разработана и изготовлена экспериментальная установка (рис. 1.1), основными узлами которой являются комбинированный дисковый корпус плуга, включающий в себя диск 4, вращающийся с помощью гидромотора 3, стойка корпуса плуга 2, рама 1, отвал 5, тензометрическая навеска 8, навеска тележки 7, передвижная тележка почвенного канала 6, опорное колесо 9.

На стойке смонтирован гидромотор, на валу которого жестко закреплена звездочка, соединенная со звездочкой привода диска цепной передачей.

Лабораторная установка навешена на передвижную тележку почвенного канала и подключена к ее гидравлической системе (рис. 1.2). Гидросистема состоит из следующих основных элементов: электродвигателя, установленного на раме тележки и предназначенного для привода шестеренчатого насоса, регулирующей и контрольной гидроаппаратуры, включающей распределитель, предохранительные клапаны, гидродроссель и т.д. Регулирование производительности насоса обеспечивается распределителем и гидравлическим дросселем.

Глубина обработки почвы регулируется высотой установки опорного колеса 9. Угол атаки α регулируется в пределах от 25° до 55° путем поворота стойки 3 (рис. 1.1). Угол наклона диска регулируется болтовым соединением в различных положениях и принимает значения от -10° до 20°.

Влажность почвы измеряется термовесовым методом, при этом используется сушильный шкаф (рис. 1.2, а) и электронные весы (рис. 1.2, б).

5

1 6

Рис. 1.1. Экспериментальная установка дискового плуга

а б

Рис. 1.2. Оборудование для определения влажности почвы: а – сушильный шкаф, б – электронные весы

6

1.3. Порядок выполнения работы

Программа исследований включает в себя:

- определение качественных показателей дискового плуга при свободно вращающемся дисковом рабочем органе, при изменении углов атаки α от 25° до 55° с шагом 10°, наклона диска β в вертикальной плоскости от 5° до 15° с шагом 5°. Скорость движения плуга постоянная и в среднем должна составлять 0,25…0,3 м/с. Показатели необходимо определить при следующих значениях твердости почвы: 0,5; 0,9 и 1,3 МПа. Влажность почвы при этом должна находиться в пределах от 15 до 20 %;

- определение качественных показателей дискового плуга при принудительном вращении рабочего органа с частотой вращения от -9 до 9 с-1, а также при изменении углов атаки α от 25° до 55°, наклона диска β от -10 до 20°.

- определение влияния параметров установки дополнительного отвала на качественные показатели при свободно вращающемся диске и с принудительным вращением от гидромотора.

Перед началом серии опытов проводится подготовка почвенного канала, которая заключается в увлажнении почвы, рыхлении на глубину около 35 см с целью равномерного распределения влаги и размельчения слежавшихся комков почвы, а также выравнивание ее поверхности отвалом тяговой тележки, лопатой и граблями.

После каждого прохода орудия почва выравнивается и уплотняется. Твердость замеряется прибором конструкции Ю.Ю. Ревякина через 1 м в шахматном порядке на глубину 20…30 см. Определение тягового сопротивления дискового корпуса плуга необходимо выполнить с изменением углов атаки α от 25° до 55° и наклона диска β от - 10 до 20°, при твердости почвы 0,5; 0,9 и 1,3 МПа.

Повторность каждого опыта – трехкратная. Увлажнение производится по мере потребности для поддержания относительной влажности почвы на уровне 15…20 %. Скорость движения агрегата определяется измерением времени прохождения мерного участка пути, не содержащего отрезка разгона и торможения.

В ходе исследований замеряется профиль борозды с помощью металлической рамки конструкции В.И. Вершинина (рис. 1.3), которая оснащена тремя шкалами для измерения в трех плоскостях ZОY, ZОX, YОX профиля борозды.

7

Рис. 1.3. Закладка кубиков в почвенном канале с помощью металлической рамки конструкции В.И. Вершинина:

а– закладка кубиков; б – трехкратность закладки кубиков

Впроцессе проведения опытов также необходимо определить коэффициент оборачиваемости пласта почвы по перемещению кубиков из борозды в гребень борозды путем учета количество кубиков, осыпавшихся в борозду. Влажность почвы измеряется термовесовым методом. Для этого из почвенного канала по всей глубине заделки послойно через 5 см заполнялись почвой цилиндрические бюксы. Потом бюксы взвешивались на электронных

весах, высушивались в сушильном шкафу при температуре 100…105 °С в течение 5 часов. По полученным значениям до и после просушивания находят массу испарившейся воды. Влажность почвы определялась в процентном отношении от испарившейся воды и массы сухой почвы.

Следующим этапом проведения исследований является определение граничных координат прохода дискового рабочего органа. Для этого предварительно необходимо выкопать траншею глубиной 20 см и шириной 60 см, в которую с помощью мерной рейки через каждые 3 см закладывается нижний ряд деревянных пронумерованных кубиков. Затем насыпается слой почвы, уплотняется и с помощью металлической рамки в почвенном пласте выставляется глубина 15 см и укладывается еще один слой пронумерованных деревянных кубиков. Таким же образом производится закладка еще двух слоев на глубине 10 и 5 см, и на поверхности закладывается последний пятый ряд кубиков, координаты которых заносятся в журнал исследований. Таким образом, пронумерованные кубики

8

образовывали в почве пространственную решетку. Для их изготовления был выбран древесный материал, удельный вес которого близок к удельному весу почвы. Размер кубиков составляет 10 мм, их поверхность выполнена шероховатой дляобеспечениялучшегоконтактаспочвой.

Для изменения углов атаки, наклона диска, регулировки высоты и углов установки отвала на корпусе дискового плуга предусмотрены регулировочные отверстия и при помощи угломера выставляются требуемые углы.

После каждого прохода дискового рабочего органа необходимо найти деревянные кубики путем снятия тонких слоев почвы в поперечной плоскости по ходу движения тележки. При нахождении кубика его координаты замеряются и заносятся в таблицу, после чего продолжаются поиски других кубиков. Повторность каждого опыта трехкратная.

Впочвенном канале кафедры МЛХ и ПМ определялись следующие качественные показатели работы плуга: коэффициент оборачиваемости пласта r, поперечное смещение пласта d, глубина обработки a.

Врезультате выполнения статистической обработки экспериментальных данных, полученных путем замера перемещения положения кубиков после прохода плуга, необходимо получить различные профили борозды.

Коэффициент оборачиваемости пласта определяется из соотношений количества кубиков, попавших в обернутый пласт ηпер (переместившихся), к общему количеству кубиков ηобщ, заложенных перед проходом плуга, и рассчитывается по формуле

ηобщ

Для определения качественных показателей работы лесного дискового плуга получены зависимости коэффициента оборачиваемости пласта от угловой скорости вращения дискового рабочего органа. В ходе эксперимента изучалось прямое (с плюсом) и обратное (с минусом) вращение дискового рабочего органа от гидромотора.

1.4. Содержание отчета

Название лабораторной работы; цель работы; таблица с заданными, рассчитанными и измеренными параметрами; схема орудия; формулы для

9

вычислений с результатами вычислений; анализ экспериментальных зависимостей; выводы.

1.5. Контрольные вопросы

1.Перечислить основные геометрические и технологические параметры дисков и отвалов почвообрабатывающих орудий.

2.Как влияют геометрические и технологические параметры дисков и отвалов на качественные показатели работы орудия, способность преодолевать препятствия?

3.Порядок определения координат частиц почвы посредством металлической рамки конструкции В.И. Вершинина.

Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛЕСНОГО

ПЛУГА С КОМБИНИРОВАННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

2.1. Цель работы

Приобрести навыки определения основных энергетических параметров дисковых рабочих органов почвообрабатывающих орудий и их характер при различной установке.

2.2. Лабораторное оборудование и инструмент

Изменение давления в нагнетательной гидромагистрали отслеживается датчиком давления, который снабжен демпфирующим устройством для предотвращения его выхода из строя при гидравлическом ударе (рис. 2.1). Тяговое сопротивление измеряется с помощью тензодатчика. Сигналы от датчика подаются через модули аналогового ввода-вывода - ADAM-4017 и ADAM-4016 на преобразователь интерфейса RS-232/RS-485 - ADAM-4520 и

далее обрабатываются ЭВМ (рис. 2.2).

Модули состыкованы для обмена информацией с компьютером и работают с коммуникационным стандартом RS-485, обеспечивая связь с помощью команд в текстовом ASCII формате. Каждому модулю соответствует свой собственный набор, включающий десять команд.

10

Рис. 2.1. Общий вид датчика давления

а

б

в

Рис. 2.2. Устройства обработки данных: а – модуль ввода сигнала тензодатчика; б – модуль преобразования интерфейса; в – модуль аналогового ввода

Тарировка датчика давления производится с использованием насосной станции. Датчик подсоединялся к распределителю насосной станции. Давление в насосной станции изменяется с шагом 0,5 МПа, при этом сигнал с датчика записывается на компьютер. Для определения тягового сопротивления плуга используется тензометрическая навеска, разработанная сотрудниками ВГЛТА

(рис. 2.3).

Для регистрации тягового сопротивления используется ряд приборов: тензометрический датчик, преобразователи сигнала, компьютер (рис. 2.4). Данные об изменении усилия отображаются на мониторе в виде графика и параллельно записываются в другую программу в виде чисел, что удобно при