806

hN h1 m/3 ,

где m h1 h2 /3 ;

h2 - длина плоской части рабочего органа, м.

Представим балку в виде схемы, представленной на рис.3 и определим реакции в заделке.

Вертикальная сила в заделке Q N 2V .

Момент в заделке M NhN 2Vh1/2 Vh1 NhN . Универсальное уравнение упругой линии балки [6]

С учетом перемещений балки, полученных из уравнения 3.17.

где j и r - геометрические коэффициенты, зависящие от h2 . Коэффициент интенсивности напряжений определяется по формуле [5]:

где J- полярный момент инерции сечения откалываемого куска относительно оси, проходящей через центр рабочего органа.

Коэффициент интенсивности напряжений прямо пропорционален усилию вдавливания рабочего органа (Р). На его величину оказывают влияние параметры внедрения ( h1 , ), скола (J) и рабочего органа ( h2 , b, ).

Снижение величины коэффициента интенсивности напряжений можно произвести увеличением ширины лезвия, плеча скола и угла наклона щек клина. Уменьшать длину плоской части пики и глубину внедрения нецелесообразно, так как в этом случае произойдет снижение производительности процесса разрушения.

При экспериментальном определении коэффициента интенсивности напряжений K IC решаются следующие вопросы:

-выбираются наиболее рациональные формы и размеры образца; -создаются искусственные трещины; -регистрируются нагрузки и длина трещины.

Широкое распространение получили методы измерения K IC , в которых ре-

30

ализуются размеры образца и способ нагружения, соответствующие какому-либо конкретному теоретическому решению линейной механики разрушения [5].

Схема для определения коэффициента K IC использовалась типа СТ (рис.4). в этой схеме приняты следующие обозначения : - половина высоты образца, по которой образована щель; 1 - расстояние от отверстия для разрывного прибора до трещины (щели); длина образца; h1 и h2 - расстояние от отверстия до края трещины и образца; d- диаметр отверстия; b –ширина образца.

Рисунок 4. Схема нагружения образца сосредоточенной силой для определения коэффициента K IC

где РС и РQ - соответственно наибольшие усилие разрушения образца и усилие скачка в диаграмме «нагрузка-смещение»;

VC и VQ -смещение берегов трещины при соответствующих условиях. Согласно методических указаний Госстандарта принимаются следующие

размеры образца для испытания на внецентренное растяжение (рис.4): h1 =(0,45- 0,55), b=0,5 · h2 =1,25 · h2 ; d= 0,25 · h2 ; 2 =0,55b и 2 =1,2 h2 . Разность образцов составляла ω=2,5%.

Трещина (щель) в изготовленном образце должна быть получена в строго регламентированных условиях: максимальный коэффициент интенсивности напряжений цикла при изготовлении исходной трещины на данном участке длиной не менее 0,3 всей длины трещины не должна превышать 0,6 K IC .

Расчѐтная формула для экспериментального определения коэффициента

31

При соблюдении условий (7) и (8) КQ K IC .

Испытание образцов производилось на универсальной разрывной машине модели Р-0.5У4.2 ГОСТ 7855-74. скорость деформации 1-100 мм/мин. Предел измерения усилия нагружения образца 0-5000кН. В машине предусмотрена запись диаграммы усилие-перемещение (P-V) на бумагу.

Для получения требуемого значения измеряемой величины необходимо: -определить погрешность результатов экспериментальных исследований; -найти вероятностный закон, которому следует изменение измеряемой ве-

личины; -вычислить среднее значение измеряемой величины;

-определить минимальное число опытов, обеспечивающих достоверность получаемых результатов;

-найти дисперсию, среднее квадратичное отклонение величины КQ и

среднего результата (ошибки опыта); -определить величину доверительного интервала разброса среднего ре-

зультата, отвечающую заданной доверительной вероятности.

При определении погрешности результатов экспериментальных исследований исходят из положений теории ошибок [4].

Погрешность измерения усилия нагружения прибором класса точности 2% с ценой деления шкалы, равной 10Н составила 6,5Н.

Экспериментальные исследования, проведенные при соблюдении условий [7] и [8] позволили определить по выражению (9) величину коэффициента интенсивности напряжений. Распределение коэффициента K IC происходит по нормальному закону. Средняя величина коэффициента равна при доверительной ве-

роятности Рд 0,95 составила K IC = КQ =37,45МПа· м 12 .

Литература 1.Браун Х., Сроули Дж. Испытание высокопрочных металлических материалов на вяз-

кость разрушения при плоской деформации: Пер. с англ./Под ред.В.А. Дроздовского и Е.М. Моро- зова.-М.:Мир, 1972-246с.

2.Зеленин а.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами.-М.: Машиностро-

ение,1968.

3.Ирвин Дж. Испытание на вязкость трещины материалов, чувствительных к скорости

деформации// Энергетические машины и установки: Серия А, 1964. Т.86,№4-С.71-80.

4.Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.-Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1985-248с.

5.Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упруго-пластического разрушения.-2-е изд.перераб.и доп.-М.:Наука, 1985.

6.Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материа- лов.-Киев: Наукова Думка,1975.

32

7.Работнов Ю.Н. Механика твердого тела и пути ее развития// Изв.АН СССР. Механика и машиностроение.-1960.-№2.

8.Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения.-М.: Наука, 1974.

УДК 631.31

В.А. Милюткин – д-р техн. наук, Самарская государственная сельскохозяйственная академия, г. Самара, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВНЕСЕНИЯ БЕЗВОДНОГО АММИАКА

Аннотация. Данная статья посвящена повышению эффективности производства сельскохозяйственных культур при росте урожайности и снижении прямых затрат за счет использования безводного аммиака по результатам научных исследований Самарской сельскохозяйственной академии. Проведена оптимизация расстановки рабочих органов культиваторов в поперечной плоскости.

Ключевые слова: аммиак, урожайность, оптимизация, агрегат, рабочие органы, эффективность.

ВРоссийской Федерации в 90-е годы в значительном количестве в качестве высокоэффективных азотных удобрений использовался безводный аммиак, имеющий высокую концентрацию азота – до 82,2%.

Впоследующие 2000-е годы внесение аммиака практически прекратилось, несмотря на то, что в Мире его использование в сельском хозяйстве остается стабильно высоким.

Не случайно в последние годы в РФ ряд фирм, и в первую очередь, такая фирма как ООО «Аммиак - Сервис» (Саранск, Мордовская республика, Россия) представляет услуги по внесению безводного аммиака большому количеству регионов: Мордовия, Татарстан, Башкортостан, Чувашия, Пенза, Саратов, Ульяновск, Самара, Нижний – Новгород, Тамбов, Владимирская область, Краснодар и Ставропольский край.

ВСамарской сельскохозяйственной академии проведены многолетние исследования под руководством профессоров Марковского А.Г. и Милюткина В.А. по определению эффективности технологий внесения безводного аммиака и оптимизации агрегатов для его внесения.

Цель работы: обобщение научно – производственного опыта в Самарском регионе по эффективности внесения безводного аммиака и обоснование рекомендаций по оптимизации агрегатов для его внесения.

Решаемые задачи:

1.Проведение исследований по влиянию безводного аммиака на урожайность сельскохозяйственных культур.

2.Проведение анализа конструкций агрегатов с обоснованием оптимальной расстановки рабочих органов в поперечной плоскости для равномерного внесения безводного аммиака в почву.

33

Исследования по определению влияния безводного аммиака на развитие сельскохозяйственных культур и их урожайность проводились агрегатом, для внесения аммиака в почву, состоящего из культиватора КШУ-12 и емкости V = 2 м3 с арматурой для транспортирования, распределения по рабочим органам и подачи аммиака в почву. Почвы Учхоза ГСХА характеризуются среднесуглинистым черноземом. Безводный аммиак вносился по вспаханной с осени, проборонованной весной почве, перед предпосевной культивацией. При этом сравнивалось 3 варианта: 1-без удобрений; 2- с нормой безводного аммиака в 50 кг/га д. в.; 3- с нормой безводного аммиака в 100 кг/га д. в.

Безводный аммиак вносился под яровую пшеницу сорта Сансар. Наблюдения за развитием растений проводились в период колошения (13.06) Определялось три показателя: 1-высота растений по трем вариантам, в зависимости от нормы внесения; 2-биологическая масса;

3-урожайность.

В процессе исследований и наблюдений установлено положительно - прогрессирующее влияние безводного аммиака на развитие яровой пшеницы и ее урожайность (рис. 1).

Так, высота растений, биологическая масса и урожайность яровой пшеницы при увеличении дозы безводного аммиака от 50 до 100 кг/га по сравнению с возделыванием пшеницы без удобрений возрастали соответственно: на 2 и 6%, 20

и 35%, 23 и 41%.

Таким образом, установлено существенное влияние безводного аммиака на развитие яровой пшеницы и формирование урожая.

Рисунок 1. Динамика высоты растений (h, м), биологической массы яровой пшеницы (М, г/м) и урожайности (У, ц/га)

в зависимости от нормы (N, кг/га) внесения удобрений (13 июня).

При оценке эффективности аммиака на урожайность зеленой массы кукурузы использовались данные кафедры агрохимии Куйбышевского СХИ (рис.2)

Обработанные в соответствии с поставленной задачей (рис. 2), которые показывают, что для агропредприятий центральной зоны Самарской области внесение безводного аммиака с нормой 80 до 160 кг/га действующего вещества позво-

34

лит поднять урожай зеленой массы кукурузы на 16 %, для южной зоны – при норме внесения от 80, 160 до 240 кг/га – соответственно на 24 и 42%, для северной зоны – при норме внесения от 60 до 120 кг/га – соответственно на 15%.

Таким образом, доказано существенное положительное влияние безводного аммиака на урожайность зеленой массы кукурузы. В целом, как по результатам многочисленных исследований в СНГ, России, за рубежом и исследований авторов, доказана высокая эффективность действия безводного аммиака на развитие, рост и формирование урожайности сельскохозяйственных культур.

Рисунок 2. Влияние нормы внесения безводного аммиака (N, кг/га)

на урожай (У, т/га) кукурузы (зеленая масса) по почвенно-климатическим зонам Самарской области

Результаты биометрических наблюдений за развитием растений ячменя при разном количестве азота в почве, вносимого рабочими органами с различной расстановкой рабочих органов в фазе кущения и колошения. При этом изучалось влияние расстановки рабочих органов [1,2,3] в поперечной плоскости, вносящих безводный аммиак, на выравненность посевов, что, в конечном счете, дало возможность проверить теоретические зависимости по обоснованию оптимальной расстановки рабочих органов и рекомендовать для применяемых технологий возделывания сельскохозяйственных культур различную расстановку рабочих органов в поперечной плоскости для серийно-выпускаемых культиваторов.

Исследования проводились на средне-суглинистой дерновоподзолистой почве при внесении безводного аммиака на глубину 0,15 м перед посевом ячменя поперек посева. Внесение безводного аммиака осуществлялось специально для этого переоборудованным культиватором КШУ-12 с расстановкой рабочих органов в поперечной плоскости 0,45 и 0,225 м.

35

Рисунок 3. Влияние расстановки рабочих органов культиватора, вносящего безводный аммиак на развитие ячменя: h – высота растений ячменя; b – глубина

обработки почвы; а – глубина заделки семян

Проведенными исследованиями установлено, что при расстановке рабочих органов культиватора КШУ-12 в поперечной плоскости на расстоянии 0,45 м друг от друга, посевы как в фазу выхода в трубку, так и в фазу колошения имеют неравномерную высоту растений. Максимальная высота растений при этом наблюдается по следу рабочих органов, вносящих безводный аммиак, и на расстоянии 0,15 м от прохода рабочего органа в обе стороны. Высота растений по следу рабочих органов составляла в фазу выхода в трубку и фазу колошения соответственно 0,50-0,55 и 0,80-0,85 м. Наименьшая высота растений наблюдалась на расстоянии далее 0,15 м от прохода рабочего органа и составляла 0,28-0,32 и 0,50-0,58 м (рис. 3).

При расстановке рабочих органов, вносящих аммиак на расстоянии 0,225 м друг от друга в поперечной плоскости посевы ячменя были выровненными, при этом высота растений в фазу выхода в трубку составляла ≈ 0,55 м, в фазу колошения ≈ 0,85 м.

Экспериментальными исследованиями подтверждено, что оптимальное расстояние рабочих органов для внесения безводного аммиака под ранние зерновые культуры без предпосевной культивации составляет 0,225 м.

Таким образом, проведенные исследования по оптимизации расстановки рабочих органов почвообрабатывающих машин для внесения безводного аммиака, позволили рекомендовать без конструктивной модернизации выпускаемые отечественной промышленностью (РФ) культиваторы для различных технологий

(табл.1).

36

Таблица 1

Классификация культиваторов-рыхлителей для различных технологий

1)Для технологии внесения безводного аммиака перед посевом без последующих рыхлений и перемешивания почвы: КПС-4 (трехрядное расположение рабочих органов), KПП-8,4, КШП-8, КРП-3, КШУ (переоборудованный);

2)Для технологии внесения безводного аммиака на парах с последующим рыхлением и перемешиванием почвы культиваторами: КПС-4 (двухрядное расположение рабочих органов), КШУ-4, КШУ-6, КШУ-8, КШУ-12, КПО-6, КТС-10.

Литература 1. Милюткин В.А., Сергачев И.Л., Ниц А.Ю. Оптимальные решения при выборе общей

схемы агрегата для внесения безводного аммиака. Сборник научных трудов Поволжской межвузовской конференции. – Самара, 2001 218-220 с.

2.Милюткин В.А., Сергачев И.Л., Ниц А.Ю. Механико-технологическое обоснование оптимальной расстановки рабочих органов почвообрабатывающих машин для внесения безводного аммиака. Сборник научных трудов Поволжской межвузовской конференции. – Самара, 2001 248-252 с.

3.Милюткин В.А., Сергачев И.Л., Ниц А.Ю. Использование «Закона нормального распределения» для определения оптимальной расстановки рабочих органов при внесении безводного аммиака. Сборник научных трудов Поволжской межвузовской конференции. Самара, 2002 200-203 с.

УДК 631.363

Е.Н. Перетягин, ФГБОУ ВО Пермская ГСХА, г. Пермь, Россия

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА РЕЗАНИЕМ

Аннотация. Одним из самых экономичных способов разрушения зерна является резание, следовательно, правильное применение этого способа в соответствующих рабочих органах измельчителей даѐт положительный экономический эффект.

Ключевые слова: зерно, измельчение, энергоѐмкость, фураж, резание, уста-

новка.

37

Основной проблемой всех отраслей современной зерноперерабатывающей промышленности является их очень высокая энергоѐмкость т. к. около 70% всех энергетических затрат приходится на процесс измельчения зерна, а это в свою очередь составляет приблизительно 50% экономических затрат на его переработку. Снижение удельной энергоѐмкости данного процесса на 3...5% приводит к значительному снижению экономических затрат и как следствие не только себестоимости готового продукта, но и стоимости продукции.

Анализ литературы по данной теме и обзор машин, предназначенных для измельчения целого зерна (жерновых поставов, вальцевых станков, молотковых дробилок, бичевых машин и др.) показал, что все они обладают значительной энергоѐмкостью, обусловленной применением в их принципе действия таких высокоэнергоѐмких способов измельчения зерна, как сжатие и истирание. Использование удара реализовано, в основном, в молотковых дробилках, но данная технология измельчения не позволяет качественно регулировать размер измельчѐнного зерна. Скалывание применяется в дисковых мельницах, в данный момент не нашедших широкого применения в сельскохозяйственном производстве.

По данным В. Я. Гиршсона, одним из самых экономичных способов разрушения зерна является резание, следовательно, правильное применение этого способа в соответствующих рабочих органах измельчителей даѐт положительный экономический эффект [3].

Для проведения экспериментальных исследований процесса разрушения зерна резанием была использована экспериментальная установка (рисунок 1), разработанная в Пермской ГСХА на кафедре «Технического сервиса». Данная экспериментальная установка, на которой производились исследования процесса разрушения зерна резанием, конструктивно представляет собой конусный измельчитель с электромеханическим приводом рабочего органа.

В качестве базовой модели принят пастоприготовитель мясного фарша, сделанный в Пермской ГСХА на кафедре «Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства» [4], который был доработан к нашим технологическим условиям.

Рисунок 1. Общий вид экспериментального измельчителя.

1 – корпус измельчителя; 2 – ножевой конус; 3 – противорежущее кольцо; 4 – загрузочный бункер; 5 – редуктор; 6 – электродвигатель.

38

Цели проведѐнных экспериментов заключались в исследовании зависимости энергоѐмкости процесса разрушения зерна от угла наклона ножевого конуса, угла наклона лезвия ножевого конуса и частоты его вращения.

При проведении экспериментов использовались ножевые конусы с характеристиками, представленными на рисунке 2 и противорежущие кольца с характеристиками, представленными на рисунке 3.

Рисунок 2. Конструктивная характеристика ножевого конуса β - угол наклона конуса, – угол наклона лезвия фрезы.

Рисунок 3. Конструктивная схема противорежущего кольца β - угол наклона конуса

Углы наклона лезвия имеют величину – 15, 30 и 45 градусов, а конусность 65, 70 и 75 градусов соответственно.

В экспериментальной установке для привода использовался электродвигатель постоянного тока П – 41. Потребляемая мощность 3 кВт, номинальная частота вращения 2000 мин -1 при напряжении 110В. С целью уменьшения частоты вращения ножевого конуса в качестве редуктора использовалась коробка переменных передач от автомобиля ВАЗ – 2101.

Частота вращения изменялась путѐм изменения напряжения на роторе электродвигателя при помощи лабораторного автотрансформатора РНО-250-5.

Напряжение питания, сопротивление и потребляемая мощность установки контролировалась комплектом измерительным К-505.

Частота вращения ножевого конуса измерялась при помощи тахогенератора ТЭ-45, а контроль проводился тахометром часового типа ИО-30.

39