ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
2231
Сурет 4 – Жұмыс режімі
Оқұ құралын жасауда generator программасы пайдаланылды және электронды оқу құралдарын жасаудың барлық мемелекеттік стандарыттарына сайкес және ЭОБ барық талаптарын қанағаттандырады.
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1. Рахымбекова З. Серпімділік және созымдылық териясының негіздері: оқулық. – Алматы: Республикалық баспа кабинеті, 1993. – 228 б.
2. Безухов Н.И. Сборник задач по теории упругости и пластичности. – Москва, 1957.
3. Демидов С.П. Теория упругости. – Москва: «Высшая школа», 1979.
4. Горшков А.Г., Старовойтов Э.И., Тарлаковский Д.В. Теории упругости и пластичности. – Москва: Физматлит, 2002.
УДК 631.31+631.4.
МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ РЫХЛИТЕЛЯ ДЛЯ ПОСЛОЙНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Каляева Екатерина Геннадьевна1, Исмурзенов Байтас Амангельдиевич1, Кантарбаев Нурлан2, Ерболат Азамат2
1студенты, 2магистранты Западно-Казахстанского аграрно-технического университа имени Жангир хана, г. Уральск, Казахстан
Научный руководитель – Б.Н. Нуралин
2232
Орудие предназначено для послойной обработки почв, которые имеют разные физико - механические свойства по пахотным горизонтам. Агротехнические требования предусматривает сохранения каждого почвенного слоя на местах без перемешивания и исключает выталкивание не плодородных слоев из пахотного горизонта на поверхность поля, просыпание гумуса вниз.
Технологический процесс работы орудия показывает (рис.1), что почвенный пласт с разными модулями деформации под воздействием рыхлительной лапы изгибается [1, 2], происходит расслоение горизонтов, так как σАсж
>> σВраст
., положения нейтрального и граничного слоев определяются
A A
В В 02
01
h E
h E y
y , (1)
A A
B B B A
B C
h E
h 1 E
h 1 h 1 h 0.5 h
y , (2)
где у1, у2 – расстояния от нейтральной оси до центров тяжести соответствующих горизонтов, м; hА, hВ – мощность горизонтов, м; ЕА, ЕВ – модули деформации горизонтов, Н/м2.
Рисунок 1 – Расчетная схема к обоснованию технологии послойной обработки комбинированного рыхлителя
Пахотный горизонт перемещается вверх по рыхлительной лапе и поднимает верхний слой. Цельный верхний слой препятствует перемещению и создает сжатие пахотному горизонту. Разрушенный пахотный горизонт дополнительно разрыхляются вертикальными ножами, установленными на плоскорежущей лапе. После расслоения верхний слой сохраняет целостность и имеет плотность
А Л A
А н.р.
x 1 A
A
Е B h
2μ 1 R 1 m
γ γ , (3)
гдеRн.р.x – тяговое сопротивление ножа – рыхлителя, кН; A– коэффициент для верхнего слоя; m – количество ножей-рыхлителей; Вл – ширина пласта, м;
Качество обработки пахотного слоя можно оценивать степенью крошения и скважностью почвы после ее обработки. Взаимосвязь между скважностью почвы до ее
2233
обработки С0 и вспушенностью после обработки Вп и скважностью С пахотного слоя можно определять зависимостью
100 В
100 В С С
п п
о
. (4) Полученные данные показывают, что чем больше скважность, тем меньше плотность и больше водопроницаемость почвы. Это ведет к увеличению удельной поверхности, которые усиливаются при наличии воды в порах. Исходя из этого, используя результаты исследования С.Н. Капова по установлению связи между прочностью единичных контактов частиц и свойствами почвенной среды [3], разработаны основные принципы модели процесса разрушения почвы – переход от количественного определения напряженно- деформируемого состояния (НДС) почвы под действием клина в новое качество- образование поверхностей разрушения (PiП)
Рисунок 2 – Структурная схема модели разрушения почвы
Качество работы и тяговое сопротивление безотвального корпуса зависит от положения ножей на поверхности лемеха и их конструктивных параметров (высота, толщина, угол заточки и угол установки ножей к дну борозды) [4, 5, 6].
При движении рабочего органа в виде двугранного клина на его поверхности и по боковым граням ножей возникают силы трения (рис. 3)
FT f
NocNб
, (5) где f – коэффициент трения почвы о сталь; Noc– сила нормального давления на основание клина, кН; Nб– сила нормального давления на боковую поверхность ножа, кН.Сила нормального давления на основание клина определяется выражением Noс b
zoc
x dx0
, (6) где
b
– ширина клина, м;
– длина клина, м;
ocz( x )
– текущее значение нормального напряжения на основание клина, мПа.2234
Рисунок 3 – Напряжения и силы нормального давления на основания клина и боковые поверхности ножей-рыхлителей
Сила нормального давления на боковую поверхность ножа вычисляется по формуле N
x z dx dzF
б
y , ) (
, (7) где
у– нормальное напряжение на боковой поверхности ножей-рыхлителей, мПа.Почва деформируется клином и ножами-рыхлителями. В результате чего возникает напряжение на поверхности клина
z, на боковых поверхностях
х,
у и поверхности заостренной части ножей – рыхлителей
зч (рис. 4, в).Ножи имеют одностороннюю внешнюю заточку. Тогда почва между ножами не сжимается ими, т.е. относительная деформация вдоль оси У
у 0
, а напряжение
зч можно исключить. Используя обобщенный закон Гука, напряжение
у выражаем через
z
z 1
у , (8) где
- коэффициент Пуассона для почвы.Исследования ученых [7,8,9] показали, что максимальное значение
z возникает у лезвия лемеха и уменьшается по мере удаления от него линейно. Тогда текущее значение нормального напряжения на основании клина определяется зависимостью (рис. 5,а)
zoc(x)
zmin kx, (9) где
min max
z
k z .
Общая нормальная сила на основании клина равна
max min
2 z z
oс
N b
, (10) где zmax- максимальное напряжение у лезвия лемеха вдоль оси Z, мПа; minz - минимальное напряжение на поверхности лемеха, мПа;
- длина лемеха, м;b
- ширина лемеха, м.Принимая закон изменения напряжения z по оси Z линейным, запишем закономерность изменения напряжения по высоте пласта (рис.4, б)
z
h x x k
k z
z
z
min
min
(11)2235
Рисунок 4 – Напряженное состояние пласта: а) схема взаимодействия рабочего органа с почвой:
1. двугранный клин; 2. ножи-рыхлители; 3. почва; б) эпюра нормального напряжения в пласте почвы по высоте; в) напряженное состояние выделенного объема почвы
Общая боковая нормальная сила равна
Н Н
z z
б h
tg k h
tg tg
k N tg
24 6
6 2
1
2 4 2
3 max 3
2
max
, (12)
где – угол установки ножей-рыхлителей ко дну борозды, град; hH – высота ножей- рыхлителей, м; k– коэффициент, характеризующий изменение напряжения по ширине лемеха.
Тяговое усилие, необходимое для преодоления силы трения пласта по поверхностям рабочего органа определяется по формуле
Р f cos1
Noc2Nб
, (13) где 1- угол установки клина ко дну борозды, град.Тяговое сопротивление ножей - рыхлителей определяется по формуле, учитывающей основные физико-механические свойства почвы и их параметры
п 1
1 2 1
п B
н.р. В
x 2k υ sinβ
cosβ f Д sinβ
γ Аυ g sinα E
L s
R
, (14)
где Д= Е В[1-2 μВ2
/(1- μВ)] / [(1- μВ2
)]2; А=γВ(1-nВ)(1+W/100)/g; s – толщина рабочей поверхности ножа – рыхлителя, м; L - длина рабочей поверхности ножа – рыхлителя, м; γВ - плотность солонцового горизонта, Н/м3; nВ - коэффициент скважности солонцового горизонта, %; W - относительная влажность, %; υп - поступательная скорость, м/c; μВ - коэффициент Пуассона для солонцов; к - коэффициент, учитывающий угол заточки ножа - рыхлителя; α – угол установки ножей - рыхлителей к дну борозды, град.; β - половина угла 1 заточки ножа – рыхлителя, град.
Влияние отдельных конструктивных параметров на тяговое сопротивление ножей- рыхлителей представлено на рисунке 5.
С увеличением значения высоты Х1, угла установки ко дну борозды Х2 ножей и ско- рости движения Х4 тяговое сопротивление рабочего органа возрастает, а расстояния между ножами-рыхлителями Х3 и его на лемехе Х6. тяговое сопротивление уменьшается.
Для изучения влияние конструктивных параметров рыхлительной лапы на показатели работы был проведен шестифакторный эксперимент по плану Хартли 2к-1 [10].
2236
Рисунок 5 – Влияния высоты Х1, угла установки ко дну борозды Х2 и расстояния между ножами-рыхлителями Х3., скорость движения Х4, положения стойки на подпятнике лапы Х5 и ножа-
рыхлителя на лемехе Х6 на тяговое сопротивление.
Изменяющиеся входные контролируемые факторы (рис. 6):
Х1 – высота ножа- рыхлителя; Х2 – угол установки ножа - рыхлителя ко дну борозды;
Х3 – расстояние между ножами-рыхлителями; Х4 – скорость движения; Х5 – положение стойки на подпятнике лапы; Х6 – положение ножа-рыхлителя на лемехе.
Рисунок 6 – Схема рыхлительной лапы с указанием входных факторов
Выходные факторы: степень крошения Кп, вспушенность Вп и тяговое сопротивление Р. Критериями оптимизации были скважность Сп =60…61% и степень крошения Кп
=70…80% пахотного слоя почвы после обработки при минимальном тяговом сопротивлении.
После проведения эксперимента и исключения незначимых коэффициентов были получены уравнения регрессии (15)-(17), которые показывают влияние конструктивных параметров рыхлительной лапы и скорости его движения на (рис. 7)
степень крошения пахотного слоя, % Кп = 58,22+2,66 Х1 – 2,5Х2 – 1,79 Х3 + 4,83Х4 – 2,17 Х6 - 3,92 Х1Х2-
- 1,71 Х2 Х5 + 3,25Х2 Х6 - 2,43 Х4 Х6 - 4,63 Х5 Х6 (15) вспушенность почвы, %
Вп = 29,84 + 2,49Х1 – 3,01Х3 + 2,01Х4 – 2,21Х1Х3 – 1,67Х42+ 1,26Х52+ 0,82Х62
(16)
общее тяговое сопротивление рабочего органа, кН Р = 25,14 + 1,33Х1 + 1,16Х2 – 1,3 Х3 + 1,07Х4 – 1,57Х6 + 1,95Х1Х2
-1,39Х1Х3 - 0,82Х2 Х4 - 0,99 Х5 Х6 (17)
2237
Полученные теоретические и экспериментальные значения входных факторов приведены в таблице 1 и указывают на правильность составленной модели взаимодействия рабочего органа с почвой.
Таблица 1. Теоретические и экспериментальные величины входных факторов для рыхлительной лапы с вертикальными ножами
Рисунок 7 – Влияние Х5 (расстояние от носка подпятника до стойки) и Х6
(расстояние от нерабочей части ле меха до ножей) на степень крошения пахотного слоя К (%) и вспушен ность Вп (%), общее тяговое сопро тивление рабочего органа Р (кН) при Х1=0 (высоты ножей
№
п/п Конструктивные параметры Кодовое обозачение
Определены
Теоретический Эксперимен- тально
1. Высота ножа-рыхлителя, м Х1 0,22…0,28 0,24…0,28
2. Угол наклона к дну борозды, град. Х2 53…580 500
3. Расстояние между ножами, м Х3 0,17…0,25 0,18…0,22
4. Расстояние от носка подпятника до стойки, м Х5 - 0,16…0,18 5. Расстояние от нерабочей части лемеха до ножа-
рыхлителя, м
Х6 0,01 0,04
2238
– рыхлителей -0,16м),Х2=0 (угол установки ножей к дну борозды - 700), Х3=0 (расстояние между ножами-рыхлителями- 0,25м), Х4= 0 (скорости движения - 1,67м/c).
Выводы:
1.При увеличении высоты ножей - рыхлителей Х1 и скорости движения Х4 степень крошения пахотного слоя увеличивается, а при увеличении угла установки ножей - рыхлителей ко дну борозды Х2, расстояние между ножами-рыхлителями Х3 и удалении ножа-рыхлителя от лезвия лемеха Х6 – уменьшается;
2.При увеличении высоты ножа-рыхлителя Х1, угла установки их ко дну борозды Х2 и приближении ножа - рыхлителя к лемеху Х6 тяговое - сопротивление увеличивается, а при увеличении расстояния между ножами рыхлителями Х3 - уменьшается. Это объясняется тем, что увеличение Х1 – увеличивает его зону контакта с почвой; Х2 – вызывает переход резания скольжения в резание без скольжения; Х3 – уменьшает относительную деформацию пласта почвы в поперечном направлении.
Список использованных источников
1. Нуралин Б.Н., Константинов М.М. Обоснование формы рабочего органа и конструкции фрезерного барабана комбиниро ванного рыхлителя //Известия Оренбургского госагроуниверситета. – Оренбург, 2011. – № 2. – С.66-69.
2. Нуралин Б.Н., Константинов М.М., Хмура А.Н., Потешкин К.С. Сравнительный анализ рабочих органов плоскореза-глубокорыхлителя на основе компьютерного моделирования // Вестник Российской академии сельско хозяйственных наук. Научно- теоретический журнал. – М., 2012. – №1. – С.39-41.
3. Капов С.Н. Механико-технологические основы разработки энергосберегающих почвообрабатывающих машин / Автореф. дис...д - ра техн. наук. – Челябинск, 1999. – 36 с.
4. Нуралин Б.Н., Константинов М.М, Хмура А.Н., Потешкин К.С. Обоснование местоположения дополнительных приспособлений на рабочем органе плоскореза- глубокорыхлителя // Известия Оренбургского госагроуниверситета. – Оренбург, 2011.
– №2. – С.78-80.
5. Нуралин Б.Н., Константинов М.М, Хмура А.Н., Потешкин К.С. Тяговое сопротивление плоскорежущей лапы с дополнительными рабочими органами //
Тракторы и сельхоз машины: Научно-практи ческий журнал. – М., 2011. – №11. – С.
36-38.
6. Сакара Д. В. Обоснование параметров рабочего органа комбинированного рыхлителя солонцов / Автореф. дис...канд. техн. наук. – Челябинск, 1983. – 18 с.
7. Виноградов В.И., Луканин Ю.В. и др. Экспериментально-теоретическое определение сил, действующих на рабочую поверхность лемеха // Труды ЧИМЭСХ. – Челябинск, 1970. – Вып. 43. – С. 29–36.
8. Милюткин В.А. Влияние параметров и скорости давления рабочего органа на про- цесс разрушения пласта // Научные труды ВИМ. – М., 1978. – Т. 82. – С. 76-92.
9. Новиков Ю. Ф. Некоторые вопросы теории деформирования и разрушения пласта под воздействием двухгранного клина // Труды ЧИМЭСХ. – Челябинск, 1969. – Вып. 46.
10. Исследование и разработка машины для основной обработки солонцовых почв в зоне Южного Урала / Научный отчет НИС-516. –Челябинск, 1981. – 124 с. Инв. № Б983798.
УДК 621.01: 531.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРЯЖЕНИЙ Корниенко Илья Дмитриевич, Баева Лолита Бахтияровна
