Обгрунтування параметрів ротаційного розпушувача грунту (стр. 3 из 5)
За результатами теоретичних досліджень визначені раціональні параметри ротаційного розпушувача і режими його роботи для глибини обробітку ґрунту а = 0,15 м. Швидкість руху знаряддя Vм = 3,0 м/с; λ = 1,72, Z = 4,0, Р0 = 0,022 кН, lН = 0,1 м, ε = 300, Т = 0,44 м.
Одержана порівняльна характеристика споживаної потужності на обробіток ґрунту запропонованого ротаційного розпушувача і діючої фрези з прямими ножами: при ширині захвату В0= 3,0 м, швидкості руху знаряддя Vм = 3,0 м/с і ступені подрібнення і = 20 потужність запропонованого ротаційного розпушувача в 3,1...3,72 рази менша, ніж для діючої фрези, залежно від межі міцності структурних агрегатів.
У третьому розділі ”Програма і методика експериментальних досліджень“ наведено програму і методику досліджень, описано обладнання, дослідні установки, умови і порядок проведення експериментів.
Дослідження проводились з метою підтвердження теоретично встановлених параметрів розпушувача та їх зв’язків із показниками стану ґрунту та якістю його розпушування. Програмою досліджень передбачалось визначення: фізико-механічних властивостей досліджуваних ґрунтів; осьового зусилля тиску структурних агрегатів на дно борозни; дослідження впливу параметрів ротаційного розпушувача ґрунту (показника кінематичного режиму λ, глибини обробітку а, кількості ножів Z, кроку витка Т, фізико-механічних властивостей ґрунту) на ступінь подрібнення.
Для визначення об'ємної маси γ, вагової вологості ω, кількості ударів твердоміра ДорНДІ Су, граничної несучої здатності ґрунту К, складу частинок d0,01- 
використовували загальновідомі методики.
Питоме зчеплення частинок Спит і кути зовнішнього і внутрішнього тертя ґрунту визначали за методикою, розробленою професором А.М.Панченком.
При проведенні досліджень використовували сім зразків ґрунту із такими характеристиками: об'ємна маса в щільному стані γmах = 1,79-1,5 т/м3, в розпушеному стані γmіn = 1,32-1,12 т/м3; кути тертя: внутрішнього φ2 = 29-320, зовнішнього φ1 = 20-250; критична вагова вологість, ωкр = 9-30%; середнє питоме зчеплення частинок ґрунту
= 0,5-3,02 кН/м2; кількість ударів твердоміра ДорНДІ, Су = 3-16; середнє значення граничної несучої здатності ґрунту, 
= 220-900 кН/м2; вміст частинок, d0,01 = 5,4-38,2%.Міцність структурних агрегатів і осьове зусилля тиску структурних агрегатів на дно борозни визначали на спеціальних лабораторних установках.
Для визначення ступеня подрібнення ґрунту ротаційним розпушувачем використовували спеціальний лабораторний стенд в ґрунтовому каналі.
В процесі експерименту варіювали такими показниками: величиною кінематичного режиму λ від 1 до 8, кількістю ножів по периметру обертання ротора Z, поступальною швидкістю руху ротора в межах від 1,25 до 3,5 м/с.
При дослідженнях ступеня подрібнення ґрунту від стискування і перетирання ножі встановлювали по гвинтовій поверхні з кроком від 0,2 до 1,0 м, глибина обробітку змінювалась від 0,05 до 0,25м.
У четвертому розділі “Аналіз результатів експериментальних досліджень роботи ротаційного розпушувача” наведені результати експериментальних і польових досліджень. За результатами експериментальних досліджень отримано: емпіричну залежність для визначення осьового зусилля тиску структурних агрегатів залежно від розмірів структурних агрегатів D50і, вагової вологості ω, вмісту частинок τ розміром d0,01≤ 0,01 мм, коефіцієнту різнозернистості структурних агрегатів η:
(10)емпіричну залежність межі міцності структурних агрегатів від вмісту частинок розміром d0,01≤ 0,01 мм і вагової вологості ω:
,(11)емпіричну формулу для розрахунку ступеня подрібнення ґрунту ножами залежно від показника кінематичного режиму λ, кількості ножів Z, швидкості руху знаряддя Vм , межі міцності ґрунту σ:
,(12)емпіричну формулу для визначення ступеня подрібнення від стискування і перетирання структурних агрегатів:
(13)Кінцева емпірична залежність ступеня подрібнення ґрунту ротаційним розпушувачем з гвинтовим розміщенням ножів:
(14)Після попередніх експериментів було проведено двофакторний експеримент, в результаті опрацювання даних якого було отримано рівняння регресії:
для ступеня подрібнення ґрунту:
(15)для споживаної розпушувачем потужності:
(16)Поверхні відгуку приведені на рисунках 6 і 7.
 |  |
| Рис. 6. Поверхня відгуку для ступеня подрібнення ґрунту | |
 |  |
| Рис. 7. Поверхня відгуку для споживаної розпушувачем потужності | |
Під час польових досліджень (рис. 8) проводилась перевірка якості розпушування ґрунту, визначались витрати потужності на обробіток ґрунту і тяговий опір знаряддя. Дослідження проводились у порівнянні із діючим знаряддям КВФ-2,8. Робочий орган ротаційного розпушувача ґрунту має такі параметри: радіус ротора R = 0,286 м; ширина ножа lН = 0,1 м; кут зсуву ножа в плані ε = 300; кут різання αр = 250; діаметр dδ = 0,15 м; крок витка Т = 0,44 м; ширина робочого органа В0 = 3,0 м; число обертів ротора n = 180 хв-1.
Рис. 8. Проведення польових досліджень ротаційного розпушувача
Перевірка якості розпушування ґрунту включала визначення таких параметрів: ступеня подрібнення ґрунту і розмірів структурних агрегатів; коефіцієнта різнозернистості; висоти гребенів верхнього шару розпушеного ґрунту; коефіцієнта забур’яненості поля.
Дослідження проводились на ділянці поля з такими характеристиками: фон – стерня; коефіцієнт забур’яненості поля Кз = 0,98.
Фізико-механічні властивості досліджуваного ґрунту були такі: об’ємна маса ґрунту γ = 1,63 т/м3; кути внутрішнього і зовнішнього тертя φ2 = 300 і φ1 = 220; вагова вологість ґрунту ω = 22%; питоме зчеплення частинок Спит = 0,58 кН/м2; коефіцієнт вертикальної деформації ґрунту Квд = 96 кН/м2; межа міцності структурних агрегатів σ = 532 кН/м2.
Розпушування ґрунту фрезерним культиватором відрізняється від удосконаленого ротаційного розпушувача тим, що структурні агрегати складають
коефіцієнт різнозернистості більший на 30,6 і складає 49,5, що значно більше значення коефіцієнта різнозернистості по агротехнічних вимогах ( 
=9–16). В процесі розпушування ґрунту фрезерним культиватором утворюються у великій кількості структурні агрегати дрібних розмірів. Кількість структурних агрегатів ґрунту розміром менше 10 мм після його розпушування експериментальним ротаційним розпушувачем становила 53%, а після розпушування фрезерним культиватором КВФ-2,8 – лише 45% (рис. 9). 
Рис. 9. Гранулометричний склад структурних агрегатів після розпушування: 1 – ротаційним експериментальним розпушувачем; 2 – фрезерним серійним культиватором.
Як показали дослідження, удосконалений ротаційний розпушувач мав менші значення тягових опорів, ніж фрезерний культиватор КВФ-2,8 – в 1,54 рази. Це зв’язано з тим, що маса удосконаленого ротаційного розпушувача менша в 2,16 рази.
В результаті досліджень було встановлено, що повна потужність на роботу удосконаленого розпушувача менша в 1,7 рази при швидкості руху знаряддя Vм = 3,0 м/с в порівнянні з фрезерним культиватором КВФ–2,8. При зменшенні швидкості руху КВФ – до 1,38 м/с повна потужність зменшується з 50,93 до 42,95 кВт.