Реєстраційний номер
0826U003291, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
21-08-2026
Статус
Захищена
Назва роботи
Підвищення ефективності функціонування грунтообробного знаряддя обгрунтуванням конструктивно-режимних параметрів робочих органів
Здобувач
Волковський Олександр Михайлович,
Керівник Козаченко Олексій Васильович
Опонент Теслюк Геннадій Володимирович
Опонент Зубко Владислав Миколайович
Опонент Лещенко Сергій Миколайович
Рецензент Галич Іван Васильович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Державний біотехнологічний університет
Опис
Метою роботи є підвищення ефективності функціонування дискових робочих органів шляхом обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів дискатора з пружними стояками та регулятором жорсткості. Об’єктом дослідження є процес поверхневого обробітку ґрунту дисковими робочими органами у взаємозв’язку з їх конструктивно-режимними параметрами, а предметом — закономірності взаємодії робочих органів із ґрунтовим середовищем та її вплив на енергоємність процесу.
Теоретичні дослідження виконано із застосуванням механіко-математичного моделювання, положень теоретичної механіки, диференціального та інтегрального числення. Експериментальні дослідження проводилися в лабораторних і польових умовах із використанням фізичного моделювання, тензометричних вимірювань, багатофакторного планування експерименту та методів математичної статистики. Обробку результатів здійснено за допомогою STAR-CCM+, Mathematica, Wolfram Cloud, SolidWorks та SOLIDWORKS Simulation.
На основі аналізу процесу дискування ґрунту встановлено, що підвищення ефективності роботи дискових ґрунтообробних машин досягається завдяки індивідуальному пружному кріпленню робочих органів. Воно забезпечує коливний рух дисків, кращу адаптацію до мікрорельєфу поля, зменшення пікових навантажень, стабілізацію глибини обробітку та зниження тягового опору. Запропоновано схему дискатора з індивідуальним кріпленням дискових робочих органів на пружних стояках і регулятором жорсткості, що дає змогу змінювати умови роботи дисків залежно від типу ґрунту, глибини обробітку та швидкості руху агрегату.
Для чисельного моделювання напружено-деформованого стану пружного стояка з регулятором жорсткості розроблено фізико-математичний апарат, який дозволяє оцінювати реакцію системи на гармонійні навантаження під час взаємодії диска з ґрунтом. У SOLIDWORKS Simulation отримано розподіл деформацій і напружень, а також амплітудно-частотні характеристики стояка. Обґрунтовано раціональні параметри стояка: R1 = 107 мм, R2 = 152 мм, L = 421 мм, ψ = 125°, b = 109 мм, δ = 14 мм, а також параметри просторового розміщення диска: α = 9,7°, γ = 15°, β = 48,8°, θ = 5,2°.
Проведено моделювання динамічної стійкості дискатора з використанням просторової математичної моделі та рівнянь Лагранжа другого роду. Модель враховує взаємодію дисків і котка з ґрунтом, масо-інерційні характеристики конструкції та вплив пружних стояків на коливальний процес. Отримані результати показали, що коливання дискатора в експлуатаційних режимах залишаються незначними: φ = 2,34°, ψ = 0,85°. Це підтверджує достатню жорсткість робочих елементів, стабільність заглиблення дисків, мінімізацію вібрацій рами та зниження енергетичних втрат.
Лабораторні дослідження за планом Бокса-Бенкіна дали змогу визначити вплив кута клиноподібної вставки стояка θ, глибини входження диска в ґрунт h і швидкості руху v на тягове зусилля рами P1, зусилля у верхній і крайній точках стояка P2 і P3, частоту коливань робочого органу та коефіцієнт ущільнення ґрунту K. Отримано рівняння регресії другого порядку. Встановлено, що коефіцієнт ущільнення ґрунту переважно залежить від глибини обробітку та швидкості руху, тоді як кут клиноподібної вставки має другорядний регулювальний вплив.
Оптимізація рівняння регресії дозволила визначити параметри мінімального ущільнення: θ = –6°, h = 0,06 м, v = 1 м/с, за яких K = 0,44. Водночас багатокритеріальна оптимізація дала змогу обґрунтувати компромісне значення θ = 2,32°, за якого забезпечується прийнятний рівень тягового опору P1 = 543 Н, частоти коливань ω = 51,6 Гц і коефіцієнта ущільнення K = 0,59.
Польова перевірка експериментального дискового знаряддя на пружних стояках із регулятором жорсткості підтвердила його ефективність. Агрегат забезпечив стабільне заглиблення дисків, рівномірний розподіл навантажень і якісний поверхневий обробіток ґрунту. Середня глибина обробітку становила 8,8 см, ступінь знищення бур’янів — 93,1 %. Порівняльні випробування із серійною дисковою бороною ДМТ-4 засвідчили переваги ДЛМ-5,0: роботу без забивання дисків, можливість руху на вищій швидкості та кращу прохідність.
Економічне оцінювання підтвердило доцільність упровадження проєктного варіанта агрегату. Встановлено зменшення витрати пального на 3,8 %, підвищення врожайності на 5,7 %, скорочення прямих експлуатаційних витрат на 2,6 % і швидку окупність інвестицій. За річного обсягу робіт 420 га сумарний економічний ефект становить близько 750 тис. грн, або 1786 грн/га, а строк окупності — 0,12 року. Отже, запропонований дискатор із пружними стояками та регулятором жорсткості забезпечує підвищення якості, енергоощадності й економічної ефективності поверхневого обробітку ґрунту.
Дата реєстрації
2026-07-09
Додано/оновлено в НРАТ
2026-07-09 / 2026-08-26
