Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Обзор и агротехническая оценка технологий совмещения операций предпосевной обработки почвы
1.2. Обзор технических средств для подготовки почвы к посеву за один проход агрегата 17
1.3. Краткий обзор и анализ исследований по обоснованию параметров рабочих органов и конструктивно-технологических схем комбинированных агрегатов 37
1.4. Агротехническое обоснование типа рабочих органов, рационального числа и последовательности выполнения технологических операций предпосевной обработки почвы в условиях Нечерноземной зоны и уточнение агротехнических требований к комбинированному агрегату 46
1.5. Основные выводы, постановка вопроса и задачи исследований 53
2. ЭЛЕМЕШЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУК-ТИШО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКСЙ СКЕШ И ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА
2.1. Обоснование критериев оптимизации для оценки эффективности технологического процесса работы комбинированного агрегата 57
2.2. Обоснование размещения рыхли тельных рабочих органов на раме комбинированного агрегата 67
2.3. Обоснование параметров рабочих органов для выравнивания и уплотнения в системе комбинированного агрегата
2.4. Обоснование количества воздействий рыхлящих рабочих органов комбинированного агрегата на почву 87
2.5. Результаты теоретического обоснования некоторых конструктивных характеристик рабочих органов комбинированного агрегата 89
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСЖРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Программы экспериментальных исследований 98
3.2. Методики лабораторных и лабораторно-полевых исследований 99
3.2.1. Методика поисковых лабораторно-полевых исследований 100
3.2.2. Методики проведения лабораторных исследований по обоснованию параметров рабочих органов комбинированного агрегата 104
3.2.3. Методики проведения лабораторно-полевых исследований рабочих органов и макетов комбинированных орудий 115
3.3. Методики проведения полевых опытов 127
3.4. Методика обработки опытных данных 133
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Результаты поисковых лабораторно-полевых опытов 136
4.2. Лабораторные исследования рабочих органов комбинированного агрегата Т38
4.2.1. Определение жесткостно-кинематических характеристик рыхлящих лап 138
4.2.2. Исследование технологических показателей работы пружинных зубьев выравнивающего устройства комбинированного агрегата
4.2.3. Исследование процесса уплотнения почвы секцией кольчаточппоровых катков комбинированного агрегата 152
4.3. Лабораторно-полевые исследования рабочих органов и макетов комбинированных орудий 160
4.3.1. Исследование выравнивающих устройств комбинированного агрегата
4.3.2. Статистический анализ процессов при работе комбинированного агрегата 165
4.3.3. Исследование конструктивной схемы рыхлящей части комбинированного агрегата 176
4.4. Сравнительные исследования различных технологий и технических средств при подготовке почвы под посев зерновых культур 180
4.4.1. Анализ показателей качества подготовки почвы 180
4.4.2. Энергетические показатели работы макетных образцов экспериментальных орудий 189
4.4.3. Сравнительные исследования различных технологий предпосевной подготовки почвы при возделывании зерновых культур 192
4.4.4. Обоснование и способы реализации математической модели "технология обработки почвы урожай зерновых культур" 205
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМШНИ- РОВАННЫХ ОРУДИЙ С АКТИВНЫМИ И ПАССИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ 209
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 213
ЛИТЕРАТУРА 216
ПРИЛОЖЕНИЯ 234
- Обзор и агротехническая оценка технологий совмещения операций предпосевной обработки почвы
- Обоснование критериев оптимизации для оценки эффективности технологического процесса работы комбинированного агрегата
- Программы экспериментальных исследований
- Результаты поисковых лабораторно-полевых опытов
Обзор и агротехническая оценка технологий совмещения операций предпосевной обработки почвы
В системе возделывания сельскохозяйственных культур одним из основных условий повышения плодородия почвы и урожайности является обоснованная и рациональная технология обработки почвы. Выбор и эффективное применение различных технологий механической обработки почвы должны обусловливаться: типом обрабатываемой почвы, состоянием подпахотного слоя, природно-климатическими условиями, а также требованиями оптимального развития и роста растений возделываемой культуры.
На территории Белорусской ССР распространены преимущественно дерново-подзолистые почвы различного механического состава, занимающие 94,5 % пахотных земель. Почвы данного типа, создавшиеся на супесях и суглинках с неглубоким ( 0,5 м) залеганием морены (65 % пахотных земель) характеризуются невысоким содержанием органического вещества (гумуса), питательных элементов и имеют плохие физические свойства и повышенную кислотность.
Существующие технологии предпосевной обработки почвы при возделывании большинства сельскохозяйственных культур в севооборотах Нечерноземной зоны многоступенчаты и предусматривают выполнение 4-6 операций /9/. Например, при предпосевной подготовке почвы под яровые культуры выполняют пять операций: раннее весеннее боронование зяби для закрытия влаги, рыхление пахотного слоя, предпосевную культивацию, выравнивание поверхности поля, прикатывание почвы на глубину заделки семян для создания уплотненного ложа. Подобными технологиями не учитываются возможности минимизации обработки в связи с различиями механического состава и других свойств почвы, биологическими требованиями растений, метеорологическими условиями вегетационного периода /8/. Раздельное проведение технологических операций увеличивает сроки подготовки почвы к посеву и связано с многократным воздействием ходовых систем, средств агрегатирования и орудий на почву. После прохода машинно-тракторного агрегата значения плотности в тяжелосуглинистой дерново-подзолистой почве в пахотном слое составляют 1,07-1,69 кг/м - в разрыхленном слое , 1,22-1,67 кг/см - в колее трактора /II/. За один проход агрегата уплотняется до 20 % площади поля, а при шестикратном проходе - до 74 % /12/. Графоаналитически определено /13/, что при возделывании озимых культур за один технологический цикл двукратному уплотнению подвергается 30 % обрабатываемой площади, шестикратному - 20 % та. восьмикратному - около 2 %.
С ростом энерговооруженности операций сельскохозяйственного производства, увеличением мощности и массы орудий возрастает интенсивность воздействия движителей на почву. При этом уплотнению подвергается пахотный и подпахотный горизонты. После прохода тракторов различного класса начальные значения плотности почвы в слое 10-40 см увеличились на 12,7-21,5 % и соответственно составили 1,33-1,53 ; 1,38-1,55 ; 1,48-1,57 кг/см3 /13/. При данных значениях плотности снижается процент содержания пор размером более 60 мкм /14/, уменьшается некапиллярная скважность, ухудшаются водный, воздушный и питательный режимы /15/. Нарушается фильтрация и, соответственно, уменьшаются накопление влаги и влагообеспеченность посевов. Ограничивается проникновение корней возделываемых культур, уменьшается мощность корнеобитаемой зоны /16/. Излишнее уплотнение почвы и связанные с этим отрицательные явления существенно влияют на урожайность возделываемых культур. Различными исследованиями /5,11,12,16,18/ установлено, что повышение значений плотности дерново-подзолистых суглинистых почв выше равновесной (1,20--1,30 кг/съР) до 1,4-1,5 кг/см3 снижает урожайность зерновых культур на 7,3-18,1 %, пропашных - на 12,5-47,8 %, луговых - на 12,2--19,5 %. При значениях плотности почвы 1,4-1,6 кг/см3 затруднено проникновением в почву воздуха и воды, что способствует заплываниго почв и образованию почвенной корки.
Обоснование критериев оптимизации для оценки эффективности технологического процесса работы комбинированного агрегата
Воздействие рабочих органов сельскохозяйственных машин на почву должно быть направлено на создание, оптимальных условий развития: растений. Различные технологические схемы подготовки почвы создают неравноценные условия по выравненности поверхности поля, фракционному составу почвы, ее плотности и влажности для посевных или посадочных машин. При исследовании технологической схемы комбинированного почвообрабатывающего агрегата необходимо учитывать особенности процесса механической обработки почвы.
Предпосевная подготовка почвы представляет собой комплексный процесс взаимодействия различных рабочих органов с почвой. Взаимосвязь "рабочий орган машины - почва" можно условно представить в виде схемы (рис. 2.1) , в которой частично отражены входные и выходные показатели технологического процесса. В целом системы "рабочий орган - почва" или "почвообрабатывающий агрегат - почва" должны рассматриваться с учетом всех взаимодействий отражающих -- взаимосвязь рабочего органа с почвой, конструктивные особенности рабочих органов и условия эксплуатации орудий, свойства обрабатываемой среды и другие. Тогда модель технологической схемы комбинированного агрегата можно представить в виде динамической системы (рис. 2.2) , имеющей входные факторы и выходные показатели.
Программы экспериментальных исследований
Программой экспериментальных исследований в соответствии с анализом состояния вопроса, целями работы и проведенными теоретическими обоснованиями в процессе лабораторных, лабораторно-полевых и полевых экспериментов, предусматривалось решение следующих вопросов:
1. Провести поисковые лабораторно-полевые исследования для определения рациональной конструктивной схемы комбинированного агрегата.
2. Исследовать жесткостно-кинематические характеристики экспериментальных рыхлящих лап комбинированного агрегата.
3. Провести лабораторные исследования пружинных зубьев выравнивающего устройства для определения влияния конструктивных параметров зубьев на технологические показатели работы.
4. Определить зависимости уплотнения почвы от схемы, параметров и режимов работы уплотняющей секции комбинированного агрегата.
5. Получить реализации входных переменных: значения неровностей поверхности поля в продольном 2np (І) и поперечном 2П0П(Е) направлениях движения агрегата и значения продольной твердости почвы Pnp(t) , а также реализаций тягового сопротивления агрегата P.U) и глубины хода рыхлящих лап ал(i) .
6. Исследовать влияние параметров выравнивающих устройств активного и пассивного на технологические показатели работы.
7. Провести сравнительные исследования различных технологий предпосевной подготовки почвы по качественным показателям и влияем ого их на развитие зерновых культур.
8. Определить основные энергетические показатели комбинированных орудий при различных режимах эксплуатации.
Результаты поисковых лабораторно-полевых опытов
Анализ полученных значений частных откликов и обобщенной функции желательности позволяют отметить, что в конструктивно- технологической схеме комбинированного агрегата должен быть рабочий орган для выравнивания поверхности поля. В схемах натуральные значения частных откликов, характеризующих вы-ровненность поверхности поля, не удовлетворяли агротехническим требованиям, предъявляемым к почвообрабатывающим орудиям для пред посевной подготовки почвы. Полученные при этом значения частных желательностей d были наименьшими (0,43-0,57) , что существенно повлияло на величину обобщенного показателя ])» .
Установка третьего ряда рыхлящих лап (схемы Тз» и Р3-3" реженного кольчато-шпорового катка (схемы TJ,TJJ) влияли на удельную металлоемкость и энергоемкость (6,,; de оЦ ) орудий, но данные частные желательности существенно не влияли на значение обобщенной функции желательности. Конструктивное выполнение уплотняющей части комбинированного агрегата в виде двух разреженных рядов кольчато-шпоровых катков, смещенных на половину шага друг относительно друга, позволяет улучшить агротехнические показатели работы и, соответственно, частные а1 ,..., а5 и обобщенную функции желательности J). . Введение в конструктивную схему агре-гата активного рабочего органа (рис. 3.10, б) , выполняющего операции выравнивания и уплотнения вместо секции кольчато-шпоровых катков (Гц» 12 уменьшило удельную металлоемкость агрегата, не ухудшая его агротехнических показателей. Соответственно, увеличился и обобщенный показатель (J) , йіг) этих орудий. Выполненная в соответствии с результатами поисковых опытов оценка сравниваемых схем комбинированных агрегатов по обобщенным критериям позволяет Отметить, что конструктивно-тєхнологичєскиє Схемы Tr;,Tg,Tj2 имеют наибольший обобщенный показатель и позволяют эффективно проводить предпосевную подготовку почвы. Нами было установлено, что конструктивно-технологическая схема агрегата может включать 2-3 ряда рыхлящих лап, выравниватель и уплотняющую секцию, причем операции выравнивания и уплотнения можно выполнять одним рабочим органом. Зная последовательность выполнения технологических операций и конструктивную схему комбинированного агрегата,необходимо выбрать рабочие органы и определить их рациональные конструктивные параметры.
Экономическая эффективность от применения комшнированных орудий с активными и пассивными рабочими органами
Применение предложенных комбинированных агрегатов позволяет существенно повысить качество предпосевной подготовки почвы. Новая конструктивно-технологическая схема и использованные в ней экспериментальные рабочие органы позволяют существенно снизить металлоемкость агрепатов в сравнении с подобными серийными машинами. В качестве сравниваемой машины нами принят комбинированный агрегат для предпосевной обработки почвы РВК-3,6, выполняющий те же технологические операции, что и предлагаемые орудия.
Расчет экономической эффективности от применения экспериментальных агрегатов выполнен в соответствии с государственными стандартами /169/ и существующими методиками для определения экономической эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ /170,171/. При расчете экономической эффективности использовались действующие нормативно-справочные материалы и методики расчета отдельных показателей /172,173,174,175/. Для агрегатирования сравниваемых комбинированных агрегатов был принят трактор класса З (T-I5CK), в соответствии с позицией Р 25.06. Системы машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1980-1990 гг. /7/, где подобные орудия шириной захвата В = 3,6 м агрегатируются с тракторами данного тягового класса. Выбор трактора T-I50K был также обусловлен тем, что при полевых исследованиях и хозяйственных испытаниях комбинированные орудия, агрегатиро вались данным трактором и были экспериментально определены технико-эксплуатационные показатели исследуемых агрегатов в соответствии с государственными стандартами /176/. Постоянные исходные данные для расчета экономической эффективности стабл. П.З.І) были определены с помощью нормативно-справочных материалов /172,173,174,175,177/. Некоторые показатели экспериментальных агрегатов (масса, оптовая цена, производительность за час основной работы, норма расхода топлива на единицу работы) были определены расчетными методами и экспериментально в процессе полевых (хозяйственных) исследований макетов орудий. Масса агрегатов определялась динамометрировашем узлов и рабочих органов, оптовая цена рассчитывалась по известной методике /173/ (приложение 3) . Производительность и норма расхода топлива при агрегатирования экспериментальных орудий определялась по результатам хронометражных наблюдений пяти контрольных нормосмен (32 часа сменного времени работы) при выполнении операций предпосевной подготовки почвы на опытных участках экспериментальной базы "Погодино". Объем работ при хронометрировании составил для комбинированного агрегата с активными рабочими органами 107 га, с пассивными рабочими органа- ми - 120 га (приложение 4.І., 4.2.) . Расчеты основных экономических показателей сравниваемых орудий выполнялись по известным зависимостям /169/. Результаты расчетов экономических показателей (табл. 5.1) показывают, что использование макетных образцов комбинированных агрегатов за счет улучшения качества работы, повышения производительности и снижения удельной металлоемкости позволяет уменьшить затраты по всем статьям. При этом общее снижение затрат труда составляет 6,8 %, приведенных затрат - 7,0--Г3,8 %. Новые конструктивно-технологические схемы и используемые при этом экспериментальные рабочие органы позволили существенно снизить удельную металлоемкость новых агрегатов, которая оказалась на 18,8-24,2 % ниже в сравнении с серийным орудием РВК-3,6.
