Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы и задачи исследований 7
1.1. Тенденции развития картофелеводства и условия возделывания картофеля 7
1.2. Анализ научных исследований и пути совершенствования технологии возделывания картофеля 15
1.3. Анализ рабочих органов для предпосадочной обработки почвы 29
1.4. Совершенствование технологических схем и технических средств для внесения удобрений 39
1.4.1. Технология сплошного внесения удобрений 41
1.4.2. Внутрипочвенное внесение твердых органических удобрений под пропашные культуры 42
1.5. Обоснование выбора типа рабочего органа для высева удобрений 44
1.6. Постановка проблемы и задачи исследований 50
Глава 2. Разработка структурной модели оценки и совершенствования технологии возделывания и уборки картофеля 55
2.1. Критерии определяющие качественные и эксплуатационные показатели МТА 55
2.2. Структурная модель оценки и совершенствования технологических процессов возделывания и уборки картофеля 56
2.3. Анализ и оценка технологий возделывания и уборки картофеля 66
2.3.1. Структурная модель технологии обработки почвы и внесения удобрений 69
2.3.2 Показатели, характеризующие эффективность процесса обработки почвы и внесения удобрений 77
2.4. Анализ технологического процесса обработки почвы 83
2.5. Анализ технологического процесса внесения удобрений 86
Выводы 89
Глава 3. Обоснование параметров и режимов работы рабочих органов для предпосадочной обработки почвы 91
3.1. Теоретический анализ процесса-обработки почвы рабочими органами активного действия 91
3.1.1 Обоснование параметров и режимов работы рабочего органа фрезерного почвообрабатывающего орудия 91
3.1.2. Кинематика рабочего органа фрезерного барабана 92
3.1.3. Определение усилий на рабочий орган от сопротивления почвы 98
3.1.4. Определение энергетического КПД тягово-приводного агрегата 112
3.1.5. Приборы, измерительная аппаратура и оборудование для экспериментальных исследований 122
3.1.6 . Результаты экспериментальных исследований грядообразователя фрезерного типа 135
3.2. Обоснование параметров бесприводного ротационного рабочего органа 141
3.2.1 Кинематика бесприводного рабочего органа с наклонной осью вращения 142
3.2.2. Обоснование конструктивных параметров бесприводного ротационного рабочего органа 145
3.2.3 Силы сопротивления почвы, действующие на бесприводной ротационный рабочий орган 150
3.2.4. Определение тягового сопротивления бесприводного ротационного рабочего органа 154
3.2.5. Результаты экспериментальных исследований бесприводного ротационного рабочего органа 155
Выводы 163
Глава 4 Обоснование параметров вибровысевающего устройства для внутрипочвенного внесения удобрений 165
4.1 Теоретический анализ процесса подачи твердых органических удобрений устройством вибрационного типа 165
4.1.1 Общие предпосылки к изучению процесса движения удобрений по рабочему органу 165
4.1.2. Кинематические характеристики вибровысевающего устройства 171
4.1.3. Определение средней скорости перемещения органических удобрений 179
4.1.4. Производительность вибрационного высевающего устройства 186
4.2. Планирование экспериментов по определению основных кинематических параметров и режимов работы вибровысевающего устройства 187
4.2.1 Физико-механические свойства удобрений 187
4.2.2 Результаты исследований влиянияпараметров вибрационного высевающего устройства на равномерность процесса высева удобрений в полевых условиях 189
4.2.3 Обоснование параметров гряды 202
4.2.4 Оценка равномерности высева удобрений и определение параметров вносимой ленты удобрений 206
4.2.5 Агротехнические требования, предъявляемые к устройствам для внутрипочвенного внесения удобрений 211
Выводы 212
Глава 5. Обобщение результатов исследований, экономическое обоснование внедрения разработок в производство 214
5.1 Сравнительная оценка технологии возделывания картофеля 214
5.1.1 Основы комплексного показателя уровня использования МТА 214
5.1.2 Результаты полевых опытов сравниваемых технологий 216
5.2 Проектирование энергосбергающих технологий в картофелеводстве 223
5.3. Методика комплексной энергетической оценки структур и технологий производства картофеля 224
5.3.1. Составляющие совокупных энергозатрат 225
5.3.2. Расчеты топливных энергозатрат МТА 226
5.3.3. Расчеты энергозатрат живого труда 227
5.3.4. Расчеты энергозатрат овеществленного труда при использовании машинно-тракторного агрегата 227
5.3.5. Расчеты энергозатрат на посадочный материал 230
5.3.6. Расчеты энергозатрат на удобрения 230
5.3.7. Расчеты энергозатрат по группам технологий 231
5.4. Технико-экономическая оценка технологий производства картофеля 237
5.5 Эксплуатационно-технологическая и топливно-энергетическая оценка технологии внутрипочвенного внесения удобрений 239
5.6. Экологическая оценка внутрипочвенного внесения органо-минеральных удобрений 243
5.7. Рекомендации производству 245
Основные выводы 248
Список литературы 252
Приложения 276
- Обоснование выбора типа рабочего органа для высева удобрений
- . Результаты экспериментальных исследований грядообразователя фрезерного типа
- Результаты исследований влиянияпараметров вибрационного высевающего устройства на равномерность процесса высева удобрений в полевых условиях
- Эксплуатационно-технологическая и топливно-энергетическая оценка технологии внутрипочвенного внесения удобрений
Введение к работе
Актуальность проблемы. Правительство РФ обозначило основные направления развития аграрного сектора, отраженные в приоритетных национальных проектах, предусматривающие повышение эффективности сельскохозяйственного производства, в том числе производства картофеля. За последние 15 лет в стране произошло снижение валового сбора картофеля почти в три раза. Увеличение урожайности картофеля является основной целью при решении большинства задач, связанных с усовершенствованием технологических процессов и рабочих органов сельскохозяйственных машин. Для удовлетворения потребностей государства в картофеле необходимо довести его урожайность до 200…250 и более центнеров с гектара с наименьшими затратами ручного труда.
Производство картофеля связано с большими энерго- и трудозатратами, из которых основная доля приходится на уборку. Картофель по энергоемкости в 4-5 раз превышает этот показатель по возделыванию зерновых культур. По данным Кущева И.Е., затраты энергии на обработку почвы составляют до 30-35% от общих затрат, на посадку – 8-10% и на механизированную уборку урожая – 50-60%, из которых 53-57% приходится на долю сепарации. Через сепарирующие рабочие органы проходит около 1000 т почвы на один гектар. Исследования работы рабочих органов почвообрабатывающих машин, применяемых в современной технологии производства картофеля, показывают, что значительная часть их не отвечает агротехническим требованиям. Для них характерно низкое качество выполнения технологического процесса обработки почвы. При уборке картофеля комбайнами 35-45% клубней повреждаются, а количество почвы в таре колеблется от 10 до 50%.
Затраты труда на возделывание картофеля по данным Госкомстата, в среднем составляют: на 1 га площади 150…400 чел.-ч, на 1 ц продукции - 4,0…6,5 чел.-ч. Основной причиной высоких затрат труда на производство единицы продукции является значительная доля ручного труда при уборке картофеля ввиду неэффективного использования механизированных способов уборки, что требует кардинальных мер, направленных на совершенствование структуры посевных площадей, сохранение плодородия почвы, улучшение качества обработки почвы и посадочного материала, внедрение прогрессивных технологий возделывания.
Создание новых и модернизация существующих рабочих органов машин для возделывания и уборки картофеля с целью повышения качества выполнения технологических операций, повышения урожайности, снижения расхода энергоресурсов и затрат ручного труда является актуальной проблемой.
Проблемная ситуация. Урожайность картофеля и удельные затраты ресурсного потенциала (энергетические, трудовые) на единицу продукции определяются в основном созданием условий для развития растений, что находится в тесной взаимосвязи с качеством посадки, обеспечением нормы питания, которые в свою очередь являются следствием обеспечения агротехнически необходимого фракционного состава при предпосадочной обработке почвы и эффективности локального внесения удобрений, обеспечивающих механизированный способ уборки.
Анализ научных исследований показал, что основная доля затрат ресурсного потенциала при возделывании картофеля (энергозатрат до 60% и трудозатрат до 40-50%) приходится на технологический процесс уборки картофеля. В результате раскрытия причинно-следственной связи управляемых факторов и выходных показателей технологических процессов по возделыванию и уборке картофеля сформулирована гипотеза.
Гипотеза: Усовершенствование технологических процессов и технических средств для возделывания картофеля возможно путем раскрытия взаимосвязи между выходом продукции, затратами ресурсного потенциала и качественными показателями предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений.
Цель работы. Совершенствование технологических процессов и технических средств для возделывания и уборки картофеля с целью обеспечения механизированной уборки картофеля, повышения урожайности и сокращения удельных затрат ресурсов.
Задачи исследования
-
Обосновать направления совершенствования технологии возделывания и уборки картофеля за счет повышения качества подготовки почвы и внесения удобрений, снижения ресурсного потенциала (энерго- и трудозатрат) на единицу продукции.
-
Разработать структурную модель оценки и выбора технологических процессов возделывания и механизированной уборки картофеля, направленных на усовершенствование предпосадочной подготовки почвы и внесения удобрений.
-
Теоретически исследовать процессы взаимодействия рабочих органов и машин для предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений, обосновать их рациональные параметры, режимы работы, технологические и энергетические показатели.
-
Провести полевые исследования рабочих органов и машин для предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений, экспериментально подтвердить их конструктивные параметры, режимы работы, технологические и энергетические показатели.
-
Провести агротехническую и экономическую оценку работы почвообрабатывающих машин с разработанными рабочими органами и разработать рекомендации по их применению.
Объект исследований. Технологические процессы предпосадочной подготовки почвы рабочими органами почвообрабатывающих машин активного и пассивного типа, технологические процессы внесения удобрений и уборки картофеля.
Предмет исследований. Закономерности влияния параметров и режимов работы рабочих органов машин для предпосадочной подготовки почвы и внутрипочвенного внесения удобрений на качественные характеристики обрабатываемого слоя почвы и затраты ресурсного потенциала.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту. Разработана структурно-технологическая модель анализа и поэтапной оценки технологии возделывания картофеля, позволяющая определить основные направления совершенствования почвообрабатывающих рабочих органов активного и пассивного типа и высевающего устройства для внутрипочвенного внесения удобрений.
Предложена структурная модель подготовки почвы и внесения удобрений, теоретически установлены и экспериментально подтверждены функциональные связи между показателями систем, позволяющие проектировать орудия, режимы использования и выбирать технологии, обеспечивающие повышение урожайности и сокращение ресурсного потенциала при производстве картофеля.
Обоснованы рациональные параметры и режимы работы грядообразователя фрезерного типа и бесприводного ротационного рабочего органа, обеспечивающие высокое качество обработки почвы и повышение эффективности механизированной уборки картофеля. Получены аналитические зависимости раскрывающие взаимосвязь между энергетическими показателями почвообрабатывающих агрегатов и рабочими органами активного и пассивного действия, определено расчетное значение коэффициента протаскивания при определении общего сопротивления тягово-приводного орудия.
Получены зависимости относительной скорости движения частицы по вибрирующей поверхности. Для экспериментального высевающего устройства коэффициент кинематического режима К имеет минимальное и максимальное значения для одного режима работы в отличие от известных вибрационных устройств. Впервые предложены внутрипочвенный способ внесения удобрений под картофель и техническое устройство для его осуществления, обеспечивающее равномерность распределения удобрений. Получены новые экспериментальные данные, отражающие качественные, энергетические и технико-экономические показатели использования почвообрабатывающих машин и МТА при возделывании картофеля. Разработаны методики расчетов на ЭВМ эксплуатационных показателей МТА, позволяющие на стадии комплектования агрегата обосновать его состав, выбор технологических операций, повысить производительность МТА и эффективность использования затрачиваемой энергии на обработку почвы. Новизна технических решений защищена патентом на изобретение, пятью патентами на полезную модель.
Практическая значимость. Работа выполнена согласно межведомственной координационной программе фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 гг. «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» по направлению 02.01 «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства».
На основе исследований составлены исходные требования и технические задания на разработку и создание рабочих органов для предпосадочной обработки почвы. Результаты исследований по обоснованию параметров рабочих органов для обработки почвы, методы расчета и проектирования, чертежно-техническая документация переданы в ООО «Варнаагромаш». Изготовлена опытная партия почвообрабатывающих машин: грядообразователей фрезерного типа с шириной захвата 1,4 и 4,2 м, комбинированные машины с бесприводным ротационным рабочим органом с шириной захвата 2,8 м.
Опытная партия машин для предпосадочной обработки почвы и внутрипочвенного внесения удобрений и усовершенствованная технология внедрены в картофелеводческих хозяйствах Челябинской и Курганской областей, что позволило повысить эффективность механизированных способов уборки картофеля, урожайность картофеля на 25-30% и снизить затраты труда с 4,5-6,0 до 1,6-2,0 чел.-ч на 1 ц продукции. Внутрипочвенное внесение удобрений обеспечивает повышение урожайности картофеля в сравнении со сплошным способом внесения или позволяет получать равную урожайность при снижении нормы внесения удобрений в 3-4 раза.
Апробация результатов исследований. Основные положения исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЧГАА (ЧГАУ) (1993-2008 гг.), на секциях НИИМАСП ЧГАА (2003-2006 гг.), УИЦ СХТ при ЧГАА (2006 г.), на международной научно-практической конференции (Кокшетау, 2006 г.), на НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона (2007 г.), в Российском государственном аграрном университете - МСХА им. К.А.Тимирязева (Москва, 2007 г.); на международной научно-технической конференции (Алматы, 2007 г.).
Публикации. Список основных публикаций по материалам диссертации включает в себя 76 работ, в том числе в изданиях рекомендованных ВАК, опубликовано 10 работ, получены четыре свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Основные положения отражены в двух учебных пособиях, в том числе одно с грифом УМО. Зарегистрированные программные продукты для ЭВМ используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия». Изданы рекомендации НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона по совершенствованию технологических процессов и технических средств для возделывания и уборки картофеля.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, рекомендаций для производства и приложений. Общий объем диссертации составляет 325 страниц, в том числе приложения на 51 страницах. Список литературы включает 249 источников, из них 7 на иностранных языках.
Обоснование выбора типа рабочего органа для высева удобрений
Технологический процесс внутрипочвенного внесения должен обеспечивать равномерную подачу твердых органических удобрений в зону залегания основной массы корней растений. Научная гипотеза о возможности осуществления этого процесса представлялась следующим образом: равномерность высева можно достичь путем создания потока материала за счет использования колебательного движения, которое характеризует ослабление связи между частицами под действием которого сыпучий материал приходит в состояние, позволяющее устранить эффект скоростного подпора у высевного окна.
Перемещение материалов, идентичных по физико-механическим свойствам органоминеральным удобрениям, осуществляют устройствами двух типов: с принудительной подачей и с подачей материала под действием собственной силы тяжести. Из опыта эксплуатации и результатов исследований машин для внесения органических удобрений можно сделать вывод о том, что для осуществления предусмотренного научной гипотезой способа подачи удобрений устройства второго типа непригодны и в данном случае не рассматриваются (рисунок 1.18). В основу классификации положен технологический признак, то есть принцип воздействия рабочих органов на материал.
Наиболее распространены механические, пневматические и гидравлические устройства. Пневматические и гидравлические устройства используют, как правило, в стационарном варианте. Более универсальными и простыми являются механические устройства: конвейерные ленты, подающие механизмы вибрационного типа, поршневые и матричные прессы, винтовые экструдеры [15,50,119,153]. Более приемлемыми в рассматриваемом аспекте являются конвейерные ленты и вибрационные устройства. Они отличаются простотой конструкции, широким диапазоном угловых скоростей и производительности, небольшими габаритами, не имеют шарнирных сочленений, находящихся в контакте с удобрениями. Созданные конструкции вибротранспортеров характеризуются меньшей, по сравнению с конвейерными, металлоемкостью и большей эксплуатационной надежностью.
Основными достоинствами вибрационных высевающих устройств являются:
- небольшой износ грузонесущего органа даже при перемещении высокоабразивных материалов;
- простота конструкции, почти полное отсутствие трущихся и быстроизнашивающихся поверхностей Условно можно выделить следующие режимы колебания, при- которых осуществляется перемещение материала вдоль грузонесущего органа:
- рабочий орган совершает колебательные движения под углом к горизонту, а амплитуда и частота колебаний выбраны такими, что возможен отрыв материала и его направленное перемещение относительно грузонесущего органа, который, при этом испытывает переменное давление;
- рабочий орган совершает колебательные (поступательные) движения под углом к горизонту, но при этом амплитуда и частота колебаний выбраны такими, что отрыв материала от дна грузонесущего органа не происходит.
Движение материала осуществляется непрерывным воздействием вибрирующего устройства на частицы материала, которые в свою очередь, получая периодические подбрасывающие импульсы, совершают скачкообразные перемещения по лотку. В этом режиме дно рабочего органа также испытывает переменное давление груза - рабочий орган имеет кинематически неодинаковый закон колебаний возвратно-поступательного движения (разные скорости и ускорения при движении грузонесущего органа в одном (вперед) и в другом (назад) направлении. При прямом ходе лотка груз по инерции продолжает перемещаться вперед, скользя по поверхности лотка.
Основная часть исследований посвящена изучению сущности процесса вибрационного перемещения материальной точки по шероховатой вибрирующей поверхности. Для нахождения средней скорости движения частицы в работе В.А.Баумана [15] задача о движении материальной точки по поверхности рассмотрена применительно к теории вибропитателя. На основе теоретических и экспериментальных исследований В.А.Бауман дает некоторые рекомендации по выбору параметров вибропитателя. В работах Блехмана И.И. [18] рассматривается движение частиц цилиндрической и шарообразной формы. Показано, что такие частицы в отличие от частиц плоской формы не могут подниматься по наклонной шероховатой поверхности и всегда скатываются вниз. Исследованию движения частицы по вибрирующей поверхности посвящены также работы И.Ф.Гончаревича [50], А.О.Єпиваковского [230].
В настоящее время рядом исследователей определены зависимости для нахождения скорости вибрационного перемещения грузов. При проектировании вибрирующих устройств можно использовать формулу В.А.Баумана [15]: V=(ki±k2sina)Acocos/3Jl-l/K2 , (1.10) где kj, k2- поправочные коэффициенты транспортабельности: знак «+» берется при перемещении по наклонной плоскости вниз, знак «-» на подъем; А- амплитуда колебаний грузонесущего органа, см; со - угловая скорость вращения» кривошипа, с"1; а - угол наклона грузонесущего органа, град; (3 - угол направленности колебаний, град К - коэффициент кинематического режима вибрации.
При К 1 выражение под корнем квадратным стремится к единице и тогда формула примет следующий вид: V=(k!± k2sina )А со cos ]в . ( 1.11)
Из полученной формулы видно, что скорость перемещения зависит от параметров вибрации А, со , ОС ,р и от физико-механических свойств груза (коэффициент транспортабельности определяется в любом случае опытным путем). При постоянных конструктивных размерах грузонесущего органа требуемую производительность можно получить путем различных сочетаний кинематических параметров вибрации (рисунки 1.19,1.20).
В работах А.О.Спиваковского и И.Ф.Гончаревича кинематические режимы оцениваются по коэффициенту передачи скорости грузонесущим органом скорости перемещаемому материалу, который возрастает с повышением величины ускорения колебания лотка.
Скорость перемещения материала увеличивается с повышением амплитуды и частоты колебаний, увеличивается также скорость и ускорение грузонесущего органа. Однако по данным [50], одному и тому же значению ускорения грузонесущего органа соответствует несколько скоростей перемещения груза, которое уменьшается по мере увеличения частоты колебаний грузонесущего органа. Поэтому в вибрационном устройстве с заданным ускорением грузонесущего органа для снижения динамических нагрузок в системе и для. повышения скорости перемещения рекомендуется применять меньшие значения частоты и большие значения амплитуд колебаний [18, 50, 119, 153, 230]. Известно; что виброперемещение под уклон способствует повышению скорости перемещения и производительности. Целесообразно увеличивать амплитуду и уменьшать частоту колебаний.
Проведенные исследования г позволяют считать, что процесс виброперемещения материала изучен достаточно. Тем не менее, по ряду вопросов у исследователей единого мнения- нет. Требуется дальнейшие теоретические и практические исследования вибровысевающих устройства целью определения возможности их применения в условиях сельскохозяйственного производства.
. Результаты экспериментальных исследований грядообразователя фрезерного типа
При полевых испытаниях рабочих органов экспериментальных машин критериями оценки выбраны снижение энергозатрат и степень крошения почвы (однородность фракционного состава). При этом необходимо отметить, что заданный режим вращения (вращения, без проскальзывания и торможения) почвообрабатывающих рабочих органов ротационного типа-является технологическим показателем, в значительной мере определяющим агротехническое качество обработки почвьь[4; 92, 112, 148, 200]:
Тягово-приводной агрегат для предпосадочной подготовки почвы под картофель (рисунок 3.34) одновременно выполняет две технологические операции: рыхление и измельчение почвы рабочими органами- активного действия; формирование гряды (гребня).
Для определения рациональных конструктивно-технологических параметров и режимов работы ротационных рабочих органов активного действия проведены экспериментальные исследования с использованием методов планирования экспериментов [133, 142, 146, 149, 150, 198, 203, 37].
Основной задачей планирования экспериментов являлось нахождение математической зависимости параметров оптимизации технологического процесса от влияния каждого из исследуемых факторов (таблица 3.4) или их совокупного влияния на процесс.
Для получения математической модели процесса использован композиционный план Хартли второго порядка, который состоит из полуреплики полного факторного эксперимента типа 2 " и опытов в звездных точках и центре плана (приложение 2, таблицы 2.1, 2.2). Определяющий контраст плана 1 = ХХХ2ХЪ. (3.52)
Интервалы варьирования факторами Xi (число ножей рабочего органа), Хг (отношение окружной скорости к поступательной скорости движения агрегата), Хз (глубина обработки) выбраны на основании предварительных расчетов. Интервал варьирования фактором X} (диаметр ротора) выбран по рекомендациям работ [4, 39].
Модель объекта исследования второго порядка имеет вид Ф = -56,265 + 14,659 Z - 3,008 Я - 398,41а - 30,277 D -- 0,286Zra2 + 0,626Л2 + 1504 ,441 а2 + 35,642D2 - 0,723 ZXaD. (3 53)
Для подтверждения гипотезы об адекватности модели определялось табличное значение критерия Фишера (Ртабл) при уровне значимости g=5% и числе степеней свободы Vi=m-1 и V2=N. При условии FpaC4 FTa6n гипотеза об адекватности модели подтверждается: уравнение не противоречит экспериментальным данным и достоверно описывает исследуемый процесс.
Уравнение (3.53) используется для построения поверхности отклика изменения структурного состояния почвы в зависимости от изменения кинематических параметров и режимов работы (рисунок 3.35). С целью определения экстремума функции рассмотрим поверхность отклика в трехмерном пространстве при фиксированных граничных значениях влажности удобрений в области эксперимента.
Установлено, что значения однородности фракционного состава почвы при обработке рабочими органами фрезы, соответствуют агротехническим требованиям при значениях кинематического параметра А=4 и глубины обработки а=0,14 м. Наилучшие показатели фракционного состава почвы получены при значении диаметра барабана D=0,4 м и количестве ножей фрезы в одной плоскости Z=3-4 шт. Диапазоны значений по диаметру барабана и количеству ножей совпадают с теоретическими значениями. Условие экстремума соответствует максимуму при влажности почвы 20-22%.
Режимные параметры тягово-приводного агрегата характеризуются кинематическим параметром фрезерного барабана, определяемым отношением окружной скорости к поступательной скорости агрегата. Обработка результатов измерений проводилась математическими методами до получения среднего значения величины из всех повторностей опыта.
Проведенными экспериментами установлено, что с увеличением скорости поступательного движения агрегата тяговое сопротивление экспериментального грядообразователя фрезерного типа возрастает. В области рациональных рабочих скоростей до 6,0-8,0 км/ч величина тягового сопротивления составляет 5,0...5,5 кН при глубине обработки а=10 см (рисунок 3.36).
Обработка результатов испытаний показала, что при энергетической оценке грядообразователя с трактором МТЗ-82 на III и IV передачах при нарезке гряд фрезерованием рациональные значения энергозатрат соответствуют скоростным режимам по агротехническим требованиям. Рабочие скорости в пределах от 3,0 до 6,0 км/ч обеспечивают требуемые качественные показатели, необходимую производительность агрегата до 0,6-0,8 га/ч. При скорости движения агрегата до 8 км/ч теоретическая производительность выше экспериментальных показателей (рисунок 3.37). В исследуемом диапазоне рабочих скоростей, теоретическая производительность представлена прямолинейной зависимостью, тогда как производительность экспериментального орудия при увеличении поступательной скорости Vn до 8 км/ч начинает снижаться. Погрешность А между теоретической и экспериментальной производительностью не превышает 14%.
Результаты расчетов удельных энергозатрат Ыуд грядообразователя от поступательной скорости Vn показывают, что этот показатель тем ниже, чем больше скорость движения агрегата (рисунок 3.38). Показатели буксования составляют 8,0-8,7%, что не превышает нормативов для колесных тракторов.
Коэффициент использования эффективной мощности трактора составляет 0,68-0,98, что характеризуется двухпоточным разделение мощности на привод рабочих органов через ВОМ (рисунок 3.39) и на преодоление тягового сопротивления орудия и движителей трактора. Двухпоточное разделение мощности , улучшает энергетические показатели трактора, обеспечивает полную загрузку двигателя [80, 140, 200, 203].
Энергетическая оценка эффективности агрегатов по величине энергозатрат на тягу пассивных и привод активных рабочих органов орудия позволила установить соотношение технологически полезных энергозатрат NT схм и общих затрат энергии NTexH, т.е. определить энергетический КПД тягово-приводного агрегата. Технологически полезные энергозатраты NTCXM составляют 20 кВт. Отношение к общим затратам составляет 36% от эффективной мощности двигателя.
Результаты исследований влиянияпараметров вибрационного высевающего устройства на равномерность процесса высева удобрений в полевых условиях
Полевые опыты по определению эффективности применениям удобрений проводились, на; четырех участках с различными дозами внесения: удобрений. Высаживаемый сорт картофеля Вангог. Результаты- опытов представлены в приложении 3. Внесение твердых органических удобрений производилось внутрипочвенно с одновременной нарезкой гряд.
Машина для внесения удобрений МВУ-6-4,2 с эксцентриковым приводом вибрационного высевающего устройства разработана на базе серийно выпускаемой картофелесажалки КСМ-6 (рисунок 4.17) [8,10,77,81,126,134]. За один проход машины удобрение вносится в шесть рядков. Лента удобрений располагается на 3-6 см ниже уровня расположения клубней картофеля.
Доза внесения твердых органических удобрений зависит от изменения высоты дозирующего окна, которая регулируется с помощью подвижной заслонки. Кроме того, доза внесения регулируется изменением частоты и амплитуды колебаний вибровысевающего устройства [134,144, 149].
Вибровысевающее устройство производит подачу твердых органических удобрений непрерывным, сплошным потоком. В связи с этим и согласно [188,191,196] качество работы такого устройства определяется следующими показателями: равномерностью подачи, определяемой среднеквадратичным: отклонением cra(At) и? коэффициентом вариации- Су.Значения aa(At); и Cv подсчитывались по известным в математической статистике формулам.
Использование для оценки точности; процесса: непрерывного дозирования,показателей о-а (At) и Gv позволяет более надежно соцоставить результаты экспериментов при- ограниченном количестве" опытных данных;
Ввиду того,. что равномерность выхода органических удобрений определяется» по массам отобранных, проб и их количеству, методика, оценки качества дозирования сводится- к обоснованию этих параметров и способу отбора проб; Массу пробы необходимо: отбирать с учетом: требований! к; конструктивной особенности: дозирующих; устройств; и, технологическому допуску по неравномерности распределения удобрений.
Пол ОСТ 70Л 41-74 "Испытание сельскохозяйственной техники; Машины для внесения удобрений. Программами методы; испытания" для; определения-равномерности подачи. производится отборе материала через равные промежутки по длине не менее чем в Ш местах. Повторносте опыта в каждом режиме работы трехкратная:. Взвешивание проб- отобранных материалов; должно производиться с точностью до 0;20 кг. Показатели равномерности; дозирования определяются по формулам (4:41, 4.42).
Согласно [191, 205] величина отклонении зависит от количества дозированного материала, чем меньше проба, тем выше показатель равномерности. С увеличением производительности дозирующего устройства уменьшается равномерность дозирования. Поэтому массу и количество проб следует устанавливать для каждого конкретного случая. Неправильно выбранный объем проб приводит к занижению или завышению- показателя равномерности дозирования. Количество и. объем проб должны быть увязаны с величиной разовой подачи и производительностью агрегата. Однако производить отбор проб по рассчитанной массе значительно труднее. Поэтому на практике целесообразно отбор проб производить по времени.
На коэффициент вариации существенным образом влияет способ отбора проб. На данное время наибольшее распространение имеют следующие способы отбора проб [58,59]:
- отсечка .материала;
- подача материала в движущуюся тару;
- регистрация потока с помощью ленточного массоизмерителя.
Из этих способов наиболеепростым.и точным является1 отсечка материала так как в, сравнении, с ленточным массоизмерителем погрешность данного способа ниже в пять, раз [134]. В предлагаемом, высевающем устройстве с эксцентриковым приводом органические удобрения подаются сплошным потоком за определенный промежуток» времени . При отборе проб отсечкой потока в сменную ёмкость повторносте опыта устанавливается- согласно таблице, с учетом, что предельная ошибка приближенно равна- наибольшей возможной статистической: Д±Зо\
Для вибровысевающих устройств в непрерывном режиме показателем является секундная производительность, которая определялась по следующей методике. Бункер засыпается органическими удобрениями и включается установка. После того как устанавливается стабильный режим истечения твердых органических удобрений из разгрузочного окна, одновременно под выпускное окно устанавливается сменная емкость и включается секундомер. Время отбора пробы составляло 10 сек. Для определения основных кинематических параметров и режимов работы вибровысевающего устройства, обеспечивающих равномерную подачу твердых органических удобрений, была использована методика экстремального планирования эксперимента [161,192,193], которая позволяет установить рациональное значение факторов и их выходные параметры. Параметрами отклика являлись следующие показатели:
Yx - равномерность высева, оцениваемая через относительную» погрешность дозирования С - коэффициент, вариации %;
Y2 - подача вибровысевающего устройства, кг/с.
Выдаваемый вибровысевающим устройством поток удобрений является случайным процессом, так как из-за различных факторов происходит отклонение подачи от расчетной. Это в свокьючередысказывается нафавномерности подачи органических удобрений. Наибольшие- отклонения- вызываются колебаниями физико-механических свойств удобрений1 [59, 100; 119]! Однако цикл работы вибровысевающего устройства сравнительно» невелик, физико-механические свойства твердых органических удобрений и-другие факторы практически не изменяются, поэтому поток удобрений не зависит от времени и эти факторы можно приняты за стационарные случайные процессы.
Анализ литературных источников [119, 122, 164, 188] и предварительно проведенных исследований показал, что в указанном факторном пространстве исследуемый процесс описывается уравнением второго порядка. Для исследований были выделены уровни и интервалы варьирования, кодированные данные обозначения которых приведены в таблице 4.1. Выбранные факторы удовлетворяют требованиям, предъявляемым при проведении многофакторного эксперимента, они управляемы, легко установить их требуемые значения в определенной размерности, однозначны (не являются функциями других факторов). В качестве плана эксперимента выбран план для трех факторов Бокса-Бенкина, матрица планирования составлена аналогично матрице планирования для грядообразователя фрезерного типа (приложение 4, таблицы 4.1.. .4.3).
Эксплуатационно-технологическая и топливно-энергетическая оценка технологии внутрипочвенного внесения удобрений
При проведении эксплуатационно-технологической оценки в качестве методики? приняты ГОСТ 240055-80 или 24059-80. Основным критерием является производительность агрегата для внесения удобрений:за час эксплуатационного времени. За сравнительную с исследуемой технологией внутрипочвенного внесения удобрения агрегатом МТЗ-82+МВУ-6М принимаем общепринятую технологию поверхностного внесения»удобрений с последующей заделкой в почву агрегатами МТЗ-82+РОУ-6 и ДТ-75Н +ПЛН-30.
Исходные данные для расчета, полученные на основе результатов испытаний и нормативно-справочных материалов, приведены в таблице 5.12. Результаты вычислений приведены в приложении 4, таблицы 4.4, 4.5.
По результатам расчетов построены графики производительности транс-портно-технологических агрегатов внутрипочвенного внесения удобрений, расхода топлива и полных энергозатрат на единицу обработанной площади (рисунок 5.5).
Во всем диапазоне дозы и расстояния транспортирования удобрений производительность экспериментального агрегата внутрипочвенного внесения меньше, чем при поверхностном внесении. Однако это компенсируется в значительной мере величиной прямых энергозатрат. Производительность агрегата в значительной мере зависит от заданной дозы. Характер зависимостей расхода топлива и энергозатрат доказывает, что оба показателя линейно зависят от расстояния транспортирования и тем больше, чем больше доза внесения удобрения.
Расход топлива при внутрипочвенном внесении удобрения, меньше на 12-20 кг/га, чем при сплошном способе, суммарные энергозатраты меньше соответственно на 687-938 МДж/га. Анализ результатов топливно-энергетической оценки (таблиц 5.13). показал: в структуре энергозатрат при внесении удобрений основную долю (до 64-67%) составляют прямые затраты энергии, 32-35% приходится на суммарную энергоемкость средств механизации. Следовательно, для снижения полных затрат энергии необходимо в первую очередь сокращать расход топлива на единицу обработанной площади.
Энергозатраты в экспериментальном варианте внутрипочвенного внесения удобрений по всем составляющим меньше соответствующих показателей при сплошном способе внесения удобрений. Коэффициенты энергозатрат с увеличением расстояния транспортирования и дозы внесения удобрений также возрастают.
Агротехническая оценка проводилась с целью определения, эффективности влияния различных доз внесения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур1 [119]: Органические удобрения вносили агрегатом МТЗ-82+МВУ-4,2 при грядоленточной технологии возделывания картофеля. В качестве органического удобрения применялась смесь птичьего помета, измельченной соломы и опилок.
Урожайность картофеля по всем способам внесения удобрений возрастала при увеличении дозы удобрений до 10-12 т/га. Однако при дальнейшем увеличении дозы удобрений урожайность снижается в результате того, что органические удобрения очень богаты питательными элементами и происходит угнетение корневой системы растений. Максимальная.прибавка получена при дозе внесения удобрений Л 0 т/га. Урожайность при внутрипочвенной заделке в 1,3 раза больше в сравнении» с поверхностным внесением. Влияние способов внесения удобрений на урожайность картофеля приведено в приложении 5.
Высокая эффективность внутрипочвенного внесения удобрений, как отмечается в ряде источников [12,28], обеспечивается за счет применения более передовой технологии транспортировки и внесения-удобрений [82, 84, 129, 137], повышения урожайности, культур, а также снижения убытков от загрязнения окружающей среды.
