Введение к работе
Актуальность проблемы. В период формирования в сельском хозяйстве рыночных отношений и изменения его структуры как никогда ранее обостряются проблемы эффективного использования земли, повышения ее плодородия, снижения себестоимости производимой продукции, а также вопросы экологии окружающей природной среды. Поэтому одной из первоочередных проблем является широкое внедрение в производство рациональных технологий основной обработки почвы.
В условиях интенсификации земледелия стали реальной необходимостью уточнение и пересмотр приемов почвообработки применительно к прогрессивным технологиям выращивания культур, севооборотам различной специализации, новым задачам по охране природы. Возникла потребность рационального чередования обработки почвы с оборотом и без оборота пласта. Более остро встали вопросы обеспечения и улучшения физических и агротехнических свойств посевного и корнеобитаемого слоев, оптимизации влагообеспеченности и содержания гумуса, защиты почв от эрозии, снижения энергетических и трудовых затрат.
Решающее значение для качественной подготовки почвы под посев и посадку сельскохозяйственных культур имеет отвальная вспашка, которая обеспечивает оборот пласта, крошение и перемешивание почвы, заделку пожнивных остатков и органических удобрений.
Однако, при отвальной вспашке, выполняемой плугами общего назначения, на поверхности поля образуются свальные гребни и развальные бо-зозды, суммарная площадь которых в зависимости от размеров и формы поля юстигают 19,5%. На этой площади урожайность культур снижается на 50...40% по сравнению с остальной площадью поля. Поэтому внедрение ладкой вспашки дает реальную возможность без дополнительных затрат 'величить урожайность на 7...10 %, повысить качество работы и производи-ельность агрегатов на последующих операциях.
Перспективным направлением научных исследований в настоящее іремя является разработка почвообрабатывающих машин с ротационными рабочими органами, которые позволяют выполнять одновременно несколько іпераций за один проход агрегата. Несмотря на то, что эффективность при-іенения ротационных органов на ряде операций по обработке почвы под-верждена результатами работ многих исследователей, они пока не получили аспространения в сельском хозяйстве страны. Значительное количество на-чных исследований, выполненных в этом направлении, дает основу для вы-ора и обоснования ряда параметров почвенных фрез и других машин. Одна-о, во многих работах вопросы общей теории ротационных органов (напри-:ер дисков), аналитические методы исследования и обоснования их важней-шх параметров не получили должного развития.
Поэтому основным содержанием научной проблемы нашей работы яв-яется изыскание новых технологических схем и принципов взаимодействия
элементов рабочих, органов с обрабатываемой средой, рациональное по строение производственных операций технологического процесса в соответствии с зональными и экологическими требованиями.
Актуальность поставленной проблемы подтверждается государствен ными и ведомственными планами проведения научных исследований в об ласти сельского хозяйства по созданию комплекса машин для агрегатирова ния с энергонасыщенными тракторами, а также по разработке новых техно логий обработки почвы при интенсивном земледелии.
Исследования проводились в соответствии с программами работ по ре шению общесоюзной научно-технической проблемы О. СХ. 103.01 (N 01813000770), а также проблемами всесоюзного Координационного плана 16.0 (№ 77056687), по которым Казанская ГСХА была утверждена соисполнителем.
Тема диссертации соответствует требованиям Федерального Закона Р<1 «Об энергосбережении» от 03.04.96 г. № 28 - ФЗ.
Цель исследований. Научно обосновать направления повышения ка чества обработки почвы, создание и внедрение плугов для гладкой пахоть обеспечивающих увеличение производительности машин и снижение затра энергии на основной обработке почвы гладким способом.
Объекты исследований. В качестве основного объекта исследовани принят технологический процесс основной обработки почвы, который ее вместно с техническими средствами представляет совокупность производи венной системы, экспериментальные образцы плугов для гладкой вспашки.
Предметом исследований являются закономерности процесса взаимс действия ротационных рабочих органов с почвой и методы повышения э<\ фективности технологического воздействия ротационных орудий на обраб; тываемую среду.
Методика исследований. Методической основой явился комплексны подход, который заключается в анализе конструктивных особенностей раб< чих органов и характера выполняемых ими функций в тесной взаимосвязи осуществляемыми технологическими процессами, условиями и режимам работы, средствами энергетики.
Теоретическая часть исследований базируется на закономерност? земледельческой механики и смежных агробиологических наук. При эте также использовались положения дифференциальной и аналитической ге метрий, методы теории подобия и физического моделирования.
Экспериментальные исследования проводились в соответствии с ра работанной комплексной методикой, включающей ряд общеизвестных мет дик по определению физико-механических и технологических характеристі почв, качественных и энергетических показателей работы машин и оруди Обработка результатов экспериментов проводилась с применением метод математической статистики и теории вероятностей.
Научную новизну составляют способ гладкой вспашки и семейст принципиально новых рабочих органов и машин, обеспечивающих повышен
производительности и качество работы при снижении энергозатрат путем разнонаправленной деформации пласта и снижения скорости его отбрасывания.
Научная новизна работы подтверждена техническими разработками, защищенными восемью авторскими свидетельствами и патентами РФ.
Научная ценность. Установлены закономерности воздействия отдельных элементов технологического процесса на показатели работы почвообрабатывающих машин, намечены пути повышения эффективности процесса основной обработки почвы за счет использования принципа ротационного резания и создания машин с комбинированными рабочими органами; обоснованы целесообразность и экономическая эффективность применения для основной обработки почвы технологии гладкой вспашки - без разбивки поля на загоны и исключения образования свальных гребней и развальных борозд. Получены аналитические зависимости для определения конструктивных параметров комбинированных рабочих органов плугов для гладкой вспашки, учитывающие показатели режимов работы, параметры пласта и свойства обрабатываемой почвы.
Выявлены закономерности изменения действительных значений углов заострения и резания в зависимости от различных факторов - конструктивно-технологического и кинематического характера. Получены аналитические выражения и разработана методика исследования динамики изменения кинематического угла резания при различных значениях отдельных переменных, определяющих характер конкретного рабочего органа и закономерности движения его режущей кромки в пространстве.
Практическая ценность работы. На основе проведенных исследований разработаны методические принципы анализа кинематики перемещения почвенного пласта, как научной основы для проектирования рациональной }>ормы дополнительных органов ротационных плугов, обеспечивающих разрушение пласта в энергосберегающем режиме, за счет деформации его во ізаимно перпендикулярных направлениях и сообщения малых скоростей от-ірасьівания. Разработана и применена методика расчета на ЭВМ кинемати-іеских, силовых и технологических параметров ротационных рабочих орга-юв плугов для гладкой пахоты.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций под-верждена экспериментальными данными и производственной проверкой но-ых технических средств для основной обработки почвы и технологических риемов гладкой вспашки. Расхождение между теоретическими и экспери-іентальньїми данными не превышает 8 %.
Реализация результатов работы. В результате проведенных опыгно-онструкторских работ созданы высокоэффективные почвообрабатывающие ашины; поворотный плуг для гладкой вспашки с комбинированными рабо-ими органами, орудие для противоэрозионной (безотвальной) обработки эчвы на склонах, оборотный плуг для обработки склонов, фронтальный гсуг с жесткой рамой для гладкой вспашки различных типов почв с полным эоротом пласта в габаритах собственной борозды, способ и устройство для
скоростного вождения широкозахватных пахотных агрегатов по центрирующей полуборозде, почвообрабатывающе-посевные машины, оснащенные ротационными органами с выпуклой рабочей поверхностью и др.
Изготовлены в количестве 12 штук плуги с ротационными рабочими органами и с 1989 г. используются в хозяйствах РТ.
Материалы разработки новых рабочих органов поворотных плугов для гладкой вспашки, техническая документация, а также основные результаты исследования, вместе с конкретными рекомендациями по их изготовлению, переданы для внедрения отдельным предприятиям и учреждениям, в ОАО ВИСХОМ, в Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республик Татарстан и Марий Эл.
Министерство сельского хозяйства и продовольствия РТ приняло решение об изготовлении опытной партии поворотных плугов для гладкой вспашки в количестве 80 штук на базе оборонных заводов с 2000 г.
Материалы исследований и методические пособия используются в учебном процессе пяти ВУЗов, а также при повышении квалификации руководителей и специалистов АПК Республик Татарстан и Марий Эл в институтах переподготовки кадров и агробизнеса.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы ежегодно докладывались и обсуждались на научных конференциях Казанской ГСХА, на научно-технической конференции «Методы эффективного совмещения операций и развитие конструкций комбинированных машин и агрегатов» (Москва, ВИМ), на зональной научно-технической конференции «Интенсификация механизированных процессов в земледелии» (Казань), научно-технической конференции молодых специалистов сельхозмашино строения (Москва, ВИСХОМ), на научно-технических конференциях Челябинского и Белорусского ИМЭСХ, в сельскохозяйственных институтах Ря зани, Уфы, Ижевска, в СКБ заводов «Одессапочвомаш», «Алтайсельмаш» на секции «Земледельческая механика и программирование урожаев» отде ления МЭСХ ВАСХНИЛ (Мелитополь), на научно-техническом совете МО ТАССР, выездном заседании НТС МСХ РСФСР (Казань) и др.
Отдельные конструктивные разработки демонстрировались на ВДГО СССР и Татарской АССР, участвовали во Всесоюзном конкурсе, отмечень вторым призовым местом и медалью ВДНХ СССР.
Публикации. Материалы диссертации отражены в опубликованної монографии объемом 16,74 п.л., в 34 научных статьях различных изданий, в патентах и авторских свидетельствах на изобретения.
На защиту выносятся следующие основные положения:
повышение эффективности технологических процессов основной of: работки почвы и закономерности функционирования технических средсті обеспечивающих комплексное выполнение ряда операций обработки почв: гладким способом;
процессы взаимодействия элементов ротационного органа с почвоі кинематика перемещения им почвенного пласта и рациональные формы д<
полнительных органов, обеспечивающих разрушение пласта за счет деформации его во взаимно перпендикулярных направлениях;
- схемы и параметры перспективных почвообрабатывающих машин с
ротационными рабочими органами комбинированного типа, параметры уст
ройства для повышения устойчивости хода и управляемости пахотного агре
гата за счет движения его по центрирующей полуборозде, позволяющей ра
ботать и на более высоких скоростях движения;
-математическая модель и оптимизация технологического процесса, выполняемого ротационным органом плуга для гладкой пахоты и его рациональные конструктивно-технологические параметры; обеспечивающие работу в режиме наименьших энергозатрат;
- закономерности технологического процесса воздействия комбиниро
ванного рабочего органа на почву, аналитические методы определения его
эсновных параметров и режимов работы, обоснование методики проектиро
вания и определения условий размещения на раме;
-результаты экспериментальных исследований и производственной троверки разработанных машин и их технико-экономическая эффективность.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, дести глав и общих выводов по работе. Изложена на 311 страницах основного текста, содержит 5 таблиц и 54 рисунка. Список использованной литературы содержит 330 наименований. Приложение составляет 46 страниц.
