Введение к работе
Актуальность темы. На протяжении многих лет сельское хозяйство не полностью использовало посевные площади, что привело к их снижению. В свою очередь происходило зарастание полей сорной растительностью. Тенденции, направленные на ввод посевных площадей в севооборот после 7 - 15-летнего «отдыха», привело к благоприятному росту сорняков, что в последствие повлияло на урожайность и уход за посевами. В этом случае очень важной задачей является подготовка поля к посеву с соблюдением всей технологии возделывания культурных растений.
Основная масса перезимовавших и старолежалых семян прорастает в апреле на юге и в мае - в более северных районах. Только в пропашных культурах и на чистых парах сорняки частично прорастают во влажной почве после каждого рыхления. В дерново-подзолистой почве около 73 % сорных растений прорастает с глубины 0 - 5 см, 13 % - с 5 - 10 см, 8 % - с 10 - 15 см и около 6 % - с глубины свыше 15 см.
Следует отметить, что серийные культиваторы подвержены налипанию почвы и забиванию сорной растительностью рабочих органов.
Для решения этой проблемы необходим новый подход, связанный с качественной обработкой почвы за счёт перспективных культиваторов.
Степень разработанности темы. Вопросам мелкой обработки почвы за счёт вибрационного воздействия посвящены научные труды многих отечественных учёных, к числу которых можно отнести А.А. Дубровского, Н.Г. Дубровина, О.В. Верняева, А.С. Лимонта, В.П. Мармалюкова, В.А. Милюткина, С.Г. Мудари-сова, Н.М. Ибрагимова, О.А. Денисову, С.Л. Дёмшина, СЕ. Фёдорова, М.М. Кон-станинова, С.Н. Дроздова, С.Г. Щукина и других. За рубежом проблемой вибрационной обработки почвы занимались Н.Р. Harrison, Hiroshi Nakashima.
Таким образом, можно утверждать, что проблема оптимизации конструктивных и эксплуатационных параметров почвообрабатывающих машин достаточно актуальна и имеет важное научное и народно-хозяйственное значение.
Цель работы. Совершенствование эксплуатационно-технологических показателей культиватора для мелкой обработки почвы за счёт использования энергии направленных колебаний рабочих органов.
Согласно поставленной цели определены задачи исследований.
-
Установить основные направления повышения эффективности мелкой обработки почвы, выполнить теоретические исследования процесса взаимодействия с почвой культиватора, оснащённого маятниковым вибратором направленного действия и обосновать его параметры.
-
Обосновать конструктивно-технологическую схему и изготовить орудие обработки почвы на основе использования энергии направленных колебаний.
-
Провести производственную проверку культиватора, оснащённого вибровозбудителем.
-
Выявить технико-экономическую эффективность внедрения и использования нового культиватора.
Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия рабочих органов культиватора с почвой при использовании маятникового вибратора направленного действия с изменяемыми геометрическими параметрами.
Предмет исследования. Закономерности влияния конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя, установленного на культиваторе, на тяговое сопротивление и качество обработки почвы.
Методология и методы исследования. Теоретические исследования технологического процесса предпосевной обработки почвы посредством предлагаемого культиватора выполнялись с применением основных положений, законов, методов классической теории сельскохозяйственных машин, земледельческой механики, физики, матмоделирования и агротехнологий.
Научную новизну работы составляют:
– совокупность теоретических и экспериментальных исследований влияния конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя на энергетические и качественные показатели работы культиватора;
– обоснованные параметры маятникового вибратора направленного действия с изменяемыми геометрическими параметрами;
– аналитические зависимости, описывающие преобразование энергии вибровозбудителя направленных колебаний;
– результаты полевых экспериментов, описывающие зависимости между интенсивностью воздействия на почву энергии вибрации, передаваемой через рабочие органы культиватора, и агротехническими показателями выполнения предпосевной обработки почвы.
Теоретическая и практическая значимость работы. По результатам теоретических исследовании разработали вибровозбудитель направленных колебаний с регулируемыми параметрами. Применение экспериментального вибровозбудителя на почвообрабатывающем орудии для предпосевной обработки почвы позволяет снизить тяговое сопротивление на 18,2 % и часовой расход топлива на 16,7 %, при снижении плотности почвы на 13,6 %.
Вклад автора в проведенное исследование. Разработана модель процесса обработки почвы почвообрабатывающим орудием с вибровозбудителем, получены аналитические зависимости, характеризующие изменение тягового сопротивления и амплитуды колебания усовершенствованного почвообрабатывающего орудия, проведены полевые и производственные исследования почвообрабатывающего орудия, оснащённого вибровозбудителем.
Достоверность результатов работы подтверждается высокой сходимостью теоретических и экспериментальных данных результатов исследования разработанного вибровозбудителя на почвообрабатывающем орудии для предпосевной обработки почвы.
Реализация результатов исследований. Производственные испытания экспериментального образца культиватора КПС-4М в п. Ленина Оренбургского района Оренбургской области показали эффективность его использования для лучшей подготовке поля под посев. Результаты НИР внедрены в учебный процесс инженерного факультета ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ, ФГБОУ ВО Самарская ГСХА, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, Костанайского ГУ (Казахстан).
Основные положения, выносимые на защиту:
– аналитические закономерности, характеризующие тяговое сопротивление культиватора с вибровозбудителем;
– теоретическая модель закона движения культиватора, оснащенного вибровозбудителем;
– конструкция вибровозбудителя с регулируемыми конструктивно-режимными и геометрическими параметрами;
– результаты экспериментальных исследований, подтверждающие зависимость энергетических и агротехнических показателей работы усовершенствованного культиватора с вибровозбудителем;
– показатели экономической эффективности использования культиватора с вибровозбудителем.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов (Оренбург, 2016 – 2018 гг.), на международных научно-практических конференциях (Оренбург, 2017 – 2018 гг.), на конференции «Актуальные проблемы научно-технического обеспечения процессов и производств в АПК» Новосибирского государственного аграрного университета (Новосибирск, 2016 г.), на международной конференции ФГБНУ «Оренбургский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» (Оренбург, 2017 г.).
Публикация материалов исследования. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ. Объем публикаций составляет 3,08 п.л., из них автору принадлежит 1,52 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 106 наименований. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 30 рисунков и 5 приложений.