Содержание к диссертации
Введение
I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ . 10
1.1. Задачи почвозащитной поверхностной обработки почвы 10
1.2. Обзор и анализ средств механизации предпосевной обработки почвы по стерневым фонам 16
1.3. Краткий анализ результатов исследований взаимодействия игольчатых дисков с почвой . 25
1.4. Основные выводы и задачи исследования . 36
П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 39
2.1. Разработка, обобщенной математической модели исполнительных элементов ротационных рабочих органов 39
2.2. Исследование кинематических характеристик
разных форм исполнительных элементов . 50
2.3. Определение и анализ параметров зоны взаимодействия исполнительных элементов с почвой 60
2.4. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы игольчатого рабочего органа 79
2.5. Обоснование параметров модуля машины поверхностной обработки почвы 82.
Ш. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. 93
3.1. Задачи экспериментальных исследований . 93
3.2. Лабораторные установки и условия проведения экспериментов 94
3.3. Разработка методики определения коэффициента скольжения игольчатых ротационных
рабочих органов 97
3.4. Силовой анализ взаимодействия исполнительного элемента игольчатого диска о почвой. НО
3..4.I. Тензометрическая установка исполнительных элементов, совершающих сложное движение в пространстве. 112
3.4.2. Выделение значимых факторов, влияющих на энергоемкость взаимодействия игольчатых
дисков с почвой " 119
3.4.3. Обоснование уровней варьирования факторов, плана эксперимента и критерия оптимизации 124
3.5. Определение параметров зоны взаимодействия исполнительного элемента с почвой 126
3.6. Определение степени сохранения пожнивных растительных остатков на поверхности поля. 128
3.7. Исследования тягового солротивления игольчатых борон с различными рабочими органами 133
3.8. Агротехническая и энергетическая оценка работы плоекорезно-ротащонной комбинированной машины поверхностной обработки почвы. 135
3.9. Методика обработки экспериментальных данных
и определение погрешностей измерений 139
.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И
АНАЛИЗ. ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ 142
4.1. Определение режима работы игольчатых ротационных рабочих органов 142
4.2. Анализ закономерностей изменения сил реакции почвы, действующих на исполнительный элемент 143
4.3. Результаты разработки технологических и энергетических моделей работы экспериментального игольчатого рабочего органа 148
4.4. Определение оптимальных значений радиуса
сферы игольчатого диска- 155
4.5. Определение оптимальных значений угла
атаки игольчатого диска, 161
4.6. Обоснование оптимального соотношения между
радиусом сферы и углом атаки игольчатого.
диска 163
4.7. Агротехническая оценка работы игольчатых
борон 164
4.8. Энергетическая оценка работы односледных игольчатых борон с различными типами рабочих органов 169
4.9. Конструкция и технологический процесс работы макетного образца плоскорезно-ротационной комбинированной машины 173
4.10.Результаты агротехнической и энергетической оценки работы плоскорезно-ротационной
комбинированной машины 175
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ДДОСКОЇЕЗНО-ШСАЦИОШЇОЙ КШЕИНИРШАННОЙ
МАШИНЫ ДНЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ. ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ . 181
5.1. Определение экономических показателей . 181
5.2. Определение показателей экономической эффективности 191
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 194
ЛИТЕРАТУРА 197
ПРИДАНИЯ 215'
- Задачи почвозащитной поверхностной обработки почвы
- Разработка, обобщенной математической модели исполнительных элементов ротационных рабочих органов
- Задачи экспериментальных исследований
- Определение режима работы игольчатых ротационных рабочих органов
- Определение экономических показателей
Задачи почвозащитной поверхностной обработки почвы
Комплекс агротехнических мероприятий, направленных на соз -дание оптимальных условий для развития и роста культурных рас -тений и, тем самым„ получению высоких устойчивых урожаев сель. -скохозяйственных культур при одновременном сохранении, или по -вышении плодородия почвы, за счет предотвращения эрозионных процессов предусматривает обязательное проведение поверхностных обработок. Только в результате качественно проведенной предпосевной обработки почвы можно создать оптимальные условия для куль -турных растений в начальный период их развития, т.е. в тот пе -риод, когда они к таковым наиболее требовательны / 25,26,27,28 /.
Придавая исключительно важное значение предпосевной обра -ботке почвы, академик В.Р.Вильямс / 29 / отметил: " Совершенно понятно, что проведение резкого ограничения как задач системы основной, так и системы предпосевной обработок представляется задачей неосуществимой". Кроме того было отмечено, что особая роль отводится допосевному уплотнению почвы, которое исключает вероятность разрыва корневой системы прорастающих семян.
Академики Д.Н. Прянишников / 30 /, К.А» Тимирязев / 31 /, Т.Д. Лысенко / 32 / отмечали, что плодородие почвы зависит не только от наличия питательных веществ, но и от количества вла -ги, которое в значительной степени зависит от физических свойств почвы, химических и биологических процессов, протекающих в ней, и, которые можно изменять с помощью механического воздействия. И.М.Василенко, П.Т Бабий / 25 /, В.П.Нарциссов / 8 /, А.В.Фисюнов / 33 / указывают на обязательную при предпосевных обработках необходимость получения в поверхностном слое хорошо разрыхленного с мелкокомковатой структурой состояния почвы.Этот слой должен быть чистым от сорняков, выровненным на поверхности, равномерным по толщине, хороша пропускать воздух, снижать до минимума испарение влаги и располагаться над уплотненным слоем - ложем для семян культурных растений.
И.М. Панов / 14 /, Й.П.Котоврасов / 26 /, В.И.. Сигов / 34 /, В.И. румянцев / 27 / и другие / 35,36,37,38: / отмечают высокую положительную значимость влияния механических обработок почвы вообще, и: предпосевных в частности, на поддержание и повышение ее плодородия, защиту от эрозии, в борьбе с сорняками, болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур, в стимулировании протекающих физико-механических, химических и биологических процессов.
Э.Ф. Госсен / 39 /, А.П.. Спирин и другие / 10,23 / рекомендуют проведение поверхностного боронования игольчатыми борона -ми с целью уничтожения сорняков и разрушения почвенной корки.
В работах/40,6,41,42 /придается большое значение ранне-весеннему боронованию, как одному из основных средств, обеспе -чивающих сохранение влаги и уничтожение сорняков. Боронование обеспечивает разрушение крупных комков и выравнивание поверхности поля. Поверхностный рыхлый слой, подсохнув, выполняет роль мульчи и препятствует подъему влаги из нижележащих слоев почвы. Рыхлая, выровненная поверхность поля способствует качественной заделке семян на заданную глубину.
Разработка, обобщенной математической модели исполнительных элементов ротационных рабочих органов
При разработке машин поверхностной обработки почвы в обязательном порядке решаются задачи качественного выполнения технологического процесса, а также снижения энерго- и материалоемкости агрегата. Одним из возможных вариантов решения этих задач является оптимизация параметров и режимов работы игольчатых дисков.
При проектировании игольчатых ротационных рабочих органов (ИРРО) и определении оптимальных режимов их работы необходимо четко представлять механизм процесса воздействия исполнительных элементов (ИЭ) игольчатых дисков на почву, иметь теоретические зависимости, определяющие форму, объем и другие характеристики зоны взаимодействия. Для выполнения этих требований обязательным условием является знание законов движения ИЭ в пространстве. Поставленные задачи невозможно решить без инструмента, позволяющего точно описать механизм процесса и результаты взаимодействия с почвой ИЭ, имеющих различные геометрические, кинематические,энергетические и технологические характеристики. Таким инструментом может служить математическая модель, наиболее полно описывающая изучаемый процесс.
Задачи экспериментальных исследований
Сложный характер движения исполнительного элемента, выполненного по форме плоской или пространственной кривой, недостаточная изученность сущности и закономерностей процесса взаимодействия с почвой игольчатых дисков, установленных под углом атаки, широкий диапазон условий эксплуатации при высоких требованиях к качественным, противоэрозионным ж энергетическим пока зателям технологического процесса машин для поверхностной обработки почвы обусловливает необходимость- проведения лаборатор -ных и лабораторно-п.олевых. исследований.
В задачу экспериментальных исследований входило:
- определить закон изменения коэффициента скольжения игольчатых дисков в зависимости от условий работы ;
- изучить влияние величины радиуса сферы игольчатых дисков на энергоемкость рыхления почвы ;
- установить оптимальные конструктивные параметры и режимы работы игольчатого рабочего органа, обеспечивающего выполнение технологического процесса с минимальными энергетическими затратами и высокими качественными показателями ;
- проверить теоретические выводы о возможности ИСПОЛЬЗОВЭг-ния на операциях поверхностной обработки почвы сферо-гипербо-лических игольчатых рабочих органов в односледном исполнении ;
- доказать технологическую, энергетическую и противоэрюзи-онную предпочтительность сферо-гиперболических игольчатых дисков перед серийными ;- подтвердить гипотезу о целесообразности применения игольчатых ротационных: рабочих органов в сочетании с плоскорежущими, как перспективного комплекса рабочих органов комбинированной машины для предпосевной обработки; почвы по стерневым фонам.
class4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И
АНАЛИЗ. ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ class4
Определение режима работы игольчатых ротационных рабочих органов
В результате обработки экспериментальных данных,полученных после реализации рабочей матрицы плана латинского квадрата, представленного в приложении II, было получено уравнение per -рессии функции отклика в следующем виде:
у = 18,0737+6,852- ,33622 0,0620-1,13872 0,46752 (4. -0,І787ХІХ3-0,0975ХІ24+0,99753 23-0,00І222 -0,2075ХзХ4
После оценки коэффициентов регрессии по величине довери -тельного интервала A$L уравнение (4 1) предстало в виде:
у= 18,0737 + 6,85XrI,I387X4+0,9975X2X3 (4.
Адекватность полученной модели проверили по. F -критерию и I -критерию. Модель оказалась адекватной, так как F „„„„ = -4,69 табл." 5»912 ПРИ Уровне значимости d\ =0,05 и числе степеней свободы ./"числит, и Узаам. = 4. Расчетное значе -ние t -критерия = 0,874. меньше табличного =2,776.. Коэффи -циент парного взаимодействия незначительно превышает довери -тельный интервал 4ш Параметры статистического анализа уравнения регрессии сведены воедино и помещены в приложении 3. Таким образом, уравнение регрессии, определяющее значение коэф -фициента скольжения игольчатых дисков от условий работы линейное / 153 /.
Для упрощения использования полученного уравнения регрессии значения управляемых факторов из кодированных величин преобра 143 зовали в именованные и получили уравнение (4.2) в виде;
Ц = 21,4701+0,685 -174,5625 -6,65.1/-2,8467 +83,125 (4.3)
Наглядная интерпретация степени влияния отдельных параметров на коэффициент скольжения игольчатых дисков согласно зави -симости (4.3) изображена графически на рисунке 4-І.
Из анализа коэффициентов уравнения регрессии (4.2) и графиков ( рис.4.-1) следует, что существенными факторами, влияющими на величину коэффициента скольжения являются угол атаки и твердость почвы. Факторы глубины обработки и скорости движения агрегата оказались незначимыми., Взаимодействие факторов д/ значимо и положительный знак свидетельотвует об увеличении степени скольжения при одновременном увеличении или уменьшении значений этих факторов. Остальные знаки коэффициентов уравнения регрессии свидетельствуют о росте скольжения игольчатых дисков с увеличением угла атаки и снижением твердости почвы»
Для определения оптимальных режимов работы игольчатых дисков, с учетом зависимости коэффициента их скольжения (4.3) от условий эксплуатации, рекомендуется номограмма, представленная на рисунке 4.-2. Для аналитических выражений значения V по (4.3) нужно разделить на 100 и прибавить. I.
Определение экономических показателей
Универсальная комбинированная машина для поверхностной обработки стерневых полей в течение года применяется на операциях ранневесеннего боронования, предпосевной культивации, культивации пара, лущения стерни, послевсходового боронования посевов и боронования паров после дождей; В конкретных операциях различные части машины работают разное по продолжительности время Отсюда фактическая годовая загрузка каждой части универсальной комбинированной машины определялась по формуле / 158 /: где Qtj, л?у -соответственно объем работ ( га) и производи -тельность за час сменного времени (га/ч) / й части машины, используемой на j -й работе ( для напряженного периода - индекс "Н" ) ; tn - количество выделенных частей (/=1,2,.../77) ; р - количество операций, на которых участвует / -я часть машины ( j 1,2,... ,Н,..., Р ). С помощью данной формулы были определены загрузки каждой І-й части машины сначала на каждой j-й операции, а затем их фактические годовые загрузки на всех операциях.
Экспериментальная универсальная комбинированная плоскорезно-ротационная машина ПРКМ-Ю,6 представлена тремя частями: посто -янно действующей частью ( рама, сница, боковые брусья» гидрооборудование и т.д.) ; бороновальным оборудованием ( игольчатые диски, подшипники, междисковые втулки и т.д.) ; культиваторным оборудованием (плоскорежущие лапы, стойки, качающийся брус, корректор и т.д.). В качестве базы для сравнения о экспериментальной машиной были взяты культиватор KTC-I0-GI и широкозахватная борона ШП-І5 как машины, выполняющие тот же комплекс технологических операций, что и новая машина.
Количество операций, календарные сроки и объем работ в гектарах для определения экономических показателей взяты на примере 3-го отделения совхоза им. Войкова Сорочинского района Оренбургской области и представлены в таблице 5Л.
Расчеты годовых загрузок каждой части универоальной комби -нированной машины & базовых машин представлены в таблице 5.2.
Производительность сравниваемых, машин в агрегате с тракто -ром Т-4А составляет: на раннем, весеннем бороновании с целью закрытия влаги для ЇІНШ-IG,6-7,28 га/ч ; для ВШІ-І5 -9,39 га/ч ;на предпосевной культивации для ПНСЯ-10,6 -5Д5 га/ч ; для КТС-10--01-5,25; га/ч ; на культивации пара для ЇЇЖМ -10,6-5,98 га/ч ; для KTC-IO-GI-5,8.6 га/ч ; на лущении стерни для ПНОД-10,6-7,28 га/ч ; для ШШ-Ш-9,39 га/ч.
