Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1 Особенности технологий возделывания зерновых культур 8
1.2 Основные требования к прямому посеву и техническим средствам для их осуществления 14
1.3 Конструктивные особенности сеялок и сошников для прямого посева
1.3 Анализ научно-исследовательских работ по обоснованию конструктивно-технологических параметров сеялок 28
1.4 Цель и задачи исследования 35
2 Разработка математической модели технологического процесса работы посевной секции 37
2.1 Обоснование конструктивной схемы и основных параметров посевной секции 37
2.2 Обоснование процесса формирования семенного ложа 39
2.3 Обоснование формы и параметров прикатывающего катка 48
2.4 Модель процесса взаимодействия посевной секции с почвой 52
2.5 Постановка начальных и граничных условий функционирования модели 56
Выводы по главе 2 67
3 Методика экспериментальных исследований 68
3.1 Методика реализации математической модели 68
3.2 Методика проведения лабораторных исследований по обоснованию конструктивных параметров посевной секции 80
3.3 Методика проведения лабораторно-полевых экспериментов 86
3.3Методика полевых экспериментов 91
3.4 Методика обработки экспериментальных данных 95
Выводы по главе 3 96
4 Результаты экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров посевной секции 98
4.1 Проверка адекватности разработанной математической модели 98
4.2 Результаты теоретических исследований по обоснованию параметров посевной секции 103 4.3 Результаты лабораторных экспериментальных исследований по обоснованию параметров посевной секции 112
4.4 Результаты лабораторно-полевых экспериментов 115
4.5 Результаты агротехнической оценки сеялки в полевых условиях
5. Технико-экономическая эффективность и результаты внедрения разработок 136
5.1 Рекомендации производству и результаты внедрения технических решений 136
5.2 Технико-экономическая эффективность сеялки для нулевой технологии
Выводы по главе 5 148
Заключение 148
Список литературы 151
- Конструктивные особенности сеялок и сошников для прямого посева
- Обоснование формы и параметров прикатывающего катка
- Методика проведения лабораторных исследований по обоснованию конструктивных параметров посевной секции
- Результаты лабораторных экспериментальных исследований по обоснованию параметров посевной секции
Введение к работе
Актуальность темы. При возделывании сельскохозяйственных культур существенное снижение эксплуатационных затрат возможно при внедрении энергоресурсосберегающих технологий, одной из разновидностей которых является нулевая технология. При нулевой технологии эксплуатационные затраты при возделывании зерновых культур снижаются до 40% по сравнению с классической технологией. Однако это происходит в основном за счет уменьшения количества операций – исключаются такие энергоемкие технологические операции по обработке почвы как вспашка, боронование и культивация. Если при классической технологии подготовка почвы под посев осуществляется несколькими технологическими операциями, то при нулевой – непосредственно в процессе посева. Поэтому при нулевой технологии подготовке почвы и созданию благоприятных условия для роста и развития высеянных семян необходимо обратить повышенное внимание. А это возможно только за счет совершенствования конструктивно-технологических параметров рабочих органов сеялок.
Степень разработанности темы. До настоящего времени накоплен большой теоретический и практический материал по обоснованию конструктивно-технологических параметров рабочих органов сеялок. Эти работы направлены в основном на разработку и совершенствование технических средств, используемых в традиционных и минимальных технологиях, где происходит предварительная обработка и подготовка почвы под посев. Однако, наличие растительных остатков, стерни, повышенная твердость и связанность почвы перед посевом существенно влияют на процессы крошения почвы, образования семенного ложа, распределения, закрытия и уплотнения семян, которые необходимо учитывать при разработке и совершенствовании рабочих органов сеялок.
Решение таких задач требует обоснования конструктивно-технологической схемы рабочего органа, рассмотрения процесса формирования семенного ложа сошником при его взаимодействии с почвой и исследования влияния конструктивных параметров на качество посева. В связи с этим повышение эффективности посева зерновых культур по нулевой технологии за счет совершенствования конструктивно-технологической схемы и параметров сошника является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы. Повышение эффективности сеялки для прямого посева зерновых культур путем совершенствования конструктивно-технологической схемы и параметров посевной секции.
Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия рабочих органов комбинированной посевной секции с почвой.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия рабочих органов посевной секции с почвой, изменения агротехнических и энергетических показателей работы в зависимости от ее конструктивно-технологических параметров.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов механики сплошных сред и классической механики. Экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях выполнены с использованием стандартных и частных методик с применением методов
планирования эксперимента. Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.
Научная новизна.
1. Разработана математическая модель процесса формирования семенного
ложа комбинированной посевной секцией с учетом ее конструктивно-
технологических параметров.
2. Получены аналитические выражения для определения плотности почвы
семенного ложа и над семенами, позволяющие учитывать конструктивные пара
метры сошника, прикатывающего катка и свойства почвы.
Теоретическая значимость исследований заключается в разработке методик обоснования конструктивно-технологических параметров комбинированной посевной секции, состоящая из нескольких рабочих органов, а также в разработке математических моделей их взаимодействия с почвой и процесса формирования семенного ложа.
Практическая значимость. Предложена конструктивная схема посевной секции для прямого посева зерновых культур, обеспечивающая формирование семенного ложа, посев семян во влажный слой почвы, их закрытие слоем почвы, требуемой толщины, и его уплотнение. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию при разработке экспериментальных образцов посевных секций и зерновых сеялок для посева по нулевой технологии.
Работа выполнена в соответствии с научно-исследовательской программой на 2010-2015 гг. «Повышение качества выполнения технологических операций на основе совершенствования рабочих органов сельскохозяйственных машин» (Рег. № 01.2010.58947) на кафедре строительно-дорожных, коммунальных и сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ.
Реализация результатов исследований. Модернизированные зерновые сеялки на базе ОБЬ-4ЗТ с комбинированными посевными секциями внедрены в СПК «Красная Башкирия» Абзелиловского района Республики Башкортостан. Экспериментальная посевная секция внедрена в ГБПОУ «Аургазинский многопрофильный колледж» Республики Башкортостан. Разработанные методы расчета конструктивно-технологических параметров рабочих органов используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ и ГБПОУ «Аургазинский многопрофильный колледж».
Вклад автора в проведенное исследование состоит в непосредственном участии автора в получении исходных данных и научных экспериментах, личном участии в апробации результатов исследований, разработке ключевых элементов экспериментальной установки комбинированного посевной секции, разработке экспериментальной сеялки прямого посева, выполненных при участии автора, обработке и интерпретации экспериментальных данных, выполненных при участии автора, подготовке основных публикаций по выполненной работе.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и одобрены на всероссийской научно-практической конференции «Роль науки в инновационном развитии АПК», посвященной 80-летию профессора Ио-финова А.П. (Уфа, 2012 г.), международных научно-практических конференциях
Башкирского ГАУ (2014, 2016 гг.), Челябинского ГАА (2013…2016 гг.). Результаты диссертационной работы демонстрировались и были отмечены на региональных и всероссийских выставках. Авторы награждены серебряными медалями XXI специализированной выставки «Агрокомплекс – 2015» (г. Уфа) и XIII Российской агропромышленной выставки «Золотая осень – 2015» (г. Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 2 в рецензируемых научных изданиях, 2 патента на изобретение и 3 патента на полезную модель. Общий объем публикаций составляет 4,92 п.л., из них автору принадлежит 1.85 п.л.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, списка литературы, выводов и приложений. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, 29 страницах приложений, список литературы содержит 119 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
1. Теоретическое обоснование конструктивно-технологической схемы посев
ной секции для посева семян зерновых культур по нулевой технологии.
2. Математическое описание технологических процессов взаимодействия
рабочих органов с почвой и формирования ими семенного ложа.
3. Конструктивно-технологическое обоснование параметров посевной сек
ции.
4. Экспериментальная оценка посевной секции и зерновой сеялки для посева
по нулевой технологии.
Конструктивные особенности сеялок и сошников для прямого посева
Научные исследования Мухаметдинова А.М. посвящены исследованию и обоснованию конструктивно-технологических параметров комбинированного сошника для прямого посева [49; 50; 51; 52]. Разработанный им сошник позволяет вносить удобрения анкерным долотом ниже глубины высева семян, осуществляемых ленточным способом лаповым сошником [53; 54; 55; 56]. Однако лаповый сошник в данном случае производит сплошное рыхление почвы, что не подходит для нулевой технологии.
Работа Небавского В.А. [48] посвящена обоснованию и разработке высокоэффективных ресурсосберегающих технологических процессов и технических средств для возделывания основных сельскохозяйственных культур на основе «нулевой» обработки почвы. Им разработаны методики расчета и обоснования технологических схем и параметров машин для внесения безводного аммиака, универсального опрыскивателя полевых культур, зерновой и кукурузной сеялок прямого посева. Разработанная на основе его исследований сеялка СЗК-4,5 оборудована сошниками лапового типа и поэтому может использоваться только для прямого посева по нулевой технологии.
Анализ научных исследований по обоснованию параметров сеялок и их рабочих органов позволяет установить, что в основном эти работы направлены на снижение энергоемкости процесса посева, в частности на снижение тягового сопротивления сошников. Процессы взаимодействия сошников с почвой для правильного формирования семенного ложа в этих работах не рассматриваются.
Коллективом ученых Челябинского ГАА, ТатНИИСХ и ВИМ Бледных В.В. [57; 58], Мазитовым Н.К. [59; 60; 61; 62; 63; 64], Лобачавским Я.П. [65; 66], Рахимовым Р.С. [67; 68], Хлызовым Н.Т. [69] разработаны и освоены производством почвообрабатывающе-посевных машин ППА-5,4, ППА-7,2, ППАБМ-14,7 в ООО «Варнаагромаш», ОАО «Техартком» и ЗАО "Ярослав зо ское ремонтно-техническое предприятие". Ими обобщены методики обоснования конструктивных схем и параметров широкозахватных посевных комплексов с централизованным пневматическим высевом семян [59; 60; 57; 61; 58; 70; 67; 68; 69; 62].
Анализ теоретических исследований позволил установить, что для описания работы сошников в основном используются методы классической механики, которые не позволяют описать напряженно-деформированное состояние почвы процессе взаимодействия с сошником. При теоретическом описании работы сошника не рассматриваются процессы формирования псеменного ложа и перемещения почвенных комков при закрытии семян после прохода рабочего органа.
Повышение качества работы почвообрабатывающих и посевных машин путем совершенствования их конструктивно-технологических параметров на основе моделирования технологического процесса взаимодействия рабочих органов с почвой предложены С.Г. Мударисовым [71; 72; 73], С.Н. Каповым [74]. Также вопросами моделирования процесса обработки почвы занимались А. Кулен, Х. Куиперс [75].
Для описания взаимодействия рабочих органов с почвой С.Г. Мудари-совым [72; 76; 77; 78; 79; 80; 81] применен метод гидромеханического моделирования, а в качестве объекта принята сплошная деформируемая среда. Это дало возможность углубленного изучения процессов взаимодействия с почвой рабочих почвообрабатывающих машин и установления внутреннего характера протекания процессов крошения, перемешивания почвенных частиц, изменения тягового сопротивления с целью определения оптимальных параметров рабочих органов.
Мударисовым С.Г. установлено, что при моделировании технологического процесса обработки почвы начальные условия модели должны определяться физико-механическими свойствами почвы, а граничные условия – технологическими параметрами рабочих органов [71; 72; 73; 77]. Применение методов сплошных сред, используемых в работах Муда-рисова С.Г., применительно к сошникам позволит обосновать конструктивно-технологические параметры рабочего органа [82]. При этом оптимизационными параметрами применительно к сошникам прямого посева должны быть уменьшение тягового сопротивления, снижение выноса нижних влажных слоев почвы на поверхность, формирование уплотненного семенного ложа, качественное закрытие образовавшейся после прохода рабочего органа борозды и создание оптимальной плотности почвы над семенами. Сложность конструкции сошника для прямого посева при этом требует уточнения граничных условий функционирования модели процесса взаимодействия рабочих органов с почвой с учетом процесса уплотнения почвы сошником и реактивного вращения дисков.
В результате анализа научных исследований, рассмотрения конструкций сошников и наблюдений установлено, что все существующие сошники сеялок не способны образовывать бороздки с необходимой плотностью дна. Для формирования семенного ложа с требуемыми параметрами лучше всего подходят анкерные сошники. Однако анкерные сошники имеют большее тяговое сопротивление по сравнению с дисковыми и зону деформации почвы.
Второй вывод можно сделать по требованию контакта семян с плотным влажным дном посевной бороздки. Попадая в посевную бороздку, семена не всегда имеют хороший контакт с влажными частицами почвы, даже если стенки бороздки не осыпаются. Закрытие семян почвой у анкерных сошников осуществляется за счет самоосыпания почвы, что не позволяет создать необходимый контакт семян с почвенными комочками. Требование по обеспечению контакта может быть наилучшим образом осуществлено путем вдавливания семян в дно уплотненной бороздки специальным катком, следующим за сошником.
Обоснование формы и параметров прикатывающего катка
В соответствии с формулой (2.26) плотность почвы дна борозды после прохода анкерного сошника зависит от конструктивно-технологических параметров посевной секции - ее веса G, жесткости пружины Спруж и геометрических параметров сошника S. Все эти параметры являются нерегулируемыми и в зависимости от типа и состояния почвы не могут обеспечить требуемую плотность семенного ложа. Процессом формирования семенного ложа можно управлять за счет изменения сжатия пружины винтовым механизмом параллелограммного механизма посевной секции. Полученные формулы позволяют обосновать номограммы настройки пружины параллелограммного механизма посевной секции с известными конструктивно-технологическими параметрами в зависимости от типа и состояния почвы (влажности) для получения требуемой плотности дна борозды.
Представленная расчетная схема позволяет обосновать процесс формирования семенного ложа без учета перемещения и напряженно-деформированного состояния объема почвы взаимодействующего с сошником. Поэтому предложенная методика подходит для предварительного обоснования макропараметров посевных секций, подобных предлагаемой схеме. Для детального представления процесса формирования семенного ложа необходимо рассмотреть процесс деформации, крошения и перемещения, образовавшихся при этом почвенных элементов. Для этого наиболее подходящим является реологическая модель почвы в виде сплошной деформируемой среды.
Согласно формуле 2.21 усилие на адресный прикатывающий каток будет зависеть от усилия пружины Fy на параллелограммном механизме и плеча действия этого усилия. Усилия, приходящиеся на почву со стороны адресного прикатывающего катка, рассчитанные в соответствии с формулой 2.21, приведены в таблице 2.1.
Немаловажным фактором в процессе уплотнения почвы над семенами является форма прикатывающего катка в зоне формирования семенного ложа. Форма катка должна повторять контур образовавшегося после прохода анкерного сошника бороздки с учётом осыпавшейся почвы.
На рисунке 2.6 показана схема конфигурации катка с учётом образования бороздки после прохода анкерного сошника. Конфигурация обода адресного прикатывающего катка имеет значение при формировании насыпной части почвы над семенами. На рисунке 2.6 показан процесс прохода адресного прикатывающего катка по бороздке. - адресный прикатывающий каток; 2 - семена и удобрения Рисунок 2.6 - Параметры адресного катка
При проходе анкерного сошника почвенный пласт разрушается под углом равным половине угла внутреннего трения обрабатываемой почвы [60].
Конус, при основании катка должен геометрический быть близким к форме поперечного сечения образовавшийся бороздки.
Ширина пояска Ь\, согласно рисунку 2.6 можно определить из трапеции abed, где dc=b\, ab=b, угол при основании ab равен ср/2. Высота трапеции равна глубине засыпания семян почвой а\. Согласно экспериментальным данным, а\ равна 0,3..0,4а2 глубины посева. Отсюда ширина пояска bx=b + (0,6...0,8)-а2 gWry (2.27) При ширине долота анкерного сошника Ь=20 мм, глубине хода а2=8... 12 см ширина пояска анкерного сошника Z?i=24,7…27,1 мм и углах трения р =18...35 . Ширину пояска анкерного сошника примем равной 25 мм. Кроме создаваемого усилия каток должен совершает вращательное движение и подминать под себя крупные почвенные комки и разрушать их за счет раздавливания ободом.
Каток малого диаметра воздействует на почву как полоз и уплотняет верхний слой, каток большого диаметра более равномерно уплотняет слой почвы по глубине. На рыхлых почвах перед катком может образовываться почвенный валик. Чем тяжелее каток и меньше его диаметр, тем больше высота валика. При определенном диаметре катка он просто не сможет преодолевать почвенный комок.
Рассмотрим условия, при которых каток защемляет почвенный комок между своей рабочей поверхностью обода и почвой, без образования почвенного вала перед собой. Процесс движения катка по поверхности поля и сминания ее на некоторую глубину происходит с образованием колеи. Следовательно, движение катка при этом сопровождается с некоторым скольжением. Поэтому мгновенный центр вращения катка О в этом случае будет располагаться ниже дна колеи (рисунок 2.7).
Рисунок 2.7 – Процесс взаимодействия катка с комком почвы Взаимодействие обода катка с почвенным комком начинается в точке М, окружная скорость которой направлена перпендикулярно радиус-вектору ОМ. Если угол , заключенный между направлением абсолютной скорости точки и нормалью к окружности катка не превышает угол трения , то давление этой точки катка на почвенный комок с радиусом r направлено по скорости V и отклонено от нормали на угол т. Только в этом случае не будет происходить скользящее движение точки М катка относительно почвенного комка.
Рассмотрим каток с радиусом R, взаимодействующий с почвенным комком радиусом г. При этом высота расположения рассматриваемой точки катка М может быть определена из следующего соотношения: Диаметр почвенного комка при обработке стерневых агрофонов в соответсвии с агротехничесими требованиями не должен превышать 50 мм. Учитывая физико-механические свойства почвы среднесуглинистого механического состава, для которой =5...25 , ср =18...40 (93), диаметр D2 адресного прикатывающего катка для его удовлетворителной работы должен быть более 240 мм. Кроме этого конструктивно прикатывающий каток не должен упираться своей ступицей о поврехость поля и не задевать образовавшиеся комки почвы. С учетом этих обстоятельств и учитывая расчетную схему посевной секции (рисунок 2.1) диаметр катка Аа + (а2 — а) 1, 2—2 с/? + d + Аа + (а2 — а) , (2.34) где dc - диаметр ступицы, мм; Аа - неровности поверхности поля, мм; а2- глубина хода анерного сошника, мм. а - глубина посева, мм. При диаметре ступицы dc=120 мм, неровности поврехности поля Аа=20…30 мм, диаметре комков d= 50 мм, глубине хода анерного сошника а2=80… 120 мм и глубине посева зерновых культур а =30...60 мм диаметр адресного прикатываюещго катка 2=450 мм.
Процесс взаимодействия рабочего органа с почвой и характер ее деформации и крошения обусловлены уровнем напряжения в деформируемой зоне. Поверхность напряжения разрушения описывается общей математической формулой, содержащей определенные параметры. Значения этих параметров зависят от типа почвы, порозности, содержания влаги и т.д. Они позволяют установить предел прочности на сдвиг при конкретных почвенных условиях. Наиболее приемлемое математическое описание поверхности предельного напряжения при сдвиге дает модель Мора - Кулона [94; 95; 96; 97; 98]: Т f =c + (7Jg(P (2.35) где Tf - требуемое напряжение сдвига, Па; с - сила сцепления, приходящаяся на единицу площади, Па; n - нормальное напряжение на плоскости разрушения, Па; – угол внутреннего трения, град.
Величины с и зависят от механического состава почвы, содержания влаги, порозности и т.п., следовательно, их можно рассматривать как свойства почвы. Согласно выражению (2.35) требуемое для разрушения напряжение сдвига увеличивается при возрастании нормального напряжения на плоскости разрушения. При бесконечно большом напряжении n на плоскости разрушение по этой плоскости невозможно [99].
На рисунке 2.8 направление 2 перпендикулярно плоскости чертежа, следовательно, плоскость разрыва параллельна 2, что подтверждается результатами опытов (97). Если 23, то 2 влияет на положение плоскости разрыва. Однако в первом приближении с и можно считать не зависящими от 2.
Методика проведения лабораторных исследований по обоснованию конструктивных параметров посевной секции
Для обеспечения максимальной точности результатов измерений был проведен ряд мероприятий, позволяющих снизить погрешность тензометри-ческих замеров: многократная тарировка тензорезисторов теми каналами комплекса MIC – 400D, с которыми датчики должны быть с коммутированы во время опыта, обязательная балансировка мостов тензорезисторов перед проведением опытов, многократное проведение опытов и т.п. Однако перечисленные мероприятия не могут вообще исключить погрешности при замерах, которые и необходимо оценить.
Для определения приведенной погрешности измерительных каналов модуля MC -212 необходимо провести испытания в пяти равномерно распределенных по диапазону измерения контрольных точках, включая начало и конец диапазона на всех каналах модуля.
Для этого необходимо подключить тензорезисторы по мостовой схеме, причем в плечах моста должно быть одинаковое сопротивление, установить опорное напряжение модуля и верхний предел диапазона измерения канала. Затем провести балансировку моста и запустить на комплексе программу измерений [106].
Измерения и запись производились программным комплексом WinRecorder, разработанным производителем тензоаппаратуры. Комплекс характеризуется удобным интерфейсом, большим количеством настроек аппаратуры, надежностью в работе (рисунок 3.10). Обработка данных осущест 86 влялась в программном комплексе WinPos, также разработанным производителем. Имеется также возможность сохранения полученных экспериментальных данных в формате Excel, для дальнейшей обработки и анализа результатов.
Лабораторно-полевые эксперименты по определению энергетических и качественных показателей разработанной посевной секции в зависимости от конструктивно-технологических параметров посевной секции проводились на полях ГБПОУ «Аургазинский многопрофильный колледж» Республики Башкортостан в августе 2015 г.
На рисунке 3.12 показана схема экспериментальной установки для исследования посевной секции в полевых условиях. Конструкция экспериментальной установки кроме параметров лабораторной установки почвенного канала (рисунок 3.8) позволяет изменять следующие конструктивно-технологические параметры: - высоту закрытия семян почвой путем изменения положения прикаты вающего катка относительно сошника пружинно-винтовым механизмом; - вертикальное усилие на сошник за счет изменения сжатия пружины параллелограммного механизма; - усилие на прикатывающий каток за счет изменения сжатия пружины. Таким образом, разработанная установка посевной секции позволяла исследовать в полевых условиях следующие конструктивно-технологические параметры: - скорость движения агрегата посевной секции Vпс, м/с; - глубина хода анкерного сошника а2, см; - расстояние между диском и анкерным сошником l1, мм; - наличие и отсутствие дискового ножа; - сжатие пружины параллелограммного механизма hпр (мм), позволяющее изменять вертикальное усилие на анкерный сошник; - сжатие пружины адресного прикатывающего катка hпрк(мм), позволяющее изменять вертикальное усилие на каток;
Сжатие пружины адресного прикатывающего катка мм "прк 0 35 5 Эксперименты реализовывались по планам однофакторного эксперимента путем последовательного перебора всех факторов. В полевых условиях изучались следующие агротехнические и энергетические показатели: - тяговое сопротивление посевной секции с установленным впереди сошника диском Rпс, Н; - тяговое сопротивление посевной секции без диска Rс, Н; - твердость дна борозды (семенного ложа) после прохода анкерного сошника Pпл, МПа; - плотность дна борозды (семенного ложа) после прохода анкерного сошника пл, г/см3. - плотность почвы после прохода адресного прикатывающего катка пк, г/см3. Тип, мехсоставпочвы, рельеф и микрорельеф определялись по карте поля. Количество стерни определялась методом ручного подсчета количества стерни в рамке 1х1 м в пятикратной повторности в разных случайных участках экспериментального участка поля.
Плотность почвы, г/см3 1,4 Влажность почвы определялась влагомером TR 47122 производства фирмы Forli (Италия). Данный влагомер использует электрический метод определения влажности почвы путем измерения сопротивления между двуя электродами, погруженными в почву.
Для регистрации тягового сопротивления посевной секции штатная навеска трактора была заменена на тензонавеску конструкции ВИСХОМ. Тен-зометрические тяги конструкции ВИСХОМа позволяют исследовать тяговое сопротивление почвообрабатывающих орудий и представляют собой три тяги тракторной навески с установленными посередине тензометрическими звеньями [107].
Для регистрации и обработки экспериментальных данных нами использован измерительный комплекс MIC-400D.
Твердость дна борозды (посевного ложа) после прохода анкерного сошника Pпл определялась плотномером (твердомером) WileSoul производства Farmcomp (Финляндия).
Плотность почвы дна борозды (посевного ложа) после прохода анкерного сошникаPпл и плотность почвы после прохода адресного прикатывающего катка пк определялись буровым методом Н.А. Качинского [108]. Буровой метод основан на взятии образца почвы ненарушенного сложения с помощью цилиндра-бура определенного объема.
В данном случае плотность представляет объемный вес почвы - определяемое как отношение т сухой почвы к объему V пробы, взятой без нарушения ее естественного сложения (кг/м3, г/см3)
В связи с тем, что ширина деформируемых зон сошником и катком незначительны для взятия проб были изготовлены круглые буры диаметром d=30 мм и высотой a=15 мм, соответствующим объемом 10,6 см3 (рисунок 3.13). Диаметр режущей части цилиндра делается меньше остальной его части, что обеспечивает взятие образца без прессования. Рисунок 3.13 - Прибор для взятия проб почвы
Методика взятия проб следующая. В соответствии с намеченной глубиной надо хорошо выровнять площадку (не менее 10x10 см). Во избежание перекоса при погружении цилиндра в плотный горизонт используют напра-витель. В отверстие его вкладывают цилиндр, стенки которого предварительно слегка смазывают литолом. Надавливая рукой на шомпол, цилиндр погружают в почву. Как только шомпол войдет в отверстие направителя до плечика, цилиндр будет погружен в почву на полную глубину. В тех случаях, когда образец берут на сухих и плотных почвах, по головке шомпола ударяют деревянным молотком (следует избегать резких ударов).
Затем направитель снимают и, закрыв цилиндр шомполом, окапывают почву вокруг него ножом или лопаточкой. Затем почву под цилиндром подрезают таким образом, чтобы оставался некоторый ее излишек. Не отнимая шомпола, цилиндр поднимают, переворачивают и острым ножом обрезают почву вровень с нижним его краем. Банку с почвой взвешивают с точностью до 0.01 г.
Результаты лабораторных экспериментальных исследований по обоснованию параметров посевной секции
В п. 2.3 нами была выведена зависимость (2.18) влияния на усилие адресного прикатывающего катка усилия сжатия прижимной пружины. Усилие катка в свою очередь влияет на уплотнение почвы над семенами. В связи с этим нами были определены плотности почвы над семенами после прохода прикатывающего катка. Усилие пружины при этом определялось согласно ее характеристикам. В таблице 4.12 представлены результаты измерений плотности почвы в зависимости от усилия прижимной пружины катка.
Исходя из графика видно, что с увеличением скорости движения плотность после прохода катка снижается. С увеличением давления на каток через прижимную пружину плотность почвы увеличивается. Согласно полученной зависимости можно управлять процессом уплотнения почвы над семенами. По рабочей скорости движения агрегата для получения требуемой плотности почвы необходимо выбрать величину сжатия пружины. В связи с чем, по полученной зависимости построена номограмма для выбора сжатия пружины для получения требуемой плотности почвы над семенами при определенной скорости движения агрегата (рисунок 4.25)
Согласно исследованиям оптимальная плотность почвы над семенами для пшеницы должна быть в пределах 0,95…1,1 г/см3. Для получения плотности почвы в указанных пределах рабочая скорость движения посевного агрегата должна быть в пределах 1,5…2,0 м/с (5,4…7,2 км/ч). Оптимальная плотность почвы в этом диапазоне скоростей получается независимо от сжатия пружины. Поэтому при таких скоростях прижимную пружину можно оставить в первоначальном положении. При увеличении скорости движения более 2 м/с для получения оптимальной плотности почвы необходимо поджимать пружину в соответствии с номограммой. При скоростях менее 1,5 м/с работать не рекомендуется.
В соответствии с условиями испытаний данная номограмма подходит для выбора величины сжатия пружины для выщелоченного чернозема сред-несуглинистого механического состава влажностью в диапазоне 17…22%.
Одним из основных агротехнических требований при посеве является равномерность (отклонение от заданной глубины) глубины заделки семян, которая оценивалась нами глубиной борозды после прохода анкерного сошника. Согласно агротехническим требованиям отклонение от заданной глубины посева не должна быть более 15% (28). При этом изучалось также влияние диска на неравномерность хода анкерного сошника по глубине. Результаты обработки экспериментальных данных приведены в таблице 4.8 и рисунке 4.13.
График (рисунок 4.27) позволяет сделать вывод о том, что при использовании диска равномерность хода анкерного сошника по глубине выше в среднем на 25 %. Наиболее равномерный ход по глубине наблюдается при работе с диском на скоростях движения 1,5…2 м/с. Во всем диапазоне рабочих скоростей равномерность хода сошника (8…11%) при работе с диском соответствует агротехническим требованиям.
Плотность почвы посевного ложа при использовании разработанной конструкции изменятся в пределах 1,2…1,41 г/см3, что соответствует требованиям. Конструкция адресного прикатывающего катка обеспечивает требуемую плотность почвы над семенами в пределах 0,95…1,1г/см3 при рабочих скоростях движения агрегата выше 5,4 км/ч.
Для полевых исследований нами были переоборудованы зерновые стерневые сеялки Обь-4-ЗТ. Для установки дисков спереди на раму и прицепное устройство сеялки были установлены поперечные брусья квадратной формы (рисунок 4.28).
Вместо штатных прикатывающих спиралевидных катков сеялки были установлены адресные прикатывающие катки с прижимными механизмами разработанной нами конструкции (рисунок 4.31).
В полевых условиях нами были также исследованы неравномерность хода анкерных сошников по глубине, твердость и плотность почвы семенного ложа, форма профиля борозды после прохода прикатывающего катка. Исследования проводились на полях СПК «Красная Башкирия» Абзелиловского района Республики Башкортостан в период весенне-полевых работ 2013, 2014 гг. Тип почвы - выщелоченный чернозем, мехсостав - среднесуглини-стый, агрофон 2013 г. – стерня зерновых колосовых, влажность почвы в 2013 г. – 20…24 %, агрофон 2014 г. – стерня гречихи, влажность почвы в 2014 г. – 16…19 %.
Агротехнические показатели модернизированной сеялки Обь-4-ЗТМ сравнивались с показателями сеялок и посевных комплексов российского и зарубежного производства: сеялкой-культиватором СКП-2,1 «Омичка» (рисунок 4.32) производства ООО «ВарнаАгроМаш» (Челябинская область, п. Варна), стерневой сеялкой СС-6 «Бастер» (рисунок 4.33) производства ОАО «Стерлитамакский машиностроительный завод» (Республика Башкортостан, г. Стерлитамак) и посевным комплексом Барго 6450 (Bourgault, Канада) (рисунок 4.34). Стерневая сеялка СС-6 «Бастер» является аналогом сеялки Case американского производства.