Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Современное состояние кормопроизводства в Сибири 8
1.2 Улучшение кормовых угодий в системе сенокосов и пастбищ 12
1.3 Технологии и приёмы улучшения лугопастбищных угодий 15
1.4 Условия эффективности прямого посева семян трав 17
1.5 Способы посева семян и устройства для их реализации 22
1.6 Выводы, цель и задачи исследования 29
2 Теоретические предпосылки обоснования технико-технологических решений .46
2.1 Обобщенная модель структурного анализа технологического процесса прямого посева трав в дернину 46
2.2 Обоснование способа прямого посева семян трав 54
2.3 Обоснование конструктивно-технологической схемы посевной секции 60
2.3.1 Обоснование типа рабочей поверхности лапы-отвальчика 60
2.3.2 Обоснование технологического процесса образования посевной бороздки 66
2.4 Устойчивость хода сошника посевной секции 68
2.5 Обоснование типа сошника и параметров режущих рабочих
органов посевной секции 69
3 Программа и методика экспериментальных исследований 73
3.1 Программа экспериментальных исследований 73
3.2 Экспериментальное оборудование и установки 74
3.2 Методика экспериментальных исследований 76
3.2.1 Методика определения показателей агротехнического фона 76
3.3.1 Методика определения степени задернения и связности дернины 77
3.3.2 Методика обоснования основных конструктивно-технологических параметров рабочих органов и режимов работы машины 77
3.3.3 Методика определения показателей устойчивости хода сошника посевной секции 81
3.3.4 Методика агротехнической оценки машины для прямого посева семян трав 84
3.3.6 Методика энергетической оценки машины для прямого посева семян трав 85
3.3.7 Методика эксплуатационно-технологической оценки машины для прямого посева семян трав 87
3.4 Методика определения эффективности результатов исследований 91
3.4.1 Определение показателей экономической эффективности технологического процесса прямого подсева трав 91
3.4.2 Определение экономических показателей, формирующих основные параметры эффективности технического средства 95
4 Результаты экспериментальных исследований 97
4.1 Прочностные свойства и линейные размеры дернового слоя, удаленного из полосы обработки 97
4.2 Основные параметры рабочих органов посевной секции и режимы работы машины 99
4.3 Устойчивость хода сошника посевной секции 106
4.4 Результаты агротехнической оценки 111
4.5 Результаты энергетической оценки 117
4.6 Результаты эксплуатационно-технологической оценки 122
5 Оценка экономической эффективности результатов исследований 128
5.1. Результаты определения урожайности трав после
проведения прямого посева 128
5.2. Экономическая эффективность технологии прямого посева трав с применением машины СПТ-3,0 129
Заключение 132
Список использованных источников
- Современное состояние кормопроизводства в Сибири
- Обобщенная модель структурного анализа технологического процесса прямого посева трав в дернину
- Экспериментальное оборудование и установки
- Прочностные свойства и линейные размеры дернового слоя, удаленного из полосы обработки
Введение к работе
Концепция приоритетного национального проекта «Развитие АПК» предусматривает ускоренное развитие животноводства. Актуальность проблемы определяется вкладом животноводства в общий объём сельхозпроизводства. Мировая практика показывает, что в странах с развитым сельским хозяйством на долю животноводства приходится большая часть сельхозпроизводства, более того, животноводство выступает своеобразным локомотивом развития отрасли, потребляя значительные объёмы растениеводческой продукции. У нас в стране его доля на протяжении ряда лет имеет тенденцию к снижению.
Расчёты показывают, что потенциал роста сельхозпроизводства в России при росте объёмов производства в животноводстве значительно выше, чем при наращивании экспорта зерна: потребление мяса на душу населения в России составляет 53кг, в то время как в развитых странах - 80-100 кг. В связи с этим для решения указанной проблемы неоценимое значение приобретает кормопроизводство, задача которого, заключается в обеспечении животноводства высококачественными кормами в достаточном количестве.
Состояние луговодства во многих регионах возвратилось по существу на стадию примитивного кормодобывания, так как широкое применение уже разработанных, завершенных интенсивных технологий по созданию сеяных и улучшению существующих лугопастбищных угодий для большинства хозяйств стало недоступным. Крайне слабая обеспеченность села тяговой техникой, сельскохозяйственными машинами и орудиями, необходимыми ресурсами предопределила сокращение площадей кормовых культур, появление на огромных территориях необработанных и незасеянных полей. В связи с этим, научные исследования последних лет направлены на усовершенствование технологий с целью экономии расхода ресурсов. Эти задачи отвечают общему направлению развития современного сельского хозяйства [1,2,3,4,5].
Наибольшую перспективу при слабом ресурсном обеспечении сельского хозяйства имеет производство кормов на сенокосах и пастбищах, улучшение которых потребует минимальных затрат и обеспечит максимальную отдачу произведенных материальных и трудовых ресурсов.
Природные кормовые угодья, площади которых в Сибири исчисляются миллионами гектаров, зачастую расположены на малопродуктивных, переувлажненных или засоленных почвах с изреженным, выродившемся травостоем с урожайностью сена 2,5 - 6,5 ц/га, а срок пользования сеяными многолетним травами нередко превосходит 10 - 15 и более лет. Между тем с таких угодий при
улучшении их с помощью соответствующих приемов обработки и посева многолетних трав можно получать больше кормовой массы минимум в 2 — 4 раза [6].
Следовательно, разработка энерго- ресурсосберегающих приёмов, технологий и технических средств улучшения лугопастбищных угодий, позволяющих без существенных затрат повысить их продуктивность, улучшить качество корма, остановить прогрессирующую деградацию травостоев и повысить плодородие почв является актуальной народнохозяйственной задачей.
Настоящая работа выполнена в соответствии с планом НИОКР ГНУ СибИМЭ СО РАСХН по теме: «Обосновать и разработать адаптивные экологически безопасные технологии и конкурентоспособные технические средства для повышения продуктивности кормовых угодий листостебельчатых кормов, базирующихся на принципах энерго- ресурсосбережения». Номер государственной регистрации 02.01.02. Код ВНТИЦ 01.2.00 310830.
Цель исследования - изыскание путей повышения продуктивности лугов и пастбищ при одновременном снижении энергозатрат механизированного процесса улучшения кормовых угодий.
Объектом исследований выбран технологический процесс прямого посева трав при минимальной деформации дернового слоя в полосе обработки.
Предметом исследования являются закономерности процессов обеспечения оптимальных условий вегетации подсеянных растений без применения химических средств подавления конкуренции природного травостоя в зоне посева.
В процессе выполнения работы проводились аналитические и экспериментальные исследования с использованием метода активного планирования эксперимента, методов испытаний сельскохозяйственной техники с использованием стандартных и частных методик с последующей обработкой результатов методами математической статистики. Применялся также метод научного прогнозирования с использованием анализа и обобщения материалов литературных источников. В процессе исследований применялась измерительная тензометрическая аппаратура ЭМА-ПМ, расходомер топлива ИП-204, тяговое звено ВИСХОМа, другая стандартная аппаратура и оборудование, а также впервые разработанная и изготовленная система сбора и преобразования информации от посевной секции (система СПР-02-1).
В результате исследований установлены закономерности изменения технологических свойств дернины, удаленной из полосы обработки и подверженной естественным атмосферным воздействиям, которые легли в основу проектирования энергосберегающего технологического процесса прямого посева трав.
Установлены закономерности распределения фрагментов дернины вдоль граничных зон полосы обработки и характер изменения их геометрических размеров.
Обоснован способ прямого посева трав, базирующийся на принципах минимального механического воздействия на пласт дернины, обеспечивающий при этом снижение энергоемкости и высокое качество технологического процесса.
Обоснована конструктивно-технологическая схема посевной секции машины для прямого посева трав, обеспечивающая устойчивый ход рабочих органов и равномерную заделку семян в почву по глубине в полосе обработки.
Выявлены закономерности влияния основных конструктивно-технологических параметров посевной секции на показатели качества технологического процесса прямого посева трав.
В ходе хозяйственной проверки и предварительных государственных испытаний определены основные показатели агротехнической, энергетической и эксплуатационно-технологической оценки работы машины.
Установлено, что машина для прямого посева трав на скорости до 10,7 км/час обеспечивает устойчивое выполнение технологического процесса. Открытие посевной борозды составляет около 99 %, процент семян, не заделанных в почву не превышает 0,1 %, а количество семян, уложенных в зону агротехнических допусков, составляет 87 - 89 %. Отклонение от заданной глубины заделки не превышает ±0,005 м. Расход горючего при этой скорости составляет около 3,4 кг/га, а эксплуатационная производительность - 1,76-1,88 га/ч (из протокола предварительных испытаний машины для прямого посева трав № 12-1-2003 от 30.07.03 г.).
Установлено также, что для разработанной конструкции посевной секции высота неровностей, характер микрорельефа поля и твердость почвы не влияют на устойчивость хода сошника в продольно-вертикальной плоскости.
Сеялка для прямого посева трав прошла экспериментальную и производственную проверку в различных хозяйствах Новосибирской области -АОЗТ «Морские нивы», ОПХ «Элитное» Новосибирского района (2002-2003гг.), ОАО «Вьюны» Колыванского района (2003-2005гг.), ОАО «Агрофирма Битки» Сузунского района (2004-2005гг.), ЗАО «Пригородное» Новосибирского района, а также Государственные предварительные испытания ФГУ «СибирскаяМИО, 2005г.
Материалы исследования рассмотрены и одобрены на 9 научно-практических конференциях, а исходные требования на сеялку для прямого посева трав утверждены НТС департамента АПК Новосибирской области (протокол №7 от 9 февраля 2006 г.).
Новизна разработки подтверждена патентом Российской Федерации «Посевная секция» (положительное решение), патентом РФ «Способ прямого посева трав и устройство для его реализации».
Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях: ЗНИИСХ Северо-Востока (Киров, 2000 г.), АГАУ (Барнаул, 2001 г.), НГАУ (Новосибирск, 2001, 2003, 2004гг.), ВИМ (Москва, 2001 г.), ЗАО «Кузбасская ярмарка» (Новокузнецк, 2000, 2001 гг.), на Научно-техническом совете Сибирского Агропромышленного Дома (Краснообск, 2000 г.), Ученом Совете ГНУ СибИМЭ (Краснообск, 2001-2005гг.)
Научно-исследовательской работе «Ресурсосберегающая машинная технология восстановления и повышения продуктивности лугопастбищных угодий» решением президиума Сибирского отделения Россельхозакадемии присужден диплом I степени в области механизации сельского хозяйства (2003 г.).
Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 11 работах, в числе которых 2 патента РФ на изобретения.
Результаты исследований и техническая документация на сеялку для прямого подсева трав СПТ-3,0 могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями, занимающимися разработкой машин для обработки почвы и посева
Разработанная измерительно-регистрирующая система СПР-2-01 может быть
использована машино-испытательными станциями и профильными научно-
исследовательскими учреждениями при проведении испытаний
почвообрабатывающих и посевных машин.
ФГУ «Сибирская МИС» рекомендует представить сеялку для прямого посева трав СПТ-3,0 на государственный приемочные испытания (протокол №12-2-2005 г. от 5 октября 2005 г.).
1 Состояние вопроса и задачи исследования
Современное состояние кормопроизводства в Сибири
Современное состояние кормопроизводства в Сибири (как и всего агропромышленного комплекса) характеризуется неустойчивостью, с отдельными положительными тенденциями и локальными конкретными успехами.
Учитывая, что для производства кормов в Сибири задействовано не менее 75-80% площадей всех сельскохозяйственных угодий, роль и значимость отрасли многогранна и масштабна.
В последнее десятилетие процесс производства кормов в Сибири оказался более неустойчивым и наряду с погодными условиями в этом существенное (а иногда и определяющее) значение приобрели факторы [7]: - нарушение научно обоснованных зональных систем ведения кормопроизводства; - резкое сокращение объемов применения удобрений и средств защиты растений от болезней и вредителей; - вывод из эксплуатации оросительных и осушительных систем; - прекращение работ с естественными кормовыми угодьями (коренное, поверхностное улучшение сенокосов и пастбищ); - увеличение доли старовозрастных угодий многолетних трав в пашне; - резкое сокращение площадей силосных культур; - разрушение системы семеноводства многолетних трав; -неудовлетворительный уровень ресурсного обеспечения кормопроизводства.
Все это вместо взятое привело к росту экстенсивных методов и технологий в отрасли, что явилось причиной сокращения валового производства кормов, ухудшения их качества и сбалансированности по основным элементам питания.
Сибирь занимает обширную, разнообразную по природно-экономическим условиям территорию, которая равна 56,5 % территории России. Одна из особенностей региона - сравнительно низкая плотность населения. Здесь проживает лишь 17,2 % населения страны, 71,5 % которого сосредоточено в крупных городах. Другая особенность - наличие огромных природных ресурсов. В Сибири добывается 92 % газа, 67 - нефти, 64 - угля, производится 30 % электрической и 19 - тепловой энергии.
Уровень развития сельскохозяйственного производства позволяет обеспечить потребности местного населения в основных продуктах питания. Производство валовой продукции сельского хозяйства составляет 18-19 % российского уровня, а производство молока, мяса, картофеля - около 20 %. Каждая четвертая тонна пшеницы производится на сибирских полях. Общее представление об условиях ведения сельского хозяйства дают почвенные ресурсы региона. Преобладающими почвами являются горные (35,25%), тундровые и мерзлотно-таежные (33,94 %), подзолистые (12,95 %), болотные, солоди, солонцы и солончаки (6,98 %). Наиболее благоприятные для земледелия черноземы составляют 3,24%, а серые лесные - 1,96% от общей земельной площади.
Большая часть сельскохозяйственной продукции производится в Западной Сибири. В последние годы ее доля в валовом производстве Сибири составляет 65%. Вместе с тем обеспечение продовольственной автономности региона требует увеличения объемов производства животноводческой продукции и повышения стабильности отрасли в целом.
Ограничивающими факторами роста урожайности в северной части региона является тепло, а в южных - влага. Тем не менее в земледельческой зоне Сибири можно успешно выращивать бобовые и злаковые травы, ранне- и среднеспелые сорта яровых зерновых культур, рапс, сурепицу, редьку масличную, кормовые корнеплоды.
Рациональное использование пашни и естественных кормовых угодий позволяет получать достаточное количество кормов, необходимых для производства продукции животноводства, поставки которой могли бы удовлетворить потребности не только местного населения, но и других регионов.
В процессе проведения рыночных реформ резкое сокращение поголовья скота сопровождалось практически пропорциональным уменьшением посевной и укосной площади кормовых культур. Анализ статистических материалов Министерства сельского хозяйства России [9] и других источников [7, 10] позволяет оценить состояние кормопроизводства на современном этапе. Так, за период с 1991 по 2002 гг. посевные площади кормовых культур в Сибири снизилась - в 1,7 раза, в Западной Сибири - в 1,6 раза, а в Новосибирской области - в 1,54 раза (рисунок 1).
Особенно резкое сокращение коснулось укосной площади сенокосов. Так в Сибири эта площадь сократилась в 2,7 раза, в Западной Сибири - 3,3 раза, а в Новосибирской области - в 2,6 раза (рисунок 2). Соответственно сократился и объем заготовки кормов, а ситуацию по объемам производства сочных кормов можно назвать катастрофической (рисунок 3), т.к. качество их уменьшилась в 5-6 раз.
В тоже время из всех групп кормовых культур площади под многолетними травами остались практически неизменными. По Новосибирской области за указанный период площади искусственных сенокосов изменялись незначительно и составили в1991г. -511 тыс.га, в 2002 г. -514 га.
Однако необходимо отметить, что в связи с резким сокращением работ по улучшению лугопастбищных угодий доля старовозрастных посевов значительно увеличилась. В Западной Сибири она составляет 65-70 % и эта тенденция сохраняется. Урожайность многолетних трав неуклонно снижется. Так, в период 1980-1990гг. по Западной Сибири урожайность в среднем была 17,7ц/га, в 1991-1997гг.-14,1ц/га, а за период 1998-2001 гг. она еще более уменьшилась и составила 12,6ц/га [7,10,11]. ,
В связи с изложенным восстановление продуктивности выродившихся и старовозрастных сеянных травостоев является важной и неотложной задачей, решение которой возможно только на основе применения малозатратных А ресурсосберегающих технологий и современных средств механизации. Наши исследования проводились в основном на фоне старовозрастных малопродуктивных сеяных сенокосов, поэтому результаты исследований и выводы относятся именно к этой группе кормовых культур.
Обобщенная модель структурного анализа технологического процесса прямого посева трав в дернину
Анализ источников научно-технической и патентной информации показал, что создание и совершенствование техники для обработки почвы и прямого подсева трав идет в нескольких приоритетных направлениях: устранение фитоценотической проблемы жесткой конкуренции природного травостоя; обеспечение оптимальной глубины заделки семян; ресурсосбережение и оптимизация структуры посевного горизонта. На основе этого анализа нами построена концептуальная модель процесса прямого подсева трав (рисунок 19).
Технологический процесс восстановления продуктивности лугопастбищных угодий в значительной мере зависит от качества выполнения основных операций -частных технологических процессов: качества обработки засеваемой поверхности почвы, качества посева семян в подготовленную почву, последействия остаточной растительности на молодые всходы. Все они взаимосвязаны, имеют схожие признаки, обладая одновременно существенными отличиями.
Во-первых, функционально все частные процессы направлены на создание и поддержание необходимых условий для жизнеобеспечения растений. Во-вторых, структурно они состоят из множества самостоятельных операций, последовательно дополняющих и изменяющих свойства предметов труда или начальные условия. В-третьих, конструктивно они реализуются определенным набором технических средств моно - или поли - операционного действия. Поэтому все они могут быть описаны единой функциональной моделью, отражающей изменения состояний биотехнологической системы (БТС) [93, 94].
Изменение состояний БТС зависит от последовательности воздействий технологических операций на предметы труда (почву, семена и растения) и протекания самих биопроцессов. Здесь мы имеем дело с распределенными и сосредоточенными блоками. При этом выходные показатели первого фрагмента состояний БТС Ni являются входами второго ее фрагмента N2 и т.д. Оценка качественного состояния системы определяется выходными показателями у, (t) последнего Nm элемента всей этой взимосвязанной цепи (рисунок 20).
Вектор функционалов Fj(fjj(t), fj2(t), , fji(t),..., fjnj(t)), где j=0,1,..., m описывает агротребования качества исходных показателей каждого из фрагментов Nj состояний БТС. Например, для посева: fpi(t) - это функция плотности распределения по шагу, fp2(t) - по ширине междурядья, fp3(t) - по глубине посева и т.д. Под совокупным воздействием элементов первого фрагмента Ni параметры fjn0 преобразуются в выходные показатели fjni(t), количество которых, вообще говоря, может быть иным.
Сроки проведения агротехнической оценки совпали с сухим и очень жарким периодом. Твёрдость почвы была высокая, а признаков влаги в слое 0 - 15 см практически обнаружено не было (таблица 8). Этот факт несколько усложнил проведение испытаний, однако программа исследований была выполнена практически полностью.
Установку сеялки на заданную норму высева проводили непосредственно при движении сеялки на рабочей скорости из расчёта засева площади S = 200 м2 (рисунок 58). Длина пути сеялки составила при этом 66,6 м. Семяпроводы снимались, к высевающим аппаратам подвешивались мешочки, а после прохода контрольного участка семена по каждому высевающему аппарату взвешивались с точностью до 0,1 г. Замеры проводились в трёхкратной повторности. Перед проведением агротехнической оценки был выбран типичный участок, площадью 1 га. На участке была скошена и убрана отава, а поле размечено колышками на делянки с поворотными и разгонными полосами рисунок 59.
При поведении агротехнической оценки агрегат в составе МТЗ - 80Л + СПТ-3,0, проходил разгонную полосу, а на устойчивом режиме работы с помощью системы СПР-02-1 измерялись рабочая скорость движения, профиль поверхности поля по ходу сошника и колебания сошника в вертикальной плоскости (отклонение хода сошника от установленного значения). Контроль скорости движения агрегата дублировался секундомером. После проведения всего комплекса работ полученный массив значений с регистратора прибора переносили в компьютер и проводили их статистическую обработку.
Неравномерность высева составила около 8 %, а неустойчивость высева 0,47%, что можно считать удовлетворительными значениями. Норма высева при этом отличалась от заданной (12 кг/га) не более, чем на 3 %.
Анализ полученных данных показал, что максимальное отклонение сошника от установленного значения не превышает ± 0,005м, коэффициент вариации по сошникам составляет 1,97 - 9,81 %.
Число семян, не заделанных в почву, определяли визуально и подсчитывали по каждому сошнику на пути в 1 м в четырёхкратной повторности. Максимальное число семян, не заделанных в почву по одному из сошников, при отсутствии загортачей составило около 7 % без загортачей, а минимальное при наличии загортачей — менее 0,1 %.
Качество процесса бороздообразования оценивали степенью открытия борозды. Оценку проводили по всем сошникам сеялки на зачётной длине 10 м в четырёхкратной повторности. Анализ замеров показывает, что степень открытия посевной борозды по сошникам составляет около 97- 99,5 %, т.е. посевные секции с определёнными нами ранее параметрами обеспечивают практически полное освобождение от дернины всей полосы обработки.
Защитную зону определяли путём замеров фрагментов дернины, отстоящих слева и справа от кромки полосы обработки на длине 10 м, в трехкратной повторности. Анализ результатов показывает, что длина защитной зоны при максимальном отклонении до 3 см составляет около 75-80 %.
Усредненные значения величины отброса дернины в зависимости от скорости движения посевного агрегата аппроксимированы уравнением (77). Y = 1,1789 х1 - 3,98 х + 4,6847 (77)
Анализ полученной зависимости показывает, что на скоростях от 5 до 7 км/ч сдвиг дернины остается практически неизменным и не превышает значение 2 см практически по всем сошникам. При повышении рабочей скорости до 9 км/ч наблюдается резкое увеличение величины сдвига (до 3 см и более), что практически выходит за пределы агротребований. Последнее послужило одним из оснований ограничения рабочего режима посевного агрегата скоростью 9 км/ч.
Экспериментальное оборудование и установки
Одним из важных показателей качества подготовки посевной борозды в рассматриваемом технологическом процессе является чёткое формирование защитной зоны. Это достигается за счет укладки фрагментов вырезанной дернины слева и справа вдоль граничных зон полосы обработки, а обеспечивается этот процесс бороздообразующими рабочими органами посевной секции. Таковыми рабочими органами являются черенковый нож, лапа-отвальчик, подпочвенные ножи и направители потока дернины (открылки отвала).
Процесс бороздообразования протекает следующим образом: черенковый нож, установленный впереди посевной секции, разрезает дернину в вертикальной плоскости на глубину хода лапы-отвальчика. Идущая следом лапа-отвальчик подрезает дернину в горизонтальной плоскости, разделяя при этом подрезанный пласт на две части, которые за счет лево - и право - оборачивающей отвальных поверхностей сдвигаются, оборачиваются и укладываются вдоль полосы обработки практически без крошения. Установленные в нижней части лапы-отвальчика подпочвенные ножи одновременно с работой горизонтального лезвия лапы-отвальчика подрезают пласт почвы в вертикальной плоскости с некоторым недорезом дернины в верхней её части. При этом формируются ровные стенки борозды, а расстояние между подпочвенными ножами соответствует ширине полосы обработки. Рабочие поверхности лапы-отвальчика поднимают и оборачивают подрезанные пласты дернины, а открылки сдвигают их в приграничные зоны полосы обработки, обеспечивая при этом закрытие дерном природный травостой, лишая его основного фактора жизни (свет).
Как отмечалось выше, в результате серии предварительных экспериментов с различными вариантами рабочих органов, был определён тип и форма бороздообразующих элементов посевной секции. Наиболее эффективным на различных фонах и значениях влажности оказался рабочий орган, включающий стойку с двухсторонней лапой-отвальчиком с укороченным отвалом, а продолжением этих отвалов послужили специальные открылки, установленные на определённой высоте и под определённым углом к направлению движения агрегата (угол раствора у). Подрезанный и приподнятый с оборотом пластик дернины с некоторым недорезом в вертикальной плоскости смещался открылками в обе стороны полосы обработки, обрывая при этом оставшиеся связи пласта с монолитом, или деформировался так, чтобы он не смог снова вернуться в полосу обработки.
Предварительные эксперименты и визуальные наблюдения показали, что на процесс бороздообразования значительное влияние оказывают высота подпочвенных ножей hi, высота установки открылок ІІ2, угол раствора открылок у и рабочая скорость движения агрегата VP. Для определения оптимальных параметров бороздообразующих рабочих органов и режимов работы машины использовался метод активного планирования эксперимента.
Выбор параметра оптимизации. В нашем случае в качестве такового параметра считаем целесообразным принять качественный показатель -стабильность процесса бороздообразования, который численно можно выразить как отношение длины участка открытой полосы обработки, к общей длине зачётного участка (рисунок 40).
Принятый параметр оптимизации является статистически эффективным, имеет простой физический смысл, независим от времени и выражается числом, а также соответствует другим требованиям, предъявляемым к функциям отклика [115].
На основании серии предварительных и отсеивающих экспериментов выбраны следующие факторы:
1. Высота (длина лезвия) вертикального подпочвенного ножа (hi, мм). Как было показано выше, при большом значении этого показателя возможен полный перерез дернины, и под действием боковой силы фрагменты дернины будут отброшены в междурядье, а при малом его значении будет значительный недорез, вследствие чего подрезанный пласт вернётся в полосу обработки.
Пределы и уровень варьирования этого фактора выбраны из следующих соображений: средняя глубина хода лапы-отвальчика составляет 40 - 60 мм, поэтому возможная величина длины ножа может находиться в диапазоне 0...60 мм. Нижнее значение не может быть взято по причинам, указанным выше, поэтому принимаем нижний уровень 20 мм, верхний - 60 мм, шаг варьирования - 20 мм.
2. Поступательная скорость движения агрегата (Vp, м/с). При изменении этого фактора изменяется боковая составляющая скорости, которая обуславливает значение силы, стремящейся сдвинуть пласт дернины в необработанное междурядье. Поступательная скорость движения Vp выбирается в пределах рабочего диапазона скоростей при прямом посеве и с учётом проведённых нами ранее предварительных экспериментов. Пределы этого диапазона составляют: 5...9 км/ч (1,5 - 2,5 м/с).
3. Высота установки открылок (Ьг, мм). Высота установки открылок определяется в основном глубиной хода лапы-отвальчика, то есть глубиной полосы обработки. В среднем она составляет 40-60 мм, поэтому нижним пределом принято значение 0 (открылки расположены заподлицо с подошвой лапы-отвальчика), а верхним — 60 мм (открылки расположены в среднем заподлицо с поверхностью поля).
4. Угол раствора открылок (у, град). Пределы значений этого фактора определялись в серии предварительных экспериментов. Установлено, что при у 40 иногда происходит частичное закрытие борозды, а при у 70 идёт интенсивное отбрасывание почвы на больших скоростях движения.
Остальные факторы, влияющие на процесс бороздообразования, фиксировались на определенном уровне и оставались неизменными на протяжении всей серии экспериментов (диаметр катка, глубина хода лапы-отвальчика и др.) Неуправляемые факторы (неровности поверхности поля, влажность, твердость и т.д.) в процессе проведения экспериментов просто контролировались.
Выбор математической модели. На первом этапе планирования всегда стремятся получить линейную или неполную квадратную модель [116, 117].
Прочностные свойства и линейные размеры дернового слоя, удаленного из полосы обработки
Эксплуатационно-технологическая оценка проводилась в соответствии с ГОСТами 24055-88 и 244057-88 «Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки» [121]. Цель - .получение данных для технико-экономической оценки машины и определения соответствия их техническому заданию и исходным требованиям. Перед проведением эксплуатационно-технологической оценки в соответствии с ГОСТ 20915-75 определялись условия испытаний.
Место проведения - луга и пастбища ОАО «Вьюны» Колыванского района, Новосибирской области. Время проведения - июнь 2004 г. Испытываемая машина -сеялка для прямого подсева трав СПТ-3,0 (база СЗС-2,1). Энергетическое средство -трактор МТЗ-80Л. В процессе проведения эксплуатационно-технологической оценки определяли: скорость движения агрегата, км/ч; норму высева, кг/га, шт. на 1 п.м.; пределы глубины заделки семян, мм; количество семян, не заделанных в почву, шт. на 1 п.м.; глубину хода почвообрабатывающих рабочих органов посевной секции, см.
Для проведения испытаний был выделен участок, позволяющий полностью выполнить программу работ по эксплуатационно-технологической оценке. Участок представлял собой двухлетнюю залежь.
Перед проведением эксплуатационно-технологической оценки
устанавливались оптимальные регулировки применительно к условиям испытаний. Указанные регулировки заносились в журнал полевых испытаний. Семенной ящик заполнялся семенами не менее чем на 2/3 его объёма.
Сбор информации для эксплуатационно-технологической оценки проводили во время контрольных смен. Необходимое число измерений элементов сменного времени соответствовало указанному в таблице 4. Таблица 4 - Необходимое число измерений
Погрешность измерения приборов, используемых при проведении испытаний не превышала значений, указанных в таблице 5. Таблица 5 - Погрешность измерения приборов При эксплуатационно-технологической оценке определялись: - производительность за 1 час основного, сменного и эксплуатационного времени, га; - удельный расход топлива, кг/га; - число обслуживающего персонала; - количество продукции (объём работ), га.
Данные испытаний были получены методом хронометража рабочего времени, т.е. все операции и элементы времени записывались в хронологической последовательности в наблюдательные листы.
При наблюдении за работой агрегата фиксировали следующие данные: - по организации испытаний - дату и место проведения, вид работы и состав агрегата, марку машины; - по условиям испытаний - метеорологические, почвенные природные условия; - по режимам работы - скорость движения, глубину хода рабочих органов и др.; - по качеству работы - агротехнические показатели, указанные выше; - объём выполненной работы, га.
Скорость движения, глубина хода сошника посевной секции и лапы-отвальчика определялись с помощью системы СПР 02-1. Объём обработанной площади определялся непосредственным обмером участка.
По окончании наблюдений проводилась первичная обработка полученных данных, определив при этом длительность каждого элемента времени, произведя шифровку (индексацию) и исключив ошибочные измерения. Производительность машины за 1 час основного времени рассчитывалась по формуле:
