Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований ... 9
1.1. Агротехнические требования, предъявляемые к основной отвальной и безотвальной обработке почвы 9
1.2. Лемешно-отвальные плуги общего назначения, применяемые для основной обработки почвы 12
1.3. Анализ и результаты исследований корпусов лемешно-отвальных плугов общего назначения 18
1.4. Взаимодействие плугов общего назначения с пахотным слоем 23
1.5. Направления повышения эффективности основной обработки почвы 25
1.6. Выводы. Цель и задачи исследований 31
2. Теоретические предпосылки повьішения эффективности технологического процесса основной обработки почвы и обоснование новых комбинированных корпусов плугов общего назначения 34
2.1. Технологические процессы основной обработки почвы, выполняемые плугами общего назначения и чизельными плугами 34
2.2. Обоснование рационального технологического процесса основной обработки почвы 42
2.3. Конструктивно-технологические схемы корпусов для выполнения комбинированного технологического процесса основной обработки почвы 46
2.4. Обоснование основных параметров комбинированных корпусов 48
2.5. Снижение залипання рабочей поверхности комбинированного отвального корпуса 62
2.6. Основные параметры комбинированного лемеха и комбинированного корпуса 67
Выводы по разделу 68
3. Программа и методика экспериментальных исследований 69
3.1. Программа экспериментальных исследований 69
3.2. Объект исследования 69
3.3. Технические средства, используемые для экспериментальных исследований 69
3.3.1. Экспериментальный лемех ЛК-2М 70
3.3.2 .Отвальный корпус КБЩ-40 плуга общего назначения 72
3.3.3 Безотвальный корпус КБЩ-40Б плуга общего назначения
3.4. Методика определения ресурса серийных и комбинированных лемехов 75
3.5. Методика проведения лабораторно-полевых исследований новых корпусов 78
3.6. Методика лабораторно-полевых исследований технологического процесса, выполняемого плугами общего назначения с комбинированными корпусами
3.6.1. Определение качественных показателей технологического процесса, выполняемого плугами общего назначения с комбинированными корпусами 82
3.6.2. Определение энергетических показателей технологического процесса, выполняемого плугами общего назначения с комбинированными корпусами 85
3.6.3. Эксплуатационная оценка работы плугов общего назначения с
комбинированными корпусами 89
3.6.4. Оценка надежности работы плугов общего назначения с комбинированными корпусами 90
3.7. Методика обработки результатов исследований 90
4. Результаты и анализ экспериментальных исследований 92
4.1. Условия, результаты и анализ лабораторно-полевых исследований комбинированных лемехов ЛК-2М 92
4.2. Условия, результаты и анализ лабораторно-полевых исследований корпусов КБЩ-40 96
4.3. Условия, результаты и анализ лабораторно-полевых исследований корпусов КБЩ-40Б 106
Выводы по разделу 109
5. Результаты исследований эффективности применения плугов общего назначения с новыми комбинированными корпусами 111
5.1. Условия проведения исследований, результаты и анализ работы комбинированных лемехов ЛК-2М 111
5.2 Условия проведения исследований, результаты и анализ работы корпуса КБЩ-40 115
5.3 Условия проведения исследований, результаты и анализ работы корпуса КБЩ-40Б 120
Выводы по разделу 120
6. Внедрение в производство корпусов кбщ-40,кбщ-40б и экономическая эффективность применения их с плугами ПЛН-5-35 122
6.1. Результаты внедрения плугов общего назначения с
комбинированными корпусами 122 6.2. Расчет экономической эффективности применения плуга
ПЛН-5-35 с комбинированными корпусами КБЩ-40 и КБЩ-40Б 123
6.3. Экономические показатели, формирующие основные параметры эффективности 125
6.4. Эффективность использования новых орудий 128
Выводы по разделу 130
Общие выводы 131
Список используемой литературы
- Анализ и результаты исследований корпусов лемешно-отвальных плугов общего назначения
- Конструктивно-технологические схемы корпусов для выполнения комбинированного технологического процесса основной обработки почвы
- Технические средства, используемые для экспериментальных исследований
- Условия, результаты и анализ лабораторно-полевых исследований корпусов КБЩ-40
Введение к работе
Актуальность темы. Основная обработка почвы является самой ресурсозатратной и энергоемкой операцией при производстве растеневодческой продукции. На ее долю приходится около половины всех энергоресурсов сельского хозяйства. Вместе с тем, основная обработка существенно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур.
В настоящее время, как у нас в стране, так и за рубежом, для основной обработки почвы традиционно применяются плуги общего назначения, агрегатируемые с тракторами различного тягового класса, которые комплектуются корпусами для выполнения отвальной и безотвальной обработки почвы. Применяемые плуги обеспечивают требуемое качество обработки почвы с минимальным тяговым сопротивлением только в случае обработки пахотного слоя, находящегося в оптимальном физическом состоянии. При высокой и низкой влажности или твердости почвы, качество крошения почвы и другие показатели не всегда соответствуют агротехническим требованиям.
Основными деталями плуга, определяющими качественные и энергетические показатели выполнения технологического процесса основной обработки почвы, являются лемеха и отвалы корпусов плугов.
Обработка пахотного слоя плугами общего назначения сопровождается образованием у лемеха затылочной фаски, при этом на дне борозды образуется уплотненный слой почвы или плужная «подошва», которая отрицательно влияет на качество обработки почвы и является причиной увеличения тягового сопротивления плуга и недопустимого износа лемехов. При обработке почв высокой влажности происходит интенсивное залипание корпусов плугов. Для разрушения плужной «подошвы» применяются различные чизельные плуги, которые по качественным показателям обработки почвы уступают плугам общего назначения.
Следовательно, актуальность научной задачи заключается в объединении положительных сторон корпусов плугов общего назначения и чизельных рабочих органов, путем создания новых комбинированных отвальных и безотвальных рабочих органов, что повысит эффективность технологического процесса основной обработки почвы. Исследования выполнены в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» им. Н.И. Вавилова по теме №4 «Разработка технического обеспечения аграрных технологий», раздел №4.2. «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин для основной обработки почвы» и «Региональной программой развития сельского хозяйства Саратовской области до 2012 года» (№260 ПР распоряжение правительства Саратовской области).
Цель работы. Повышение качества основной обработки почвы и снижение тягового сопротивления плугов общего назначения, за счет применения комбинированных отвальных и безотвальных рабочих органов.
Объект исследований. Технология основной обработки почвы пахотными агрегатами с плугами общего назначения, оснащенными комбинированными рабочими органами.
Предмет исследований. Закономерности снижения энергоемкости и повышения качества основной обработки почвы при взаимодействии с обрабатываемым пахотным слоем новым комбинированным лемехом и комбинированными отвальными и безотвальными рабочими органами плугов общего назначения.
Методика исследования. Общая методика исследований предусматривала разработку механико-технологического обоснования комбинированных рабочих органов плугов общего назначения. Теоретические исследования рабочих органов выполнялись с использованием основных положений классической механики, математики и сопротивления материалов. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных, лабораторно-полевых и эксплуатационных условиях в соответствии с действующими ГОСТами и частными методиками. Обработка результатов экспериментов выполнялась с использованием статистических методов с применением ПК.
Научная новизна. Разработана и обоснована конструктивно-технологическая схема нового комбинированного лемеха и комбинированных рабочих органов для основной отвальной и безотвальной обработок почвы плугов общего назначения. Получены аналитические выражения, позволяющие определить основные параметры данных рабочих органов.
Практическая значимость. Разработанные новый комбинированный лемех и комбинированные рабочие органы к плугам общего назначения, снижают себестоимость механизированных работ на 7,5 - 8%. Плуги, укомплектованные новыми комбинированными лемехами и комбинированными рабочими органами, обеспечивают повышение качественных показатели обработки почвы на 7-11% при соблюдении всех агротехнических требований, имеют более низкие энергетические затраты в сравнении с серийными, что ведет к снижению погектарного расхода дизельного топлива на 13%. Опытные комбинированные лемеха и комбинированные рабочие органы испытывались на Поволжской МИС г.Кинель Самарской области и внедрены в ряде хозяйств Саратовской области.
Реализация результатов исследований. Новые комбинированные лемеха и комбинированные рабочие органы, установленные на плуги общего назначения использовались для отвальной и безотвальной обработки почвы на полях СХА «Алексеевская» Б.-Карабулакского района Саратовской области, на полях крестьянско-фермерского хозяйства «И.П. Н.В.Бессчетнов» Екатериновского района Саратовской области. Результаты теоретических исследований рекомендуется использовать научно-исследовательскими институтами, конструкторскими бюро и машиностроительными заводами при разработке корпусов почвообрабатывающих машин, а также в учебном процессе по дисциплине «Сельскохозяйственные машины».
Апробация. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях кафедр «Сельскохозяйственные машины» и «Технология металлов и материаловедения» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2002–2008 гг, Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А. Г. Рыбалко, Саратов, 11-12 июля 2006 г, Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В.Красникова. Саратов, 1-3 октября 2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ общим объемом 2,12 печатных листа, из них лично соискателю принадлежат 1,545 п.л., в том числе 1 статья – в издании, поименованном в «Перечне ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ, объемом 0,3 п.л. полностью принадлежащая автору и патент на изобретение РФ № 2195093. Остальные работы опубликованы в сборниках научных трудов и материалах научных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 46 рисунков, 6 фотографий и 14 приложений. Библиографический список включает 137 наименований, в том числе 12 на иностранных языках.
Анализ и результаты исследований корпусов лемешно-отвальных плугов общего назначения
Урожайность сельскохозяйственных культур зависит не только от внесенных удобрений, сортов возделываемых культур, но и более чем на 25% от качества обработки почвы [37]. Главная цель основной обработки почвы - крошение почвы на фракции, отвечающие агротехническим требованиям [38, 39]. Наиболее объективную оценку работы различных пахотных агрегатов можно дать по результатам испытаний плугов на машиноиспытательных станциях в частности на Поволжской МИС (Самарская обл., Кинельский р-н., п. Усть-Кипельский).
Полевые испытания по энерго- и агрооценке плугов общего назначения проводились на почвах, тип и механический состав которых соответствовал чернозему обыкновенному среднесуглинистому, при этом влажность и твердость соответствовали агротехническим требованиям. Основные технологические и технико-эксплуатационные показатели представлены в таблице 1.4. [40,41,42].
Анализ технологических показателей плугов общего назначения показывает, что в основном их работа соответствует агротехническим требованиям (АТТ). Однако при равноценной глубине (27-28 см) увеличение ширины захвата корпуса плуга ПНИ-8-40 с 0,35 до 0,40 м ведет к снижению качества крошения почвы на 30%. При этом энергоемкость технологического процесса, при увеличении рабочей ширины орудия захвата увеличивается на 22%. Наблюдается отклонение рабочей . ширины захвата плуга от установленной. На Поволжской МИС проводились испытания плуга ПНИ-8-40 при работе на среднесуглинистом черноземе, с фоном стерни ячменя от предшествующей отвальной обработкой почвы
Почва в слоях 0-20 см имела влажность 15,3%, а в слоях 20-40 см составляла 13,3%, при этом твердость соответственно составляла 2,8 и 4 МПа. При глубине обработке 27,5 см количество почвенных фракций размерами 0-50 мм находилось в пределах 65,5%, погектарный расход топлива составлял 24,2 ... 25,9 кг/га, а производительность находилась в пределах 1,6 ...2,13 кг/час [42]. По АТТ количество почвенных фракций размерами 0 ...50 мм должно быть не менее 75%, т.е. плуг ПНИ-8-40 по основному показателю - крошение почвы не удовлетворяло агротехническим требованиям и имело низкие технологические и технико-эксплуатационные показатели работы. Аналогичные результаты работы плугов установлены в ряде работ [43, 44, 45, 46, 47, 48].
Применение различных приспособлений [18, 19] к лемешно-отвальным плугам общего назначения для повышения степени крошения почвы приводит к значительному увеличению энергоемкости технологического процесса обработки почвы, что влечет в итоге к значительному повышению удельного расхода дизельного топлива, затрачиваемого на обработку гектара пашни [49].
Исследованиями [32, 50] было установлено, что при работе плугов укомплектованных стойками СибИМЭ расход дизельного топлива в среднем составляет 21 кг/га. При этом тяговое сопротивление в ряде случаев было несколько больше, чем у лемешно-отвальных плугов общего назначения. Тяговое сопротивление составило 10,6 кН/см , а крошение не превышало 65%.
В работе [32] отмечалось, что при обработке почвы на глубину 30-35 см. на скорости 2,8 м/с количество почвенных фракций размерами до 50 мм превысило 70%.
Известно [51-56], что тяговое сопротивление плуга состоит из сопротивлений его рабочих и вспомогательных элементов. Сопротивление почвы, преодолеваемое рабочими поверхностями корпусов является, полезным. Сопротивление почвы перекатыванию колес, трению полевых досок о дно и стенку борозды и сопротивления, обуславливаемые смятием почвы затылком и скругленной кромкой затупленного лезвия лемеха, можно отнести к вредным сопротивлениям. Величина этих сопротивлений зависит от размеров, формы рабочих органов плуга и вспомогательных элементов, физико-механических свойств почвы, глубины вспашки и скорости движения агрегата [57, 58].
Общеизвестно и установлено исследованиями ряда авторов [59 - 65], что в процессе работы плугов на них действует сила, состоящая из двух составляющих: вертикальная составляющая способствует выглублению плуга, а горизонтальная - росту тягового сопротивления.
Академиком В.П. Горячкиным и другими авторами установлено, что при взаимодействии лемешно-отвалыюго корпуса плуга с пахотным слоем величина давления на его рабочей части распределяется следующим образом. На лемех приходится 50-70%, на отвал 10-12% и на полевую доску 20-25%, т.е. самой «энергоемкой» деталью корпуса плуга является лемех [66, 67, 68].
Академик В.П. Горячкин писал: "Необходимо выяснить влияние на силу тяги износа лемехов... так как опыты показывают на возможность потери силы тяги на 40% [69]. В последующем это высказывание В.П.Горячкина подтвердилось исследованиями Ф.И. Гаврилова и Е.Н. Корушкина, И.М. Панова, Г.И. Ларина и др. [70, 71, 72, 73].
Экспериментальные исследования, проведенные Г.И. Лариным, показывают, что лемех, работая на почвах различных состава, имеет нединаковую интенсивность износа: вследствие чего тяговое сопротивление плуга возрастает в супесчаных почвах на 16%, суглинистых на 26%, глинистых на 33% [73].
А.Ф. Пронин [74] показал, что износ лемехов влияет на закономерность изменения удельного сопротивления плуга при пахоте подзолистой почвы.
По исследованиям Н.Н. Курбака [75], тяговое сопротивление плуга с затупленными лемехами с толщиной лезвия 4-5 мм увеличивается на 54%, по сравнению с плугом, оборудованным обычными не затупленными лемехами.
Следует отметить [76], что увеличение удельного сопротивления плуга при работе с изношенными лемехами на 20-30% больше, чем с новыми. Это объясняется тем, что в процессе работы плуга лемех изнашивается, а величина поперечного сечения лезвия лемеха возрастает; вследствие чего увеличивается тяговое сопротивление плуга.
Следовательно, лемех, кроме качественных и энергетических параметров технологического процесса обработки почвы, определяет эксплуатационное время работы плуга в целом.
Установлено [3, 49, 66, 67, 68, 69, 72], что при обработке почвы высокой твердости и низкой влажности часто происходит изгиб и поломки лемехов. Изгиб и поломки лемехов являются основной причиной снижения надежности выполнения технологического процесса основной обработки почвы.
Исследованиями [77, 78, 79] установлено, что при обработке почв высокой влажности происходит интенсивное залипание корпусов плугов общего назначения. В результате качество выполнения технологического процесса основной обработки почвы значительно снижается, т.е. не соответствует агротехническим требованиям.
В работе [77, 79, 80], подробно изучена липкость почв к отвалу плугов. Показано, что залипаемость их можно уменьшить путем повышения скорости вспашки, вследствие чего на поверхности отвалов резко увеличивается давление почвы.
Проведены широкие исследования трения скольжения и липкости почвы к металлу [771. Установлено, что силы прилипания почвы к отвалу увеличиваются с уменьшением размера почвенных пахотных агрегатов, и наоборот. Прилипание к хромированным металлическим поверхностям было несколько меньше, чем к шлифованным стальным нелегированным поверхностям. В его же опытах установлено, что при пропускании постоянного электрического тока уменьшается прилипание сырой почвы к поверхности отвала плуга. А.И. Устинов [81] показал, что у полированной стали прилипание к почве больше, чем у стали с необработанной черной поверхностью. Это явление он объясняет тем, что при соприкосновении почвы с такой поверхностью металла происходит так называемое присасывание к ней влажной почвы.
М.И. Бредун [82], А.И. Милыдев [83] и другие [77, 84] показали, что покрытие рабочей поверхности корпусов плугов пластмассами, и в частности фторопластом-4 (тефлон), уменьшает тяговое сопротивление плугов на 23% и более. Фторопласт обладает влагооттал кивающим и свойствами, низким коэффициентом трения о почву, вследствие чего почва к нему не прилипает.
Анализируя вышеизложенное, можно заключить, что в процессе работы лемешно-отвальные плуги общего назначения не всегда обеспечивают требуемые агротехнические и эксплуатационно-технологические показатели работы. Основными элементами плуга, от которых зависят агротехнические и эксплуатационно-технологические показатели работы, а также лимитирующие его работоспособность, является лемех и отвал корпуса плуга.
Конструктивно-технологические схемы корпусов для выполнения комбинированного технологического процесса основной обработки почвы
Если толщина цилиндра увеличивать, то наибольшее напряжение в нем при неизмененном давлении уменьшается, но не беспредельно.
В случае, когда Ъ4— о, т.е. когда цилиндр имеет бесконечно большую толщину, выражение (2.15.) принимает следующий вид: он=±ра221г22 (2.17.) Это значит, что у цилиндра с бесконечно большой толщиной стенки радиальное напряжение в любой точке равны окружному (рисунок 2.15.) и все точки находятся в состоянии чистого сдвига. Из выражения (2.18.) видно, что напряжение находится в обратно пропорциональной зависимости от квадрата радиуса г2. Если принять, к примеру, г2 = 4а, то в точках, расположенных на таком расстоянии от оси, напряжение составляет всего 1/16 от максимального. Тогда цилиндр с отношением Ь/а2 4 можно уже рассматривать как имеющий бесконечно большую толщину стенок, при этом совершенно не связаны с формой внешнего контура будут удалены от оси внутреннего отверстия на величину больше, чем 4«2 , то форма внешнего контура может быть произвольной. Эквивалентное напряжение согласно выражению (2.17.) при Ь4—+со будет равно (7эквщ = 2р, т.е. разрушение материала начнется от внутренней поверхности при условии 7экв= 2р или р = б7эи,/2[85].
Принимаем, что пахотный слой является цилиндром с бесконечно большой толщиной стенки[20, 105], тогда на основании вышеизложенного и [85, 127, 128], условие чистого сдвига в пахотном слое, возможно реализовать, если производить разрушение пахотного слоя деформатером, который имеет следующую форму (рисунок 2.16.), т.е. форму близкую к 1/4 эллипсоида. При этом радиус деформатора можно принять равным г3 = (1/4... 1/6) а, где а- глубина обработки почвы.
Схема взаимодействия оптимального долота с пахотным слоем: А - долото; Б - пахотный слой; М - магистральные трещины, образующиеся при растяжении пахотного слоя выпуклой поверхностью
В результате растяжения пахотного слоя выпуклой поверхностью (рисунок 2.17.), разрушение пахотного слоя будет происходить за счет чистого сдвига. При этом, в пахотном слое образуется магистральная трещина М, площадью S, 2, которая будет разделять пахотный слой на две части [80]. В результате этого не будет «вырова» большого объема почвы из пахотного слоя (рисунок 2.12.), что обеспечит повышенное качество обработки почвы, за счет отсутствия в обрабатываемом пахотном слое фракций почвы больших размеров (не соответствующих АТТ).
В этом случае разрушение пахотного слоя происходит при условии: [СГ] S, 2 [СГ] S , вследствие того, что S, 2 значительно меньше S , следовательно, тяговое сопротивление долота выпуклой формы 12 3 4 I Г У 4 будет меньше, чем наральника плоской формы. Используя полученный результат, комбинация лемех и полевой доски (рисунок 2.11.) будет иметь следующий вид (рисунок 2.18.).
Прочность комбинированного лемеха в отличии от прочности носка серийного лемеха П-702 (рисунок 1.1) будет зависеть от прочности полевой доски, параметры которой будут определяться с использованием следующего выражения [85]:
На основании конструкции комбинированного лемеха (рисунок 2.18.) возможна следующая схема рабочей части отвального корпуса плуга общего назначения (рисунок 2.19.).
Очевидно, что применение такого лемеха в составе корпуса плуга значительно повысит качество обработки почвы и повысит ресурс отвальных или безотвальных корпусов плугов общего назначения. объему режущего элемента и твердости материала, из которого изготовлен этот элемент. Анализируя рисунок 2.19., видно, что по сравнению с носком серийного лемеха, объем долота больше, чем объем носка лемеха. Следовательно, только за счет разницы объемов материалов долота и носка серийного лемеха можно значительно повысить ресурс комбинированного лемеха.
Очевидно, что полублокированное резание производят корпуса плугов общего назначения. Однако при взаимодействии комбинированного лемеха с пахотным слоем будет происходить первоначально, за счет магистральной трещины, разделение пахотного слоя, затем отвальный или безотвальный рабочий орган будет производить не полублокированное, а открытое резание. В этом случае тяговое сопротивление рабочего органа можно принять согласно [130] па 25% будет ниже, чем при полублокированном резании.
Второй член формулы 2.20. определяет тяговое сопротивление, затрачиваемое на разрушение пахотного слоя долотом, а первый член определяет тяговое сопротивление, необходимое на дальнейшее разрушение или крошение пахотного слоя и перемещение плуга и раскрошенной почвы. При этом за счет открытого резания тяговое сопротивление отвального корпуса плуга будет меньше, чем при полублокированном резании.
Анализ зависимостей (рисунок 2.22.) показывает, что при обработке пахотного слоя комбинированными корпусами, у которых отвальный рабочий орган движется на глубине 0,25 м, а долото на глубине 0,3 м, по сравнению с плугом, комплектованным серийными плужными корпусами, которые производят обработку почвы на 0,25 м, а затем на 0,3 м, тяговое сопротивление плуга с комбинированными корпусами в первом случае меньше на 4,3%, а во втором случае меньше на 20,6%, чем у плуга с серийными плужными корпусами. Полученный теоретический результат необходимо проверить в экспериментальных условиях.
На основании вышеизложенного можно заключить, что комбинированный лемех и выполненный на его основе комбинированный плужный корпус повысит качество обработки пахотного слоя за счет улучшения крошения почвы и разрушения плужной «подошвы», а также обеспечит снижение тягового сопротивления плуга и повысит ресурс его работы.
При обработке пахотного слоя высокой влажности происходит интенсивное залипание рабочей поверхности отвала, что приводит к снижению показателей выполнения технологического процесса основной обработки почвы [78].
Согласно [78], при обработке почвы между отвалом и пахотным слоем возникают граничные поверхности (рисунок 2.23.). Малый элемент такой поверхности можно рассматривать как границу между двумя твердыми телами.
В подобном элементе происходит относительное движение одной поверхности по другой. Однако в общем случае имеется напряжение, действующее поперек поверхности раздела двух тел. С одной стороны тангенциальная составляющая этого напряжения, есть напряжение сдвига, обусловленное трением на элементе граничной поверхности (рисунок 2.23.).
Технические средства, используемые для экспериментальных исследований
Лабораторно-полевые исследования проводили на полях, находящихся в зоне деятельности ФГУ «Поволжская МИС». В процессе лабораторно-полевых исследований определяли следующие показатели: - скорость движения, км/ч; - рабочая ширина захвата плуга, м; - глубина обработки, см; - гребнистость поверхности почвы (высота гребней), см; - крошение почвы, %; - полнота заделки растительных и пожнивных остатков, %; - мощность, потребляемая машинно-тракторным агрегатом при выполнении технологической операции; - мощность, потребляемая навесной машиной, присоединяемой к трактору, при выполнении технологической операции, кВт; , - тяговое сопротивление навесной машины, присоединяемой к трактору при выполнении технологической операции, кН; (7 - буксование движителей энергетического средства, %; - коэффициент использования эксплуатационной мощности двигателя; - удельные энергозатраты, кВт ч/га; ( - удельное тяговое сопротивление навесной машины, присоединяемой к трактору, кН/м". При определении качества работы также устанавливали: - среднее квадратическое отклонение глубины обработки, %; - высоту неразрушенных гребней на дне обработанного слоя почвы в междурядье рабочих органов, см; - отклонение от установочной ширины захвата, %; - забивание рабочих органов растительными остатками и почвой. Определение качественных показателей технологического процесса, выполняемого плугами общего назначения с комбинированными корпусами
Исследования качественных показателей технологического процесса обработки почвы проводились в одинаковых условиях на типичных фонах, характерных для данной зоны. Поле выбирали с ровным рельефом и минимальными различиями физико-механических свойств почвы. Перед исследованиями определяли влажность в слоях 0...10, 10...20, 20...30 по диагонали участка. Повторность взятия проб на влажность - пятикратная. Для определения влажности почвы высушивали навески проб при температуре 105 в течение 6 часов. Абсолютную влажность почвы (А) вычисляли по формуле: А = [(т-т )/т \Л00, (3.1) где т- масса образца влажной почвы, г; пі- масса образца сухой почвы, г. Взвешивание образцов почвы производили с точностью до 0,01 г. Твердость почвы измеряли твердомером Ревякина. Полученные на миллиметровой бумаге динамограммы, обрабатываются с помощью планиметра. Расчет твердости почвы производили по формуле: P = h sJf n С3-2) где h - величина средней ординаты динамограммы плотности почвы, см; go- масштаб пружины, Н/см; //- площадь поперечного сечения плунжера, см". Для испытаний плуга с новыми отвальными и безотвальными корпусами разбивку опытного участка производили по схеме, представленной на рисунке 3.8. Длина опытного участка 100 м, ширина 5 м, интервал между участками 20 м. В начале и на конце опытного участка выполняем включение и выключение регистрирующей аппаратуры. Переключение рабочих передач производили после остановки трактора на конце участка. Время движения замеряем секундомером. Скорость движения агрегата (о) рассчитываем по общеизвестной формуле:
Качественные показатели обработки почвы контролировали путем измерения ее глубины, качества крошения, при повторных опытах не менее 5. Для этой цели использовали мерные линейки, глубиномер, угольник. Точность измерения ±0,5 см.
Глубина определялась методом поперечного профилирования. Для этого на каждой учетной делянке перед проходом машины вбиваются две опорные стойки, на которые горизонтально устанавливают координатную рейку перпендикулярно к направлению движения агрегата. Горизонтальность рейки проверяли по уровню. Вертикальное расстояние от поверхности поля до нижней стороны рейки измеряли линейкой по всей ширине захвата машины с интервалом 5 см (погрешность измерения ±1,0 см). Затем рейку снимали и производили агрегатом учетный проход. После прохода машины рейку устанавливали в первоначальное положение. Измерения делали в том же порядке. Удалив взрыхленный слой почвы, проводили профилирование поверхности дна борозды. Повторность взятия профилей четырехкратная. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики.
Крошение почвы определяли по пробам, отбираемым в четырех точках участка (две по ходу движения агрегата, две - в обратном направлении) с площадок 0,5 м" на глубину обработки по первому корпусу. Отобранные пробы разделяли на фракции, затем каждую фракцию взвешивали с погрешностью не более ±50 г. По результатам взвешивания вычисляем массовую долю /-той фракции комков (пКі) в процентах по формуле: общая масса пробы, кг. Качество заделки пожнивных и растительных остатков, оставшихся на поверхности почвы, определяли по их массе. Учет незаделапных остатков проводили на 4-х учетных площадках длиной 5 м, шириной равной захвату машины. Незаделанные остатки состригают, собирают и взвешивают с погрешностью ±10-50 г. С каждой учетной делянки брали по одной пробе. Полученные данные подсчитывают по всем пробам. Массовую долю незаделанных в почву остатков %, вычисляют по формуле: y = [(/771-W7)//77]j-100, (3.5) где т\ - масса пожнивных и растительных остатков до прохода машины, переведенная на площадь учетной площадки (5 х S0), г; ті - масса пожнивных и растительных остатков после прохода машины, г; S0 - площадь учетной площадки до прохода машины, м". 3.6.2. Определение энергетических показателей технологического процесса, выполняемого плугами общего назначения с комбинированными корпусами При проведении исследований использовалась информационно-измерительная система ИП-238 (рисунок 3.9.).
Малогабаритная переносная информационно-измерительная система ИП-238 предназначена для измерения, анализа, запоминания и отображения, как в реальном времени, так и по окончании опыта в удобной форме параметров, определяющих эксплуатационно-технологические качества тракторов и сельскохозяйственных машин.
Условия, результаты и анализ лабораторно-полевых исследований корпусов КБЩ-40
С 2000 года комбинированные лемеха (рисунок 2 Л 9.) стали применяться на плугах общего назначения вместо серийных лемехов П-702. Выпуск комбинированных лемехов был организован в ОАО «Юрий» (г. Саратов), где было изготовлено и реализовано с 2000 года 655 штук комбинированных лемехов ЛК-2М в хозяйствах Саратовской и других областей (приложение 10).
В 2001 году плуги общего назначения ПЛН-5-35, ПНЛ-8-40 с комбинированными рабочими органами стали применяться в СХА «Алексеевская» Б.-Карабулакского района Саратовской области (приложение 11). Плугом ПНЛ-8-40 с комбинированными отвальными корпусами КБЩ-40 было вспахано 237 га пашни, а плугом ПНЛ-8-40 с комбинированными безотвальными корпусами КБЩ-40Б было обработано 119 га пашни.
В 2002 году в КФХ «И.П. Бессчетнов» Екатериновского района Саратовской области плуг ПЛН-5-35 с комбинированными отвальными и безотвальными корпусами применялись на обработке паров и зяби. Этими плугами с комбинированными отвальными корпусами в общем было обработано 175 га пашни, а плугами с комбинированными безотвальными корпусами 95 га пашни (приложение 12). Как уже отмечалось, плуги ПЛН-5-35 и ПНЛ-8-40 комплектованные комбинированными лемехами ЛК-2М и комбинированными рабочими органами использовались в Самарской области при испытании плугов на МИС и обработки почвы в ряде хозяйств [37,130,131].
Расчет экономической эффективности применения плуга ПЛН-5-35 с комбинированными корпусами КБЩ-40 и КБЩ-40Б
Экономическая оценка корпусов КБЩ-40 и КБЩ-40Б проводилась по результатам эксплуатационно-технологической оценки, испытаний на надежность на вспашке зяби в сравнении с серийными корпусами ПЛЕ-21 и подрезающими лапами ЛП-0,35 (стойками СибИМЭ) [134].
Для варианта отвальной вспашки используем базовое орудие ПЛН-5-35, оснащенное серийными лемешно-отвальными корпусами ПЛЕ-21 и плуг ПЛН-5-35, укомплектованный новыми корпусами КБЩ-40. Для варианта безотвальной обработки почвы используем также базовое орудие ПЛН-5-35, оснащенное подрезающими лапами ЛП-0,35 (стойками СибИМЭ) и плуг ПЛН-5-35, укомплектованный новыми корпусами КБЩ-40Б. Расчет произведен по известной методике определений экономической эффективности использования новых сельскохозяйственных машин и агрегатов [134].
Для выполнения расчетов была использована программа для персонального компьютера Microsoft Office Excel, исходные данные и результаты расчетов приведены в таблицах 6.1 и 6.2, а также в приложениях 13 и 14.
Экономические показатели, формирующие основные параметры эффективности Часовую эксплуатационную производительность пахотных агрегатов W4, га/ч рассчитывали по зависимости: W4 = 0,lBpvpKn, (6.1) где 0,1 - коэффициент перевода квадратных метров в гектары; Вр - ширина захвата МТА, м; vp - скорость движения МТА, км/ч; К„ - коэффициент перехода от технической производительности МТА к эксплуатационной (0,7.. .0,9); W43 - производительность экспериментальной машины; W46 - производительность базовой машины. Затраты труда на единицу работы определяли по формуле: Тр = Ч/\УЧ, (6.2) где Тр - трудоемкость работы, чел.-ч/га; Ч - количество рабочих, обслуживающих МТА, чел; W4-часовая производительность МТА, га/ч; Трэ - затраты труда на экспериментальную машину; Трб - затраты труда на базовую машину.
Расчеты экономической эффективности применения новых отвальных корпусов КБЩ-40 и безотвальных корпусов КБЩ-40Б выполнены в ценах 2008г.
Себестоимость пахотных работ плуга с новыми отвальными корпусами на 7,62% ниже, чем с серийными отвальными корпусами, а себестоимость пахотных работ плуга с новыми безотвальными корпусами на 7,85% ниже, чем с серийными безотвальными корпусами. Разница в полных затратах средств способствовала получению годового приведенного экономического эффекта, для плуга с новыми отвальными корпусами, в размере 34091 рублей, а для плуга с новыми безотвальными корпусами, в размере 35407 рублей [130].
Степень снижения затрат труда по испытываемому плугу ПЛН-5-35 с корпусами КБЩ-40 на 6,17% ниже, чем по базовому агрегату, а плуга ПЛН-5-35 с корпусами КБЩ-40Б на 7,79%, за счет более высокой производительности и меньшего расхода топлива.
Анализ показателей экономической эффективности применения плуга ПЛН-5-35 с серийными корпусами ПЛЕ-21 и стойками СибИМЭ в сравнении с комбинированными корпусами КБЩ-40 и КБЩ-40Б показал более низкие затраты части снижения себестоимости пахотных работ на 7,62 % и 7,85% соответственно, что способствовало получению годового приведенного экономического эффекта в сумме 34091 рублей для плуга с новыми комбинированными отвальными корпусами и 35407 рублей для этого же плуга с новыми комбинированными безотвальными корпусами.
На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию технологического процесса основной обработки почвы новыми комбинированными корпусами можно сделать следующие выводы.
1. Большое влияние на эффективность работы плугов общего назначения оказывает затылочная фаска лемеха корпуса плуга, образующаяся в результате износа лемеха, при этом происходит уплотнение подпахотного слоя почвы или образование плужной «подошвы» и залипание почвой высокой влажности отвалов корпусов.
2. Установлено, что величина твердости плужной «подошвы», возникающей при взаимодействии затылочной фаски лемехов корпусов плуга пропорциональна твердости почвы на глубине взаимодействия затылочной фаски лемеха с пахотным слоем, силы тяжести плуга, углу затылочной фаски лемехов и обратно пропорционально квадрату расстояния от плоскости затылочной фаски лемехов до места, в котором определяется твердость почвы. Г)
3. В результате теоретического анализа установлено, что толщина плужной «подошвы» зависит от физико-механических свойств почвы и в среднем составляет 4-5 см, а твердость почвы неравномерно распределена по глубине в зоне плужной «подошвы» и может достигать 5,5 МПа.
