Содержание к диссертации
Введение
I. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1. Краткая историческая справка о посевах сельскохозяйственных культур по гребням 7
1.2. Технология подготовки почвы и посев по гребням 9
1.3. Технология обработки почвы на гребневых посевах сельхозкультур II
1.3.1. Междурядная обработка хлопчатника и других культур II
1.3.2. Машины и орудия для междурядной обработки гребневых посевов 12
1.3.3. Схемы расстановки рабочих органов для обработки междурядий хлопчатника 20
1.4. Агротехнические требования на приспособление к культиватору для обработки гребневых посевов 27
Выводы по первой главе 28
2. Теоретические исследования 29
2.1. Обоснование схемы расстановки полольных лап для обработки откосов гребней 29
2.2. Обоснование параметров почвоедвигающей пластинки 34
2.2.1. Угол наклона почвоедвигающей пластинки к плоскости полки 34
2.2.2. Угол между почвоедвигающей пластинкой и направлением движения 35
2.3. Обоснование схем размещения рабочих органов для обработки междурядий гребневых посевов 37
2.4. Тяговое сопротивление плоскорежущей лапы с почвосдвигающими пластинками 43
Выводы по второй главе 48
3. Результаты экспериментальных исследований и статистического анализа 49
3.1. Результаты экспериментов по изучению профиля междурядий 49
3.2. Смещение почвы при взаимодействии лапы-бритвы с почвой... 53
3.3. Силы,действующие на серийные и экспериментальные плоскорежущие лапы 63
3.4. Оптимизация параметров почвосдвигающей пластинки плоскорежущей лапы-бритвы 69
3.5. Схемы расстановки рабочих органов в зависимости от выполняемой технологической операции 75
3.6. Энергоемкость культиватора при различных схемах расстановки рабочих органов 92
Выводы по третьей главе 96
4. Результаты испытаний и экономическая эффективность применения приспособления к хлопковому культиватору 97
4.1. Результаты испытания приспособления 97
4.2. Расчет экономической эффективности применения приспособления к хлопковому культиватору для обработки посевов хлопчатника на гребнях. Ю6
Выводы по четвертой главе 109
Общие выводы и предложения по
Список использованных источников п2
Приложения
- Краткая историческая справка о посевах сельскохозяйственных культур по гребням
- Обоснование схемы расстановки полольных лап для обработки откосов гребней
- Результаты экспериментов по изучению профиля междурядий
- Результаты испытания приспособления
Введение к работе
В "Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" поставлены большие задачи по дальнейшему увеличению производства сельскохозяйственных продуктов, в том числе хлопка-сырца. В частности в Узбекской ССР ежегодно его должно производиться не менее 5,9 млн.т.
Увеличение производства хлопка в республике будет осуществляться, в первую очередь,за счет повышения плодородия орошаемых земель, а также освоения крупных массивов земель в Каршинской,Джизакской,Сурхан-Шерабадской и Голодной степях,Низовьях Амударьи и Центральной Фергане /1,2/.
Известно,что на хлопковых полях республики проводится интенсивная предпосевная обработка (с многократными проходами машин и орудий), вызывающая уплотнение пахотного горизонта почвы до 1,45...1,50 г/см3.
После поливов и междурядных обработок она несколько увеличивается и сохраняется до конца вегетации.
В связи с этим СоюзНИХИ разработал новые,более перспективные технологии возделывания хлопчатника на гребнях.
Результаты опытов показали,что технология возделывания хлопчатника на гребнях по сравнению с обычной позволяет создать и поддерживать благоприятные условия для прорастания семян,роста и развития хлопчатника. Доморозный урожай в среднем за 4 года при посеве на гребнях увеличился на 4,3 ц/га, а общий урожай - на 6,3 ц/га /3,4/.
Результаты исследований САИМЭ показали,что междурядная обработка посевов хлопчатника на гребневых посевах при существующей схеме расстановки рабочих органов приводит к разрушению гребней за счет смещения почвы рабочими органами с их откосов к оси междурядья.
В связи с этим Среднеазиатским ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом механизации и электрификации сельского хозяйства (САИМЭ) сделана попытка приспособить хлопковый культиватор для обработки междурядий гребневых посевов хлопчатника.
Для этого необходимо параметры рабочих органов и схемы их расстановки привести в соответствие с изменившимися условиями их работы.
Целью настоящей работы является обоснование параметров рабочих органов и схем их расстановки для междурядной обработки гребневых посевов хлопчатника.
На основании анализа работы существующих средств механизации для ухода за посевами сельскохозяйственных культур, а таїсже научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этой области,выбрано направление теоретических и экспериментальных исследований.
В соответствие с целью работы в задачу исследований входят теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию основных параметров и схем расстановки рабочих органов приспособления к хлопковому культиватору для междурядной обработки гребневых посевов хлопчатника.
Исследования выполнены в Среднеазиатском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (САИМЭ) в І98І...І984 гг согласно тематическому плану НИР САИМЭ по теме П,разделу Ш "В" "Уточнить параметры машин по возделыванию хлопчатника на гребнях и грядах",, № Гос.per. 81099635 утвержденным постановлением 0.51.19 Госплана СССР и Госкомитета СССР по науке и технике.
В результате теоретических и экспериментальных исследований установлена закономерность перемещения почвы по поверхности плоскорежущей лапы и изучены силы, действующие на нее. Обоснованы параметры плоскорежущей лапы с почвосдвигающими пластинками для подрезания сорняков и частичного рыхления почвы на гребнях, а также схемы их расстановки по параметру междурядья.
Полевые эксперименты и производственные испытания проведены на полях экспериментального хозяйства САИМЭ,совхозов им.. У-летия УзССР Ташкентской, "Ганибод" и "Комсомол" Ферганской и колхоза "1-Мая" Андижанской областей.
С использованием результатов исследований ГСКБ по машинам для хлопководства разработано приспособление ІШГ-4 к хлопковому культиватору, которое готовится к передаче на государственные испытания.
Экономическая эффективность применения приспособления к хлопковому культиватору для обработки междурядий гребневых посевов хлопчатника рассчитана в соответствии с ГОСТ 23728-79 "Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки" с использованием данных "Нормативно-справочного материала для экономической оценки сельскохозяйственных машин"прейскурант цен на тракторы и сельскохозяйственные машины.
Краткая историческая справка о посевах сельскохозяйственных культур по гребням
В настоящее время в СССР и за рубежом широко применяется технология возделывания сельскохозяйственных культур на гребнях,которая обеспечивает повышение их урожайности,степени механизации за счет создания оптимальных условий для прогревания,воздухообмена почвы и предотвращения заиливания и образования корки, а также вождения трактора по ранее нарезанным гребням /3,4,5,6/.
Многолетний опыт возделывания пропашных культур по общепринятым технологиям как на старопахотных землях,так и на мелиоративных системах показывает,что в период максимального выпадания мусонных дождей они не обеспечивают быстрого отвода воды с полей и сохранность их от переувлажнения /5,6,7/.
Дальневосточный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт сельского хозяйства в содружестве со специалистами совхозов разработал механизированные технологии возделывания овощных культур,картофеля,кормовых корнеплодов,кукурузы и сои на грядах и гребнях. Эти технологии предусматривают создание мощных гребней и гряд и образование водоотводных борозд. В засушливый период гребни и гряды меньше пересыхают, а в дождливый - накапливают больше влаги, а избыток ее отводят по бороздам за пределы поля.
Гребни и гряды способствуют улучшению водно-воздушного,теплового и пищевого режимов почвы,что способствует формированию высоких и устойчивых урожаев. Вместе с тем они в наибольшей степени решают проблему механизации всех процессов выращивания самых трудоемких сельскохозяйственных культур /5,11/.
В картофелеводстве применение гребней с междурядьем 90 см повышает урожайность на 40-50% и в 4-5 раз уменьшает загнивание корней, а на посевах сои урожайность повышается на 3-4 ц/га, или на 56-60%. Затраты труда на центнер продукции снижаются на 35...40%. Чистый доход возрастает с 70,4 до 155,2 руб с гектара. За счет повышения производительности машин и общие затраты труда и эксплуатационные издержки на гектар сокращаются. Гребневая технология гарантирует высокие и стабильные урожаи. Наиболее ярко преимущества гребневой технологии проявляются в дождливые годы.
Для качественного выполнения технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур на гребнях в научно-исследовательском институте сельского хозяйства Дальнего Востока (ДальНИИСХ), научно-исследовательском проектно-технологическом институте механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР (ШПТИМЭСХ НЗ РСФСР), Ленинградском и Рязанском сельскохозяйственных институтах и в ряде других разработаны технологии возделывания и уборки сельскохозяйственных культур, а также технические средства для выполнения отдельных технологических операций /5,6,7,8,9,10,11/.
Из истории хлопководства известно,что при возделывании хлопчатника в Средней Азии,наряду с другими способами сева,широко применялся сев по джоякам. При поделке джояков за счет нагартывания верхнего слоя почвы почти вдвое увеличивалась мощность пахотного слоя,рыхлость почвы поддерживалась путем культивации ее после вегетационных поливов по глубоким бороздам /3,4,12,13,14/.
Морозовой-Яковлевой Э.Ф. (1969) и Торопкиной А.Л. (1971) выявлены оптимальные водно-физические показатели почвы,благоприятный биологический и питательный режимы в типичном сероземе среднесуглинис-того механического состава, в луговой незасоленной почве при плотности 1,1...1,3 г/см3, в светлом сероземе среднесуглинкстом,средне засоленном плотностью 1,2...1,4 г/см3. При указанной плотности сложе- ния почвы обеспечиваются лучшее прогревание,хорошее развитие растений и более высокие урожаи хлопка-сырца.
С учетом изложенного,СоюзНИХИ /3/ разработал новую технологию предпосевной обработки земель под посев хлопчатника. По этой технологии обработка почвы производится на гребнях,сформированных специальным орудием (гребнеделателем) с междурядьями 90 см осенью после зяблевой пахоты /3/.
Результаты опытов показали,что на посевах хлопчатника по новой технологии доморозный урожай хлопка-сырца за 4 года повысился в среднем на 4,3 ц/га по сравнению с урожаем на посевах по гладкому полю /3,4,15,16,17,18/.
Многолетние исследования /3,16,19,20/ показали,что на гребнях обеспечиваются оптимальные условия (плотность,водно-воздушный режим и др.) для нормального прорастания семян и получения дружных всходов, хорошего развития хлопчатника и получения высоких урожаев.
Главной задачей механической обработки почвы является создание разрыхленного и достаточно глубокого пахотного слоя,хорошо проницаемого для воды,воздуха и тепла /3,4,5,6,7,10,15/.
В подготовку почвы под посев сельскохозяйственных культур входят основная и предпосевная обработки. Основную (зяблевую) обработку проводят в летне-осенний период. Она состоит из лущения стерни лущильниками на глубину 5...8 см вслед за уборкой стерневых предшественников и зяблевой вспашки на полную глубину пахотного слоя.
Обоснование схемы расстановки полольных лап для обработки откосов гребней
При обработке откосов гребней схема расстановки плоскорежущих лап оказывает существенное влияние на качество обработки..
Для обоснования схемы расстановки полольных лап рассмотрим движение частиц почвы по рабочей поверхности (полке) полольной лапы. При этом воспользуемся результатами работ акад. Горячкина В.П. /50/, Си-неокова Г.Н. /45/, Гячева Л.В. /51/, Вагина Л.Т. /52/,Шаршака В.К. /53/, Бахмутова В.А. /54/, Демидко М.Е. /55/ и других /56,57,58,59, 60,61,62/.
Будем рассматривать полку бритвы как плоский трехгранный клин с углом крошения В и углом раствора Ъ . По академику В.П.Горячкину результат действия трехгранного клина на почву в процессе перемещения его (рис.2.I) из одного положения в другое (из точки 0 в точку В ) можно представить следующим образом: сначала клин перемещается в направлении, перпендикулярном к лезвию (из точки 0 в точку С ), а затем параллельно лезвию (из точки 0 в конечную точку В ) В процессе первого перемещения клин работает как двухгранный с углом крошения В , а в процессе второго - происходит только скольжение.
Очевидно,что траекториями относительного движения различных точек пласта,соприкасающихся с клином,будут прямые,параллельные ВО , а траекториями абсолютного движения - прямые,параллельные 00 .
Достигнув верхнего обреза клина частицы почвы переходят в свободный полет по направлению О-j К .
Для улучшения качества обработки откосов гребней по линии заднего обреза полки плоскорежущей лапы устанавливаются почвосдвигающие пластинки (рие.2.3),которые служат для перемещения поднимаемого полкой лапы пласта почвы вверх по откосу гребня.
Технологический процесс работы плоскорежущей лапы с почвосдвига-ющими пластинками заключается в следующем. При движении агрегата "плоскорежущая лапа подрезает почву с сорняками и почвосдвигающей пластинкой перемещает их вверх по откосу гребня. После схода с пластинки почва осыпается под углом естественного откоса сохраняя первоначальный профиль гребня.
В связи с тем,что профиль междурядья гребневых посевов существенно отличается от профиля междурядий посевов по гладкому полю,возникла необходимость обоснования схемы расстановки рабочих органов по ширине. Для прополки сорняков в междурядьях применяют односторонние плоскорежущие бритвы и стрельчатые лапы (рис.2.6). Плоскорежущая лапа устанавливается на откосах,а стрельчатая - в середине междурядья. Следует отметить,что, с целью полного, подрезания сорных растений и сохранения профиля междурядья,плоскорежущие лапы устанавливают по откосу гребня лезвием в сторону оси рядка,а глубокоходные -перед плоскорежущими по оси междурядья (с перекрытием).
Перекрытие лап " С " зависит от плотности почвы,прочности корней сорняков и др., защитная зона "& " - от прямолинейности рядка и движения агрегата,глубины обработки и степени развития корневой системы хлопчатника. Исследованиями СоюзНИХИ и САИМЭ установлено,что защитная зона на 1-ой междурядной обработке посевов по гладкому полю при установке бритв составляет 10...12 см, а глубина обработки бритвами около рядка - 6...8 см. На гребневых посевах защитную зону можно уменьшить за счет того,что сев и междурядную обработку производят по ранее нарезанным гребням и междурядьям,что значительно облегчает вождение агрегатов.
Результаты экспериментов по изучению профиля междурядий
Экспериментальные исследования проводились на полях экспериментального хозяйства САИМЭ.
Перед формированием гребней провели двухъярусную вспашку плугом ПЯ-3-35, поверхностную обработку почвы фрезерным культиватором ШГ-3,6, планировку поверхности длиннобазовым планировщиком П-2,8А и рыхление почвы чизелем-культиватором ЧКУ-4 с одновременным боронованием.
В период формирования гребней влажность почвы в горизонте 0... 10 см составляла 16,5%, а в горизонте 10...30 см - 13,5%. Это объясняется прошедшим накануне дождем,промочившим почву на глубину 10...15 см.
После сева начали интенсивно отрастать сорняки,поэтому склоны гребней обрабатывали культиватором,оборудованным наклонными под углом 30 к горизонту бритвами и серийными бороздорезами.
Первая и последующие культивации проведены в установленные агротехнические сроки. Для оценки качества работы культиватора с приспособлением определялись : - сохранность формы и размеров гребней после обработки; - равномерность глубины обработки почвы; т качество крошения почвы; - повреждаемость хлопчатника; - сохранение влаги; - уничтожение сорняков.
Поперечные профили междурядий определяли с помощью рейки длиной 4 м с делениями через 2 и 5 см,установленной по уровню, и линейки с точностью - 0,5 см.
Все остальные показатели определили в соответствии с ОСТ 70.2.15-73 "Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний" и ОСТ 70.4.3-74 "Культиваторы-растениепитатели,прорежи-ватели всходов для обработки пропашных культур" (программа и методы испытаний).
Из приведенных данных и результатов дисперсионного анализа /64, 65,66,67,68,69/ следует,что при обработке гребней,с одновременной подправкой, их высота от обработки к обработке существенно не изменяется (приложение І.І), Из данных также следует,что высота гребней при обработке без подправки значительно меньше,чем при обработке с одновременной подправкой.
С целью подтверждения теоретических предпосылок были проведены экспериментальные исследования по определению смещения почвенных частиц лапой-бритвой в почвенном канале САИМЭ методом закладки кубиков различного цвета и формы. Метод заключается в следующем:на специально подготовленном участке в почву в горизонты 0; 30 и 60 мм с интервалом 30 мм закладываются кубики размером 6...8 мм,изготовленные из смеси гшса с почвой (рис.3.б...3.9). После закладки кубиков почву увлажняли до оптимальной влажности ранцевым опрыскивателем 0РИ-І. После достижения почвой спелого состояния ее обрабатывали бритвой. До и после прохода лапы-бритвы определяли положение кубиков в системе координат
Из таблицы видно,что в варианте I с увеличением скорости движения увеличивается смещение частиц в сторону ( $у ),вперед ( $х ) и вверх ($2) (рис.3.10), т.е. почвенные частицы смещаются в направлении к оси междурядья,что при такой расстановке рабочих органов (бритвы) на откосах гребней приводит к разрушению профиля междурядья.
В варианте П с увеличением скорости смещения $у , $х и Sz увеличиваются (рис.3.II). Анализ перемещений показал,что на горизонтальной плоскости они происходят без перемешивания нижних и верхних слоев почвы (табл.3.3). Это объясняется тем,что перемещение частиц по поверхности почвосдвигающеи пластинки в сторону происходит с одновременным подъемом их.
Увеличение смещений Sy , Sx иБг с увеличением скорости движения рабочего органа подтверждает наши теоретические предпосылки.
В варианте Ш (рис.3.12) почва смещается к центру междурядья (к дну борозды) за счет угла раствора,крошения и откоса,перемещаясь по поверхности полки вдоль лезвия и скатываясь по откосу под собственным весом после прохода рабочего органа.
В конечном итоге в верхней зоне гребня образуется терраса,что приводит к увеличению испарения влаги и ухудшению условий развития корневой системы молодых растений.
В варианте ІУ профиль междурядья сохраняется лучше,чем в варианте Ш, так как при этом рабочий орган смещает почву не вниз,а вверх за счет резания со скольжением,угла крошения. Графический анализ перемещения почвы показывает,что с увеличением скорости движения смещение в сторону м ,вперед $х и вверх $z увеличивается (рис.3.13) и за счет угла откоса деформированная почва перемещается вниз,образуя на границе с недеформированной трещину,ширина которой зависит от угла откоса.
Метод основанный на поглащении рентгеновского излучения и заключающийся в получении рентгеновского изображения с регистрацией его фотографическим способом,называется рентгенографическим.
Рентгенографический метод предполагает обязательное использование трех основных элементов (рис.3.14 ): источника рентгеновского излучения; исследуемого объема почвы; детектора (рентгеновской пленки),регистрирующего структуру почвы и расположение контрастных шариков.
Предлагаемая методика по определению величины смещения слоев почвы включает в себя приемы закладывания в почву пространственной решетки из имитированных почвенных частиц,просвечивания рентгеновским излучением этой решетки до и после ее обработки рабочим органом,а также рентгенограмметрический анализ по определению перемещений имитированных частиц /70,71/.
В качестве имитированных частиц были приняты контрастные включения в виде шариков из сульфата бария (40%) смешанного с клеем № 88 (20%) и водой (40%). Поверхность их смазывалась клеем № 88 и обсыпалась почвой слоем I мм. Затем шарики в течение 20 мин сушились при температуре 100С. После сушки такие контрастные шарики по средней плотности и коэффициенту трения практически не отличались от естественных комков почвы.
Исследования в лабораторных условиях велись с помощью промышленного аппарата РУП-ІМ (рис.3.15). Аппарат был установлен стационарно в почвенном канале. Рентгеновскую трубку можно было перемещать в горизонтальной плоскости по направляющим на расстояние до 150 мм,что позволяло просвечивать сбоку почвы в зоне прохода рабочих органов.
Результаты испытания приспособления
Для подтверждения работоспособности приспособления к хлопковому культиватору для обработки междурядий хлопчатника на гребнях проведены хозяйственные испытания.
Приспособления рекомендуемыми параметрами,прошли хозяйственные испытания в хозяйствах Андижанской и Ферганской областей. Результаты испытаний приведены в таблице 4.1.
Из данных таблицы видно,что основные показатели работы приспособления отвечают агротребованиям,предъявляемым к ним.
В 1984 году на полях совхоза им. У-летия УзССР Галабинского района Ташкентской области проведены испытания комплекса машин по возделыванию хлопчатника на гребнях (табл.4.2 и 4.3 и рис. 4.1...4.5).
Из таблицы 4.3. видно,что качественные показатели работы приспособления лучше на прополке сорняков,где применяли плоскорежущие лапы с почвосдвигающими пластинками на повышенных скоростях,на рыхление почвы после полива - рыхлительные лапы,туковые сошники и плоскорежущие лапы с почвосдвигающими пластинками отвечают агротехническим требованиям предъявляемым к ним для обработки междурядий посевов хлопчатника.
Энергетическая оценка универсального культиватора КХУ-4 с различными схемами расстановки рабочих органов приведена с целью определения энергетических показателей и соответствия его энергоемкости тяговым и мощностным показателям трактора МГЗ-80Х.
I. Существующие культиваторы с рабочими органами и схемами их расстановки не обеспечивают качественную обработку междурядий гребневых посевов хлопчатника,что приводит к разрушению профиля гребня путем смещения почвы по откосу гребня к дну борозды. При этом высота гребня уменьшается в среднем на 4,6 см.
2. Выявлено,что для качественной обработки междурядий гребневых посевов следует применять плоскорежущие лапы с почвосдвигающими пластинками,которые служат для смещения почвы по откосу гребня вверх с целью сохранения профиля.
3. Установлено,что плоскорежущие лапы при следующих параметрах: углы установки лапы 35, почвосдвигающей пластинки к плоскости полки 135 и к направлению движения 30, ширины захвата 165 мм, углы раствора 30 и крошения 12...15 обеспечивают сохранение профиля и отвечают агротехническим требованиям,предъявляемым к междурядным обработкам гребневых посевов.
4. Выявлено,что более полное подрезание сорняков в междурядьях гребневых посевов обеспечивается при следующей схеме расстановки рабочих органов:четыре плоскорежущие лапы с почвосдвигаю-щими пластинками,установленные по откосу гребня лезвием к оси рядка растений и одна глубокоходная лала,а для рыхления почвы после вегетационных поливов - две рыхлительные и одна глубокоходная лапы и две плоскорежущие лапы с почво сдвигающими пласт инками, установ- ленные как на прополке.
5. Применение приспособления к хлопковому культиватору для обработки междурядий гребневых посевов за счет применения почвенных частиц по откосу гребняя вверх с помощью почвосдвигающих пластинок приводит к незначительному увеличению тягового сопротивления рабочих органов (на 10...20%) по сравнению с существующей схе - Ill мой расстановки и при увеличении скорости движения агрегата до 2,0 м/с качественные показатели работы приспособления увеличиваются.
6. Приспособление к хлопковому культиватору обеспечивает обработку почвы в междурядьях до и после поливов без разрушения профиля гребня,что дает возможность уменьшения количества операций для нарезки борозд перед поливом.
7. Годовой экономический эффект внедрения результатов исследований составляет 3149,64 руб.
