Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологий и средств посева зерновых культур, цель и задачи исследований 19
1.1. Технология noill как ресурсосберегающая технология обработки почвы 19
1.2. Технологическое оборудование для обработки почвы и посевных работ 23
1.3. Методы и технологии, используемые при конструировании технологических комплексов сельскохозяйственного назначения 28
1.4. Постановка задачи диссертационного исследования 39
2. Теоретическое обоснование конструкции комбинированного агрегата для подготовки почвы и посева зерновых культур 43
2.1. Обоснование конструктивно-технологической схемы комбинированного агрегата 44
2.2. Задача выбора типовых рабочих органов, устройств и механизмов 48
2.3. Конструкторская разработка комбинированного агрегата для подготовки почвы и посева зерновых культур 57
3. Программа и методика проведения экспериментальных исследований комбинированного агрегата 73
3.1. Программа проведения экспериментальных исследований 75
3.2. Методика проведения вычислительных и натурных экспериментов комбинированного агрегата 79
4. Результаты экспериментальных исследований комбинированного агрегата 82
4.1. Уточнение отдельных энергетических показателей комбинированного агрегата 82
4.2. Результаты полевых исследований разработанного комбинированного агрегата 87
5. Технико-экономическая оценка эффективности разработанного комбинированного агрегата 97
Заключение 103
Список используемой литературы 106
Приложение А Фрагмент базы электронных геометрических моделей и чертежей деталей и узлов комбинированного агрегата 126
Приложение Б Протокол расчета оптимальных значений конструктивных параметров ковшового элеватора комбинированного агрегата, реализованного в системе MathCAD 138
Приложение В Справки о внедрении результатов исследований 144
Приложение Г Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ 150
- Методы и технологии, используемые при конструировании технологических комплексов сельскохозяйственного назначения
- Конструкторская разработка комбинированного агрегата для подготовки почвы и посева зерновых культур
- Программа проведения экспериментальных исследований
- Технико-экономическая оценка эффективности разработанного комбинированного агрегата
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время сельское хозяйство и его агропромышленный комплекс относится к числу основных отраслей народного хозяйства. Оно обеспечивает потребности людей в продуктах питания для поддержания жизнедеятельности общества, существенно влияет на эффективность российского производства в целом, в том числе и на занятость населения.
В современных условиях действия западных санкций в Российской Федерации вопросам укрепления сельского хозяйства уделяется большое внимание. Правительством страны принят ряд серьезных системных мер, разработаны общие предложения по отдельным элементам государственного регулирования в аграрно-промышленном комплексе, которые призваны в значительной степени улучшить обстановку в отрасли и повысить эффективность выполнения продовольственной программы. Решение поставленных перед отраслью задач невозможно осуществить без внедрения в производство новых типов сельхозтехники, использования эффективных удобрений, улучшения условий хранения выращенной продукции.
Использование высокотехнологичных комплексов при производстве продукции сельского хозяйства в значительной степени позволяют выполнять решения большинства этих задач с максимальной эффективностью. В связи с этим задача разработки комбинированного агрегата (КА) для подготовки почвы, посева зерновых культур является актуальной.
Значительная часть исследований выполнялась в соответствии с планом реализации «Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013 – 2020 годы», согласно утвержденным Государственным заданием на 2015 и 2017 годы по направлению «Фундаментальные проблемы и принципы разработки интенсивных машинных технологий и энергонасыщенной техники нового поколения для производства основных групп продовольствия», реализуемой ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве», а также в соответствии с планами работ по государственному контракту № 02.740.11.0624 «Методы, алгоритмы и программное обеспечение разработки виртуальных моделей технических объектов для обучения специалистов и создания прикладных информационных систем» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» по лоту «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области информатики», 2010-2012 гг.
Степень разработанности темы. Анализ литературных источников, описывающих технологии подготовки почвы и проведения посевных работ с использование известных посевных машин показал, что в них основное внимание уделяется вопросам конструкторской разработки отдельных видов сеялок или их узлов, и меньшей степени – созданию комбинированных агрегатов, обеспечивающих совмещение операций: подготовки почвы, посева и прикатывания почвы в одной машине.
Используемым в настоящее время комбинированным агрегатам (ППК-8.2, ППК-12,4, КА-3,6 и др.) присущи недостатки: разрушение структуры почвы, большое энергопотребление, их высокая стоимость. В связи с этим предлагается разработать КА для подготовки почвы, посева зерновых культур и прикаты-вания, обеспечивающий снижение его стоимости и повышение эффективности эксплуатации, в том числе и по сравнению со стерневыми сеялками.
Результаты, которые получил автор в ходе работы над диссертацией, базируются на достижениях многих научных школ, работающих в области создания машин для АПК. Решению проблемы проектирования в области сельского хозяйства значительное внимание уделяли ведущие российские ученые: академики В.П. Горячкин, А.Ф. Волик, А.Н. Карпенко и др., профессора К.А. Полевитский, И.В. Горбачев, Н.П. Ларюшин,. В.А. Макаров, В.И. Горше-нин, Н.П. Крючин и др.
Объектом исследования в работе является технологический процесс подготовки почвы и посева зерновых культур.
Предметом исследования являются закономерности технологических процессов подготовки почвы и посева зерновых культур.
Целью работы является сокращение сроков посевных работ и расхода энергоресурсов за счет совмещения операций подготовки почвы, посева и прикатывания почвы; повышение качества посева; использование в конструкции КА типовых отечественных рабочих органов, узлов и механизмов, выпускаемых промышленностью.
Для достижения цели, поставленной в диссертации, необходимо решить следующие задачи исследования:
- провести анализ известных технологий подготовки почвы и проведения
посевных работ, а также существующих конструкций КА;
- разработать и обосновать конструктивно-технологическую схему КА,
предназначенного для подготовки почвы и посева зерновых культур;
- теоретически обосновать подбор типовых рабочих органов и механизмов
КА, характеризующихся наилучшими техническими характеристиками и
потребительскими свойствами;
- экспериментально определить конструктивные параметры ковшового
элеватора и дискового ножа КА;
- рассчитать экономическую эффективность использования КА.
Научная новизна результатов исследований:
1) обоснована конструктивно-технологическая схема КА, на основе кото
рой изготовлен опытный образец, обеспечивающий совмещение: операций
подготовки почвы, посева и прикатывания почвы в одной машине;
2) получены эмпирические зависимости, позволяющие обосновать кон
структивные параметры ковшового элеватора и дискового ножа КА;
3) выполнено теоретическое обоснование подбора типовых рабочих органов
и механизмов КА, отличающееся тем, что при его реализации выбирается рабочий
орган, устройство или механизм, характеризующийся наилучшими техническими
характеристиками и потребительскими свойствами, полученными на основе количественной или качественной информации об их значении;
4) теоретически и экспериментально обоснованы режимные параметры разработанной конструкции КА.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
обоснование конструктивно-технологической схемы КА, на основе которой изготовлен опытный образец, обеспечивающий совмещение: операций подготовки почвы, посева и прикатывания почвы в одной машине;
теоретическое обоснование подбора типовых рабочих органов, устройств и механизмов КА;
- эмпирические зависимости, позволяющие обосновать конструктивные
параметры расположения элементов ковшового элеватора и дискового ножа;
результаты внедрения разработанного КА;
технико-экономическая оценка результатов исследований. Соответствие специальности научных работников. Работа соответствует
п. 7 паспорта специальности 05.20.01 – «Технологии и средства механизации сельского хозяйства» и п. 9 «Положения о присуждении ученых степеней».
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость состоит в совершенствовании технологии посевных работ, заключающаяся в совмещении операций подготовки почвы, посева и прикатывания почвы с помощью одного КА; обосновании подбора типовых рабочих органов, устройств и механизмов КА.
Теоретические и практические результаты использованы в ООО «КБ ЕРУСЛАН» при проектировании КА для зерновых культур, позволившие достичь следующих преимуществ разработанной конструкции КА по сравнению с аналогами:
- сокращение сроков посевных работ - нет разрыва между подготовкой
почвы и самим посевом;
- сокращение расхода энергоресурсов за счет совмещения операций
подготовки почвы, посева и прикатывания почвы в одной машине (расход
дизельного топлива на весь цикл посевных работ составляет не более 4 л/га по
сравнению с затратами на реализацию всех операций раздельно ~ 5-7 л/га;
- укладка семян на оптимальную глубину их заделки, где формируется точка росы, сохранение исходных состояний капилляров, сохраняя природный подвод влаги из земли;
- использование большого количества типовых отечественных рабочих
органов, узлов и механизмов, выпускаемых промышленностью;
- возможность использования КА в качестве культиватора и дискатора.
Результаты работы подтверждены справками о внедрении в ООО «КБ
ЕРУСЛАН» и ФГБОУ ВО «ТГТУ».
Методология и методы исследования. В диссертационной работе при решении задач разработки конструкции КА использовались методы системного анализа, математического моделирования, планирования экспери-
мента. Экспериментальные исследования проводились в полевых и лабораторных условиях в соответствии с существующими методиками, с использованием современных электронных и механических приборов. Обработка экспериментальных данных проводилась в среде системы «MathCAD», «Microsoft Office Excel».
Степень достоверности и апробация работы подтверждается: достаточным количеством выполненных экспериментов; использованием общепринятых методик, ГОСТов, приборов и оборудования; схождением результатов, полученных теоретическими и экспериментальными исследованиями; совпадением полученных результатов с данными других исследователей по данной тематике, внедрением полученных результатов в производство.
Полученные результаты обсуждались на: конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 9-12 апреля 2013 г.); международной молодежной конференции «XXXIX Гагаринские чтения» (Москва, 9-12 апреля 2013 г.); международной научно-практической конференции «Наука и образование для устойчивого развития экономики, природы и общества» (Тамбов, 6-8 июня 2013 г.); Х Всероссийской школы-конференции «Управление большими системами» (Уфа, 5-7 июля 2013 г.); XVII международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции – новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства» (Тамбов, 24-25 сентября 2013 г); международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК» (Мичуринск, 15-17 октября 2015 г); I и II Международной научно-практической конференции «Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн» (Тамбов, 17-18 декабря 2014 г., 17-19 ноября 2015 г.).
Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ общим объемом 8,24 печ. л., в том числе 6 в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, доклады на конференциях российского и международного уровней. Лично автору принадлежит 5,1 печ. л. Получены 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Личный вклад автора состоит в: разработке конструктивно-технологической схемы КА, теоретическом обосновании принятия конструкторских решений, непосредственном участии во всех этапах конструкторской разработки КА для зерновых культур, в том числе и при проведении экспериментальных исследований его опытного образца на полях ЗАО «Борец» Ростовской области.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка из 160 наименований публикаций отечественных и зарубежных авторов, изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 11 таблиц.
Методы и технологии, используемые при конструировании технологических комплексов сельскохозяйственного назначения
При конструировании технологических комплексов сельскохозяйственного назначения в настоящее время используются методы и подходы, хорошо зарекомендовавшие себя при решении соответствующих задач для различных классов технических систем.
В целом ряде работ авторы предлагают использовать метод генетических алгоритмов, целью которого является получение оптимального проектного решения по сравнению с базовым (разработанным с помощью системы автоматизированного проектирования на основе экспертной системы) [59].
В книге [72] излагаются методы применения математической теории планирования экспериментов к исследованиям сельскохозяйственных процессов и машин. В основу положен факторный метод проведения опытов, позволяющий получить статическую модель процесса (машины). Анализ этой модели дает возможность определить оптимальное сочетание факторов.
В работах [107, 108] рассматривается вопрос повышения качества распределения посевного материала распределителями вертикального типа. Авторами предложена аналитическая зависимость, позволяющая определить рациональную высоту вертикального участка подводящего трубопровода распределителя.
В публикации [5] авторы предлагают методику определения тягового и удельного сопротивления сельскохозяйственных машин, которая может быть использована при обоснования рациональных составов, режимов и установления норм выработки, погектарного расхода топлива машинно-тракторными агрегатами, но при этом не требует больших затрат труда, высокой квалификации исполнения и использования сложного приборного оборудования.
Авторы работы [11] показали возможность применения моделей сплошной среды для описания движения семян зерновых культур и гранул минеральных удобрений в бункере посевного комплекса.
Работы [42, 71] посвящены расчету сил сопротивления почвы сошнику сеялки путем применения метода конечных элементов и APM Win Machine. Модель сошника заменяется дискретным путем на конечные элементы, которые адекватно описывают многообразие конструкции и деталей. Приведен анализ реакций опор.
В статье [144] румынских ученых-аграриев представлен метод исследования путем динамического моделирования технической системы «трактор -сеялка» с помощью специализированного программного обеспечения Inventor.
При разработке модели динамической системы заранее предполагается проектирование и моделирование трех различных моделей, а именно: динамической модели работы секции сеялки, динамической модели механической коробки передач и динамической модели трактора. После завершения процесса моделирования: все моменты и силы от узлов технической системы, изменение силы и длины упругих элементов на местах работы были представлены графически.
В работах многих авторов [2, 56, 115, 158 и др.] отмечается, что целью автоматизации процесса проектирования является повышение качества проектного решения, снижение энергетических и материальных затрат, повышение производительности труда проектировщиков и как следствие, значительное уменьшение сроков проектирования. При использовании вычислительной техники при решении проектно-конструкторских задач необходимо располагать соответствующим программным обеспечением, реализующем методы машинного решения задач. В связи с этим, конструкторы должны знать методы и алгоритмы, реализованные в программах систем автоматизированного проектирования, что в свою очередь, позволит избегать ошибок на всех этапах проектирования [143, 155].
Следует отметить, что совершенствование процесса автоматизации проектирования, в первую очередь, определяется развитием математических методов исследования, что стимулирует создание общей теории инженерного проектирования [70].
В связи с этим одной из целей диссертационной работы является разработка рабочих органов для посева зерновых культур с одновременным внесением в почву удобрений и прикатыванием зоны внесения семян, обеспечивающие получение дружных всходов растений, которые соответствуют оптимальной густоте насаждений и равномерному размещению в рядах (по площади питания). Для получения таких результатов необходимо, чтобы сошники сеялки прямого посева нарезали борозды соответствующего профиля, создавали уплотнённое ложе для семян, рыхлый мульчирующий слой без воздушных пустот.
Эффективность функционирования техники зависит от условий эксплуатации, однако понятие эффективности использования техники весьма неоднозначно, применяемые методики ее оценки не выдерживают элементарного тестирования. В настоящее время проведение объективного анализа машиноис-пользования сельскохозяйственными предприятиями невозможно [133, 134]. Поэтому проблема оценки результатов машиноиспользования представляет научный и практический интерес для дальнейшего развития технологий в сельскохозяйственном производстве. Назрела необходимость в переосмыслении основных положений и понятий науки об использовании машин в сельском хозяйстве, ее целей и задач и, как следствие, эффективности машиноиспользова-ния [34]. Анализ информации в области оценки результатов использования машин выявил необходимость теоретического обоснования методов оценки результатов машиноиспользования [154, 156]. В значительной степени эффективное использование посевной техники во многом определяется на этапе ее конструирования. В настоящее время практически все крупные проектные институты и небольшие конструкторские бюро, занимающиеся разработкой перспективных видов технологических агрокомплексов используют вычислительную технику в целях повышения эффективности своей деятельности. Это положительно влияет на развитие российского рынка информационных систем, систем автоматизированного проектирования и прикладных программ.
На данный момент на информационном рынке имеется достаточно большое количество предложений автоматизированных информационных систем различного уровня и направлений, как от зарубежных, так и от отечественных производителей [20, 67, 136]. Основным техническим критерием при выборе необходимой системы является способность решать стоящие перед пользователями задачи, в том числе и связанные с конструкторской разработкой сельскохозяйственной техники. Основными задачами при этом являются: формирование возможных вариантов структурных схем технических объектов сельскохозяйственного назначения, реализация технологии проектирования и т.д.
Большинство систем поддержки принятия конструкторских решений, предлагаемых на рынке, в той или иной степени предлагают разные решения подобных задач для других областей применения, в том числе машиностроительной продукции для химической промышленности. В подобных случаях при выборе той или иной системы существенным фактором является ее функциональность, удобство в работе, стоимость.
Повышение эффективности автоматизированного конструирования базируется на развитии новых форм структурирования и представления необходимой информации. Системы информационной поддержки процессов конструирования технических объектов сельскохозяйственного назначения, основанные на методах: геометрического моделирования; разработки и сопровождения объектно-ориентированных баз данных; распознавания и хранения образов, позволят на более высоком уровне проектировать технические объекты. Задача конструирования посевных комплексов (комбинированных агрегатов) относится к разряду многокритериальных, одновременный учет каждого из которых представляет достаточно сложную задачу. Ее решение следует искать путем разработки формализованной технологии принятия решений, в основе которой лежит использование систем электронных атрибутивных и графических каталогов с учетом различных ограничений: конструктивных, технологических, организационных и т.д. [1, 59].
В области создания автоматизированных информационных систем принятия конструкторских решений посевных комплексов имеют место направления использования систем: информационной поддержки принятия решений, автоматизированного проектирования, автоматизированного управления и др. [142]. По каждому направлению существует значительное количество работ, в которых авторы рассматривают процесс проектирования сельскохозяйственной техники и другой машиностроительной продукции.
Конструкторская разработка комбинированного агрегата для подготовки почвы и посева зерновых культур
Для компоновки разработанной конструкции комбинированного агрегата были выбраны следующие устройства, выпускаемые промышленностью: пневматические шины марки =«диски от автомобиля УАЗ452, шины 235/65/R16 с городским типом протектора и полосным рисунком» в количестве 15 шт.; дисковые ножи = «диск БДТ гладкий диаметром 560 мм» в количестве 42 шт.; дозирующий аппарат марки = «привод от сеялки СУПН-8».
Проиллюстрируем реализацию процедуру обоснования подбора типовой детали (устройства или механизма) комбинированного агрегата на примере прикатывающего устройства следующих основных конструктивных размеров: диаметр крепежного вала- 100 мм и диаметр прикатывающего элемента - 500 мм. При выборе следует учитывать следующие характеристики: простота в эксплуатации, ремонтопригодность без специализированных инструментов, налипание земли на прикатывающее устройство при влажной почве и невысокую цену изделия. Значимость каждого из критериев: стоимость, простота в эксплуатации, ремонтопригодность без специализированных инструментов, взаимозаменяемость с аналогичными зададим следующим образом: pt = 0.25, і = 1,4. В результате решения задачи было выбрано прикатывающее устройство с пневматическими шинами (см. рисунок 2.4).
Потребителями была поставлена задача создания такой их конструкции комбинированного агрегата, которая бы обеспечивала:
- единый дозирующий узел на все высевающие аппараты;
- свободный доступ к основным узлам и механизмам и их ремонтопригодность;
- простота в межсезонном обслуживании;
- использование большого количества типовых отечественных узлов и механизмов, выпускаемых промышленностью. При разработке конструкции автором были использованы 2D-3D чертежные системы (КОМПАС и AutoCAD). Механические расчеты для данных узлов комплекса были выполнены в соответствии с ГОСТ 26711-89 [28]. При этом авторы использовали систему MathCad, позволяющую автоматизировать процедуру их реализации.
Для визуализации графических образов деталей и узлов комбинированного агрегата были созданы их 3D – модели и чертежи. В таблице 2.2 приведен фрагмент базы моделей и чертежей деталей и узлов, а в развернутом виде - в приложении А. В настоящее время база элементов комбинированного агрегата включает более 150 наименований деталей и узлов.
Зерновой бункер имеет отсеки для семян и для удобрений. Дозирующее устройство для семян и удобрений катушечного типа, также раздельно для семян и удобрений. Привод дозирующего устройства семян и удобрений осуществляется от крайних колес прикатывающего устройства через вариатор (для удобрений и семян используются разные вариаторы), он же служит для регулировки подачи количества семян. На одном валу с дозирующим устройством подачи семян стоит звездочка, с которой снимается вращательный момент для вращения ковшового элеватора через цепь типа ПР.
Внутри корпуса ковшового элеватора натянута цепь типа ПРП с кронштейнами, на которые крепятся ковши, с помощью которых происходит транспортировка семян к распределяющему устройству. Вращение распределителя семян и удобрений происходит через редуктор углового типа (не регулируемый). Имеется свободный доступ ко всем сопрягаемым деталям, натяжка цепи ПРП производится при помощи двух регулировочных винтов.
Из-за характерных конструктивных особенностей формы бункера зерно самотеком поступает в дозирующее устройство катушечного типа. Аналогичная операция происходит и с удобрениями. Порции удобрений и зерна попадают в маленький резервуар, совместный для зерна и удобрений, откуда ковши элеватора доставляют их к распределяющему устройству. Семена и удобрения попадают на распределяющее устройство по лотку и далее на вращающийся конус с лопатками, которые равномерно распределяют зерна и удобрения по всем сорока двум семяпроводам. В дозирующем устройстве предусмотрены люки для очистки бункера от остатков семян и удобрений, что упрощает межсезонное обслуживание комбинированного агрегата.
По семяпроводам семена и удобрения под действием силы тяжести доставляются к высевающим аппаратам (42 шт.), где и происходит их заделка.
Остановимся подробнее на конструкции прикатывающего устройства, рабочего органа для обработки почвы и зерновом бункере.
Прикатывающее устройство (см. рисунок 2.10) состоит из трех прикатывающих блоков колес, прикрепленных к раме прикатывающего устройства. Расстояние между пневматическими шинами составляет 35 мм, что позволяет
На центральном валу каждого блока колес (см. рисунок 2.11) находится пара роликовых подшипников, от попадания абразивных материалов подшипник защищен при помощи сальникового уплотнения.
Прикатывающее устройство так же выполняет функцию транспортировочных колес. Во время обрабатывания почвы боковые блоки колес служат для регулировки глубины заделки семян, путем вращения регулировочных винтов (талрепов), специально разработанных и изготовленных для данного комбинированного агрегата, которые могут выдержать нагрузки, возникающие во время обработки почвы.
Рабочий орган для обработки почвы (см. рисунок 2.12). Крепление рабочего органа к раме выполнено жёстким способом, который является не самым эффективным для копирования рельефа почвы, но который является самым надежным и ремонтопригодным. Обслуживание данного типа крепления не требует привлечения квалифицированных работников, дорогостоящего оборудования и может быть произведено в полевых условиях без привлечения специализированных организаций.
Обработка земли происходит путем подрезания пласта земли круглым диском от дисковой бороны БДТ диаметром 560 мм. Угол атаки и разворота режущего органа был подобран путем проведения полевых испытаний (см. раздел 4). Конструкция стойки режущего органа совмещена с механизмом распределения семян. Заделка семян и удобрений происходит одновременно с обработкой почвы. Расстояние между рабочими органами составляет 100 мм. Конструкция рабочего органа (см. рисунок 2.13) позволяет проводить техническое обслуживание (замену сальниковых уплотнений, смазку подшипника) без проведения трудоёмкой операции – замены подшипника (см. рисунок 2.14).
Программа проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования опытного образца комбинированного агрегата для подготовки почвы и посева зерновых культур проводились на полях Ростовской области, в Шолоховском районе на землях ЗАО «Борец».
Программа проведения экспериментальных исследований состояла из следующих этапов:
- подготовка опытного образца комбинированного агрегата к работе;
– подготовка оборудования и приборов для выполнения работ по исследованию комбинированного агрегата;
- проведение полевых исследований комбинированного агрегата при посеве зерновых культур (пшеницы) по взаимосвязи разработанных конструктивных параметров агрегата в соответствии с требуемыми показателями качества посева;
– проведение технико-экономической оценки опытного образца комбинированного агрегата.
Подготовка опытного образца комбинированного агрегата к работе в полевых условиях включает в себя выполнение следующих операций: проверку его комплектности и правильности сборки, установку высевающих аппаратов на заданные нормы посева зерновых культур и удобрений; установку маркеров; присоединение комбинированного агрегата к трактору и обкатку всего комплекса.
Проверка правильности сборки комбинированного агрегата и техническое состояние смонтированных на нем механизмов, узлов и рабочих органов должна проводиться на специальной площадке, причем весь агрегат должен опираться на опорные стойки. При этом необходимо обратить внимание на: перекос рамы, надежность креплений рабочих органов, устройств и механизмов; вращение прикатывающих устройств; натяжение цепей и расположение шестерен редуктора. Допускается перекос ремы не более 10 мм, прогиб бруса для крепления рабочих органов допускается не более 10 мм. Вращение блока колес должно быть свободным, без радиального и осевого люфта.
Позиционирование рабочих органов на раме проводят при помощи разметочной рейки с нанесенными разметочными линиями. Расстояние между разметочными линиями соответствует заданной ширине междурядий. Рабочие органы опускают на разметочную рейку, ослабляют крепления рабочего органа на брусе для крепления рабочих органов и совмещают с линиями на разметке.
Звездочки и шестерни отдельных контуров передачи вариатора должны располагаться в одной плоскости. Зазор между вершиной зуба одной шестерни и впадиной сопряженной с ней шестерни должен быть обеспечен в пределах 1,5—2 мм. Натяжение цепей зернового бункера проверяют нажатием рукой. При усилии около 100 Н прогиб нерабочей ветви цепи должен находится в пределах 10-12 мм. При увеличенном прогибе необходимо произвести регулировку натяжения данных цепей.
Должна быть выполнена установка высевающих аппаратов на заданную норму посева семян зерновых культур и необходимых удобрений. Количество высеваемых семян на единицу площади поля зависит от частоты вращения катушки дозирующего устройства и эффективности работы ковшового элеватора. Для установки нормы высева надо подобрать подходящее передаточное отношение от оси ходовых колес на вал дозирующего устройства, установить вариатор в нужное положение.
Для обеспечения возможности изменения нормы при посеве рекомендуется первоначально устанавливать в среднем положении вариатор катушки дозирующего устройства.
На норму высева предварительно комбинированный агрегат следует устанавливать в стационарных условиях в следующем порядке:
- комбинированный агрегат устанавливают на подставки, так чтобы можно было вращать опорно-приводное колесо, передающее вращающий момент валу дозирующего устройства;
- подсчитывают, какое число оборотов делает колесо комбинированного агрегата на площади 100 м2. Для этого сначала определяют площадь, обрабатываемую комбинированным агрегатом за оборот опорного колеса. Данная площадь вычисляется без учета скольжения опорного колеса по обрабатываемой поверхности;
- засыпают в зерновой бункер комбинированного агрегата посевной материал (1/3 от общего объема зернового бункера), а под рабочие органы расстилают полотно (укрывной материал, брезент и т.п.). На опорное колесо для удобства подсчета длины обрабатываемого участка наносят метку частоты вращения опорного колеса, поворачивают опорное колесо на 3-4 оборота для заполнения приемного бункера ковшового элеватора посевным материалом. Опорное колесо комбинированного агрегата вращают на рассчитанное ранее число оборотов. Посевной материал собирают и определяют его вес. Полученное значение умножают на 100 и получают фактический высев посевного материала на 1 га . Опорное колесо следует вращать равномерно, примерно с такой же частотой, с какой оно вращается при обработке почвы. При более высоких скоростях движения комбинированного агрегата частота вращения колес пропорционально увеличивается. После установки нормы высева посевного материала производится тестовый проход комбинированного агрегата с определенной длиной обрабатываемого участка. В случае обнаружения разницы между расчетной и фактической нормы высева производится ее коррекция.
Для проведения полевых исследований комбинированного агрегата был выбран участок, позволяющий выполнить программу проведения его экспериментальных исследований. Был выбран участок без предварительной обработки почвы, для которого тип почвы, рельеф, микрорельеф, влажность и твёрдость почвы определяется в соответствии с ГОСТ 31345-2007 [29]. При изучении влияния скорости движения комбинированного агрегата на его удельное тяговое сопротивление, скорость опытного образца изменялась в диапазоне 5 -12 км/ч согласно ГОСТ 26711-89 [28].
Оптимальные конструктивные параметры ковшового элеватора комбинированного агрегата находятся путем изменения основных параметров: объема ковшей, расстояния между ковшами и скоростью движения ковшового элеватора.
Для определения энергетических показателей технологического процесса посева опытным образцом комбинированного агрегата использовалась малогабаритная переносная информационно-измерительная система ИП-264, предназначенная для измерения, анализа, запоминания и отображения параметров, определяющих эксплуатационно-технологические качества сельскохозяй ственной техники. Она была использована при агрегатировании и контрольном динамометрировании опытного образца комбинированного образца.
Программа проведения полевых опытных испытаний экспериментального образца предусматривает:
- определение энергетических показателей процесса посева, осуществляемого разработанным комбинированным агрегатом;
- уточнение оптимальных значений его конструктивных параметров для угла атаки дискового ножа;
- определение оптимальных значений конструктивных параметров ковшового элеватора (объема ковша, расстояния между ковшами; скорости движения ковшового элеватора) по результатам эксперимента с применением ортогонального центрального композиционного плана;
- определение зависимости скорости движения и глубины посева зерновых культур на величину удельного тягового сопротивления разработанного комбинированного агрегата;
- оценку удельного тягового сопротивления комбинированного агрегата;
- оценку равномерности распределения посевного материала по площади посева;
- оценку ширины засеваемой полосы;
- оценку урожайности.
Все вышеперечисленные испытания проводились с использованием методик, приведенных в монографии профессора Ларюшина Н.П. [65].
Технико-экономическая оценка эффективности разработанного комбинированного агрегата
Расчет экономической эффективности разработанной конструкции комбинированного агрегата для зерновых культур выполнен на основе результатов опытных испытаний на полях Ростовской области и использовании методики, изложенной в ГОСТ Р 53056 - 2008 «Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки» [30]. В качестве базового варианта при сравнении выбраны: серийный культиватор КПС-4 с зерновой сеялкой СЗП.
Источники образования эффекта заключаются в следующем:
- снижение количества механизмов и техники, занятых на посеве, за счет исключения предпосевной культивации - как технологической самостоятельной операции;
- снижение расхода топлива при проведении посевных работ;
- повышение урожайности за счет повышения качества посева зерновых культур.
Расчет выполнен по данным, полученным при севе пшеницы в ЗАО «Борец» Ростовской области на площади 20 га.
Закупочная цена одного центнера пшеницы сезона 2013 - 2014 г - 865 руб.
Средняя урожайность на опытных участках в 2012-2015 годах - 36,5 ц/га.
Увеличение урожайности по данным исследований принято минимальным - 10%.
Технико-эксплуатационные характеристики посевных машин приведены в таблице 5.1.
Экономический эффект от использования одной единицы вычисляется по формуле:
Э = Сес + С6к-Сн + Эсг + Э , (5.1) где: Э - экономический эффект - суммарный, тыс. руб.; С3с,С3к,См - прямые производственные затраты при использовании базовых сеялки, культиватора и новой машины, тыс. руб.; Эсг - экономический эффект от снижения затрат на горючее, тыс. руб.; Э .- экономический эффект от увеличения урожайности, тыс. руб. Прямые производственные затраты при использовании базовых машин и экспериментального образца вычисляются по формуле: бк,бс,н бс.бк.н бс,бк.н "бс,бк,н (5.2) где: Збсйк.н - затраты на оплату труда обслуживающего персонала базовых машин и экспериментального образца, тыс. руб.; АбСібЕСН- затраты на амортизацию и капитальный ремонт базовых машин и экспериментального образца, тыс. руб.; Рбс.5:-,:-г затраты на техническое обслуживание базовых машин и экспериментального образца, тыс. руб.
Балансовая стоимость разработанного комбинированного агрегата вычисляются по формуле: Б,= ММ, (5.3) где: М6с - масса базовой сеялки, кгс; Мн - масса нового агрегата, кгс.
Затраты на зарплату обслуживающего персонала вычисляются по форму ле: (5.4) 0С0К,Н бс,бк,н 4гбс,5:-;,:-[5 где: 35с 5к.л - затраты на оплату труда обслуживающего персонала базовых машин и экспериментального образца, руб.; Г5сібкн - нормативная загрузка базовых машин и экспериментального образца, час; 34бс б[ н - часовая оплата труда, Затраты на амортизацию и капитальный ремонт вычисляются по форму ле: (5.5) где: ASc Зк н- затраты на амортизацию и капитальный ремонт базовых машин и экспериментального образца, руб.; а6с 6к н - коэффициент отчислений на амортизацию и капитальный ремонт базовых машин и экспериментального образца, %.
Затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт вычисляются по формуле: где: Р бкн- затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт базовых машин и экспериментального образца, руб.; t6:.i6cM - коэффициент отчислений на техническое обслуживание и текущий ремонт базовых машин и экспериментального образца, %.
Годовой экономический эффект от снижения затрат на горюче-смазочные материалы вычисляют по формуле: Эсг = Зг.бс + З.ш3к - Зг,,:, (5.7) где Зг.бс - затраты на топливо при работе одной базовой сеялки, тыс. руб.; 3-5:. - затраты на топливо при работе одного культиватора КПС-4, тыс. руб.; З-н -затраты на топливо при работе экспериментального образца, тыс. руб.
Экономический эффект на один экспериментальный образец посевной машины, получаемый от увеличения урожайности вычисляется по формуле: (5.8) где: 5Л - посевная площадь, га; ДУЛ - прибавка урожая пшеницы, ц/га; Us - закупочная цена одного центнера зерна пшеницы, тыс. руб.; К - коэффициент, учитывающий затраты на уборку, транспортировку, подработку и хранение дополнительного объема зерна (=0,8); N - количество новых посевных машин, необходимых для посева 20 га пшеницы, шт.