Введение к работе
Актуальность темы. Определяющее значение в системе механической обработки почв принадлежит основной обработке. Именно основная обработка в наибольшей степени определяет характер протекания физико-биологических процессов в почве.
От качества выполнения технологического процесса основной обработки почвы во многом зависят физико-биологические и химические процессы, протекающие в пахотном и подпахотном горизонтах, количество последующих проходов орудий по полю, качество размещения семян в почве и т.д., что в конечном итоге сказывается на урожайности возделываемых культур. Однако при вспашке почвы плугами общего назначения даже в период ее физической спелости в среднем только 20% поля соответствует агротехническим требованиям по степени крошения. За счет того, что в процессе вспашки преобладающим видом деформации пласта является сжатие, после прохода орудия на поле образуются комки, плотность которых в некоторой степени даже превышает объемный вес почвы до обработки.
Решение данных проблем требует детального изучения процесса воздействия рабочих органов на почву, раскрытия внутренних процессов деформации, перемещения почвенных элементов и исследования влияния конструктивных параметров на качество обработки. При этом необходимо иметь в виду, что вспашка является самой энергоемкой операцией в растениеводстве, на ее осуществление приходится около 40 % энергозатрат по подготовке почвы.
В связи с этим работа, направленная на повышение качества и снижение энергоёмкости вспашки, является актуальной и имеет существенное значение для развития страны.
Цель работы. Повышение качества и снижение энергоёмкости вспашки путем совершенствования лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга и обоснования его параметров на основе моделирования технологического процесса.
Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия корпуса плуга с почвой.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия корпуса плуга с почвой, изменения агротехнических и энергетических показателей работы в зависимости от его конструктивных и технологических параметров.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов механики сплошных сред и классической механики. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик проведения экспериментов с применением метода планирования. Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.
Научная новизна.
-
Разработана математическая модель процесса взаимодействия корпуса плуга с почвенной средой на основе сочетания уравнения динамики сплошной среды и критерия прочности Кулона-Мора с учетом физико-механических свойств почвы.
-
Установлены начальные и граничные условия функционирования модели технологического процесса взаимодействия корпуса плуга с почвой с учетом процесса уплотнения дна и стенки борозды.
-
Разработана методика проектирования трехмерной модели лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга с применением в качестве направляющей кривой клотоиду и возможностью устранения задира пласта почвы бороздным обрезом.
Новизна технических решений и методики проектирования лемешно-отвальных поверхностей корпусов плугов подтверждена патентом на полезную модель №111380 РФ, свидетельствам на программу на ЭВМ № 2011611952 РФ, №2011614160 РФ.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Обоснованы конструктивно-технологические параметры и создан экспериментальный образец корпуса плуга, обеспечивающий качественное выполнение технологического процесса с более низкими энергетическими показателями.
Опытные образцы усовершенствованного корпуса плуга использовались для основной обработки почвы на полях ООО «РегионАгро» Давлекановского района и профессионального училища №82 с. Толбазы Аургазинского района Республики Башкортостан. Теоретические исследования используются при изучении курса «Сельскохозяйственные машины» в ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» и в профессиональном училище №82 с. Толбазы Аургазинского района.
Работа выполнена в соответствии с научно-исследовательской программой на 2010 – 2013 гг. «Повышение качества выполнения технологических операций на основе совершенствования рабочих органов сельскохозяйственных машин» (Рег. № 01.2010.58947) на кафедре сельскохозяйственных машин ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ.
Вклад автора в проведённое исследование. Установлены начальные и граничные условия модели процесса взаимодействия корпуса плуга с почвенной средой с учётом физико-механических и реологических свойств почвы; разработана номограмма выбора вязкости сплошной среды по влажности почвы для моделирования технологического процесса вспашки; проведены эксперименты по определению энергетических и качественных показателей работы плуга, обоснованы конструктивно-технологические параметры и создан экспериментальный образец корпуса плуга.
Апробация. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Достижения науки – агропромышленному комплексу» в 2008…2011 гг. (Челябинский ГАА, г. Челябинск), на всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном комплексе» в 2008…2011 гг. (Башкирский ГАУ, г. Уфа), «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновская ГСХА, г. Ульяновск) в 2008…2010 гг.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 24 научных статей, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены 1 патент на полезную модель РФ, 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ. Общий объем опубликованных работ составляет 7,05 п.л., из них авторских – 3,15 п.л.
Структура и объем работы. Основной материал диссертационной работы представлен на 133 страницах машинописного текста и содержит введение, пять глав, выводы и приложения. Диссертация содержит 27 таблиц, 57 рисунков и иллюстраций, приложений на 30 с. Список использованной литературы включает 139 источников, три из которых на иностранном языке.
