Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние проблемы и задачи исследования 10
1.1. Почвснно-климатические условия Забайкалья 10
1.2. Почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Забайкалье 7
1.3. Направления и тенденции развития почвообрабатывающих и посевных машин 26
1.4. Краткий анализ исследований по почвообрабатывающим и посевным машинам 38
1.5. Анализ работ по системному подходу к технологии обработки почвы и посеву семян 3
1.6. Проблема, цель и задачи исследования 45
ГЛАВА 2. Системный подход к технологическому процессу возделывания и уборки сельскохозяйственных культур 48
2.1. Модель возделывания сельскохозяйственных культур 48
2.2. Топологический метод анализа возделывания сельскохозяйственных культур 52
2.3. Анализ и оценка технологии возделывания сельскохозяйственных культур 59
2.4. Разработка структурной модели технологии обработки почвы, внесения компоста и посева семян при возделывании зерновых культур 67
Выводы по главе 77
ГЛАВА 3. Рациональная технология приготовления и внесения компоста в почву 78
3.1. Существующие технологии приготовления компоста из навоза крупного рогатого скота и органических отходов 78
3.2. Динамическая модель компостирования навоза и отходов деревообработки 85
3.3. Уравнение теплового баланса при компостировании органических веществ 90
3.4. Обоснование технологии приготовления компоста из навоза крупного рогатого скота и отходов деревообработки 93
3.5. Результаты экспериментальных исследований по обоснованию режимов приготовления компоста 100
3.5.1. Обоснование оптимальных режимов компостирования 100
3.5.2. Установление температурного режима бурта компоста и тепловыделения при биотер
- мическом разложении 102
3.5.3. Обоснование рациональных параметров дискового сепаратора 104
3.6. Результаты агрохимических анализов компоста 106
3.7. Машины для внесения компоста в почву 108
Выводы по главе 111
ГЛАВА 4. Разработка рабочих органов к машинам мелкой обработки почвы 113
4.1. Почвообрабатывающие машины как динамические системы 113
4.2. Обоснование обобщенных координат машин для обработки почвы 117
4.3. Уравнения движения почвообрабатывающих машин 120
4.4. Частотные характеристики колебаний почвообрабатывающих машин 133
4.5. Разработка и совершенствование рабочих органов машин для мелкой обработки почвы 136
4.5.1. Расчетные схемы плоскореза-вычесывателя и плуга-рыхлителя 136
4.5.2. Обоснование конструктивных и кинематических параметров игольчатого диска почво обрабатывающих машин 147
4.5.3. Определение оптимальных режимов работы плоскореза-вычесывателя корневищных
сорняков 156
4.5.4. Ообоснование конструктивных схем и параметров плоскореза-вычесывателя и плуга-рыхлителя 162
4.5.5. Энергоемкость при обработке почвы ротационными рабочими органами рыхлящего типа 170
4.6. Разработка и обоснование конструктивной схемы и параметров виброкорпуса плуга 173
4.7. Комбинированная система автоматического регулирования широкозахватного плуга 179
4.7.1. Функциональная схема регулирования глубины хода рабочих органов широкозахватного плуга 179
4.7.2. Уравнения, описывающие системы автоматического регулирования глубины хода рабочих органов плуга 181
4.7.3. Структурная схема САР широкозахватного плуга и их передаточные функции 186
4.7.4. Лабораторно-полевая установка комбинированной системы автоматического
регулирования 192
4.7.5. Результаты экспериментального исследования комбинированной системы автоматического регулирования 194
Выводы по главе 202
ГЛАВА 5. Совершенствование технологии и рабочих органов машин для посева семян сельскохозяйственных культур 204
5.1. Расчетная схема и модели функционирования сеялки и ее рабочих органов 204
5.2. Математическая модель посевной машины и сошника 213
5.3. Особенности подготовки семян при возделывании зерновых культур в условиях Забайкалья 217
5.4. Обоснование схемы экспериментального сошникового бруса сеялки и результаты опытов...225
5.5. Обоснование процесса бороздообразования перемещающейся струей жидкости 234
5.6. Результаты планирования эксперимента 239
5.7. Разработка конструкции гидропневматического сошника и экспериментальной сеялки 247
5.8. Теоретические предпосылки для подпочвенно-разбросного посева семян зерновых культур 250
5.9. Разработка сошника для подпочвенно - разбросного посева семян зерновых культур 253
5.10. Результаты экспериментального исследования рабочих органов посевных машин 257
5.11. Совершенствование и разработка рабочих органов при возделывании технических культур 261
Выводы по главе 270
ГЛАВА 6. Рекомендации производству и технико-экономическая эффективность внедрения ресурсосберегающей технологии на основе разработанных рабочих органов 272
6.1. Результаты внедрения исследований в производство. Машины на основе разработанных рабочих органов 272
6.2. Расчет годового экономического эффекта 283
Основные выводы 293
Библиография 296
Приложения 312
- Почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Забайкалье
- Топологический метод анализа возделывания сельскохозяйственных культур
- Существующие технологии приготовления компоста из навоза крупного рогатого скота и органических отходов
- Уравнения движения почвообрабатывающих машин
Введение к работе
Основной задачей агропромышленного комплекса страны является не только удовлетворение потребностей населения собственными качественными продуктами питания и перерабатывающей промышленности — сырьем, но экспортирование продукции высоких технологий.
Федеральными программами стабилизации и дальнейшего развития аграрного сектора России предусматривается в ближайшие годы увеличить ежегодные валовые сборы зерна до 100 млн. т. в год, а в перспективе (2015...2017 гг.) довести урожайность зерновых культур до среднемировых показателей (2,7...3 т/га) и стабилизировать производство зерна на уровне 150...170 млн.т.
Наряду с зерновой проблемой предусматривается увеличение производства корнеплодов и овощей.
Решение этих проблем требует технологического перевооружения на базе энер-го- и ресурсосберегающей техники нового поколения, существенное повышение качества выполняемых ими процессов и создание необходимых условий для полного раскрытия потенциала урожайности возделываемых культур на всех этапах их роста и развития с одновременным снижением себестоимости их.
В механизации почвозащитного земледелия на первый план ставились вопросы повышения производительности труда, эффективного использования мощности энергонасыщенных тракторов. Поэтому совершенствованию подвергались те элементы, которые обеспечивали решение поставленных задач. Наибольшие усилия были направлены на развитие конструктивных схем орудий, способов их агрегатирования, методов перевода из рабочего положения в транспортное и обратно, в меньшей степени рабочих органов. Создаваемые орудия снабжались однотипными рабочими органами. Предпочтение отдавалось тем рабочим органам, которые были однооперационными, простыми и не имели вращающихся и подвижных элементов. В наибольшей степени этим требованиям отвечали стрельчатые рабочие органы, которые нашли широкое применение в зональной системе земледелия Забайкалья. Забайкалье отличается сложными природно-климатическими условиями, относится к зоне рискованного ведения сельского хозяйства, причем близость к озеру Байкал накладывает огромные экологические ограничения. Такое положение существенно влияет на урожайность культурных растений.
Одним из направлений повышения эффективности проведения весенне-полевых работ являются разработка и внедрение новых экологически безопасных технологий и технических средств к ним, разработка стратегии и тактики в предпосевной обработке почвы и посеве семян сельскохозяйственных культур и использование перспективных видов органических удобрений с учетом климатических условий.
Обеспечение качественного выполнения агротехнических приемов при возделывании сельскохозяйственных культур возможно путем применения машин с многофункциональными и комбинированными рабочими органами, которые за один проход агрегата выполняют несколько необходимых технологических операций.
Поэтому, проблема разработки и совершенствования рабочих органов к почвообрабатывающим и посевным машинам для почвозащитного земледелия с целью повышения качества выполнения технологических операций является актуальной.
Актуальность темы. Пашни Забайкалья имеют низкую и неустойчивую продуктивность. Наибольший удельный вес (65%) в пашне имеют каштановые супесчаные, легкосуглинистые почвы с содержанием гумуса 0,8...3,0%, нейтральной реакцией среды. В степных и лесостепных зонах Забайкалья до 70% пашни подвержено ветровой и водной эрозии. Среднегодовое количество осадков в зонах, где развито земледелие, колеблется в пределах 200...400 мм, при этом 70...90% осадков выпадает во второй половине вегетации растений. Весна засушливая. Пахотный слой в весенний и ранне-летний периоды сильно иссушен. В связи с этим урожайность возделываемых в зоне сельскохозяйственных культур низкая. Так, средняя урожайность зерновых культур за последние 20 лет составила 10,7 ц/га.
Существующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур предусматривают многократный проход однооперационных агрегатов по полю и использование минеральных удобрений и пестицидов, на что приходятся немалые энергетические и стоимостные затраты.
Кроме того, более 70% пашни Забайкалья расположено в пойме рек, впадающих в озеро Байкал. Многие из которых несут при существующей технологии возделывания сельскохозяйственных культур продукты смыва минеральных удобрений, пестицидов и древесных отходов в период таянии снега и ливневых дождей, тем самым нарушают экологическую обстановку на Байкальской природной территории.
По Федеральному закону от 30.10.2007 №240-ФЗ «Об охране озера Байкал» запрещено использование пестицидов, агрохимикатов и других веществ, оказывающих негативное воздействие на уникальную экологическую систему озера Байкал.
В связи с этим повышение плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур возможно при использовании экологически безопасных органических удобрений и агротехнических методов борьбы с сорняками с разработкой теоретических положений, позволяющих создание новых энергосберегающих технических средств для обработки почвы и посева семян, представляет актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.
Научная гипотеза. Получение устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в условиях Забайкалья при ограниченной, допустимой дозе внесения в почву минеральных удобрений и пестицидов возможно за счет совершенствования технологии возделывания сельскохозяйственных культур, создания энергосберегающих технических средств для обработки почвы и посева семян и использования экологически безопасного компоста из местных органических отходов.
Цель работы. Совершенствование технологии и технических средств для обработки почвы и посева семян при возделывании сельскохозяйственных культур с целью сокращения затрат труда и обеспечения качественного выполнения агротехнических приемов.
Объект исследования. Механизированные экологичные технологические процессы возделывания сельскохозяйственных культур в условиях ограниченного влагообеспечения.
Предмет исследования. Закономерности влияния технологических и конструктивных параметров рабочих органов машин для обработки почвы и посева семян на показатели качества выполнения технологических процессов. Научная новизна:
- впервые разработана обобщенная структурно-технологическая модель анализа и оценки технологических процессов возделывания зерновых и технических культур в условиях Забайкалья;
- установлены целевые функции и передаточные коэффициенты поэтапной оптимизации и обоснованы пути совершенствования технологии возделывания с.-х. культур и разработки рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин;
- впервые разработана технология приготовления компоста с использованием местных отходов деревообработки и жидкого навоза, для ее интенсификации разработано техническое средство по сортировке древесных отходов и предложена технология мульчированного внесения компоста в почву;
- разработаны математические модели для оценки качества работы машин для основной обработки почвы и посева семян, на основе которых обоснованы рациональные параметры машин и рабочих органов;
- впервые разработаны орудия, совмещающие следующие операции: поверхностную отвальную обработку с рыхлением плужной подошвы, поверхностную плоскорезную обработку почвы с вычесыванием корневищных сорняков, предпосевное рыхление почвы с подпочвенно-разбросным посевом семян и их прикатыванием;
- предложена ресурсосберегающая технология возделывания зерновых культур с использованием разработанных машин.
Техническая новизна разработанных машин подтверждена 3 авторскими свидетельствами СССР и 5 патентами РФ на изобретение.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- математическая модель технологии возделывания сельскохозяйственных культур;
- структурная модель обработки почвы, внесения компоста и высева семян, которая позволяет обосновать ресурсосберегающую технологию возделывания зерновых культур;
- рациональная технология приготовления компоста из отходов деревообработки и жидкого навоза;
- комбинированные рабочие органы для обработки почвы и извлечения корневищных сорняков;
-новые технологические и технические решения по созданию рабочих органов для посева семян сельскохозяйственных культур; -результаты технико-экономической оценки ресурсосберегающей технологии возделывания сельскохозяйственных культур.
Практическая значимость. Работа выполнялась в соответствии с Государственной комплексной научно-технической программой «Агропромышленный комплекс Сибири на 1991- 1995 г.г.» по подпрограмме 16 «Разработать перспективные решения экологически высокомеханизированных процессов и технических средств для завершения комплексной механизации» и федеральной программой «Социально-экономическое развитие Республики Бурятия и Читинской области до 2000 года».
Она соответствует федеральной программе на 2001...2005 г.г. «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» по решению научно-технической проблемы «Разработка комплекса сельскохозяйственных машин для почвозащитного земледелия Республики Бурятия» (№ гос.регистрации 253-75М).
Работа выполнялась в соответствии с комплексной научно-технической темой Бурятской государственной сельскохозяйственной академии «Программа фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК в бассейне озера Байкал на 2006...2010 годы» по проблеме IV «Элементы формирования эффективной инженерно-технической системы АПК», номер государственной регистрации ФГУП ВНТИЦ 0120.0 712169.
Реализация результатов работы. Результаты исследований вошли в состав целевой программы «Система ведения сельскохозяйственного производства Республики Бурятия и Читинской области» и получили практическую реализацию в ресурсосберегающей технологии возделывания сельскохозяйственных культур в сухостепной зоне Забайкалья.
Исходные требования и технические задания, составленные в результате исследований, использовались при изготовлении культиватора-плоскореза-вычесывателя КПВ-3, модернизированной сеялки-культиватора СЗС-2.1А для подпочвенно-разбросного посева и прикатывающе-приводного катка к сеялкам СЗС-2,1 и СЗП-3,6 заводами ООО «Судостроительный завод» г.Улан-Удэ, ОАО «Литейщик» г.Закаменск. Исходные требования и конструктивные параметры плуга-рыхлителя и гидропневмо сошника переданы и внедрены в ЗАО «ТехАртКом» г.Челябинск, ООО «Варнаагро-маш» Челябинской области.
Опытная партия культиватора-плоскореза-вычесывателя КПВ-3, сошников для подпочвенно-разбросного посева и катков для сплошного прикатывания внедрена в ряде хозяйств Забайкалья. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Бурятская ГСХА им. В. Р. Филиппова» и ФГОУ ВПО «Челябинский ГАУ»
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на заседаниях технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия и Читинской области, на научно-практических конференциях Бурятской ГСХА (БСХИ) (1973...2008г.г.), Иркутской ГСХА (1999, 2002, 2003г.г.), Челябинского ГАУ (1970...1974г.г.), Бурятского ГУ (2005, 2007г.г.), Восточно-Сибирского ГТУ (2004...2008г.г.), на международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных систем» (Москва, 1997г), всесоюзной конференции по современным проблемам земледельческой механики, посвященной 110-летию со дня рождения академика В. П. Горячкина (Москва, 1978г.), международных научно-практических конференциях, посвященных памяти акад. В. П. Горячкина и к 70-летию МГАУ (Москва, 1998, 2000г.г.), на региональной научно-практической конференции Санкт-Петербургского ГАУ (2000г.), международных научно-технических конференциях в Монгольском ГАУ (Улан-Батор, 2003г.) и Челябинском ГАУ (2006, 2007, 2008г.г.)
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, библиографии и приложений. Общий объем диссертации 330 страниц, в том числе 116 рисунков, 39 таблиц. Библиография содержит 263 наименования, в том числе 10 на иностранных языках.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 44 печатные работы, в том числе две монографии, три учебных пособия, восемь авторских свидетельств и патентов РФ на изобретение. В семи изданиях, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, опубликовано девять работ.
Почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Забайкалье
Объект исследования. Механизированные экологичные технологические процессы возделывания сельскохозяйственных культур в условиях ограниченного влагообеспечения. Предмет исследования. Закономерности влияния технологических и конструктивных параметров рабочих органов машин для обработки почвы и посева семян на показатели качества выполнения технологических процессов. Научная новизна: - впервые разработана обобщенная структурно-технологическая модель анализа и оценки технологических процессов возделывания зерновых и технических культур в условиях Забайкалья; - установлены целевые функции и передаточные коэффициенты поэтапной оптимизации и обоснованы пути совершенствования технологии возделывания с.-х. культур и разработки рабочих органов почвообрабатывающих и посевных машин; - впервые разработана технология приготовления компоста с использованием местных отходов деревообработки и жидкого навоза, для ее интенсификации разработано техническое средство по сортировке древесных отходов и предложена технология мульчированного внесения компоста в почву; - разработаны математические модели для оценки качества работы машин для основной обработки почвы и посева семян, на основе которых обоснованы рациональные параметры машин и рабочих органов; - впервые разработаны орудия, совмещающие следующие операции: поверхностную отвальную обработку с рыхлением плужной подошвы, поверхностную плоскорезную обработку почвы с вычесыванием корневищных сорняков, предпосевное рыхление почвы с подпочвенно-разбросным посевом семян и их прикатыванием; - предложена ресурсосберегающая технология возделывания зерновых культур с использованием разработанных машин. Техническая новизна разработанных машин подтверждена 3 авторскими свидетельствами СССР и 5 патентами РФ на изобретение. На защиту выносятся следующие основные положения: - математическая модель технологии возделывания сельскохозяйственных культур; - структурная модель обработки почвы, внесения компоста и высева семян, которая позволяет обосновать ресурсосберегающую технологию возделывания зерновых культур; - рациональная технология приготовления компоста из отходов деревообработки и жидкого навоза; - комбинированные рабочие органы для обработки почвы и извлечения корневищных сорняков; -новые технологические и технические решения по созданию рабочих органов для посева семян сельскохозяйственных культур;-результаты технико-экономической оценки ресурсосберегающей технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Практическая значимость. Работа выполнялась в соответствии с Государственной комплексной научно-технической программой «Агропромышленный комплекс Сибири на 1991- 1995 г.г.» по подпрограмме 16 «Разработать перспективные решения экологически высокомеханизированных процессов и технических средств для завершения комплексной механизации» и федеральной программой «Социально-экономическое развитие Республики Бурятия и Читинской области до 2000 года». Она соответствует федеральной программе на 2001...2005 г.г. «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» по решению научно-технической проблемы «Разработка комплекса сельскохозяйственных машин для почвозащитного земледелия Республики Бурятия» (№ гос.регистрации 253-75М). Работа выполнялась в соответствии с комплексной научно-технической темой Бурятской государственной сельскохозяйственной академии «Программа фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК в бассейне озера Байкал на 2006...2010 годы» по проблеме IV «Элементы формирования эффективной инженерно-технической системы АПК», номер государственной регистрации ФГУП ВНТИЦ 0120.0 712169.
Реализация результатов работы. Результаты исследований вошли в состав целевой программы «Система ведения сельскохозяйственного производства Республики Бурятия и Читинской области» и получили практическую реализацию в ресурсосберегающей технологии возделывания сельскохозяйственных культур в сухостепной зоне Забайкалья.
Исходные требования и технические задания, составленные в результате исследований, использовались при изготовлении культиватора-плоскореза-вычесывателя КПВ-3, модернизированной сеялки-культиватора СЗС-2.1А для подпочвенно-разбросного посева и прикатывающе-приводного катка к сеялкам СЗС-2,1 и СЗП-3,6 заводами ООО «Судостроительный завод» г.Улан-Удэ, ОАО «Литейщик» г.Закаменск. Исходные требования и конструктивные параметры плуга-рыхлителя и гидропневмо сошника переданы и внедрены в ЗАО «ТехАртКом» г.Челябинск, ООО «Варнаагро-маш» Челябинской области.
Опытная партия культиватора-плоскореза-вычесывателя КПВ-3, сошников для подпочвенно-разбросного посева и катков для сплошного прикатывания внедрена в ряде хозяйств Забайкалья. Результаты исследований используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Бурятская ГСХА им. В. Р. Филиппова» и ФГОУ ВПО «Челябинский ГАУ»
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на заседаниях технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Республики Бурятия и Читинской области, на научно-практических конференциях Бурятской ГСХА (БСХИ) (1973...2008г.г.), Иркутской ГСХА (1999, 2002, 2003г.г.), Челябинского ГАУ (1970...1974г.г.), Бурятского ГУ (2005, 2007г.г.), Восточно-Сибирского ГТУ (2004...2008г.г.), на международном симпозиуме «Наука и технология углеводородных систем» (Москва, 1997г), всесоюзной конференции по современным проблемам земледельческой механики, посвященной 110-летию со дня рождения академика В. П. Горячкина (Москва, 1978г.), международных научно-практических конференциях, посвященных памяти акад. В. П. Горячкина и к 70-летию МГАУ (Москва, 1998, 2000г.г.), на региональной научно-практической конференции Санкт-Петербургского ГАУ (2000г.), международных научно-технических конференциях в Монгольском ГАУ (Улан-Батор, 2003г.) и Челябинском ГАУ (2006, 2007, 2008г.г.)
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, библиографии и приложений. Общий объем диссертации 330 страниц, в том числе 116 рисунков, 39 таблиц. Библиография содержит 263 наименования, в том числе 10 на иностранных языках.
Топологический метод анализа возделывания сельскохозяйственных культур
На четвертом этапе производятся технологические операции по уходу за посевами. Растениям в процессе биологического развития требуется достаточное количество влаги, тепла, питательных веществ и защита от вредителей и сорняков. Качество работы по уходу за посевами оценивается всхожестью зерновых культур (В, %), засоренностью посевов (3, %), наличием вредителей и болезней посевов (Вр, %; Б, %). На заключительном этапе технологического процесса производится уборка зерновых культур и незерновой части урожая.
На качество уборки зерновых культур влияют потери зерна за жаткой (Ж, %), молотилкой (М, %), в соломе (С, %) и травмирование зерна (Т, %), которые сказываются на урожайности зерна (У3, ц/га) и соломы (Ус, ц/га).
По качественному выполнению каждого этапа технологического процесса возделывания и уборки зерновых культур необходимо изучить структуру всех операций к применяемым техническим средствам, чтобы перевести обрабатываемый материал (почву, семена, удобрения, ядохимикаты) в состояние, удовлетворяющее агротехническим требованиям. При этом качество перевода должно рассматриваться в зависимости от работы рабочих органов и машин.
Аналогично составляется структурно-технологическая схема возделывания технических культур. При посеве семян технических культур производится ленточное внесение гербицидов. Качество посева оценивается нормой высева семян и внесением гербицидов, равномерностью глубины заделки семян и гербицидов. На четвертом этапе при возделывании кормовых корнеплодов дополнительно проводятся междурядная обработка, прореживание и ручная прополка. Качество проводимых технологических операций по уходу за растениями оценивается полнотой рыхления междурядий, густотой посева семян, засоренностью защитной зоны. Технологические операции заключительного этапа предусматривают уборку ботвы и корнеплодов. Для этого производятся предуборочное удаление ботвы и очистка головок корнеплодов. Затем уборка корнеплодов с погрузкой в транспортные средства. Оценкой качества пятого этапа являются полнота удаления ботвы, высота оставшейся части ботвы, степень потерь при уборке корнеплодов, урожайность кормовых корнеплодов и засоренность урожая. На каждом этапе проводится цикл отдельных технологических операций, направленный на создание условий для интенсивного развития растений и накопления урожая. По существующим технологиям возделывания и уборки зерновых и технических культур произведен анализ взаимодействия почвы и культурного растения, используя топологический метод, сущность которого заключается в том, что естественные и искусственные процессы в почве и фазы развития растений рассматриваются во взаимодействии в ходе выполнения технологических операций. На рисунке 2.3 и в таблице 2.1 приведена технология возделывания и уборки зерновых культур и на рисунке 2.4 и в таблице 2.2 - технология возделывания и уборки технических культур на примере кормовых корнеплодов. Взаимодействие между почвой, растениями, удобрениями и рабочими органами почвообрабатывающих и посевных машин отражается внутренними связями на этапах и фазах наиболее интенсивного роста и развития растений. Последовательность выполнения элементов технологического процесса возделывания и уборки зерновых и технических культур представлена в виде операторных схем на рисунках 2.5 и 2.6. Стоками систем является результирующее состояние почвы (твердость, плотность, влажность, фракционный состав и т.д.), культурного растения (масса, плотность, полеглость и т.д.) и урожайности сельскохозяйственных культур и побочной продукции (солома, ботва и др.). Все периоды развития культурных растений, изменения технологических свойств почвы отличаются агробиологическими и морфологическими признаками. На каждом этапе производится цикл работ, выполняемый несколькими операциями (рис. 2.3, 2.4). Таким образом, при разработке машин, обеспечивающих технологию возделывания зерновых культур, необходимо выявить основные факторы, оказывающие влияние на каждый этап технологического процесса. Соблюдение условия (2.14) при рассматриваемом технологическом процессе позволит не снизить агрофизические свойства почвы, а способствовать повышению ее плодородия. Известно, что сельскохозяйственные культуры реагируют на плодородие, степень увлажненности почвы, выполнение агротехнических требований и использование системы удобрений. Поэтому в качестве критерия оценки показателя yDl должны выступать площади на различных вариантах схем чередования (структуры севооборотов) и технологии их возделывания. В этом случае севообороты необходимо разрабатывать с учетом биологических особенностей возделываемых культур и почвенно-климатических условий.
По требованию условия (2.15) необходимо достигнуть наивысшего агротехнического эффекта при обработке почвы и посеве семян сельскохозяйственными машинами при минимальных затратах. Задача состоит в том, чтобы на основе выбора рациональной технологической схемы обработки почвы и посева семян, оптимизации машин, рабочих органов и режимов их работы обеспечить выполнение агротехнических требований по всем качественным показателям. Для этого необходимы внедрение прогрессивных способов обработки почвы, рациональных технологий посева семян и создание универсальных унифицированных машин с комбинированными адаптивными рабочими органами, позволяющими выполнять качественно все необходимые технологические операции по обеспечению оптимальных условий для развития культурных растений.
Следующее направление исследований - изыскание путей выполнения условия (2.16). При этом снижение уровня всех составляющих затрат зависит не только от совершенства новых средств механизации, но и от эффективности применяемых технологий по каждой операции при возделывании зерновых культур.
В технологии возделывания зерновых и технических культур наиболее важным показателем являются затраты на получение продукции с единицы площади (Зо). Величину общей затраты на производство зерновых и технических культур 30(Х) с площади (X) га определим из выражения:
Существующие технологии приготовления компоста из навоза крупного рогатого скота и органических отходов
Значительный вклад в исследования по приготовлению органических удобрений и разработку технологии по компостированию навоза сельскохозяйственных животных, отходов растениеводства и деревообработки -внесли Н. Ф. Виноградов, Л. А. Варфоломеев, В. Я. Спевак, В. И. Кузнецов, В. К. Евтеев, Б. А. Дампилов, И. Н. Лозановская, П. Д. Попов, Ю.Ц. Бадмаев, В. П. Друзьянова, СВ. Петунов и др.[44, 45, 46, 144, 145, 255, 256, 257, 261]
Научно-исследовательскими институтами ВИМ, СЗНИИМЭСХ, ПНИИ-МЭСХ, УНИМЭСХ, ВНИПТИОУ и др. проведены глубокие исследования режимов компостирования органических веществ и разработаны типовые технологии производства компоста.
Исследованиями установлено, что компосты представляют собой смеси органических веществ, разлагающих и доставляющих элементы питания (пищу) растениям, также удерживающих и предохраняющих элементы от разложения и по-терь. Технология приготовления различных видов компоста во многом определяется физико-механическими свойствами компонентов, входящих в их состав, также климатическими условиями, в которых осуществляется процесс компостирования. К наиболее важным технологическим свойствам компонентов органических компостов относятся: влажность, плотность, сыпучесть, слеживаемость, липкость, рассеиваемость, коэффициенты внутреннего и внешнего трения.
Лучшим компонентом компостирования органических удобрений является свежий навоз крупного рогатого скота, так как он богат микрофлорой и элементами питания. Полупревший, перепревший и перемерзший виды навоза для компостирования мало пригодны из-за низкой биологической активности. С целью сохранения питательных веществ навоз крупного рогатого скота рекомендуется смешивать с измельченной соломой, торфом, древесной корой, опилками, лигнином, сапропелем и бытовыми отходами.
Биотермическое разложение органического вещества при компостировании происходит в результате жизнедеятельности сапрофитных микроорганизмов, способных выделять при биологических реакциях (обмене веществ) определенное количество теплоты. Процесс компостирования происходит в три стадии: мезофиль-ной, термофильной, охлаждением и созреванием компоста [46, 254, 259].
При первом этапе происходит ускоренное размножение мезофильных микроорганизмов (актиномицентов и некоторых грибов). Мезофильный режим характеризуется быстрым нарастанием температуры до 28...30 С. Этот процесс длится от 2 до 6 суток. В качестве источника энергии выступают легкоразлагающиеся органические соединения (углеводороды, белки, органические кислоты). Их жизнедеятельность сопровождается выделением тепловой энергии, что способствует нагреву компостируемой массы. Тщательное перемешивание способствует усилению биотермического процесса. Во втором термофильном этапе температура разогрева смеси доходит до 55 ...70 С. При этих значениях температуры патогенные микроорганизмы погибают в течение недели, семена сорных растений полностью теряют свою всхожесть, но создают благоприятные условия для развития термофильных микроорганизмов (прежде всего плесеней), жизнедеятельность которых сопровождается увеличением выделяемой теплоты и ускорением процесса разложения органического вещества. Длительное поддержание такой высокой температуры нежелательно из-за больших потерь азота. После одного месяца необходимо произвести перемешивание смеси. Этим достигаются равномерность нагрева смеси по всему сечению бурта и снижение температуры бурта. Удельная теплоемкость компостирования составляет 46...68 кДж/КГсут На третьем этапе происходит медленное падение температуры, что связано с полным использованием легкоразлагающихся органических соединений. Гумусовые вещества образуются при пониженных температурах. Процесс охлаждения и созревания компоста длится в течение нескольких месяцев. Компостирование следует прекратить в тот момент, когда компост имеет максимальные питательные вещества. В противном случае ферментация может привести к полному превращению органического вещества в диоксид углерода, воду, аммиак и минеральные соли. Для усиления микробиологических процессов и ускорения гумификации в компостируемой массе надо добавлять около 3% фосфоритной муки.
Компостирование органических компонентов сопровождается не только распадом органического вещества, но и его синтезом, то есть образованием гуми-новых соединений, улучшающих качество органического удобрения [45, 144, 258, 263].
Выбор технологии приготовления компоста зависит от мощности животноводческого предприятия, физико-механических свойств органических веществ, физического состояния компонентов, состава сооружений по сбору и хранению и природно-климатических условий.
В сельскохозяйственном производстве разработаны три способа приготовления компоста: площадочный, очаговый и послойный.
Сущность площадочной технологии заключается в том, что на площадку определенного размера завозят торф, лигнин и формируют подушку толщиной 0,25...0,30м. Затем разбрасывателями минеральных удобрений вносят калийные соли или известковые материалы. После этого на поверхность подушки укладывают и разравнивают слой навоза крупного рогатого скота или помета. Тяжелой дисковой бороной перемешивают компоненты и компостную массу сгребают в штабели шириной 4...6м и высотой З...4м. Технологии производства компоста площадочным способом с использованием перегружателей органических удобрений (ПОУ-40) приведены на рисунках 3.1 и 3.2.
Основным недостатком площадочного способа является недостаточное перемешивание компонентов компоста, что приводит к потере его качества и увеличению сроков компостирования [144, 260].
Уравнения движения почвообрабатывающих машин
Для соответствия к требованиям ГОСТа биотермический процесс также должен пройти три фазы компостирования: мезофильную, термофильную, охлаждение и созревание компоста. Сущность предлагаемой технологии приготовления полученной смеси биоудобрения, включающего смешивание отходов деревообработки и животноводства - навоза КРС и последующее компостирование полученной смеси на основе качественного и количественного расчета ее состава заключается в том, что биотермический процесс в компостировании проходит три основные последовательно-чередующиеся фазы компостирования (вышеописанные), по истечении 6...8 суток поеле впитывания жидкой фракции навоза в древесные отходы производят полное перемешивание смеси с тем, чтобы получить ее исходную влажность в пределах 70%, потом ее сталкивают в бурт трапециадальной формы поперечного сечения высотой 1,5.. .2 м и шириной по нижнему основанию не менее 2,5...3,0. В последующем производят периодические полные обрушения бурта и формирование нового прежних размеров, в первый раз через 6...8 дней, во второй - через месяц после закладки в летний период и через два месяца в межсезонье. Процесс компостирования длится 2.. .3 месяца.
Одним из важных элементов предлагаемой технологии приготовления компоста является сепаратор по выделению мелких примесей из отходов. Для интенсификации процесса приготолвения компоста разработан дисковый сепаратор (рис.3.12), который состоит из рамы 1, в которой с возможностью вращения установлены в подшипниках восемь параллельных валов 2 с дисками 3, размещенными между ними дистанционными втулками 4. Диски на смежных валах располагаются в шахматном порядке. Их венцы имеют зубчатообразную форму и причем, зубья дисков на одном валу смещены относительно друг друга, образуя при этом винтообразную линию по точкам вершин зубьев. А на смежных валах направления смещения зубьев чередуются в обратном направлении. Втулка 4 установлена на валу 2 посредством подшипника 5. Внутреннее кольцо 6 подшипника установлено на вал 2, а наружное кольцо посажено и закреплено стопорным кольцом 8 во втулке. Наружная поверхность втулки имеет рифленую поверхность.
Загруженные в бункер 2 отходы деревообрабатывающего производства подаются транспортером на вращающиеся диски сепаратора 4, которые перемещают их к выгрузной части. По мере продвижения масса щепы благодаря винтообразному размещению зубьев дисков и чередованием их направления на смежных дисках активно разрыхляется, интенсифицируя тем самым процесс сходов кондиционных частиц. За счет имеющейся место инерции покоя втулки в момент пуска сепаратора и затормаживающего эффекта, падающей на него сходовой массы тела качения (шарики) подшипника, начинают вращаться вокруг своей оси, тем самым, приводя в обратное направление вращение наружного кольца подшипника, а вместе с ним и саму втулку. Это обеспечивает их вращение в противоположную сторону диском с частотой в два раза меньшей, чем частота вращения дисков. ; 5 - приемная камера для кондиционной щепы; 6 -бункер для отходов. При этом равнодействующая двух сил (силы тяжести сходящей частицы и активной силы со стороны втулки) направлена на встречу движения сепарирующей массы и в сочетании с рифленой поверхностью втулок способствует интенсификации процесса сепарации щепы. Некондиционная часть отходов деревообработки вращающимися дисками 4 направляется к выгрузной части устройства. Подача древесных отходов на дисковый сепаратор изменялась положением заслонки, а частота вращения дисков сепаратора передаточным отношением кли-ноременной передачи привода 9 (рис. 3.12). Максимальный размер проходовой фракции, используемой при приготовлении компоста, принят равным 5мм. Содержание данной фракции в исходном материале (отходах деревообработки) и сходе с сепаратора (крупной фракции) определялось просеиванием через лабораторные сетчатые решета с отверстиями размером 5x5мм.
