Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ И
НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ 11
Условия работы и агротехнические предпосылки создания комбинированных почвообрабатывающих агрегатов. Показатели качества обработки почвы 14
Основные направления развития комбинированных машин
для обработки почвы 18
1.3. Состояние исследований в области обработки почвы 35
Комбинированные агрегаты для обработки почвы 49
Блочно-модульные агрегаты 60
Классификация рабочих органов комбинированных
агрегатов для обработки почвы 63
1.4. Агротехнические и технологические основы поверхностной
обработки почвы под посев зерновых культур 66
Цели и задачи обработки почвы 66
Обработка почв, подверженных эрозии 71
Технологические особенности подготовки почвы под
посев 75
Подготовка поля и оценка качества обработки почвы 75
Безопасность жизнедеятельности при обслуживании блочно-модульного агрегата 77
Постановка проблемы, цель и задачи исследований 78
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОБОСНОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ
БЛОЧНО-МОДУЛЬНОГО АГРЕГАТА, АДАПТИРОВАН
НОГО К УСЛОВИЯМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 82
Кинематический анализ процесса движения дисковых почвообрабатывающих органов 82
Определение диаметра дискового сферического почвообрабатывающего рабочего органа 86
2.2.1. Особенности процесса взаимодействия дисковых
сферических рабочих органов с почвой. Определение
радиуса кривизны диска 90
2.3. Обоснование взаимного расположения рабочих органов
и составных частей агрегата 94
2.3.1. Размещение плоскорежущих лап на раме 101
2.4. Параметры и режимы работы блочно-модульного афегата
для поверхностной обработки почвы 104
Математическая модель работы афегата 110
Обоснование параметров и режимов работы блочно-модульного афегата 123
Энергетическая оценка блочно-модульных агрегатов
на подготовке почвы 128
3. ДИНАМИКА БЛОЧНО-МОДУЛЬНОГО АГРЕГАТА
ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ 130
3.1. Обоснование отброса частиц почвы дисковыми рабочими
органами блочно-модульного афегата 130
Движение афегата при нулевом угле атаки диска 130
Движение афегата при наличии угла атаки диска 135
3.2. Анализ процесса колебаний блочно-модульного афегата 137
Агрегат и его степени свободы 137
Виды вращательных колебаний секций модуля 140
Вращательные колебания секций в вертикальной плоскости 152
Вращательные колебания секций в горизонтальной плоскости .... 156
Колебания блочно-модульного агрегата, составленного
из двух модулей в вертикальной плоскости 161
3.2.6. Колебания блочно-модульного агрегата, составленного
из двух модулей в горизонтальной плоскости 165
3.3. Оценка динамических характеристик секции блочно-модульного
агрегата 170
4. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 173
4.1. Программа экспериментальных исследований 174
Общая методика лабораторно-полевых исследований 178
Методика оценки экспериментальных исследований
и технико-экономических показателей 183
4.1.3. Объекты экспериментальных исследований 186
Технологические схемы движения агрегатов при поверхностной обработке почвы 201
Обработка экспериментальных данных и оценка
погрешностей измерений 206
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
РАЗРАБОТОК 209
5.1. Сравнительная оценка качества работы технологических
схем комбинированных и блочно-модульного агрегатов 209
5.2. Влияние качества обработки почвы на урожайность
возделываемых культур 212
Оценка точности глубины заделки семян и динамика
появления всходов 216
Экспериментальное обоснование взаимного расположения
рабочих органов блочно-модульного агрегата 219
Обоснование оптимальной ширины захвата и режимов
работы блочно-модульного агрегата 220
Исследование энергетических показателей блочно-
модульного агрегата при подготовке почвы под посев
зерновых культур 224
Энергетическая оценка работы комбинированных и блочно-
модульного агрегатов 228
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ СОСТАВНЫМИ
И БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫМ АГРЕГАТАМИ 233
Результаты производственных испытаний составных
и блочно-модульного агрегатов 233
Экологическая безопасность усовершенствованной
технологии поверхностной обработки почвы 235
Оценка эффективности применения составных
почвообрабатывающих и блочно-модульного агрегатов 238
Технико-экономические показатели использования блочно-
модульного агрегата для поверхностной обработки почвы 244
Реализация результатов исследований 251
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 253
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 256
ПРИЛОЖЕНИЯ 289
Введение к работе
В настоящий период сельское хозяйство испытывает большие трудности в формировании машинно-тракторного парка для внедрения современных технологий в растениеводстве. Идет реформирование и совершенствование сельского хозяйства на фоне углубления рыночных отношений и перехода на самофинансирование, как никогда ранее обостряются проблемы эффективного использования земли, повышения ее плодородия, снижения себестоимости производимой продукции, а также проблемы экологии окружающей природной среды. Поэтому одним из первоочередных мероприятий становится необходимость широкого внедрения в производство эффективных способов энерго-влагосберегающей обработки почвы под посев.
В связи с таким положением на селе стали реальной необходимостью уточнение и пересмотр приемов обработки почвы применительно к прогрессивным технологиям возделывания сельскохозяйственных культур, севооборотам различной специализации, современным задачам по охране окружающей среды. Возникла потребность рационального чередования обработки почвы с оборотом и без оборота пласта. Более остро встали вопросы обеспечения и улучшения физических и агротехнических свойств посевного и корнеобитаемого слоев, оптимизации влагообеспеченности и содержания гумуса, защиты почв от эрозии, снижения энергетических и трудовых затрат.
Существующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур, как правило, требуют многократных проходов по полю тяжелых тракторов, транспортных средств и другой техники. Так, только в период предпосевных обработок и сева по влажной почве ходовые системы машин уплотняют до 80% поверхности поля. Интенсивная обработка почвы с использованием однооперационных тяжелых орудий и машин ухудшает агрофизические свойства почвы (плотность, воздухопроницаемость и другие), что приводит к существенному изменению направленности биологических
процессов в почве и ее физико-химических свойств; распылению верхнего и переуплотнению ее нижних слоев.
В результате непрерывно расширяются зоны ветровой и водной эрозии, снижается эффективность внесения удобрений и падает урожайность возделываемых культур (от 15...60%).
Учеными нашей страны и за рубежом ведутся интенсивные поиски новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур, направленных на оптимизацию взаимодействия системы «машина - почва - растения», уменьшение зависимости урожая от погодных условий, сохранение и повышение плодородия почвы, снижение энергозатрат.
Первостепенное значение при освоении новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур, безусловно, отводится обработке почвы, так как от ее качества в значительной степени зависит получение высоких и стабильных урожаев [19, 34, 35, 36, 37].
Обработкой почвы решается комплекс задач, связанных с созданием оптимальных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур. Она оказывает большое влияние на условия минерального питания растений и эффективность применяемых удобрений.
Во многих странах мира в последние годы проходят широкую проверку новые технологии обработки почвы - интенсивная, почвозащитная, минимальная, мульчирующая, альтернативная и гребневая. Особенно четко тенденция развития новых технологий проявилась в США и Канаде, где применяют, главным образом, четыре системы обработки почвы: традиционную (вспашка с оборотом пласта), минимальную, нулевую и гребневую [147, 187,188].
Несмотря на появление новых технологий, обработка почвы имеет решающее значение для качественной подготовки ее под посев. Она обеспечивает уменьшение глубины обработки почвы, в том числе замену вспашки, сокращение числа прохода машин по полю, совмещение технологических операций путем применения комбинированных агрегатов, способствует
снижению энергетических и экономических затрат, сокращению агротехнических сроков на проведение посевных работ.
В настоящее время разработаны и широко используются различные комбинированные агрегаты для предпосевной обработки почвы, но они не выполняют за один проход полного технологического цикла, обладают большой металлоемкостью и требуют при эксплуатации значительных энергетических и трудовых затрат. Их рабочие органы склонны к забиванию и залипанню почвой повышенной влажности, обволакиванию растительными и пожнивными остатками. Отсутствуют научно обоснованные данные для обоснования типа и параметров комбинаций рабочих органов для совмещения основной и предпосевной обработки почвы под озимые культуры с требуемыми агротехническими показателями. Поэтому для Нечерноземной зоны РФ (на примере Республики Марий Эл) нами были предложены комбинированные составные почвообрабатывающие агрегаты на базе одно-операционных машин.
Применение составных агрегатов позволило за один проход по стерне занятого пара готовить почву под посев, сократить число проходов по полю, уменьшить уплотнение почвы, повысить производительность труда, ускорить сроки проведения сева озимых культур. Однако эти агрегаты имеют существенные недостатки. Поэтому в результате исследований рабочих органов на составных агрегатах нами была предложена технологическая схема блочно-модульного почвообрабатывающего агрегата, включающего диски сферические вырезные и игольчатые, плоскорежущие лапы. Агрегат по стерне занятого пара за один проход готовит почву под посев.
Поэтому основным содержанием рассматримаемой научной проблемы является обоснование перспективного направления повышения эффективности предпосевной обработки почвы путем совершенствования технологии и создания новых технических средств.
Актуальность поставленной проблемы подтверждается государственными и ведомственными планами проведения научных исследований в об-
ласти сельского хозяйства по созданию комплекса машин для агрегатирования с энергонасыщенными тракторами, а также по разработке новых технологий обработки почвы в интенсивном земледелии.
Цель работы. Совершенствование энерго-влагосберегающей, экологически безопасной технологии и технических средств, позволяющих за один проход почвообрабатывающего агрегата качественно готовить почву под посев, повышая урожайность зерновых культур.
Научная новизна. Научную новизну работы составляют:
- усовершенствованная на основе использования блочно-модульного
агрегата (БМА) технология подготовки почвы к посеву, обеспечивающая
энерго-влагосбережение и экологическую безопасность;
- новые конструктивно-технологические схемы блочно-модульных
агрегатов для предпосевной обработки почвы (защищены двумя патента
ми РФ);
аналитические зависимости, определяющие рациональные параметры и режимы работы машинно-тракторного агрегата для подготовки почвы под посев и программа их расчета на ЭВМ (получено свидетельство об официальной регистрации программы);
динамические характеристики взаимодействия рабочих органов и в целом блочно-модульного агрегата с обрабатываемой почвой;
результаты экспериментальных исследований по обоснованию усовершенствованной технологии поверхностной обработки почвы к посеву и нового блочно-модульного почвообрабатывающего агрегата.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- усовершенствованная технология подготовки почвы к посеву за
один проход агрегата путем последовательного воздействия на нее в едином
технологическом процессе набора рабочих органов, обеспечивая энерго-
влагосбережение и экологическую безопасность;
- новые -конструктивно-технологические схемы блочно-модульных
агрегатов для предпосевной обработки почвы, включающие последователь-
но расположенные плоскорежущие лапы, сферические вырезные и игольчатые диски или плоскорежущие лапы, игольчатые и кольчато-шпоровые катки;
аналитические зависимости, определяющие рациональные параметры и режимы работы блочно-модульного машинно-тракторного агрегата для подготовки почвы под посев и программа их расчета на ЭВМ;
динамические характеристики взаимодействия рабочих органов и в целом блочно-модульного агрегата с обрабатываемой почвой;
результаты экспериментальных исследований и производственной проверки усовершенствованной технологии предпосевной обработки почвы и нового блочно-модульного почвообрабатывающего агрегата.
Диссертация выполнена в Марийском государственном университете с 1991 по 2005 годы согласно планов НИР, отраслевого координационного плана Министерства сельского хозяйства СССР (тема 16.01, раздел 02.01.03), общесоюзной НТП 0.СХ.71.04.01.03, по которой Марийский государственный университет был утвержден соисполнителем.
В рассматриваемой работе представлены результаты исследований, выполненных лично соискателем и в соавторстве. При выполнении экспериментальных работ и производственной проверке технологий с использованием экспериментальных агрегатов под руководством автора участвовали П.И.Макаров, А.Ф.Жук, Р.К.Абдрахманов. При выполнении графического материала на ЭВМ значительную помощь оказал А.В.Михеев.
Всем им автор выражает искреннюю благодарность за оказанную помощь на различных этапах работы над диссертацией.
