Обоснование параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата

На правах рукописи

Эркенов Анзор Назирович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ПАХОТНОГО АГРЕГАТА Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нальчик – 2012 2

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном об разовательном учреждении высшего профессионального образования «Ка бардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им.

В.М. Кокова» (ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Шекихачев Юрий Ахметханович

Официальные оппоненты:

Цымбал Александр Андреевич, доктор сельскохозяйственных наук, про фессор, Государственное научное учреждение «Всероссийский селекционно технологический институт садоводства и питомниководства» Российской академии сельскохозяйственных наук / Центр средств механизации трудоем ких процессов в садоводстве, главный научный сотрудник Байбулатов Таслим Султанбекович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия им. М.М. Джамбулатова» / кафедра «Эксплуатация, ремонт машин и механи зация животноводства», доцент

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Севе ро-Кавказский научно-исследовательский ин ститут горного и предгорного сельского хозяй ства» Российской академии сельскохозяйствен ных наук

Защита диссертации состоится 30 мая 2012 года в 1400 часов на засе дании диссертационного совета Д 220.033.03 при ФГБОУ ВПО КБГСХА им.

В.М. Кокова по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Толстого, 185, ауд. 410.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова.

Автореферат разослан _ апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бекаров Аламахад Дошаевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Задачей основной и предпосевной обработки почвы является создание благоприятных условий для прорастания семян и развития корневой системы, равномерного распределения питательных веществ в зоне расположения основной массы корней растений и обеспечение минимальные потери влаги. Для этого необходимо выполнить ряд технологических операций: вспашка, разрушение глыб, выравнивание и уплотнение верхнего слоя почвы. При этом используются ряд сельскохозяйственных агрегатов, что приводит к значительному уплотнению почвы и непродуктивным потерям влаги при каждой дополнительной обработке, расходу энергоресурсов и средств на приобретение сельскохозяйственной техники.

Особо проблема предпосевной подготовки почвы актуальна для фермерских и крестьянских хозяйств, которые располагают маломощными тракторами и минимумом однооперационных сельскохозяйственных машин.

Данные обстоятельства не позволяют выполнять операции по подготовке почв к посеву в установленные агротехнические сроки и с высоким качеством.

Проблема сокращения сроков подготовки почвы к посеву может быть решена с использованием комбинированных машин и агрегатов, однако выпускаемая у нас в стране и за рубежом комбинированная сельскохозяйственная техника агрегатируется с энергонасыщенными тракторами, имеет высокую стоимость и чрезмерную материалоемкость.

В связи с этим возникает необходимость разработки комбинированных пахотных агрегатов, отличающихся простотой конструкции и низкой стоимостью, позволяющих за один проход производить целый ряд технологически взаимосвязанных операций, обеспечивающих высокое качество подготовки почвы к посеву в сжатые сроки.

Проблема разрабатывалась в соответствии с планами научно исследовательских работ ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова и Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2020 гг.: «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства».

Цель исследования – обоснование параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия для снижения энергоемкости технологического процесса и создания необходимой структуры почвы.

Объекты исследования – опытный образец комбинированного пахотного агрегата и технологический процесс обработки почвы этим агрегатом.

Предмет исследования – закономерности взаимодействия комбинированного пахотного агрегата с почвой при её обработке.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных и полевых условиях, множественными численными экспериментами на ЭВМ, положительными результатами производственных испытаний разработанного и внедренного в сельскохозяйственное производство комбинированного пахотного агрегата.

Место проведения исследований. Экспериментальные исследования комбинированного пахотного агрегата проводились в лабораториях кафедры механизации сельского хозяйства ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова, а полевые исследования проводились на базе ОАО «Племенной совхоз «Кенже» Кабардино-Балкарской Республики (КБР).

Методика исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием положений земледельческой механики, сопротивления материалов, теоретической механики, аналитической геометрии. При проведении экспериментальных исследований применялись стандартные методики. Полученные результаты обрабатывались на ЭВМ по стандартным и разработанным с участием автора программам.

Научную новизну исследования составляют:

- конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата, позволяющего одновременно проводить вспашку почвы с измель чением почвенных глыб, комков, растительных остатков и выравнивание об рабатываемой поверхности;

- аналитические зависимости, позволяющие описать взаимодействие рабочих органов комбинированного пахотного агрегата с обрабатываемой почвой;

- математические модели, позволяющие установить оптимальные па раметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата;

- зависимости качественных и энергетических показателей обработки почвы от конструктивных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата.

Практическая значимость работы. Разработана новая конструкция комбинированного пахотного агрегата, опытный образец которого испытан в производственных условиях. Выявлены работоспособность и эффективность использования разработанного комбинированного пахотного агрегата при выполнении технологического процесса подготовки почвы к посеву.

Реализация результатов исследований. Экспериментальный обра зец комбинированного пахотного агрегата прошел производственные испы тания в ОАО «Племенной совхоз «Кенже» КБР.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе и научной работе со студентами ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на: Международных научно-практических конферен циях ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова (г. Нальчик, 2011 г.), ФГБОУ ВПО «Ставропольский ГАУ» (г. Ставрополь, 2011, 2012 гг.), научно практической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (г. Наль чик, 2011 г.), объединенных заседаниях кафедр факультета механизации и энергообеспечения предприятий ФГБОУ ВПО КБГСХА им. В.М. Кокова (г.

Нальчик, 2011, 2012 гг.).

Опытный образец комбинированного пахотного агрегата демонстрировался на 13-й Международной агропромышленной выставке «Агроуниверсал-2011» (г. Ставрополь, 2011 г.) и удостоен диплома.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы – 159 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 59 рисунков, 9 приложений. Список использованной литературы включает 147 наименований.

На защиту выносятся: конструктивно-технологическая схема ком бинированного пахотного агрегата;

методика расчета рациональных пара метров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата;

оптималь ные параметры и режимы работы комбинированного пахотного агрегата;

ка чественные показатели работы комбинированного пахотного агрегата;

разра ботанный опытный образец комбинированного пахотного агрегата.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, ее важное народно хозяйственное значение, раскрыта общая характеристика работы и представ лены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» от мечается, что технологический процесс обработки почвы под посев озимых зерновых культур выполняется в короткие сроки, в разгар уборочных работ.

За это время необходимо провести мероприятия по борьбе с сорняками и ка чественно, в соответствии с агротехническими требованиями, подготовить пахотный и посевной слои почвы.

На основе анализа технологий возделывания с.-х. культур и тенден ций их совершенствования можно выделить две основные системы обработ ки почвы:

– традиционную, при которой основная обработка выполняется от вальными плугами с оборотом пласта;

– почвосберегающую (мульчирующую), когда основная обработка исключена либо проводится без оборота чизельными культиваторами глубокорыхлителями Общим недостатком существующих технологий является использо вание только традиционной системы обработки почвы. Медленно внедряют ся ресурсо- и энергосберегающие системы почвообработки. Основоположни ками изучения этой проблемы являются В.П. Горячкин, В.А Желиговский, Н.В. Краснощеков и др. В дальнейшем данная проблема получила свое раз витие в трудах В.И. Анискина, Т.С. Байбулатова, В.В. Бледных, А.С. Добы шева, М.Н. Ерохина, Э.В. Жалнина, А.А. Зангиева, Э.И. Липковича, В.Х. Ма лиева, Е.И. Трубилина, Р.Ш. Хабатова, А.А. Цымбала и др.

После прохода плуга нарушается естественное сложение горизонта почвы, разрушаются капилляры внутри его, в обработанном слое образуются пустоты, и многократно увеличивается объем пор. Если оставить обернутый пласт земли нетронутым, то для восстановления естественного сложения почв, благоприятного для развития сельскохозяйственных культур, потребу ется значительное время и достаточное увлажнение, способствующее оседа нию и консолидации рыхлой структуры. Поэтому возникает необходимость ускоренного создания благоприятных условий для роста и развития растений путем прикатывания почвы.

Чтобы сформировать посевной слой в соответствии с агротехниче скими требованиями, необходимо выполнить рыхление, крошение, выравни вание и подуплотнение посевного слоя почвы. В настоящее время это дости гается культивацией с боронованием в два-три следа, выравниванием и при катыванием катками за 3…4 прохода агрегатов по полю, что ведет к повы шенным затратам топливо-смазочных материалов, а также к переуплотнению пахотного и подпахотного слоев почвы.

Кроме того, в целях сохранения влаги нельзя допускать большого раз рыва между уборкой культур и обработкой почвы.

Таким образом, существует настоятельная необходимость разработки комбинированного агрегата, способного сформировать семенное ложе в со ответствии с агротехническими требованиями за один проход.

Анализ показал, что существующие комбинированные агрегаты об ладают рядом недостатков, главными из которых являются значительное тя говое сопротивление, громоздкость, сложность конструкции, высокая стои мость.

Исходя из изложенного выше, возникает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований по разработке конструк ции и оптимизации параметров рабочих органов и выбору наиболее перспек тивных научных направлений по созданию комбинированных почвообраба тывающих машин, обеспечивающих обработку почвы на качественно более высоком уровне с соблюдением агротехнических требований.

Таким образом, цель исследования – обоснование параметров и ре жимов работы комбинированного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия для снижения энергоемкости технологического процесса и создания необходимой структу ры почвы.

Для достижения данной цели были поставлены следующие основные задачи исследования:

- проанализировать результаты научно-исследовательских и опытно конструкторских работ, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом и обосновать конструктивно-технологическую схему комбинированного па хотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия;

- разработать математические модели, позволяющие: определить кон структивно-режимные параметры;

исследовать процессы резания и отбрасы вания почвы боковой поверхностью ножа ротационного рабочего органа ак тивного действия;

тяговое сопротивление комбинированного пахотного агре гата;

- разработать опытный образец комбинированного пахотного агрега та;

- оптимизировать основные параметры и режимы работы комбиниро ванного пахотного агрегата по критериям качества крошения и тягового со противления;

- провести лабораторно-полевые испытания опытного образца комби нированного пахотного агрегата;

- определить экономическую эффективность применения комбиниро ванного пахотного агрегата при подготовке почвы к посеву.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса работы ком бинированного пахотного агрегата с ротационным рабочим органом активно го действия» приведены конструктивно - технологическая схема комбиниро ванного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабо чего органа активного действия, теоретический анализ процесса его работы, обоснование его конструктивно – режимных параметров.

Комбинированный пахотный агрегат (рис. 1) состоит из плуга, в верхней части несущего бруса 1 которого установлены кронштейны подвески 2 и 3 ротационного рабочего органа активного действия 4.

Сам рабочий орган 4 установлен на раме 6 с возможностью вращения вокруг своей горизонтальной оси и выполнен в виде барабана, на цилиндри ческой поверхности которого установлены режущие ножи 5. Передняя часть рамы 6 шарнирно связана с кронштейном подвески 2 рабочего органа 4 и не сущим брусом 1 плуга с возможностью перемещения в вертикальной плоско сти, а задняя ее часть соединена гибкой связью 8 с кронштейнами подвески и 3 рабочего органа 4 с возможностью регулирования по высоте.

Подъем и опускание рабочего органа 4 осуществляется гидроцилин дром. Привод осуществляется от ведущей звездочки 20 левой гусеницы трак тора.

Механизм привода выполнен в виде цепной передачи 11, предохрани тельной муфты 12, конических и цилиндрического редукторов 13, 14 и 15, телескопических карданных валов 16 и 17.

Рисунок 1 – Конструктивно-технологическая схема комбинированного пахотного агрегата в составе плуга и ротационного рабочего органа активного действия:

1 – несущий брус плуга;

2, 3 – кронштейны подвески;

4 - ротационный рабочий орган ак тивного действия;

5 – режущие ножи;

6 – рама;

7 – подшипники качения;

8 – цепь;

9, 10 – болт-гайка;

11 – цепная передача;

12 – предохранительная муфта;

13, 15 – конические ре дукторы: 14 - цилиндрический редуктор;

16, 17 – телескопические карданные валы: 18 – входной вал;

19 – металлическая планка;

20 – ведущая звездочка левой гусеницы тракто ра;

21 – рама Комбинированный пахотный агрегат работает следующим образом.

Гидроцилиндром опускают рабочий орган 4 на поверхность вспаханной поч вы и, регулируя болтами 9 и 10, устанавливают необходимое положение ра бочего органа 4 так, чтобы режущие ножи 5 входили во вспаханную почву на глубину посева семян. При движении агрегата вращение рабочего органа передается от ведущей звездочки 20 левой гусеницы трактора, за счет зацеп ления металлической планки 19 с ведущей звездочкой 20. От приводного ко нического редуктора 15 телескопическими карданными валами 16 и 17 кру тящий момент передается через редукторы 13 и 14 и цепную передачу рабочему органу 4.

Ножи 5 вклиниваются в комковатую структуру почвенных глыб, раз резают их, измельчают и заделывают растительные остатки в почву, а при поступательном перемещении рабочего органа 4 режущие ножи 5 переме щают разрыхленную почву и заравнивают неровности, образованные плугом во время вспашки При встрече с труднопреодолимыми препятствиями срабатывает пре дохранительная муфта 12, которая отсоединяет рабочий орган 4 от механиз ма привода, при этом рама 6 вместе с рабочим органом 4 поднимается вверх, тем самым рабочий орган 4 перескакивает это препятствие и продолжает процесс измельчения почвенных глыб, растительных остатков с выравнива нием поверхности почвы.

Теоретическое исследование процесса работы комбинированного па хотного агрегата проведено с учетом того, что ротационный рабочий орган активного действия осуществляет технологический процесс под некоторым углом к направлению поступательного движения агрегата, т.е. точки его но жей совершают движение по винтовым линиям. Нож в процессе работы сна чала касается поверхности поля лезвием, затем погружается в почву и одно временно смещается в сторону, достигает максимального заглубления, после чего выглубляется со смещением в том же направлении. От начала контакта с почвой и до момента максимального заглубления тыльной поверхностью уп лотняет почву. В результате бокового перемещения нож сдвигает почву в сторону, выравнивая поверхность поля, а при поступательном движении со вместно с центром вращения выполняет рыхление обрабатываемого слоя.

Длина ножа рабочего органа определяется глубиной обработки:

l Н = hОБ DБ +1, (1) hОБ где DБ - диаметр барабана, м;

hОБ - глубина обработки почвы, м.

При глубине предпосевной обработки почвы 5…10 см при радиусах барабана от 0,2 до 0,3 м длина ножа будет равна 0,15…0,26 м.

Шаг секции ножей определяется шириной обрабатываемой полосы одной секцией, углом атаки рабочего органа и его конструктивными пара метрами:

tC = (DБ + 2hОБ )cos b 0tgg Б, (2) где g Б - угол атаки рабочего органа, град.

Количество секций ножей определится по выражению:

ВПЛ, (3) zC = 1 + (DБ + 2hОБ )cos b0tgg Б где ВПЛ - ширина захвата плуга, м.

Для установления зависимости угла установки ножа t от конструк тивных размеров барабана и физико-механических свойств почвы рассмот рим силы, приложенные в точке касания ножа и почвы (точка B на рис. 2) (рис. 3):

X Fi = PX - FHK X - FПК X + N X = YFi = FHK Y + FПК Y - PY = 0, (4) Z Fi = FHK Z + FПК Z - PZ + N Z = где PХ, PY, PZ - проекции силы резания на оси OX, OY, OZ ;

FПК, FПК, FПК X Y Z проекции силы трения между комком почвы и поверхностью почвы на оси OX, OY ;

FНК, FНК, FНК - проекции силы трения между рабочим органом и X Y Z комком почвы на оси OX, OY, OZ ;

N X, NY - проекции силы нормальной ре акции комка почвы на оси OX, OZ.

Рисунок 2 – Схема к обоснова- Рисунок 3 – Схема сил, действующих в системе «нож – нию угла установки ножа рота- почвенный комок» ционного рабочего органа ак тивного действия Решая систему уравнений (4) получим выражение для расчета угла установки ножа рабочего органа:

sin b 0 + cos b 0 cos g Б tgj ПК + 1 + cos g Б tg j ПК 2 t = 2arctg, (5) cos b 0 - sin b 0 cos g Б tgj ПК где j ПК - угол внутреннего трения почвы, град.

Расчеты по выражению (5) показали, угол установки ножа для бара бана диаметром 0,4 м при угле атаки 250 и глубине обработки почвы 0,1 м ра вен 150.

Угол t определяет высоту установки барабана рабочего органа над обрабатываемой поверхностью:

hБ = (RБ + hОБ )sin (b 0 - t ), (6) где RБ - радиус барабана, м.

При исследовании процесса работы ротационного рабочего органа активного действия сделаны следующие допущения: частица в момент отры ва от ножа движется с абсолютной скоростью, равной сумме окружной ско рости конечной точки ножа и поступательной скорости агрегата;

в силу того, что в момент отрыва частицы почвы сила сопротивления воздуха и Кориоли сово ускорение довольно малы, их значением пренебрегаем;

траектория дви жения частицы почвы представляет собой непрерывную кривую.

Направления проекций скорости частицы почвы на оси ОХ и OZ приведены на рисунке 4, на оси ОХ и OY - на рисунке 5, итоговые направле ния проекций на все оси – на рисунке 6.

Рисунок 4 – Проекции скорости частицы Рисунок 5 – Проекции скорости частицы почвы на оси ОХ и OZ почвы на оси ОХ и OY Дифференциальные уравнения движения частиц почвы согласно ри сунка 6 будут иметь вид:

( ) Х = VП - V A t - (RБ + hОБ ) sin e X Y = V AY t + (RБ + hОБ ) sin g Б, (7) Z = V A t - g t 2 - ( RБ + hОБ ) cos e Z где V П - поступательная скорость аг регата, м/с;

VA, VA и VA - проекции X Y Z абсолютной скорости частицы почвы на оси координат OX, OY, OZ, м/с;

e угол отрыва частицы почвы от боко вой поверхности ножа, град.

С учетом значений проекций аб солютной скорости частицы почвы на оси координат OX, OY, OZ выраже ние (7) после преобразований примет Рисунок 6 – Схема к исследованию вид:

траектории движения частицы почвы Х = [V П - V A cos c 1 (cos c 1 cos e + sin c 1 sin e )]t - (RБ + hОБ ) sin e Y = V A sin c 1 cos c 2 t + ( RБ + hОБ ) sin g Б, (8) g Z = V A sin c 1 (cos c 1 cos e + sin c 1 sin e )t - t 2 - (RБ + hОБ ) cos e Абсолютная скорость с учетом того, что отношение окружной скоро сти к поступательной есть, равна:

VO 1 + l2, VA = VO2 + VП = (9) l где VO - окружная скорость барабана, м/с.

Тогда система уравнений, определяющая траекторию полета частицы почвы, примет вид:

VO 1 - l cos e (cos e + l cos 2e )t - (RБ + hОБ )sin e Х = 1 l 1+ l VO sin e (1 - l cos g Б )t + (RБ + hОБ )sin g Б.

Y = (10) 1 + l VO g sin e (cos e + l cos 2e )t - t 2 - (RБ + hОБ )cos e Z = 1+ l С целью установления значения угла, определяющего положение но жа в момент отрыва частицы от его боковой поверхности, обратимся к схе мам, показанным на рисунках 7 и 8. Итоговые направления действующих сил приведены на рисунке 9. Проецируем все силы на оси координат X, Y, Z:

SFX i = N X - FЦБ Х =.

SFYi = N Y + FЦБY = 0 (11) SFZ i = FTP - FЦБ Z - G ПЧ Z = где FTP, FTP, FTP - проекции силы трения частицы почвы о поверхность ножа X X X на оси OX, OY, OZ ;

FЦБ, FЦБ - проекции центробежной силы инерции час X Y тицы почвы на оси OX, OY ;

N X, NY - проекции силы нормальной реакции на оси OX и OY ;

GПЧ - проекция силы тяжести частицы почвы на ось OZ.

Z Центробежная сила инерции частицы почвы равна:

FЦБ = m ПЧ w Б (R Б + hОБ ), (12) где m ПЧ - масса частицы почвы, кг;

wБ - угловая скорость вращения барабана, с-1.

Сила трения FTP = Ntgj НК, (13) где N - сила нормальной реакции почвы, Н;

j ПК - угол внешнего трения поч вы, град.

Сила тяжести частицы почвы GПЧ = mПЧ g, (14) где g - ускорение свободного падения, м/с.

С учетом выражений (12)…(14) получаем уравнение:

e e g g sin g Б - 2 tgg Б tg 2 + 2tg - sin g Б + 2 tgg Б = 0, (15) w Б (RБ + hОБ ) w Б ( RБ + hОБ ) 2 Решением уравнения (15) является выражение для расчета угла от рыва частицы почвы от боковой поверхности ножа:

w 2 (R + h )2 cos g ctgg + g 2 - e = 2arctg Б Б 2 ОБ.

Б Б (16) w Б (RБ + hОБ ) cos g Б - g Рисунок 7 – Проекции сил на оси ОХ и OZ Рисунок 8 – Проекции сил на оси ОХ и OY Расчеты по выражению (16) показали, что угол отрыва частицы почвы от боковой поверхности ножа находится в пределах 25…300.

На основании полученных вы ражений проведено численное моде лирование процесса полёта частицы почвы, в результате чего получены рациональные значения параметров и режимов работы комбинированно го пахотного агрегата: угол атаки ра бочего органа g Б = 20…300, частота вращения барабана wБ = 10…30 с-1 и поступательная скорость агрегата VП= 1,5…2,0 м/с.

Суммарное тяговое сопротив Рисунок 9 – Схема сил, действующих на ление комбинированного пахотного частицу почвы в момент отрыва от агрегата рассчитывается по выраже боковой поверхности ножа нию:

Rm = Rx + Rб + Rn, (17) где Rx - сопротивление плуга, Н;

Rб - сопротивление передвижению рабочего органа, Н;

Rп - сопротивление, зависящее от рельефа местности, Н.

Мощность, необходимую для работы комбинированного пахотного агрегата, можно рассчитать по формуле:

N = N nep + N обр + N mp + N под, (18) где N nep - мощность на передвижение комбинированного пахотного агрегата, кВт;

N обр - мощность на обработку почвы, кВт;

N mp - мощность на трение в передачах, кВт;

N под - мощность на подталкивание рабочего органа вперед, кВт.

Таким образом, основными показателями работы комбинированного пахотного агрегата, влияющими на качество крошения почвы и тяговое со противление, являются скорость передвижения, угловая скорость вращения барабана рабочего органа и угол его атаки.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных иссле дований» приведены программа экспериментальных исследований, методика проведения экспериментального исследования и использованные измери тельные средства, методика закладки полевых опытов, методика обработки результатов экспериментальных исследований. Разработан также пакет прикладных программ для ЭВМ для оптимизации основных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата.

Анализ теоретических исследований показал, что основными факто рами, влияющими на качество крошения почвы и тяговое сопротивление аг регата, являются скорость его передвижения, угловая скорость вращения ба рабана и угол его атаки рабочего органа (табл.).

Таблица – Факторы и уровни их варьирования Факторы Скорость пере- Угловая ско- Угол атаки движения агре- рость вращения Значение гата барабана Кодированное (без- X1 X2 X размерное) -1 0 +1 -1 0 +1 -1 0 + - wБ, с g Б, град VП, км/ч Натуральное 6,35 7,05 7,75 20 25 30 15 20 В четвертой главе «Анализ результатов экспериментальных иссле дований» представлены результаты оптимизации параметров и режимов ра боты. Получены уравнения регрессии второго порядка, позволяющие оце нить влияние скорости передвижения агрегата VП, угловой скорости враще ния барабана wБ и угла атаки рабочего органа g Б на качество крошения поч вы К КР и тяговое сопротивление агрегата Р :

- критерий оптимизации – качество крошения К КР :

в кодированном виде YККР = 85,3667 - 3,9225X 1 + 0,4925X 2 + 4,93X 3 - 0,99 X1 X 2 + 0,35X 1 X 3 - 0,41X 2 X 3 (19) - 7,5334X12 - 5,2084X 2 - 7,3334X 32, в натуральном виде К КР = 215,745VП + 12,9194w Б + 15,3578g Б - 0,2829VП w Б + 0,1VП g Б - 0,0164w Б g Б (20) - 15,374VП - 0,2083w Б - 0,2933g Б - 1022,4, 2 2 - критерий оптимизации – тяговое сопротивление агрегата Р :

в кодированном виде YР = 14,8333+ 0,4175X1 - 0,9388X 2 -1,4788X 3 + 0,165X1 X 2 + 0,75X1 X 3 - 0,7925X 2 X 3 (21) + 4,3946X12 + 3,2721X 2 + 4,3521X 32, в натуральном виде Р = 685346-132,41 П - 6,2718 Б - 9,7182 Б + 0,0471 ПwБ + 0,2143 Пg Б - 0,0317 Бg Б + w g w, V V V (22) w2 g + 8,9686 П + 0,1309 Б + 0,1741 Б, V Воспроизводимость полученных моделей проверена по G–критерию Кохрена, адекватность – по F–критерию Фишера.

Определены оптимальные значения режимных параметров комбини рованного пахотного агрегата: скорость передвижения агрегата 6,9…7,0 км/ч, угловая скорость вращения барабана 25,2…25,3 с-1 и угол атаки 25,9…26,60.

При этом качество крошения К КР составляет 86,7% и тяговое сопротивление агрегата 14,7 кН.

С использованием программы Mathcad 2000 Professional построены линии равного уровня изменения качества крошения и тягового сопротивле ния агрегата от оптимальных параметров и режимов работы комбинирован ного пахотного агрегата (рис. 10…15).

Рисунок 10 – Зависимость качества кроше- Рисунок 11 – Зависимость качества кроше ния от скорости передвижения агрегата (Х1) ния от скорости передвижения агрегата (Х1) и угловой скорости вращения барабана (Х2) и угла атаки (Х3) Рисунок 12 – Зависимость качества кроше- Рисунок 13 – Зависимость тягового сопро ния от угловой скорости вращения барабана тивления агрегата от скорости передвиже (Х2) и угла атаки (Х3) ния агрегата (Х1) и угловой скорости вра щения барабана (Х2) Рисунок 14 – Зависимость тягового сопро- Рисунок 15 – Зависимость тягового сопро тивления агрегата от скорости передвиже- тивления агрегата от угловой скорости ния агрегата (Х1) и угла атаки (Х3) вращения барабана (Х2) и угла атаки (Х3) Анализ полученных результатов показывает, что наибольшее влияние на критерий оптимизации оказывает угол атаки ротационного рабочего орга на активного действия.

Лабораторно-полевые исследования, проведенные на опытно производственном участке ОАО «Племенной совхоз «Кенже» КБР (рис. 16, 17), показали, что использование предлагаемого комбинированного пахотно го агрегата способствовало: снижению плотности почвы в горизонте 0…. на 16,9…17,9%;

увеличению пористости на 24,5…26,1% и содержания агро номически ценных почвенных агрегатов на 22,4…35,1 %;

снижению пылева той фракции в 2,1…5,4 раза;

увеличению урожайности зерна озимой пшени цы в среднем на 20,8%.

Рисунок 16 – Комбинированный пахотный Рисунок 17 – Поверхность поля после про агрегат в составе лемешного плуга и рота- хода комбинированного пахотного агрегата ционного рабочего органа активного дейст вия В пятой главе «Экономическая эффективность результатов исследо ваний» отмечается, что:

- применение комбинированного пахотного агрегата с ротационным рабочим органом активного действия в технологическом процессе подготов ки почвы к посеву позволяет получить чистый дисконтированный доход за период эксплуатации (5 лет) равный 4551,53 тыс. руб. на площади 100га, что на 1896,26 тыс. руб. больше базового варианта или в расчете на 1 га годовой чистый дисконтированный доход составит 9103,1 руб;

- себестоимость работ снизилась в 1,5 раза с 114,4 тыс. руб. до 75, тыс. руб;

- срок окупаемости капитальных вложений составил 1год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Обоснована конструктивно-технологическая схема комбинирован ного пахотного агрегата в составе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия.

3. Получены аналитические выражения для определения рациональ ных значений конструктивно – режимных параметров комбинированного па хотного агрегата: поступательная скорость агрегата 1,5…2,0 м/с;

частота вращения барабана 10…30 с-1;

угол атаки 20…300;

длина ножа 0,15…0,26 м;

количество секций на барабане 8 и ножей одной секции 3.

4. Разработана конструкция комбинированного пахотного агрегата, позволяющая одновременно проводить вспашку, измельчение почвенных глыб и комков, растительных остатков с выравниванием поверхности поля.

Получены математические модели зависимости качества крошения почвы и тягового сопротивления от конструктивных параметров и режимов работы комбинированного пахотного агрегата. Определены оптимальные значения:

скорости передвижения агрегата 6,9…7,0 км/ч, угловой скорости вращения барабана 25,2…25,3 с-1 и угла атаки 25,9…26,60. Соотношение окружной ско рости крайней точки ножа и поступательной скорости агрегата равно 3...4.

При этих значениях качество крошения почвы составляет 86,7% и тяговое сопротивление агрегата 14,7 кН.

5. Установлено, что применение комбинированного пахотного агрега та способствовало: увеличению пористости на 24,5…26,1%, содержания аг рономически ценных почвенных агрегатов на 22,4…35,1%, урожайности зерна озимой пшеницы в среднем на 20,8%;

снижению плотности почвы в горизонте 0….20 см на 16,9…17,9%, содержания пылеватой фракции в 2,1…5,4 раза.

6. Применение комбинированного пахотного агрегата в технологиче ском процессе подготовки почвы к посеву позволит получить чистый дис контированный доход за период эксплуатации (5 лет), равный 4551,53 тыс.

руб. на площади 100 га, что на 1896,26 тыс. руб. больше, чем при использо вании базового комплекса машин. Себестоимость работ снизилась в 1,5 раза с 114,4 тыс. руб. до 75,39 тыс. руб.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ Производству предлагается комбинированный пахотный агрегат в со ставе лемешного плуга и ротационного рабочего органа активного действия со следующими параметрами: диаметр барабана – 0,4 м;

угловая скорость вращения барабана – 25,2…25,3 с-1;

угол атаки – 25,9…26,60;

передаточное число редуктора – 0,3;

скорость передвижения – 6,9…7 км/ч;

длина ножа – 0,25 м;

количество секций ножей – 8 шт;

количество ножей в одной секции – 3 шт.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рабо тах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Эркенов, А.Н. Обоснование конструктивно-технологической схемы комбинированного пахотного агрегата с активным рабочим органом [Элек тронный ресурс] / А.Н. Эркенов, М.Х. Аушев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хаж метов, Д.А. Гергокаев // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ.– Краснодар, 2012.– №76/02.– Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru / 2012 / 02 / pdf / 88.pdf.

2. Эркенов, А.Н. Агротехническая эффективность комбинированного пахотного агрегата с активным рабочим органом [Электронный ресурс] / А.Н. Эркенов, М.Х. Аушев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, Х.А. Хамоков // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ.– Крас нодар, 2012.– №76/02.– Режим доступа: http:// ej.kubagro.ru / 2012 / 02 / pdf / 89.pdf.

3. Эркенов, А.Н. Теоретическое обоснование конструктивно режимных параметров комбинированного пахотного агрегата [Электронный ресурс] / А.Н. Эркенов, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, Д.А. Гергокаев, Сабанчиев Х.Х. // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ.– Краснодар, 2012.– №77/03.– Режим доступа: http // ej.kubagro.ru / / 2012 / 03 / pdf / 78.pdf.

Публикации в других изданиях:

4. Эркенов, А.Н. Комбинированные почвообрабатывающие агрегаты для основной и предпосевной подготовки почвы [Текст] / А.Н. Эркенов, М.Х.

Аушев, Ю.А. Шекихачев, Л.М. Хажметов, В.Н. Бербеков, Ч.М. Коков, Д.У.

Ашибоков. – Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2010. – 54 с.

5. Эркенов, А.Н. Исследование процесса движения почвообрабаты вающего рабочего органа по обрабатываемой поверхности [Текст] / А.Н. Эр кенов // Материалы Международной научно-практической конференции, по священной 50-летию факультета механизации и энергообеспечения предпри ятий.- Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2011. – С. 181–183.

6. Эркенов, А.Н. К вопросу разработки расчетной модели взаимодей ствия рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего агрегата с почвой [Текст] / А.Н. Эркенов // Материалы научно-практической конферен ции студентов, магистрантов и аспирантов факультета механизации и энер гообеспечения предприятий, посвященной 30-летию КБГСХА им. В.М. Ко кова. – Нальчик: КБГСХА им. В.М. Кокова, 2011. – С. 69–73.