Совершенствование технологического процесса и почвообрабатывающего орудия для основной обработки почвы
На правах рукописи
Чернышкин Владимир Вячеславович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА И ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ
ДЛЯ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации
сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Саратов 2013
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образо вательном учреждении высшего профессионального образования «Саратов ский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Бойков Василий Михайлович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Инженерная графика и теоре тическая механика» ФГБОУ ВПО «Саратов ский ГАУ»
Павлов Иван Михайлович кандидат технических наук, директор научно-технического центра ФГБОУ ВПО «Самарская ГСХА»
Афонин Александр Евгеньевич
Ведущая организация – государственное научное учреждение «Научно-исследовательский институт сель ского хозяйства Юго-Востока Россельхоза кадемии»
Защита диссертации состоится 26 декабря 2013 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 на базе ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Совет ская, д. 60, ауд. 325.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Са ратовский ГАУ».
Отзывы направлять ученому секретарю диссертационного совета по адре су: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1. E-mail: [email protected].
Автореферат разослан «20» ноября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Чекмарев Василий Васильевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. При возделывании любой сельскохозяйственной культуры выполняется основная обработка почвы, которую осуществляют по отвальной или безотвальной технологии. Глубокая основная обработка почвы до 30 см является самой энергоемкой операцией, на ее долю приходится до 40 % всех энергоресурсов, используемых в растениеводстве. В последнее время для снижения энергоемкости основной обработки почвы широко внедряется техно логия обработки почвы на глубину до 16 см с мульчированием верхнего слоя.
Если совместить известные технологические операции, при условии соблюдения агротехнических требований (АТТ) на разных глубинах обрабатываемого слоя, то появляется возможность добиться нового качественного результата, повыша ющего эффективность основной обработки почвы.
Для выполнения основной обработки почвы широко применяют лемеш но-отвальные плуги общего назначения, плоскорезы-глубокорыхлители, плу ги-рыхлители и чизельные плуги. Мелкую обработку почвы выполняют ору диями, в составе которых различные рабочие органы: стрельчатые лапы, сферические диски, катки и др. Наиболее близкие по комбинации разноглу бинной обработки почвы – комбинированные машины ПБК-5,4 и ПБК-4,8(Ч).
Однако практическое применение ПБК-4,8(Ч) показало, что имеются резервы снижения энергоемкости и повышения производительности этого орудия.
Совершенствование технологического процесса разноглубинной основ ной обработки почвы и модернизация почвообрабатывающего орудия с ком бинированными рабочими органами, снижающие энергоресурсы, представ ляют собой актуальную научную задачу, имеющую важное хозяйственное значение.
Исследования выполнены в соответствии с долгосрочной областной це левой программой «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия в Саратовской области» на 2013–2020 годы (постановление правительства области от 7 сен тября 2012 года № 544-П), а также «Концепцией развития агропромышлен ного комплекса Саратовской области до 2020 года» (п.п. 3.4.3 «Модерниза ция инженерно-технического обеспечения АПК»).
Цель работы. Снижение энергоемкости основной глубокой обработки почвы за счет совершенствования технологического процесса и почвообраба тывающего орудия.
Объект исследований. Технологический процесс глубокой основной об работки почвы, выполняемый модернизированным почвообрабатывающим орудием.
Предмет исследований. Закономерности изменения энергоемкости тех нологического процесса при взаимодействии модернизированного орудия с обрабатываемым слоем почвы.
Научная новизна. Усовершенствован технологический процесс глубо кой основной обработки почвы, обоснована конструктивно-технологическая схема модернизированного почвообрабатывающего орудия и разработана методика определения его основных параметров и энергоемкости.
Теоретическая и практическая значимость. Разработан технологиче ский процесс, совмещающий поверхностное мульчирование с почвоуглубле нием пахотного слоя. Предложена методика определения ширины захвата почвообрабатывающего орудия и его энергетических показателей с исполь зованием эмпирических и аналитических выражений. Модернизированное почвообрабатывающее орудие КОМБИ-6 обеспечивает снижение энергоем кости пахотного агрегата на 15,0 % и себестоимости механизированных ра бот по сравнению с ПБК-4,8(Ч) на 21 %. КОМБИ-6 было испытано на По волжской МИС (Самарская область, п. Усть-Кинельский), которая рекомен дует поставить его на серийное производство.
Методология и методы исследования. Методология основана на си стемном подходе, который позволяет раскрыть целостность объекта исследо ваний и выявить взаимообусловленность связей между рабочими органами и обрабатываемым слоем почвы. Общая методика исследований предусматри вала совершенствование технологического процесса глубокой основной об работки почвы, разработку конструктивно-технологической схемы модерни зированного почвообрабатывающего орудия, обоснование его основных па раметров и определение энергоемкости. Теоретические исследования прово дились с использованием основных положений классической механики, ма тематики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторно полевых и хозяйственных условиях в соответствии с действующими ГОСТа ми и СТО АИСТ. Обработка результатов экспериментов выполнена с исполь зованием статистических методов с применением ПК.
Научные положения, выносимые на защиту:
• усовершенствованный технологический процесс глубокой основной обработки почвы;
• методика определения ширины захвата почвообрабатывающего орудия и энергоемкости усовершенствованного технологического процесса с ис пользованием разработанных эмпирических и аналитических зависимостей;
• конструктивно-технологическая схема модернизированного почвооб рабатывающего орудия с комбинированными рабочими органами.
Степень разработанности. На основе анализа технологических процес сов, выполняемых ПБК-5,4 и ПБК-4,8(Ч), разработан усовершенствованный технологический процесс, позволяющий повысить качество мульчирования верхнего слоя почвы, эффективность почвоуглубления и разрушения плуж ной подошвы, влагонакопление и обеспечить снижение тягового сопротивле ния почвообрабатывающего орудия. Разработаны конструктивно технологическая схема модернизированного почвообрабатывающего орудия, а также методика определения ширины его захвата и энергоемкости пахотно го агрегата.
Степень достоверности и апробация. Теоретические исследования под тверждаются экспериментальными опытами с доверительной вероятностью 0,95. Результаты исследований доложены и одобрены на научно практических конференциях кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК» СГАУ им. Н.И. Вавилова в 2010–2013 гг., на Международ ной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рож дения Г.П. Шаронова «Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники» (Саратовский ГАУ, 2012 г.), на VIII Международной научно практической конференции «Vedecky prumysl evropskeho kontinentu – 2012»
(Чехия, Прага, 2012 г.).
Реализация результатов исследований. Почвообрабатывающие орудия КОМБИ-6 были использованы для глубокой основной обработки почвы на полях К(Ф)Х «Одиноковой И.К.» Лысогорского района, ООО «Октябрьское»
Перелюбского района Саратовской области, Поволжского НИИСС Кинель ского района Самарской области. Результаты теоретических исследований рекомендуется использовать научно-исследовательскими институтами, кон структорскими бюро и машиностроительными заводами при разработке ра бочих органов и почвообрабатывающих орудий, а также включить в учебный процесс при изучении дисциплины «Сельскохозяйственные машины».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ общим объе мом 1,75 печ. л., из них лично соискателю принадлежит 1,1 печ. л. Опубли ковано три статьи в изданиях, включенных в «Перечень ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ. Остальные работы опубликованы в сборниках научных работ, сборниках материалов научных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц и 84 рисунка, 21 при ложение на 33 страницах. Список литературы включает в себя 103 наимено вания, в том числе 2 на иностранных языках.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы основ ные научные положения, которые выносятся на защиту.
В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований»
рассмотрены агротехнические требования, предъявляемые к глубокой и мел кой основной обработке почвы. Проведен анализ технических характеристик известных лемешно-отвальных плугов общего назначения, плоскорезов глубокорыхлителей, чизельных плугов и плугов-рыхлителей, комбинирован ных почвообрабатывающих орудий, дисковых борон и дискаторов, выполне но сравнение энергоемкости обработки почвы этими машинами. Намечены направления предстоящих исследований.
Исследованиям в области механизации процессов основной обработки почвы посвящены классические труды основоположника земледельческой ме ханики академика В.П. Горячкина, а также работы Н.В. Щучкина, Г.Н. Синео кова, И.М. Панова, А.С. Кушнарева, В.В. Кацыгина, П.У. Бахтина, А.Т. Вагина, П.Н. Бурченко, В.И. Румянцева, А.И. Любимова, В.В. Бледных, А.П. Грибановско го, А.П. Спирина, В.М. Мацепуро, А.Б. Коганова, В.М. Бойкова и других ученых.
Проведенный анализ энергоемкости известных почвообрабатывающих ору дий, применяемых для глубокой и мелкой основной обработки почвы, показал, что энергоемкость технологических процессов, выполняемых лемешно отвальными плугами, находится в пределах 40,6–62,9 кВт·ч/га. У безотвальных почвообрабатывающих орудий, применяемых для обработки почвы до 30 см, она составляет 31,4–51,8 кВт·ч/га, у комбинированных почвообрабатывающих орудий, дискаторов и дисковых борон, производящих основную обработку почвы на глу бину до 16 см, – 22,6–46,6 кВт·ч/га.
В 2007–2010 гг. в Саратовском ГАУ им. Н.И. Вавилова разработан рацио нальный технологический процесс основной обработки почвы с мульчированием верхнего слоя, выполняемый почвообрабатывающим орудием ПБК-5,4 на глубину до 16 см. На базе этой технологии был разработан комбинированный технологи ческий процесс основной обработки почвы, выполняемый почвообрабатывающим орудием ПБК-4,8(Ч) на глубину до 30 см. Энергоемкость ПБК-5,4 составляет 23, кВт·ч/га, а ПБК-4,8(Ч) – 29,0 кВт·ч/га.
При исследованиях работы ПБК-4,8(Ч) в хозяйствах Саратовской области и испытаниях на ФГБУ «Поволжская МИС» (Самарская обл.) было установлено, что за счет изменения количества и расстановки рабочих органов ПБК-4,8(Ч) можно дополнительно снизить тяговое сопротивление этого орудия, а также по высить качество обработки почвы.
В соответствии с результатами анализа и поставленной целью в работе предусмотрено решение следующих задач:
• усовершенствовать технологический процесс глубокой основной об работки почвы;
• теоретически обосновать конструктивно-технологическую схему мо дернизированного почвообрабатывающего орудия и определить энергоем кость усовершенствованного технологического процесса;
• провести экспериментальные исследования энергоемкости усовершен ствованного технологического процесса, выполняемого модернизированным почвообрабатывающим орудием;
• в хозяйственных условиях определить эксплуатационно-техно логические показатели работы предлагаемого почвообрабатывающего ору дия и дать оценку экономической эффективности его применения.
Во второй главе «Теоретические исследования технологического процесса обработки почвы и почвообрабатывающего орудия для его вы полнения» проведен анализ работы почвообрабатывающего орудия ПБК 4,8(Ч), представлены усовершенствованный технологический процесс глубо кой основной обработки почвы и конструктивно-технологическая схема мо дернизированного почвообрабатывающего орудия, определены его основные параметры и эксплуатационно-технологические показатели эффективности использования пахотного агрегата.
Тяговое сопротивление R м орудия ПБК-4,8(Ч), укомплектованного комбинированными и чизельными рабочими органами (рисунок 1), опреде ляется по формуле:
R м = 6R 1 + 5R 2 + 5R 3 +5R 4, (1) где R 1, R 2, R 3 – соответственно тяговое сопротивление комбинированного рабочего органа, производящего блокированное резание (а = 0,15 м), полуб локированное резание (а = 0,15 м), открытое резание (а = 0,15 м) кН;
R 4 – тя говое сопротивление чизельного рабочего органа (а 3 = 0,15 м), кН.
Исследованиями установлено, что если в принципиальной схеме исклю чить (см. рис. 1) третий ряд комбинированных рабочих органов, то тяговое сопротивление такого почвообрабатывающего орудия:
R м = 6R 1 + 5R 2 + 5kR 4, (2) где k – коэффициент, учитывающий влияние раскрошенного объема почвы, находящегося на глубине а = 0,15 м, k = 1,2.
Рисунок 1 – Принципиальная схема почвообрабатывающего орудия ПБК-4,8(Ч):
1 – комбинированный рабочий орган;
2 – опорное колесо;
3 – чизельный рабочий орган;
L м – длина орудия;
В м – ширина захвата;
l, l 2 – расстояние между рядами рабочих органов, b – ширина захвата стрельчатой лапы;
b 2 – расстояние между комбинированными рабочими органами;
b 3 – расстояние между чизельными рабочими органами;
а и а 2 – глубина обработки почвы комбинированными и чизельными рабочими органами соответственно;
а 3 – разница глубин между чизельными и комбинированными рабочими органами Зависимость тягового сопротивления Rм орудия ПБК-4,8(Ч) от скорости движения (рисунок 2) показала, что исключение третьего ряда комбиниро ванных рабочих органов позволит снизить сопротивление на 18,5 %.
Рисунок 2 – Зависимость тягового сопротивления ПБК-4,8(Ч) R м от скорости движения :
1 – в полной комплектации;
2 – при исключении третьего ряда рабочих органов Следовательно, резервом снижения тягового сопротивления почвообрабаты вающего орудия ПБК-4,8(Ч) является изменение технологического процесса об работки почвы за счет взаимодействия рабочих органов с пахотным слоем.
Исследования технологического процесса основной обработки почвы, выполняемого ПБК-4,8(Ч), показали, что в мульчирующем слое образуются гребни, нарушающие его слитность и отрицательно влияющие на сохранение влаги и разложение заделанных растительных остатков. Из-за большого рас стояния между чизельными рабочими органами (b 4 = 0,9 м) снижается эф фективность разрушения «плужной подошвы» и почвоуглубления.
Для устранения этих недостатков разработан усовершенствованный тех нологический процесс (рисунок 3). Он включает в себя рыхление и переме щение верхней части обрабатываемого пласта с образованием углублений А на глубину а до 15 см. При этом на поверхности поля формируется гребень высотой а 4 = 5 см. Затем процесс повторяется с образованием углублений Б.
Далее производятся рыхление почвы и образование углублений Г, Д и Е ще лей Ж на глубину а 2 = 30 см. Интенсивность перемешивания при этом значи тельно возрастает за счет перемещений почвы из этих щелей и углублений. В результате образуется слитный мульчирующий слой, а степень разрушения плужной подошвы С возрастает.
Рисунок 3 – Схема выполнения усо вершенствованного технологиче ского процесса основной обработки почвы:
I, II – подрезание, рыхление на глубину а = 15 см и перемещение верхней части пласта на необработанную часть поля с формированием гребней из раскрошенной почвы и растительных остатков высотой а 4 до 5 см;
III, IV – рыхление па хотного горизонта с углублением (а 2 = 30 см);
b щ – расстояние между серединами щелей;
С – плужная подошва На основании схемы усовершенствованного технологического процесса (см.
рис. 3) и схемы ПБК-4,8(Ч) (см. рис. 1) были разработаны принципиальные схемы модернизированных комбинированного рабочего органа (рисунок 4) и почвообрабатывающего орудия (рисунок 5) с учетом параметров l, l 2, b, b 1, b 2, соответствующих параметрам ПБК-4,8(Ч).
Рисунок 4 – Принципиальная схема комбинированного (рыхлительного) рабочего органа: 1 – левый лемех;
2 – правый лемех;
3 – правосторонний отвал;
4 – левосторонний отвал;
5 – стойка Рисунок 5 – Принципиальная схема модернизированного почвообрабатывающего орудия: 1 – рыхлительные рабочие органы;
2 – чизельные рабочие органы;
3 – опорное колесо;
b 4 – расстояние между рыхлительными и чизельными рабочими органами в направлении движения агрегата При движении пахотного агрегата должно выполняться условие:
Р кр тр, = Rм;
= (3) где Р кр – тяговое усилие трактора, кН;
тр – скорость движения трактора, м/с;
– скорость движения орудия, м/с.
На основании условия (3) определим ширину захвата почвообрабатыва ющего орудия. При этом принимаем, что это орудие, как и ПБК-4,8(Ч), агре гатируется с трактором тягового класса 5.
С использованием зависимости тягового сопротивления рыхлительного и чизельного рабочих органов от скорости движения были получены эмпири ческие выражения для определения тягового сопротивления рыхлительного рабочего органа с учетом левого отвала:
R р = 0,00852 – 0,0002 + 1,9414 (4) и чизельного рабочего органа:
R ч = 0,05352 – 0,001 + 2,7506. (5) Тогда тяговое сопротивление почвообрабатывающего орудия при b = b (см. рис. 6) и согласно схеме (см. рис. 5):
Rм = zpRp + zчRч (6) или R м = z р (0,00852 – 0,0002 + 1,9414) + z ч (0,05352 – 0,001 + 2,7506), (7) где z р, z ч – соответственно количество рыхлительных и чизельных рабочих органов, шт.
Рисунок 6 – Схема взаимодействия рыхлительного А и чизельного Б рабочих органов модернизированного почвообрабатывающего орудия с обрабатываемым слоем почвы:
1 – стрельчатая лапа;
2 – двухсторонний отвал;
3 – стойка;
4 – долото Использование тяговой характеристики трактора К-701 при работе на стерневом фоне и аппроксимация ее по способу наименьших квадратов поз волили получить эмпирическую зависимость изменения тягового усилия Р кр трактора от скорости агрегата:
Р кр = 38,627 + 35,743 тр – 11,523 тр 2. (8) Если принять количество рыхлительных и чизельных рабочих органов равным, т. е. z р = z ч, то из выражения (7) следует:
R м = z р (0,0622 – 0,0012 + 4,692). (9) Тогда на основании условия (3):
38,627 + 35,743 – 11,5232 = z р (0,0622 – 0,0612 + 4,692), (10) откуда:
z р = (38,627 + 35,743 – 11,5232) / (0,0622 – 0,0612 + 4,692). (11) Анализ выражения (11) показывает, что количество рабочих органов зависит от скорости движения пахотного агрегата. Поэтому уравнение (10) целесообраз но решить графоаналитическим методом, при этом необходимо задаться количе ством рабочих органов. На основе представленных зависимостей (рисунок 7) для рациональной загрузки трактора на скорости до 2,8 м/с количество рабочих орга нов почвообрабатывающего орудия принимаем zр = 9 и zч = 9.
Рисунок 7 – Зависимости тягового усилия трактора (К-701) Р кр и тягового сопротивления модернизированного почво обрабатывающего орудия R м от скорости движения агрегата;
1 – потенциальная характеристика трактора К-701;
2 – z р = 9;
z ч = 9;
3 – z р = 7;
z ч = Тогда рабочая ширина захвата модернизированного почвообрабатываю щего орудия при b = b 4 = 0,35 м (см. рис. 6) составляет 6,3 м.
Анализ схемы (см. рис. 5) показывает, что ряды рыхлительных и чизель ных рабочих органов сдвинуты относительно друг друга. Это вызывает попе речную силу, нарушающую горизонтальную устойчивость орудия. Для устойчивого перемещения почвообрабатывающего орудия в горизонтальной плоскости необходимо выполнение условия равенства моментов сил относи тельно точки прицепа трактора:
М прi = М левi, (12) где М прi, М левi – сумма моментов сил сопротивлений почвы на рабочих органах, расположенных соответственно с правой и левой стороны, Н·м.
На основании схемы (рисунок 8) и уравнения (12) получим:
R ч (l 1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 5 ) + R р (l 10 + l 11 + l 12 + l 13 ) = = R ч (l 6 + l 7 + l 8 + l 9 ) + R р (l 14 + l 15 + l 16 + l 17 + l 18 ), (13) где l 1, l 2, l 3, l 4, …. l 18 – плечи сил сопротивления на рабочих органах, м.
Рисунок 8 – Схема для определения условия равновесия модернизированного почвообрабатывающего орудия в горизонтальной плоскости;
О – точка прицепа трактора В результате исследований установлено, что линия тяги трактора должна проходить с левой стороны от пятого чизельного рабочего органа третьего ряда, при этом l 5 = 15 мм.
На основании анализа схем (см. рис. 4, 5, 6,8) была разработана кон структивно-технологическая схема почвообрабатывающего орудия КОМБИ 6 (рисунок 9), уточнены конструкции рыхлительного и чизельного рабочих органов и их основные параметры.
а б Рисунок 9 – Конструктивно-технологическая схема почвообрабатывающего орудия КОМБИ-6: 1 – рама;
2 – чизельный рабочий орган;
3 – рыхлительный рабочий орган;
4 – опорное колесо с механизмом регулировки глубины;
а – вид спереди;
б – вид сверху;
с 1 – расстояние между рыхлительными рабочими органами по ходу (0,6 м);
с 2 – расстояние между рыхлительными и чизельными рабочими органами по ходу (0,7 м);
с 3 – расстояние между чизельными рабочими органами по ходу (0,6 м);
b – ширина захвата орудия (6,3 м);
b 1 – расстояние между чизельными рабочими органами в ряду (0,7 м);
b 2 – расстояние между рыхлительными рабочими органами в ряду (0,7 м);
b 3 – расстояние между рыхлительными и чизельными рабочими органами в ряду (0,7 м);
d – разница глубины обработки рыхлительными и чизельными рабочими органами (0,15 м) Производительность Wч пахотного агрегата с КОМБИ-6:
2b+ Wч = 0,36 (9b р + 8b ч + b д ), (14) где b р, b ч, b д – ширина захвата соответственно рыхлительного, чизельного рабочего органа и чизельного долота, м;
b – расстояние между проходами соседних агрегатов, м.
С учетом выражений (9) и (14) энергоемкость Э технологического про цесса основной обработки почвы можно определить по формуле:
Э = [(0,0622 – 0,0012 + 4,692)n р ] / 0,36(9b р +8b ч +2b + b д ).
(15) На рисунке 10 представлена зависимость энергоемкости технологическо го процесса основной обработки почвы, выполняемого пахотными агрегатами К-744Р1 + ПБК-4,8(Ч) и К-744Р1 + КОМБИ-6, от скорости их движения.
Рисунок 10 – Зависимость энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы от скорости движения па хотных агрегатов:
1 – К-744Р1 + ПБК-4,8(Ч);
2 – К-744Р1 + КОМБИ- Из анализа графических зависимостей (см. рис. 10) видно, что энергоем кость изменяется по нелинейной закономерности, а энергоемкость КОМБИ- на 15 % меньше, чем ПБК-4,8(Ч).
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследо ваний» представлены программа экспериментальных исследований, описание оборудования, применяемого в лабораторно-полевых исследованиях, и мето дика исследований.
При проведении лабораторно-полевых исследований на полях, находя щихся в зоне деятельности ФГУ «Поволжская МИС» Самарской области, и в хозяйствах Саратовской области руководствовались методиками Поволжской МИС и методиками, изложенными в СТО АИСТ, ОСТ 10 4.1–2001, ОСТ 2.2–2002, ГОСТ 24057–88 «Испытания сельскохозяйственной техники». Усло вия проведения испытаний определяли согласно ГОСТ 20915–75.
В четвертой главе «Результаты и анализ исследований усовершен ствованного технологического процесса, выполняемого почвообрабаты вающим орудием КОМБИ-6» представлены результаты лабораторно полевых исследований технологического процесса, качественные, энергети ческие и эксплуатационно-технологические показатели технологического процесса, выполняемого почвообрабатывающим орудием КОМБИ-6.
Лабораторно-полевые исследования технологического процесса глубокой основной обработки почвы проводили в 2011–2012 гг. на Поволжской МИС (Самарская область, Кинельский р-н, п. Усть-Кинельский) и на полях По волжского НИИСС (Поволжский научно-исследовательский институт селек ции и семеноводства). Установлено, что КОМБИ-6 (рисунок 11) выполняет усовершенствованный технологический процесс глубокой основной обра ботки почвы с качеством, удовлетворяющим агротехническим требованиям.
Рисунок 11 – Почвообрабатывающее орудие КОМБИ- для основной обработки почвы Исследования проводили на черноземе обыкновенном среднесуглинистом по стерне озимой пшеницы на двух фонах. Влажность почвы в слое 0–40 см на первом фоне 22,0–14,0 %, на втором – 22,9–22,1 %. Твердость почвы – соот ветственно1,6–4,5 и 1,1–1,6 МПа. Высота растительных и пожнивных остат ков – 17,0 см (фон 1) и 26,6 см (фон 2). Поля были ровными, микрорельеф – средневыраженный. Экспериментальное почвообрабатывающее орудие агре гатировалось с трактором К-701.
Агротехнические показатели лабораторно-полевых исследований технологи ческого процесса, выполняемого пахотным агрегатом К-701 + КОМБИ-6 при ра боте на фонах 1 и 2, представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Агротехнические показатели технологического процесса, выполняемого почвообрабатывающим орудием КОМБИ- Показатель Фон 1 Фон Скорость движения, м/с 1,47 1,72 1,8 2, Рабочая ширина захвата, м 6,3 6, Глубина обработки, см рыхлительные рабочие органы 24,5 23,8 15,7 16, чизельные рабочие органы 35,8 36,4 30,0 30, Среднеквадратичное отклонение, ± см рыхлительные рабочие органы 1,9 1,6 1,6 1, чизельные рабочие органы 1,9 1,5 1,8 1, Крошение почвы (размер фракций до 50 мм), %, не менее 92,8 92,1 91,8 92, Глубина борозд, см, не более 13,0 12,1 9,9 11, Подрезание сорных растений и пожнивных остатков, % 96,7 96,9 Сохранность стерни, %, не менее 29,8 29,7 29,6 28, Забивание и залипание рабочих органов Не наблюдалось Из таблицы 1 видно, что при высокой степени крошения почвы качество обработки КОМБИ-6 по основным показателям отвечает агротехническим требованиям.
Исследования профиля обработанного слоя почвы показали, что на дне обработанного слоя образуются углубления и гребни, форма которых полно стью соответствует схеме усовершенствованного технологического процесса.
Также в результате исследований было установлено, что борозды, образую щиеся за чизельными рабочими органами, переходят в неявно выраженные щели, которые заканчиваются на дне обработанного слоя почвы.
Энергетическую оценку технологического процесса глубокой основной обработки почвы, выполняемого орудием КОМБИ-6, проводили с целью проверки результатов теоретических исследований и определения энергети ческих показателей на соответствие мощностным характеристикам тракторов тягового класса 5 (рисунки 12 и 13).
Рисунок 12. Зависимость тягового Рисунок 13. Зависимости энергоемкости сопротивления R м КОМБИ-6 почвообрабатывающих орудий от скорости движения агрегата. от скорости движения пахотного агрегата ;
1 – теоретическая Установочная глубина обработки почвы по рыхлительным рабочим зависимость (ПБК-4,8(Ч));
органам 15 см, по чизельным – 30 см;
2 – теоретическая зависимость 1 – экспериментальная зависимость;
(КОМБИ-6);
3 – экспериментальная 2 – теоретическая зависимость зависимость (КОМБИ-6) В результате экспериментальных исследований было установлено, что тяговое сопротивление КОМБИ-6 при изменении скорости агрегата с 1,37 до 2,52 м/с составляет 42,3–51,4кН, что соответствует тяговым характеристикам трактора тягового класса 5.
Из рисунков 2 и 13 видно, что экспериментальные и расчетные тяговые со противления и энергоемкость почвообрабатывающего орудия КОМБИ-6 имеют одинаковую закономерность и нелинейно изменяются в зависимости от скорости движения. Это соответствует результатам теоретических исследований. Законо мерность изменения экспериментальных и теоретических зависимостей на осно вании критерия 2 согласуется с доверительной вероятностью 0,95.
В пятой главе «Исследование эффективности применения почвообраба тывающего орудия КОМБИ-6 и его экономическая оценка» представлены ре зультаты производственных испытаний почвообрабатывающего орудия, эксплу атационно-технологические показатели работы агрегата К-701 + КОМБИ-6, ре зультаты его внедрения и расчет экономической эффективности.
Эксплуатационно-технологические показатели работы пахотного агрегата К-701 + КОМБИ-6 представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Эксплуатационно-технологические показатели работы почвообрабатывающего орудия КОМБИ-6, агрегатируемого с трактором К- Показатель Фон 1 Фон Скорость движения, м/с 2,4 1, Рабочая ширина захвата, м 6,3 6, Глубина обработки рабочими органами, м рыхлительными 16,4 19, чизельными 31,0 35, Производительность за 1 ч основного времени, га 5,54 3, Расход топлива за время сменной работы, кг/га 9,34 15, Коэффициент использования сменного времени 0,79 0, Сохранность стерни, %, не менее 29,1 29, Гребнистость поверхности почвы, см, не более 11,3 13, Забивание и залипание рабочих органов Не наблюдалось В 2012 г. в хозяйствах ООО «Октябрьское» Перелюбского района Сара товской области было обработано поле площадью 540 га, при этом часовая производительность составила 3,5-4,9 га, расход топлива 10–13 кг/га. В К(Ф)Х «Одинокова И.К.» Лысогорского района Саратовской области было обработано 620 га пашни.
Показатели экономической эффективности использования пахотных агрегатов К-701 + ПБК-4,8 (Ч) и К-701 + КОМБИ-6 приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Показатели экономической эффективности применения пахотных агрегатов К-701 + ПБК-4,8 (Ч) и К-701 + КОМБИ- Пахотный агрегат Показатель К–701 + ПБК-4,8(Ч) К-701 + КОМБИ- Затраты труда, чел.-ч/га 0,37 0, Снижение затрат труда, % 24, Себестоимость работ, руб./га 1122 Снижение себестоимости, % 21, Годовая экономия затрат, руб. Срок окупаемости, лет 0, Расчет экономической эффективности применения КОМБИ-6 выполнен в ценах 2013 г.
Из табл. 3 видно, что себестоимость основной обработки почвы предлагае мым почвообрабатывающим орудием КОМБИ-6 на 21,0 % ниже, чем базовым ПБК-4,8(Ч). Разница в полных затратах средств способствовала получению годо вого приведенного экономического эффекта для модернизированного почвооб рабатывающего орудия КОМБИ-6 в размере 428,873 тыс. руб.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Анализ работы почвообрабатывающего орудия ПБК-4,8(Ч) в ком плектации одиннадцатью рыхлительными рабочими органами, расположен ными в два ряда, и пятью чизельными рабочими органами, расположенными в один ряд за вторым рядом рыхлительных рабочих органов, показал, что возможно снижение тягового сопротивления орудия в сравнении с базовой комплектацией. Полученные результаты использованы при разработке усо вершенствованного технологического процесса глубокой основной обработ ки почвы. Для его выполнения произведена модернизация ПБК-4,8(Ч) путем совершенствования комбинированного рабочего органа, изменения количе ства и расстановки комбинированных и чизельных рабочих органов (КОМ БИ-6). Основные параметры и показатели работы почвообрабатывающего орудия КОМБИ-6 определяли по методике с использованием разработанных эмпирических и аналитических зависимостей. Совершенствование техноло гического процесса выполняемого КОМБИ-6, обеспечило повышение произ водительности труда и снижение энергоемкости на пахотных работах.
2. Усовершенствован технологический процесс глубокой основной обра ботки почвы путем одновременного образования сплошного мульчирующего слоя на глубину 5–7 см, крошения почвы на глубину до 15 см и почвоуглуб ления до 30 см с разрушением «плужной подошвы». При этом в полученных углублениях, находящихся на расстоянии 70 см друг от друга, образуются щели для проникновения влаги.
3. Теоретически обоснована конструктивно-технологическая схема мо дернизированного почвообрабатывающего орудия КОМБИ-6 для глубокой основной обработки почвы. Орудие в составе агрегата с тракторами тягового класса 5 включает в себя девять рыхлительных рабочих органов с шириной за хвата 0,35 м и девять чизельных рабочих органов, установленных на раме ору дия в четыре ряда. Рассчитаны параметры КОМБИ-6: ширина захвата 6,3 м;
расстояние между рабочими органами по ходу движения 0,35 м, при глубине работы рыхлительных рабочих органов 15 см, чизельных – 30 см.
4. Установлено, что энергоемкость технологического процесса основной об работки почвы, выполняемого модернизированным почвообрабатывающим ору дием на скорости движения 1,6…3,0 м/с, составляет 19,2…20,8 кВт·ч/га. Удель ное тяговое сопротивление модернизированного почвообрабатывающего орудия меньше на 15 %, а энергоемкость процесса пахотного агрегата К-744Р1 + КОМ БИ-6 на 14,4–15,8 % ниже, чем агрегата К-744Р1 + ПБК-4,8(Ч).
5. При обработке почвы по усовершенствованному технологическому процессу модернизированным почвообрабатывающим орудием качествен ные показатели обработки почвы соответствуют агротехническим требова ниям, предъявляемым к основной глубокой обработке почвы, а тяговое со противление при изменении скорости движения агрегата в пределах 1,37– 2,52 м/с составляет 42,3–51,4 кН, что соответствует характеристикам тракто ра тягового класса 5. Закономерности изменения теоретических зависимо стей тягового сопротивления и энергоемкости от скорости движения агрегата с высокой вероятностью совпадают с экспериментальными зависимостями и на основании критерия 2 согласуются с доверительной вероятностью 0,95.
6. Исследования эффективности применения модернизированного почво обрабатывающего орудия в хозяйственных условиях на разных фонах пока зали, что орудие в комплектации с трактором К-701 обеспечивает часовую производительность 5,54 и 3,47 га, при этом расход топлива – соответственно 9,34 и 15,02 кг/га. Годовой экономический эффект от применения почвообра батывающего орудия КОМБИ-6 составляет 428,873 тыс. руб.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикациии в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ 1. Чернышкин, В. В. Резервы снижения тягового сопротивления комбини рованного почвообрабатывающего орудия ПБК-4,8(Ч) / В. М. Бойков, С. В.
Старцев, В. В. Чернышкин // Научное обозрение. – 2012. – № 6. – С. 183–186.
(0,5/0,3 печ. л.).
2. Чернышкин, В. В. Результаты экспериментальных исследований почво обрабатывающего орудия КОМБИ-6 / В. М. Бойков, С. В. Старцев, В. В.
Чернышкин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавило ва. – 2012. – № 12. – С. 45–47. (0,25/0,15 печ. л.).
3. Чернышкин, В. В. Модернизированный технологический процесс ос новной обработки почвы / В. М. Бойков, С. В. Старцев, В. В. Чернышкин // Научное обозрение. – 2013. – № 1. – С. 76–80. (0,5/0,3 печ. л.).
Публикации в других изданиях 4. Чернышкин, В. В. Анализ агротехнических требований, предъявляемых к почвообрабатывающим орудиям для выполнения основной зяблевой обра ботки почвы / В. В. Чернышкин // Проблемы эксплуатации и ремонта авто тракторной техники : материалы Международной научно-практической кон ференции, посвященной 100-летию со дня рождения Г. П. Шаронова. – Сара тов : КУБиК, 2012. – С. 39–41. (0,12/0,12 печ. л.).
5. Чернышкин, В. В. Направление совершенствования технологии основ ной зяблевой обработки почвы / В. М. Бойков, С. В. Старцев, В. В. Черныш кин // Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники : материа лы Международной научно-практической конференции, посвященной 100 летию со дня рождения Г. П. Шаронова. – Саратов : КУБиК, 2012. – С. 184– 186. (0,12/0,07 печ. л.).
6. Чернышкин, В. В. Резервы снижения тягового сопротивления комбини рованного почвообрабатывающего орудия ПБК-4,8(Ч) / В. М. Бойков, С. В.
Старцев, В. В. Чернышкин // Materialy VIII Mezinarodni vedeсko-practika con ference «Vedecky prumysl evropskeho kontinentu – 2012». – Dil. 22. Ze medelstvi: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o. – S. 6–10.
(0,26/0,16 печ. л.).
Подписано в печать 19.11.13 Формат 6084 1/ Печ. л. 1,0 Тираж 100 Заказ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
410012, Саратов, Театральная