Повышение эффективности технологического процесса посева зерновых культур на гребнях путём обоснования параметров и режимов работы универсальной комбинированной сеялки с трактором класса 1,4
На правах рукописи
ДЖАББОРОВ
ПАРВИН НОЗИМОВИЧ
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОСЕВА ЗЕРНОВЫХ
КУЛЬТУР НА ГРЕБНЯХ ПУТЁМ ОБОСНОВАНИЯ
ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УНИВЕРСАЛЬНОЙ
КОМБИНИРОВАННОЙ СЕЯЛКИ С ТРАКТОРОМ
КЛАССА 1,4
Специальность: 05.20.01 – технологии и средства
механизации сельского
хозяйства
Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург-Пушкин - 2013 2
Работа выполнена в Институте земледелия Таджикской академии сельскохозяйственных наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Сафаров Мамаджон.
Официальные оппоненты: Давидсон Евгений Иосифович, доктор технических наук, профессор;
ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет», профессор кафедры технических систем в агробизнесе.
Неверов Алексей Николаевич, кандидат технических наук, ведущий инженер компании ООО «Урожай».
Ведущая организация – ГНУ Северо-Западный научно исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии).
Защита диссертации состоится 10 декабря 2013 г. в часов _мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 при ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург, Пушкин, Академический проспект, д. 23, ауд. 2.719.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».
Сведения о защите и размещены на сайте ВАК РФ www.vak.ed.gov.ru Автореферат разослан 2013 года и размещен на сайте ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» www.spbgau.ru Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В.Т. Смирнов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В Национальной стратегии развития Республики Таджикистан отмечено, что в течение 2010-2015 гг. годовое производство зерновых культур, в том числе и пшеницы должно достигать 1,0-1,2 млн. тонн.
В 2012 году согласно поручению Президента Республики Таджикистан (протокол заседания Правительства Республики Таджикистан от 29.06.2012 г.) всем соответствующим министерствам, научным учреждениям, а также сельскохозяйственным предприятиям республики поручено принять все необходимые меры для получения высокого урожая зерна, не менее 50 ц/га в условиях орошаемых земель за счёт использования высококачественных семян, современных технических средств и технологий возделывания зерновых культур.
В настоящее время в условиях перехода на рыночную экономику, дефицита тракторов и сельскохозяйственных машин, проблема комплексной механизации полевых работ все ещё остается нерешённой.
Из-за нехватки техники, высокой стоимости топлива и запасных частей, а также семян и минеральных удобрений, фермерские хозяйства и сельскохозяйственные предприятия не могут провести посевы в оптимальные агротехнические сроки. Реализация этой важной проблемы требует разработку и внедрения новых энергоэффективных технологий и технических средств, позволяющих получить высокий урожай зерна. В связи с этим в Институте земледелия Таджикской АСХН разработана комбинированная машина для обработки почвы, внесения минеральных удобрений и широкополосного посева зерновых культур на гребнях.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИОКР Института земледелия «Оценка энергетической и экономической эффективности существующих и перспективных машин для механизации растениеводства», ГР№ 0106 ТД гг.) и «Разработка и совершенствование 333 (2006- механизированных энергосберегающих технологий и машин для возделывания хлопчатника и зерновых культур», ГР № 0102 ТД (2011-2015 годы).
Целью исследований является обоснование параметров и режимов работы универсальной комбинированной сеялки КМ-2, «Зироаткор» в агрегате с трактором класса 1,4, обеспечивающие эффективность технологического процесса посева зерновых культур на гребнях. В соответствии с указанной целью было предусмотрено решение следующих основных задач:
1. Анализ технологий и технических средств посева зерновых культур в условиях Республики Таджикистан.
2. Обоснование конструктивно-технологических параметров универсальной комбинированной сеялки для посева зерновых культур на гребнях.
3. Определение показателей эксплуатационно-технологической оценки универсальной комбинированной сеялки для посева зерновых культур на гребнях.
4. Обоснование критериев оценки эффективности и сбалансированной системы эксплуатационных параметров посевного агрегата.
5. Обоснование оптимальных режимов работы универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» в агрегате с трактором класса 1,4.
6. Технико-экономическая оценка эффективности результатов исследований.
Объект исследований. Технологический процесс нарезки гребней, внесения минеральных удобрений и широкополосный посев зерновых культур на гребнях, а также универсальная комбинированная сеялка КМ-2,4 «Зироаткор» в агрегате с трактором МТЗ-102.
Предмет исследования. Закономерности изменения эксплуатационных параметров МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» в условиях вероятностной нагрузки.
Научная новизна. Усовершенствована методика оптимизации параметров и режимов работы универсальной комбинированной сеялки с трактором класса 1,4, обеспечивающая многокритериальную оценку и оптимизации параметров и режимов работы МТА. Установлены закономерности изменения эксплуатационных параметров и обоснованы оптимальные режимы работы универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» с трактором класса 1,4 с учётом случайного характера внешней нагрузки. Получены показатели энергетической эффективности использования универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» с трактором класса 1,4, а также оптимальных режимов её работы.
Практическую значимость диссертационной работы представляет спроектированный и изготовленный экспериментальный образец универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор», обеспечивающий одновременную нарезку гребней, внесения под гребнями минеральные удобрения, широкополосный посев семян на гребнях и их заделки в почву. Оптимальные режимы работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» целесообразно использовать при разработке научно обоснованных нормативов выработки, расхода топлива и других видов энергетических ресурсов на механизированные работы.
Реализация результатов. Результаты исследований внедрены в семеноводческом хозяйстве имени Дзержинского и в опытно производственном хозяйстве «Зироаткор» Института земледелия ТАСХН на площади 13 га, в Таджикском аграрном Университете имени Шириншоха Шотемура, а также приняты Министерством сельского хозяйства республики Таджикистан для дальнейшего внедрения в производство.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:
- на республиканской научно-практической конференции «Использование современных технологий и машин для растениеводства и пути повышения их эффективности», Республиканский научно технический центр по сельскохозяйственному машиностроению и механизации АПК Таджикской Академии сельскохозяйственных наук, 2007 г;
- на республиканской научно-практической конференции "Вклад молодых учёных в развитии сельскохозяйственной науки", посвящённой 20-летию государственной независимости Республики Таджикистан, Душанбе, 15-17 октября 2011 года;
- на международной научно-практической конференции, посвященной 400-летию добровольного вхождения калмыцкого народа в состав Российского государства, Элиста, 2008;
- на международной научно-практической конференции «Профессиональное знание и техническое образование – факторы могущества специалиста», г. Душанбе, Таджикский аграрный университет имени Шириншоха Шотемура, 14-15 мая 2010 года;
- на международной конференции "Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства в обеспечении продовольственной безопасности Таджикистана", Гиссарский район, Институт земледелия ТАСХН, 18-19 сентября 2012 года.
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано всего 8 работ, в том числе в изданиях, включённых в Перечень ВАК РФ – 3.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы из наименований, в том числе 6 иностранных и 7 приложений. Она включает 28 рисунков и 19 таблиц, общий объём работы 125 страницы.
На защиту по специальности 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства выносятся следующие основные научные положения:
1. Усовершенствованная методика оптимизации параметров и режимов работы универсальной комбинированной сеялки с трактором класса 1,4, основные принципы которой заключаются:
- в обосновании критериев оценки эффективности и формировании сбалансированной системы эксплуатационных показателей, соответствующей выбранному основному критерию оценки эффективности – максимуму производительности агрегата;
- в учёте вероятностно-статистических связей эксплуатационных и агротехнических показателей работы МТА.
2. Закономерности изменения оптимальных значений эксплуатационных параметров и агротехнических показателей комбинированного посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
3. Оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы универсальной комбинированной сеялки КМ-2, «Зироаткор» с трактором класса 1,4 т, обеспечивающие повышение эффективности технологического процесса внесения удобрений, нарезки гребней и посева зерновых культур.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные научные положения, выносимые на защиту по специальности 05.20.01.
В первой главе приведён анализ почвенно-климатических условий, особенности возделывания зерновых культур в Таджикистане, обзор литературы по оптимизации параметров и режимов работы МТА, контроль качества технологических операций. На основе аналитического обзора сформулированы цель и задачи исследований.
Во второй главе изложены теоретические основы повышения эффективности технологического процесса посева зерновых культур за счет обоснования конструктивно-технологических параметров и режимов работы универсальной комбинированной сеялки с трактором класса 1,4.
Дано обоснование конструктивных и технологических параметров универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор». Изложена методика выбора критериев эффективности и обоснования оптимальных скоростных и нагрузочных режимов работы МТА МТЗ-102+КМ-2, «Зироаткор».
При обосновании конструктивных параметров машин, необходимо учитывать требования агротехники, производственных условий, предельного значения ширины захвата, мощности трактора и физиологические возможности обслуживающего МТА персонала, чтобы максимально обеспечить реализацию энергонасыщенности энергетического средства.
Оптимальное значение ширины захвата вопт спроектированной сеялки определялся по формуле:
вопт Ркр /, * (1) Ркр экстремальное значение тягового усилия трактора, * где соответствующее критерию максимум условного тягового КПД трактора, кН;
k – удельное сопротивление агрегата, кН/м.
Далее с применением программы для ЭВМ, разработанной в ГНУ СЗНИИМЭСХ, «Расчет конструктивных параметров почвообрабатывающих и посевных агрегатов блочно-модульной структуры» (свидетельство № 2011616385), которая проходила апробацию в Институте земледелия ТАСХН, были рассчитаны оптимальные конструктивно-технологические параметры универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор».
На основе методики выбора критериев и формирование сбалансированной системы эксплуатационных показателей оценки эффективности МТА, разработанные в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии проф. Н.И. Джабборовым, доцентами А.В.
Добриновым и А.М. Дементьевым, было обосновано оптимальное количество наиболее значимых критериев и управляемых контролируемых параметров при наличии многочисленных показателей оценки МТА.
В качестве основного критерия оценки эффективности, с учетом установленных агротехническими требованиями сроков, выбран максимум часовой производительности Wч max посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор». Для выбранного основного критерия оценки эффективности посевного агрегата проводился анализ его чувствительности к другим критериям и контролируемым эксплуатационным параметрам МТА (рисунок 1).
Степень чувствительности критерия к эксплуатационным показателям определялся по значению тангенса угла наклона графических зависимостей целевой функции от аргумента. После выбора основного и дополнительных критериев и параметров, по значению тангенса угла наклона зависимостей, формируется сбалансированная система эксплуатационных показателей МТА.
Сбалансированная система эксплуатационных показателей представляет собой рациональное их количество по уровню значимости и существенно упрощает процесс оптимизации режимов работы МТА и непрерывного контроля их эффективности при выполнении технологических операций.
При определении математических ожиданий эксплуатационных параметров МТА использовалась известная модель:
У (У )dУ f ( х) ( х)dx, У (2) где (У ) ( х) dx - плотность распределения вероятностей dУ величины У;
(x) – плотность случайной распределения вероятностей случайной величины Х (аргумента).
Wч max т, т.у Nе Вр Ркр Vр N кр Мк nд nд Vр Wч – производительность МТА;
Т – КПД трактора;
т.у – условный тяговый КПД трактора;
N е – эффективная мощность двигателя;
N кр – тяговая Вр – рабочая ширина захвата МТА;
Vр – рабочая скорость мощность трактора;
движения МТА;
М к – крутящий момент на коленчатом валу двигателя;
nд – частота вращения коленчатого вала двигателя;
Ркр – тяговое усилие трактора;
– буксование движителей трактора Рисунок 1 - Критерий оценки эффективности - максимум производительности МТА и зависящий от него эксплуатационные параметры МТА Оптимальное (максимальное) значение производительности МТА определяется по формуле:
W ч 0,36к а 1 N кр 0,36к а 0,5 a Р кр в Р кр (1 р ) a1 Р кр в1 Р кр (1 р ) (t н ) 2 2 2 (3) в (t ) Р 1 н кр р где а *, а1, в *, в1 постоянные величины и угловые коэффициенты, * * определяемые по результатам тяговых испытаний трактора на определенной рабочей передаче и заданном агрофоне (таблица 1);
Ркр * экстремальное значение тягового усилия Ркр трактора на заданном ** рабочем режиме (передаче) трактора, кН;
N кр - экстремальное (максимальное) значение тяговой мощности N кр трактора на заданном * рабочем режиме (передаче) трактора, кВт;
t н - экстремальное значение аргумента t н.
Таблица 1 – Постоянные величины и угловые коэффициенты для определения математических ожиданий скорости движения V р и тяговой мощности N кр трактора МТЗ-102 (IY рабочая передача, агрофон - поле, подготовленное под посев) а* в* А1/ А2/ В1/ В2/ а1* в1* 2,92 6,520 -0,0364 -0,2940 9,440 3,600 -0,3304 -0, Экстремальное (оптимальное) значение тяговой мощности N кр трактора на заданном рабочем режиме (передаче) трактора определяется из выражения:
N кр 0,5a Ркр в Р кр (1 р ) a1 Ркр в1 Ркр (1 р ) (tН ) в1 (tН ) Ркр Р. (4) 2 2 2 Оптимальное (стационарное значение) скорости движения, соответствующее максимуму производительности МТА определяется из формулы:
V P 0,5(a в Р кр ) a1 в1 Р кр (t Н ) в1 (t Н ) Р кр Р, (5) где Р кр, t Н – тяговое усилие и аргумент функций Ф(t Н ) и (t Н ), соответствующие критерию Wч max.
Оптимальные значения вышеприведенных параметров МТА были определены с использованием ЭВМ.
Оптимальное значение уровня реализации эксплуатационных параметров МТА определялся по формуле:
* Х * / Х н, (6) Х где Х, Х н соответственно оптимальное и базовое значения * эксплуатационного параметра МТА.
В третьей главе изложена программа экспериментальных исследований, описаны условия испытания МТА, приведены перечень приборов, методики измерения параметров, обработки экспериментальных данных, оценка погрешностей измерений и точности результатов испытаний.
Целью экспериментальных исследований была проверка теоретических разработок по повышению эффективности технологического процесса посева зерновых культур на гребнях путём обоснования параметров и режимов работы универсальной комбинированной сеялки с трактором класса 1,4 на поливных землях Гиссарской долины Республики Таджикистан.
Для достижения постановленной цели предусматривалось решение следующих задач:
1. Разработать технологическую схему универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» для внесения минеральных удобрений, нарезки гребней и широкополосного посева зерновых культур на поливных землях Гиссарской долины.
2. Рассчитать конструктивные параметры универсальной комбинированной сеялки и прогнозные значения эксплуатационных показателей МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
3. Определить значения показателей эксплуатационно технологической оценки посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2, «Зироаткор».
4. Провести сравнительную оценку расчетных (теоретических) и экспериментальных данных.
Для решения поставленных задач нами была разработана программа исследований, которая включала в себя:
- определение условий работы и критериев оценки эффективности универсальной комбинированной посевной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор»
с трактором класса 1,4;
- расчёт конструктивных и технологических параметров универсальной комбинированной посевной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор»;
- создание и экспериментальное исследование работы сеялки КМ 2,4 «Зироаткор»;
- определение эксплуатационных показателей посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор»;
- обоснование оптимальных режимов работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
Первый этап работы предусматривал выполнение теоретических расчетов по обоснованию конструктивных параметров и эксплуатационных показателей и оптимальных режимов работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
На втором этапе были проведены экспериментальные исследование посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» и сравнивались эмпирические данные с теоретическими.
Общий вид объекта исследований при выполнении технологического процесса показан на рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 - Объект исследований Рисунок 3 - Объект исследований (вид сзади) (вид сбоку) Определение эксплуатационно-технологических показателей МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» и его энергетическая оценка проводилось согласно методик, изложенных в ГОСТ 24055-88 «Методы эксплуатационно-технологической оценки» и ОСТ 102.2 – 86 «Испытание сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки».
При обосновании конструктивно-технологических параметров универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» была использована программа для ЭВМ, разработанная в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии «Расчёт конструктивных параметров почвообрабатывающих и посевных агрегатов блочно-модульной структуры» (Свидетельство № 2011616385). Вероятностно статистические оценки агротехнических и эксплуатационных показателей МТА определялись по общеизвестной методике РТМ44-62 и с использованием ЭВМ по методическому пособию проф. А.М. Валге «Обработка данных в Excel на примерах».
В четвёртой главе приведены результаты экспериментальных исследований универсальной комбинированной сеялки КМ-2, «Зироаткор» в агрегате с трактором МТЗ-102.
Основная техническая характеристика сеялки приведена в таблице 2.
Структурная схема сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» представлена на рисунке 4.
Показатели эксплуатационно-технологической оценки работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор», установленные по результатам фотографии рабочего времени, приведены в таблице 3.
Таблица 2– Техническая характеристика КМ-2,4 «Зироаткор»
№ Параметр Значение п/п Тип машины навесная Производительность за час основного времени, 1,0 – 1, га/час Рабочая скорость, км/ч 3 6- Транспортная скорость, км/ч не более Ширина захвата рабочая, м 5 2, Число формируемых гребней 6 Междурядье, см 7 Количество обслуживающего персонала, чел.
8 Дорожный просвет, мм 9 10 Диаметр опорного колеса, мм 11 Ширина катка, мм 12 Ширина широкополосного сошника, мм 13 Норма высева семян, кг/га 180 - 14 Расстояние от наральника гребнеделателя до выходной части широкополосного сошника, мм 15 Длина вылета маркера, мм 11 Габаритные размеры, мм:
длина ширина Высота 12 Масса, кг 13 Тяговый класс трактора, т 0,9 – 1, Установленные эксплуатационно-технологические показатели свидетельствуют о том, что МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор»
технологический процесс выполняет устойчиво, о чем свидетельствует значение коэффициента надежности технологического процесса равный 0,97.
Общий вид полученных всходов пшеницы посеянной КМ-2, «Зироаткор» (а) и традиционной зерновой сеялкой СЗ-3,6 рядовым способом (б) представлен на рисунке 5.
Рисунок 4 – Структурная схема КМ-2,4 «Зироаткор»:
рама с навесным механизмом 1, опорно-приводные колёса 3 с телескопическим механизмом регулировки глубины хода рабочих органов 2, рабочие органы - удобрители 4, гребнеделатели 5, широкополосные сошники 6, катки 7 закрепленные к раме замком 8, двустворный семенной и туковый ящик 13 с высевающими аппаратами 11 и 12, семяпроводы 9, тукопроводы 10, цепь 14, маркеров а) б) Рисунок 5 - Общий вид полученных всходов пшеницы посеянной КМ 2,4 «Зироаткор» (а) и традиционной зерновой сеялкой СЗ-3,6 рядовым способом (б) Удельный расход топлива на 1 га выполненной работы составил 11,73 кг. Производительность агрегата и другие показатели его работы соответствовали данным технического задания.
Таблица 3 - Показатели эксплуатационно-технологической оценки работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» (агрофон – поле, подготовленное под посев, длина гона – 300 м, Гиссарский район) Показатели Значение показателя Производительность агрегата за 1 час (га):
– основного времени 1, – технологического времени 1, – сменного времени 1, – эксплуатационного времени 1, Удельный расход топлива, кг/га: 11, Количество обслуживающего персонала, чел: Затраты труда, чел.-час/га 1, Коэффициент надежности технологического 0, процесса Коэффициент использования времени смены 0, За основной критерий оценки эффективности был принят максимум производительности МТА. С целью определения дополнительных критериев и формирования сбалансированной системы эксплуатационных показателей анализировалась чувствительность выбранного критерия к подчиненным критериям более низкого порядка и зависимым эксплуатационным параметрам.
С этой целью были построены графики, отражающие зависимости:
основного критерия Wч max от дополнительных критериев оценки эффективности;
дополнительных критериев от других параметров посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
В качестве примера на рисунках 6-7 представлены зависимости часовой производительности посевного агрегата от коэффициента использования времени смены и тяговой мощности трактора МТЗ-102.
Анализ зависимостей позволил установить степень чувствительности основного критерия Wч max к изменению каждого отдельно эксплуатационного параметра МТА. В результате была сформирована итоговая таблица 4, представляющая собой сбалансированную систему эксплуатационных параметров и показателей качества работы МТА по основному критерию максимума производительности агрегата Wч max.
Рисунок 7 - Зависимость часовой Рисунок 6 - Зависимость часовой производительности Wч МТА МТЗ производительности Wч МТА МТЗ 102+КМ-2,4 «Зироаткор» от 102+КМ-2,4 «Зироаткор» от удельного сопротивления К а коэффициента использования времени смены (при 0,80 ;
агрегата (при К а 3,7кН / м ;
N кр 17,0 кН) N кр 17,0 кВт) Таблица 4 – Сбалансированная система эксплуатационных показателей МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» по критерию максимума производительности агрегата Wч max № Показатель (параметр) Единица Угловой коэфф.
п/п измерения кВт 1 0, Тяговая мощность трактора N кр м/с 2 8, Рабочая скорость движения Vр кН Ркр 3 2, Тяговое усилие Коэффициент использования времени смены 4 - 1, см 5 Глубина заделки семян hсем см 6 Высота гребней hгр см 7 Глубина заделки удобрений h уд в пос 8 Ширина высеваемой полосы см Данная сбалансированная система представляет собой рациональное количество управляемых эксплуатационных параметров, подлежащих оптимизации на предмет достижения максимума производительности МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
По результатам экспериментальных исследований были определены вероятностно-статистические оценки эксплуатационных параметров и показателей качества работы посевного агрегата. В качестве примера на рисунке 8 отражены зависимости вероятностно статистических оценок глубины заделки семян hсем от скорости движения V р МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» (а) и плотности распределения вероятностей (hсем ) от параметра hсем (б).
Рисунок 8 - Зависимости вероятностно статистических оценок глубины заделки семян hсем от скорости движения V р МТА МТЗ-102+КМ 2,4 «Зироаткор» (а) и плотности распределения вероятностей (hсем ) от а) параметра hсем (б);
1 V р 1,37 м / с ;
2- V р 1,75 м / с ;
3- V р 2,15 м / с б) С использованием интерполяционной формулы Лагранжа были установлены эмпирические зависимости эксплуатационных параметров и агротехнических показателей работы МТА МТЗ-102+КМ-2, «Зироаткор» от скорости его движения (таблица 5).
Таблица 5 - Эмпирические зависимости вероятностных оценок Ркр, тяговой мощности тягового усилия N кр, часовой производительности W ч, глубины заделки семян hсем, высоты гребней hгр, глубины заделки удобрений h уд и ширины высеваемой полосы в пос при работе МТА МТЗ-102+СГУ-2,4 «Зироаткор» (при 1,37 V р 2, м/с) Вероятнос Показатель тные Расчётная формула оценки параметра 1,39001V p 7,02105V p 0, P кр, кН Тяговое р кН усилие 0,07102V p 1,12947V p 0, трактора Ркр 0,00101V p 0,06895V p 0, р Тяговая 0,31376V p 13,37368V p 7, N кр, кВт мощность N трактора 2,06697V p 10,59368V p 10, кр N кр кВт N 0,01079V p 0,10210V p 0, кр Производи- 0,02362V p 0,94211V p 0, W ч, га/ч тельность W МТА 0,04622V p 0,03474V p 0,, Wч га/ч W 0,00455V p 0,08526V p 0, h сем, см 0,06410V p 0,70V p 5, Глубина заделки семян h, см 0,67476V p 1,63158V p 1, hсем Продолжение таблицы h 0,14980V 0,35421V p 0, p hгр, Нм 4,21390V p 11,38421V p 13, Высота гребней h, Нм 0,08435V p 0,57895V p 0, hгр h 0,00523V p 0,00210V p 0, Ширина впос, см 0,05398V p 1,01053V p 31, высеваемой в, см полосы 0,35425V p 1,63158V p 0, пос в пос в 0,007254V p 0,03579V p 0, пос Глубина h уд, см 1,6076V p 6,5947V p 29, заделки удобрений h, см 0,75067V p 2,0526V p 2, h уд уд h 0,03104V p 0,08105V p 0, уд Установленные эмпирические зависимости связаны с наиболее полным математическим описанием исследуемого процесса и выражают собой закономерность изменения вероятностно-статистических оценок эксплуатационных параметров и агротехнических показателей работы МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор».
Оптимальные режимы работы МТА МТЗ-102+КМ-2, «Зироаткор». Оптимальные значения эксплуатационных и агротехнических показателей посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2, «Зироаткор» для рассматриваемых условий функционирования, проверенные в ходе экспериментальных исследований, приведены в таблице 6.
Оптимальные значения уровня использования энергетических параметров и допускаемые отклонения агротехнических показателей МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» для рассматриваемых условий функционирования, приведены в таблице 7.
Таблица 6 – Оптимальные значения эксплуатационных и агротехнических показателей МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор»
(агрофон – поле, подготовленное под посев, длина гона – 300 м, коэффициент вариации нагрузки р 16,5%, Гиссарский район) № Показатель (параметр) Единица Оптимальное п/п измерения значение кВт 1 17, * Тяговая мощность трактора N кр м/с 2 1, Скорость движения МТА V * р кН 3 9, Тяговое усилие Р * кр Коэффициент использования времени смены 4 - 0, 5 * Глубина заделки семян hсем см 4, см 6 19, * Высота гребней h гр см 7 22, * Глубина заделки удобрений h уд см 8 32, Ширина высеваемой полосы в пос * Оптимальные значения уровня использования энергетических параметров МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» в пределах изменения коэффициента вариации нагрузки 0 р 33,3% (агрофон – поле, подготовленное под посев, длина гона – 300 м) приведены в таблице 8.
Таблица 7 – Оптимальные значения уровня использования энергетических параметров и допускаемые отклонения агротехнических показателей МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» (агрофон – поле, подготовленное под посев, длина гона – 300 м, коэффициент вариации нагрузки р 16,5%, Гиссарский район) № Показатель (параметр) Обозначение Оптимальное п/п значение 1 2 3 Тяговая мощность трактора * 1 0, N кр Рабочая скорость движения V 2 0, * МТА р Загрузка трактора * 3 0, Р кр Продолжение таблицы 1 2 3 Отклонение глубины заделки семян от hсем 0,0540hсем.н установленной Отклонение высоты гребней от установленной hгр 0,0235hгр.н Отклонение глубины заделки удобрений от hуд 0,0680hуд.н установленной Ширина высеваемой полосы в пос 0,0963впос.н в пос * Таблица 8 - Оптимальные значения уровня использования энергетических параметров МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор»
(агрофон – поле, подготовленное под посев, длина гона – 300 м, коэффициент вариации нагрузки 0 р 33,3%, Гиссарский район) № Показатель (параметр) Обозначение Оптимальное п/п значение Оптимальный уровень использования тяговой 1,0 – 0, * кр мощности трактора N Оптимальный уровень использования рабочей V р 1,0 - 0, * скорости движения МТА Оптимальная загрузка * кр 3 1,0 - 0, трактора Р Технико-экономическая оценка эффективности результатов исследований. Ожидаемый годовой энергетический эффект от реализации оптимальных режимов работы посевного агрегата МТЗ 102+КМ-2,4 «Зироаткор» определяется по формуле:
ЭГ (Эi.н Эi* ) Wч* t г, * (7) Эi.н базовое где (нормативное) значение энергоемкости технологического процесса, МДж/га;
Эi* оптимальное значение энергоёмкости технологического процесса, МДж/га;
Wч* оптимальное значение производительности агрегата, га/ч;
t г зональная годовая загрузка агрегата, ч.
Годовой энергетический эффект от реализации оптимальных режимов работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор», с учётом вышеизложенного, будет равен:
Эг* (11321,350 11168,384) 1,34 70 14348,211МДж.
Оценка экономической эффективности технологии посева пшеницы на гребнях широкополосным способом, по сравнению с ее посевом на гладкой поверхности узкорядным способом с последующей нарезкой поливных борозд (типовая технология), нами произведена по величине урожайности на 1 га посева.
Величина урожайности по типовой технологии составил 38, центнер с 1 га. По технологии возделывания пшеницы на гребнях было получено 50,0 центнеров с 1 га. Разница в урожайности составила 12, центнер с 1 га.
Экономический эффект от использования технологии одновременной нарезки гребней, внесения минеральных удобрений под гребни и широкополосного посева семян посевным агрегатом МТЗ 102+КМ-2,4 «Зироаткор» рассчитан по формуле:
Эг (У Т.Т. У П.Т. ) С П, (12) где У Т.Т. величина урожая, полученная с 1 га посева по типовой технологии, центнер;
У П.Т. величина урожая, полученная с 1 га посева по технологии посева на гребнях, центнер;
С П себестоимость центнера пшеницы, рубль.
Годовой экономический эффект от использования технологии одновременной нарезки гребней, внесения минеральных удобрений под гребни и широкополосного посева семян посевным агрегатом МТЗ 102+КМ-2,4 «Зироаткор» составил:
Эг (У П.Т. У Т.Т. ) С П (46,4 38,0) 2258,0 18967,2 рублей.
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 1. Установлено, что сельскохозяйственные предприятия республики посев зерновых культур, в том числе и пшеницы, проводят способами:
- сплошной рядовой – с междурядьями 15 см;
- перекрестный – с междурядьями 15 см;
- узкорядный – с междурядьями 7-8 см.
Традиционно посев производится на гладкой поверхности с последующей нарезкой поливных борозд в основном зерновой сеялкой СЗ-3,6 вышеназванными способами.
Многолетний производственный опыт показывает преимущество осенних посевов зерновых перед весенними посевами. Оптимальный срок посева октябрь-ноябрь месяцы. Сев в этот срок позволяет получить дружные всходы. Растения пшеницы должны зимовать в фазе начала полного кущения. Норма высева семян на 1 га составляет – 180-220 кг в зависимости от сорта.
Как показывает анализ, лимитирующим фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур на богарных землях является влажность почвы. Накопление и сохранение влаги на богарных землях достигается применением новых приёмов обработки почвы различными почвообрабатывающими орудиями.
Анализ исследований показывает, что возделывания сельскохозяйственных культур на гребнях или грядах, особенно в зонах недостаточного и повышенного увлажнения, обеспечивает повышение урожайности на 15-20 %. На гребнях или грядах улучшаются физико механические свойства почвы (пористость, плотность сложения, твердость, влажность), анаэробные и аэробные процессы, процесс гумусообразования, рано наступает сроки посева из-за повышения температуры.
Совмещение операций нарезки гребней, внесения под ними минеральных удобрений с широкополосным посевом зерновых культур на гребнях обеспечивает лучшие условия для прорастания семян и урожайности. Широкополосный посев на гребнях по сравнению с рядовым посевом позволяет более эффективно использовать площадь питания растений, увеличить допуск на неравномерность глубины заделки семян зерновых.
2. Обоснованные конструктивные и технологические параметры универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор», обеспечивают выполнение нескольких технологических операций (внесение минеральных удобрений, формирование гребней, посев, заделка семян и выравнивание поверхности гребней) в соответствии с агротехническими требованиями. Разработанную сеялку КМ-2, «Зироаткор» можно использовать для посева, как зерновых, так и для мелкосеменных культур путем замены звёздочки и высевающего аппарата. Эффективность использования универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» также обеспечивается сравнительно низкой ее материалоёмкости, высокой степени унификации с другими посевными агрегатами, себестоимость ее составляет приблизительно 45 тыс. рублей (или 1500 условных единиц), что доступна почти всем фермерским хозяйствам.
3. Установленные эксплуатационно-технологические показатели свидетельствуют о том, что универсальная комбинированная сеялка КМ 2,4 «Зироаткор» в агрегате с трактором класса 1,4 технологический процесс выполняет устойчиво, о чем свидетельствует значение коэффициента надёжности технологического процесса равный 0,97. При этом удельный расход топлива на 1 га выполненной работы составил 11,73 кг. Производительность агрегата и другие показатели его работы соответствовали данным технического задания.
4. Выбраны критерии оценки эффективности и сформирована сбалансированная система эксплуатационных показателей, позволяющие существенно упростить процесс оптимизации режимов работы МТА и реально обеспечить непрерывного контроля эксплуатационных параметров при выполнении технологических процессов.
5. Обоснованы оптимальные режимы работы посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор», обеспечивающие эффективное его функционирование при выполнении технологического процесса. В условиях испытаний (агрофон – поле, подготовленное под посев, длина гона – 300 м, коэффициент вариации нагрузки р 16,5%, Гиссарский район Таджикистана) в качестве оптимальных значений агротехнических и эксплуатационных параметров МТА МТЗ-102+КМ 2,4 «Зироаткор» установлены следующие:
- тяговая мощность трактора: N кр 17,7кВт ;
- рабочая скорость * движения МТА: V р* 1,95 м / с ;
- тяговое усилие: Ркр 9,1кН ;
* коэффициент использования времени смены: 0,75 ;
- глубина заделки семян: hсем 4,73см ;
- высота гребней: hгр 19,53см ;
- глубина * * заделки удобрений: h уд 22,37см ;
- ширина высеваемой полосы:
* в пос 32,89см.
* Оптимальные значения уровня загрузки трактора, степени использования тяговой мощности и скорости движения агрегата и допускаемые отклонения агротехнических показателей работы МТА МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор» равны:
- тяговая мощность трактора * 0,550 ;
- рабочая скорость:
N кр 0,844 ;
- тяговое усилие: * 0,649 ;
- отклонение глубины * Р Vр кр заделки семян от установленной: hсем 0,0540hсем.н ;
- отклонение высоты гребней от установленной: hгр 0,0235hгр.н ;
- отклонение глубины заделки удобрений от установленной: h уд 0,0680hуд.н ;
ширина высеваемой полосы: в пос 0,0963впос.н.
При изменении коэффициента вариации р нагрузки от 0 до 0,333, оптимальные значения вероятностных коэффициентов энергетических параметров посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2,4 «Зироаткор»
колеблются в следующих пределах (IY рабочая передача):
- уровень использования тяговой мощности трактора * 1,0 0,517 ;
N кр уровень использования рабочей скорости МТА V 1,0 0,796 ;
* р - уровень загрузки трактора * 1,0 0,649.
Ркр При нормативном значении коэффициента вариации нагрузки р 0,167 оптимальные значения вероятностных коэффициентов энергетических параметров посевного агрегата МТЗ-102+КМ-2, «Зироаткор» равны (IY рабочая передача):
- уровень использования тяговой мощности трактора * 0,528 ;
N кр - уровень использования рабочей скорости МТА V 0,813 ;
* р - уровень загрузки трактора * 0,649.
Р кр 6. Ожидаемый годовой энергетический эффект от реализации оптимальных режимов работы и использования универсальной комбинированной сеялки КМ-2,4 «Зироаткор» в агрегате с трактором МТЗ-102 для посева зерновых на гребнях составляет 14348, МДж/агрегат.
Перспективы дальнейшей разработки темы: необходимо уточнить норму выработки и расхода топлива на технологические операции посевного периода, разработать компьютерные системы проектирования энергосберегающих технических средств и технологий возделывания пшеницы на гребнях или грядах.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
в изданиях, включенных в Перечень ВАК РФ:
1.Джабборов Н.И. Оптимизация ширины захвата МТА на стадии проектирования /Джабборов Н.И., Эвиев В.А., Добринов А.В., Джабборов П.Н. //«Тракторы и сельскохозяйственные машины», - 2008, №10. - с. 30 31.
2.Джабборов П.Н. К вопросу разработки универсальной сеялки для посева семян зерновых и овощных культур на гребнях и грядах /Доклады ТАСХН, № 2 (28), Душанбе, 2011. - с. 73-76.
3. Джабборов П.Н. Комбинированная машина КМ-2, «Зироаткор» для внесения минеральных удобрений и широкополосного сева зерновых культур на гребнях /Джабборов П.Н., Сафаров М.
//Доклады ТАСХН №4 (34), Душанбе, 2012. - с. 52-55.
Патент:
4. Саидов С.Т., Сафаров М., Джабборов П.Н. Комбинированная машина КМ-2,4 «Зироаткор» для внесения минеральных удобрений и широкополосного сева мелкосеменных культур на гребнях. Патент от 2013 г., выданный ГУ НПИ Центр при Министерстве _ экономического развития и торговли Республики Таджикистан.
в других изданиях:
Сафаров М. Математическая модель универсальной сеялки 5.
для посева овощных культур /Ахунов Т.И., Сафаров М., Джабборов П.Н.
//Сборник научных трудов Института земледелия ТАСХН «Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства», Душанбе, «Ирфон», 2009, - с. 51-58.
6. Ахунов Т.И. Динамическая модель посевной секции гребневой сеялки с широкополосным сошником /Ахунов Т.И., Сафаров М., Джабборов П.Н., Мирзоахметов Х.// Сборник научных трудов Института земледелия ТАСХН «Актуальный проблемы, перспективы развития сельского хозяйства». Душанбе, «Ирфон», 2009, - с.154-160.
7.Сафаров М. Энергосберегающие машины для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур / Джабборов Н.И., Сафаров М., Джабборов П.Н. //Материалы Международной научной конференции «Актуальные проблемы развития сельскохозяйственной науки», посвящённой 20-летию Государственной Независимости Таджикистана и 20-летию образования Таджикской Академии сельскохозяйственных наук, Душанбе, 27-28-октября 2011. - с. 339-344.
8.Сафаров М. Трёхрядный сошник / Сафаров М., Джабборов П.Н., Гулов А. //Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства для обеспечения продовольственной безопасности Таджикистана», посвящённой 80-летию образования Института земледелия ТАСХН, Душанбе, 18-19-октября 2012. - с. 317-318.
9.Джабборов П.Н. Комбинированный способ обработки почвы с внесением минеральных удобрений и широкополосным севом мелкосеменных культур на гребнях/ Саидов С.Т., Сафаров М., Джабборов П.Н., Гулов А. //Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы, перспективы развития сельского хозяйства для обеспечения продовольственной безопасности Таджикистана», посвящённой 80-летию образования Института земледелия ТАСХН, Душанбе, 18-19-октября 2012. - с. 237-239.
Подписано в печать ……………. Формат 60х841/16.
Усл.печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ …..
_ Отпечатано с оригинал-макета заказчика в НП «Институт техники и технологий», Санкт-Петербург-Пушкин, Академический пр., д. 31, ауд.