автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя комбинированного почвообрабатывающего орудия

005538409

На правах рукопис.

Дроздов Сергей Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург, 2013

005538409

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет».

Научный руководитель почётный работник ВПО РФ,

доктор технических наук, профессор Константинов Михаил Маерович, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Савельев Юрий Александрович, профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства», ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»;

кандидат технических наук, доцент Хлызов Николай Терентьевич, зав. кафедрой «Почвообрабатывающие, посевные машины и земледелие», ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится 29 ноября 2013 г. в 12.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.051.02 при ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» по адресу: 460014, г. Оренбург, ул. Коваленко, д. 4 (корпус № 3 ОГАУ, инженерный факультет), ауд. 500.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета. Объявление о защите и автореферат размещены на сайте ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» http://www.orensau.ru и на сайте Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки Минобразования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан «Д (Г» к А. 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.А. Шахов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение роста производства продукции растениеводства немыслимо без осуществления рациональных способов обработки почвы, которые вбирают в себя применение энерго- и ресурсосберегающих по-чвощадящих технологий. Многочисленные исследования, посвященные земледелию в сухостепных регионах Российской Федерации, подтверждают рациональность применения комбинированных способов обработки почвы. Однако ряд существенных недостатков, а именно: быстрый износ рабочих органов и большая степень налипания почвы на них, увеличивает тяговое сопротивление комбинированных почвообрабатывающих орудий. Например, при возделывании зерновых культур на почвообработку отводится до 60 % всех энергозатрат. В связи с этим появилась необходимость дальнейшего усовершенствования почвообрабатывающих орудий путём внедрения в конструкцию различных вибрационных и импульсных методов интенсификации технологических процессов, что приведёт к снижению энергоёмкости выполнения обработки почвы.

Поэтому работа посвящена актуальному и практически значимому для сельскохозяйственного производства вопросу - обоснованию конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя, установленного на комбинированном почвообрабатывающем орудии.

Степень разработанности темы. В настоящее время в РФ и за рубежом ведутся исследования по созданию вибрационных почвообрабатывающих орудий. Предложено несколько вариантов реализации колебаний: автоколебания рабочих органов, вынужденные колебания рабочих органов в продольном или поперечном направлениях, угловые колебания рабочих органов. Однако в известных работах не предложены эффективные технические решения, и проблема требует дальнейшего исследования в этой области.

Цель работы - совершенствование эксплуатационно-технологических показателей комбинированного почвообрабатывающего орудия за счёт использования энергии направленных вынужденных колебаний.

Согласно поставленной цели определены задачи исследований:

1. Разработать теоретическую модель процесса взаимодействия с почвой комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого механическим вибровозбудителем.

2. Разработать конструкцию механического вибровозбудителя направленного действия.

3. Провести полевые испытания комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого вибровозбудителем.

4. Оценить технико-экономическую эффективность внедрения колебаний.

Объект исследования. Процесс обработки почвы комбинированным почвообрабатывающим орудием, оснащённым механическим вибровозбудителем.

Предмет исследования. Закономерности, характеризующие влияние конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя на тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия и качество обработки почвы.

\

. \ ч

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, законов и методов классической механики, физики, математики и аналитической геометрии. Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях на основе общепринятых методик в соответствии с действующими ГОСТами, а также с использованием теории планирования многофакторных экспериментов. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием методов математической статистики, а также программ Microsoft Excel, Испытания 3.4 и Statistica 6.1.

Научная новизна. Получены теоретические закономерности для определения тягового сопротивления и амплитуды колебания комбинированного почвообрабатывающего орудия при использовании вибровозбудителя. Разработаны конструкция агрегата комбинированного почвообрабатывающего агрегата с маятниковым вибратором направленного действия и устройство для автоматического регулирования технологического процесса работы почвообрабатывающей машины, новизна которых подтверждена патентами РФ на изобретение № 2415526, № 2472328.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты теоретических исследований позволили разработать маятниковый вибратор направленного действия. Применение экспериментального вибровозбудителя на комбинированном почвообрабатывающем орудии для основной обработки почвы позволяет снизить тяговое сопротивление на 23 % и часовой расход топлива -на 21,8 %, при увеличении степени крошения почвы на 9,4 %.

Вклад автора в проведенное исследование. Разработана модель процесса обработки почвы комбинированным почвообрабатывающим орудием с вибровозбудителем, получены аналитические зависимости, характеризующие изменение тягового сопротивления и амплитуду колебания усовершенствованного комбинированного почвообрабатывающего орудия, проведены полевые экспериментальные исследования комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого вибровозбудителем.

Достоверность результатов работы подтверждается высокой сходимостью теоретических и экспериментальных данных результатов исследования разработанного вибровозбудителя для комбинированного почвообрабатывающего орудия при основной обработке почвы.

Реализация результатов исследований. Экспериментальное комбинированное почвообрабатывающее орудие, оснащённое вибровозбудителем, прошло производственные испытания в с. Владимировка Тюльганского района Оренбургской области и внедрено в производство в НПЦ «Учебно-опытное поле» ОГАУ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе кафедры механизации технологических процессов в АПК ОГАУ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- аналитические закономерности, характеризующие тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем;

- теоретическая модель закона движения комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащенного вибровозбудителем;

- конструкция вибровозбудителя с регулируемыми конструктивно-режимными параметрами;

- показатели экономической эффективности использования комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных научно-практических конференциях Оренбургского ГАУ, Башкирского ГАУ (2009 — 2013 гг.), межвузовских конференциях, международной научно-практической конференции «Агроин-женерная наука - сельскохозяйственному производству», посвященной 50-летию со дня основания ЦелинНИИМЭСХ, Казахстан, г. Костанай (2012 г.).

Публикация материалов исследования. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из них 5 в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, получены патенты РФ на изобретения. Объем публикаций составляет 2,68 п.л., из них автору принадлежит 1,62 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 124 наименований и 13 приложений. Диссертация изложена на 164 страницах основного машинописного текста, содержит 5 таблиц и 55 рисунков. Общий объем диссертации составляет 179 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и ее научная и практическая значимость.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» рассмотрены орудия для комбинированной обработки почвы, проанализированы способы снижения тягового сопротивления сельскохозяйственных машин, разработана классификация возбудителей колебаний и выявлены технологические и конструктивные направления их реализации на комбинированном почвообрабатывающем орудии.

Методам снижения тягового сопротивления почвообрабатывающих и других сельскохозяйственных машин и орудий посвящено множество работ таких авторов: А.Д. Аджиловского, В.В. Бледных, В.П. Горячкина, A.A. Дубровского, М.Н. Ерохина, А.И. Завражного, С.Н. Капова, А.Б. Когана, М.М. Константинова, В.Н. Клюенко, Н.К. Мазитова, К.Т. Мамбеталина, О.М. Мацепуро, В.А. Ми-люткина, С.Г. Мударисова, Ю.Ф. Новикова, М.И. Панова, H.A. Печерцева, И.В. Попова, A.C. Путрина, P.C. Рахимова, Ю.А. Савельева, Г.Н. Синеокова, Н.Т. Хлызова и других ученых, что определило направление исследования.

Применяемые в настоящее время комбинированные почвообрабатывающие орудия для основной обработки почвы имеют ряд существенных недостатков. Большое тяговое сопротивление орудий привело к использованию

энергонасыщенных тяжёлых тракторов. Что приводит к дополнительному переуплотнению верхних слоев почвы.

Во второй главе «Теоретические основы совершенствования комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем» разработана теоретическая модель процесса взаимодействия комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого механическим вибровозбудителем, с почвой. На основании анализа вибровозбудителей обоснована необходимость применения маятникового вибратора направленного действия. Обоснован и выбран закон движения почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем. Получены закономерности, характеризующие тяговое сопротивление и амплитуду колебания предлагаемого комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем в зависимости от его конструктивно-режимных параметров, физико-механических свойств почвы и агротехнологических параметров работы.

При решении задач, связанных с взаимодействием вибрационного комбинированного почвообрабатывающего орудия, было положено математическое описание одномассовой колебательной системы в виде упруго-вязких элементов «вибрационное почвообрабатывающее орудие - почва». При этом схема с вертикальными и горизонтальными колебаниями представлена в виде неконсервативной системы с двумя степенями свободы (рис. 1).

У

Ьу

г /

Ьх

У "Л

X ' и Й■ 0

№

Су.

\ - почвообрабатывающее орудие; 2 - маятниковый вибратор направленного действия

Рисунок 1 - Колебательная система «вибрационное почвообрабатывающее орудие - почва»

Уравнения движения системы можно записать в виде дифференциального уравнения вынужденных колебаний:

(1)

(т, + т2)х + Ьх х + схх = Fx sin coi

O, + m2)y + byy + cyy = Fysm(£>t, где т/ - масса почвообрабатывающего орудия, кг; т2 - суммарная масса дебалансов, кг;

хиу — соответственные перемещения относительно осей Xи У, м; сх - суммарная жёсткость почвы в горизонтальной плоскости, Н/м; с, - суммарная жёсткость пневмошин и почвы в вертикальной плоскости, с=с +с , Н/м;

у п поч' '

Ьх - коэффициент сопротивления от почвы, Н-с/м;

Ъу - суммарный коэффициент сопротивления от почвы и пневмошин b»=h+b„ , н-с/м;

у п поя7 '

FxvlF - амплитудное значение возмущающей силы относительно осей Хи У, Н;

со - угловая скорость вращения дебаланса, рад/с; t — время, с.

Составляющие возмущающих сил определим по формуле: \F = 2 mr ■ ш2 • sinш■ j

■sina

(2)

[Fy = 2 m-r - со • sin coi ■ cos a, где m - масса дебаланса, кг;

г - расстояние центра масс дебаланса от точки вращения, м; а - угол установки корпуса вибратора к горизонту, град. В общем случае, решения уравнения 1, отвечающие установившимся вы нужденным колебаниям при условии сох= соу= со, будут иметь вид:

2от-г-ш2 - cosa

6,5-C0-jA[+ATB

(3)

-co

4r -co6-cos2 a

V1

ПОЧ

У a =-

m„

2m ■ r ■ со2 • sin a

6,5 .C0-y]ABn+Al Vt-V¡ 4 • r • со2 • sin a • (F¡ -V¿

\2

m

-ю

(4)

Í 2 ■ 2 ■ Л2

г- со • sin a | r • со • sin cx

oo

где х - амплитуда вынужденных колебаний по направлению оснХ, м; у — амлитуда вынужденных колебаний по направлению оси У, м; 6,5 - размерный коэффициент; С0 - коэффициент постели, Н/м3;

Апг,Апв - площадь основания плоскореза, контактирующего с почвой в горизонтальной и вертикальной плоскостях, м2;

А Г,А в - площадь основания рыхлителя, контактирующего с почвой в гор р „ 7 ризонтальнои и вертикальной плоскостях, м ,

К, и У2 - скорости груза, действующие на пневмошину до и после удара соответственно, м/с; 1 - деформация пневмошины, м;

Кп - скорость деформации пневмошины и почвы, м/с; V - скорость деформации почвы, м/с;

т0 - суммарная масса почвообрабатывающего орудия и дебалансов, кг. В случае, когда коэффициенты сопротивления не равны нулю, почвообрабатывающее орудие будет совершать эллиптические колебания, но оси эллиптической траектории будут не параллельны осям координат. Одна из осей эллиптической траектории повёрнута относительно оси ОХ на угол (рис. 2):

1 „ 2х.увС08(ф -фх)

а, =- аг^-^--г-, (5)

2 ха-уа

где ф , ф - фазовые углы, определяющие положение центра масс системы дебалансов, рад.

В результате получим уравнение движения почвообрабатывающего орудия, причём значительно зависящее от Дф = (рис. 2):

N2

- 2— соб(ф - ф,) = бш2 (фг -ф,). (6)

*а У.

Анализ траектории теоретического перемещения почвообрабатывающего орудия под действием возмущающей силы позволил выявить три зоны: зона положительного перемещения - 1, характеризуется с положительным направлением результирующей возмущающей силы; зона - 2, характеризуется отрицательными значениями возмущающей силы. При условии отсутствия перемещения в зоне - 3, т.к. почва обладает большими сопротивлениями, эллипс перемещения будет проходить по условной линии дна борозды. Тогда площадь зоны 1, работа положительной силы, больше зоны 2, отрицательной работы. Таким образом, теоретически установлено, что применение вибровозбудителя направленного действия позволяет получить положительную работу возмущающей силы, реализуемую в движущую силу почвообрабатывающего орудия.

Теоретические расчёты показали, что для более эффективного снижения тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия необходимо его усовершенствование путём установки на раму машины вибровозбудителя, который будет создавать возмущающую силу Г, которая будет раскладываться на горизонтальную Гх и вертикальную Ру плоскости.

( \ X 2 + Г \ У_

\ У а У

Рисунок 2 - Траектория теоретического перемещения точки центра тяжести почвообрабатывающего орудия под действием возмущающей силы: хт и ут -амплитуда вынужденных колебаний по направлению осей X и 7 соответственно, при повороте дебалансов на 180°

Принимая во внимание результаты проведённого анализа, была разработана схема комбинированного почвообрабатывающего агрегата с вибровозбудителем, которая представляет собой маятниковый вибратор направленного действия с регулируемыми конструктивно-режимными параметрами (рис. 3) и устройство для автоматического регулирования технологического процесса работы почвообрабатывающей машины.

Технические решения защищены патентами РФ № 2415 526 «Почвообрабатывающий агрегат» и № 2472328 «Устройство для автоматического регулирования технологического процесса почвообрабатывающей машины».

Вибровозбудитель представляет собой маятниковый вибратор направленного действия, имеющий зубчатые колёса, выполненные в виде дебалансов, которые вращаются с одинаковой угловой скоростью и создают возмущающую силу. Привод зубчатых колёс осуществляется от асинхронного электродвигателя (рис. 4).

бор, фиксирующий тяговое сопротивление; 9 - рыхлитель; 10 - ось шарнира; 11 - гидроцилиндр

Рисунок 3 — Почвообрабатывающий агрегат

3

1 - электродвигатель; 2 - рама; 3 - дебалансы; 4 - ось шарнира Рисунок 4 - Маятниковый вибратор направленного действия

Для комплексной оценки преимуществ и недостатков усовершенствованного комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем необходимо учесть, на сколько будет снижаться тяговое сопротивление.

Следовательно, для того чтобы использовать вибровозбудитель на комбинированном почвообрабатывающем орудии, необходимо определить его конструктивно-режимные параметры с таким условием, чтобы не снижалось качество обработки почвы. Для этого почву принимаем за реологическую модель (рис. 5). Так как движение почвообрабатывающего орудия по полю не является равномерным, а в виде толчков (колебаний), эти колебания возникают за счёт неоднородности структуры почвы и за счёт вынужденных колебаний маятникового вибратора, установленного на раме машины, вводим ряд допущений. Для этого все рабочие органы из-за их симметричного расположения на раме орудия приведём к одной точке О.

/////////////

Рисунок 5 — Силовое возбуждение колебаний почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем

Рабочий орган (плоскорезная лапа и глубокорыхлитель) воздействует на почвенный объём V в горизонтальной и вертикальной плоскостях через точку О. При этом сила воздействия Я рабочего органа будет расходоваться на деформации упругого Спочв и вязкого Ьпоп элементов. Тогда сила воздействия, вызывающая сопротивление почвенного объёма в горизонтальной плоскости Яг и вертикальной плоскости Лв, равна:

(7)

где ^ - сила, расходуемая на преодоление упругих сопротивлений почвы, Н;

- сила, расходуемая на преодоление вязких сопротивлений почвы, Н; Рп - сила сопротивления протаскиванию почвообрабатывающего орудия, Н;

п — количество рабочих органов почвообрабатывающего орудия, шт. Тяговые сопротивления (7) можно определить следующим образом:

рп=(р-р,У/, (8)

^ = КГЛ>-7ИП0ЧВ

Sl ■а Vn • v - /и

В почв

5,-а (9)

Г = Ь •V

2 почв! г (10)

= Ъпсяв2УЪ> где б — вес почвообрабатывающего орудия, Н;

/ - коэффициент сопротивления передвижению почвообрабатывающего орудия;

Ув — скорость перемещения точки О - контакта рабочего органа с почвой в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, м/с; '"почв- масса почвы в слое, участвующая в обработке, кг;

- площадь обработки почвы, м2; а - средняя глубина обработки почвы, м; v — кинематическая вязкость почвенного слоя, м2/с; ¿поч>1, ¿поч>2 - элементы вязкости (тело Ньютона) в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, Н-с/м.

После определения всех составляющих формул (8) - (10) получим:

Rr =n-Vr ■(^-^ms-+bmi¡ll) + (G-2т-г-(й2 -cosa)-f -Im-r-tí)1 'sina S¡ ■ a

\¡E-y S.a

r-G)2 - cosa,

(11)

где ав - предел прочности почвы, Па;

Е — модуль упругости почвы при сжатии и растяжении, Па; g - ускорение свободного падения, м/с2; у - удельный вес почвы, Н/м3.

В итоге, результирующую тягового сопротивления определили:

РТ=^2Г+К . (12)

Таким образом, были получены закономерности (11, 12), характеризующие тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем в зависимости от его конструктивно-режимных параметров, технологических параметров работы и характеристик почвы.

На основании моделирования технологического процесса почвообработки было выявлено, что конструкция маятникового вибратора направленного действия должна обеспечивать регулировку режимных параметров вибровозбудителя таким образом, чтобы при установке его на комбинированное почвообрабатывающее орудие не нарушались агротехнические требования к обработке почвы.

С использованием формул (11) и (12) был проведён расчёт тягового сопротивления Рт экспериментального комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого вибровозбудителем в зависимости от изменяемых параметров работы (скорости движения V, м/с; глубины обработки почвы а, м) при различных углах наклона корпуса маятникового вибратора направленного действия, и сравнение с тяговым сопротивлением Гг серийного почвообрабатывающего орудия.

На основании теоретических расчетов были построены графики зависимости тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия от скорости движения агрегата (рис. 6) и от глубины обработки (рис. 7): при различных углах наклона корпуса вибровозбудителя относительно рамы машин в сравнении с серийным почвообрабатывающим орудием.

Результаты расчетов показывают снижение тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого вибровозбудителем.

ЪаН

90

1 15 1 25 3 у.п/с

-Серийное пг£оофаВгтьйШ!ее орудие

---При угле нжлша тятлюбого Вифащш 0°

-----При уг/Е наклона тяпнюбого 6иЦятг>аЗО°

-/ЙУ угле наасна наягнжпваго Вифшцза 45°

-----фи уг/в нтча матнюбого &фащш 60°

03 а»

• Сфште пр&юдрсйт&ющее орудие

- При угле наклона кшншоСвгв Сифапора О"

■ При угле некто нтпмжоСаго йибрапера 30°

• При угле наклона маятникового Сийрапора 45°

■ Цш угле наклона натыгоЬаго бибрапора 60°

Рисунок 6 — Зависимость тягового сопротивления ^г(кН) от скорости движения V (м/с) при а = 0,3 м и и = 1500 об./мин

Рисунок 7 - Зависимость тягового сопротивления ^г(кН) от глубины обработки а (м) при V = 2,4 м/с и п = 1500 об./мин

Наилучший результат снижения может быть достигнут при угле поворота корпуса маятникового вибратора на 45° и скорости движения агрегата 2-2,4 м/с.

При создании вибрационных машин встаёт проблема целесообразности её использования. Так как мощность, затраченная на поддержание колебаний, может быть больше чем экономия от уменьшения тягового сопротивления. Мощность, необходимую для поддержания вынужденных колебаний, рассматривали на примере установившихся колебаний почвообрабатывающего орудия под действием вынуждающей силы. Анализ затрат теоретической мощности на поддержание колебаний показывает, что при максимальной угловой скорости дебалансов затраты мощности не превышают 350-400 Вт.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлена программа экспериментальных исследований, обоснованы и описаны методики многофакторного эксперимента, определения энергетических показателей работы комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем и определения влияния колебаний сельскохозяйственной машины на агротехнические требования для основной обработки почвы.

Полевые экспериментальные исследования проводились на поле с. Влади-мировка Тюльганского района Оренбургской области (на фонах, типичных для зоны Южного Урала) в 2012 г. с использованием экспериментальной установки (рис. 8), состоящей из комбинированного почвообрабатывающего орудия GREGOIRE BESSON HELIOS SP (2) с установленным на нем вибровозбудителем (3). Орудие агрегатировалось с трактором New Holland Т 9040 (1).

В качестве первого параметра оптимизации многофакторного эксперимента было принято тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия Fr кН (У,), второго - амплитуда колебания А, м (Y2).

Основываясь на теоретических положениях, выведенных во второй главе данной работы, а также на исследованиях ряда ученых, в качестве варьируемых факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на параметры оптимизации, были приняты следующие параметры работы:

1) скорость движения агрегата V, м/с (ЛГ,);

2) глубина обработки а, м (ЛГ2);

3) частота вращения дебалансов п, об./мин (Х2);

4) угол наклона корпуса маятникового вибратора к раме машины а, град. (А^;

5) расстояние от сцепки до крепления маятникового вибратора на раме машины L, м (Х5).

В таблице 1 представлены уровни изменения факторов в эксперименте.

С целью оценки энергетических показателей работы экспериментального комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем и сравнения с серийным комбинированным почвообрабатывающим орудием была проведена серия опытов по определению тягового сопротивления и амплитуды колебания комбинированного почвообрабатывающего орудия, которая не должна превышать допускаемых значений отклонений средней глубины обработки почвы от заданной ±1 см.

2 3

1 - МЭС; 2 - комбинированное почвообрабатывающее орудие; 3 - маятниковый вибратор направленного действия

Рисунок 8 - Общий вид экспериментальной установки

Таблица 1 - Факторы многофакторного эксперимента и уровни их варьирования

Наименование факторов. Уровень Обозначение Единица измерения Уровни Интервал

верхний (+) основной 0 нижний (-)

Скорость движения, V м/с 2,4 1,7 1,0 0,7

Глубина обработки рабочими органами, а м 0,3 0,225 0,15 0,075

Частота вращения дебалансов, п об./мин 1500 1000 500 500

Угол наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости, а град. 60 30 0 30

Расстояние от сцепки до крепления маятникового вибратора на раме машины, £ м 1,65 1,35 1,15 0,25

В качестве регистрирующей аппаратуры при определении тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия применялись измерительная информационная система ИП 264, предназначенная для регистрации параметров при испытании сельскохозяйственной техники в полевых условиях, и частотный преобразователь TOSHIBA АС 1 для изменения частоты вращения электродвигателя.

Система ИП 264 состоит из электронного блока 1 (рис. 9), выполненного в едином корпусе, на передней панели которого находятся индикатор включения питания, выключатель питания и разъем RS232 для связи с управляющим компьютером (ноутбуком) 3. Сверху находятся разъемы для подключения распределительного короба 4 (РК-1) и питания 9-15 В. Для подключения датчиков к ИП 264 применяется распределительный короб РК-1, в котором каждый измерительный канал выводится на отдельный разъем. Частотный преобразователь TOSHIBA АС 1 имеет питание 220 В и соединён с электродвигателем, сигнал о частоте вращения вала электродвигателя выводится на экран частотного преобразователя.

1 - измерительная информационная система ИП 264; 2 - частотный преобразователь ТОЭШВА АС 1; 3 - ноутбук; 4 - распределительный короб

Рисунок 9 - Измерительная система, установленная в кабине трактора

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты многофакторного эксперимента по выявлению закономерностей изменения энергетических и агротехнических показателей работы предлагаемого комбинированного почвообрабатывающего орудия в зависимости от условий работы, а также по сравнению энергетических и агротехнических показателей работы серийного и экспериментального рабочих органов. Дан анализ сходимости экспериментальных и теоретических результатов.

Многофакторный эксперимент, выполненный в соответствии с разработанным планом, выявил зависимость параметров оптимизации (тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем 7] и амплитуды колебания У2) от пяти факторов: скорости движения агрегата Хр глубины обработки Х2, частоты вращения дебалансов Ху угла наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости Х4, расстояния от сцепки до крепления маятникового вибратора на раме машины Ху По результатам регрессионного анализа в программе ЗйЙБЙса 6.1 были получены следующие уравнения регрессии для параметров оптимизации в кодированном виде:

Фактора Х5 в уравнениях регрессии нет, так как коэффициент незначимый при 95%-ном уровне значимости.

Полученные уравнения регрессии позволяют построить поверхности отклика параметров оптимизации от факторов (рис. 10- 13).

По результатам эксперимента и обработки данных в программе Бгайвй-са 6.1 были построены графики зависимости тягового сопротивления от частоты вращения дебалансов и от угла наклона корпуса маятникового вибратора направленного действия. Полученные графики были сравнены с аналогичными, полученными в результате теоретических исследований.

После корректировки коэффициентов, используемых в теоретических расчетах тягового сопротивления, были получены следующие графики зависимости тягового сопротивления (ГТ, кН) от частоты вращения дебалансов и от угла наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости (рис. 14, 15).

Анализ графиков показывает, что данные, полученные в результате теоретических исследований, соответствуют данным, полученным в результате эксперимента.

В результате экспериментальных исследований показателей работы серийного и модернизированного почвообрабатывающего орудия, проводившихся в 2012 г. на поле с. Владимировка Тюльганского района при основной обработке почвы (стерня после кукурузы), выявлено увеличение степени крошения почвы на 9,4 %, снижение тягового сопротивления на 23 % и часового

Г, = 54,89Х,2 + 20,68X1Х4 ~ 9> 59Х2Х4 +1,9Х]Хг --0,9\Х2Х3 -0,46^,Х4 + 0,13Х2Х4 + 0,01Х,Х42,

Уг = 150,889Х,2ЛГ2 -436,26Х,Х2 -306,977Х,2^2 -4,115ЛГ2Х4 -~1,776Х2Х3 +0,612X^3 -0,174Х2Х4 + 0,086Х2Х2.

4 '

(13)

(14)

расхода топлива на 21,8 %, амплитуда колебаний модернизированного почвообрабатывающего орудия входила в допустимые значения агротехнических требований.

Рисунок 10 - Поверхность отклика 7, (Р.р кН) от факторов Хъ (частота вращения дебалансов п, об./мин) и Х4 (угол наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости а, град.)

Рисунок 12 - Поверхность отклика 72 (А, м) от факторов Хъ (частота вращения дебалансов п, об./мин) и Х4 (угол наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости а, град.)

Рисунок 11 - Поверхность отклика 7, (Рт кН) от факторов Х] (скорость движения агрегата V, м/с) и Х4 (угол наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости а, град.)

Рисунок 13 - Поверхность отклика 72 (А, м) от факторов X. (скорость движения V, м/с) и Хъ (частота вращения дебалансов п, об./мин)

Рт.кИ 90 80 70 60

і

—

500

750

1000

1250 1500 п, об./мин

экспериментальные данные теоретические данные

Рисунок 14 - Зависимость тягового сопротивления (Рг кН) от частоты вращения дебалансов (и, об./мин) при угле наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости а = 45°, глубине обработки а = 0,3 м и скорости движения У= 2,4 м/с

60 а, град.

экспериментальные данные теоретические данные

Рисунок 15 — Зависимость тягового сопротивления кН) от угла наклона маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости (а, град.) при скорости движения У= 2,4 м/с, глубине обработки а = 0,3 м и частоте вращения дебалансов п = 1500 об./мин

В пятой главе «Экономическая оценка применения комбинированного почвообрабатывающего орудия с механическим вибровозбудителем» представлены результаты расчета экономической эффективности от применения комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем при основной обработке почвы.

Расчеты показали снижение удельного расхода топлива на 23,8 %. Годовой экономический эффект составил 78,45 руб./га, срок окупаемости дополнительных капитальных вложений два года, при средней годовой наработке агрегата 2500 га.

Все расчеты проводились по ценам 2012 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ использования почвообрабатывающих орудий для основной обработки почвы показывает, что они обладают высокой энергоёмкостью, в связи с чем актуальным является использование в конструкции почвообрабатывающих орудий вибровозбудителя, позволяющего снизить энергозатраты на по-чвообработку.

2. Разработана теоретическая модель силового взаимодействия рабочих органов с почвой комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого вибровозбудителем, которая позволяет оценить режимно-конструктивную эффективность использования энергии колебаний в зависимости от характеристик агрофона. Полученная модель адекватна для следующих диапазонов обрабатываемого агрофона: твёрдость почвы 1,0—2,3 МПа, вязкость почвы 4500-6000 Н-с/м, упругость почвы 30-60 Н/м, плотность почвы 1800-2000 кг/м3 при скорости движения агрегата У= 1,0-2,4 м/с и глубине обработки почвы а = 0,15-0,3 м. Установлено, что для реализации возмущающей силы, компенсирующей силы сопротивления в реологической модели почвы вибровозбудитель должен иметь следующие выходные характеристики: угол поворота маятникового вибратора в продольно-вертикальной плоскости а = 0-60°; частота вращения дебалансов и = 500-1500 об./мин; масса деба-лансов т = 4,95 кг.

3. Обоснованы аналитические закономерности, характеризующие тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия с маятниковым вибратором направленного действия в зависимости от его конструктивно-геометрических параметров, физико-механических свойств почвы и агротех-нологических параметров работы (формулы (11), (12)).

4. В результате теоретических и экспериментальных исследований обоснована конструкция маятникового вибратора направленного действия. Техническая новизна защищена патентами РФ на изобретения № 2415526 и № 2472328.

5. Проведённый многофакторный эксперимент позволил определить закономерности изменения параметров оптимизации (тягового сопротивления комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем РТ и

амплитуды вертикальных колебаний Лверт) от пяти возмущающих факторов: скорости движения агрегата Л",, глубины обработки почвы Ху частоты вращения дебалансов Хъ, угла наклона корпуса маятникового вибратора к раме машины ХА, расстояния от сцепки до крепления маятникового вибратора на раме машины Ху В результате экспериментальных исследований установлено, что фактора Х$ в уравнениях регрессии нет, так как коэффициент незначимый, а данные теоретических исследований обладают высокой сходимостью и с достаточной точностью (2-5 %) описывают реальный процесс.

6. Полевыми испытаниями установлены закономерности, характеризующие эффективность использования предлагаемого комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащённого механическим вибровозбудителем, которые показали снижение тягового сопротивления орудия на 23 %, удельного расхода топлива на 23,8 %, при соблюдении агротехнических требований на данный вид обработки почвы.

7. Расчёты экономической эффективности применения маятникового вибратора на комбинированном почвообрабатывающем орудии для основной обработки почвы показали, что годовой экономический эффект составляет 78,45 руб./га при сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений два года и годовой загрузке 2500 га.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Дроздов, С.Н. Маятниковый вибратор на почвообрабатывающем орудии [Текст] / С.Н. Дроздов, М.А. Мазитов, A.C. Подуруев // Сельский механизатор.-2011,-№ 10.-С. 8-9.

2. Дроздов, С.Н. Использование вибрации в почвообрабатывающих машинах [Текст] / С.Н. Дроздов // Известия ОГАУ. - 2011. - № 4. - С. 94-96.

3. Константинов, М.М. Обоснование параметров вибрационных почвообрабатывающих машин [Текст] / М.М. Константинов, С.Н. Дроздов, Д.П. Юхин // Известия ОГАУ - 2012. - № 5. - С. 77-80.

4. Константинов, М.М. Снижение тягового сопротивления комбинированных широкозахватных машин [Текст] / М.М. Константинов, С.Н. Дроздов // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. - № 6. - С. 34-36.

5. Дроздов, С.Н. Использование вынужденных колебаний для снижения тягового сопротивления почвообрабатывающих машин [Текст] / С.Н. Дроздов, И.З. Аширов, A.A. Сорокин // Известия ОГАУ. - 2013. - № 1. - С. 46-48.

Публикации в других изданиях

6. Дроздов, С.Н. Роль вынужденных гармонических колебаний в совершенствовании современных почвообрабатывающих машин [Текст] / С.Н. Дроздов, Д.П. Юхин // Совершенствование инженерно-технического обеспечения тех-

нологических процессов в АПК. Выпуск № 9. Материалы международной научно-технической конференции. - Оренбург, 2009. — С. 116-119.

7. Константинов, М.М. Снижение тягового сопротивления почвообрабатывающих машин с использованием вибрации [Текст] / М.М. Константинов, С.Н. Дроздов // Агроинженерная наука — сельскохозяйственному производству: сборник докладов международной научно-практической конференции. Ч. II. - Костанай, 2012. - С. 41 -46.

8. Юхин, Д.П. Обоснование параметров энергосберегающей почвообрабатывающей машины с колебательным контуром [Текст] / Д.П. Юхин, С.Н. Дроздов // Роль науки в инновационном развитии АПК: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения известного учёного, профессора А.П. Иофинова. -Уфа: БГАУ, 2012. - С. 90-93.

Патенты

9. Пат. 2415526 Российская Федерация, А01В35/32, А01В39/28. Почвообрабатывающий агрегат [Текст] / Константинов М.М., Юхин Д.П., Дроздов С.Н.; заявл. 09.10.2009; опубл. 10.04.2011, Бюл. № 10.

10. Пат. 2472328 Российская Федерация, А01В35/32, А01В39/28. Устройство для автоматического регулирования технологического процесса почвообрабатывающей машины [Текст] / Дроздов С.Н.; заявл. 20.05.2011; опубл. 20.01.2013, Бюл. №2.

Дроздов Сергей Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 26.10.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Печать трафаретная. Бумага офсетная. Гарнитура Nimes New Roman.

Заказ № 6715. Тираж 100 экз. Отпечатано в Издательском центре ОГАУ. 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18. Тел.: (3532) 77-61-43

ФГБОУ ВПО «ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

04201365557

На правах рукописи

Дроздов Сергей Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор М.М. Константинов

Оренбург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................................5

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований......................................................10

1.1 Условия возделывания сельскохозяйственных культур

в сухостепных регионах..........................................................................................................................10

1.2 Анализ способов обработки почвы зон рискованного земледелия......................17

1.3 Обзор существующих конструкций комбинированных машин..........................24

1.3.1 Комбинированные орудия для основной обработки почвы..............................25

1.3.2 Комбинированные орудия, совмещающие основную и дополнительную обработку почвы..........................................................................................31

1.4 Анализ методов снижения тягового сопротивления почвообрабатывающих машин........................................................................................................38

1.5 Анализ существующих конструкций вибровозбудителей......................................49

1.5.1 Электромеханические вибраторы................................................................................................49

1.5.2 Пневматические вибраторы..........................................................................................................53

1.5.3 Электромагнитные вибраторы....................................................................................................55

1.5.4 Центробежные возбудители общего назначения......................................................56

1.5.5 Вибрационные машины для уплотнения грунта,

дорожных оснований и покрытий..........................................................................................61

1.5.6 Вибропогружатели и вибромолоты........................................................................................62

1.6 Выводы, цель и задачи исследования........................................................................................65

2 Теоретические основы совершенствования комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем..........................................68

2.1 Обоснование координаты точки приложения возмущающей силы

на раме почвообрабатывающего орудия....................................................................................68

2.2 Обоснование и выбор закона движения

почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем..............................................78

2.3 Методика исследования режимно-технологических параметров вибровозбудителя предлагаемого почвообрабатывающего орудия.......... 87

2.4 Обоснование затрат энергии на поддержание колебаний..................... 94

3 Программа и методика экспериментальных исследований............... 97

3.1 Программа экспериментальных исследований................................. 97

3.2 Лабораторно-полевая (экспериментальная) установка

и оборудование........................................................................ 98

3.3 Методика проведения лабораторно-полевых исследований.................... 104

3.3.1 Методика определения энергетических показателей экспериментального комбинированного почвообрабатывающего

орудия с механическим вибровозбудителем...................................... 105

3.3.2 Методика определения агротехнических показателей работы комбинированного почвообрабатывающего орудия

с механическим вибровозбудителем............................................ 107

3.4 Методика планирования многофакторного эксперимента................... 109

3.5 Методика обработки опытных данных и оценка ошибок

измерений............................................................................. 112

4 Обработка и результаты экспериментальных исследований............ 117

4.1 Энергетические показатели работы почвообрабатывающего

орудия с механическим вибровозбудителем................................... 117

4.2 Агротехнические показатели работы почвообрабатывающего

орудия с механическим вибровозбудителем.................................... 130

5 Обоснование экономической целесообразности применения почвообрабатывающего орудия с механическим

вибровозбудителем.................................................................. 143

Выводы по результатам диссертационных исследований............... 151

Список использованных источников.......................................... 153

Приложения........................................................................... 165

Приложение № 1 Физико- и агрохимические свойства чернозёмов,

экономическая эффективность посева ячменя........... 166

Приложение № 2 Классификация способов комбинированной

обработки почвы..............................................................................................167

Приложение № 3 Классификация возбудителей колебаний..................................168

Приложение № 4 Экспериментальные исследования................................................169

Приложение № 5 Устройство маятникового вибратора

направленного действия............................................................................170

Приложение № 6 Вид измерительного комплекса............................................................171

Приложение № 7 Схема движения комбинированного

почвообрабатывающего агрегата по опытному

участку......................................................................................................................173

Приложение № 8 План-матрица эксперимента для проектируемой

конструкции орудия....................................................................................174

Приложение № 9 Полевые испытания........................................................................................175

Приложение № 10 Результаты эксперимента......................................................................176

Приложение № 11 Акт внедрения................................................................................................177

Приложение № 12 Патент....................................................................................................................178

Приложение№ 13 Патент....................................................................................................................179

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение роста производства продукции растениеводства немыслимо без осуществления рациональных способов обработки почвы, которые вбирают в себя применение энерго- и ресурсосберегающих почвощадящих технологий. Такой подход к современному агропроизводству объясняется тем, что урожай сельскохозяйственных культур в большей степени зависит от качества выполненных операций по подготовке почвы к посеву.

Именно процесс почвообработки влияет на аккумуляцию влаги и питательных веществ в почве, уничтожение сорной растительности определяет воздушный режим во всех слоях почвенного горизонта.

Многочисленные исследования, посвященные земледелию в сухостепных регионах Российской Федерации, подтверждают рациональность применения комбинированных способов обработки почвы. Применение комбинированных обработок почвы позволяет в достаточной степени снизить количество проходов по полю сельскохозяйственных агрегатов, которые вызывают переуплотнение и деградацию плодородных слоев почвы, а также как следствие - увеличение энерго-, ресурсозатрат на проведение технологических операций производственного цикла сельскохозяйственной культуры.

По результатам анализа выявлено, что в зависимости от характера и интенсивности обработок агрофизические свойства большинства видов почв (особенно черноземов) изменяются следующим образом. В опытах и производственных условиях длительная обработка почв оказывает незначительное влияние на механический и микроагрегатный состав. Напротив, структурно-агрегатный состав претерпевает значительные качественные и количественные изменения. Глыбистость почвы возрастает на 4 - 11 % от веса. На 15 - 19 % снижается водоустойчивость почвенной структуры, на 18 - 26 % -механическая прочность и на 2 - 4 % - пористость агрегатов размером от 5 до 0,25 мм. Средние показатели на целине составляют соответственно 8; 15; 77; 55;

90 и 42 %. Плотность сложения пашни сразу же после обработки снижается на

3 3

0,2 г/см , после самоуплотнения возрастает на 0,08 - 0,21 г/см по сравнению с залежью. Водопроницаемость в максимально взрыхленном состоянии составляет 120-142 мм/г, при равновесной плотности - 53 - 62 мм/г.

При распашке целинных черноземов происходит снижение гумуса и азота в пахотном слое и ухудшение других свойств почвы как под влиянием механических обработок и усиления минерализации гумуса, так и при воздействии эрозии.

В результате воздействия колес и гусениц тракторов в слое 0 - 10 см

о

плотность сложения почвы может превысить 1,3 г/см , содержание воздуха

Л

опуститься ниже критического (15 %), твердость достигнуть 20 кг/см , а водопроницаемость уменьшиться до 10 - 15 мм/ч. Отрицательные изменения прослеживаются до глубины 50 - 60 см.

Обработка уплотненной почвы снижает ее плотность до 0,9 - 1,0 г/см3, но сопровождается образованием глыб даже в состоянии физической спелости. Способность такой почвы уменьшать плотность под действием переменного увлажнения и высушивания прослеживается до плотности 1,25 г/см . Уплотненная весной почва наиболее разуплотняется только к весне будущего года (но только в слое 0-10 см), менее всего - в течение лета. При более высокой исходной плотности способность почвы к разуплотнению заметно ослабевает.

Для реализации этой проблемы необходим новый подход, связанный с обработкой почвы за счёт комбинированных почвообрабатывающих и посевных машин. Тем не менее, большинство серийно выпускаемых моделей представляют собой «эшелон» простых однооперационных орудий для обработки и подготовки почвы к посеву. Подобная концепция построения комбинированных машин неизбежно приводит к увеличению веса машины, увеличению ее тягового сопротивления, необходимости применения энергонасыщенных тяжелых тракторов и увеличению энергозатрат на осуществление технологических операций.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что вопрос оптимизации конструктивных и эксплуатационных машин для обработки почвы достаточно актуален и имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель исследования. Совершенствование эксплуатационно-технологических показателей комбинированного почвообрабатывающего орудия за счёт использования энергии направленных вынужденных колебаний.

Объект исследования. Процесс обработки почвы комбинированным почвообрабатывающим орудием, оснащённым механическим вибровозбудителем.

Предмет исследования. Закономерности, характеризующие влияние конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя на тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия и качество обработки почвы.

Методика исследования. Теоретические исследования технологического процесса комбинированной обработки почвы посредством предлагаемого почвообрабатывающего орудия выполнялись с применением основных положений, законов, методов классической теории сельскохозяйственных машин, земледельческой механики, физики, матмоделирования и агротехно-логий.

Научную новизну работы составляют:

- совокупность теоретических и экспериментальных исследований конструктивно-режимных параметров вибровозбудителя на энергетические и качественные показатели работы комбинированного почвообрабатывающего орудия;

- разработка и внедрение в процесс маятникового вибратора направленного действия;

- технико-экономические показатели внедрения комбинированного широкозахватного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем на основной обработке почвы.

Научные положения, выносимые на защиту:

• аналитические закономерности, характеризующие тяговое сопротивление комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем;

• теоретическая модель закона движения комбинированного почвообрабатывающего орудия, оснащенного вибровозбудителем;

• конструкция вибровозбудителя с регулируемыми конструктивно-режимными параметрами;

• результаты экспериментальных исследований, подтверждающие зависимость энергетических и агротехнических показателей работы усовершенствованного комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем;

• показатели экономической эффективности использования комбинированного почвообрабатывающего орудия с вибровозбудителем.

Практическую ценность работы представляют:

• рациональные конструктивные параметры механического вибровозбудителя и комбинированного почвообрабатывающего орудия;

• снижение эксплуатационных затрат на осуществление комбинированной основной обработки почвы;

• результаты исследований рекомендуется использовать при проектировании, производстве новых машин для комбинированной обработки почвы предприятиями-изготовителями почвообрабатывающих машин и в учебном процессе инженерных специальностей.

Реализация результатов исследования. Опытный образец маятниковым вибратором направленного действия на комбинированном почвообрабатывающем орудии был изготовлен в ООО «Стрела» и использовался в с. Владимировка Тюльганского района Оренбургской области.

Материалы диссертационной работы и опытный образец комбинированной почвообрабатывающей машины, оснащённой маятниковым вибратором направленного действия с 2012 года, используются в учебном процессе по

дисциплинам «Сельскохозяйственные и гидромелиоративные машины» на кафедре механизации животноводства и растениеводства ФГБОУ ВПО Оренбургский ГАУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов (Оренбург, 2010-2013 гг), на международных научно-технических конференциях (Оренбург, 2009 г.; Костанай, 2012 г.), на научно-практической конференции сотрудников Оренбургского государственного аграрного университета (УФА, 2012 г.).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 10 работ, из которых 5 - в изданиях, указанных в «Перечне ведущих журналов и изданий...» ВАК Минобразования и науки РФ. Получено два патента на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация включает введение, 5 разделов, общие выводы, список использованной литературы и приложения.

Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 55 рисунков и 13 приложений.

Список литературы содержит 124 источника, в том числе 2 на иностранных языках.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Условия возделывания сельскохозяйственных культур в сухостепных

регионах

Территорию Южного Урала условно разделяют на два геоморфологических района: Предуралье - западная часть и Зауралье -восточная, за южными отрогами Уральских гор.

Территория сухостепной зоны Южного Урала составляет 426 тысяч квадратных километров. Из них 27 миллионов га сельскохозяйственных угодий, а 17,5 миллионов га - пашня [46].

На западном и восточном склонах Южного Урала 123,9 тыс. км территории занимает Оренбургская область: протяженностью с запада на восток более 700 км, с севера на юг в Предуралье - 330 км, в Зауралье - 220 км [27].

Сухой континентальный климат определяется расположением зоны Южного Урала в центре Европейско-Азиатского материка. Жаркое лето сопровождается суховеями с большим количеством малооблачных дней, на что влияет нагретый воздух, поступающий из Средней Азии и Казахстана. Зима холодная и малоснежная из-за влияния холодного воздуха из Сибири. Средняя годовая температура воздуха в восточных районах колеблется от 1,1 до 2 °С, в западных районах от 3,1 до 4 °С. Наибольшая годовая амплитуда температуры воздуха достигает 85 °С. Продолжительность безморозного периода колеблется от 105 до 140 дней. Сумма положительных температур (свыше 10 °С) составляет 2100 - 2770 °С, отрицательных (ниже 10 °С) - 1120 - 1700 °С. Общий вегетационный период данной зоны составляет в среднем 155 — 175 дней. Самыми жаркими месяцами года являются июнь и июль, когда возможны периодические резкие повышения температуры воздуха до 40 °С, а температура на поверхности почвы - до

65 °С и выше. Сухостепная зона Южного Урала характеризуется высокой засушливостью климата с резкими колебаниями

увлажнения по годам. Средняя многолетняя норма годовой суммы осадков составляет от 300 до 400 мм, в отдельные засушливые годы выпадает лишь 200 -250 мм. Так, например, в весенне-летний период в восточных районах выпадает 180 — 207 мм осадков, что составляет 63 — 69 % от годового их количества, в юго-западных - 142 - 203 мм, или 53 - 56 %. Из чего можно сделать вывод о недостатке осадков в зимний период, что сопровождается небольшой высотой снежного покрова. Глубина промерзания земель составляет на северо-западе 0,7 м и востоке - 1,0 м. Длительность залегания снежного покрова составляет в среднем 145 дней. Колебание увлажнения характеризует неравномерность распределения осадков по времени и территории [27, 52].

Летние суховеи еще больше повышают недостаток влаги в почве. Высокие скорости сухих ветров, достигающих порой до 25 - 30 м/с выдувают из почвы и без того небольшие запасы влаги. Вследствие суховеев влажность почвы в отдельные периоды (июль и август) снижается до уровня «мертвого» запаса.

Сухой континентальный климат сказывается и в том, что максимум осадков, как правило, приходится на летние месяцы, а зимой довольно часты сильные ветры и метели (от 4 до 10 дней в м