автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование оптимальных параметров рабочего органа пропашного культиватора

На правах рукописи

СОФРОНОВ Евгений Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПРОПАШНОГО КУЛЬТИВАТОРА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 МАЙ 2013

Ульяновск-2013

005058868

005058868

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. НА. Столыпина»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Курдюмов Владимир Иванович

Давлетшин Мударис Мубаракшанович,

доктор технических наук, старший научный сотрудник, ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», кафедра сельскохозяйственных машин, профессор

Прошкин Евгений Николаевич

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина», кафедра «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования», доцент

ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»

Защита состоится 24 мая 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.003.04 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «Х^» апреля 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор С.Г. Мударисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время существует много рекомендаций по уходу за пропашными кулыурами. Как правило, он состоит из нескольких междурядных обработок. Число этих обработок зависит, прежде всего, от сорта, типа почвы и засоренности посевов.

Установлено, что получить высокие урожаи пропашных культур невозможно без качественной и чаще всего неоднократной их междурядной обработки, число которых колеблется от трех до пяти. При этом для выполнения агротехнических требований, на каждой секции культиватора необходимо установить от 5 до 7 различных рабочих органов.

Однако используемые технологии междурядной обработки требуют больших финансовых, эксплуатационных и затрат труда. Поэтому большинство сельскохозяйственных предприятий переходит на применение гербицидов, применение которых имеет ряд серьезных недостатков:

- отдельные сорняки практически полностью адаптировались к некоторым группам гербицидов;

- ряд ранее применявшихся эффективных пестицидов был запрещен из-за их негативного влияния на здоровье человека;

- высокая стоимость гербицидов;

- загрязнение окружающей среды;

- при использовании гербицидов свойства почвы не улучшаются (газообмен, наличие капилляров, состояние поверхности и др.).

Также существующие средства механизации и конструкции рабочих органов не совершенны, так как они не имеют возможности выполнения различных технологических операций, и не выполняют все агротехнические требования, предъявляемые к междурядной обработке.

Следовательно, задача создания рабочего органа культиватора для междурядной обработки пропашных культур с требуемым качеством является актуальной и имеющей большое значение для развития страны.

Цель исследования - совершенствование процесса междурядной обработки пропашных культур на основе разработки рабочего органа культиватора, обеспечивающего улучшение качества междурядной обработки, и обоснования его оптимальных конструктивных параметров и режимов работы.

Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

1) выполнить анализ способов, средств механизации и конструкций рабочих органов для междурядной обработки пропашных культур, определить их основные недостатки и основные направления совершенствования;

2) разработать рабочий орган, способный выполнить обработку полных междурядий, и выполнить теоретическое обоснование процесса междурядной обработки с применением предложенного рабочего органа;

3) исследовать предложенный рабочий орган в лабораторных условиях и определить его оптимальные конструктивные параметры и режимы работы;

4) исследовать предложенный рабочий орган в производственных

условиях и определить экономическую эффективность от его внедрения.

Объект исследований - технологический процесс междурядной обработки пропашных культур с использованием предложенного рабочего органа пропашного культиватора.

Предмет исследований - закономерности влияния конструктивных параметров и режимов работы предложенного рабочего органа культиватора на качественные и энергетические показатели междурядной обработки.

Методика исследований. Системный и структурный анализ способов междурядной обработки, средств механизации и конструкций рабочих органов пропашных культиваторов. При выполнении теоретических исследований применяли положения и методы классической механики и математики. Лабораторные и производственные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик с использованием основных положений методики планирования эксперимента. Результаты экспериментов обрабатывали ПЭВМ с использованием пакетов прикладных программ «WinnOC», «Microsoft Excel», «Statistica» и «Mathcad». Экономическая оценка выполнена по методикам, рекомендованным к использованию Министерством сельского хозяйства РФ.

Научная новизна:

- выполнено аналитическое исследование и экспериментальное обоснование конструктивных параметров и режимов работы рабочего органа культиватора, обеспечивающих повышение качества междурядной обработки пропашных культур и снижение энергетических затрат;

- получены математические модели, адекватно описывающие процесс междурядной обработки с использованием предложенного рабочего органа, и определены его оптимальные параметры и режимы работы.

Новизна технического решения рабочего органа подтверждена патентами РФ на изобретение № 2406283 и на полезную модель № 82983.

Практическая значимость работы. Предлагаемый рабочий орган культиватора обеспечивает качественную обработку полных междурядий пропашных культур, повышает производительность на 22,7 %, позволяет снизить количество междурядных обработок с 3 до 2 и увеличить урожайность на 44,7 %.

Вклад автора в проведенное исследование заключается разработке математической модели процесса междурядной обработки; обосновании оптимальных параметров и режимов работы нового рабочего органа, обеспечивающих повышение качества междурядной обработки при меньших затратах энергии; выявлении характера изменения скоростей движения частиц по рабочему органу и тягового сопротивления от его конструктивных параметров, режимов работы и свойств почвы, а также диаметра диска от угла его установки и площади сечения гребня; в непосредственном участии в изготовлении рабочих органов, получении, обработке экспериментальных данных, подготовке основных публикаций и формировании выводов.

Степень достоверности результатов. Теория построена на законах классической механики, физики и математики. Для экспериментальных

исследований использовано сертифицированное оборудование, прошедшее обязательную ежегодную поверку (измерительный .'комплекс М1С-40(Ю, влагомер ТБ1-4б908, тензодатчик «ТЕНЗО-М» и др.), при обработке результатов экспериментов использовано лицензионное программное обеспечения для ПЭВМ. Для определения достоверности полученных результатов, значимости коэффициентов уравнений и адекватности полученных математических моделей использованы критерия Кохрена, Стьюдента и Фишера.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Ульяновской ГСХА им. П.А. Столыпина (2009 - 20012 г.г.), Саратовского ГАУ (2009 г.), Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ Приволжского федерального округа (2009 г.), в конкурсе «Участник Молодежного Научно - Инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.» - 2010 г.), в конкурсе «Лучший инновационный проект в сфере АПК» (Ульяновск, 2010 г.), в программе «Школа молодых инновато-ров» (Ульяновск, 2010 г.).

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 патента РФ и две работы - в перечне изданий, рекомендованных ВАК РФ. Общий объём опубликованных работ составляет 2,3 пл., из них автору принадлежит 1,2 п.л.

Структура и объём работы. Основной материал диссертационной работы изложен на 163 странице машинописного текста и содержит введе1ше, пять глав и выводы. Диссертация содержит 15 таблиц, 85 рисунков и приложение на 47 с. Список использованной литературы включает 148 источников.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- аналитические зависимости, позволяющие определить конструктивные параметры и режимы работы предложенного рабочего органа;

- новый рабочий орган для междурядной обработки пропашных культур;

- уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс междурядной обработки пропашных культур с использованием нового рабочего органа культиватора;

- результаты экспериментальных исследований нового рабочего органа пропашного культиватора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и ее практическое значение, приведён перечень основных положений выносимых на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований» рассмотрены агротехнические требования к междурядной обработке, проанализированы существующие технологии, технических средств для междурядной обработки, а также конструкции рабочих органов пропашных культиваторов.

Вопросами совершенствования способов и средств механизации междурядной обработки занимались следующие исследователи: Адихамжон А.

Насритдинов, A.A. Аутко, A.M. Батманов, Н.И. Бучукури, Н.И. Бучукури, В.Н. Гниломедов, Л.В. Гячев, М.С. Демидко, Я.М. Жук, Д.С. Икомасов, М.М. Карапетян, С.М. Карапетян, А. Караханов, А.И. Ключников, В.И. Курдюмов, С.Г. Мударисов, В.Н. Мурин, Ш. Низиров, П.Е. Никифоров, В.И. Пак, B.JI. Пахаруков, И.Е. Пахомов, Г.Н. Синеоков, С. Султанов, А. Хаджиев, М.М. Давлетшин и др. В научных трудах этих авторов рассмотрены различные стороны процесса междурядной обработки с применением разных рабочих органов культиваторов. Но, несмотря на это, задача совершенствования технологии междурядной обработки пропашных культур и средств механизации для ее осуществления полностью не решена.

Наиболее распространенной технологией является технология с применением от 3 до 5 междурядных обработок с установкой на секцию культиватора от 5 до 7 рабочих органов, это ведет к увеличению топливо - смазочных материалов и затрат труда.

Анализ конструкций известных рабочих органов показал, что они имеют множество недостатков: невыполнение агротехнических требований, предъявляемых к междурядной обработке; большие затраты труда и топливо-смазочных материалов на междурядную обработку; сложность конструкций; большие тяговые сопротивления и затраты энергии.

Поэтому дальнейшее исследование и разработка новых технических средств для механизации междурядной обработки пропашных культур является актуальной и важной задачей.

Во втором разделе «Теоретическое исследование технологического процесса междурядной обработки пропашных культур с использованием предлагаемого рабочего органа» представлена конструкция комбинированного рабочего органа для междурядной обработки пропашных культур (рисунок 1).

Комбинированный рабочий орган состоит из стойки 1 с закрепленной на ней стрельчатой лапой 2 и приваливающим диском 4. Приваливающий диск закреплен на стойке 1 при помощи кронштейна 5, к которому привернута пластина 6 и дополнительный кронштейн 7. К дополнительному кронштейну 7 прикреплена дополнительная стойка 8, к которой при помощи болтов прикреплен дополнительный диск 9. На периферии дополнительного диска установлена ось 3 приваливающего диска 4.

При движении культиватора рабочие органы заглубляются, стрельчатая лапа 2 разрезает и рыхлит пласт почвы, а также срезает сорные растения. При этом деформация почвы происходит следующим образом. Сначала пласт сжимается, а когда сопротивление смятия возрастает до некоторого предела, происходит отрыв и сдвиг по направлению вверх под некоторым углом к горизонту, после чего происходит подъем отделившегося элемента по поверхности лапы и дальнейшее его разрушение.

Объем почвы, в котором происходит смятие, определим из рисунка 2.

Из рисунка 2 сминаемый объем почвы:

Vm = L([n2(ctgß + сгдф)}/2), (1)

где Ь - ширина захвата клина, м; п - высота части клина, погруженной в почву, м; /3 - угол крошения, град; у - угол сдвига, град.

Рисунок 1 - Комбинированный рабочий орган (патент РФ на изобретение

№ 2406283):

1 - стойка; 2 - стрельчатая лапа; 3 - ось диска; 4 - диск; 5 - кронштейн; 6 - пластина; 7 - дополнительный кронштейн; 8 - дополнительная стойка; 9 - дополнительный диск

После схода пласта с рабочей поверхности лапы, разрыхленный слой поступает на рабочую поверхность диска, после чего происходит отброс почвы в сторону рядка растений.

Траектория движения частиц за пределами плоскости диска представляет собой параболу и подчиняется законам движения для тела, брошенного под углом к горизонту (рисунок 3).

Приближенное уравнение траектории движения почвенной частицы за пределами плоскости диска имеет вид:

г = хгду0 - (д/[4к2г^])(е2* - 2г - 1), (2)

где уо - угол отклонения вектора первоначальной скорости полета частицы, град; д - ускорение свободного падения, м/с2; к - коэффициент сопротивления воздуха; г)о - первоначальная скорость частицы, сошедшей с поверхности диска, м/с; £ = (кх)/соБу0.

результатом влияния нескольких сил:

^абщ — ^ЙН "+" ^Б.п + ^д.п (3)

где Rí{¡¡ - сопротивление сил инерции почвенного пласта, Н; ñB.n - сопротивление, вызванное весом пласта, И; йдп - сопротивление, обусловленное деформацией почвы рабочей поверхностью клина, Н; ñc.3,- - сопротивление, вызванное смятием почвы затылком лезвия, Н.

Определим составляющие формулы (3).

= [*'к Н °-Ьр cos a sin(0 + + 8 - ср2) + cosQ? + <р-дУ[д X

X sinfíx sin/ sin(/? + S^tg(fi + S - <p2) + cos{/? + o)], (4)

где Vk - скорость клина, м/с; jj. - коэффициент, учитывающий относительное перемещение почвы по клину; ab - площадь сечения пласта, м2; р - удельный вес почвы, Н/м3; cp¡ - угол трения о рабочую поверхность клина, град; ср2 -угол трения между частицами почвы, град; а - угол отклонения абсолютной скорости перемещения частицы, град; 8 - угол отклонения F„„, град; у - угол раствора режущих кромок лезвий, град.

Д5,п = Labp[sin/? sin f + f(coszj + sinzy cos p)/cos¡l — f sin y sin /?], (5) где/- коэффициент трения почвы по металлу.

ЯЛШ = (С cos ipz + vag')(l + (sin fi v-1/sín(/? + ф)т0)) x X [ 1 — sin <p2 eos £¡jh dxdy eos (рг / (1 + sin (p2 eos cos /?)], (6)

где С- сцепление почвы, Н/м2; т0 - предельное касательное напряжение, Н/м; ц) - угол сдвига, град; г) - плотность почвы, кг/м3; со,, - угол наклона площадки разрушения к направлению напряжения, град.

йс.3,л. = sin jsin у + /(cos x si«2 У + cos2 у) [Lqhl/2tgzl (7) где х - угол наклоны затылочной фаски к горизонтальной плоскости, град; q - коэффициент объемного смятия почвы, Н/м3; - высота затылочной фаски, м.

Анализ полученных зависимостей показал, что на тяговое сопротивление стрельчатой лапы влияют конструктивные параметры лапы, свойства почвы и режимы работы.

Общее тяговое сопротивление диска можно разложить на две составляющие:

Р „ = р +р (8)

L оош; 1 рез ' 1 гг." v-V

где: Рр£3 - сопротивление резанию пласта, Н; Рпгр- сопротивление трения почвы о плоскость диска, Н.

Ррт = (шд ыдая йя /d зтад S) х

X [(5(0,5866, + 0,693fhj} + ((fi/2)dsin^(71^/180-sinА))], (9)

где m - масса почвенной частицы, кг; d - диаметр почвенной частицы, м; /гл -ширина заточки лезвия диска, м; ал - угол атаки диска, град; S - площадь контакта почвы с диском, м2; X - центральный угол, град; R - радиус диска, м; р - давление почвы на диск, Н/м"; ул - угол заточки лезвия, град; <5 -глубина погружения диска, м; Ьл - ширина лезвия, м.

Рщ> = / m 3 сгдая h,,(S2r; - 2S1r0'}/[d sin a. 5 (Я + AR) ], (10) где r"0 и r¿* - радиус центров тяжести площадок bb¡a¡a2 и сьа/Ь от центра диска О соответственно, м; AR - расстояние от Оце до режущей кромки диска, м. S¡ - площадь фигуры a¡a6b¡ = a2a¡b, м2; S2 - площадь фигуры bbiasa2 (рисунок 4).

Следовательно, на тяговое сопротивление диска влияют параметры его режущей кромки, параметры диска и физико-механические свойства почвы.

В третьем разделе «Методика и результаты лабораторных исследований» изложены программа и методика лабораторных исследований. Здесь же описаны конструкция предложенного рабочего органа пропашного культиватора, лабораторная установка и измерительная аппаратура, представлены результаты проведенных исследований, определены оптимальные конструктивно-режимные параметры комбинированного рабочего органа (рисунок 5).

Рисунок 5 - Комбинированный рабочий орган пропашного культиватора: 1 - стойка; 2 - стрельчатая лапа; 3 - ножевидная стойка; 4 - приваливающий диск; 5 - кронштейн; 6 - пластина; 7 - дополнительный кронштейн; 8 - дополнительная стойка; 9 - дополнительный диск

Совместное влияние основных независимых факторов процесса междурядной обработки на его качество оценивали с помощью параметра оптимизации - коэффициента соответствия эталону ксэ. Данный коэффициент представляет собой отношение площади поперечного сечения присыпаемого слоя образуемого после прохода испытуемых рабочих органов 50С к площади идеального поперечного сечения присыпаемого слоя 5^:

В соответствии с агротехническими требованиями идеальной площадью поперечного сечения присыпаемого слоя будем считать присыпаемый слой (при первой междурядной обработке с высотой присыпаемого слоя h = 60 мм и шириной защитной зоны b - 100 мм) с обеих сторон от растения, при второй междурядной обработке - с высотой присыпаемого слоя h = 100 мм при ширине защитной зоны b = 150 мм (рисунок 6).

8 7

4

9

(П)

шм ШШЩк 1 V **

ш л

Рисунок 6 - Площадь идеального поперечного сечения присыпаемого слоя

Как видно из рисунка, идеальное поперечное сечение присыпаемого слоя образует трапецию. Поэтому площадь идеального сечения:

-Я.С = Н2 ь - й)/9, (12)

где: к - толщина присыпаемого слоя; Ь - ширина защитной зоны; ср - угол естественного откоса почвы.

При полном соответствии площади идеального сечения и площади образуемого сечения коэ. = 1.

Были приняты следующие факторы и пределы их варьирования:

- V - скорость движения рабочих органов, пределы варьирования: нижний - 3 км/ч, верхний - 10 км/ч;

- а - угол атаки приваливающего диска, пределы варьирования: нижний - 0°, верхний - 25°;

- I - перемещение диска в горизонтальной плоскости, пределы варьирования: нижний - 0 м, верхний - 0,12 м.

Исследования проводили при различных сочетаниях независимых факторов. При этом определяли тяговое сопротивление на каждом из режимов работы, при помощи профиломера - параметры образуемого гребня и вычисляли его площадь. Затем рассчитывали к03.

После проведения лабораторных исследований процесса первой междурядной обработки результаты опытов были проверены на воспроизводимость. Затем были получены уравнение регрессии:

- влияния всех независимых факторов на энергетические показатели рабочего органа пропашного культиватора (уравнение 13);

- влияния всех независимых факторов на коэффициент соответствия эталону (уравнение 14).

Р, = 107,8947 - 30,6419* + 0,53502а + 0,138098,1 --0,1402651?« + 0.00328ЗД 4- 5,209574«?.+ +5/209574г?2 + 0,0875ба2 + 0,00038212, (13)

где Р/ - тяговое сопротивление рабочего органа при первой междурядной обработке, Н; V - скорость движения агрегата, км/ч; а - угол атаки приваливающего диска, град; I - перемещение диска в горизонтальной плоскости, мм; к„г = -0,306+ 0,202» + 0,062 а + 0,0051 + +0,0004?;»«: - 0,0001и1 - 0,0002ег1 -—0,017Т72 - 0,0008а2 - 0,00002^, (14)

где кСЭ1 - коэффициент соответствия эталону.

Была установлена значимость коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стьюдента и проверена адекватность полученных уравнений регрессий по критерию Фишера.

После этого, были получены следующие уравнения регрессии в натуральных и кодированных значениях факторов:

- уравнения, характеризующие влияние на энергетические и качественные показатели процесса междурядной обработки скорости движения агрегата и угла атаки приваливающего диска;

- уравнения, характеризующие влияние на энергетические и качественные показатели процесса междурядной обработки скорости движения агрегата и перемещения диска в горизонтальной плоскости;

- уравнения, характеризующие влияние на энергетические и качественные показатели процесса междурядной обработки угла атаки приваливающего диска и перемещения диска в горизонтальной плоскости.

Также были получены соответствующие этим уравнениям поверхности отклика (рисунки 7, 8).

Рисунок 7 - Поверхности отклика, характеризующие влияние на энергетические показатели: а - скорости движения агрегата и перемещения диска в горизонтальной плоскости; б - угла атаки диска и перемещения диска в горизонтальной плоскости

Общий анализ энергетических показателей показал, что на тяговое сопротивление большее влияние оказывает скорость движения агрегата, причем тяговое сопротивление при скорости от 0 км/ч до 7,5 км/ч растет не значительно, а дальнейшее увеличение скорости ведет к резкому увеличению тягового сопротивления.

Общий анализ качественных показателей показал, что угол атаки приваливающего диска а оказывает на параметр оптимизации большее влияние. Коэффициент соответствия эталону близок к единице при скоростях движения агрегата от 4 км/ч до 8,5 км/ч, угле атаки приваливающего диска от 15° до 25° и перемещении диска в горизонтальной плоскости от 0 до 90 мм.

Из анализа качественных показателей было установлено, что параметр

А. ■

Ж

а

б

оптимизации равен единице при различных сочетаниях факторов. Поэтому из анализа энергетических показателей была определена оптимальная скорость движения агрегата. Она составила 7,5 км/ч, так как превышение этого значения ведет к резкому увеличению тягового сопротивления. Выбранная скорость также соответствует агротехническим требованиям.

а б

Рисунок 8 - Поверхности отклика, характеризующие влияние на качественные показатели: а - скорости движения агрегата и перемещения диска в горизонтальной плоскости; б - угла атаки диска и перемещения диска в горизонтальной плоскости

Определение остальных параметров осуществляли путем подстановки оптимальной скорости в полученные зависимости качественных показателей процесса междурядной обработки от основных независимых факторов этого процесса.

Перемещение диска определяли с помощью подстановки скорости движения агрегата в уравнение, характеризующее влияние скорости движения агрегата и перемещения диска в горизонтальной плоскости на коэффициент соответствия эталону:

1 = 1,0412 + 0,001051 - 0,00002г2. (15)

Угол атаки приваливающего диска определяли с помощью подстановки значения перемещения диска в горизонтальной плоскости в уравнение, характеризующее влияние угла атаки приваливающего диска и перемещения диска в горизонтальной плоскости на коэффициент соответствия эталону:

0,0008а2 - 0,0487а + 0,6069 = 0. (16)

Графическое представление определения перемещения диска и угла его атаки представлено на рисунке 9. Оптимальными параметрами рабочего органа для первой междурядной обработки оказались следующие: скорость движения агрегата V - 7,5 км/ч; угол атаки приваливающего диска а - 16,5°; перемещение диска в горизонтальной плоскости относительно стойки / - 77 мм.

Аналогичным способом определили оптимальные параметры для второй междурядной обработки: V = 8 км/ч; а = 14°; I = 69 мм.

а б

Рисунок 9 - Графическое определение: а - перемещения диска в горизонтальной плоскости относительно стойки; б - угла атаки диска.

В четвертом разделе «Исследование технологического процесса междурядной обработки пропашных культур в производственных условиях» изложены методика и результаты производственных исследований, которые проведены в ООО «Дружба» Ульяновской области.

При исследовании рабочих органов в производственных условиях использовали культиватор КРН-4,2, оборудованный экспериментальными который навешивали на трактор Т-70 (рисунок 10).

Рисунок 10 - Общий вид культиватора

При проведении исследований в производственных условиях определяли энергетические и качественные показатели на каждой из обработок. Исследование качественных показателей работы комбинированного рабочего органа проводили по двум направлениям:

- сравнение количества сорняков на квадратном метре поля после прохода комбинированных и стандартных рабочих органов;

- сравнение параметра оптимизации, полученного в производственных условиях с параметром оптимизации, полученным в лабораторных условиях.

Энергетическая оценка работы комбинированного рабочего органа в нашем случае заключается в сравнении полученных значений израсходованного топлива с значениями, полученными при работе серийными рабочими

органами и с типовыми нормами выработки и расхода топлива на сельскохозяйственные механизированные работы.

При первой междурядной обработке средний расход топлива составил: с использованием комбинированных рабочих органов 3,49 л/га; с использованием серийных рабочих органов составил 3,31 л/га. Типовая норма расхода топлива не должна превышать 3,5 л/га.

При второй междурядной обработке средний расход топлива составил: с использованием комбинированных рабочих органов 2,89 л/га; с использованием серийных рабочих органов составил 2,96 л/га. Типовая норма расхода топлива не должна превышать 3,2 л/га.

После сравнения полученных результатов установлено, что расход топлива при использовании комбинированного рабочего органа не превышает типовые нормы расхода топлива.

Визуальное сравнение посевов проводили до и после 1-ой междурядной обработки, а также до и после 2-ой междурядной обработки (рисунок 11).

■ ' : • :*" .. ; ' ... ......

в в ШйШщШ'

' ' ' * л >г 18' □ Js, * ' $, І

1 2

Рисунок 11 - Визуальное сравнение посевов: 1 - при первой междурядной обработке (а - до обработки; б - после обработки); 2 - при второй междурядной обработке (а - после обработки; б - до обработки)

После первой междурядной обработки комбинированными рабочими органами на 1 м2 осталось от 2 до 5 сорняков, но в этом случае сорняки в междурядьях погибали полностью и оставались лишь между культурными растениями, так как имели с ними одинаковую высоту стеблей.

После второй междурядной обработки комбинированными рабочими органами на 1 м2 насчитывалось от 3 до 7 сорняков. Следовательно, сорняки, которые выросли после первой междурядной обработки, погибали, а остались лишь те, которые не погибли после первой междурядной обработки.

Параметры гребня определяли при помощи профиломера (рисунок 12).

При первой междурядной обработке средняя площадь присыпаемого слоя Scp = 10657 мм2. При этом параметр оптимизации ксэ составил 0,935.

Расхождение полученной площади сечения присыпаемого слоя с идеальной площадью при первой междурядной обработке составило 6,5 %, а расхождение с площадью сечения гребня, полученной в лабораторных

условиях - 8,2 %, что свидетельствует об удовлетворительной сходимости результатов.

Рисунок 12 - Определение профиля присыпаемого слоя: а - при первой междурядной обработке; б - при второй междурядной обработке

При второй междурядной обработке среднее значение площади присыпаемого слоя Sep = 33906 мм2. При этом ксз - 0,956.

Расхождение полученной площади сечения присыпаемого слоя с идеальной площадью при второй междурядной обработке составило 4,4 %, а расхождение с площадью сечения, полученной в лабораторных условиях - 1,8 %, что также свидетельствует об удовлетворительной сходимости результатов.

В пятом разделе «Технико-экономическая эффективность внедрения предлагаемого рабочего органа, в производство» определена эффективность применения экспериментальных рабочих органов при обработке посевов подсолнечника. Урожайность подсолнечника при использовании комбинированных рабочих органов выросла с 10,6 ц/га при использовании серийных рабочих органов до 15,3 ц/га.

Сумма дополнительных капитальных вложений на приобретение комбинированных рабочих органов пропашного культиватора и культиватора КРН-4,2 составляет 187019 рублей. Однако при использовании культиватора, оборудованного комбинированными рабочими органами, при возделывании подсолнечника сокращаются эксплуатационные затраты на 14133 рубля по сравнению с использованием существующего культиватора. За счет повышения урожайности культуры на 4,7 и/га прибыль от реализации продукции дополнительно произведенной продукции возрастает на 728500 рублей. При этом годовой экономический эффект достигает 555614 рублей на 100 га подсолнечника. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений при внедрении нового рабочего органа культиватора не превышает 0,34 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ способов междурядной обработки показал, что предпочти-

тельно производить обработку междурядий путем механического рыхления и уничтожения в них сорняков, а защитных зон - путем сдвига слоя почвы в рядок посевов.

Анализ существующих средств механизации междурядной обработки показал, что они имеют ряд следующих недостатков: невыполнение агротехнических требований, предъявляемых к междурядной обработке; большие затраты труда и топливо-смазочных материалов на междурядную обработку; сложность конструкций; большие тяговые сопротивления и затраты энергии.

Совершенный рабочий орган для междурядной обработки пропашных культур должен быть комбинированным, выполнять функции нескольких отдельных рабочих органов, последовательно устанавливаемых на секциях культиватора и обеспечивать выполнение всех агротехнических требований при минимальных затратах энергии.

2. Установлены основные закономерности деформации почвы комбинированным рабочим органом. Получены теоретические зависимости скорости движения частиц по рабочему органу и тягового сопротивления от его конструктивных параметров, режимов работы и свойств почвы. Также получена зависимость диаметра диска от угла его установки и площади сечения гребня.

3. Полученные в результате лабораторных исследований математические модели процесса междурядной обработки с использованием предложенного рабочего органа позволили определить его оптимальные параметры и режимы работы:

- для первой междурядной обработки: скорость движения агрегата -7,5 км/ч; угол атаки приваливающего диска - 16,5°; перемещение приваливающего плоского диска диаметром 250 мм в горизонтальной плоскости относительно стойки - 77 мм;

- для второй междурядной обработки: скорость движения агрегата - 8 км/ч; угол атаки приваливающего диска диаметром 250 мм - 14°; перемещение диска в горизонтальной плоскости относительно стойки - 69 мм.

4. При использовании предложенных рабочих органов урожайность подсолнечника увеличилась на 44,7 %, а количество междурядных обработок снизилось до 2. Сумма дополнительных капитальных вложений составила 187019 рублей. При этом эксплуатационные затраты сократились на 14133 рубля по сравнению с использованием существующего культиватора, а срок окупаемости дополнительных капитальных вложений при внедрении комбинированного рабочего органа не превышает 0,34 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1.Курдюмов В.И., Софронов Е.В., Мударисов С.Г. Анализ факторов, влияющих на тяговое сопротивление рабочего органа пропашного культиватора. Научно-теоретический журнал «Вестник Ульяновской ГСХА»,

№2(14), 2011, с. 100-104.

2. Курдюмов В.И., Софронов Е.В., Мударисов С.Г. Определение режимов работы комбинированного рабочего органа пропашного культиватора. Вестник Алтайского ГАУ, № 11, 2012, с. 79 - 82.

Патенты

3. Курдюмов В.И., Софронов Е.В. Рабочий орган культиватора. - Патент на изобретение RU № 2406283. - Опубл. 20.12.2010 г., Бюл. № 20.

4. Курдюмов В.И., Софронов Е.В., Зайцев В.П. Рабочий орган культиватора. - Патент на полезную модель RU № 82083. - Опубл. 20.05.2009 г., Бюл. № 14.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

5. Софронов Е.В., Курдюмов В.И. Совершенствование рабочего органа для междурядной обработки пропашных культур // Материалы III Всероссийской научно - практической конференции «Специалисты АПК нового поколения». - Саратов: ИЦ «Наука», 2009 г., с. 148-150.

6. Софронов Е.В., Курдюмов В.И. Основные способы междурядной обработки // Материалы Международной научно - практической конференции «Вавиловские чтения - 2009». - Саратов: ООО «КУБиК», 2009 г., с. 353 - 355.

7. Курдюмов В.И., Софронов Е.В. Основные виды деформации почвы и движение почвенного пласта по рабочему органу // Материалы Международной научно - практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного производства». - Курск: Курская ГСХА, 2010 г., с. 248 -251.

8. Курдюмов В.И., Софронов Е.В. Основные задачи и контроль качества при междурядной обработки пропашных культур // Материалы Международной научно - практической конференции, посвященной 65-летию Победы в Великой отечественной войне «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих, инновационных технологий» том 2. - Волгоград: ИПК «Нива», 2010 г., с. 194 - 196.

9. Курдюмов В.И., Софронов Е.В. Основные силы, действующие на рабочий орган пропашного культиватора // Материалы П-ой Международной научно - практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения», том 1П. -Ульяновск: Ульяновская ГСХА, 2010 г., с. 124 -126.

10. Курдюмов В.И., Софронов Е.В. Тяговое сопротивление стрельчатой лапы // Материалы III-й Международной научно - практической конференции «Молодёжь и наука XXI века», том IV. - Ульяновск: Ульяновская ГСХА, 2010 г., с. 126 -128.

11. Курдюмов В.И., Шаронов И.А., Софронов Е.В. Деформация почвы клином и перемещение ее частиц по универсальной стрельчатой лапе II Материалы III-й Международной научно - практической конференции

«Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения», том II. - Ульяновск: Ульяновская ГСХА, 2011 г., с. 311-315.

12. Курдюмов В.И., Софронов Е.В. Определение параметра оптимизации комбинированного многофункционального рабочего органа культиватора // Материалы IV Международной научно - практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения», том 2. - Ульяновск: Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина, 2012 г., с. 171 - 175.

Подписано в печать 19.04.2013 г. Формат 60x84

Бумага типогр. Гарнитура Times New Roman

432980 г. Ульяновск, б. Новый Венец, 1

Усл. печ. л. 1,0 Тираж - 100 экз. Заказ - 1057