автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы копирующего механизма рабочих органов почвообрабатывающего посевного комплекса

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Технологии обработки почв и посева зерновых культур.

1.2. Влияние показателей качества посева на урожай.

1.3. Задача о копировании поверхности поля.

1.4. Анализ существующих копирующих механизмов.

1.5. Пути усовершенствования посевных почвообрабатывающих комплексов.

1.6. Обоснование цели и задач исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ПАРАЛЛЕЛОГРАММНОГО КОПИРУЮЩЕГО МЕХАНИЗМА.

2.1. Общая характеристика условий работы параллелограммного копирующего механизма почвообрабатывающего посевного комплекса.

2.2. Кинематический анализ параллелограммного копирующего механизма.

2.2.1. Кинематический анализ параллелограммного копирующего механизма с точечным копирующим элементом.

2.2.2. Кинематический анализ параллелограммного копирующего механизма с опорно-копирующим колесом.

2.3. Анализ внешних силовых факторов, действующих на копирующий механизм.

2.4. Вероятностно-статистическая оценка сил, действующих в копирующем механизме и вертикальных перемещений.

2.4.1. Законы распределения сил, действующих в копирующем механизме.

2.4.2. Вероятностные характеристики функции от одной случайной величины.

2.4.3. Вероятностные характеристики функции от двух случайных величин.

2.5. Обоснование параметров и режимов работы параллелограммного копирующего механизма.

Выводы.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований.

3.2. Оборудование и измерительная аппаратура, используемая в экспериментальных исследованиях.

3.3. Тарировка приборов и измерительной аппаратуры.

3.4. Методика определения тягового сопротивления агрегата.

3.5. Методика лабораторно-полевых испытаний параллелограммного копирующего механизма.

3.6. Методика закладки полевых опытов.

3.7. Оценка ошибок измерений и точности результата эксперимента.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Оценка величины вертикальных перемещений параллелограммного копирующего механизма.

4.2. Результаты тяговых испытаний почвообрабатывающего посевного комплекса «Алтай».

4.3. Результаты агротехнической оценки посевного почвообрабатывающего комплекса «Алтай».

4.3.1. Характеристики состояния почвы в весенний период.

4.3.2. Показатели качества посева зерновых и развития растений.

4.3.3. Структура урожая зерновых.

4.4. Обоснование рациональных параметров и режимов работы параллелограммного копирующего механизма.

4.4.1. Обоснование рационального радиуса опорно-копирующего колеса.

4.4.2. Обоснование рациональной длины продольных тяг параллелограмма.

4.4.3. Обоснование рациональной высоты параллелограмма. 112 Выводы.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Важнейшим условием развития сельского хозяйства является совершенствование системы земледелия и средств механизации, повышение эффективности использования машинотракторных агрегатов на основе системного анализа совокупности эксплуатационных факторов.

В последние годы значительно снизился уровень механизированных работ в растениеводстве, что приводит к несоблюдению сроков проведения сельскохозяйственных операций и требует изыскивать новые пути и резервы повышения производительности машинно-тракторных агрегатов (МТА) и снижения погектарного расхода топлива. Важнейшим условием развития АПК является рациональное использование земельных ресурсов на базе новейших достижений науки.

Зерновые культуры в сельскохозяйственном производстве страны занимают ведущее место, поэтому подъем их урожаев - важнейшая задача сельского хозяйства. Разумеется, величина урожаев во многом зависит от складывающихся метеорологических условий, но не меньшее, а часто и большее значение имеет уровень агротехники.

Территория Алтайского края не одинакова по почвенно-климатическим условиям. Неодинаков еще и общий уровень культуры земледелия в различных хозяйствах. Все это оказывает соответствующее влияние на величину и устойчивость урожаев зерновых культур.

В результате возникает необходимость совершенствования технологий возделывания зерновых культур с применением новой техники, обоснования параметров и режимов работы агрегатов при обработке почвы, заделки семян при посеве и нормы высева с позиций достижения максимальной отдачи гектара пашни при минимальных затратах энергии на возделывание сельскохозяйственных культур.

В настоящее время ряд предприятий России, в том числе и предприятия Алтайского края, выпускают и реализуют хозяйствам края новую почвообрабатывающую посевную технику, которая за один рабочий проход выполняет несколько технологических операций. В основном это аналоги зарубежных посевных почвообрабатывающих комплексов: ППК-12,4 (Тор-майстер), ПК «Кузбасс» («Конкорд») и др. Однако, из-за неприспособленности этих комплексов к особенностям эксплуатации в Алтайском крае они обладают рядом существенных недостатков. Основные из них - низкое качество посева из-за большой неравномерности заделки семян по глубине вследствие невыровненное™ полей, а также высокая металлоемкость, что приводит к переуплотнению почвы и повышает затраты энергии на перемещение агрегата.

Целью настоящей работы является повышение качества обработки почвы и посева зерновых культур за счет оптимизации параметров и режимов работы механизма, обеспечивающего копирование поверхности поля рабочими органами.

В качестве предмета исследований принят процесс функционирования параллелограммного копирующего механизма с учетом вероятностного характера изменения сил сопротивления движению рабочих органов и вертикальных перемещений механизма в процессе работы.

В качестве объекта исследований принят параллелограммный копирующий механизм посевного комплекса «Алтай» ОАО «Алтайдизель» в агрегате с трактором Т-404 ОАО «Алттрак» на посеве зерновых.

Научная новизна настоящей работы заключается в следующем: разработана математическая модель, описывающая процесс функционирования параллелограммного копирующего механизма, отличительной особенностью которой является то, что она учитывает вероятностный характер как вертикальных перемещений механизма, так и сил сопротивления на сошниках; предложены методы обоснования рациональных геометрических параметров и режимов работы параллелограммного копирующего механизма, учитывающие качество выполнения работ и надежность механизма при случайном характере внешних воздействий.

Практическая значимость и реализация результатов проведенных исследований заключается в том, что проведенные лабораторно-полевые испытания и предложенные методы обоснования геометрических параметров и режимов работы параллелограммного копирующего механизма позволяют на стадии проектирования и совершенствования конструкции посевного почвообрабатывающего комплекса обосновывать рациональные геометрические параметры параллелограммного копирующего механизма, а в условиях эксплуатации выбирать рациональные режимы работы, обеспечивающие требуемое качество обработки почвы и посева зерновых культур.

На защиту выносятся: математическая модель, описывающая процесс функционирования параллелограммного копирующего механизма посевного почвообрабатывающего комплекса; методы обоснования геометрических параметров и режимов работы параллелограммного копирующего механизма; результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию геометрических параметров и режимов работы при выполнении посева зерновых культур и культивации на глубину от 4 до 12 см.

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований Алтайского государственного аграрного университета (АГАУ) (тема 46) и соответствует научно-техническим программам: «Научные исследования и разработки по комплексному использованию природных ресурсов и развитию производительных сил Сибири» от 13 июля 1984 г. и «Сохранение и повышение плодородия почв в Алтайском крае на 1993-95 гг.» от 17 ноября 1992 г.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях: юбилейная научно-практическая конференция «Сельскому хозяйству -эффективные технологии и средства механизации», посвященная 50-летию ИТАИ (Барнаул, 2001 г.); научно-техническая конференция сотрудников и аспирантов ИТАИ; ежегодная научно-практическая конференция преподавателей и сотрудников ИТАИ (Барнаул 2002 г.).

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В настоящее время в сельскохозяйственной практике большое внимание уделяется созданию и использованию комбинированных агрегатов, позволяющих за проход выполнять несколько операций по обработке почвы и посеву, внесению удобрений и гербицидов. Однако, несмотря на ряд преимуществ, использующиеся почвообрабатывающие посевные комплексы имеют существенные недостатки, основной из них - большая неравномерность глубины обработки почвы и заделки семян. Для устранения этого недостатка на почвообрабатывающем посевном комплексе «Алтай» были установлены копирующие механизмы. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработанная математическая модель, описывающая процесс функционирования параллелограммного копирующего механизма, позволяет определять нагрузку на опорно-копирующее колесо и усилия в элементах с учетом случайного характера изменения тягового сопротивления сошников и их вертикальных перемещений.

2. Экспериментальными исследованиями установлено, что изменение тягового сопротивления рабочих органов и перемещение копирующего механизма в вертикальной плоскости имеют случайный характер, являются стационарными эргодическими процессами и их закон распределения близок к нормальному. Результаты экспериментальных исследований посевного комплекса «Алтай» подтверждают обоснованность теоретических предпосылок и адекватность математической модели. Расхождение экспериментальных данных с расчетными не превышает 4 %.

3. Установлено, что рациональными параметрами параллелограммного механизма являются следующие: длина продольных тяг - не менее 0,45 м; высота параллелограмма - не менее 0,30 м; угол наклона продольных тяг к горизонту в среднем положении - 9°, что позволяет стабилизировать величину реакций в продольных тягах и нагрузки на опорно-копирующее колесо. При таких параметрах параллелограммного копирующего механизма обеспечивается копирование рельефа поля, не происходит отрыва опорно-копирующего колеса от поверхности почвы и резкого возрастания реакций в продольных тягах.

4. Применение на посевном почвообрабатывающем комплексе «Алтай» параллелограммных копирующих механизмов позволяет при проведении посева по стерневому фону выдерживать агротехнические требования по равномерности глубины заделки семян в почву. Средний коэффициент вариации заделки семян по глубине при посеве агрегатом Т-404+ПК «Алтай» по стерне равен 16 %, а при посеве агрегатом Т-4А+СП-16+4СЗП-Э,6 по подготовленному полю -27 %. Это привело к повышению урожайности примерно на 1,5 ц/га. Оценка урожайности по бункерному весу зерна показывает, что при посеве ПК «Алтай» на площади 36 га получено в среднем 34,6 ц/га против 30,2 ц/га при строчном посеве сеялками СЗП-3,6 по традиционной технологии. Прибавка составила 4,4 ц/га или 14,5 %. Оценка биологического урожая дала примерно те же сравнительные результаты: соответственно, 43,6 и 38,8 ц/га; 4,8 ц/га; 12,5 %.

5. В ходе проведения испытаний было установлено, что при принятой компоновочной схеме агрегата чистая производительность составила 8,7 га/ч, а сменная - 37,3 га при удельном расходе топлива 3,6 кг/га. Годовой экономический эффект от применения почвообрабатывающего посевного комплекса, оснащенного параллелограммными копирующими механизмами, составит в ценах на октябрь 2002 г. 1860,5 руб./га при годовой загрузке 1000 га. Годовая экономия составит 482,5 руб./га.

1. Агеев Л.Е. Научные основы определения оптимальных и допускаемых значений энергетических параметров машинно-тракторных агрегатов с учетом вероятностного характера внешних воздействий. Автореф. дис. . докт. техн. наук. - Л., 1973. - 52 с.

2. Агеев Л.Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов. Л.: Колос, 1978. - 296 с.

3. Агрокомплекс возделывания зерновых культур. // Методические рекомендации. Новосибирск, 1981.- 54с.

4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. -279 с.

5. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Н.Д. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. - 474 с.

6. Александров Ю.В., Квашонкин Н.И. Оценка качества технологического функционирования сошников с учетом вероятностной природы внешних возмущений. // Совершенствование почвообрабатывающих машин. М., 1987, С 38-40.

7. Ахапкин М.В. Испытания тракторов с различной энергонасыщенностью при работе с сельскохозяйственными машинами и орудиями. // Повышение рабочих скоростей движения трактора. М.: ЦИНТИАМ, 1963.-С. 56-68.

8. Бараев А.И. Почвозащитное земледелие: Избранные труды. М.: Агропромиздат, 1998. - 382с.

9. Бараев А.И. Почвозащитное земледелие: Избранные труды. -Новосибирск, 1998,- 166с.

10. Барсуков А.Ф., Еленев A.B. Справочник по сельскохозяйственной технике. М.: Колос, 1981. - 280 с.

11. Бахмутов В.А., Базаров М.К., Ковзалов В.И. Влияние геометрических параметров сошника для подпочвенно-разбросного посева зерновых культур и его поступательной скорости на величину смещения почвенных частиц. Труды ЧИМЭСХ, т. 33, 1970.

12. Беляев В.И. Комплексная оценка эффективности применения различных рабочих органов плоскорезов-глубокорыхлителей. // Механизация технологических процессов в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности. Барнаул, 1997. - С. 123 - 129.

13. Беляев В.И., Коваль И.Н. Обоснование критерия эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов. // Повышение эффективности ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники.: Сб. научн. тр. / АСХИ. Барнаул, 1988. - С. 42 - 46.

14. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974.-С. 15-53.

15. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., 1967. -608 с.

16. Бурлакова Л.М., Мерецкий Е.В. Состав почвенного покрова сухостепной зоны Алтайского края, его сельскохозяйственное использование и современное состояние. / Вестник АГАУ, № 41. Барнаул. 2001. Азбука.

17. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработки опытных данных. -М.: Колос, 1973. 199с.

18. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576с.

19. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М.: Наука, 1969. - 576 с.

20. Вопросы земледельческой механики. Т 7. / Под ред. академика АН БССР профессора М.Е. Мацепуро и кандидата техн. наук Б.Н. Анушкевича, Минск, 1961.-328 с.

21. Вопросы обработки почвы и агротехники зерновых культур. -Целиноград, 1984. 55 с.

22. Вольнов В.В. Минимальная обработка почвы под зерновые культуры в Алтайском крае. // Производство продукции сельского хозяйства в Алтайском крае в современных условиях: проблемы и решения. -Барнаул, 1998.-С. 120- 122.

23. Гаар Ю.А. Некоторые агротехнические показатели работы плоскорезов-глубокорыхлителей. // Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов. Челябинск, 1981. -Вып. 167. - С. 84-92.

24. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972. 367с.

25. Гнатовский В.М. Приемы повышения продуктивности ландшафтов в экстремальных условиях Кулунды. / Проблемы агропромышленного комплекса, Выпуск 1, том 1. Барнаул. -2001.

26. ГОСТ 7057-81. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1983. 58 с.

27. Грибановский А.П. Комплекс противоэрозионных машин. М.: Агропромиздат, 1989.

28. Гячев Л.В. Механика сельскохозяйственных машин.: Основы теории движения сельскохозяйственных машин. 4.1. Барнаул, 1995. - 204 с.

29. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в науке и технике. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. - 436 с.

30. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. - 416с.

31. Дроздов В.Н. Комбинированные почвообрабатывающие и посевные машины. М.: Нива России, 1992. - 160 с.

32. Дроздов В.Н., Сердечный А.Н. Комбинированные почвообрабатывающе-посевные машины. М.: Агропромиздат, 1988. - 112 с.

33. Завалишин Ф.С., Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. -М.: Колос, 1982, 231 с.

34. Заварзин В.А., Костенко Д.И. Основные факторы, влияющие на неравномерность заделки семян по глубине. // Совершенствование технологий и технических средств в АПК: Юбилейный сборник. -Барнаул: Изд-во АГАУ, 2001. С. 67 - 69.

35. Захаров П.С. Эрозия почв и меры борьбы с ней. М.: Изд-во Колос, 1971. - 190 с.

36. Зволинский В.Н., Любушко Н.И. Использование отечественного опыта при создании посевной техники. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1998. - № 11.-С. 22-25.

37. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 1984.-248 с.

38. Исследование и разработка почвообрабатывающих и посевных машин. -М., 1985.- 190 с.

39. Кабаков Н.С., Мордухович А.И. Комбинированные почвообрабатывающие и посевные агрегаты и машины. М.: Россельхозиздат, 1984. - 80 с.

40. Казаков В.Е. Земледелие Северного Казахстана и Западной Сибири. М., Колос, 1967.-375 с.

41. Кардашевский C.B., Погорелый A.B., Фридман Г.М. Испытания сельскохозяйственной техники. М.: Машиностроение, 1979. - 288с.

42. Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины. М.: Агропромиздат, 1989.

43. Качество полевых работ и регулировка с/х машин. Методические рекомендации. Новосибирск, 1982. 139 с.

44. Квашонкин Н.И. Вероятностная оценка равномерности глубины посева семян сошниками. // Совершенствование почвообрабатывающих машин. -М., 1987, С 40-43.

45. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1994. - 751 с.

46. К методике определения параметров качества обработки почвы для уточнения почвозащитной технологии возделывания полевых культур. -Целиноград, 1979. -43 с.

47. Ковзалов В.И. К вопросу о выборе ширины захвата сошника для подпочвенно-разбросного сева зерновых культур. Труды Оренбургского СХИ, т. 21, вып. 2, 1969.

48. Колмаков П.П., Нестеренко A.M. Минимальная обработка почвы. / Под ред. А.К. Бараева. -М.: Колос, 1981.-240 с.

49. Колпаков П.П., Нестеренко A.M. Минимальная обработка почвы. М.: Колос, 1981.-239 с.

50. Косачев Г.Г. Экономическая эффективность универсализации сельскохозяйственных машин. -М.: Экономика, 1966. 135 с.

51. Костенко Д.И., Заварзин В. А. Применение посевных и почвообрабатывающих агрегатов на базе универсальной несущей системы. // Совершенствование технологий и технических средств в АПК: Юбилейный сборник. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2001. - С. 58 - 61.

52. Краснощеков Н.В. Механика почвозащитного земледелия. -Новосибирск.: Наука, 1984. 199 с.

53. Красовских B.C. Основные факторы, влияющие на технико-экономические показатели почвообрабатывающего агрегата. // Повышение эффективности эксплуатации и ремонта машинно-тракторного парка: Сб. науч. тр. / Алт. с.-х. ин-т. Барнаул, 1987. - С. 5 -21.

54. Красовских B.C. Основы расчета параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов. // Учебное пособие. / Алт. с.-х. ин-т. -Новосибирск. 1982. 56 с.

55. Красовских B.C. Повышение эффективности функционирования тяговых агрегатов за счет оптимизации параметров и эксплуатационных режимов работы в степных и лесостепных районах Западной Сибири. Дис. докт. техн. наук. Барнаул, 1991. -543 с.

56. Красовских B.C., Соколов В.В., Заварзин В.А., Костенко Д.И. Силовой анализ копирующего механизма почвообрабатывающего посевного комплекса. // Вестник алтайской науки. Барнаул: Изд-во АГАУ, Вып. 2, 2002.-С. 18-20.

57. Красовских B.C., Соколов В.В., Титов В.А., Заварзин В.А., Костенко Д.И., Ширяев И.А. Основные результаты полевых испытаний посевного почвообрабатывающего комплекса «Алтай». // Вестник алтайской науки. Барнаул: Изд-во АГАУ, Вып. 2, 2002. - С. 7 - 10.

58. Крищенко В.П. Интенсивная технология возделывания озимой и яровой пшеницы. М.: Высшая школа, 1986. - 79 с.

59. Куликовский K.JL, Купер В.Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986. -448 с.

60. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. Теория, расчет, проектирование и испытание. M.-JI., Сельхозгиз, 1955. - 764 с.

61. Листопад Г.Е., Демидов Г.К., Зонов Д.Е. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. -М.: Агропромиздат, 1986.

62. Лихачев B.C. Испытания тракторов. М.: Машиностроение, 1974. - 286 с.

63. Лопырев М.И., Рябов Е.И. Защита земель от эрозии и охрана природы. -М.: Агропромиздат, 1989. 240 с.

64. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. -Л.: Колос, 1970.-376с.

65. Лурье А.Б., Любимов A.M. Широкозахватные почвообрабатывающие машины. Л.: Колос, 1979. - 312 с.

66. Любушко М.И. Состояние и направления развития конструкций широкозахватных и специализированных зерновых сеялок. М., 1983. -175 с.

67. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. М.: Колос, 1980. -168 с.

68. Мельников C.B., Рощин П.М. Методика испытаний машин с применением математической теории планирования эксперимента. // Новое в методах испытаний тракторов и сельскохозяйственных машин. -М.: ЦНИИТЭИ, 1971.-С. 87-90.

69. Методика и примеры определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. / Под ред. A.B. Шпилько. -ВНИИЭСХ. М., 1998. - 220 с.

70. Методика статистической обработки эмпирических данных. РТМ 44-62. / ВНИИМАШ. М., 1966. - 100 с.

71. Минимизация обработки почвы. М.: Колос, 1984. - 307 с.

72. Митков А.Л., Кардашевский C.B. Статистические методы в сельхозмашиностроении. -М.: Машиностроение, 1978. 360с.76