автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы многофункциональной сеялки-культиватора на междурядных обработках сои

На правах рукописи

МАТВЕЕВ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА НА МЕЖДУРЯДНЫХ ОБРАБОТКАХ СОИ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск - 2005

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Рубан Юрий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жирнов Александр Борисович

кандидат технических наук Берегов Валерий Пименович

Ведущая организация: ГНУ Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства (ДальНИИСХ) г. Хабаровск

Защита диссертации состоится «30» ноября 2005 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 220.027.02 при ФГОУ ВПО Дальневосточном государственном аграрном университете, по адресу: 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая 86, ауд.203

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДальГАУ Отзыв на автореферат диссертации, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 675005, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, ДальГАУ, отдел аспирантуры, телефакс: (416-2) 44-65-44

Автореферат разослан «¿£_» октября 2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным направлением в сельскохозяйственном производстве Дальнего Востока является возделывание сои. Основные посевы этой культуры в России сосредоточены на Дальнем Востоке и составляют 70% всей сои, производимой в нашей стране. Однако урожайность этой белковой и масличной культуры в среднем не превышает 1,1 - 1,5 т/га, что далеко не отвечает возможному потенциальному уровню ее урожайности.

Соя наиболее полно реализует свой биологический потенциал при посеве ее широкорядным способом. Согласно исследованиям ВНИИ сои, ширина междурядий должна составлять 0,45м. Общие требования к технологии производства сои определяются ее биологическими свойствами как бобовой, пропашной культуры.

Соя культура пропашная и ее урожайность в значительной мере зависит от своевременного посева и качественного проведения междурядных обработок. Сложившаяся в последние годы в соесеющих хозяйствах края технология возделывания сои, при которой механические способы борьбы с сорной растительностью заменяются химическими, и ее техническое обеспечение не вполне отвечает особенностям этой культуры, природно-производственным условиям и экологическим требованиям.

Проведение междурядных культиваций и прямолинейность посевов сои оказывает очень большое влияние на подрезание культурных растений. Для уменьшения защитной зоны и снижения подрезания сои нужно, чтобы посев и междурядная обработка посевов сои проводились одним и тем же агрегатом.

Повышение устойчивости прямолинейного движения агрегата возможно за счет рационального выбора конструкции и режимов работа агрегата.

Разработка многофункциональной машины и качественное выполнение технологических операций применительно к почвенно-климатическим и экологическим условиям Амурской области является актуальной научной и практической задачей.

Цель работы - совершенствование технологического процесса междурядных обработок сои путем обоснования параметров и режимов работа многофункциональной сеялки-культиватора.

Объект исследования - технологический процесс междурядной обработки посевов сои многофункциональной сеялкой-культиватором.

Предмет исследований - закономерности изменения устойчивого движения секции рабочих органов многофункциональной машины в зависимости от скорости движения и тягового сопротивления рабочих органов на междурядных обработках сои.

Методы исследований. При теоретических исследованиях применялись методы теоретической и прикладной механики, физики и механики грунтов. Тяговое сопротивление рабочего органа н-

зометрирования. При теоретических исследованиях и обработке результатов экспериментов расчеты производились на ПЭВМ с использованием программ EXCEL, Math CAD.

Достоверность результатов. Достоверность проведенных исследований обеспечивается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также результатами испытаний в научно-производственной бригаде отдела семеноводства ДальГАУ и в ОПХ ВНИИ сои.

Научная новизна работы:

- предложены аналитические зависимости коэффициента устойчивости движения агрегата при переменных (вероятностных) значениях тягового сопротивления рабочего органа.

- разработана секция рабочих органов с параллелограммной подвеской со спаренными копирующими колесами, повышающая устойчивость движения на междурядных обработках посевов сои;

- получена регрессионная модель устойчивого движения секции рабочих органов многофункциональной сеялки-культиватора.

Практическая значимость работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологии междурядных обработок сои. Доказана возможность увеличения урожая сои без применения экологически опасных средств химической борьбы с сорняками. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены параметры многофункциональной сеялки-культиватора и ее оптимальные режимы работы при проведении междурядных обработок посевов сои, обеспечивающие наибольшую устойчивость движения секции рабочих органов, что позволяет снизить подрезание культурных растений сои и уменьшить защитную зону до 0,06 м.

Разработанный рабочий орган сеялки культиватора позволяет снизить тяговое сопротивление на 28,8% и качественно обработать почву.

Внедрение. Многофункциональная сеялка-культиватор ММУ-3,6 включена в «Зональную систему технологий и машин для растениеводства Дальнего Востока на 2006-2015 гг.». Внедрена в научно-производственной бригаде отдела семеноводства ДальГАУ с. Дроново (2004г.) и в ОПХ ВНИИ сои (2005г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Дальневосточного государственного аграрного университета в период с 2004 по 2005 гг. (г. Благовещенск); на региональных научно-практических конференциях «Молодежь 21 века: шаг в будущее» в период с 2004 по 2005 гг. в Благовещенском филиале Московской академии предпринимательства и в Дальневосточном высшем военном командном училище имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского (г. Благовещенск). Многофункциональная сеялка-культиватор ММУ-3,6 экспонировалась на организованной Министерством сельского хозяйства РФ и

РЛСХН межрегиональной конференции «Развитие производства высокобелковой культуры сои».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе получено положительное решение о выдаче патента РФ. Общий объём публикаций 2,2 печатных листа.

Структур» и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 44 рисунков, 3 приложения. Список использованной литературы содержит 170 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации, ее научную новизну и основные положения работы.

В первой главе приведен анализ природных и климатических условий Амурской области, проанализированы условия применимости щелевания междурядий сои на культивации. При этом выявлено, что природные условия Амурской области способствует получению при щелевании междурядий на культивации более высокого урожая сои, чем при традиционной обработке почвы. Выявлено, что при щелевании условия произрастания сорняков ухудшаются, а структура почвы улучшается. При этом почва лучше впитывает и удерживает влагу, благодаря чему растения меньше страдают от ее избытка и дают более высокие урожаи. В связи с этим поиски рациональных путей совершенствования технологии с учетом улучшения физических свойств различных типов почв - актуальная проблема земледелия в Амурской области.

Нами был проведен анализ технологий и средств механизации возделывания сои. Большой вклад в развитии механизации соеводства внесли известные ученые Дальнего Востока: Бумбар И.В., Волков А.Т., Гершевич М.Г., Глотов В.П., Емельянов A.M., Жирнов А.Б., Кашпура Б.И., Камчадалов Е.П., Кислое А.Ф., Конченко Н.Ф., Назаренко В.В., Парубенко A.B., Присяжный М.М., Присяжная С.П., Рубан Ю.Н., Рябченко В.Н., Свешников В.И., Сюмак A.B., Терентьев Ю.В., Трофимов С.К., Цехместер М.Р. и др.

Проведены анализ, используемых машин при междурядной обработке посевов сои и методов повышения устойчивости движения машинно-тракторных агрегатов.

Последние изменения в области совершенствования существующих и внедрения новых технологий и технических средств при возделывании сои в значительной мере связано с экономическими и экологическими факторами.

В результате проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью, были определены задачи исследований:

1. Исследовать условия и факторы, влияющие на продуктивный рост растения сои.

2.Разработать математическую модель устойчивого движения многофункциональной сеялки-культиватора ММУ-3,6 на междурядных обработках сои.

3.Обосновать технические параметры и режимы работы многофункциональной сеялки-культиватора на междурядных обработках посевов сои, обеспечивающие наибольшую устойчивость движения секций рабочих органов.

4. Провести производственную проверку многофункциональной сеялки-культиватора ММУ-3,6 и оценить экономическую и энергетическую эффек- >

тивность предлагаемой технологии.

Вторая глава. Устойчивость движения машин на междурядной обработке сои оказывает определяющее влияние на урожайность сои и на качественные показатели работы машин. Основным фактором качественного показателя на междурядной обработке посевов сои является прямолинейность посева. Поэтому очень важно, что на посеве и на междурядной обработке посевов сои используется одна и та же машина.

Неустойчивый характер движения машин весьма вероятен в случаях, когда механические параметры комбинированного агрегата выбираются произвольно. Движение машинно-тракторного агрегата по полю можно представить как плоско-параллельное и свести к движению этой фигуры в ее плоскости.

Рассмотрим движение по горизонтальной плоскости секции рабочих органов многофункциональной машины (рис. 1.). Движение точки крепления секции рабочих органов к основному брусу машины О будем считать прямолинейным и равномерным со скоростью V0 = const.

Рис. 1 Силы, действующие на секцию рабочих органов многофункциональной сеялки-культиватора с учетом упругих реакций копирующих колес: где ОЬ = X - расстояние от точки крепления секции к основному брусу

машины до оси копирующего колеса; (Уо, XV) = <Р - угол отклонения плоскости симметрии от равновесного положения; - скорость поперечной деформации колес; У^ - скорость перемещения центра отпечатка шины по опорной плоскости, совпадающая с повернутой осевой линией отпечатка;

= V ~ угловые деформации колес; 00 = (1 - расстояние от точки крепления секции рабочих органов к основному брусу машины до центра сопротивления О рабочих органов

В процессе движения многофункциональной машины на секцию рабочих органов действуют упругие реакции опорной поверхности Т, М сопротивления рабочих органов перекатыванию копирующих колес 5 и тяговое усилие Р.

На основании теории физического маятника, нами получено дифференциальное уравнение колебания секций рабочих органов относительно точки О (02) плоскости ХОУ

= Мк+Мт, (1)

где - момент инерции масс машины относительно оси О прицепа; <Р -

угловое ускорение; Мя - момент сил сопротивления рабочих органов относительно точки крепления секции рабочих органов; Мт = М0 (Т)+М (Б)+М - главный момент относительно точки крепления секции рабочих органов сил, приложенных к копирующему колесу.

Придадим уравнению (1) вид

<р + 2пф + к (р = а, (2)

где

Лс12 ^

п =-> 0;

2«/0Ро

(3)

Коэффициент л, характеризующий вид движения секции рабочих органов, определяем по формуле Л.В. Гячева

,пг М1

где п - коэффициент сопротивления; к - частота свободных колебаний.

Значениям д<1 соответствуют, очевидно, затухающие колебания; л>\ -апериодическое движение; >1=1 - предельное апериодическое движение.

При определении устойчивости движения сельскохозяйственных машин Л.В. Гячев принимает тяговое сопротивление рабочих органов постоянным (11=соп51). Такое условие не позволяет исследовать влияние составляющих тягового сопротивления на коэффициент устойчивости движения х.

На основании рациональной формулы В.П. Горячкина определяем тяговое сопротивление экспериментального рабочего органа

Кобщ. = Квх + КРх -

где , Яд,, Я[гх - проекции реакций на ось абсцисс от совместного

действия сил трения и соответственно веса почвенного, силы сопротивления почвы деформации и силы динамического давления почвенного пласта.

Значения, определяющие составляющие сопротивления почвы определяем по Г.Н. Синеокову

*т/3 + /(со&^у + яш^СОБУ?)

"■п* = аЫр£--——-:—--;

созр - / зшузт/?

(6)

аЬрУ^ вт^ Я »¡п/?+/зт +«»/?)

л --1--А.

гх

(7)

Для определения сопротивления почвы деформации /{ воспользуемся

5*

формулой П.Н. Бурченко

+ (8) где 0,5$-составляющие общего усилия на деформацию отрыва и сдвига, Н.

Таким образом, теоретическим путем получили их составляющие

5 = (44561е°',88г)-^- Я2 = 0,989.

(9)

Б1П у/

0 = О,75аЬ(15925еО'188сг) Л2 =0,989.

(10)

Далее, подставляя уравнения (9), (10) в уравнение (8) получим в

Л =(44561ео,т)-^- + 0,75(15925е°'ШЗх)аЬ (Ш ^ ьту/ '

Подставляем в формулу (4) формулу (5) и получим

Л-"2 ^ Л^х+^ + ^х)^ (12)

к1 4У0^о2 4У0Г02

При условии ли устойчивость движения секции рабочих органов примет вид

М .

"Т&й ' (13>

где о- степень устойчивости движения. Подставляя (12) значение X в формулу (13) получим

-77^2-" <14>

Уравнение (14) показывает степень устойчивости движения секции рабочих органов с учетом составляющих тягового сопротивления.

Теоретически обоснована глубина обработки почвы при щелевании междурядий сои на культивации. При определении глубины щелевания необходимо учитывать возможную опасность повреждения растений сои от деформации обрабатываемой почвы. Известно, что при движении рабочего органа почва скалывается в вертикальном направлении под углом ^ и в горизонтальном (боковом) направлении под углом (рис. 2.).

Горизонтальные деформации почвы, при излишней глубине щелевания, способны нанести вред растениям сои. При щелевании междурядий сои шириной Ь учитывается защитная зона с и ширину щелереза в. Глубина щелевания должна быть такой, чтобы выход линий скола (деформации) почвы на поверхность поля находился вне защитных зон. Ширина полосы деформированной щелерезом почвы должна определятся из условия

В=Ь-2с,

(15)

Рис. 2 Схема к определению глубины щелевания междурядий: 1- щелерез; 2- деформированная щелерезом почва; 3- растения сои

В этом случае зона деформации почвы, приходящаяся на одну сторону щелереза составит ДБ= или с учетом формулы (15)

ле Ь-2с-в 1-е

=-2-= 2--С' ( *

Из рисунка 2 видно, что глубину щелевания можно определить

г. (17)

Подставив в уравнение (17) значение Д8, получим

а = (18)

При проведении междурядных обработок посевов сои с одновременным щелеванием междурядий имеем следующие исходные данные: ширина междурядья Ь=0,45м; ширина щелереза в=0,02м; ширина защитной зоны с = 0,06 м. Угол скола почвы в горизонтальном направлении у,; = 44° (при

скорости движения 2м/с).

Подставив исходные данные в уравнение (18), получим

а = (°'45~0,°2 - 0,05)^44° = 0,15 м

Анализ уравнения (18) показывает, что глубина щелевания зависит как от технологических параметров (ширина междурядия, величина защитной зоны), так и от конструктивных параметров (ширины) щелереза.

На рисунке 3 представлена теоретическая зависимость глубины щелева-ния от защитной зоны, которая имеет линейный характер и аппроксимируется следующим выражением

>" =-0,9657*+ 0,2076; Я2=1. (19)

О,СМ 0,05 О.Ов 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 Защитная зона.м j

Рис. 3 Теоретическая зависимость глубины щелевания от величины защитной зоны

Данная теоретическая зависимость позволяет заранее рассчитать необходимую глубину щелевания. При ширине междурядия 0,45м максимальная глубина составляет 0,16м; если глубина щелевания будет больше максимальной глубины, то линии скола почвы будут проникать в корневую систему растений сои и повреждать их.

В третьей главе представлена частная методика определения амплитуды и частоты колебаний почвообрабатывающего рабочего органа. Тяговое сопротивление рабочих органов проводились методом тензометрирования. Представлена методика производственной проверки многофункциональной машины, методика постановки опытов и методика обработки экспериментальных данных на Excel и Math CAD. Проводился хронометраж рабочего времени на посеве широкорядным способом и на междурядной обработке посевов сои. Исследования многофункциональной машины в полевых условиях на посеве сои широкорядным способом проводились согласно ОСТ 70.5.1-82 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины посевные. Программа и методы испытаний» и на междурядной обработке сои широкорядным способом в рекомендуемые агротехнические сроки согласно РД 10.4.3-89 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для обработки пропашных культур. Программа и методы испытаний».

В четвертой главе представлены результаты лабораторных и лабораторно-полевых исследований, а также условия и результаты производственной проверки и поставленных полевых опытов.

В процессе исследований разработана математическая модель устойчивого движения многофункциональной сеялки-культиватора ММУ-3,6 на междурядной обработке посевов сои. С помощью математической модели обосновали режимы работы многофункциональной сеялки-культиватора на междурядных обработках посевов сои, обеспечивающие наибольшую устойчивость движения секций рабочих органов. Изготовлены рабочий орган и секции рабочих органов и установлены на многофункциональной сеялке-культиваторе ММУ-3,6 (рис. 4.).

Рис. 4 Многофункциональная сеялка-культиватор в режиме культиватора

Для определения параметра и оптимального режима работы многофункциональной машины ММУ-3,6 с копирующими колесами на междурядной обработке посевов сои выбрали ортогональный центрально-композиционный план 2-го порядка, включающий 15 опытов. Критериями оптимизации выбраны следующие параметры

У - коэффициент устойчивости, характеризующий вид движения секции рабочих органов;

- скорость движения, м/с; глубина хода рабочего органа, м;

- расстояние от точки крепления секции рабочих органов к основному брусу машины до центра сопротивления Б рабочих органов, м.

Исходя из теоретических и расчетно-экспериментальных исследований устойчивого движения секции рабочих органов, позволили выбрать уровни и интервалы варьирования факторов (табл,1).

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования факторов

Факторы Обозначения *2

Базовый уровень 0 1,66 0,10 1

Интервал Е 0,55 0,05 0,20

Верхний уровень +1 2,22 0,15 1,2

Нижний уровень -1 1,11 0,05 0,8 .. _ ___________

Звездные точки:

Верхнее плечо +1,215 2,10 0,16 1,24

Нижнее плечо -1,215 0,90 0,04 0,76

Значимость коэффициентов регрессии проверяли с помощью критерия Стьюдента. Если рассчитанное I значение коэффициента регрессии будет превышать величину табличного =2,042, то коэффициент регрессии

считается значимым. (табл - табличное значение критерия Стюдьента при числе свободы, с которыми определялась дисперсия воспроизводительности в выбранном 5%-ом уровне значимости.

Таким образом, после расчетов математическая модель запишется так

У = 0,72-0,19*! +0,19*2 +0,2УГ3 + 0,14*,ЛГ2ДГ3 -0,07Х\ -0,07*| (20)

На основании уравнения (20), построили поверхности откликов и их сечения в зависимости от скорости движения и глубины хода рабочих органов (рис. 5.).

X,

Рис. 5 Зависимость устойчивого движения секции рабочих органов от скорости движения и от глубины хода рабочих органов, при <1=1,2м

Получены оптимальные параметры и режимы работы многофункциональной сеялки-культиватора ММУ-3,6, при которых должна наблюдаться наибольшая устойчивость движения секции рабочих органов.

Наибольшая устойчивость движения секции сеялки-культиватора обеспечивается:

- при расстоянии <1 - 1 м глубина хода рабочих органов варьируется от а = 0,10 м до 0,15 м, а скорость движения от V = 0,55 м/с до V = 1,11 м/с;

- при расстоянии <1 = 0,8 м глубина хода рабочих органов а = 0,15 м, скорость движения V = 2,22 м/с;

- при расстоянии <1 = 1,2 глубина хода рабочих органов варьируется от а = 0,05 м до 0,15 м, скорость движения от V = 1,11 м/с до V = 2,22 м/с.

Оптимальным параметром секции сеялки-культиватора является расстояние <1 = 1,2 м, при защитной зоне 0,06 м, глубина хода рабочих органов варьируется от а = 0,05 м до 0,15 м, скорость движения от V = 1,11 м/с до V = 2,22 м/с.

Разработаны секции рабочих органов многофункциональной сеялки-культиватора и экспериментальный рабочий орган, которые представлены на рисунке 6. Экспериментальный рабочий орган 3 крепится на секцию рабочих органов. При осуществлении технологического процесса рабочий орган 3 работает в режиме автоколебаний.

Рис. 6 Разработанная секция рабочих органов и экспериментальный рабочий орган: где 1 - основной брус; 2 - секция сеялки-культиватора; 3 -экспериментальный рабочий орган

Полученные при тензометрировании и математически обработанные данные тягового сопротивления экспериментального рабочего органа подтверждают результаты проведенных теоретических исследований (рис. 7).

0,5 I 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Рабочая скорость движения, и/с

Рис. 7 Теоретическая и экспериментальная зависимости тягового сопротивления рабочих органов

Исходя из вышеизложенного, сопротивление почвы движению экспериментального рабочего органа ниже, чем жестко закрепленный рабочий орган, при скоростях движения: V = 1,6 м/с на 28,9%, V = 2,4 м/с на 28,3%.

Важнейшим показателем качества междурядной обработки посевов сои, а также критерием, определяющим выбор пропашного агрегата и возможного повышения предела скорости его движения, является повреждаемость растений сои во время культивации. Влияние скорости движения на повреждаемость растений сои показана на рисунке 8.

Рис. 8 Влияние скорости движения на повреждаемость растений сои

Уменьшение защитной зоны способствует более полному уничтожению сорняков. Значительное влияние на степень повреждения оказывает скорость движения.

Проведенная производственная проверка показала, что разработанная многофункциональная сеялка-культиватор ММУ-3,6 в условиях Амурской области удовлетворительно выполняет технологический процесс междурядной обработки посевов сои, соответствует предъявляемым к ней требованиям. Производительность за час основного времени составила 2,83 га при средней скорости движения 2,22 м/с.

Исследования проводили в сравнении ресурсосберегающей (новой) технологии с применением многофункциональной машины ММУ-3,6 проводили в сравнении с гербицидной (базовой 1) и безгербицидной (базовой 2) технологиями возделывания сои, применяемой в Амурской области.

По результатам проведенных исследований была определена урожайность сои, полученная при применении базовой 1, базовой 2 и новой технологии. Результаты опытов по определению биологической урожайности сои представлены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что биологическая урожайность на опытных делянках, обработанных сеялкой-культиватором на 0,15т/га выше, чем по гербицидной технологии.

Таблица 2

Биологическая урожайность сои

Наименование Базовый 1 Базовый 2 Новый

Число растений шт. на 1м2 57,3 60 62

Число бобов, шт. 611,7 623,3 626,4

Число бобов на 1 стебле, шт. 10,51 10,21 10,1

Урожайность, т/га 1,714 1,762 1,864

Полученная урожайность сои в базовом 1, базовом 2 и новом вариантах, соответственно, составила 1,66,17,1 и 1,81 т/га.

В пятой главе представлены показатели экономической и энергетической эффективности результатов исследований. Комплекс экономических, энергетических и технических расчетов проводили на единой информационно-аналитической базе в программе АИС «Arpo», разработанной отделом экономики ГНУ ДальНИПТИМЭСХ. Установлено, что технология с применением разработанной многофункциональной сеялки-культиватора (новая) по сравнению с базовой технологией снижает эксплуатационные затраты на 10,9%, расход ГСМ на 9% и уровень себестоимости производства сои на 18,1%, повышает урожайность на 8,13%, прирост рентабельности на 38,8%. Замена почвообрабатывающих машин многофункциональной сеялкой-культиватором позволяет снизить металлоемкость МТП на 18,6%.

Стоимость комплекса машин снизилась на 632,5 тыс.руб. или 11,3% по сравнению с базовой технологией. Энергетический доход составляет 14 ГДж/га. Годовой экономический составляет 261,5 тыс. руб. Срок окупаемости многофункциональной машины - в течение первого года эксплуатации.

Выводы и рекомендации производству

1. Выявлено, что щелевание междурядий сои способствует сокращению смыва почвы ливневыми осадками с 16,5 до 7,1 мъ¡га и улучшению условия произрастания сои в условиях Амурской области. Максимальная глубина щелевания при ширине междурядия 0,45 м составляет 0,16м, если глубина щелевания будет больше этой глубины, то линии скола почвы будут проникать в корневую систему растений сои и повреждать их.

2. Обоснованы параметры секции рабочих органов и оптимальные режимы работы многофункциональной сеялки-культиватора ММУ-3,6 на междурядной обработке сои. Наибольшая устойчивость движения секции рабочих органов обеспечивается при скоростях движения от У-1,11 м/с до 2,22 м/с, глубина хода рабочих органов от а=0,05 м до 0,15 м, при расстоянии от точки крепления секции до центра рабочих органов <1=1,2м и защитной зоне 0,06см. Отклонения от заданной глубины обработки почвы не превышает ±8,5 мм.

3. Секция сеялки-культиватора с параллелограммной подвеской со спаренными копирующими колесами, позволяет повысить устойчивость движения на междурядных обработках посевов сои. Это обеспечивается тем, что многофункциональная сеялка-культиватор ММУ-3,6 при агрегатировании с тракторами класса 2 на скоростях движения: при защитной зоне 0,06 м - до 2,36 м/с; при защитной зоне 0,08м - до 2,57 м/с; при защитной зоне 0,12 м - до 2,64 м/с качественно проводит технологический процесс, в пределах 3%-ной повреждаемости растений сои. Производительность агрегата за час основного времени составляет 2,83 га при погектарном расходе топлива 3,2 кг/га.

4. Установлено, что разработанный рабочий орган позволяет снизить тяговое сопротивление по сравнению с жесткозакрепленной стойкой рабочего органа при скоростях движения: V = 1,6 м/с на 28,9%; V = 2,4 м/с на 28,3%.

5. Доказана экономическая и энергетическая эффективность применения многофункциональной машины ММУ-3,6. Стоимость комплекса машин снизилась на 632,5 тыс.руб. или 11,3% по сравнению с базовой 1 технологией. Снижены прямые эксплуатационные затраты на 13,8% (базовая 1) и на 6,6% (базовая 2), расход ГСМ на 9% (базовая 1), на 11,4% (базовая 2) и металлоемкость МТП на 18,6%. Годовой экономический эффект составляет 261,5тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Матвеев, И.Н. Анализ технического обеспечения междурядных обработок посевов сои / И.Н. Матвеев, Ю.Н. Рубан // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: ДальГАУ, 2004. -Вып. 10.-С. 79 - 85.

2.Матвеев, И.Н. Устойчивость движения комбинированного машинно-тракторного агрегата на междурядной обработке сои / И.Н. Матвеев, Ю.Н. Рубан // Молодежь 21 века: шаг в будущее. Материалы пятой региональной научно-практической конференции. - Благовещенск: Издательство «Зея», 2004. - Т.З. — С. 149-152.

3.Матвеев, И.Н. Агротехнические показатели работы многофункциональной машины ММУ - 3,6 на междурядных обработках посевов сои / И.Н. Матвеев, Ю.Н. Рубан Н Молодежь 21 века: шаг в будущее. Материалы шестой региональной научно-практической конференции. -Благовещенск: Издательство «Зея», 2005. - Т.З. - С. 170-171.

4.Матвеев, И.Н. Методика экспериментальных исследований колебания рабочего органа многофункциональной машины ММУ-3,6 при междурядных обработках сои / И.Н. Матвеев, Ю.Н. Рубан // Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: ДальГАУ, 2005. -Вып.11. — С. 94-96.

5.Матвеев, И.Н. Результаты лабораторных исследований рабочего органа многофункциональной машины ММУ-3,6 / И.Н. Матвеев, Ю.Н. Рубан II Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск: ДальГАУ, 2005. -Вып. 11. - С. 96 - 99.

6. Заявка 2003133038 на патент РФ. Секция сеялки-культиватора. /Орехов Г.И., Сюмак A.B., Матвеев И.Н. и др. 11.11.2003. II Положительное решение о выдаче Патента РФ 15.07.2005.

7. Матвеев И.Н. Техника для реализации технологий производства продуктов растениеводства / И.Н. Матвеев, A.B. Сюмак, Г.И. Орехов // Зональная система технологий и машин для растениеводства Дальнего Востока на 2006-2015 гг. - Благовещенск: ДальНИПТИМЭСХ, 2005. - С. 403 - 465.

8.Матвеев, И.Н. Теоретическое обоснование глубины щелевания почвы при проведении междурядных обработок посевов сои на Дальнем Востоке / И.Н. Матвеев, Г.И. Орехов. - Благовещенск, 2005. - 5с. Деп. в ЦНИ и ТЭИ РАСН ВНИИЭСХ 24.08.05, № 43ВС2005.

Матвеев Иван Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА НА МЕЖДУРЯДНЫХ ОБРАБОТКАХ СОИ

Автореферат

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997г. Подписано к печати 26.10.2005 г. Формат 60х84'/16 Уч.-изд. л. -1,0. Тираж 100 экз. Заказ 205.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86

f

г

120895

РНБ Русский фонд

2006-4 17400

т ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Народнохозяйственное значение сои и условия ее возделывания.

1.2 Краткая характеристика природно-производственных условий возделывания сои в Амурской области.

1.3 Экологические аспекты технологии возделывания сои.

1.4 Анализ почвообрабатывающих рабочих органов и машин, используемых при междурядной обработке посевов сои.

1.5 Методы оценки устойчивости движения машин (МТА).

Основным направлением в сельскохозяйственном производстве Дальнего Востока является возделывание сои. Основные посевы этой культуры в России сосредоточены на Дальнем Востоке и составляют 70% всей сои, производимой в нашей стране [49]. Однако урожайность этой белковой и масличной культуры в среднем не превышает 1,1 — 1,5 т/га, что далеко не отвечает возможному потенциальному уровню ее урожайности.

Многие исследователи [10,12,13,22,40] утверждают, что урожайность сои низка потому, что не выполняются агротехнические приемы по ее возделыванию. По нашему мнению низкие урожаи вызваны еще тем, что применяемая технология и средства механизации не вполне отвечают почвенно-климатическим условиям и биологическим особенностям сои.

Соя наиболее полно реализует свой биологический потенциал при посеве ее широкорядным способом. Согласно исследованиям ВНИИ сои, ширина междурядий должна составлять 0,45м [121]. Общие требования к технологии производства сои определяются ее биологическими свойствами как бобовой, пропашной культуры.

Соя - культура пропашная и ее урожайность в значительной мере зависит от своевременного посева и качественного проведения междурядных обработок. Сложившаяся в последние годы в соесеющих хозяйствах региона технология возделывания сои и, особенно, ее техническое обеспечение не вполне отвечает особенностям этой культуры, природно-производственным условиям и экологическим требованиям.

Работа выполнена в соответствии с тематическим координационным планом на 2001-2005 гг. по научно-технической проблеме IX РАСХН «Научные основы формирования эффективной инженерно-технической системы АПК», задание 01, этап 02. 01. «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства» и плана НИР ДальГАУ на 2001-2005 гг. по теме 13.2 «Агроэнергетическая модернизация технологических комплексов в растениеводстве Амурской области».

Цель данной работы — совершенствование технологического процесса междурядных обработок сои путем обоснования параметров и режимов работы многофункциональной сеялки-культиватора.

В качестве объекта исследования рассматривается технологический процесс междурядной обработки посевов сои многофункциональной сеялкой-культиватором.

Предмет исследований — закономерности изменения устойчивого движения секции рабочих органов многофункциональной сеялки-культиватора в зависимости от скорости движения и тягового сопротивления рабочих органов на междурядных обработках сои.

Методы исследований - при теоретических исследованиях применялись методы теоретической и прикладной механики, физики и механики грунтов. Тяговое сопротивление рабочего органа определялось методом тен-зометрирования. При теоретических исследованиях и обработке результатов экспериментов расчеты производились на ПЭВМ с использованием программ EXCEL, Math CAD.

Достоверность результатов — достоверность проведенных исследований обеспечивается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также результатами испытаний в научно-производственной бригаде отдела семеноводства ДальГАУ и в ОПХ ВНИИ сои.

Научная новизна:

- предложены аналитические зависимости коэффициента устойчивости движения агрегата при переменных (вероятностных) значениях тягового сопротивления рабочего органа;

- разработана секция рабочих органов с параллелограммной подвеской со спаренными копирующими колесами, повышающая устойчивость движения машины на междурядных обработках посевов сои;

- получена регрессионная модель устойчивого движения секции рабочих органов многофункциональной сеялки-культиватора.

Практическая значимость работы - результаты теоретических и экспериментальных исследований получили практическую реализацию в совершенствовании технологии междурядных обработок сои. Доказана возможность увеличения урожая сои без применения экологически опасных средств химической борьбы с сорняками. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены параметры многофункциональной сеялки-культиватора и ее оптимальные режимы работы при проведении междурядных обработок посевов сои, обеспечивающие наибольшую устойчивость движения секции рабочих органов, что позволяет снизить подрезание культурных растений сои и уменьшить защитную зону до 0,06 м.

Разработанный рабочий орган сеялки-культиватора позволяет снизить тяговое сопротивление на 28,8% и качественно обработать почву.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований рекомендуются применять в конструкторских бюро при разработке многофункциональной машины и использовать в учебном процессе высших учебных заведениях и в хозяйствах всех форм собственности при возделывании сои.

Внедрение - многофункциональная машина ММУ-3,6 включена в «Зональную систему технологий и машин для растениеводства на Дальнем Востоке на 2006-2015 гг.». Внедрена в научно-производственной бригаде отдела семеноводства ДальГАУ с. Дроново (2004 г.) и в ОПХ ВНИИ сои (2005 г.).

Апробация работы — основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Дальневосточного государственного аграрного университета в период с 2004 по 2005 гг. (г. Благовещенск); на региональных научно-практических конференциях: «Молодежь 21 века: шаг в будущее» в период с 2004 по 2005 гг. в Благовещенском филиале

Московской академии предпринимательства и в Дальневосточном высшем военном командном училище имени Маршала Советского Союза К.К. Рокоссовского (г. Благовещенск). Многофункциональная сеялка-культиватор ММУ-3,6 экспонировалась на организованной Министерством сельского хозяйства РФ и РАСХН межрегиональной конференции «Развитие производства высокобелковой культуры сои».

Публикации - по результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе получено положительное решение о выдаче патента РФ. Общий объём публикаций 2,2 печатных листа.

Структура и объём работы — диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 40 рисунков, 3 приложения. Список использованной литературы содержит 170 наименований.

Выводы и рекомендации производству

1. Выявлено, что щелевание междурядий сои способствует сокращению смыва почвы ливневыми осадками с 16,5 до 7,1 м /га и улучшению условия произрастания сои в условиях Амурской области. Максимальная глубина щелевания при ширине междурядия 0,45 м составляет 0,16 м, если глубина щелевания будет больше этой глубины, то линии скола почвы будут проникать в корневую систему растений сои и повреждать их.

2. Обоснованы параметры секции рабочих органов и оптимальные режимы работы многофункциональной сеялки-культиватора ММУ-3,6 на междурядной обработки сои. Наибольшая устойчивость движения секции рабочих органов обеспечивается при скоростях движения от V=l,ll м/с до 2,22 м/с, глубина хода рабочих органов от а=0,05 м до 0,15 м, при расстоянии от точки крепления секции до центра рабочих органов ё=1,2м и защитной зоне 0,06 м. Отклонения от заданной глубины обработки почвы не превышает ± 0,0085 м.

3. Секция сеялки-культиватора с параллелограммной подвеской со спаренными копирующими колесами, позволяет повысить устойчивость движения на междурядных обработках посевов сои. Это обеспечивается тем, что многофункциональная сеялка-культиватор ММУ-3,6 при агрегатировании с тракторами класса 2 на скоростях движения: при защитной зоне 0,06 м - до 2,36 м/с; при защитной зоне 0,08м - до 2,57 м/с; при защитной зоне 0,12 м - до 2,64 м/с качественно проводит технологический процесс, в пределах 3%-ной повреждаемости растений сои. Производительность агрегата за час основного времени составляет 2,83 га при погектарном расходе топлива 3,2 кг/га.

4. Установлено, что разработанный рабочий орган позволяет снизить тяговое сопротивление по сравнению с жесткозакрепленной стойкой рабочего органа при скоростях движения: V = 1,6 м/с на 28,9%; V = 2,4 м/с на 28,3%.

5. Доказана экономическая и энергетическая эффективность применения многофункциональной машины ММУ-3,6. Стоимость комплекса машин снизилась на 632,5 тыс.руб. или 11,3% по сравнению с базовой 1 технологией. Снижены прямые эксплуатационные затраты на 13,8% (базовая 1) и на 6,6% (базовая 2), расход ГСМ на 9% (базовая 1), на 11,4% (базовая 2) и металлоемкость МТП на 18,6%. Годовой экономический эффект составляет 261,5 тыс. руб.

1. Абезин, В.И. Культиватор-растениепитатель / В.И. Абезин, A.M. Цепляев

2. Сельский механизатор. 2004. - №9. - 9 с.

3. Агротехника сои / Н. Ицков и др.. М., 1935. - 184 с.

4. Агротехническая оценка новых технологий и машин // тр. ВИМ. М.,1977. Т.73. - С. 3 — 9.

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

6. Бабич, А.А. Особенности агротехники сои на Украине // Масличные культуры. 1986. - №4. - С.24 - 26.

7. Бабич, А.А. Соя на корм. М.: Колос, 1974. - 112с.

8. Бабошин, А.И. Комбинированные агрегаты в Нечерноземье // А.И. Бабошин и др. // Техника в сельском хозяйстве. 1977. - №6. -С. 18-20.

9. Бартаханов, П.Б. Вопросы управляемости машинно-тракторного агрегата с колесным трактором 1,4 т при сплошной культивации.: автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1965. - 21 с.

10. Беликов, И.Ф. Соя в Приморском крае / И.Ф. Беликов, И.Г. Ткаченко. -Владивосток: Дальневосточное кн. изд-во, 1961. 146 с.

11. Белов, Г.Д. Механизация локального внесения минеральных удобрений / Г.Д. Белов, В.А. Дьяченко. Минск: Урожай, 1977 - 67 с.

12. Белозеров, А.А. Обоснование технологии ленточно-безрядкового посева сои широкозахватными агрегатами: дис. канд.техн.наук.-М.,1983.-191с.

13. Бурлака, В.В. Биологические основы растениеводства на переувлажненных почвах Дальнего Востока. — Хабаровск: ДальНИИСХ, 1967. 279 с.

14. Бурлака, В.В. Растениеводство Дальнего Востока—Хабаровск, 1970.-396с.

15. Вавилов, Н.И. Мировые ресурсы сортов хлебных злаков, зернобобовых, льна и их использование в селекции. М., 1957. - 89 с.

16. Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почвы и грунтов / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. М.: Высшая школа, 1973. -291 с.

17. Василенко, П.М. Культиваторы / П.М. Василенко, П.Т. Бабий. Киев: Изд-во Украинской академии с.-х. наук, 1961. - 239 с.

18. Василенко, П.М. Элементы теории устойчивости движения прицепных сельскохозяйственных машин и орудий // Сборник трудов по земледельческой механике. М.: Сельхозиздат,1954. - Т. 2. - С.73 — 93.

19. Васильковский, С.М. Сопротивление почвы движению культиваторной лапы // Техника в сельском хозяйстве. 1996. - №3. - С. 17 - 20.

20. Веденяпин, Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных: 3-е дополн. изд. М.: Колос, 1973. - 199 с.

21. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964. - 572 с.

22. Верняев, О.В. Активные рабочие органы культиваторов. М.: Машиностроение, 1983. - 80 с.

23. Власов, Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. — М.: Колос, 1979. — 256 с.

24. Воеводин, А.В. Результаты изучения гербицидов на посевах овощных культур и картофеля / А.В. Воеводин, А.В. Бешанов // Применение гербицидов в сельском хозяйстве. М., 1962. - С. 92 - 125.

25. Вольф, В.Г. Статистическая обработка опытных данных. М.: Колос, 1966.-255 с.

26. Вопросы растениеводства в Приамурье. — Благовещенск: Хабаровское кн. изд-во, 1973.-262 с.

27. Гершевич, М.Г. Технологические основы и техническое обеспечение интенсификации возделывания сои на Дальнем Востоке. Благовещенск, 1991.-Ч.1.-155с.

28. Гершевич, М.Г. Технологические основы и техническое обеспечение интенсификации возделывания сои на Дальнем Востоке. Благовещенск, 1991.-Ч.1.-155с.28.