автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы плоскореза для улучшения горных пастбищ в условиях Кабардино-Балкарской Республики

М-99-6V

— МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

МИЖОЖЕВ Владислав Хасенович

УДК 631.171:631,5

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЛОСКОРЕЗА ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ГОРНЫХ ПАСТБИЩ В УСЛОВИЯХ КАБАРДИНО-БАЛКАРСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Специальность 05.20,01 - Механизация сельскохозяйственного

производства.

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

л/*

Научный руководитель: доктор технических наук профессор КАСКУЛОВ М.Х.

Нальчик - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Пяи

ГЛАВА 1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ........... 9

1.1. Агротехнические мероприятия по улучшению естественных кормовых угодий на горных землях........ 11

1.2. Средства механизации, используемые для улучшения естественных горных кормовых угодий.................. 16

1.3. Выводы по главе, цель и задачи исследований.......... 20

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ОРГАНОВ ПЛОСКОРЕЗА С ПОЧВОЙ И РАЗРАБОТКА ОСНОВ ДЛЯ ИХ

2.1. Естественно-производственные условия проведения работ по плоокорезной обработке горных кормовых

2.2. Сопротивление, испытываемое плоскорезным рабочим органом при его взаимодействии с почвой.............. 32

2.3. Влияние основных параметров модифицированного плоскореза на тяговое сопротивление агрегата......... 56

2.4. Разработка и исследование математической модели

в условиях неоднородностей........................... 65

2.4.1. Выбор типа модели и схемы ее планирования.......... 66

2.4.2. Статистический анализ планов второго порядка....... 70

¿>5. ьыводы по главе...................................... 81

ГЛАВА 3.ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ МОДИФИЦИРОВАННОГО ПЛОСКОРЕЗА......... 83

3.1. Программа экспериментальных исследований............. 83

3.2. Методика экспериментов и разработка

измерительных средств..........................______ 84

3.3. Методика проведения агротехнических

ИОиУХЬ'ДОНЗ^ННИ д адааададддд* аеададдаааагддадааддаааддда* СЗ'3

3i 4» выводы по pjisfbt? ддадддаааададаааажаддддд.аааааггдддддаа W сз

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

МОДИФИЦИРОВАННОГО ПЛОСКОРЕЗА..................... 94

4.1. Реализация матрицы планирования...................................94

4.2. Определение коэффициентов регрессии............______ 94

4.3. Оценка значимости коэффициентов регрессии............ 99

4.4. Проверка, адекватности математической модели.......... 100

4.5. Проверка воспроизводимости математической модели.....101

4.6. Математическая модель поверхности отклика.......____.102

4.7. Анализ результатов экспериментальных исследований по определен™ зависимости тягового сопротивления плоскореза от его основных параметров................ 104

4.8. Выводы по главе................................................................115

ГЛАВА 5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО

ПЛОСКОРЕЗА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ГОРНЫХ КОРМОВЫХ

-tS X * ОДИЙ адалаааяэаааааадаадаааадааеааваааеаавалаДДаХ^ 8

5.1. Агротехническая эффективность применения модифицированного плоскореза на горных кормовых угодьях...... 119

5.1.1. Влияние плоскорезной обработки на агрофизические

ASrP'StlüTSp^iOTI'lPjii'f ПОЛИВЫ* ааазддааааадаааахааддахаддааад J. tCU

5.1.2. Влияние плоскорезной обработки на растительный покров кормовых угодий............................. 127

5.2. Энергетическая эффективность плоскорезной обработки

горных пастбищ........................................................................132

5.3. Экономическая эффективность технологии плоскорезной

обработки горных пастбищ............................. 136

0.4:. Выводы Пи главе...................................... 14и

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................. 142

е/ХИТЕР АТЗг . .......................... ...а. ................ 14о

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................... . юо

ВВЕДЕНИЕ

Решение практически всех производственных задач растениеводства и кормопроизводства в настоящее время базируется на широком использовании технических средств для реализации отдельных приемов или целых комплексов мероприятий. При этом чем более развита отрасль сельского хозяйства, тем разнообразнее технические средства механизации процессов. Такое положение справедливо для всех производственных циклов.

Система кормопроизводства в горных условиях длительное время базировалась на узком применении средств механизации, главным образом е системе скашивания травостоя и транспортировки готовой продукции. Комплекс машин для улучшения деградируемых или деградированных горных кормовых угодий практически ограничен теми же средствами, которые применяются на пахотных угодьях. Такое положение является сдерживающим фактором в интенсификации кормопроизводства на горных землях.

Исходя из условий формирования травостоя, рельефа местности, требований охраны почв и предупреждения их деградации, необходимости поддержания высокой продуктивности горных пастбищ и сенокосов становится актуальной задача разработки и совершенствования механизмов и орудий, способных устойчиво работать в различных условиях рельефа, на почвах с небольшой мощностью, каковые преобладают в горных местностях, повышать плодородие почв, главным образом агрофизическое состояние, вызывать активизацию развития ценного по кормовым достоинствам ботанического состава трав.

Подобного рода задачи в их комплексной взаимосвязи в условиях кормопроизводства на пахотных угодьях практически не ставятся.

Таким образом, решение этих задач имеет направленную отраслевую и географическую значимость, поскольку непосредственно связаны с горными кормовыми угодьями.

Повышение кормоеого потенциала горных угодий в настоящее время решается путем агрохимического обеспечения - внесения минеральных и органических удобрений; удаления вредных, непоедаемых, малопродуктивных растений, преимущественно вручную; подсева ценных в кормовом отношении видов растений с применением наземных средств и авиации. При этом названные средства отличаются высокой стоимостью материалов, семян, техники. Применение отдельных средств механизации ограничивается условиями рельефа.

Исходя из высказанного становится актуальной задача разработки таких средств механизации, которые способствовали бы повышению продуктивности ценных кормовых растений, имеющихся (сохранившихся) в травостое за счет уничтожения доминирующих вредных, ядовитых, малопродуктивных видов растений, и, в первую очередь, чемерицы. Последняя является ядовитым растением, на 80...90% вытесняющим ценные злаковые и бобовые травы, в сыром виде вызывающей отравление животных.

Кроме того, основными причинами неудовлетворительного состояния пастбищных кормоЕых угодий являются:

- отсутствие хозяина и правовой защиты, экологическая неграмотность многих специалистов и руководителей хозяйств;

- неудовлетворительная организация государственного контроля за охраной и регулированием почвенного плодородия;

- отсутствие необходимой почвообрабатывающей и другой техники;

- отсутствие научных основ в земледелии по проведению куль-

туртехнических работ для улучшения кормовых угодий в условиях горных пастбищ.

Решением Правительства России определены главные задачи и направления практической работы и научных исследований в области рационального использования горных кормовых угодий на ближайшую перспективу:

- последовательное проведение работ по повышению (воспроизводству) плодородия земель, особенно за счет применения новейших методоЕ агротехнических работ;

- разработка новых почвозащитных систем машин и технологий для улучшения кормовых угодий;

- всестороннее агробиологическое, экологическое и экономическое обоснование использования пастбищ по зонам страны.

Правительством России поручено РАН и другим научным центрам разработать долгосрочную государственную программу рационального использования земельных ресурсов до 2000 года.

В ее реализации участвуют все региональные научные центры, отраслевые научные комплексы.

Настоящая работа была одной из составных частей программы для Центральной зоны Северного Кавказа, в Кабардино-Балкарской республики.

Работа посвящена исследованию вопросов улучшения естественных кормовых угодий на горных землях, использованию полученных результатов для совершенствования методов проектирования машин, выбору наиболее экономичного режима работы агрегата, а также разработке практических рекомендаций по проведению культуртехнических работ на кормовых угодьях горных земель рассматриваемого региона.

Научная новизна работы заключается в вынесенных на защиту

следующих резуль тэтахI

- физическая и математическая модели модифицированного плоскореза;

- аналитические выражения для исследования процесса работы модифицированного плоскореза;

- оптимальные параметры и режимы работы модифицированого плоскореза;

- программы для ЭВМ типа 1ВМ РС для исследования работы модифицированного плоскореза.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Одним ив основных факторов, существенным образом влияющим на обработку почвы и уничтожение сорняков на территории кормовых угодий, является устойчивость хода плоскорежущего рабочего органа и самой машины. Кроме того, от устойчивости хода зависит качество подрезания корней сорной растительности, а также тяговое сопротивление .

Касаясь вопросов устойчивости плугов, академик М.Е. Мацепура [13 указывает, что неправильная установка рабочих органов утяжеляет ход плуга и увеличивает его сопротивление, при этом ухудшается качество обработки почвы. В.П. Горячкин на примере клина в своих работах изложил научные основы обеспечения динамической устойчивости почвообрабатывающих орудий СЕ, 33.

Дальнейшее развитие вопросы устойчивости сельскохозяйственных машин получили в работах Л.А. Желиговского [43, П.М. Василенко [53, М.Н. Гусяцкого [63, Г.Н. Синеокова [73, А.И. Тимофеева [83, КЗ. К. Киртбая [93 и др.

Проблемы устойчивости движения плоскореза более подробно рассмотрены А.Е. Аклуриным [103 и др., однако вопросы, относящиеся к применению плоскорежущего рабочего орудия для работы в условиях горных кормовых угодий в настоящее время почти не разработаны. Режимы работы и параметры новых рабочих органов влияют на эксплуатационные качества машины и поэтому исследование их представляет теоретический и практический интерес.

Процесс деформации почвы в полевых условиях не сравним с таковым в лабораторных условиях, когда почва искусственно подвергается разрыхлению, увлажнению и утрамбовыванию. Поэтому опыты по

динамометрированию плоскорежущих рабочих органов и их оценка должны проводиться в полевых условиях на характерных типах и состояниях почв х

Сопротивление почвы при обработке почвообрабатывающими органами является одним из основных факторов, влияющих на устойчивость хода плоскорежущих лап и определяющих прочность их деталей, Решение вопросов дальнейшего совершенствования рабочих органов сельскохозяйственных машин, улучшения конструкции, повышения экономических и динамических показателей, а также увеличения долговечности связано о изучением сил сопротивления, действующих в процессе работы. Исследованием этих вопросов занимались в разные годы Н.В. Еугайченко СИ], В.Б. Майонов [123, К.И. Жукевич [13], М.Е. Маце-пуро [1], П.М. Василенко [5], М.Е. Демидко С14], М.Х. Каскулов

Г4С1 т.- -r.»n

LXOJ И Ду.

Чтобы иметь ясное представление о сопротивлении рабочих органов почвообрабатывающих машин и получить необходимые для расчетов данные нужно располагать не общим сопротивлением, а отдельными его составляющими, их величинами и направлениями. Однако до последнего времени совершенно недостаточно внимания уделяется изучению энергоемкости рабочих органов почвообрабатывающих машин. Интуитивный подбор формы рабочих органов на основе личного опыта конструкторов и создателей машин еще не свидетельствует о высокой степени их совершенства, а является скорее результатом недостаточно глубоких экспериментально-теоретических исследований.

Разработка методов математического планирования экспериментов и создание аппаратуры и приборов для определения величин и направлений сил, действующих на рабочий орган, а также агротехническая, энергетическая и экономическая оценка непосредственно в услвиях их

эксплуатации является одной из важнейших задач, решение которой будет способствовать дальнейшему развитию земледельческой механики.

1.1. Агротехнические мероприятия по улучшению естественных

кормовых угодий на горных землях.

Кормовые угодья на горных землях Европейской части Российской Федерации занимают площадь свыше 1,9 млн. га. Из них только в пределах Кабардино-Балкарской республики горные пастбища и сенокосы расположены на площади около 350 тыс. га. По состоянию на январь 1997 г. из общей площади горных пастбищ и сенокосов из-за низкой продуктивности, вызванной уплотнением почвы и деградацией ботанического состава травостоя требуется провести коренное и (или) поверхностное улучшение на 70% угодий [16, 171.

По данным К.А. Ерижева [183 травостой горных пастбищ и сенокосов в регионе Центральной части Северного Кавказа представлен почти 480-тью видами растений, из которых поедаются домашними животными около 260 видов и относятся к непоедаемым, ядовитым, вредным почти £20 видов. При этом ботанический состав отдельных сообществ включает только лишь 25...40 видов. Как правило, в ненарушенных сенокосах и пастбищах поедаемые растения составляют 70...80% массы травостоя, а в деградируемых - менее 30...40%. Уже при снижении доли поедаемых трав в травостое до 50...60% требуется проведение радикальных мер по улучшению пастбищ и сенокосов [19,

vn 9-1 9 ч <рл <?сп

4 ¡vi j »•_> 4 iwl £ *utW J а

В системе мер по улучшению кормовых угодий на горных землях выделяются поверхностные и коренные. Первые из них направлены на

повышение продуктивности существующего травостоя бев смены его ботанического состава., а вторые - на полную смену видового состава растений [19, 26, 27, 28, 29, 30, 31].

При поверхностном улучшении естественных горных кормовых угодий решаются следующие задачи: повысить продуктивность существующего растительного покрова, создать благоприятные условия для применения средств механизации путем уборки камней, удаления кустарников, которые затеняют часть угодий, обеспечить эффективное применение удобрений. В последнем случае минеральные удобрения используются, кроме поднятия продуктивности, также для регулирования ботанического состава травостоя [32, 33, 34].

В комплексе мероприятий, направленных на повышение продуктивности пастбищ и сенокосов путем поверхностного улучшения выделяются те, которые способствуют улучшению ботанического состава травостоя. В первую очередь - снижению доли участия или ликвидация вредных, ядовитых и непоедаемых растений. Для горных кормовых угодий Кабардино-Балкарии и смежных регионов группу таких растений составляют: чемерица Лобеля, чертополох, рододендрон кавказский, манжетки, лютик едкий и ползучий, калужница, ветренница и др. При проведении мероприятий по поверхностному улучшению важно уничтожить вредные, ядовитые и непоедаемые травы и оставить ценные злаковые, бобовые и другие поедаемые растения [32, 34, 35, 36, 37].

Научными исследованиями и практической деятельностью выработаны различные способы воздействия на растительный покров кормовых угодий. Так, для борьбы с зарослями чемерицы на пастбищах и сенокосах горных районов в производственных условиях широко используется их ручное уничтожение путем подрезания стеблей на уровне почвы тяпками или косами С32]. Такой способ удаления чемерицы прово-

дитоя в конце мая, начале июня. На его осуществление требуется затратить в зависимости от доли участия чемерицы в травостое до 20 чел.-дней на 1 га угодий. При этом на следующий год после проведения подкашивания или протяпывания чемерица отрастает.

A.A. Кутузова [38] считает, что для улучшения травостоя естественных кормовых угодий необходимо проводить перезалужение в сочетании с коренным улучшением лугов. В составе нового травостоя должны быть травы с высокой доминантной способностью. Такое улучшение кормовых угодий обязательно должно быть увязано с системой .агрохимического обеспечения.

Предлагаемый A.A. Кутузовой метод весьма эффективен в условиях равнинного рельефа и при отсутствии зарастания чемерицей, а также ползучими растениями. Однако, на угодьях на склонах, где невозможна вспашка или дискование "дочерна" ввиду опасности интенсивного развития водной эрозии рекомендуемая система неприемлема для производства.

В практике улучшения естественных кормовых угодий горных стран зарубежья выделяются два основных направления при условии нормальной нагрузки пастбищ: подсев трав в дернину с применением специальных орудий и полосного внесения почвенных гербицидов и минимальная обработка, почвы о образованием мульчи из подрезанных трав и на этом фоне посев т�