автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ГЛУБОКОЙ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ХМЕЛЬНИКАХ



На правах рукописи

ИВАНОВ ВЯЧЕСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ГЛУБОКОЙ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ХМЕЛЬНИКАХ

Специальность 05.20.01. - технологии и средства механизации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чебоксары-2004

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре «Автомобили и тракторы»

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Медведев Владимир Иванович

Официальные оппоненты: - доктор технически* наук, профессор

Матяшин Юрий Иванович

- кандидат технических наук, доцент Творогов Валерий Александрович

Ведущая организация Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский проектно-технол отческий институт хмелеводства" (ГНУ НИПТИХ, г.Цивкльск, Чувашская Республика)

Защита состоится « 28 » мая 2004 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.070.01 при ФГОУ ВПО "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" по адресу: 428000, г. Чебоксары, ул.К. Маркса, 29, ауд. 222. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия".

Автореферат разослан «27» апреля 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Михайлов Б.В,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решение задач, направленных на полное обеспечение населения продовольствием, предполагает разработку перспективных технологических средств, обеспечивающих повышение плодородия почв. Однако процесс внедрения высокоэффективной техники и перспективных технологий возделывайия сельскохозяйственных культур сопровождается, как правило, интенсивным разрушением структуры и чрезмерным уплотнением почвы на большую глубину из-за частых проходов с.-х. техники и транспортных агрегатов, образованием "плужной подошвы" под воздействием рабочих органов почво обрабатывают их машин. Это сильно проявляется при возделывании хмеля, ценной культуры, имеющей большое народнохозяйственное значение. Специфическая особенность технологии возделывания хмеля заключается в том, что в течение сезона проводятся до 20. ,.30 механизированных операций по уходу, подкормке, борьбе с вредителями. При этом движение ходовых устройств используемой мобильной техники приходится на одни и те же площади междурядья хмельника, и кратность проходов достигает до 20 и более раз. Чрезмерное уплотнение почвы снижает плодородие почв, ухудшает их агрофизические свойства, нарушает водно-воздушный и пищевой режимы питания растений. Поэтому проблема разуплотнения почвы приобретает все большую актуальность и требует своего дальнейшего разрешения.

Работа выполнена по плану НИР ФГОУ ВПО "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия".

Цель исследования. Обосновать параметры и режимы работы рабочего органа для глубокой безотвальной обработки почвы & хмельниках.

Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия рабочего органа с почвенным слоем.

Научная новизна. Обоснованы форма, конструкционные параметры рабочего органа с зигзагообразной стойкой (РОЗС) и расположение их на раме орудия. При определении параметров наклонной площадки РОЗС использован графоаналитический метод. Разработана методика определения сил, действующих на РОЗС в зависимости от физике-механических свойств почвы, технологических параметров и режимов работы РОЗС.

Практическая ценность. Предложена схема рабочего органа с зигзагообразной стойкой для обработки почвы на глубину 0,50 м. Предложенная методика расчета энергетических параметров РОЗС с учетом неоднородного строения почвенного слоя может быть использована при проектировании ти-поразмерного ряда рабочих органов. Применение РОЗС позволит выполнить качественное крошение почвы.

Внедрение. Рабочий орган с зигзагообразной стойкой прошел нолевые испытания в условиях ФГУП УОХ «Приволжское» Чувашской Республики, Методика обоснования параметров и режимов работы рабочего органа для глубокой безотвальной обработки почвы в хмельниках принята к внедрению ФГУП УОХ «Приволжское» при разработке перспективной системы-рлубо-

Л'ЗМ?-

кой безотвальной обработки почвы в хмельниках. Материалы исследований по обоснованию параметров и режимов работы рабочего органа для глубокой безотвальной обработки почвы в хмельниках внедрены и используются в учебном процессе и исследовательской работе ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА».

Апробация. Основные положения работы доложены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Чувашская ГСХА» (1990-2003 г.г\), на региональной научно-практической конференции инженерного факультета Нижегородской государственной СХА (г. Нижний Новгород, 1999).

Публикация. Основное содержание работы отражено в восьми публикациях.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации наложен на ! 85 страницах, содержит 76 рисунков, 22 таблицы и 21 приложения. Список использованной литературы включает 155 наименований, из них 8 - на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обосновывается актуальность проблемы разуплотнения почвы в междурядьях хмельника, определены вопросы, выносимые на защиту.

В первой глав* «Состояния вопроса и задачи исследования» изложено состояние развития хмелеводства в Чувашской Республике.

Произведен анализ работ, посвященных вопросам переуплотнения почв, выявлены сспстше причины, вызывающие переуплотнение, а также рассмотрены последствия, к которым приводит переуплотнение почвы, и способы ее разуплотнения. При этом установлено, что ведущая роль в комплексе агромелиоративных и агротехнических мероприятий, обеспечивающих разрушение плотного сложения слоя почвы, принадлежат глубокому рыхлению, проведение которого на глубину более 0,45 м способствует улучшению физико-механических свойств почвы и созданию благоприятного водно-воздушного и питательного режима растений. Применение глубокого рыхления почвы в хмельниках позволяет повысить урожайность хмеля до 2 ц/га.

Выполнен подробный анализ существующих рабочих органов и орудий для глубокой обработки почвы, в результате которого установлено, что существующие глубокорыхлители не могут в полной мере обеспечить разуплотнение почвы в междурядьях хмельника вследствие специфических свойств культуры хмеля, имеющего глубокую и широко развитую корневую систему. Сформулированы основные требования к орудию для глубокого рыхления почвы в междурядьях хмельника. К ним отнесены:

1. Наличие исполнительных рабочих органов, обладающих в большей степени рыхлительными способностям» и в меньшей - режущими, осуществляющих послойное рыхление с преимущественными деформациями на скалывание и сдвиг в сторону дневной поверхности поля, с

сохранением устойчивости в продолы ю-вертикальной и поперечной плоскостях;

2. Максимальное обеспечение индуктивного рыхления без блокировки частей почвы между рабочими органами;

3, Осуществить разуплотнение почвогрунта на глубину 0,50 и более метров.

Проделанный анализ рабочих органов и орудий с учетом этих требований позволил предложить конструктивную схему рабочего органа с поперечным профилем в форме зигзага, защищенного авторским свидетельством.

На основании изложенного анализа в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1. Исследовать расположение корневой системы растения хмеля в междурядьях хмельника.

2. Дать афочехническое и технологическое обоснование формы, основных конструкционных параметров элементов и режима работы рабочего органа.

3. Разработать качественную оценку механизма взаимодействия рабочего органа с почвой и методику расчета силовых параметров в зависимости от изменения технологических параметров.

4. Дать обоснование размещения рабочих органов на раме орудия по ширине и подлине.

5. Изготовить рабочий орган с расчетными геометрическими параметрами и провести исследования с целью аппроксимации полученных аналитических расчетов.

6. Определить технико-экономические показатели.

Во второй главе «Теоретическое обоснование конструкционных параметров и режимов работы глубокорыхлителя» на основе анализа работ отечественных и зарубежных ученых, в которых значительное внимание уделено изучению процесса взаимодействия клина с почвой, разработке математических моделей для расчета силовых характеристик почвообрабатывающих машин, а также с учетом морфологического строения корневой системы хмеля и ширины междурядья хмельника, выполнено обоснование формы и параметров рабочего органа, приведенного на рис. 1.

"Ж

Рис.1. Рабочий орган с зигзагообразной стойкой (РОЗС)

Обобщены работы многих авторов, занимавшихся изучением возделывания и развития хмеля, в частности, расположения корневой системы. Дан анализ влияния интенсификации производственных процессов на расположение наклонных боковых корней хмеля. Для снижения отрицательного влияния ходовых систем машинно-тракторных агрегатов на плодородие почвы предложено глубокое безотвальное рыхление.

Обоснована глубина обработки почвы в междурядьях хмельника в условиях Чувашской Республики, и она должна быть не более 0,5 м.

Обоснован поперечный профиль рабочего органа. На основе анализа работы различных чизельных рабочих органов был выбран рабочий орган с зигзагообразной стойкой РОЗС (рис, 1), состоящий из: верхней вертикальной части стойки 1; верхней 2, средней 3 и нижней 4 наклонных площадок, которые в поперечном профиле стойки образуют форму зипага (рис 1б); нижней вертикальной части стойки 5; долота 6. Поперечный профиль стойки влияет на крошение, коэффициент полноты рыхления и ровность обработанной поверхности. Основными конструкционными параметрами РОЗС являются: толщина стойки угол наклона наклонных площадок ширина стойки угол установки рабочего органа Д, угол наклона линии стыка наклонных площадок аР длина линии стыка наклонных площадок аи высота нижней вертикальной части стойки угол заточки режущих кромок длина долота

1Ч, и ширина долота Ь. Косо поставленные наклонные площадки 2, 3, 4 работают в режиме трехгранного клина И деформируют пласт почвы в сторону дневной поверхности под углом (/С при зтом угол наклона наклонных площадок -уг' Разно направленность наклонных площадок исключает влияние суммарной боковой силы на потерю устойчивости движения РОЗС, способствует созданию объемно-деформированного состояния и лучшему крошению почвы. Процесс разрушения слоев почвы показан на схеме (рис. 2). В зависимости от физико-механического состава обрабатываемый пласт почвы разбит на три слоя I, II и III. В слое I, где удельное давление р^ на почву, создаваемый РОЗС, не превышающее предела прочности почвы первого слоя на сжатие, т.е. вероятность образования ядра из переуплотненной почвы незначительна. В слое II, где [с^], возможно образование ядра выпуклой формы ю переуплотненной почвы. В средней части рабочей поверхности векторы сил параллельны друг другу, а на её боковых участках - расходящиеся. Третий слой III отличается от

Рис. 2. Схема разрушения слоев почвы наклонными площадками в поперечной плоскости

остальных слоев большим содержанием частиц глины, т.е. безструктуркостью. Долото и нижняя вертикальная часть стойки создают удельное давление ру, превышающее предел прочности почвы на сжатие, ру>> [сгслс ]. На рабочей поверхности долота образуется ядро уплотненной почвы. В I н II слоях относительный сдвиг макроэлементов пласта происходит при предельном состоянии почвы по поверхностям и и 4 действия максимальных касательных напряжений, векторы элементарных давлений р( направлены параллельно, и вращение частиц почвы не происходит, а в слое III на пласт действует давление р1 с раднально расходящимися лекторами (рис.З), и сдвиг макроэлементов происходит по поверхностям логарифмических кривых с возможным вращением частиц материала. Отсюда следует вывод, чго зигзагообразная форма стойки позволит деформировать значительный объём почвы путем создания новых семейств поверхностей сдвига, н при этом обеспечивая безглыбистостую, мелкокомковатую поверхность.

К основным параметрам, определяющим продольный профиль рабочего органа, относятся: угол установки стойки к дну борозды Д., длина стыка us в месте соединения наклонных рабочих площадок и угол а/, определяющий наклон линии стыка рабочих площадок относительно дна борозды. При угле Д, < 90° улучшаются: заглубляемость, устойчивость движения рабочего органа и качество обработки почвы; уменьшаются: энергозатраты, металлоёмкость рабочего органа. Улучшение качества обработки объясняется тем, что напряженно-деформированное состояние, созданное долотом, последовательно и разнонаправленно видоизменяется наклонными площадками. Это исключает образование крупных глыб как в обработанной среде, так и на поверхности поля. Длина стыка а/ в месте соединения наклонных рабочих площадок выбирается из условий обеспечения прочности стойки и качества крошения пласта. Угол aj, определяющий наклон линии стыка рабочих площадок относительно дна борозды, находится в прямой зависимости от утла крошения почвы /I наклонных рабочих плошадок.

Ширина "живого сечения" стойки а>, как основной параметр РОЗС, определяется согласно чертежу (см. рис. 1), зависимостью:

Рис. 3. Модель деформации почвы долотом в поперечном сечении

где А - глубина обработки почвы; Ь/ - высота подъема почвы долотом; Ъ2 -высота нижней вертикальной части стойки; к4 - глубина погружения верхней вертикальной части стойки в почву.

Составляющие формулы (I) определяются из выражений:

Ь]=1ч51Псс+8со5а, (2)

а,рт(р0-а)

^а^тон+ДЬ, (4)

где ^ - боковая дестабилизирующая сила, действующая на рабочий орган, Н; р — удельное давление стойки на стенку почвы, МПа; Лк - минимальная глубина погружения верхней наклонной площадки, м.

К основным параметрам долота относятся: ширина Ь, длина /,, угол заточки ¡о и угол установки к дну борозды а (рис. Г). Основное назначение долота - создание рыхлой зоны и заглубляющей силы в момент заглубления рабочего органа в почву и рыхления нижнего слоя при установившемся движении. С точки зрения напряженно-деформированного состояния пласта, при котором возможно разрушение почвы с меньшей энергоемкостью, наиболее приемлемым для глубокорыхл ителей является верхняя заточка режущих кромок как долота, так и наклонных рабочих площадок стойки. Основным критерием при выборе ширины долота Ь (рис. 1) является наименьшее тяговое сопротивление и качество рыхления почвы, отвечающее агротехническим требованиям. От него зависит критическая глубина рыхления.

Длина долота складывается из длины заточки и расстояния от конца заточки до наклонной части стойки и из условия обеспечения нормального заглубления рабочего органа и определяется по уравнению:

_ Ь - Ь4 -2а21дуо - К; -ёсоэР ч= ^ <5>

За последние годы учеными выполнено достаточно много исследований рабочих органов, состоящих из рыхлительного элемента - долота и вертикальной стойки. Исследования рабочих органов, стойка которых имеет зигзагообразную форму, пока не проведены. При определении энергетических параметров рабочих органов, косо поставленных в поперечно-вертикаль ной плоскости и имеющих ассиметричную заточку наклонной стойки, рабо-таюющих в режиме трехгранного клина, многие ученые, в виду сложности расчетов, рассматривают их как двугранные клинья, что искажает действительность.

В целях более точного определения параметров наклонной площадки РОЗ С использован графический способ (рис. 4), который позволяет по её ортогональным проекциям, базируясь на инвариантных свойствах ортогонального проецирования, определить её истинные значения.

z

Рис. 4. Графический способ определения размера наклонной площадки в трехмерном пространстве

На основе графического способа можно выразить параметры наклонной площадки зависимостями:

У - arctg( ЛЪ-) , {б)

Sin V о w

_ f sin Vtg P ^

a, = arctg ---——---<7}

^ sin v o eos ytg p + eos 4/ o ) * • '

asín [3

a j = -;—— , (g)

eos \|/0sin ctj v '

AB = /tg2^ +sin2p0 , {9)

smpo v ;

, , . , eos w o sin Oí .

Z A = arcsin( -—YU J ), (10)

sin p v

где у-угол скоса кромки AB (ZBA2\); а- длина наклонной части клина.

Для глубокой обработки почвы в междурядьях хмельника на глубину

0,50 м выбран РОЗС с параметрами: ^0,03 м; а2=0,16 м; Д,=65°;

ар 109; о 1=0,2 м; Aj=0,04 м, /»=20°; /,=0,175 м и ¿=0,07 м.

Обоснована расстановка РОЗС на раме орудия как ло ширине, так и по длине с учетом расположения наклонных боковых корней хмеля и ширины междурядья- Разработана номограмма по определению количества РОЗС на раме орудия & зависимости от залегания главных корневищ хмеля, от глубины обработки почвы и от ширины междурядья хмельника.

Оптимальная скорость обработки почвы составила 2 м/с.

В третьей главе «Силовой анализ РОЗС и экспериментального орудия» произведен силовой анализ РОЗС н экспериментального орудия. При определении тягового сопротивления РОЗС использована рациональная формула тягового сопротивления плуга, предложенная академиком В.П. Горячкнным. Отличие условий работы РОЗС от условий работы плужного корпуса, осуществляющего технолотческий процесс разрушения пласта в пределах прорези, расширяемой в сторону поверхности массива, не позволяет применять в явном виде формулу В.П. Горяч кика. Для непосредственных расчетов тягового сопротивления рабочего органа отсутствуют; во-первых, сплошное резание почвы; во-вторых, рыхление происходит без оборота пласта; в-третьих, сплошное рыхление осуществляется до определенной критической глубины И*. РОЗС деформирует пласт почвы, который имеет по глубине разные физико-механические свойства. Обрабатываемый пласт почвы в зависимости от механических свойств и вида деформации условно разбит на четыре слоя: первый - легкий, верхний слой почвы толщиной 0,20 м; второй - средний, толщина слоя 0,10 м; третий - тяжелый, слой до критической глубины резания толщиной 0,06 м; четвертый - слой с блокированным резанием от критической глубины резания до дна борозды. Тогда формула для определения тягового сопротивления РОЗС, без учета сопротивления на передвижения, запишется в следующем виде:

где Ри Ра, р4-соответственно, площади сечений деформированной почвы в слоях 1,2,3 и 4 (рис. 5), м2; кь кг, кз, к* - соответственно, коэффициенты, характеризующие способность слоев почвы сопротивляться деформации, Н/мг; Е|, ег, £4, -соответственно коэффициенты, зависящие от формы рабочей поверхности элементов РОЗС, свойств слоев почвы и размеров деформируемого слоя почвы, Нс7м\

Средние значения коэффициентов кис определены по методу наименьших квадратов для каждого слоя почвы при оптимальном угле крошения почвы. Так как при изменении глубины обработки изменяются площади сечений деформированных почв в слоях, то значения Рг, Р3, Р4 определяются

Рис. 5. Схема к определению площади сечения деформированной почвы

формулам»:

0,5 Ь-ЬгЬі^+^-ЬгЬгО^аїІ^^+О^За^гН-гЬі-г^О^аі^о)-

(12)

-0,5 (Ь-Ь І 2-Ь^й^о+йц/) +0,125 ^(і^о^У')'- (14)

Р^,=0,5сІвч)'[(Ь-Ь,-Ь2>ї+(Ь-Ь[-1і2-0^а2ііч/о)г]+0,25а2(2Ь-2К,-2Ь2-0,5а2Ігчго)+ +0,125Ь^о+^у'ЖМІі.+Ь2-Іі>Ь; (15)

РІ= ї(2Ь-2Ь,-2Ьї-Ьл-0,5а3Єйч/й) (16)

^ = [(2Ь-2Ь,-21іг2Ьп- К -0,5а^ч<о) сі^+О^а^; (17)

(18)

Гз =0,5 (Ь-Ь„-Ье-Ь і-Ь2)2(СІ§Ц/(І+СІ§Ч'' І +Ь2-Ь)Ь+0,12 5 (19)

Р^' = [(2Ь-2іїі'2Ьг-2ЬЯ' Ьт -О^а^І^о) (20)

^■"-Рш-Рі-Рй (21)

^у=0ї5(Ь-Ьл.1ії-ЬгП2)г(с^(>+сІК^)-О>5{Ь-Ь1-Ь2-Ь()г(с1^0+сі8ч/'); (22)

+(ЬІ+ЬІ)Ь+ +0,125^(1^0+124''); (24)

ї?-(Ь-ад>, (25)

где Рш -площадь сечения деформированной почвы выше критической глубины резания, м5; р|, Р2, Рз и Р( - соответственно, площади сечений деформированных почв в слоях I, 2, 3 и 4, м2; Ьк- критическая глубина рыхления, м. Ьк=0,3б м.

В таблице даны номера формул для определения значений Рі, Рг, Рі н Р4 в зависимости от ро и Ь.

Таблица

Номера формул для определения Рь Р2, Рэ, Р,

Ро.ГТАД Ь,М РІ п р; П р' Г1И

1 2 3 4 5 6 7

55 0,45 16 17 21 23 12

«ДО 16 17 20 24 12

0,55 16 17 20 24 13

60 0,45 16 18 21 23 14

0,50 16 17 21 23 12

0,55 16 17 21 24 13

65 0,45 16 18 19 25 15

0,50 16 17 21 23 и

0,55 16 17 21 24 13

Продолжение таблицы

1 2 3 4 5 6 7

70 0,45 16 18 19 25 15

0,50 16 17 21 23 12

0,55 16 17 21 23 12

75 0,45 1« 18 19 25 15

0,50 16 18 22 23 12

0,55 16 17 21 23 12

Максимальная площадь сечения деформированной почвы по расчетным данным достигается при угле установки рабочего органа Д, =65° и глубине обработки почвы А > 0.45 м (рис, б).

F нг

- >1=0,45 м

75 80 Ралли

»1-0,50 и -Л—И=й,55 ь

Рис. 6. Площадь сечения деформированной почвы Г в зависимости от и Ь

удельное тяговое сопротивление пропорционально растет (рис. 7),

С учетом влияния затылочного угла и изменения угла крошения почвы /7 определены тяговые сопротивления Я* и удельные тяговые сопротивления куа для различных значений угла установки рабочего органа глубины обработки почвы А и скорости движения V. Анализ влияния скорости движения на энергетические показатели работы РОЗС показывает, что с увеличением скорости движения

кН/м

—7=1,5 и/С (/=1,75 м/с —\г=2 М/с •ї*2.25 м/с ■У"2,5 м/с

Ри, фадусы

Рис. 1. Изменение удельного тягового сопротивления РОЗС в зависимости от Зо и V при її=0,5 м

С целью определении расчетного значения тягового сопротивления экспериментального орудия, выполнены расчеты по определению вертикальных составляющих тягового сопротивления каждого элемента РОЗС, предварительно определив площади сечений деформированных ими почв в различных слоях. Определены координаты Х1 и гц точки приложения результирующей силы РОЗС относительно точки прицепа орудия (рис. 8).

Рис. 8. Схема экспериментального орудия: 1 - рама; 2 - рабочий орган с зигзагообразной стойкой; 3 - опорное колесо; 4 - механизм изменения глубины обработки с гидроцилнндром выглубления рабочего органа; 5 - механизм изменения угла наклона рабочего органа; 6 -тензоузел

Тяговое сопротивление экспериментального орудия

Кт-Кчг Я»"1" Хп+^Г '

где т - масса орудия, кг, & - ускорение свободного падения, м/с2; Г- коэффициент сопротивления перекатыванию.

Выполнены расчеты по определению тягового и удельного тягового сопротивлений орудия для различных режимов работы. Анализ расчетных данных показывает, что оптимальным режимом работы для орудия является: глубина обработки почвы А=0,5 м, угол установки рабочего органа Д =65,,.70° и скорость движения V < 2 м/с.

В четвертой главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа и методика экспериментальных исследований, перед которыми ставились следующие задачи:

1. Исследование корневой системы растения.

2. Определение твердости почвы по ширине междурядий хмельников.

3. Проектирование и изготовление рабочего органа с зигзагообразной стойкой,

4. Разработка и изготовление экспериментального орудия.

5. Проведение полевых испытаний экспериментального орудия для определения агротехнических, силовых и энергетических показателей работы рабочего органа с зигзагообразной стойкой.

6. Сравнительные испытания РОЗС и серийного рабочего органа плуга ПЧ-2,5.

Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях, в два этапа. При этом экспериментальное орудие с РОЗС агрегатировался тракторами ДТ-175С и Т-150.

Программой предусматривалась оценка влияния глубины обработки, скорости движения и угла установки рабочего органа на агротехнические, силовые и энергетические показатели работы экспериментального орудия с РОЗС.

Условия испытаний выбирались в соответствии с рекомендациями ГОСТ 209.15-75. Энергетическая оценка работы экспериментального орудия проводилась согласно OCT 70.4.1-S0. Общая методика испытаний и определение качественных показателей при агротехнической оценке процесса рыхления соответствовали ОСТ 70.4.1-80, ОСТ 70.4.2-80.

При проведении полевых испытаний регистрировалось и записывалось с помощью осциллографа тяговое сопротивление орудия. Обработка экспериментальных данных произведена с использованием ПЭВМ. Определены вероятные погрешности измерения исследуемых параметров.

В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

Исследованы размещения наклонных корней хмеля в междурядьях хмельника и установлены, что боковые наклонные корни хмеля вследствие чрезмерной уплотненности почвы в междурядьях вынужденно развиваются вглубь почвы под углом 45й.

Замеры твердости почвы в междурядьях хмельника в зависимости от центра ряда хмеля показали, что в слое почвы 0...G.25 м твердость почвы находится в пределах 1,8...3,5 МПа, а в слое - 0,25...0,50 м - в пределах 4,3...5,4 МПа, Наиболее сильному воздействию ходовых систем машинно-тракторных агрегатов подвержена полоса, находящаяся на расстоянии 0,40...0,90 м от центра ряда.

Целью первого этапа экспериментальных исследований было определение технологических возможностей РОЗС при различной глубине обработки, скорости движения и угле установки рабочего органа. Орудие агрегатирова-лось трактором ДТ-175С. Показатели агротехнической оценю! качества работы орудия определялись по стерне озимой пшеницы. Почва — дерново-подзолистая. В слое 0...0.50 м влажность почвы составляла 24,б...18,8 % , твердость почвы - 1,9...3,9 МПа.

Агротехнические показатели работы экспериментального орудия определены при различной глубине обработки, скорости движения и угле установки рабочего органа. При этом получены поперечные профили поля и дна борозды.

Анализ экспериментальных данных показывает, что технологические возможности РОЗС проявляются в полной мере, наибольшая площадь сечения деформированной почвы с меньшим удельным тяговым сопротивлением достигается при угле установки рабочего органа р0=65° (рис. 9).

* &=5Se " ^=60» i р^бУ x P,=7(f Ж р,=75»

Рис. 9. Экспериментальные зависимости удельного тягового сопротивления орудия от площади сечения деформированной почвы при агрегатировании трактором ДТ-175С на различных скоростях {у=1,67..,2,78 м/с): I, 2, 3, 4 и 5 - линии тренда соответственно при ро=55°; ро=60°; ро=65°; р„=70°; р»=75°

14Ü0

'шо шо nao 1000 эо.о 80.0 70.0

0,4 0.45 0.5 0.55 0.6 h,M 0.65

♦ P.-ÍJ* ■ і МИ0 оа,-:о° ж

Рис. 10, Экспериментальные зависимости удельного тягового сопротивления орудия от глубины обработки почвы при различных углах установки рабочего органа и скорости движения v~l,67...2,78 м/с; 1, 2, 3, 4 и 5 - линии тренда соответственно при р0=55°; ßo=60°; ßu=65°; ß„=70°; Po=75q

le,

Зависимости удельного тягового сопротивления от глубины обработки почвы (рис. 10) показывают, что обработку почвы на глубину 0,5 м необходимо проводить при угле установки JJo=65.,.70°.

В целях подтверждения ранее полученных экспериментальных и расчетных данных был реализован дробно-факторный экспериментДФЭ-23' . В результате получены уравнения регрессии:

R^¡82.7-9IX,+ШЛУЯ 73X^58XIX2+¡,8бА',Х3 F=I.67O3-O,758Xl+l,2355X2-0,O3I51XrO.4693XiX2+O,OI5113XiXí Анализируя влияние факторов на показатели тягового сопротивления орудия и площади сечения деформированной почвы можно установить, что наиболее сильное влияние оказывает глубина обработки почвы (коэффициенты при Хг имеют наибольшие значения).

Сравнительные испытания рабочих органов показали, что площадь сечения деформированной почвы РОЗС, полученная экспериментальным путем, больше теоретического - на 13% и на 16% - рабочего органа плуга ПЧ-2,5 (рис. 11).

Расхождение значений теоретических и экспериментальных площадей сечения деформированной почвы связано с тем, что при расчетах она определялась при постоянном значении поперечного угла скалывания почвы цг а по результатам эксперимента граница зоны деформации почвы имеет форму параболы.

-«о -so -АО -эо -го -ю с ю го зо 40 so ео

Рис. 11. Границы зон деформации почвы: 1 - РОЗС (экспериментальная) при р0=65° \-2 м/с; 2 - рабочий орган плуга ПЧ-2,5 (экспериментальная); 3 - РОЗС (теоретическая)

Полученные экспериментальные исследования полностью подтверждают результаты теоретических исследований. Об этом свидетельствует данные, полученные при испытании РОЗС на глубине 0,5 м со скоростью 2 м/с (рис. 12), Расхождение экспериментальных данных от теоретических при

Д=60°...75° для удельного тягового сопротивления кУ(, и площади деформации Р составляет 9,3%, а для тягового сопротивления Ятя,- 12,3%.

Рис. 12. Экспериментальные (■ ) и теоретические (••••«••) зависимости площади сечения деформированной почвы Р, удельного тягового сопротивления куд, потребной тяговой мощности Ыт„ и тягового сопротивления орудия ЯТ1Г от утла установки рабочего органа ра при обработке почвы трактором Т-150 на глубину 11=0,5 м и скорости у=2,02 м/с (абсолютная влажность почвы 1У=18„.19%)

В шестой главе «Показатели экономической эффективности» приводятся расчеты экономической эффективности глубокого рыхления почвы в междурядьях хмельника площадью 10 га с двумя РОЗС в агрегате с трактором ДТ-75М.

Для сравнения принята существующая технология возделывания хмеля, при которой рыхление междурядья хмельников осуществляют плугом ПРВМ-ЗХ в агрегате с трактором ДТ-75М на глубину 0,18-0,20 м.

Годовой экономический эффект от применения новой технологии при обработке почвы составит 160,15 тыс. руб. на 10 га хмельника.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

I. Исследования расположения корневой системы хмеля показали, что наклонные боковые корни развиваются вглубь преимущественно под углом

45°, в результате чего верхний слой почвы становится малодоступным для питания хмеля.

Для максимального разуплотнения почвы в междурядьях хмельника, восстановления водно-воздушно го и режима питания хмеля предложен рабочий орган с зигзагообразной стойкой, новизна которого подтверждена авторским свидетельством.

2. Установлены взаимосвязи между основными конструктивными параметрами рабочего органа и качеством выполняемого технологического процесса. Обоснованы форма, параметры и технологический режим работы рабочего органа. При определении конструкционных и силовых параметров наклонных площадок использован метод начертательной геометрии, базирующийся на инвариантных свойствах ортогонального проецирования. Получены аналитические зависимости параметров наклонной площадки от угла крошения почвы Д ширины рабочего органа <ъ и угла наклона рабочих площадок в поперечно-вертикальной плоскости щ Обоснованы основные конструкционные параметры РОЗС с учетом агротехнических требований, а также в зависимости от глубины обработки почвы. Для междурядного рыхления почвы в хмельниках, предложен РОЗС с параметрами: толщина стойки <^30 мм, длина стыка наклонных площадок а¡=200 мм, ширина РОЗС а,-160 мм, угол наклона рабочих площадок ^45° при угле установки РОЗС угол крошения долота /^10° при угле установки РОЗС Др65°, длина долота /=175 мм, ширина долота 6=7С мм, высота нижней вертикальной части стойки Ьг~40 мм, высота стойки Лс=925 мм.

Обоснована оптимальная скорость движения машинного агрегата, которая составляет 2 м/с,

3. Обоснована расстановка рабочих органов на раме по ширине и по длине орудия в зависимости от глубины обработки почвы, ширины междурядья хмельников, глубины залегания главных корневищ хмеля. Для обработки почвы на глубину 0,5 м в хмельниках с междурядьями 2,5 и 3 м необходимо установить соответственно 2 и 3 рабочих органа с междуследием 0,5 м и вылетом одного рабочего органа от другого 0,9 м по длине. Разработана номограмма дая определения количества рабочих органов на раме орудия,

4. Установлено, что угол установки рабочего органа Др65..,70° является оптимальным для обработки почвы на глубину й=0,5 м, так как в этом случае максимальная площадь сечения деформированной почвы обработанного пласта соответствует минимальным удельному тяговому сопротивлению орудия,

5. Подтверждена правильность теоретических исследований и полученных зависимостей по определению силовых и энергетических параметров РОЗС, Изменен ¡[а тягового сопротивления удельного тягового сопротивления куд, потребной тяговой мощности 1\\„г и площади ссчсния деформированной почвы Р по теоретическим и экспериментальным зависимостям в целом подчиняются одной закономерности,

6. Установлены качественные показатели работы РОЗС в сравнении с рабочим органом плуга ПЧ-2,5: площадь рыхления в поперечном сечении РОЗС

больше на 16%; глыбисгость обработанной поверхности поля 50% ниже, что не требует применения специального приспособления для разрушения крупных комков.

7. Годовой экономический эффект от применения разработанного рабочего органа с зигзагообразной стойкой для глубокой безотвальной обработки почвы в междурядьях хмельника составит 160,15 тыс, руб. {в ценах 2003 года) при возделывании хмеля на Юга.

Основные положения диссертации опубликованы в 8 научных печатных работах:

1. Иванов В.М., Медведев В.И. Определение параметров безотвального трехярусного глубокорыхлотеля для обработки хмельников. Тезисы докладов, Чебоксары, 1990. С. 47 - 48.

2. Медведев В.И., Мазяров В.П., Иванов В.М. Разработка технологий и средств механизации для подпокровного рыхления почвы на основной обработке под зерновые, пропашные культуры, хмель. Отчет о НИР, Per. .№02860090520 (промежуточный). Чебоксары, 1991.

3. Медведев В.И., Иванов В.М., Чегулов В,В. Разработка технологий и средств механизации для подпокровного рыхления почвы на основной обработке под зерновые, пропашные культуры, хмель. Отчет о НИР, Per. №02860090520 (промежуточный). Чебоксары, 1994.

4. Медведев В.И.,Мазяров В.П., Иванов В.М., Чегулов В В. Разработка технологий и средств механизации для подпокровного рыхления почвы на основной обработке под зерновые, пропашные культуры, хмель. Отчет о НИР. Per. №02860090520 (заключительный). Чебоксары, 1994.

5. Иванов В.М. Определение параметров рабочего органа для глубокой безотвальной обработки почвы s хмельниках. Труды ЧГСХА. Том XII, выпуск Ш.Чебоксары, 1997. С. 31 -35.

6. Иванов В.М. К вопросу определения параметров рабочей площадки глубоко рыхлителя зигзагообразной стойкой. Материалы региональной научно-практической конференции инженерного факультета НГСХА. г. Нижний Новгород, 1999. С. 37 - 40.

7. Иванов В.М., Мазяров В.П., Медведев В.И. К вопросу определения технологических параметров рабочего органа с зигзагообразной стойкой. Труды ЧГСХА. Том XVIII, Чебоксары, 2003. С. 357 - 360.

8. Иванов В.М., Мазяров В.П., Медведев В.И. Размещение рабочих органов с зигзагообразной стойкой на раме орудия глубокорыхлителя. Труды ЧГСХА. Том XVIII, Чебоксары, 2003. С. 360 -372.

»»9578

Подписано в печать 20.04.2004г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Усл.печ.л.1, Тираж 100 экз. Заказ № 83

Полиграфический отдел ФГОУ ВПО

«Чувашская госссльхозакадемия», 428000, г.Чебоксары, ул.К.Маркса, 29.