автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Параметры рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего орудия для накопления влаги в засушливых зонах Западной Сибири

На правах рукописи

/ /

ГОЛОВАНОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПАРАМЕТРЫ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ ВЛАГИ В ЗАСУШЛИВЫХ ЗОНАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05.20.01 -Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 2013

005546459

005546459

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии)

Научный руководитель: кандидат технических наук, с.н.с.

Кем Александр Александрович Официальные оппоненты: Докин Борис Дмитриевич

доктор технических наук, профессор, ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии заведующий лабораторией «Использование машинно-тракторного парка» Мяло Владимир Викторович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П. А. Столыпина, заведующий кафедрой «Агроинженерия» Ведущее предприятие: ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный

аграрный университет

Защита состоится 16 декабря 2013г. в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.059.01 при Государственном научном учреждении Сибирский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 630501, Новосибирская область, Новосибирский район, р.п. Краснообск-1, а/я 460 ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии; телефон, факс (383) 348-12-09; e-mail: sibime@ngs.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии, с авторефератом на сайтах: vyww.sibime-rashn.ru. www.vak2.ed.E0v.ru

Автореферат разослан «08» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

В.В. Коротких

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: В Западной Сибири, имеющей в земельном фонде до 19 млн. га пашни, из которых 80-85% посевных площадей приходится на засушливые зоны, почвенно-климатические условия которых имеют большой потенциал для получения высоких урожаев различных сельскохозяйственных культур, но постоянный дефицит почвенной влаги сдерживает увеличение объемов их производства.

Дефицит почвенной влаги обусловлен не только недостатком атмосферных осадков, но и неэффективным их сбережением. Потери влаги при испарении достигают 50...70% выпадающих осадков. Причем в первую очередь речь идет об осадках, выпадающих в осенне-зимний период. Способность почвы аккумулировать в себе влагу зависит в большей мере от ее плотности. При увеличении плотности сокращается количество воздухо- и влагопроводящих пор, что приводит к переувлажнению верхнего горизонта почвы и недостатку влаги в нижних горизонтах. Влага, не впитавшаяся в уплотненный грунт, может стать причиной возникновения водной эрозии на склоновых землях или послужить образованию водных луж на ровной поверхности. Помимо негативного воздействия на верхний плодородный слой почвы в весенний период, влага в больших количествах расходуется на непродуктивное испарение при повышении температуры в весенне -летний период, приводя к существенному снижению урожайности зерновых, пропашных и других культур.

Существующие способы по накоплению и сбережению почвенной влаги свидетельствуют о возможности улучшения влагообеспеченности почв засушливых зон путем разработки более эффективных влагосберегающих почвообрабатывающих агроприемов. Одним из таких приемов является глубокое рыхление, которое способствует сохранению структуры почвы, значительно уменьшает поверхностный сток весенних и ливневых вод, улучшает аэрацию почв.

Однако, применяемые конструкции орудий для глубокого рыхления не всегда удовлетворяют агротехническим требованиям, требуют больших энергозатрат на выполнение процесса, не в полной мере обеспечивают сохранение и накопление почвенной влаги.

Поэтому исследования, направленные на разработку технологий и создание технических средств, позволяющих повысить продуктивность почв за счёт эффективного процесса накопления и использования осенней и зимней влаги в почве, являются актуальными и имеют важное научное и хозяйственное значение.

Работа выполнялась в отделе механизации ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии в период 2008-2012г.г. по федеральному заданию 09.01.02. «Разработать высокопроизводительную технику нового поколения для производства приоритетных групп растениеводства», а также в соответствии программой НИР отдела механизации ГНУ СибНИИСХ по целевым областным программам, заказчиком которых являлось Министерство сельского хозяйства и продовольствия Омской области.

Цель исследования - повышение эффективности накопления и сбережения влаги в почве за счет обоснования параметров рабочих органов комбинированного орудия.

Объект исследования — технологический процесс накопления влаги при обработке почвы комбинированным орудием.

Предмет исследования - закономерности накопления и сбережения влаги в почве в зависимости от конструктивных и технологических параметров рабочих органов, и режимов работы комбинированного орудия.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, методов и законов теоретической и технической механики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, с общепринятыми и частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторных экспериментов. Обработка экспериментальных данных и расчеты выполнялись методами математической статистики на ПЭВМ с использованием стандартных программ «Statistica 7» и «Microsoft Office Excel».

Научная гипотеза. Повысить эффективность процесса накопления и сбережения осенней и зимней влаги в почве возможно за счёт рыхления на глубину 30-4ÖCM и формирования лунок на поверхности поля между нарезанными щелями для дополнительной аккумуляции влаги.

Научную новизну работы представляют: -математическая модель процесса накопления влаги в почве; -зависимости влияния параметров и режимов работы рабочих органов комбинированного орудия на процесс влагонакопления;

-конструктивные и технологические параметры рабочих органов комбинированного орудия (рыхлитель-лункообразователь), позволяющие повысить эффективность влагонакопления.

Техническая новизна защищена патентом РФ.

Практическая значимость. Результаты исследований использованы при разработке комбинированного почвообрабатывающего орудия, в учебном процессе ФГОУ ВПО ОмГАУ. Применение экспериментального орудия при проведении осенней обработки почвы позволило увеличить запасы продуктивной влаги, что дало прибавку урожая, а также снизило эксплуатационные затраты при проведении осенней обработки.

Реализация работы. Разработанное комбинированное орудие в 2012 году проходило, приемочные испытания на ФГУ Сибирская МИС, получена положительная оценка и рекомендации к серийному выпуску. ФГУП «Омский экспериментальный завод» Россельхозакадемии изготовлена опытная партия орудий. Они прошли производственную проверку более чем в десяти предприятиях различных форм собственности степной и южно-лесостепных зон Омской области и Республики Казахстан.

На защиту выносятся:

-закономерности и зависимости влияния параметров рабочих органов комбинированного орудия на тяговое сопротивление орудия, накопление и сохранение влаги в почве;

-конструктивные и технологические параметры рабочих органов комбинированного орудия для обработки почвы и их энергетические показатели.

Апробация работы. Основные положения и результаты отдельных вопросов работы докладывались: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ в 2005-2007 годах; на научно-технической конференции, посвященной 55-летию факультета механизации сельского хозяйства ОмГАУ в 2005 году; на международной научной конференции

молодых ученых СибНИИСХ в 2006г; на международной научной конференции посвященной информационным технологиям и информационным измерительным приборам в исследовании сельскохозяйственных процессов, СибФТИ (г. Новосибирск - 2012г.), на заседании научно-методической секции ГНУ СибИМЭ в 2013г.

Публикации. Материалы, отражающие содержание диссертации, опубликованы в 7 печатных работах, в том числе 1 патент РФ на полезную модель и 3 научных статьи в издании из «Перечня ведущих рецензируемых научных изданий и журналов», рекомендованного ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений.

Работа содержит 119 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 56 рисунков и 11 приложений. Список использованной литературы включает 116 наименований, в том числе 7 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований и изложена общая характеристика работы.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследования»

проведен анализ исследований по влиянию способов обработки почвы на накопление и сбережение осадков осенне-зимнего периода, и соответствующих технических средств, обеспечивающих рыхление почвы и создающих условия для впитывания, и сбережения влаги.

Выявлено, что наибольшее распространение из приемов разуплотнения почвенного горизонта получили глубокое рыхление и щелевание. При этом наилучшие результаты достигаются при использовании комбинированных машин, способных за один проход выполнять несколько операций. Применение таких агрегатов, обладающих большей компактностью и меньшей металлоемкостью по сравнению с аналогичным набором однооперационных машин, позволяет добиться экономии ГСМ и эксплуатационных расходов, а также снизить переуплотненность почв за счет снижения количества проходов сельскохозяйственной техники по полю.

Вклад в разработку технологий и средств механизации для влаго-энергосбережения и сохранения плодородия почвы внесли исследования: А.И. Бараева, А.П. Бочарова, А.Н. Власенко, Э.Ф. Госсена, С.З. Есенжанова, М.З. Журавлева, A.A. Измаильского, А.Н. Каштанова, В.И. Кирюшина, В. Е. Ковтунова, М.М. Константинова, Н.В. Костюченкова, Н.В. Краснощекова, Н.К. Мазитова, Т.С. Мальцева, Ю.Б. Мощенко, Е.П. Огрызкова, И.Б. Ревута, A.A. Роде, М.И. Рубинштейна, С.С. Сдобникова, В.Н. Слесарева, М.К. Сулейменова, М.Е.

Черепанова и др.

Комплексную механизацию технологических процессов в почвозащитном земледелии рассматривали В.П. Горячкин, А.П. Грибановский, Н. В. Грищенко, Б.Д. Докин, И.Т. Ковриков, В.Н. Краснощеков, А.И. Любимов, Е.П. Огрызков, P.C. Рахимов, Г.Н. Синеоков, А.П. Спирин и др.

Повысить эффективность глубокого рыхления почвы с точки зрения влагонакопления возможно при помощи образования лунок на поверхности между щелями для дополнительного сбора воды и максимального сохранения стерневого фона и мульчи. При этом мульчирующий слой будет эффективно удерживать влагу, снижая потери на испарение, а лунки обеспечат ускоренное ее впитывание.

На основании вышесказанного, разработка и совершенствование влагосберегающих агроприемов и технологий с использованием комбинированных машин, способных сочетать щелевание почвы и формирование водоудерживающего рельефа на поверхности поля является актуальной задачей.

Для достижения поставленной выше цели сформулированы следующие задачи исследований:

1. Выявить закономерности, определяющие процесс влагонакопления в зависимости от параметров рабочих органов орудия и режимов его работы.

2. Определить конструктивно-технологические параметры рабочих органов комбинированного орудия и оценить их влияние на энергетические и качественные показатели, определяющие эффективность процесса влагонакопления.

3. Провести экспериментальную проверку комбинированного орудия и оценить эффективность его применения.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса взаимодействия рабочих органов комбинированного орудия с почвой» разработана математическая модель (ММ) накопления влаги в почве.

Теоретические исследования при разработке (ММ) накопления влаги в почве проводили при следующих предположениях: процесс накопления состоит из периодов, характеризуемых количеством выпавших осадков, фазовым составом воды, интенсивностью образования жидкой фазы на поверхности почвы, температурным режимом почвы и воздуха. Количество осадков, выпавших в конкретном периоде, представлено кусочно-гладкой функцией (рисунок 1), а количество накапливающейся в почве влаги определяется из баланса

= (О

где И, (г0) - уровень воды на поверхности почвы, образовавшийся в ¡-том периоде в результате выпадения осадков, м;

Им - снижение уровня от испарения влаги с поверхности почвы, м;

/1|ф - снижение уровня воды из-за просачивания в почву, м;

А,„- располагаемый уровень воды для накопления в 1-том периоде, м;

- уровень воды на поверхности почвы, соответствующий запасу влаги в почве в конце {-1 периода, т.е. в момент времени I = 0, м.

Рисунок 1. Функция распределения осадков на поверхности почвы: ¡0 - время выпадения осадков, /г;(?0)- количество выпавших осадков в ' конкретном периоде, И, (/) - высота слоя воды на поверхности почвы в момент времени лш при 0<1<10 /г, (0 = А, (Г0); при \ > /0 И,(') = 0.

Для реализации ММ получены следующие выражения, входящие в уравнение (1):

• уравнение испарения влаги с поверхности почвы

1ч0>

где Р - коэффициент масса отдачи, м/с;

/з=ти-о/1 (3)

О— коэффициент диффузии паров воды, численно равный количеству вещества, проходящего через единицу площади Я, нормальной к вектору направления диффузии в единицу времени /,м2 / с;

с/1П - удельное влагосодержание паров воды у поверхности, кг воды/кг воздуха;

^=0,622-^/(1-^) (4)

Р„- давление насыщенных паров воды при температуре I, Па; с1 - удельное влагосодержание паров воды у поверхности, кг воды/кг воздуха;

а = 0,622 -РКУ-Р) (5)

р - давление воздуха, Па;

/ - протяженность поверхности воды в направлении движения воздуха, м; №„- безразмерный критерий Нуссельта

Миы= 0,6645°-3Ч<>5, (6)

где = V / £>- безразмерный критерий;

5Ь = у/1) (7)

У - вязкость воздуха при температуре I, м2/с; Яс - критерий Рейнольдса

Ke = w■l/v, (8)

• уравнение фильтрации воды в почву

Ьф=Кге»

(9)

где £„- некапиллярная объёмная пористость почвы; К, - коэффициент

пропорциональности; с - коэффициент пропорциональности (проницаемость среды), являющийся характеристикой пористой среды и не зависящий от размеров образца

м2; g- ускорение силы тяжести, м/с2; - кинематическая вязкость воды, м2/с; Ь -

I = АН/£-расстояние

и свойств жидкости, пьезометрический уклон; V между пьезометрами, м; АН - перепад давлений, м.

Проведенные по уравнениям (2) и (9) расчеты испарения и фильтрации воды с поверхности почвы, представлены на рисунке 2.

г а

' ¿3 6

1 \

—

Рисунок 2. Зависимость испарения и просачивания (фильтрации) влаги от времени: 1 — кривая испарения; 2 - кривая просачивания.

О 23 • 63 60 133 123

Время испарения и фильтрации часы

Анализ зависимостей показывает, что при высокой плотности почвы и температурах поверхности почвы и воздуха, характерных для осенне-весеннего периода вынос влаги испарением выше, чем ее просачивание в почву.

Для обеспечения максимального накопления влаги в почве разработана и предложена технологическая схема обработки почвы комбинированным орудием (рисунок 3).

Рисунок 3. Технологическая схема обработки почвы комбинированным орудием а - вид сбоку; б - вид спереди: 1 - стойка-рыхлитель; 2 - долото; 3 -рыхлитель-лункообразователь; 4 - зуб лункообразователя; Н1 - глубина щели нарезанной стойкой-рыхлителем; Н2 - глубина лунки образованной рыхлителем-лункообразователем; х - межи/елевое расстояние; Ь - расстояние между стойкой-рыхлителем и рыхлителем-лункообразователем; Я-радиус лункообразователя; /3 -длина зуба; I- расстояние между зубьями.

Обработка почвы, с целью повышения эффективности процесса влагонакопления, осуществляется следующим образом: стойки — рыхлители, расположенные на раме, двигаясь поступательно, нарезают щели глубиной 0,25...0,35м, а зубья рыхлителя-лункообразователя, взаимодействуя с почвой, приводят его во вращение и одновременно формируют в межщелевом пространстве лунки. При этом зубья лункообразователя проводят частичное рыхление почвы. Зубья на лункообразователе расположены таким образом, что после прохода орудия на поверхности остается 75-80% стерни и растительных остатков. Это неотъемлемое условие для применения орудия в районах с почвами, подверженными ветровой эрозии.

Поскольку рыхление выполняется двумя видами рабочих органов, количество влаги, просачивающейся в почву, выразится зависимостью

(Ю)

гДе " уровень воды просачивающейся с поверхности почвы через щели, м;

Ифя - уровень воды просачивающейся с поверхности почвы через лунки, м.

Для обеспечения эффективного влагонакопления по данной технологической схеме были проведены теоретические исследования, направленные на определение:

• рационального расстояния х между щелями;

• количества, площади поверхности и объема лунок;

• рациональных параметров зубьев рыхлителя-лункообразователя.

Количество лунок, необходимых для усвоения влаги, в межщелевом

пространстве на участке длиной равной /щ и шириной .г, выражается зависимостью (11) от параметров нарезаемых щелей и параметров лунок.

0,2.х.1щ--.Ьщ.1щ ~ 0.6366Я-6, -ь + гк-ьХь-ътьУ

где \щ - длина щели, м; Ъ- ширина участка, м; Ъщ- ширина щели, м; Ь, - ширина зуба, м; Я -условный радиус, соединяющий центр катка с максимально удалённой точкой,

м; I = А-глубина лунки.

На рисунке 4 представлены кривые, характеризующие изменение необходимого количества щелей и лунок в зависимости от межщелевого расстояния. Из анализа представленных графиков следует, что с его увеличением количество нарезаемых щелей уменьшается, а количество лунок увеличивается.

П, 11ГГ

70-

__

-2

-Ж \

- N

1.5

Рисунок 4. Изменение необходимого количества щелей (1) и лунок (2) от межщелевого расстояния х.

2.0 X »

Профиль рабочей поверхности зуба существенно влияет на показатели динамики агрегата, форму и размеры лунки. Геометрическая форма профиля может быть представлена различными кривыми или в виде прямой линии. Нами рассмотрены следующие формы рабочей поверхности зуба для образования лунок (рисунок 5).

Рисунок 5. Формы рабочей поверхности зуба: а - вогнутый; б - скругленный; в - выпуклый.

Важно, чтобы зуб при данном геометрическом профиле рабочей поверхности имел минимальное сопротивление и обеспечивал необходимые геометрические размеры лунки.

Сечение лунки, вырезаемой зубом, изображено на рисунке 6. Известно, что каждая точка зуба, перемещаясь, описывает в почве кривую, называемую трохоидой.

трохоида с ,

Ч ' /

к /

\ II /

Л \ С1 ^ГГ-ГТТ-ГУТ

Рисунок 6 Схема определения объема лунки вырезаемой зубом

для

Получена зависимость (12) объема лунки от конструктивных и режимных параметров лункообразователя.

2л/

/,вта0 -Д(1-соз2а0) + —-Лг

(12)

где а0 -угол входа зубьев в почву, град;

Я -кинематический параметр работы лункообразователя;

г - число зубьев в одном ряду лункообразователя, шт.

Полученная зависимость позволяет определить объем образующейся лунки в зависимости от конструктивных и режимного параметров лункообразователя. Проведенный анализ показывает, что форма профиля зуба незначительно влияет на объем формируемой лунки. Выбор профиля зуба был осуществлен по силе сопротивления при взаимодействии с почвой.

Силу сопротивления зуба выразим в виде суммы сил (13), показанных на рисунке 7:

-О

Рисунок 7. Схема сил, действующих на рабочую поверхность зуба выполненную в виде: а - вогнутой поверхности; б - скругленной поверхности; в - в виде выпуклой поверхности;

Р.=Р,+Рг+Р,+а.. (13)

где Рр - сила резания, Н;

Б, - сила сопротивления трения рабочего органа о грунт, Н; Р„ - центробежная сила, возникающая при движении почвы по криволинейной поверхности рабочего органа, Н;

Яс - сила сопротивления перемещению слоя почвы по поверхности рабочего органа, Н.

Решением уравнения (13) получены зависимости сил сопротивления зубьев с различной формой рабочей поверхности (рисунок 8.).

Рисунок 8. Зависимость силы сопротивления зубьев с различной формой рабочей поверхности: 1 -вогнутая поверхность; 2 -скругленная поверхность; 3 — выпуклая поверхность.

о ю 20 зо 40 50 а. град

Анализ кривых показал, что по силе сопротивления резанию более предпочтительной формой рабочей поверхности зуба является вогнутая поверхность, так как среднее сопротивление зуба ниже, чем в скругленной и выпуклой поверхностях.

Сила сопротивления в процессе работы комбинированного агрегата будет определяться:

^ (14)

гДе ' сила сопротивления агрегата, Н.

^ - сила сопротивления глубокорыхлителя, Н;

К, - сила сопротивления лункообразователя, Н;

На основании формулы (14) было определено тяговое сопротивление рабочих органов. На рисунке 9 приведены графики зависимости сил сопротивления стоек-рыхлителей и зубьев лункообразователя в зависимости от межщелевого расстояния х, а на рисунке (10) график изменения суммарного сопротивления рабочих органов

агрегата, полученный

суммированием графиков,

представленных на рисунке 9.

Рисунок 9. Изменение сил сопротивления стоек-

глубокорыхлителей (1) и зубьев лункообразователя (2) в зависимости от межщелевого расстояния X

Г.кН

F.

24,0-

кН

23,022,021.020.0 19.0

"Ш

Рисунок 10. Зависимость суммарного сопротивления стоек-рыхлителей и зубьев лункообразователя от

расстояния между щелями

0,5

1.0

1.5

2.0 X. м

Анализ кривых показывает, что с увеличением расстояния между щелями, количество глубокорыхлителей уменьшается, а количество зубьев для формирования лунок увеличивается. Как следствие сопротивление

глубокорыхлителей уменьшается по гиперболическому закону, а сопротивление зубьев увеличивается. Таким образом, существует оптимальное решение задачи, когда суммарное сопротивление будет минимальным.

Проведенные исследования показали, что наиболее рациональное расстояние между щелями находится в пределах от 0,75 до 1,0 м.

Таким образом, зубья рыхлителя-лункообразователя в пределах каждого межщелевого пространства расположены в 3 ряда (I, II, III) (рисунок 11) по три зуба. Зубья размещаются в рядах I, II и III, расположенных на расстоянии 0,17-0,25 м. В каждом ряду зубья размещаются через 120 градусов относительно друг друга. Для более равномерного распределения нагрузки зубья в смежных рядах смещены относительно предыдущего ряда на угол 8 градусов.

i D а

1 1 I i |—1—1—и

_.__!_______........ 4 '

1 ! SS

I а 7-1 см 1 I м

L

Рисунок 11. Схема расположения рядов зубьев рыхлителя-лункообразователя.

В результате теоретических исследований были установлены и обоснованы наиболее существенные факторы, влияющие на процесс влагонакопления.

Полученные результаты использованы в экспериментальных исследованиях, направленных на уточнение параметров и режимов работы орудия.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» излагается программа, общая и частные методики экспериментальных лабораторных и полевых исследований с описанием применяемого оборудования.

Программой экспериментальных исследований предусматривалось:

1. Изготовить экспериментальную установку-макет рыхлителя-лункообразователя согласно результатов, полученных в теоретических исследованиях;

2. Выявить закономерность влияния параметров рыхлителя-лункообразователя на геометрию и объем получаемых лунок и тяговое сопротивление. Определить конструктивно-технологические параметры лункообразователя.

3. Изготовить экспериментальный образец комбинированного орудия. Определить влияние конструктивно-технологических параметров орудия на агротехнические показатели и величину запаса влаги в метровом слое.

4. Изготовить экспериментальное орудие и определить его эксплутационно-технологические и экономические параметры в сравнении с серийным орудием ПЧ-4,5.

Лабораторные исследования проводили в почвенном канале отдела механизации ГНУ СибНИИСХ, который оборудован тяговой тележкой, перемещающейся по рельсовому пути с помощью тросовой системы. При проведении исследований на тяговой тележке было смонтировано тензометрическое звено, соединенное с информационно-измерительной системой ИП-238 (рисунок 12). Для исследований была изготовлена экспериментальная установка-макет рыхлителя-лункообразователя с возможностью монтажа на нее зубьев разной формы.

Для проведения экспериментальных исследований в полевых условиях был изготовлен опытный образец комбинированного орудия с изменяемой шириной расстановки стоек-рыхлителей. Рыхлитель-лункообразователь для орудия комплектовался зубьями (рисунок 13) с разными параметрами (таблица 1).

Таблица 1. Исследуемые параметры зубьев рыхлителя-лункообразователя.

№ образца Ширина зуба Ь„ м. Длина зуба /з, м.

1 0,010 0,120

2 0,012 0,120

3 0,014 0,120

4 0,010 0,180

5 0,012 0,180

6 0,014 0,180

7 0,010 0,240

8 0,012 0,240

9 0,014 0,240

M

I

M

2

M

S

Рисунок 13. Варианты зубьев рыхлителя-лункообразователя с

параметрами: согласно таблице

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований было изготовлено комбинированное орудие, которое прошло производственные испытания в сравнении с серийным чизельным плугом ПЧ-4,5. В ходе испытаний определялись эксплутационно-технологические и экономические показатели орудия.

При проведении лабораторно-полевых и полевых исследований руководствовались ГОСТ 20915-75 «Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний», ГОСТ 28268-89 «Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений», СТО АИСТ 4.1-2010 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и орудия для глубокой обработки почвы». Статистическую обработку результатов и построение поверхностей отклика моделей регрессии выполняли на персональном компьютере с помощью программ «Microsoft Excel 2007» и «Statistica 7».

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»

представлены результаты лабораторных и полевых исследований процесса обработки почвы, дан их анализ.

В результате экспериментальных исследований, проведенных в почвенном канале, получены зависимости (рисунки 14, 15) влияния профиля зуба на тяговое сопротивление лункообразователя и объем образуемых лунок.

430 410

370 350

Рисунок 14. Зависимость силы

сопротивления зубьев с различной формой рабочей поверхности: 1 - вогнутая поверхность зуба; 2 — скругленная поверхность зуба, 3 — выпуклая поверхность зуба.

1,67 1,09

Рисунок 15.Зависимость объема лунок образуемых зубьями с различной формой рабочей поверхности: 1 -вогнутая поверхность зуба; 2 — скругленная поверхность зуба, 3 -выпуклая поверхность зуба.

Анализ кривых показал, что по тяговому сопротивлению зубьев, более предпочтительной формой рабочей поверхности зуба является вогнутая поверхность, так как среднее сопротивление зуба ниже, чем в скругленной и тем более выпуклой поверхности. Наибольший объем лунки получен также зубьями с вогнутой формой зуба.

Таким образом, для дальнейших исследований были приняты зубья рыхлителя-лункообразователя с вогнутой поверхностью.

На основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований изготовлен макет экспериментального комбинированного орудия (рисунок 16).

Рисунок 16. Схема

комбинированного орудия для обработки почвы: 1- рама; 2 -стойки-рыхлители; 3 рыхлитель-лункообразователь;

4-опорные колеса;

5-навеска.

Наиболее важным показателем оценки уровня влагонакопления является величина содержания влаги перед посевом в слое глубиной 1м.

В качестве значимых факторов, влияющих на запас влаги в почве определили: межщелевое расстояние Хщ; глубина щелей нарезаемых стойкой-рыхлителем Ьщ; ширина щели Ьщ; высота зуба лункообразователя 13; ширина зуба лункообразователя Ь3.

Замеры запаса влаги в метровом слое проводили весной, перед посевом.

Пробы на влажность отбирали почвенным буром в пяти местах, расположенных по диагонали делянки. По результатам проведённого полнофакторного эксперимента в полевых условиях были получено уравнение регрессии, определяющее влияние 5 факторов на величину запаса влаги в метровом слое, которое имеет следующий вид:

У=201,665+3,413Х1+1,714Х2+1,391Х3-0,0261Х4+3,13001Х5-7,6819Х,2-4,7570Х22-3,33891Х32-2,89574Х42-2,09804Х52 (17)

........... .....) ......I......."1........... 0

...........(■-■—ь»«^..........

.................

..........^^с......

■ 0 —..... ........1----------;........... ...........1...........

1,67 1.99 2.31 2.63 2,95

V, м/с

На рисунке 17 показаны графические зависимости, отражающие влияние исследуемых факторов на влагонакопление почвы после обработки комбинированным орудием.

в. г.

Рисунок 17 - поверхности отклика: а- И7 = /(Хщ, ), при Ьщ=0,03м; 1з=0,15м; Ъз=0,012м; б- IV = ДХЩ, Ъщ), при Ъщ=0,003м; 1з^0,15м; Ьз=0,012м; в-IV = /(Хщ, Ъз ), при Ъщ=0,003м; 1з=0,15м; Ьщ=0,003м; г- Ж=/(ХЩ, 1з ), при Ищ=0,003м; Ьз=0,012м; Ьщ=0,003м;

При пересчете коэффициентов из кодированных в натуральные, получили уравнение регрессии вида:

\¥=270,9601+324,3466 хщ+1175,988 Ьщ +428,5003 13+1734,826 Ьщ+14153,23 Ь3--192,0491 хщ2-1902,82 Ьщ2-1335,56 1з2- 28957,4ЬЩ2- 524509Ь32 (18)

При анализе уравнения (18) и поверхностей отклика (рис.17) видно, что наибольшее влияние на влагонакопление оказывают межщелевое расстояние Хщ и ширина зуба Ьз. С использованием уравнения (18) и построенных поверхностей отклика удалось, найти наиболее рациональные конструктивные и технологические параметры параметры комбинированного орудия при которых обеспечивается наибольший запас влаги в почве. Эти параметры имеют следующие значения:межщелевое расстояние- 0,85м;ширина стойки-0,031м;длина зуба-0,167м; ширина зуба-0,0132м; глубина рыхления-0,3м.

На основании данных исследований изготовлено экспериментальное комбинированное орудие (рисунок 18а). Для агротехнической и экономической оценки параметров его работы были проведены экспериментальные исследования в полевых условиях.

В полевых условиях определялось качество рыхления почвы, тяговое сопротивление, запасы влаги к началу посевных работ, сравнение урожайности,

Полевые опыты закладывались в ЗАО «Звонаревокутское» в 2010-2012 г.г. Они проводились при трехкратной повторности вариантов. Обработка почвы выполнялась осенью базовой машиной ПЧ-4,5 и экспериментальным орудием с разным количеством стоек-рыхлителей. Экспериментальное комбинированное орудие агрегатировалось с трактором Т-150К.

а. б.

Рисунок 18: а - экспериментальное комбинированное орудие; б - базовое орудие ПЧ-4,5.

Весной проводился посев семян пшеницы «Омская-36» посевным комплексом «8а1йж1». Площадь одной делянки составляла 0,9 га.

Урожайность после уборки опытных делянок определялась по стандартной методике. Уборка и учет урожая осуществлялся с помощью селекционного комбайна «Сампо-500», оснащенного электронным весовым устройством.

Результаты опытов, отражающие зависимость урожайности от способов обработки почвы, приведены на графике (рисунок 19), остальные данные сведены в | таблице 2.

Рисунок 19. Зависимость урожайности от способов обработки почвы: 1-без обработки (стерня);

2-обработка ПЧ-4,5;

3-обработка комбинированным орудием.

Таблица 2. Результаты полевых испытаний в ЗАО «Звонаревокутское».

Период закладки Показатель Тип орудия для основной обработки почвы

Серия без обработки Базовое орудие ПЧ-4,5 (контроль) Экспериментальное комбинированное орудие

Осень 2010 г. Глубина обработки, м - 0,36 0,35

Скорость движения агрегата, м/с - 2,28 2,3

Гребнистость поверхности, см - 12,6 7,9

Сохранение стерни, % 100 81 69

Весна 2011г. Влажность почвы в слое 1м., (перед посевом), мм. 155 182 199

Глубина заделки семян, см 0,052 0,059 0,06

Число всходов, шт/м2 176 285 328

Осень 2011г. Урожайность, т/га 1,59 1,71 1,93

Осень 2011г. Глубина обработки - 0,35 0,35

Скорость движения агрегата, м/с - 2,36 2,3

Гребнистость поверхности - 11,5 7,3

Сохранение стерни, % 100 80 67

Весна 2012 г. Влажность почвы в слое 1м., мм(перед посевом) 148 172 190

Глубина заделки семян 0,055 0,063 0,061

Число всходов, шт/м2 180 280 324

Осень 2012 г. Урожайность, т/га 0,95 1,13 1,36

Средняя урожайность, т/га 1,27 1,42 1,65

Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что применение комбинированного орудия оснащенного рыхлителем-лункообразователем в сравнении с базовым орудием ПЧ-4,5 позволило увеличить весной запасы продуктивной влаги в среднем на 10,8% (18,2 мм), что дало прибавку урожая зерна пшеницы «Омская-36» на 15,8% (0,23 т/га).

В пятой главе «Экономическая эффективность применения комбинированного орудия для основной обработки почвы» приведены экономические расчеты, подтверждающие эффективность применения экспериментального комбинированного орудия для основной обработки почвы. Применение предлагаемого орудия в сравнении с серийным плугом ПЧ-4,5 обеспечивает снижение эксплуатационных затрат при проведении осенней обработки на 11% (124 руб./га) и прибавку урожая зерна пшеницы «Омская-36» на 15,8% (0,23т/га). Годовой экономический эффект от снижения эксплуатационных затрат и повышения количества продукции составил 624500 руб. или 1250 руб./га.

Общие выводы

1 .Получены математические модели процесса влагонакопления, позволяющие выявить теоретические зависимости влияния параметров рабочих органов комбинированного орудия (стойки-рыхлителя и рыхлителя-лункообразователя) и режимов его работы на процесс влагонакопления.

2,Определены конструктивные и технологические параметры работы комбинированного орудия: расстояние между стойками-рыхлителями 0,85м; длина зуба 0,167м; толщина зуба 0,13м; форма зуба-вогнутая; в ряду зубья размещаются через 120 градусов, в смежных рядах они смещены относительно предыдущего ряда на угол 8 градусов. Максимальный объем лунки 0,00045 м3.

3. Получены результаты агротехнической оценки, которые показывают, что при влажности почвы 20 % и твердости 3,1 МПа, крошение пахотного слоя составило: фракции от 100 до 50 мм - 13,9%, менее 50 мм - 79 %. Сохранение стерни в среднем 68%. Энергетической проверкой установлено: тяговое сопротивление комбинированного орудия в данных условиях при скорости 2,36 м/с составило 32 кН.

4. Выявлено, что применение предлагаемого орудия позволило увеличить весной запасы продуктивной влаги на 10,8% (18,2 мм), что дало прибавку урожая пшеницы «Омская-36» на 15,8% (0,23 т/га), а также снизило эксплуатационные затраты при проведении осенней обработки на 11%.(124 руб./га).

5. Установлено, что применение комбинированного орудия позволит получить экономический эффект 1250 руб./га. При нормативной загрузке 500га годовой экономический эффект на одно орудие составил в среднем 624,5 тыс. руб. Срок окупаемости орудия менее I года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях из перечня рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК:

1. Комбинированное орудие для основной обработки почвы и влагонакопления в засушливых районах Западной Сибири/Д. А. Голованов, А. А. Кем, М. С. ЧекуСов//Достижения науки и техники в АПК.-2013.-№2.-С.53-55.

2. Орудие для обработки солонцовых почв / И. Д. Кобяков, Д. А. Голованов // Земледелие. - 2009. - № 7. - С. 26-27.

3. Чизельный плуг-рыхлитель для обработки солонцовых почв / В. Ф. Клюстер, Д. А. Голованов, И. Д. Кобяков // Тракторы и с.-х. машины. - 2008. -№ 8. - С. 13-14.

Публикации в описаниях на изобретения, сборниках научных трудов, информационных листках:

1. Зависимость влаги в почве от параметров приема щелевания/Д. А. Голованов, М. С. Чекусов, А. А. Кем, Л. С. Керученко/ Материалы 5-ой международной конференции «Информационные технологи, системы и приборы в АПК»-Новосибирск, 2012.

2. Новые машины для обработки солонцовых почв/П. В. Чупин, И. Д. Кобяков, Д. А. Голованов/ Совершенствование технологий, машин и оборудования в АПК: сборник научных трудов к 55-летию факультета технического сервиса в АПК, ОмГАУ 2006г.

З.Чизельный плуг-глубокорыхлитель: информ. листок № 55-013-07 / ОмЦНТИ сост.: Д. А. Голованов. — Омск, 2007. - 3 с.

4. Патент РФ на полезную модель №58004 А01В63/111 «Чизельный плуг-рыхлитель»./Д. А. Голованов, В. Ф. Клюстер, И. Д. Кобяков, П. В. Чупин// приоритет от 29.05.2006, опубл. 10.11.2006.

5. Положительное решение о выдаче патента РФ на полезную модель «Комбинированное орудие для обработки почвы» № 2012100265/17.

Подписано в печать Об. 11.2013 г. Формат 60x84 '/|6 Объем 1п.л. Заказ № 82. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ГНУ СибНСХБ Россельхозакадемни 630501, Новосибирская обл., пос. Краснообск

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ (ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии)

ПАРАМЕТРЫ РАБОЧИХ ОРГАНОВ КОМБИНИРОВАННОГО ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ ВЛАГИ В ЗАСУШЛИВЫХ ЗОНАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель-кандидат технических наук, с.н.с. А.А. Кем

Новосибирск 2013г

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11

1.1. Агроклиматические особенности засушливой зоны Западной Сибири 11

1.2. Способы влагонакопления и влагосбережения в засушливом земледелии Западной Сибири 13

1.3. Технологические приемы влагосберегающей

обработки почвы 16

1.3.1 Технология чизелевания почвы 16

1.3.2 Технология щелевания почвы 18

1.4. Анализ существующих машин и орудий для влагосберегающей обработки почвы 19

1.4.1 Технические средства, для щелевания почвы 19

1.4.2 Технические средства, используемые для глубокого рыхления почвы 25

1.5. Приемы и орудия для создания водоудерживающего микрорельефа на поверхности почвы 30

1.6. Выводы 32

1.7. Задачи исследований 33 Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЕМОВ

ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ДЛЯ ВЛАГОНАКОПЛЕНИЯ 34

2.1. Математическая модель накопления влаги в почве 34

2.2. Математическая модель просачивания влаги в почву 38

2.3. Технологическая схема обработки почвы с целью накопления влаги 44 2.3.1. Зависимость количества лунок от межщелевого расстояния 47

2.4. Закономерности процесса фильтрации воды в почву 49

2.4.1. Закономерности процесса фильтрации воды в почву в зависимости от расстояния между щелями 49

2.4.2. Закономерности фильтрации воды через лунки в зависимости от объема и количества лунок 52

2.5. Зависимость объема лунки от формы профиля рабочей поверхности зуба и кинематического параметра X 54

2.6. Зависимость тягового сопротивления комбинированного орудия от параметров рабочих органов 58

2.6.1. Суммарное тяговое сопротивление рабочих органов комбинированного орудия 58

2.6.2. Зависимость силы сопротивления зуба лункообразователя от геометрической формы его поверхности 59

2.6.3. Зависимости сил сопротивления рабочих органов от межщелевого расстояния 62

2.7. Определение параметров комбинированного орудия 66

2.8. Выводы 67

Глава 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 68 ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Программа исследований 68

3.1.1 Программа проведения лабораторных исследований 68

3.1.2 Программа лабораторно-полевых исследований 69

3.1.3 Программа полевых исследований 69

3.2. Методика экспериментальных лабораторных исследований по определению рациональных параметров зуба лункообразователя 69 3.3 Методика проведения лабораторно-полевых исследований

по определению параметров комбинированного орудия 74

3.4. Планирование эксперимента для определения запаса

влаги в почве 80 3.5. Методика сравнительных полевых исследований

экспериментального комбинированного орудия 85 Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ 88 4.1. Результаты лабораторных исследований по определению

рациональных параметров зубьев лункообразователя 88

4.2 Результаты лабораторно-полевых исследований 92

4.3. Агротехническая оценка работы комбинированного орудия 98

4.4. Выводы 103 Глава 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 104

5.1. Определение экономических показателей 105

5.2. Результаты внедрения 109

5.3 Выводы 110 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 111 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 112 ПРИЛОЖЕНИЯ 123

ВВЕДЕНИЕ

В Западной Сибири, имеющей в земельном фонде до 19 млн. га пашни, причем 80-85% посевных площадей приходится на засушливые зоны, почвенно-климатические условия которых имеют большой потенциал для получения высоких урожаев различных сельскохозяйственных культур, но постоянный дефицит почвенной влаги сдерживает увеличение объемов их производства.[48,50,103].

Дефицит почвенной влаги обусловлен не только недостатком атмосферных осадков, но и неэффективным их сбережением. Потери влаги при испарении достигают 50...70% выпадающих осадков. Причем в первую очередь речь идет об осадках, выпадающих в осенне-зимний период. Способность почвы аккумулировать в себе влагу зависит в большей мере от ее плотности. [6,61]. При увеличении плотности почвы, сокращается количество воздухо- и влагопроводящих пор, что приводит к переувлажнению верхнего горизонта и недостатку влаги в нижних горизонтах. Влага, не впитавшаяся в плотный грунт, может стать причиной возникновения водной эрозии на склоновых землях или послужить образованию водных луж на ровной поверхности. Помимо негативного воздействия на верхний плодородный слой почвы в весенний период, влага в больших количествах расходуется на непродуктивное испарение при повышении температуры в весеннее - летний период, приводя к существенному снижению урожайности зерновых, пропашных и других культур [106, 107].

Поэтому необходимо изыскание новых технологических и технических решений, позволяющих сохранить и рационально использовать продуктивную влагу в почве с учетом зональных особенностей производства зерновых культур.

Одним из наиболее эффективных приемов влагонакопления является глубокое рыхление [60], которое способствует сохранению структуры почвы, значительно уменьшает поверхностный сток весенних и ливневых вод,

улучшает аэрацию почв.

Известные конструкции орудий для глубокого рыхления не всегда удовлетворяют агротехническим требованиям, требуют больших энергозатрат на выполнение процесса, не в полной мере обеспечивают сохранение и накопление почвенной влаги.

Поэтому исследования, направленные на разработку технологических процессов и создание технических средств, позволяющих повысить продуктивность почв за счёт эффективного процесса накопления и использования осенней и зимней влаги в почве, является актуальной.

Цель исследования - повышение эффективности накопления и сбережения влаги в почве за счет обоснования параметров рабочих органов комбинированного орудия.

Объект исследования - технологический процесс накопления влаги при обработке почвы комбинированным орудием.

Предмет исследования - закономерности накопления и сохранения влаги в почве в зависимости от конструктивных и технологических параметров рабочих органов, и режимов работы комбинированного орудия.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием основных положений, методов и законов теоретической и технической механики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ, с общепринятыми и частными методиками, а также с использованием теории планирования многофакторных экспериментов. Обработка экспериментальных данных и расчеты выполнялись методами математической статистики на ПЭВМ с использованием стандартных программ «Statistica 7» и «Microsoft Office Excel».

Научную новизну работы представляют:

-математическая модель процесса накопления влаги в почве;

-зависимости влияния параметров и режимов работы рабочих органов комбинированного орудия на процесс влагонакопления;

-конструктивные и технологические параметры рабочих органов комбинированного орудия (рыхлитель-лункообразователь), позволяющие повысить эффективность влагонакопления.

Техническая новизна защищена патентом РФ.

На защиту выносятся:

-закономерности и зависимости влияния параметров рабочих органов комбинированного орудия на тяговое сопротивление орудия, накопление и сохранение влаги в почве;

-конструктивные и технологические параметры рабочих органов комбинированного орудия для обработки почвы и их энергетические показатели.

Практическая значимость. Результаты исследований использованы при разработке комбинированного почвообрабатывающего орудия, в учебном процессе ФГОУ ВПО ОмГАУ. Применение экспериментального орудия при проведении осенней обработки почвы позволило увеличить запасы продуктивной влаги, что дало прибавку урожая, а также снизило эксплуатационные затраты при проведении осенней обработки.

Апробация работы. Основные положения и результаты отдельных вопросов работы докладывались: на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ОмГАУ в 2005-2007 годах; на научно-технической конференции, посвященной 55-летию факультета механизации сельского хозяйства ОмГАУ в 2005 году; на международной научной конференции молодых ученых СибНИИСХ в 2006г; на международной научной конференции посвященной информационным технологиям и информационным измерительным приборам в исследовании

сельскохозяйственных процессов, СнбФТИ (г. Новосибирск - 2012г.), на заседании научно-методической секции ГНУ СибИМЭ в 2013г.

Внедрение. Разработанное комбинированное орудие в 2012 году проходило, приемочные испытания на Сибирской МИС, получена положительная оценка и рекомендации к серийному выпуску. ФГУП «Омский экспериментальный завод» Россельхозакадемии изготовлена опытная партия орудий. Они прошли производственную проверку более чем в десяти предприятиях различных форм собственности степной и южнолесостепных зон Омской области и Республики Казахстан.

Публикации. Материалы, отражающие содержание диссертации, опубликованы в 7 печатных работах, в том числе 1 патент РФ на полезную модель и 3 научных статьи в издании из «Перечня ведущих рецензируемых научных изданий и журналов», рекомендованного ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений.

Работа содержит 119 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 56 рисунков и 11 приложений. Список использованной литературы включает 116 наименований, в том числе 7 иностранных.

Введение содержит актуальность и обоснование направления исследования, изложены научные положения, выносимые на защиту, и их основные позиции.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен анализ исследований по влиянию способов обработки почвы на накопление и сбережение осадков осенне-зимнего периода. Выполнен обзор существующих способов основной обработки почвы и соответствующих технических средств, обеспечивающих рыхление почвы и создающих условия для впитывания и сбережения влаги. Поставлена цель исследований и определены задачи.

Во второй главе «Теоретические исследования приемов обработки почвы для влагонакопления» разработана математическая модель

накопления влаги в почве в зависимости от количества выпадающих в осенне- зимний период осадков, процессов испарения и просачивания влаги в почву. Определена технологическая схема комбинированного орудия для обработки почвы. Теоретически обоснованы конструктивно-технологические параметры рабочих органов орудия и выявлены закономерности их влияния на влагонакопление. Определены зависимости тягового сопротивления орудия в зависимости от параметров рабочих органов. С помощью полученных теоретических зависимостей, получены значения параметров комбинированного орудия для максимального влагонакопления.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» разработана программа экспериментальных исследований, включающая:

-определение закономерностей влияния параметров рыхлителя-лункообразователя на геометрию и объем получаемых лунок и тяговое сопротивление. Определение конструктивно-технологических параметров лункообразователя.

- выявление влияния конструктивно-технологических параметров орудия на агротехнические показатели и величину запаса влаги в метровом слое почвы.

-определение эксплутационно-технологическиих и экономических параметров экспериментального комбинированного орудия в сравнении с серийным чизельным плугом ПЧ-4,5.

В методике проведения лабораторных и полевых исследований описаны лабораторная установка, экспериментальный образец комбинированного орудия а также техника измерений и обработка результатов опытов.

Статистическую обработку результатов и построение поверхностей отклика моделей регрессии выполняли на персональном компьютере с помощью программ «Microsoft Excel 2007» и «Statistica 7».

В четвёртой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты лабораторных и полевых экспериментов и дан их анализ. Приведены основные экспериментальные зависимости, установлены рациональные параметры рабочих органов комбинированного орудия и режимы его работы. Приведённый сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований доказывает адекватность полученных результатов. По результатам проведенных лабораторно-полевых исследований изготовлено комбинированное орудие, проведена его эксплутационно-технологическая оценка. По полученным экспериментальным исследованиям сделаны выводы, отражающие основные результаты НИОКР.

В пятой главе «Экономическая эффективность» приведены экономические расчеты, подтверждающие эффективность применения экспериментального комбинированного орудия для влагонакопления почвы.

На основе полученных результатов проведённых теоретических и экспериментальных исследований, а также испытания экспериментального орудия в производственных условиях, сформулированы и приведены общие выводы и предложения которые могут быть использованы научно-исследовательскими, проектно-конструкторскими и производственными организациями.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Агроклиматические особенности засушливой зоны Западной

Сибири

Климат играет решающую роль в формировании урожая сельскохозяйственных культур. Умелое использование благоприятных условий погоды и климата - один из основных принципов ведения сельскохозяйственного производства на основе интенсивных технологий.

Западная Сибирь - один из важнейших экономических районов страны. Из 2427,2 тыс. км , 90% её территории приходится на равнины. Климат континентальный и формируется под влиянием холодных арктических и в меньшей степени - сухих воздушных масс с юга. Континентальность увеличивается по мере продвижения на юг. В общих чертах климат характеризуется суровой и малоснежной зимой, тёплым, но непродолжительным летом, короткими переходными сезонами весной и осенью.

Продолжительность тёплого периода (период с положительной среднесуточной температурой) составляет в среднем в лесостепной зоне -192 и в степной зоне - 194 дня.

Самыми неблагоприятными для сельского хозяйства факторами являются поздние весенние и ранние осенние заморозки. Средняя дата прекращения заморозков в воздухе весной - 22 мая (лесостепь) и 19 мая (степь).

Средняя дата наступления первых заморозков приходится в лесостепной зоне на 17, а в степной - на 19 сентября. Продолжительность безморозного периода составляет соответственно: 116 и 123 дня.

По увлажнению южные районы Западной Сибири относятся к зоне неустойчивого увлажнения [2]. Годовое количество осадков составляет в лесостепной 395, в степной зоне - до 304 мм. Большая часть осадков выпадает в летнее время. Такое распределение их несколько сглаживает

недостаток общего количества в центральных и южных районах. Среднее количество осадков за тёплый период (апрель - октябрь) составляет в лесостепной - 294 и в степной зоне - 234 мм.

Западная Сибирь имеет значительные резервы для развития земледелия. Эта территория характеризуется сравнительно благоприятным климатом, позволяющим возделывать в земледельческой зоне Западной Сибири зерновые культуры ранних и среднеспелых сортов.

На большей части территории Западной Сибири урожайность зерновых культур во многом зависит от характера распределения осадков по периодам вегетации растений. При этом от посева до восковой спелости в лесостепной зоне в среднем выпадает 165, в степной - 127 мм осадков [3].

Наиболее благоприятные почвенно-климатические условия для производства зерна в этом регионе складываются в лесостепной зоне, которые способствуют формированию продуктивного стеблестоя и большой массы 1000 зёрен, что обеспечивает получение урожая до 25 центнеров с гектара.

Основной особенностью лесостепного района является

недостаточность атмосферных осадков при высокой испаряемости, которая более, чем в 1,5 раза превышает их количество. Среднегодовое количество осадков колеблется от 250 до 310 мм. Большая их часть 55...250 мм (при норме 146 мм) выпадает в летнее время, осенью 50...60 мм. Твердые осадки составляют 25-30%. Доля их в формировании урожая составляет 50% [45]. Количество осадков, выпавших в годы исследований за вегетационный период, приведены в таблице 1.1 [3].

Таблица 1.1- Количество осадков, выпавших в 2009-2012 годы.

Годы Осадки по месяцам, мм

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Итого

2009 29 19 4 27 36.6 59.1 162 144 44 20 19 27 495

2010 11 16 24 6