автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования комбинированного подпокровного фрезерователя для основной обработки малопродуктивных эродированных почв

На правах рукописи

ии344В40У БРУСЕНЦОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДПОКРОВНОГО ФРЕЗЕРОВАТЕЛЯ ДЛЯ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ МАЛОПРОДУКТИВНЫХ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ

Специальность 05 20 01 - Технологии и средства механизации сельского

хозяйства (по техническим наукам)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 СЕН 2008

Зерноград, 2008

003446489

Диссертация выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» и Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Донской государственный аграрный университет»

Научный руководитель доктор технических наук профессор

Шаршак Владимир Константинович

Официальные оппоненты доктор технических наук профессор

Черноволов Василий Александрович, кандидат технических наук доцент Камбулов Сергей Иванович

Ведущая организация ФГНУ «Российский научно-исследовательский

институт проблем мелиорации» (г Новочеркасск)

Защита состоится « 13 » сентября 2008 г в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220 001 01 в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии по адресу 347740, г Зерноград Ростовской области, ул Ленина, 21, аудитория 201, корпус 5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО ФЧГАА, а с авторефератом на сайте академии http \\ www.achgaa ru

Автореферат разослан « ^ г

Ученый секретарь

диссертационного совета „

доктор технических наук профессор . * <7 Н И Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшими задачами сельскохозяйственного производства являются рациональное использование земельных и водных ресурсов, повышение плодородия малопродуктивных почв (солонцовых, эродированных, тяжелых по механическому составу и др ), увеличение урожайности сельскохозяйственных культур

Постоянное отчуждение из землепользования части пахотных земель (под строительство населенных пунктов, водохранилищ, дорог и т д) требует ускоренного решения проблемы коренного улучшения малопродуктивных почв

Наиболее распространенным и эффективным методом мелиорации неблагоприятных для земледелия почв является агробиологический, основанный на применении глубоких мелиоративных обработок специальными орудиями Задача их состоит в том, чтобы максимально сохранить естественное плодородие гумусового слоя, а свойства нижележащих (например, солонцового и карбонатного) подвергнуть коренным изменениям, обеспечив при этом задержание талых и ливневых вод и защиту верхнего слоя от эрозии (ветровой, водной, ирригационной)

В наибольшей степени удовлетворяют агротребованиям к основной обработке солонцовых, дифлируемых и эродированных почв комбинированные подпокровные фрезерователи (КПФ), особенность которых состоит в том, что их основной рабочий орган фрезерного типа работает в условиях полного заглубления (под покровом) В результате сохраняется на поверхности поля верхний гумусовый слой, стерня и дернина, что существенно уменьшает эрозию и дифляцию почв

Многолетние исследования, проводимые в ДонГАУ профессором В П Калиниченко по оценке эффективности последствия мелиоративных обработок с использованием КПФ, показывают их существенную эффективность во времени В течение 25-30 лет на опытных участках в Дубовском районе обеспечивается стабильная прибавка урожая зерновых культур

В связи с изложенным, актуальна разработка модели функционирования и методов проектирования КПФ В частности, недостаточно изучены вопросы силового взаимодействия фрезерных рабочих органов с почвогрунтом в условиях их полного заглубления, оптимизации их геометрических и кинематических параметров, взаимосвязи параметров с показателями качества обработки

Цель работы повышение эффективности функционирования подпокровного комбинированного фрезерователя для основной обработки малопродуктивных эродированных почв по критериям агротехники и энергосбережения

Объект исследований: процесс подпокровной обработки почвы рабочим органом фрезерного типа с горизонтальной поперечной осью вращения фрезерного барабана

Предмет исследований: закономерности процесса подпокровного фрезерования почвы комбинированным орудием, зависимость показателей

качества почвообработки и энергозатрат от факторов, определяющих свойства фрезерного рабочего органа и условия его функционирования

Методика исследования. Для достижения поставленной цели использовались основные положения классической механики, вариационного исчисления, априорного ранжирования, математической статистики, статистической динамики, комплексных показателей качества с применением функции желательности Обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований выполнялась с использованием систем компьютерной математики

Научная новизна. Процесс силового взаимодействия подпокровного рабочего органа безвального типа с почвой рассмотрен с использованием вариационного исчисления Выявлены закономерности процесса подпокровной обработки почвы комбинированным агрегатом в режиме чистого фрезерования и с предварительным рыхлением Получены аналитические зависимости для определения составляющих баланса мощности на подпокровное фрезерование, учитывающие конструктивные параметры рабочего органа, параметры кинематического режима, физико-механические свойства разрабатываемой почвенной среды Установлены закономерности распределения почвенных частиц по глубине обработки, построены корреляционные функции и спектральные плотности при работе подпокровного фрезерования с учетом условий фрезерования почвы

Основные положения, выносимые на защиту:

-результаты теоретических исследований процесса комбинированной подпокровной обработки почв с использованием фрезерного рабочего органа безвального типа, -рациональные конструктивные и кинематические параметры фрезерного рабочего органа, -ранжирование факторов, влияющих на энергоемкость процесса подпокровной обработки, -результаты экспериментальных исследований процесса подпокровного фрезерования по показателям энергоемкости и качества обработки Практическая значимость работы Полученные аналитические зависимости могут быть использованы при проектировании фрезерных рабочих органов, работающих при полном заглублении Разработанный макетный образец перспективен для коренного улучшения малопродуктивных почв подпокровными фрезерователями, обеспечивает в сравнении с отвальной и плоскорезной обработкой увеличение урожайности зерновых культур соответственно на 36,1 и 20 % за счет улучшения водно-физических свойств почв

Результаты исследований могут быть использованы конструкторскими бюро НИИ и заводов-изготовителей почвообрабатывающей техники

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, одобрены и рекомендованы к публикации на международных научно-практических конференциях ДонГАУ (2005-2008 гг)

Публикации Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них две статьи — в изданиях, рекомендованных ВАК

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, включающего 100 наименований, в том числе 2 на иностранном языке, содержит 184 страниц машинописного текста, 62 рисунка, 8 таблиц, 7 приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, сформулированы защищаемые положения

В первой главе «Анализ процесса подпокровного фрезерования Задачи исследований» приведен краткий анализ особенностей технологии мелиоративной подпокровной обработки малопродуктивных почв Рассмотрены типы подпокровных фрезерователей, отмечены особенности их конструкций, выполнен анализ конструкций рабочих органов фрезерною типа, работающих в условиях их полного заглубления, отмечены возможности использования их в технологических процессах почвообработки, проведен анализ научных работ по исследованию процессов подпокровного фрезерования

Исследованиями технологии освоения солонцовых, эродированных почв, использованием подпокровных фрезерователей, а также обоснованием их рабочих органов занимались В В Кириллов, В И Кирюшин, К Г1 Пак, В К Шаршак, В В Сконодобов, Е П Ладан, В И Богданов, В И Боготопов, В А Богомягких, Н А Лученко, В М Бабушкин, М Б Минкин, Н С Скуратов, В П Калиниченко, Е В Полуэктов, Ю В Майданников, В П Максимов и др

Анализ литературы показывает, что при разработке подпокровных фрезерователей определенный научный интерес представляют рабочие органы барабанного типа с горизонтальной поперечной осью вращения, особенностью которых является отсутствие центрального приводного вала Процессы, происходящие при подпокровном фрезеровании почв рабочими органами подобного типа, изучены недостаточно Это затрудняет разработку и совершенствование фрезерователей, обеспечивающих повышение производительности и качественную обработку малопродуктивных почв с минимальными энергозатратами

На основании анализа опубликованных научных работ определены задачи исследований

-теоретически обосновать форму горизонтальных ножей, получить зависимости для анализа энергоемкости процесса фрезерования, - обосновать рациональные конструктивные параметры и режим работы предлагаемого рабочего органа, -исследовать влияние различных факторов на энергоемкость подпокровного фрезерования применительно к условиям предварительною объемного рыхления почвенного монолита, -установить взаимосвязь показателей качества обработки почвы с конструктивными и кинематическими параметрами фрезерователя, изучить частотный спектр процесса подпокровной обработки почвы, дать статистическую оценку показателей процесса,

-выполнить сравнительную оценку эффективности подпокровного фрезерования почвы предлагаемым комбинированным агрегатом в сравнении с отвальной и плоскорезной обработками Во второй главе «Теоретическое обоснование рабочих органов подпокровного фрезерователя» изложены исходные предпосылки и допущения, приводится обоснование выбора формы продольного профиля горизонтального режущего ножа фрезерного барабана, проводятся аналитические исследования конструктивных и кинематических параметров фрезерного рабочего органа, дается анализ факторов, влияющих на энергоемкость подпокровного фрезерования

На основании априорной информации выбран объект исследований -фрезерный рабочий орган барабанного типа без центрального приводного вала Рабочий орган выполнен в виде 2-х отдельных фрезерных барабанов, каждый из которых включает опорные цапфы, плоские вертикальные дисковые фрезы, жестко соединенные с горизонтальными режущими ножами Горизонтальные ножи обеспечивают передачу крутящего момента и фрезерование почвы по всей ширине захвата агрегата Отсутствие центрального приводного вала предотвращает забивание рабочего органа. Горизонтальные ножи выполнены в виде плоских заостренных пластин, режущие лезвия которых могут быть либо прямыми, либо криволинейными, а задние грани - плоскими Лезвия ножей вертикальных дисковых фрез выполняются криволинейными и с заточкой

Фрезерный рабочий орган комбинированного подпокровного фрезерователя расположен за пассивным рабочим органом - плоскорезной лапой, обеспечивающей объёмное предварительное рыхление почвенного монолита

При обосновании формы режущей кромки горизонтального ножа использован метод вариационного исчисления На рисунке 1 представлена проекция ножа на горизонтальную плоскость при его нижнем положении, далее продольный профиль ножа, и общая схема сил, действующих на него Принятые обозначения ц 6 ДБ - сила нормального давления почвы на лезвие ножа длиной ДБ, Н, Г q 5 Д8 - элементарная сила трения почвы, Н,

Рисунок 1 - Схема сил, действующих на лезвие продольного ножа фрезы

У

Р - активная (движущая) сила, действующая на нож, Н, <7 - давление почвы на нож, Па, Г - коэффициент трения почвы; 5 - толщина ножа, м, а - угол между Ох и касательной к кривой К, рад, I -длина секций,м

Продольный профиль лезвия ножа од-

ной секции представляет собой криволинейный симметричный профиль (кривая К) Выделим на рассматриваемом участке АВ элемент длины AS толщины 5 и приложим силы, действующие на него со стороны почвы Проектируя эти силы на ось ОУ, с учетом симметричности лезвия и интегральной суммы, после преобразований получим

P = 2\q(cosa + f sin а )5 dS = 2\q(\ + f y')S dx (1)

к О

Давление почвы q на элемент ножа AS получено с использованием теоремы об изменении количества движения

Ч=Рп ^ -Ц-.Па, (2)

а+у'2)__

где р„ - плотность почвы,

кг/м3; V = л/гГ^ + 2 Я cos cot) V() - абсолютная скорость точки ножа, А. = ©R/V0 - кинематический параметр фрезерного барабана, Vo - скорость агрегата, со, R - соответственно угловая скорость и радиус барабана.

Используя зависимости (1) и (2), после преобразований получим

0 5е 1 + f v

р^с ДО) fitZ-fdfc, (3)

о 1 + у

где С = 2 S Vq - постоянный множитель,

Д(1) = (1 + 7: + 2к cos rat) - коэффициент, зависящий от угла поворота ф = со t

Исследование функции Д(1) на экстремум показывает, что амплитуды сил, действующих на лезвия режущих ножей, изменяются в диапазоне от (1 + А,2) до (1 — X2) В формуле (3) подынтегральное выражение представляет собой функционал

Fy=(\ + f у')/(1 + у'2), (4)

Анализируя полученное уравнение (4), определили область решения задачи, то есть интервал угла между Ох и касательной к ножу 10 - 72°

Для нахождения первообразной, обеспечивающей минимальное усилие на нож, использовали уравнение Эйлера, которое (Fy зависит только от у') приводится к виду

WW

Ai ализ выражения (5) показывает, что экстремалями являются прямые линии, которые, согласно условию Лежандра d2F/ду'2 >0, обеспечиваюг минимальное сопротивление резанию При этом из всех первообразных у = у(х) наименьшее сопротивление достигается при расположении лезвий ножей под углами \|/] и у2 по отношению к продольной оси фрезерного барабана

\¡jx - are tg

/

ц/2 = 360° - are tg

i±£±Z /

(6)

Значение угла \|/ зависит о г коэффициента трения почвы о лезвие ножа Зависимость \|/ = у близка к линейной и может быть аппроксимирована выражением

¥=24,7/ (7)

При обосновании кинематических и геометрических параметров фрезерного рабочего органа исходим из условия несмятия почвы затылочными фасками ножей (рисунок 2) Для этого необходимо, чтобы выполнялись соотношения

в > втт

экстр -

С*

Отр экстр ^

(8)

где 9 - задний угол (угол между затылочной фаской ножа и касательной к абсолютной траектории периферийной точки лезвия ножа), ^ 3 ф - длина затылочной фаски ножа, экстр — длина хорды траектории периферийной точки

лезвия ножа, проведенной под углом 0 к касательной (отрезок АВТ)

Задний угол достигает минимальных значений в"'"тр = л-{у + <рЫа„р) ПРИ

угле поворота фрезы ф, определяемом соотношением

/

<Р\

экстр

-л- arceos

к_

coR

-л - arceos

\

(9)

Используя это соотношение, в диссертации построены графики зависимости экстремальных значений ори 9 огразмеров фрезбарабана, от поступательной скорости агрегата У0 и частоты вращения фрезбарабана

В результате анализа расчетных данных установлено, что с повышением скорости агрегата У0 частоту вращения со фрезерного рабочего органа необходимо существенно увеличивать (рисунок 3) Зависимость со от У0 аппроксимируется выражением и = К У„ , рад/с, где К = 35,92 м

Рисунок 2 - Геометрические параметры ножа фрезерного барабана

Рисунок 3 - Зависимость угловой скорости фрезбарабана от поступательной скорости Уо агрегата

Для диаметра фрезерного барабана ДфР = 0,2 м (глубина основной обработки при этом составляет 0,27 м) установлено, чго при частоте его вращения 540 об/мин скорость агрегата не должна превышать 5,8 км/ч Этим значениям ю и У0 соответствует кинематический параметр Л = 3,5, при этом подача на 1 нож фрезы составляет Бп = 0,045 м

На основании расчетных данных получили зависимость предельного значения поступательной скорости агрегата от величины предельного значения заднего угла в'"р"д Зависимость У0 = ф (в'™"д) - линейная (рисунок 4), аппрок-

При выборе конструктивных и кинематических параметров фрезерного рабочего органа должно обеспечиваться условие дтт > 0°Т «4°

При анализе факторов, влияющих на энергоемкость подпокровного фрезерования, исходили из того, что общие затраты энергии складываются из затрат на разрушение почвенного монолита, на преодоление сил трения, на сообщение скорости почвенной массе и на перемещение агрегата

Используя зависимость (3) и полагая, что конструкция фрезбарабана состоит из ряда секций, длина каждой из которых равна £сск, число ножей в одной секции Z = т, с

учетом углового смещения ножей в одной секции ц>\ по окружности барабана, получили выражение для определения сопротивления, обусловленного разрушением почвенного монолита

и£с (:сек(\ + Я2+21сс4оЯ + (р1(т^ (10)

»=1 1 +

Введем новые обозначения

с 1 + / ^опт £сек = Аг 1 + Л2 = а1 сх=рп8Уг0

1 + Уопт

Если толщина снимаемого слоя 8 Ф- 0,01 м, то С{ = рп К02 8п. Формула (10) с учетом новых обозначений и учетом многосекционности фрезерного рабочего органа приводится к виду

Рф% = А а 2 п + 2пА /I сс«[<У/ + <рх(т-\)\ (11)

т=1

где п - число секций

Анализ зависимости (11) показывает, что сопротивление фрезерного рабочего органа содержит постоянную РфрР и переменную РфрР составляющие

симация У0 =-0,1298 0 + 2,5774

О п _

3|---

а о

О. п __

§ 0 5 10 15

и Задний угол резания, град

Рисунок 4 - График зависимости поступательной скорости У0 ПФ от предельного значения заднего

01 тт

пред

—сопр Гфр

а 2 п,

Рфрпр =2А п Л±соя[ш + срх(т-1)]

(12)

т=1

Рисунок 5 - Схема к определению момента сил тления

Влияние различных параметров на сопротивление внедрению режущих элементов проявляется по-разному Так, параметры рп, £сек, п, г, бп линейно влияют на сопротивление внедрению режущих ножей

Зависимость РфрР от скорости У0

квадратичная, но выражена в неявной форме Влияние коэффициента трения Г и угла установки лезвия ножа У опт проявляется в более сложной форме через множитель А

Используя зависимость (11), определим величину момента сил сопротивления

■Рсф°;р Я зт(у + в) (13)

кф

Анализ показывает, что максимального значения плечо силы сопротивления Ир = Я ят{у + в) достигает при (/ + &)= 90°, а минимального - при

0 = ©экстр Расчетами установлено, что Ьр и 0,96 II

Величина мощности, затрачиваемой на разрушение почвы, составляет

где Мдферф,Ш, ей,с '

Составляющую баланса мощности, обусловленную трением почвенной массы, определяли следующим образом При работе фрезерного рабочего органа барабанного типа без центрального приводного вала почва заполняет внутреннюю полость и приводится во вращательное движение В результате частицы почвы оказываются под воздействием сил инерции Так как принято допущение о постоянстве угловой скорости, то угловое ускорение равно нулю В результате и тангенциальные силы инерции также будут равны нулю Частицы почвы внутри барабана испытывают воздействие только центробежных сил инерции Согласно схеме на рисунке 5 почва, срезаемая ножами, попадает в зоны (роа, Гок), расположенные в лобовой части барабана Под действием центробежных сил инерции частицы почвы вылетают из полости барабана, оказывая давление на почвенную среду на участках вс, <3е В результате на этих участках по наружному диаметру возникают распределенные силы трения почвы

по почве В зонах расположения ножей (зоны аов, сос!) почва, вовлекаясь во вращательное движение, оказывает давление уже на плоскости режущих ножей

Учитывая, что объемы почвы, поступающей внутрь фрезбарабана и вылетающей из него, равны, получим зависимость для момента сил сопротивления

Мс= 2 (МсЛое + МсСО(1), (14)

<р\

где Мсйоо = \И с!Ртр , о

с1Ртр = йФц /„ - элементарная сила трения, действующая на элемент почвенной массы длиной ЛБ = Я Л(р, с1Фч = Ат а2 рц, Ат - элементарная масса, р ц - расстояние от оси фрезерователя до центра масс элемента почвы, находится из выражения р = Я - 0 5 , - величина подачи на нож фрезы Масса Дт определится по формуле

А» = Рп ¿за* (2 Л<р, (15)

где (зах-п 1секц - ширина захвата фрезбарабана, Лер — элементарный угол в радианах

После соответствующих преобразований выражение (14) приводится к

виду

Мс = 8п(2Я-Бя)г а? рп £зах К (/„ ^+1,6 / ^2),Нм (16) Мощность, необходимая для преодоления вредного действия центробежных сил инерции, будет определяться по формуле

ИфР = Мс а, Вт (17)

При определении составляющей И^ исходили из того, что разработанный фрезерователем почвенный монолит получает запас кинетической энергии, обусловленной сообщением ему скорости Используя теорему об изменении кинетической энергии, получили

А = тГ2/2, (18)

где V = Уабс, А - работа движущих сил, приложенных к фрезбарабану

Массу ш, подвергаемую воздействию фрезбарабана за время 1, найдем из выражения

т = У0 I ОфР £зах р„ (19)

Используя формулу (18) с учетом зависимости (19), получим

Мфр ~Л/1 = Офр ¿зах рп У2абс Г0,Вт (20)

Анализ составляющих баланса мощности фрезерного рабочего органа в зависимости от кинематических и геометрических параметров позволил установить следующее С увеличением кинематического параметра Л составляющая Иф'р существенно возрастает, причем с увеличением скорости У0 влияние параметра А проявляется в более резкой форме С увеличением ДфР динамическая составляющая также заметно возрастает

Составляющая М^1', обусловленная разрушением почвенного монолита, зависит от соотношения постоянной рс™р и переменной составляющих сил сопротивления внедрению режущих элементов Установлено, что влияние переменной составляющей Рф"р на величину Иф^ практически не существенно и может не учитываться

С увеличением скорости агрегата затраты мощности на разрушение почвенного пласта существенно возрастают при сохранении значения кинематического параметра Л постоянным Интенсивность изменения составляющей ЫфФзависит от диаметра фрезбарабана Предпочтительно (если это допускается технологическими соображениями) выбирать фрезерный барабан большего диаметра

На рисунке б приведен график баланса мощности фрезерного барабана в

зависимости от поступательной

скорости при А, =3,5, Офр= 0,2 м, I ,ах = 1 м За единицу принята общая мощность Агфр при У0=2 1 м/с

Анализ полученных результатов показывает, что распределение составляющих имеет следующий характер

-затраты мощности на разрушение почвенной массы - 55 %, -динамическая составляющая- 16 %, -затраты мощности на внутреннее трение разрушенной почвенной среды и трение почвы о поверхность режущих ножей - 29 %

Установлено, что указанные отношения составляющих баланса мощности к общим затратам на подпокровное фрезерование сохраняются постоянными при различных скоростях агрегата

Как следует из полученных данных, наибольший удельный вес (55 %) приходится на составляющую, вызванную разрушением почвенной среды

Таким образом, выполненные исследования показывают, что одним из важных способов, обеспечивающих уменьшение энергозатрат на подпокровное фрезерование, является предварительное рыхление почвенной массы пассивными рабочими органами, то есть использование комбинированных подпокровных фрезерователей

В третьей главе изложена программа и методика экспериментальных исследований, описаны объекты исследований и условия проведения опытов, представлены методики выбора основных факторов, влияющих на энергоемкость процесса фрезерования почвы, оценки устойчивости движения фрезеро-

13 16 1,9 Скорость машины, м/с

Рисунок 6 - График баланса мощности для привода фрезерного барабана

вателя по глубине обработки, оценки качественных показателей процесса фрезерования, сравнительной комплексной оценки эффективности научно-технической разработки

При анализе факторов, влияющих на энергоемкость процесса подпокровного фрезерования почвы, использовали метод априорного ранжирования факторов Статистическую значимость согласованности мнений специалистов оценивали по критерию Пирсона

Оценку устойчивости движения фрезерного рабочего органа по глубине обработки проводили, фиксируя параметры колебания (амплитуду, частоту) глубины фрезерования По результатам измерений для каждого опыта определяли математическое ожидание X, дисперсию Дь, стандарт 0|, и коэффициент вариации 9Ь Статистические данные использовали для построения экспериментальных кривых плотности распределения вероятности случайных величин (глубины фрезерования) Соответствие экспериментального распределения Дх) теоретическому проверяли с помощью критерия согласия Пирсона - х.2

Доверительный интервал, в который попадает значение глубины фрезерования с определенной (заранее заданной) вероятностью Р, определяли, используя приведенную функцию Лапласа.

Для оценки частотной структуры процесса подпокровного фрезерования почвы использовали элементы теории случайных процессов, в частности, нормированные автокорреляционные функции рь(£) и нормированные спектральные плотности Сь(ш), расчеты и построение которых выполняли в системе МаЛсас1

Для оценки достоверности экспериментальных данных, касающихся характера распределения по глубине обработки иылеватых частиц, использовали Б - распределение Фишера По Б - критерию оценивали однородность дисперсий, то есть принадлежность двух и более независимых выборок одной генеральной совокупности

Согласно работам профессора В К Шаршака и профессора Н М Беспа-мятновой, оценку эффективности процесса подпокровного фрезерования в сравнении с основной отвальной и плоскорезной обработками проводили с использованием единого обобщенного параметра оптимизации Д, называемого функцией желательности

где (1, — частные желательности, соответствующие принятым (для сравнения способов обработки почвы) параметрам оптимизации (откликам У,)

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ В частности, приведено обоснование конструктивной схемы комбинированного подпокровного фрезерователя для основной обработки малопродуктивных почв В качестве пассивных рабочих органов, расположенных впереди фрезерователя по ходу движения, приняты рабочие органы плоскорезов

(21)

В конструкции комбинированного фрезерователя предусмотрены рыхли-тельные рабочие органы (боковые и средняя опорные стойки), которые выполняются в виде плоских вертикальных ножей с вогнутой криволинейной формой передней режущей кромки Такая форма опорных стоек в сочетании со схемой фрезерования «снизу вверх» обеспечивает устойчивое движение агрегата по глубине обработки

Анализ факторов, влияющих на энергоемкость подпокровного фрезерователя, выполненный с учетом мнений специалистов (в области почвообработки) методом ранговой корреляции показал, что наиболее существенное влияние на энергоемкость оказывает тип фрезерного рабочего органа, частота его вращения и наличие или отсутствие перед фрезбарабаном рабочих органов пассивного типа (соответственно, факторы х2, х6, X])

По данным лабораторно-полевых исследований, проведенных на опытном полигоне РГНУ РОСНИИПМ, установлено, что распределение почвенных частиц (имитирующих зерен) имеет значительную косость и его нельзя аппроксимировать нормальным законом с двумя параметрами

Аппроксимирование результатов опытов обобщенным нормальным распределением Шарлье типа А с четырьмя параметрами (рисунок 7) и проверка соответствия результатов данному распределению по критерию X показала, что расчетное значение критерия меньше табличного при уровне значимости 0,05 Нулевая гипотеза не отвергается

С увеличением рабочей скорости фрезерователя наблюдается тенденция к более равномерному распределению частиц по глубине подпокровного слоя, особенно в среднем горизонте (0,1 - 0,2 м) Мера косости увеличилась со значения - 0,89 до - 0,47

Процесс сепарации пылеватых частиц по глубине обработки изучали по характеру распределения имитирующих частиц (зерен), которые равномерно распределяли на поверхности поля Общее количество зерен составляло 200 шт Опыты проводили при скоростях 1,2 и 1,6 м/с Установлено, что во всех случаях определенное количество частиц после прохода агрегата остается на поверхности поля, остальные распределяются по глубине обработки (0 - 0,25 м)

Данные по распределению пылеватых частиц приведены на рисунке 8 Наибольшее количество имитирующих частиц (до 75 %) распределяется в верхнем покровном слое (0-0,1 м), при этом до 15 % частиц остается на поверхности поля Аппроксимация распределения выполнена законом Вейбулла

С увеличением скорости движения агрегата количество частиц на поверхности поля уменьшается При V = 1,2 м/с на поверхности оставалось 15 % частиц, то при скорости 1,6 м/с их количество уменьшилось до 10 %

Одним из важных агротехнических показателей технологического процесса подпокровного фрезерования является допуск на колебание глубины хода фрезерователя, определяемый устойчивостью движения его рабочих органов

В диссертации приведены данные о характере изменения глубины фрезерования на контрольном участке Установочная глубина фрезерователя составляла Ьуст = 0,27 м Замеры глубины проводили на контрольном участке длиной 50 м через 1 погонный метр Скорость агрегатирования V = 1,2 м/с

0.2 0.25 0.5 Глубина, м

Рисунок 7 - Вариационные кривые распределения почвенных частиц подпокровным фрезерователем с глубины обработки 0,27 м при V = 1,2 м/с

А j Эмпирическая

1

/ / \\ / Теоретическая — —

. __—

0 15 0.2 0 25

Глубина, м

Рисунок 8 - Вариационные кривые распределения пылеватых частиц по глубине обработки после фрезерования при У=1,2 м/с

Экспериментально установлено, что с возрастанием скорости агрегата устойчивость глубины обработки ухудшается, увеличивается разброс значений глубины фрезерования относительно среднего значения (0,235 м), которое смещается в меньшую сторону. При этом характеристики статистического ряда

имеют следующие значения^ =0,235 м; <J2h = 2,3 см2; о^ = 1,51 см; uh = 6,5 %.

Работа подпокровного фрезерователя без предварительного рыхления почвенного монолита пассивными рабочими органами осуществляется менее устойчиво по глубине хода. Наблюдается значительный разброс глубины фрезерования в более широком диапазоне 0,2 - 0,29 м. Коэффициент вариации достигает значения 9,8 % против 5,1 % в варианте с предварительным рыхлением. Наибольшие высоты неровностей дна борозды составляют 0,141 ми 0,085 м.

На рисунке 9 представлены графики нормированных корреляционных функций процесса изменения глубины подпокровного фрезерования для агрегата без предварительного рыхления монолита (вариант чистого фрезерования) и с предварительным рыхлением (вариант комбинированного фрезерования).

Наиболее быстро затухает нормированная корреляционная функция р (¿) при работе агрегата без предварительного рыхления - кривая 1. В этом случае длина спада 10 кривой р = р (£) составляет 6 м, то есть связь между ординатами профиля дна борозды теряется на длине 10 = 6 м (т0 - --— = 5 с).

о

На рисунке 10 приведены нормированные спектральные плотности процессов подпокровного фрезерования. В процессе изменения профиля дна борозды при комбинированном фрезеровании (кривая 1) преобладают нулевые частоты, то есть максимального значения ординаты S(co) достигают при соо = 0. Об этом свидетельствует и отсутствие чётко выраженной периодической составляющей в корреляционной функции р (£) (кривая 2, рисунок 9).

P(l! 1

05

06

04 02 0.

N

\ ч

\

V7 Ч \

ч

J_I_I_L

s(ra),c Q8t

V=1 2 м/с

Q2'

LI_I_I

\

к- ч

\ ч Ч Ч

гч. ч ч

Jot О>02 ( 4

1 - с предварительным рыхлением,

2 - без предварительного рыхления Рисунок 10 - Нормированные плотности глубины фрезерования

1 - без предварительного рыхления монолита, 2-е предварительным рыхлением Рисунок 9 - Нормированные корреляционные функции глубины фрезерования

С предварительным рыхлением кривая р(£) затухает на длине 12 м (кривая 2),то есть в 2 раза медленнее чем в варианте без предварительного рыхления (кривая 1) Интервал корреляции в этом случае равен ¿о=12м(то=10с) При чистом фрезеровании почвенного монолита процесс протекает более беспорядочно (менее устойчиво)

Процесс изменения глубины фрезерования является низкочастотным Ширина спектра равна Дшс = 2,64 с'1 и Люс = 4,8 с"1 соответственно

В случае фрезерования почвы без предварительного рыхления, процесс более пульсирующий, спектр частот растягивается Максимум нормированной спектральной плотности составляет 0,52 при частоте со0 = 0,8 с"1 Процесс фрезерования становится более высокочастотным Основной уровень дисперсии приходится на более высокий диапазон частот (0-4 с"1) Колебание фрезерователя по глубине обработки в этом случае обеспечивает появление более глубоких неровностей дна (ДЬ -6 ffh составляет 0,141 м) при наименьшей длине их волны 1,57 м

С увеличением скорости агрегата КПФ с 1,2 м/с до 1,6 м/с (5,8 км/ч) корреляционная функция затухает быстрее на длине ~ 6м(т = 3,7 с) Так как с увеличением скорости агрегата кривая р(^) располагается круче к оси I, то это указывает на то, что с увеличением скорости процесс протекает более беспорядочно (менее устойчив) В этом случае интервал корреляции уменьшается, в результате спектр дисперсии становится несколько шире, соответственно изменяются с увеличением скорости и статистические характеристики процесса в сторону увеличения (глубина неровностей дна достигает h = 0,091 м, дисперсия Дх = 0,00023 м2, коэффициент вариации и = 6,5 %)

Более беспорядочное протекание процесса изменения глубины фрезерования с увеличением поступательной скорости имеет и положительный эффект, так как способствует интенсификации процесса заделки пылеватых частиц с поверхности поля

поверхности поля

В пятой главе приведены результаты сравнительных лабораторно-полевых испытаний макетного образца с аналогами (плуг ПН-4-35, плоскорез -КПГ-250) Установлено, что суммарные энергозатраты (с учетом затрат на перемещение агрегата) в варианте без предварительного объемного рыхления почвы превышают на (8-10) % суммарные энергозатраты в варианте с предварительным рыхлением, несмотря на более значительную величину тягового сопротивления агрегата в последнем случае

Оценку эффективности подпокровной обработки в сравнении с плужной и плоскорезной осуществляли с учетом эксплуатационной производительности, удельной металлоемкости и энергоемкости, величины трудовых затрат, удельного расхода топлива, агротехнических показателей Расчетами установлено, что при подпокровной обработке обеспечивается, в сравнении с плужной, увеличение эксплуатационной производительности на 16,8 %, уменьшение удельной металлоёмкости на 17,2 %, удельной энергоемкости на 14,4 %, снижение затрат труда на 14,4 %

В сравнении с плоскорезной обработкой подпокровное фрезерование по основным показателям не обеспечивает преимуществ по приведенным показателям Однако за счет улучшения водно-физических свойств почвы урожайность озимой пшеницы при подпокровной обработке повышается на 36,1 % в сравнении с отвальной и на 20 % — с плоскорезной

Комплексная оценка различных способов обработки с использованием обобщенного параметра Д (функции желательности), выполненная с учетом прибавки урожая, показывает, что применение подпокровного фрезерования для обработки малопродуктивных почв целесообразно и предпочтительно

Общие выводы:

1 Перспективным направлением в развитии средств механизации для основной обработки малопродуктивных эродированных почв является создание специальных комбинированных машин с активными рабочими органами фрезерного типа, работающими в условиях полного заглубления Существующие подпокровные фрезерователи недостаточно совершенны, поэтому требуется их доработка Комбинированные фрезерователи (КПФ), сочетающие предварительное рыхление пахотного слоя по всей его глубине пассивными рабочими органами с последующим дополнительным фрезерованием нижних горизонтов активными органами, наиболее приемлемы

2 Установлено, что для подпокровных фрезерователей целесообразно использовать фрезерные рабочие органы барабанного типа, основанные на отсутствии центрального приводного вала и включающие плоские вертикальные многозубовые диски, жестко соединенные с горизонтальными режущими ножами Оптимальное число ножей в одной секции равно 4, наименьшие затраты энергии достигаются при выполнении лезвий горизонтальных ножей прямолинейными, установленными под углом к оси барабана

3 Минимальная энергоемкость процесса фрезерования и устойчивый характер движения агрегата по глубине обработки обеспечиваются при условии

отсутствия смятия почвогрунта затылочными фасками ножей Для подпокровной обработки эродированных почв при скорости агрегата > 1,5 м/с и частоте вращения 54,4 с"1 принимать диаметр ДфР меньше 0,2 м недопустимо, значение кинематического параметра при этом должно составлять 3,5, подача на 1 нож фрезы - 0,045 м Без предварительного рыхления почвы пассивным органом подачу необходимо снизить практически в 2 раза

4 Аналитически определены составляющие баланса мощности на фрезерование, учитывающие параметры рабочего органа и физико-механические свойства почвенной среды В общем балансе мощности затраты энергии на разрушение почвенной массы составляют 55 %, на внутреннее трение и трение ее о поверхность ножей - 29 % и на сообщение ей скорости -16 %

5 Методом ранговой корреляции показано, что на энергоемкость процесса фрезерования наиболее существенно влияют наличие или отсутствие перед фрезерователем пассивных рабочих органов, тип фрезерного рабочего органа, частота его вращения

6 Экспериментально установлено, что при подпокровном фрезеровании распределение почвенных частиц (по высоте) с глубины обработки аппроксимируется обобщенным законом нормального распределения с четырьмя параметрами Распределение пылеватых частиц с поверхности поля в глубину аппроксимируется законом Вейбулла С увеличением скорости агрегата наблюдается тенденция к более равномерному распределению частиц по глубине и к более интенсивному погружению пылеватых частиц с поверхности поля.

7 Распределение глубины обработки как случайной величины при подпокровном фрезеровании подчиняется нормальному закону распределения Процесс изменения глубины является низкочастотным, узкополосным (ширина спектра частот составляет 2,2 с *') Доверительный интервал, в который попадает значение глубины фрезерования Ь, с вероятностью 0,92, составляет Ь, = Ьусг ± 0,025 м При фрезеровании почвы без предварительного рыхления процесс является более пульсирующим, спектр частот растягивается, основной уровень дисперсии приходится на более высокий диапазон частот Колебания рабочего органа по глубине, в этом случае, обеспечивают появление более глубоких неровностей дна (до 0,141 м) при минимальной длине их волны 1,57 м

8 Технико-экономическими расчетами установлено, что внедрение экспериментального агрегата КПФ для основной обработки эродированных почв позволяет в сравнении с аналогом (плуг ПН-4-35) увеличить эксплуатационную производительность на 16,8 %, снизить затраты труда на 14,3 %, удельную металлоемкость - на 17,2 %, удельную энергоемкость - на 14,4 % Урожайность озимой пшеницы за счет улучшения водно-физических свойств почвы увеличивается на 36,1 % в сравнении с отвальной вспашкой и на 20 % - с плоскорезной обработкой

Комплексная оценка сравниваемых вариантов обработки почвы по обобщенному параметру оптимизации показывает, что для основной обработки малопродуктивных эродированных почв применение экспериментального агрегата КПФ целесообразно и предпочтительно

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях по перечню ВАК:

1 Брусенцов, А Н Особенности технологического процесса подпокровного фрезерования почвы / В К Шаршак, А Н Брусенцов // Изв вузов Сев -Кав регион Технические науки -2005 -Вып 3 -С 106-107

2 Брусенцов, AHO влиянии динамической составляющей на энергоемкость подпокровного фрезерователя /АН Брусенцов // Научная мысль Кавказа -2005 -Вып 11 -С 100-103

В сборниках трудов:

3 Брусенцов, А Н Оптимизация формы продольного профиля горизонтального режущего ножа подпокровного фрезерователя / В К Шаршак, А Н Брусенцов // Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса Междунар науч -практ конф /ДонГАУ - пос Персианов-ский, 2005 - Вып 2 - С 3-4

4 Брусенцов, А Н Выбор кинематических параметров фрезерного рабочего органа подпокровного фрезерователя /АН Брусенцов // Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса Междунар науч -практ конф / ДонГАУ - пос Персиановский, 2005 - Вып 2 - С 6-7

5 Брусенцов, А Н К вопросу определения составляющей энергоемкости подпокровного фрезерователя, обусловленной внутренним трением почвенной среды /АН Брусенцов // Материалы Междунар науч -практ конф Современные тенденции развития агропромышленного комплекса Т II/ ДонГАУ — пос Персиановский, 2006 - С 198-200

6 Брусенцов, А Н Анализ факторов, влияющих на энергоемкость подпокровного фрезерования / В К Шаршак, А Н Брусенцов // Материалы Междунар науч -практ конф Современные тенденции развития агропромышленного комплекса Т II/ДонГАУ - пос Персиановский,2006 -С 200-205.

7 Брусенцов, А Н Анализ факторов, влияющих на энергоемкость процесса подпокровного фрезерования методом ранговой корреляции /АН Брусенцов // Инновационный путь развития АПК - Магистральное направление научных исследований для сельского хозяйства Материалы междунар науч -практ конф Т. II/ДонГАУ - пос Персиановский, 2007 -С 160-164

8 Брусенцов, АН Оценка качества обработки почвы подпокровным фрезерователем / В К Шаршак, А Н Брусенцов // Инновационный путь развития АПК - магистральное направление науч исследований для сельского хозяйства Междунар науч -практ конф Т III / ДонГАУ - пос Персиановский, 2007 - С 141 -144

JIP 65-13 от 15 02 99 Подписано в печать 15 07 2008 Формат 60x84/16 Уч-изд л 1,1 Тираж 100 экз Заказ №343

РИО ФГОУ ВПО АЧГАА

347740, г Зерноград Ростовской области, ул Советская, 15

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПОДПОКРОВНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Особенности технологии мелиоративной подпокровной обработки малопродуктивных почв.

1.2 Типы подпокровных фрезерователей (ПФ).

1.3 Особенности конструкций и параметров рабочих органов фрезерного типа.

1.4 Анализ параметров, влияющих на технологические показатели комбинированных подпокровных фрезерователей (КПФ).

1.5 Выводы и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

ПОДПОКРОВНОГО ФРЕЗЕРОВАТЕЛЯ.

2.1 Исходные предпосылки и допущения.

2.2 Выбор формы продольного профиля горизонтального режущего ножа фрезбарабана.

2.3 Выбор кинематических параметров фрезерного рабочего органа.

2.4 Факторы, влияющие на энергоёмкость подпокровного фрезерования.

2.5 Выводы.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Объекты исследований и условия проведения опытов.

3.3 Методика выбора основных факторов, влияющих на энергоёмкость процесса фрезерования почвы.

3.4 Методика оценки устойчивости движения ПФ по глубине обработки.

3.5 Методика оценки качественных показателей процесса подпокровного фрезерования почвы.

3.6 Методика сравнительной комплексной оценки эффективности научно-технических разработок.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ИХ АНАЛИЗ.

4.1 Обоснование конструкции комбинированного подпокровного фрезерователя (КПФ) для основной обработки малопродуктивных почв.

4.2 Анализ факторов, влияющих на энергоёмкость процесса подпокровного фрезерования методом ранговой корреляции

4.3 Оценка качества обработки почвы подпокровным фрезерователем.

4.4 Анализ устойчивости движения КПФ.

4.5 Влияние конструктивных и кинематических параметров фрезбарабана на энергетические показатели работы ПФ.

4.6 Выводы.•.

5 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ЭРОДИРОВАННЫХ ПОЧВ КОМБИНИРОВАННЫМ ПОДПОКРОВНЫМ ФРЕЗЕРОВ АТЕЛЕМ.

Важнейшими задачами сельскохозяйственного производства являются рациональное использование земельных и водных ресурсов, повышение плодородия малопродуктивных почв (солонцовых, эродированных, тяжёлых по механическому составу и др.) и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур. При этом одной из главных операций в технологии возделывания сельскохозяйственных культур является обработка почвы, расход энергии на которую составляет до 40 %.

Постоянное отчуждение из землепользования части пахотных земель (под строительство населённых пунктов, водохранилищ, дорог и т.д.) требует ускоренного решения проблемы коренного улучшения низкопродуктивных почв. Использование этих почв даже в условиях орошения значительно затрудняется в связи с их неблагоприятными физико-механическими свойствами, низкой водопроницаемостью. Продуктивность природных кормовых угодий на солонцах крайне низка, а при их мелиорации урожайность сеяных трав повышается в 10-15 раз [66]. В условиях Северного Кавказа урожайность зерновых культур в среднем повышается на 3-4 ц на мелиорируемых солонцовых землях.

Наиболее распространённым и эффективным методом мелиорации солонцов является агробиологический, основанный на применении глубоких мелиоративных обработок, выполняемых специальными орудиями. Задача этих обработок состоит в том, чтобы максимально сохранить высокое естественное плодородие верхнего гумусового слоя, а свойства нижележащих (солонцового и карбонатного) подвергнуть коренным изменениям.

Применяемые для этих целей орудия с пассивными рабочими органами (ярусные и плантажные плуги, глубокорыхлители плоскорезного типа, стойки «СибИМЭ» и др.) не обеспечивают качественного крошения и перемешивания нижележащих генетических горизонтов (солонцового и карбонатного), выносят часть солонцового слоя на поверхность поля, что снижает плодородие почвы. В наибольшей степени удовлетворяют агротребова-ниям к обработке солонцовых, дифлируемых и эродированных почв комбинированные подпокровные фрезерователи (КПФ).

Особенность КПФ состоит в том, что основной рабочий орган этих орудий фрезерного типа и работает под покровом, т.е. в условиях полного заглубления. В результате сохраняется верхний гумусовый слой при обработке солонцов, стерня и дернина на поверхности поля, что существенно уменьшает эрозию и дифляцию почв [57, 58,32-34].

За последние 35 лет накоплен определённый опыт по вопросам конструирования подпокровных фрезерователей (ПФ); использования и обеспечения надежности их рабочих органов; оценки целесообразности их применения при выполнении основных технологических операций в почвообра-ботке. Однако учитывая, что подпокровное фрезерование по существу является новым научным направлением в мелиоративной обработке малопродуктивных почв, многие вопросы теоретического и экспериментального характера изучены ещё недостаточно.

Основное внимание уделялось поискам новых конструктивных решений по выбору различных типов фрезерных рабочих органов, построению конструктивных и технологических схем КПФ.

До настоящего времени отсутствуют глубокие исследования КПФ, касающиеся статистической динамики процесса подпокровного фрезерования, оптимизации геометрических и кинематических параметров фрезерных рабочих органов комбинированного типа (с Т-образными, отвальными и др. вспомогательными элементами). Недостаточно изучены вопросы силового взаимодействия фрезерных рабочих органов с почвогрунтом в условиях их полного заглубления и применительно к различным почвенным условиям. Отсутствуют в литературе и рекомендации по рациональной компоновке активных и пассивных рабочих органов в конструкциях КПФ, недостаточно изучены вопросы взаимосвязи кинематических и конструктивных параметров фрезбарабанов с показателями качества обработки почв. И, наконец, не изучены вопросы динамики изменения крутящих моментов на валу фрезе-рователей с учётом условий их работы.

Целью исследования является повышение эффективности процесса подпокровного фрезерования малопродуктивных почв комбинированным орудием за счёт совершенствования формы и параметров фрезерных барабанов, выбора оптимального кинематического режима их, обоснования рациональной компоновки активных и пассивных рабочих органов.

Объектом исследования является технологический процесс мелиоративной подпокровной обработки почвы и активные рабочие органы КПФ.

Предметом исследования являются закономерности процесса подпокровного фрезерования комбинированным пассивно-фрезерным орудием. На защиту выносятся следующие результаты исследований:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса подпокровного фрезерования;

- аналитические предпосылки к обоснованию факторов, влияющих на устойчивость движения КПФ по глубине обработки;

- методика и алгоритмы определения конструктивных и кинематических параметров фрезерного рабочего органа КПФ;

- методика комплексной сравнительной оценки фрезерных рабочих органов КПФ;

- рекомендации по выбору конструкции фрезерных рабочих органов применительно к различным условиям обработки почв.

Диссертационная работа выполнена в Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии, Донском государственном аграрном университете и в Новочеркасской государственной мелиоративной академии, в соответствии с планом НИР академии (Тема 0.1.04.01 «Научно обосновать и усовершенствовать машинные технологии и технические средства для мелиорации солонцовых почв по агробиологическому методу»).

ОБЩИЕ ВВОДЫ

В представленной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований выявлены принципы функционирования комбинированных подпокровных фрезерователей для основной обработки малопродуктивных эродированных почв. Рассмотрены вопросы по изысканию путей снижения удельных затрат энергии на обработку тяжёлых по физико-механическому составу почв.

Решены некоторые теоретические вопросы взаимодействия активных рабочих органов КПФ с почвой. Установлен характер изменения кинематических, энергетических и качественных показателей работы фрезерователя в зависимости от его конструктивных параметров и режима работы.

Выполнена сравнительная оценка различных вариантов основной обработки почвы с использованием единого обобщённого безразмерного параметра оптимизации.

На основании результатов выполненных исследований сделаны следующие выводы и рекомендации:

1. Перспективным направлением в развитии средств механизации для основной обработки малопродуктивных эродированных почв является создание специальных комбинированных машин с активными рабочими органами фрезерного типа, работающими в условиях полного заглубления. Существующие подпокровные фрезерователи недостаточно совершенны, поэтому требуется их доработка. Комбинированные фрезерователи (КПФ), сочетающие предварительное рыхление пахотного слоя по всей его глубине пассивными рабочими органами с последующим дополнительным фрезерованием нижних горизонтов активными органами, наиболее приемлемы.

2. Установлено, что для подпокровных фрезерователей целесообразно использовать фрезерные рабочие органы барабанного типа, основанные на отсутствии центрального приводного вала и включающие плоские вертикальные многозубовые диски, жёстко соединённые с горизонтальными режущими ножами. Оптимальное число ножей в одной секции равно 4, наименьшие затраты энергии достигаются при выполнении лезвий горизонтальных ножей прямолинейными, установленными под углом к оси барабана.

3. Минимальная энергоёмкость процесса фрезерования и устойчивый характер движения агрегата по глубине обработки обеспечиваются при условии отсутствия смятия почвогрунта затылочными фасками ножей. Для подпокровной обработки эродированных почв при скорости агрегата > 1,5 м/с и частоте вращения 54,4 с"1 принимать диаметр ДфР меньше 0,2 м недо пустимо, значение кинематического параметра при этом должно составлять 3,5, подача на 1 нож фрезы - 0,045 м. Без предварительного рыхления почвы пассивным органом подачу необходимо снизить практически в 2 раза.

4. Аналитически определены составляющие баланса мощности на фрезерование, учитывающие параметры рабочего органа и физико-механические свойства почвенной среды. В общем балансе мощности затраты энергии на разрушение почвенной массы составляют 55 %, на внутреннее трение и трение её о поверхность ножей — 29 % и на сообщение ей скорости — 16 %.

5. Методом ранговой корреляции показано, что на энергоёмкость процесса фрезерования наиболее существенно влияют наличие или отсутствие перед фрезерователем пассивных рабочих органов, тип фрезерного рабочего органа, частота его вращения.

6. Экспериментально установлено, что при подпокровном фрезеровании распределение почвенных частиц (по высоте) с глубины обработки аппроксимируется обобщённым законом нормального распределения с четырьмя параметрами. Распределение пылеватых частиц с поверхности поля в глубину аппроксимируется законом Вейбулла. С увеличением скорости агрегата наблюдается тенденция к более равномерному распределению частиц по глубине и к более интенсивному погружению пылеватых частиц с поверхности поля.

7. Распределение глубины обработки как случайной величины при подпокровном фрезеровании подчиняется нормальному закону распределения. Процесс изменения глубины является низкочастотным, узкополосным (ширина спектра частот составляет 2,2 с "'). Доверительный интервал, в который попадает значение глубины фрезерования h; с вероятностью 0,92, составляет hj = hycT ± 0,025 м. При фрезеровании почвы без предварительного рыхления процесс является более пульсирующим, спектр частот растягивается, основной уровень дисперсии приходится на более высокий диапазон частот. Колебание рабочего органа по глубине в этом случае, обеспечивают появление более глубоких неровностей дна (до 0,141 м) при минимальной длине их волны 1,57 м.

8. Технико-экономическими расчётами установлено, что внедрение экспериментального агрегата КПФ для основной обработки эродированных почв позволяет в сравнении с аналогом (плуг ПН-4-35) увеличить эксплуатационную производительность на 16,8 %, снизить затраты труда на 14,3 %, удельную металлоёмкость - на 17,2 %, удельную энергоёмкость - на 14,4 %. Урожайность озимой пшеницы увеличивается за счет улучшения зводно-физических свойств почвы на 36,1 % в сравнении с отвальной вспашкой и на 20 % - с плоскорезной обработкой.

Комплексная оценка сравниваемых вариантов обработки почвы по обобщённому параметру оптимизации показывает, что для основной обработки малопродуктивных эродированных почв применение экспериментального агрегата КПФ целесообразно и предпочтительно.

1. Башняк С.Е. Классификация подпокровных фрезерователей для солонцовых почв./ С.Е. Башняк, В.В. Сконодобов, П.П. Черемисин // Химическое состояние солонцов и их мелиорация: Сб. ст. / НИМИ. - Новочеркасск, 1986.-С. 122-128.

2. Беллер В.Х. Исследование и обоснование параметров плоскорезно-роторного рыхлителя солонцов: автореф. дис. . канд. техн. наук. — Челябинск, 1982.-17 с.

3. Беспамятнова Н.М. Научно-методические основы адаптации почвообрабатывающих и посевных машин. Ростов-на-Дону, 2002. - 176 с.

4. Богданов В.И., Благовестный Л.С., Шаршак В.К. Комбинированная плуж-но-фрезерная обработка солонцов модернизированным трёхъярусным плугом ПТН-40: Информ. листок Северо-Кавказского ЦНТИ. — Ростов н/Д, 1976, № 138.-5 с.

5. Богданов В.И. Исследования фрезерного рабочего органа комбинированного орудия для мелиоративной обработки солонцовых почв: автореф. дис. . канд. техн. наук. Волгоград, 1980. - 23 с.

6. Боготопов В.И. Интенсификация процесса мелиорации и освоения солонцовых почв на основе синтеза рациональных технологических комплексов машин для энергонасыщенных тракторов: автореф. дис. . канд. техн. наук. Волгоград, 1985. - 27 с.

7. Брусенцов А.Н. О влиянии динамической составляющей на энергоёмкость подпокровного фрезерователя / А.Н. Брусенцов // Научная мысль Кавказа. Вып. 11, 2005.-С. 100-103.

8. Василенко В.Н. Концепция программы повышения плодородия почв Ростовской области на 2002-2005 г.г. 4.1-3 / В.Н. Василенко, В.Е. Зинченко, В.П. Калиниченко // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Естественные науки 2003. № 1-3.

9. З.Василенко П.М. Элементы теории устойчивости движения прицепных сельскохозяйственных машин и орудий // Сб. тр. по земледельческой ме-ханике./ЦНИИМЭСХ Мин.: Сельхозиздат, 1954.-С. 73-93.

10. Веденянин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. — М.: Колос, 1973. 199 с.

11. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и её инженерные приложения/ Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров. М.: Академия, 2003. - 480 с.

12. Вентцель Е.С. Теория случайных процессов и её инженерные приложения / Е.С. Вентцель, JI.A. Овчаров. М. : Академия, 2003. - с.

13. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд. 4-е, стереотип. — М.: Наука, 1969.-572 с.

14. Волков И.К. Случайные процессы. / И.К. Волков и др. М.: МГТУ, 1999. - 447 с.

15. Воробьев В.И. Экспериментально-теоретическое обоснование параметров фрезерных рабочих органов для обработки переувлажнённых почв в рисовых чеках: автореф. дис. . канд. техн. наук. Краснодар, 1984.-21 с.

16. Галлямов P.M. Оценка качества обработки почвы // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. № 4. - С. 36-39.

17. Гельфандр И.М. Вариационные исчисления. / И.М. Гельфандр, С.М. Фомин. М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 1961. — 228 с.

18. Грызлов Е.В. Почвозащитная система земледелия. — Ростов н/Д, 1975. -135 с.

19. Гуреев И.И. Изыскание и исследование рабочих органов болотных фрез: автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1977. - 22 с.

20. Гячев JI.B. Теория лемешно-отвальной поверхности: Труды /АЧИМСХ. -Зерноград, 1961.-Вып. 13.-317 с.

21. Гячев Л.В., Шаршак В.К. А.С. 506339. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы. // Бюл. изобретений. 1976. - № 10.

22. Далин А.Д. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные машины. / А.Д. Далин, П.В. Павлов. Л.: Машгиз, 1950. - 258 с.

23. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами стат. обработки результатов исследований). -М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

24. ЗО.Игнатьев А.Д. Методика статистической обработки экспериментальных данных. / А.Д. Игнатьев и др. М., 1970. - 55 с.31 .Ирригационная эрозия почв и борьба с ней в Ростовской области: Рекомендации. / ЮжНИИГиМ, ДЗНИИСХ. Новочеркасск, 1976. - 32 с.

25. Калиниченко В.П. Роторное орудие с активной фрезерной стойкой для мелиоративной обработки солонцовой почвы. / В.П. Калиниченко, В.К. Шаршак, Е.П. Ладан и др. // Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Естественные науки. 2006. № 2.

26. Калиниченко В.П. Долговременное управление агроландшафтом каштановых солонцовых комплексных почв / В.П. Калиниченко, В.К. Шаршак, Е.П. Ладан и др. // Вестник РАСХН. 2007. - № 4. - С. 35-37

27. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. -М.: Машиностроение, 1983. 142 с.

28. Кардашевский С.В. Испытания сельскохозяйственной техники. / С.В. Кардашевский и др. — М.: Машиностроение, 1979. 228 с.

29. Капов С.Н. Основные принципы построения модели разрушения почвенной среды / С.Н. Капов, С.Г. Мударисов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2005 - № 6. - С.40-42.

30. Кириллов В.В. Механико-технологические основы обработки солонцовых почв роторными машинами в светло-каштановой подзоне Нижнего Поволжья: автореф. дис.д-ра техн. наук. Тбилиси, 1979. — 39 с.

31. Кирюшин В.И. Солонцы и их мелиорация. На примере солонцовых комплексов Северного Казахстана. — Алма-Ата: Кайнар, 1976. 175 с.

32. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров. / Г. Корн, Т. Корн. -М.: Наука, 1979. 831 с.

33. Ладан Е.П. Исследование комбинированного мелиоративного орудия для основной обработки солонцовых почв: автореф. дис. . канд. техн. наук.1. Ставрополь, 1975. -25 с.

34. Лещанкин А.И. Теоретические основы ротационных почвообрабатывающих рабочих органов с винтовыми поверхностями. — Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1986. 208 с.

35. Лукьянов А.Д. Оптимальная форма режущего элемента фрезы. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1983. - № 10. - С. 18-20.

36. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. — М.: Колос, 1970.-376 с.

37. Лурье А.Б. Широкозахватные почвообрабатывающие машины. / А.Б. Лурье, А.А. Громбческий. Л.: Машиностроение, 1981. - 270 с.

38. Лурье А.Б. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин. / А.Б. Лурье, А.А. Громбчевский. Л.: Машиностроение, 1977. - 527 с.

39. Майданников Ю.В. Исследование процесса обработки солонцовых почв рабочим органом с вертикальной осью вращения: автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1976. - 31 с.

40. Максимов В.П. Концептуальная методология построения технологий и агрегатов мелиоративной обработки солонцовых почв с улучшенными показателями качества технологических процессов: авторефер. дис. . д-ра. техн. наук. Зерноград, 2006. - 45 с.

41. Максимов В.М. Целевой анализ системы управления подпокровным фрезерователем./ В.М. Максимов, Д.Р. Мулеев // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет): Сб. науч. тр./ НГМА. -Новочеркасск, 2006. Вып. 7. - С. 46-51.

42. Машина для обработки солонцовых почв МСП-2: Информ. листок. / Аг-роНИИТЭИИТО. М., 1986.51 .Машины и орудия для мелиоративной обработки солонцовых почв. / сост. Л.Х. Ким, В.Л. Тимошенко/ ЦНИИТЭНтракторсельхозмаш. М., 1981. -28 с.

43. Медведев В.И., Мазяров В.П, и др. А.С. 1122247. Устройство для безотвальной обработки почвы. // Бюл. изобретений. 1984. - № 41.

44. Мелиорация солонцов Южного Урала и Западной Сибири: Рекомендации. М., 1976.-48 с.

45. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. / С.В. Мельников и др. — М.: Колос, 1972. — 200 с.

46. Методика полевых испытаний машин и орудий для защиты почв от водной эрозии. — М., 1980. — 52 с.

47. Механизация противоэрозионной обработки почвы и посевов: Рекомендации для колхозов и совхозов. Зерноград, 1972. - 54 с.

48. Миронченко С.Ф. Мелиоративные и почвозащитные способы обработки почв на юго-востоке Ростовской области. / С.Ф. Миронченко, Е.В. Полу-эктов. Ростов н/Д, 1999. - 75 с.

49. Миронченко С.Ф. Совместное применение мелиоративных и почвозащитных способов основной обработки каштаново-солонцовых комплексов в Ростовской области: дисс. в виде научн. доп. на соискание учёной степ, канд. с.х. наук. пос. Персиановский, 2000. - С. 26.

50. Мищак М. Влияние формы и расстановки рабочих элементов ротационного рыхлителя на удельную работу агрегата // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. - № 1. - С. 43-47.

51. Мурзагалиев А.Ж. Обоснование параметров и режимов работы комбинированного рабочего органа для основной обработки распаханных солонцов: автореф. дис. . канд. техн. наук. — Челябинск, 1985. 20 с.

52. Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. / Ф.С. Новик, Я.Б. Арсов. М.: Машиностроение, 1980.-304 с.

53. Операционная технология возделывания зерновых колосовых культур в Южной степной зоне. / Сост. М.Н. Марченко и др. М.: Россельхозиздат, 1982.- 173 с.

54. ОСТ — 70.2.2-79. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки. М.: ЦНИИТЭМГоскомсельхоз техники СССР, 1979.

55. Пак К.П. Солонцы СССР и пути повышения их плодородия. М.: Колос, 1975.-383 с.

56. Панов И.М., Султанов A.M. Устойчивость хода ротационного плуга по глубине. // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1973. - № 12. - С. 15-18.

57. Пархоменко Г.Г. Расчёт взаимодействия катка с почвой с использованием теории вязкоупругости / Г.Г. Пархоменко, В.Н. Щиров // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007.- № 10. - С. 16-17.

58. Плишкин А.А. Комплексная механизация работ по защите почв от ветровой эрозии. / А.А. Плишкин, Э.В. Блоштейн. М.: Колос, 1976. — 184 с.

59. Подпокровный противоэрозионный способ и орудие обработки поч-вы./ДСХИ. — Персиановка, 1978. 7 с.71 .Подпокровный способ обработки почвы: Информ. листок СевероКавказского ЦНТИ. Ростов н/Д, 1973, № 251. - 3 с.

60. Рекомендации и технологии механизированных работ по мелиорации солонцовых почв в Северо-Кавказском районе. / ДЗНИИСХ, ВНИПТИ-МЭСХ. Ростов н/Д, 1976. - 60 с.

61. Сидоренко С.М. Совершенствование работы ротационного почвообрабатывающего культиватора в агрегате с трактором класса 3: автореф. дис. . канд. техн. наук. Краснодар, 1986. - 22 с.

62. Синеоков Г.Г. Теория и расчёт почвообрабатывающих машин./ Г.Г. Сине-оков, И.М. Панов. М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.

63. Свешиков А.А. Прикладные методы теории случайных функций. — М.: Наука, 1968.-463 с.

64. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. -М.: Машиностроение, 1981. 184 с.

65. Тимошенко Г.Д. К обоснованию расстановки рабочих органов в комбинированной машине. // Сб. науч. работ / ВНИИ МСХ. М., 1983. - С. 21-25.

66. Тихомиров Б.В. Математические методы планирования эксперимента при изучении нетканых материалов. — М.: Легкая индустрия, 1968. — 158 с.

67. Тужилин А.Ф. Обоснование параметров и скорости режима рабочего органа роторной машины для мелиорации солонцовых почв: автореф. дис. .канд. техн. наук. Волгоград, 1985. —24 с.

68. Федеральная целевая программа «Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы». М., 2006.

69. Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины / В.М. Халанский, И.В. Горбачев. М.: Колос, 2004. - 624 с.

70. Черемисинов О.А. Исследование основных параметров рабочих органов отвально-фрезерной машины для мелиорации солонцовых почв: автореф. дис. . канд. техн. наук. Целиноград, 1973. -21 с.

71. Шаршак В.К. Подпокровные фрезерователи: Рекомендации к проектированию рабочих органов. — Новочеркасск, 1975. 74 с.

72. Шаршак В.К. Применение методов математического моделирования эксперимента в мелиоративных испытаниях: Учеб. пособие. / Шаршак В.К. и др. Новочеркасск: НИМИ, 1982. - 67 с.

73. Шаршак В.К. Разработка механико-технологических основ проектирования мелиоративных плужных рабочих органов (применительно к условиям закрытой борозды): автореф. дис. . д-ра. техн. наук. — Ереван, 1981. — 45 с.

74. Шаршак В.К. Сравнительная комплексная оценка научно-технических разработок с использованием единого обобщённого параметра оптимизации: Метод, указ. Новочеркасск: НИМИ, 1989. - 25 с.

75. Шаршак В.К. Рекомендации к проектированию рабочих органов мелиоративных орудий для основной обработки солонцовых почв / В.К. Шаршак, В.И. Богданов. Новочеркасск, 1979. - 60 с.

76. Шаршак В.К. Особенности технологического процесса подпокровного фрезерования почвы / В.К. Шаршак, А.Н. Брусенцов // Изв. вузов Сев. — Кав. регион. Технические науки. 2005. Вып. 3. - С. 106-107.

77. Шаршак В.К., Ладан Е.П. Орудие ПМС-100 для обработки солонцовых почв. // Техника в сельском хозяйстве. 1974. - № 11. - С. 79-80.

78. Шаршак В.К. Подпокровные фрезерователи для мелиорирования солонцовых почв. / В.К. Шаршак, В.В. Сконодобов. Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1986.- 104 с.

79. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. Ч. 2. Динамика: учебник для вузов. Изд. 5, испр. М.: Высшая школа, 1977.

80. Яцук Е.П. Ротационные почвообрабатывающие машины. / Е.П. Яцук и др. М.: Машиностроение, 1971. — 256 с.

81. Lerat P. Les Machines Agricoles. Paris, 2005.

82. Tracteurs Machines Agricoles. Paris, 2003 № 988.