автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности обработки гребней при возделывании картофеля на основе разработки применения объемных рыхлителей

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ,

УДК 633.491(476) РГ5 ОД

1 О ДПР Ж

ГАН-ЛОВКИС ИННА ЗЕНОНОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ГРЕБНЕЙ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ КАРТОФЕЛЯ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ РЫХЛИТЕЛЕЙ

05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск-200 О

Работа выполнена на кафедре «Гидравлика и гидравлические машины» Белорусского Государственного аграрного технического университета (БАТУ).

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент Лашук А. Д., кандидат технических наук, доцент Лахмаков B.C.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вергейчик Л.А., кандидат технических наук, с. и. с. Рапинчук А.Л.

Оппонирующая организация - БелНИИ картофелеводства

Of

Защита состоится « »

о/

2000 г. в

часов на заседании совета

по защите диссертаций К 02.31.01 при БАТУ по адресу: 220023; г.Минск, пр-т Скорины, 99, БАТУ .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БАТУ.

Автореферат разослан « » марта 2000г.

Ученый секретарь совета' fij , . по защите диссертаций и/У ПЦЦ,

В.А. Агейчик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение биологической урожайности и качества картофеля достигается, наряду с другими факторами, улучшением рыхления почвы поддерживающей оптимальный влажностный и воздушный режимы гребня. Основой такого улучшения является система основной обработки, поверхностного рыхления, отсыпки гребня и поддержания его в исходном состоянии в период вегетации.

Основная обработка; почвы под посадку картофеля должна включать глубокое подгребневое рыхление, что позволит уменьшить уровень загрязнения окружающей среды, кЬренным образом улучшить почву, и качество рыхления и отсыпку гребня. Этим приемам соответствует универсальная комбинированная почвообрабатывающая машина - гребнеобразователь, разработанная в БАТУ. Однако существующие способы и рабочие органы для формирования и поддержания оптимальных параметров гребней не отвечают требованиям: уплотняют поверхность гребня, не полностью вычесывают проросшие сорняки, изменяют расчетный профиль гребня.

Поэтому вопросы совершенствования технологических процессов и создания специальных рабочих органов для формирования и поддержания оптимальных параметров плотности, влажности, размеров гребней и агроэкологи-ческих свойств почвы с целью повышения биологического урожая и качества клубней является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - повышение биологической урожайности картофеля и качества клубней путем улучшения агро-экологических свойств почвы и параметров гребня (плотности, влажности, воздушного режима) на основе создания и применения рабочих органов для объемного рыхления гребней.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-обосновать технологические приемы создания и поддержания параметров гребней и требуемые для их реализации технические средства;

- разработать научные положения для формирования гребня с улучшенными агроэкологическими свойствами;

-обосновать основные параметры объемного рыхлителя гребней и режимы его работы;

- разработать теоретические основы объемного рыхления гребней;

- разработать рекомендации по применению сменных рабочих органов, используемых для возделывания картофеля на гребнях и определить эффективность выполненных исследований.

Объект н предмет исследования. Объект исследования * технологические процессы обработки почвы, формирования гребней и ухода за ними, специальные приемы объемного рыхления гребней, технические средства, параметры и режимы их работы. Предмет исследования - объемные рыхлители, проектирование их конструкций.

Научная новизна полученных результатов. Новизна состоит в обосновании технологического процесса объемного рыхления гребня для поддержания его оптимальных параметров ( профиль, плотность, влажность, скважность) и конструкции объемных рыхлителей с пружинными элементами, определении их параметров и режимов работы. Впервые разработан алгоритм расчета и проектирования объемных рыхлителей, экспериментально обоснованы силовые и кинематические параметры пружинных элементов, составлена математическая модель и обоснованы рациональные режимы работы комбинированной машины с предлагаемыми рыхлителями.

Новизна разработанных технологических приемов и технических реше-'ний отражена в положительных решениях по заявкам на изобретения № 970141 «Рабочий орган для формирования гребней», № 19990139 «Рабочий орган для объемного рыхления гребней»,№ 19990932 «Культиватор для междурядной обработки.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты исследований по выбору и обоснованию оптимальных параметров рабочих элементов для объемного рыхления гребней использованы при разработке конструкции зубовых рыхлителей. Аналитические зависимости позволяют определить оптимальную плотность почвы в гребне.

Применение почвообрабатывающего универсального гребнеобразовате-ля УПГ-2,8Г со сменными рыхлящими и окучивающими рабочими органами позволяет повысить урожайность в 1,5 раза, снизить расход топлива и удельную материалоемкость на 15 %.

Реализация результатов исследований. Практическим результатом разработки поставленной задачи явилось создание на основе выполненных исследований двух видов рабочих органов для ухода за гребневыми посадками картофеля, которые прошли исследовательские испытания и производственную проверку.

Гребнеобразователь почвообрабатывающий универсальный УПГ-2,8Г со сменными рабочими органами зарегистрирован Госстандартом Республики Беларусь (каталожный лист продукции № 3701), техническая документация на машину передана заводу «Лидсельмаш».

Опытная универсальная комбинированная почвообрабатывающая ма-шина-гребнеобразователь с предложенными рабочими органами внедрена в учхозе им. Фрунзе. Экономический эффект от внедрения разработок состоит в повышении урожайности на 45 %, снижении эксплуатационных затрат в размере 6560 тыс. руб. ( в ценах июня 1999 г.).

. Материалы исследований включены в научно-исследовательские отчеты, используются в учебном процессе, по теме диссертации снят видеофильм.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с Республиканской научно-технической программой фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям развития агропромышленного комплекса Республики Беларусь на 1996-2000 годы («Механизация и энергетика»), планом важнейших научно-

исследовательских работ раздела «Машиностроение» (№ 339) Национальной Академии и планом научно-исследовательских работ БАТУ.

Апробация результатов диссертации. Материалы исследований доложены и обсуждены на Международных научно-технических конференциях : Каменец-Подольской сельскохозяйственной академии (1995г.), Белорусского аграрного технического университета (1996...9В гг.), Белорусской сельскохозяйственной академии (1998г.),Белорусского научно-исследовательского института механизации сельского хозяйства (1997г.).

Опытный образец машинй « Гребнеобразователь почвообрабатывающий универсальный УПГ-2,8Г » со сменными рабочими органами экспонирог вался на международной ввютавке «БелАГРО-97».

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертационной работы изложено в 5 печатных работах и тезисах опубликованных в научных изданиях, 3 описаниях изобретений к авторским свидетельствам и патентам, 2 научных отчетах.

Основные положения диссертации, выносимые па защиту:

1. Технология обработки почвы, нарезки гребней и ухода за гребневыми посадками картофеля:

- совмещение операций и использование нового поколения рабочих органов для механизации процесса ухода за гребнями с уменьшением применения доз пестицидов;

- применение специальных рабочих органов для формирования гребня и его объемного рыхления.

2. Экспериментально-теоретические разработки:

- результаты исследования технологических процессов объемного рыхления и формирования гребня с оптимальными параметрами;

- обоснование технологических параметров и режимов обработки, формы рабочих поверхностей;

- конструктивно-технологическая схема рабочих органов.

3. Научно-технические разработки:

-результаты механико-технологического обоснования использования рыхлителей объемного действия, как условия повышения биологического урожая и качества клубней;

- базовые модели рабочих органов.

Личный вклад соискателя заключается:

1. В самостоятельной разработке математических моделей и теоретическом обосновании параметров плотности и технологических параметров гребня.

2. В разработке методики расчета кинематики и динамики рабочего органа для объемного.рыхления гребня.

3. В экспериментальной проверке в лабораторных и полевых условиях адекватности моделей рыхлителей гребня.

4. В создании опытного образца машины со сменными рабочими органами и внедрении в условиях хозяйства.

А

Совокупность сформулированных и обоснованных в диссертационной работе научных положений является вкладом в развитие перспективного направления в технологии производства картофеля, а также теории построения комбинированных почвообрабатывающих машин-гребнеформирователей со сменными рабочими органами.

Методология и методы проведенного исследования. Работа выполнена на основе, принципов системного подхода с использованием методов теоретического, экспериментального и экспериментально-теоретического исследований.

Адекватность изучаемых теоретических моделей подтверждена результатами экспериментальных исследований параметров гребней, натурного опытного образца и технико-экономическими показателями.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, шести глав основной части, заключения, списка использованных литературных источников (120 наименований, из них 6 на иностранном языке) и приложения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и необходимость ее разработки. Отмечено, что только совершенствование системы обработки почвы, насыпки и рыхления гребней при возделывании картофеля, применение определенных рабочих органов в конкретных почвенно-климатических зонах, правильное сочетание агротехнических приемов позволяет достичь необходимой скважности почвы и плотности не превышающей 1,25 г/см5, как основы для создания будущего урожая.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования. Картофель в республике был и остается одной из ведущих продовольственных культур. В условиях нынешней экономической ситуации он является своеобразным га-раитом обеспечения продовольственной безопасности республики. В сельскохозяйственном производстве картофель остается одной из прибыльных культур.

Однако в среднем за последние годы (1991-1998) урожайность картофеля в колхозах и госхозах составила 116 центнеров t гектара, что на 57 ц/га меньше среднегодовой за 1986-1990 годы.

Проблема получения высоких урожаев сводится к обеспечению наиболее благоприятными условиями для роста и развития: водой, воздухом, питанием, светом и теплом.

Лучшие урожаи картофеля получают на суглинистой почве при ее плотности 1,0...1,1 г/см'и дерново-подзолистой с плотностью 1,1...1,2 г/см3, со скважностью почвы более 50 %.

Исследования показали, что для создания более благоприятного водно-воздушного режима необходимо применять технологии для углубления окультуренного слоя и разрушения «плужной подошвы».

Правильной обработкой можно коренным образом повысить плодородие почвы. Долевое участие механической обработки в формировании урожая составляет 10...22 %.

Исследованиями технологий и машин для возделывания и уборки картофеля занимались ученые Г. Д. Петров, И. Р. Размыслович, А. А. Сорокин, Н. И. Верещагин, К. А. Пшеченков, Л. А. Вергейчик, З.В.Ловкис, М. Б. Угланов н др. Ими изучены технологии: гладкая, гребневая, Голландская, грядовая с различной шириной рядков и строк, предложены новые технологические приемы, рабочие органы и машины для обработки почвы под картофель, посадки, ухода за всходами, уборки ботвы и клубней.

На основании анализа исследований И. М. Панова, О. В. Верняева, В. И. . Медведева, А. В. Клочкова, В. А. Шмонина, А. А. Лептеева, Е. С. Босого и др., пассивных, «полуактивных» и активных существующих рабочих органов для нарезки гребней и обработки междурядий, а так же изучения теоретических зависимостей рыхления, вибрация, жесткости и способов крепления стоек обоснованы тенденции в развитии технических средств для возделывания картофеля.

На основании приведенного анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи исследований.

Глава 2. Обоснование технологии ухода за гребневыми посадками картофеля.

При возделывании картофеля технологиями предусмотрено использование множества машин, в том числе для внесения удобрений, основной и поверхностной обработки почвы, нарезки гребней, рыхления междурядий, рабочие органы которых взаимодействуют с неоднородными органо-минеральными средами.

В связи с неустойчивым температурным и воздушным режимами возникает проблема поиска такого вида обработки почвы, чтобы она способствовала регулированию водно-воздушного режима с учетом почвенно-климатических условий, количества осадков и окружающей температуры. В БАТУ разработаны новые технологические приемы подготовки почвы, нарезки гребней и ухода за картофелем. Универсальной комбинированной почвообрабатывающей машиной-гребнеобразователем проводится одновременно глубокое рыхление (35...40 см) зоны развития корневой системы, локальное внесение в гребень минеральных удобрений, рыхление почвы и насыпки гребней, а в последующем- уход за посадками.

На протяжении вегетационного периода картофель расходует большое количество воды. Так, для создания урожая в 30 т. клубней необходимо 3000...4000 м1 воды, что соответствует 300...400 мм осадков. В то же время картофель не переносит даже кратковременного переувлажнения.

б

С помощью обработки можно регулировать не только засоренность поля, но и количество поступающей влаги. Так, во время незначительных дождей в начальный период вегетации картофеля, когда надо накопить влагу, осадки при традиционной обработке стекаются в бороздки, не проникая в зону развития корневой системы растений. И наоборот, в случае постоянных обильных осадков растения вымокают. Все это приводит к недобору урожая. Технологией, разработанной в БАТУ предложены такие виды междурядной обработки, которые обеспечивают возможность отводить излишки влаги или подводить их к корневой системе и рыхлить поверхность гребней.

Сорняки, если их не уничтожать, уносят питательные вещества и вла1у, ; распространяют заболевания, ухудшают условия работы машин.

Первый период в жизни растений особенно важный и система раннего ухода за картофелем требует активного воздействия на посадки. Своевременный и качественный уход за посадками картофеля повыша ет урожай на 20 % ичболее. В зависимости от физико-механических свойств почвы, погодных условий, развития сорных растений и т.п. гребни рыхлят с применением культиваторов, борон. .

При бороновании сетчатой бороной или обработкой райборонками по всходам происходит разрушение верхнего участка гребня, при этом обламывается 20...25 % молодых ростков, что влечет за собой снижение урожайности. Поэтому нами предложен способ рыхления гребня объемным рыхлителем без его разрушения.

Глава 3. Теоретические исследования перемещения почвенных частиц при работе объемного рыхлителя гребня.

Перемещение почвенных частиц при обработке поверхности гребня зубовым рыхлителем объемного исполнения изучалось теоретически (рис.1). Лабораторными исследованиями подтверждается, что под действием рабочего органа слои почвы деформируются, образовывая поток почвенных частиц впереди рабочего органа.

Для изучения скорости движения частицы почвы, выделим в объеме этой частицы С параллелепипед со сторонами ёх, с!у и (к.

Скорость почвенных частиц в выделенном объеме имеет горизонтальную составляющую, деформационную скорость и вращательную.

Линейные составляющие скорости: „ „' <39, , 39, 39, .

з$- зэ, 39,

39,- '39. ск $ <к

Угловые скорости деформации граней параллелепипеда:

Угловые скоросги,вращения:

ю, ЩЛ 1 -я

где 9 - вектор скорости; а,р- углы деформации. Линейные скорости деформации и перемещения частиц почвы:

(4)

~ ' 81

Анализируя работу зуба рыхлителя и схему сдвига слоев почвы можно определить вертикальную составляющую скорости 9,, для почвы движущейся впереди зуба рыхлителя:

где Эг - горизонтальная составляющая скорости, ориентировочно равна скорости движения агрегата; А - высота вспучивания почвы; Д/- расстояние от поверхности рыхлителя до границы зоны рыхления.

Поток б почвенных частиц, сформированный рабочим органом при объемном рыхлении:

где V - объем разрыхляемой почвы; »- время. Величина элементарного объема:

г»

¿V

т.е. <1У = -У ■ ■ Л; — = -У ■ Л\9, ж

Рис. 1 Схема рыхлителя: 1-пружинные зубья; 2-корпус; 3- стойка

Кр гг

0,8 0,6 0,4

ч \ N

\ \

1

2 ЭАГ ,м/с

б)

Рис. 2 Схема образования поверхности Рис. 3 а-схема сдвига слоев почвы в сдвига слоев почвы в зоне рыхления, зоне рыхления при работе зуба рых-Вектор АО определяет перемещение лителя; б-зависимость изменения частиц по поверхности сдвига коэффициента плотности почвы от

скорости перемещения рыхлителя

где <к-(Ь-с1у = У.

Тогда поток частиц почвы:

0= ¡<1п>9ч1У = + + = ¡¡ЛуТ<Е, (8) '

где 5 - поверхность почвенных частиц. Из условия сохранения массы:

где 9,,9г-средние скорости частиц почвы в сечениях 1-1 и 2-2; /неплотность почвы в сечениях 1-1 и 2-2.

Объемный расход почвы в этих сечениях разный:

1) р, , то 5Ц ■ Зг )5п ■ , т.е. объемный расход в сечении 2-2 больше объемного расхода в сечении 1-1 - происходит разрыхление почвы;

2) р,)^, то ■ а,, т.е. объемный расход в сечении 1-1 больше объемного расхода в сечении 2-2 - происходит уплотнение почвы.

На участке Л1 между сечениями 1-1 и 2-2 1радиент плотности равен: , (Д-А) Др г о \

При рыхлении происходит дополнительное изменение плотности за счет перемещения частиц почвы:

, (10)

где - дивергент скорости частиц почвы между входным и выходным сечениями объемного рыхлителя.

Решая совместно уравнения (8), (9), (10) получим изменения параметров плотности, в общем виде которые можно представить коэффициентом плотности при рыхлении:

(И)

,д/

и У.Э,)

где К„ = —; 9. - скорость перемещения частиц при рыхлении;

Рх

Ы - расстояние между сечениями начала и конца зоны рыхления.

Зависимость изменения коэффициента плотности почвы при рыхлении с различной скоростью показана на рис.3, полученная закономерность соответствует параметрам изменения плотности установленного опытным путем.

В работе теоретически обоснованы параметры рыхлителя.

Глава 4. Программа и методика экспериментальных исследований.

Анализ научно-технической информации в области технологий и машин для ухода за посадками картофеля, а так же конструкций окучивающих и объемных рыхлительных рабочих органов показывает, что окучивающие корпуса с формированием двух боковых бороздок и пружинные объемные рыхлители гребней не разрабатывались, и экспериментальные исследования в данном направлении не производились.

Программой экспериментальных исследований было предусмотрено:

- изучение влагонасыщения гребня в зависимости от формы поверхности бороздок при гребневом способе возделывания картофеля;

- изучение параметров гребня в процессе вегетации картофеля и возможности его объемного рыхления;

- определение параметров пружинного элемента для объемного рыхления гребня;

- исследование энергетических показателей объемного рыхления;

- исследование технологии производства картофеля с применением опытных рабочих органов.

Доя проведения предварительных поисковых экспериментов нами разработан опытный окучивающий корпус, который способен при обработке оставлять одну центральную бороздку или две боковые смещенные к гребню, а так же пружинный зубовый рыхлитель. Экспериментальные лабораторные исследования, проводились в почвенном канале.

С целью определения.статаческих характеристик и параметров пружинных- зубьев для объемного рыхления гребней была изготовлена лабораторная установка.

Комплексное исследование предложенных рабочих органов производилось на экспериментальном образце универсальной почвообрабатывающей машины-гребнеобразорателя со сменными рабочими органами , которая может быть переоборудована путем отсоединения передней балки с чизелями -глубокорыхлителями и туковыми емкостями и переноса автосцепки на задний брус.

В данном варианте машина может быть использована со сменными рабочими органами для ухода за гребневыми посадками картофеля (рис.8). На раме машины устанавливались пружинные объемные рыхлители, окучивающие корпуса и игольчатые боронки в любом сочетании в зависимости от вида рыхления. Параллелограмная подвеска и силовые нажимные пружины обеспечивают копирование рельефа. В конструкции предусмотрены регулировки угла входа в почву и глубины обработки.

По результатам исследований определялись следующие параметры: плотность и твердость почвы в гребнях, коэффициент крошения почвы, параметры гребня, развитие биологической массы ботвы и клубней.

Энергетическая оценка проводилась по рёзультатам тензометрирования тягового сопротивления и контрольных замеров расхода топлива. Кроме того, с. целью сокращения количества опытов и получения достоверной информации об изучаемом процессе был проведен 3-х факторный эксперимент.

Полевые опыты с применением предложенных экспериментальных ра- ' бочих-органов проводились на поле учхоза им. Фрунзе Минского района. Характеристика почвы, условий'подготовки и внесения удобрений приведены в диссертации.

Глава 5. Результаты лабораторно-полевых исследований и их анализ.

Согласно вышеизложенной программы и методики в лабораторных и полевых условиях проведены поисковые эксперименты с целью определения влияния параметров зуба объемного рыхлителя на основные показатели работы - качество рыхления гребня, крошения почвы, глубины обработки.

По результатам лабораторных исследований получены зависимости отклонения зуба в продольной горизонтальной (X), вертикальной (2) и поперечной горизонтальной (У) плоскостях в зависимости от нагрузки (Н), приходящейся на рабочую поверхность зуба для различных сочетаний рабочей длины, формы, площади поперечного сечения и диаметра рыхлителя.

На энергетические и технологические показатели рыхлительных зубьев оказывают влияние углы заострения, входа в почву, формы сечения ножей стоек наряду с другими факторами.

Установлено, что минимальное удельное тяговое сопротивление (К0 =0,02...0,04Н!смг) наблюдается у С - образных копьевидного и круглого зубьев при глубине обработки 3...7 см.

Таким образом, по результатам проведенных поисковых лабораторных исследований элементов пружинных стоек и рыхлителей, нами обоснованы основные параметры объемного рыхлителя гребня : зуб должен быть круглого профиля с С-образной пружинной стойкой жесткостью 0,2...0,4 Н/см, длиной, согласно агротребований, 1 = 220...380 мм и диаметром 6=10 мм.

Результаты полевых испытаний экспериментального рабочего органа показали, что данный рыхлитель улучшает на 8... 12 % крошение почвы по сравнению с ротационным рыхлителем.

Анализ опытных данных показал, что степень крошения почвы снижается по мере увеличения угла р и глубины обработки, а так же возрастает при увеличении скорости движения агрегата (рис. 4...5). Это можно объяснить тем, что при увеличении скорости возрастает скорость деформации почвы и увеличивается количество микротрещин в комочках. С увеличением угла (3 изменяется направление равнодействующей силы со стороны зуба от дневной поверхности, что приводит к снижению качества крошения.

Значительно лучше работает данный рыхлитель и по другим агротехническим параметрам: вычесыванию сорняков, сохранению формы гребня, снижению плотности.

Этими же исследованиями установлено, что допустимое сохранение высоты и формы гребня возможно при сохранении формы основания рамки крепления зубьев, охватывающей равномерно профиль гребня. Анализируя влияние угла наклона и степени сжатия пружины поводка крепления можно отметить, что повышение степени сжатия пружины приводит к повышению заглубления зубьев и большему разрушению формы гребня, увеличение угла наклона стойки на 5"приводит к повышению степени крошения почвы на 3...4 процента.

При последующих окучиваниях улучшается отсыпка почвы на гребнях предварительно обработанных объемным зубовым рыхлителем.

Кк

¿¡Шо=2м/с) Т/лг=2,5 м/с

Р,

г/см3

1,1

ЧК«(») КкС^г)

2,0 9ЛГ ,м/с

Кк

0,8

50/?,град

3

5 а,см

• Рис. 4 Зависимость степени крошения Рис. 5 Зависимость плотности пр-

почвы на поверхность гребня Кк и верхности гребня и степени кроше-

степени уничтожения сорняков от ния почвы от скорости движения аг-

• угла установки зубьев р регата Э^. и глубины рыхления а

Плотность почвы на поверхности гребня при увеличении скорости движения агрегата снижается, так как время деформации зубьями обрабатываемого объема сокращается, рис. 5.

Согласно проведенного анализа на характер рыхления гребня и плотность почвы влияют следующие факторы : длина зуба, угол наклона зуба и скорость перемещения.

В процессе исследований проведен 3-х факторный эксперимент по ОЦКП по факторам скорости , угла наклона зуба /? и длины подвески I. Пределы варьирования факторов выбирались по условию теоретических расчетов, предварительных опытов и реальных условий работы. Проведены олы-

• ты по изучению влияния угла р и длины подвески / на процесс рыхления. Результаты опытов показали, что устойчивое и качественное рыхление наблюдается при длине подвески 220...380 мм и угла установки р = 45..520.

Обработка экспериментальных данных по методике позволила получить.

уравнение регрессии в кодированной и натуральной формах:

у - 624 - 302*, - 132*, +197*/- 72*,*, + 302*,2 -192*,! - 92*,';

у -1542-37Ц - -0,001/^ +0,5/' - 0,05/?+ 0,25,9'.

¿-30° .Я,-3,55 --;*,:

п / - 22,0

В уравнении *, ■;*,

35,0 48 2,02 ''У /.соз/Ь'

Полученное уравнение изучалось методом двухмерных сечений.

Лху

Анализируя фигуры двухмерных сечений поверхности отклика удельной энергоемкости процесса резания почвы можно отметить, что наименее энергоемкий прцесс при угле наклона зуба /? = 48°, т.е. соответстующему верхнему пределу варьирования фактора х2.

Следует отметить, что тяговое сопротивление агрегата оборудованного объемным рыхлителем на 25 % ниже по сравнению с ротационным рыхлителем и на 68 % ниже по сравнению с сетчатой бороной.

Анализ опытных данных показывает, что применение универсальной комбинированной почвообрабатывающей машины-гребнеобразователя и опытных рыхлителей гребней объемного действия позволя т снизить твердость почвы в зоне развития клубней с 1,4 МПа до 0,8 МПа, плотность почвы с 1,4 г/см1 до 1,2 г/см ' и повысить на 5% запасы влаги.

В процессе всего вегетационного периода развития картофеля на опытном и контрольном поле проводился анализ развития ботвы и корневой системы, зарастания посадок сорняками, плотности гребня и влажности почвы, параметров гребней. Результаты исследований приведены в таблице.

Опытное поле перед посадкой картофеля и в процессе последующего ухода обрабатывалось универсальной комбинированной почвобрабатывающей машиной с набором сменных рабочих органов. Перед посадкой машина за один проход выполнила следующие операции: глубокое безотвальное рыхление (35 см), локальное внесение минеральных удобрений (120 кг/га), рыхление поверхности и отсыпку гребней.

На опытном поле при первой и второй обработке посадок применялись объемные рыхлящие пружинные зубья, в последующем окучивающие корпуса, сферические диски. На контрольном поле проводилась 3-х следовая культивация, нарезка гребней культиватором-окучником, последующая обработка посадок культиватором с сетчатой бороной и роторными игольчатыми рыхлителями. Контролируемые параметры опытного и контрольного полей приведены ниже в таблице.

Глава 6, Реализация результатов исследований и их экономическая эффективность.

По результатам проведенных теоретических и лабораторных исследований разработана, изготовлена и внедрена в учхозе им. Фрунзе Минского района секция со сменными рабочими органами, рис. 8, к универсальной комбинированной почвообрабатывающей машине.

Техническая характеристика машины и описание сменных рабочих органов представлены в диссертационной работе, основные параметры развития ботвы и клубней, плотности и влажности почвы, полученного урожая показаны в таблице.

Применение предлагаемых технологических приемов и сменных рабочих органов при возделывании картофеля позволяет достичь повышения урожайности на 30...50 %, снизить материалоемкость производственного процесса на 15,2 %, снизить энергетические и эксплуатационные затраты.

Н, мм

150

50

6 а,см

Р, МПа

300 500 мм

40 45 50 р, град

1,5 2,0 9# ,м/с

Рис. 6 Зависимость удельного сопро- Рис. 7 Параметры гребней картофеля

тивления объемного рыхлителя от перед уборкой:

глубины рыхления а, угла наклона Нк - контрольное поле;

зубьев р я скорости движения arpera- Но - опытное поле та Э.г

Рис. 8 Схема секции для ухода за посадками картофеля

Таблица

Основные показатели полевых исследований

Наименование показателей Опытное Контроль-

поле ное поле

Внесение минеральных удобрений, кг/га 120 240

Влажность в гребне (перед посадкой) в

слое 10-20 см, % 15,6 15,5

Твердость после посадки в зоне клубня, 0,61 0,92

МПа

Засоренность камнями на мг 6 б

Высота гребня, см 21 16

Качество рыхления (глыбистость), % 5,6 7,8

Коэффициент крошения, %

-менее 15 мм 98 87

- 15...100 мм 2 13

Плотность почвы перед посадкой, г/см5 1,05 1,22

Влажность почвы, %

- на 27 день 18 14,7

- на 58 день 19,9 18,3

- на 101 день 14,9 12,2

Твердость почвы в зоне развития гнезда,

МПа 0,81 1,2

- на 27 день 0,88 1,6

- на 58 день 1,2 2,5

- на 101 день

Плотность почвы перед уборкой, г/см' 1,23 1,4

Развитие надземной части ботвы, кг/кусг

- на 80 дн. 0,6 0,35

- на 94 дн. 0,65 0,35

Развитие сорняков, кг/м3

- на 80 дн. 0,5 1,5

- на 94 дн. 0,2 0,93

Содержание нитратов, Ю, мг/кг 27,5 36,3

Сырой протеин, % 1,81 . 1,6

Крахмал, % 16,4 15,7

Витамин С, мг % 15,04 10,98

Сухое вещество, % 22,1 21,5

Урожайность, ц/га 153 107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании анализа исследований, обзора технологий и технических средств предложены технологические приемы совмещенного глубокого рыхления, внесения минеральных удобрений, поверхностного рыхления и на-, резки гребней при подготовке почвы под гребневую посадку картофеля, что позволяет достичь оптимальной плотности почвы в клубненосном слое и более благоприятного водно-воздушного режима для роста и развития клубней.

2. Получены аналитические выражения скорости движения частиц почвы При объемном рыхлении гребня, придавая тот или иной вид движения почвенным частицам можно создавать усиление или уменьшение деформации

. почвы и разрушения комков.

3. Из уравнения массового расхода потока почвенных частиц и дивергента' скорости получена теоретическая зависимость определения плотности почвы после рыхления поверхности гребня, определены параметры коэффициента плотности почвы в зависимости от скорости движения агрегата.

4. Предложено частичное регулирование водного режима в период вегетации путем нарезки одной центральной или двух пригребневых бороздок, чем достигается более эффективный подвод влаги к корневой системе в засушливый период или отвод при переувлажнении. Коэффициент увлажнения гребня повышается на 20 % при образовании двух пригребневых бороздок.

5. На основании анализа технологических приемов, при уходе за гребневыми посадками картофеля предложен технологический прием объемного рыхления гребня, что позволяет проводить качественный уход, вычесывание сорняков, разрушение корки и облегчение доступа кислорода к корневой системе, сохранения параметров гребня И способствует более полному развитию картофеля и накоплению урожая.

6. Обоснована форма поверхности рабочего органа для рыхления замкнутого объема гребня в виде логарифмического профиля и способ крепления зубьев к раме культиватора на упругом звене. Рассчитаны значения удельного сопротивления зуба, определены силы трения^ скольжения, нормального дав. ления. Исходя из результатов лабораторных исследований и расчетов приняты

следующие параметры объемных рыхлителей: - длина удлиненного зуба • должна находиться в пределах 360...380 мм, радиус кривизны (й) -145...155 мм; - длина короткого зуба (I,)- 220...240 мм, радиус кривизны (г)-125...135 мм;-диаметр зуба (</)« 10 мм;-угол наклона зубьев /7 = 45.. .52°.

7. В результате проведения сравнительных исследований технологий с применением УПМГ и общепринятого метода обработки установлено, что применение рекомендуемой машины со сменными рабочими органами позволяет достичь плотности гребня 1,0...1,2 г/см', твердости почвы в зоне развитие гнезда 0.6...0.8 МПа, влажности почвы 14,9 % (на 120 день), значительно повысить биохимические характеристики клубней и урожайность.

8. Применение данных технологических приемов и рабочих органов при возделывании картофеля позволяет снизить материалоемкость производственного процесса на 15,2 %, расход топлива на 2,5 %, получить годовой доход от снижения эксплуатационных затрат в размере 6560 тыс. руб. и дополнительный доход от повышения урожайности картофеля на 45%.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБО! 110 ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ган-Ловкие И.З. Исследование перемещения почвенных частиц при работе объемного рыхлителя гребня // Наука-производству : 3-я международная научно-практическая конференция, ГСХИ. - Гродно, 1999. - С. 111-114.

2. Ган-Ловкие И. 3., Лавриянец Е. Е. Регулирование степени увлажнения корневой системы клубней обработкой почвы // Современные технологии в АПК. :Тез. докл. материалов международной НТК Б АТУ. - Минск, 1997.- С. 30-32.

3. Ган-Ловкие И. 3. Уход за посадками картофеля // Современные технологии в АПК. Тез. докл. материалов международной НТК БАТУ. - Минск, 1997.-С. 32-33.

4. Ловкие З.В., Ловкие И.З., Буйнич Г.В. Энергосберегающая технология производства // Проблемы энергоресурсосбережения - новые решения : Тез. докл. материалов международной НТК БАТУ. - Минск, 1995.- С. 99-101.

5. Ган-Ловкис И.З. Рыхление гребней при возделывании картофеля К Тез. докл. международной конференции БСХА. - Горки, 1999. - С. 63.

6. Ган-Ловкие И.З. О результатах лабораторных исследований пружинных рабочих органов // Тез. докл. материалов международной НТК БАТУ.-Минск, 1999. С-.

7. Лахмаков B.C., Ган-Ловкис И.З Анализ технологии возделывания картофеля в Голландии// Агропанорама. - 1998. - № 2.

8. Ловкие З.В., Салей В.Н., Ган-Ловкис И.З. Рабочий орган для формирования гребней: Положительное решение по заявке № 970141.- Минск, 1997.

9. Ган-Ловкис И.З. Рабочий орган для объемного рыхления гребней: Заявка на предполагаемое изобретение № 19990139.- Минск, 1999.

10. Ловкие З.В., Ган-Ловкис И.З., Лавриянец Е.Е. Культиватор для междурядной обработки : Заявка на предполагаемое изобретение № 19990932. -Минск, 1997.

11. Исследование и внедрение энергоресурсосберегающей технологии возделывания картофеля с применением комбинированной машины - гребне-образователя / Лахмаков B.C., Ган-Ловкис И.З., Крук И.С., Плнскевич Е.В. н . др. //Отчет НИР № Госрегистрации 19983705 / БАТУ; - Минск, 1998.

РЕЗЮМЕ .

ГАН-ЛОВКИС ИННА ЗЕНОНОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ГРЕБНЕЙ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ КАРТОФЕЛЯ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ОБЪЕМНЫХ РЫХЛИТЕЛЕЙ

Ключевые слова: экспериментальные исследования, объемные рыхлители, обработка гребней, оптимальные параметры, технологические процессы, биологическая урожайность.

Объекты исследования: технологические процессы обработки почвы, формирования гребней и ухода за ними, специальные приемы объемного рыхления гребней, технические средства.

Цель работы: повышение биологической урожайности картофеля и качества клубней путем улучшения агроэкологических свойств почвы и параметров гребня на основе разработки и применения объемных рыхлителей.

Методы исследования н аппаратура: методы теоретического, экспериментального и экспериментально-теоретического исследований, профило-мер, твердомер, гидрофицированный почвенный канал, тензоизмеритсльная, усилительная и регистрирующая аппаратура.

Полученные результаты и их новизна. Впервые обоснован технологический процесс объемного рыхления гребня для поддержания его оптимальных параметров ( профиль, плотность, влажность, аэрация) и конструкция объемных рыхлителей с пружинными элементами, обоснованы параметры и режимы его работы; разработан алгоритм расчета и проектирования объемных рыхлителей, экспериментально обоснованы силовые и кинематические параметры пружинных элементов, составлена математическая модель и обоснованы рациональные режимы работы комбинированной машины с предлагаемыми рыхлителями.

Поданы три заявки на изобретение.

Степень использовании. Результаты исследований по выбору параметров и разработки конструкторской документации использованы ОАО «Ллдсельмаш» при изготовлении экспериментального и трех серийных образ. цов универсальной комбинированной почвообрабатывающей машины-гребнеобразователя со сменными рабочими органами.

Технология производства картофеля с применением научных разработок внедрена о учхозе им. Фрунзе.

Область применения - организации и предприятия Минсельхозпрода.

РЭЗЮМЕ

ГАН-ЛОУК1С 1НА ЗЯНОНАУНА

ПАВЫШЭННЕ ЭФФЕКТЫУНАСЩ АПРАЦОУК1ГРЭБНЯУ ПРЫ АПРАЦОУЦЫ БУЛЬБЫ НА АСНОВЕ РАСПРАЦОУК11 ПРЫМЯНЕННЯ ОБЪЕМНЫХ РЫХЛЩЕЛЯУ

Ключавыя словы: экспериментальны* даследаванш, аб'емныв рыхл1цел1, апрацоука грэбняу, аптымальныя параметры, тэхналапчныя працэсы, б ¡ял алчная ураджайнасць.

Аб'ект даследвання: тэхналапчныя працэсы апрацоую Глебы, фарм1равання грэбняу и дагляду за ¡М1, спецыяльныя прыемы аб'емнага рыхлення грэбняу, тэхшчныя сродю.

Мэта працы: павышэнне б1ялапчнай ур'аджайнасщ бульбы 1 якасщ клубняу шляхам паляпшэння аграэкалапчнай уласщвасщ глебы и параметрау грэбня на аснове распрацоую и прымянення аб'емных рыхлщеляу.

Метады даследваннпу н апаратура: метады тэарэтычнага, эксперыментальнага и эксперыментальна-тэарэтычнага дасследа-ванняу, прафшамер, цвердамер, пдрафшананы глебавы канал, тен-замерная, узмацняльная и рэпстрацыйная апаратура.

Атрыманныя вынт 1 ¡х навпна: упершыню абаснаваны тэхналапчны працэс аб'емнага рыхлення грэбня для падтрымк! яго аптымальных параметрау (профшь, шчыльнасць, вшьготнасць, аэрацыя) и канструкцьн абъемных рыхлщеляу з спружыннымн элементам!, абфунтаваны параметры рэжыма працы; распрацаваны ал-гарытм разл1ку и праектавання аб'емных рыхлщеляу, эксперымен-тальна абаснаваны сшавыя и кшематычныя параметры спружанных элементау, састаулена матэматычная мадэль и абаснаваны рацыя-нальныя рэжымы працы камбшаванай машыны с прапанаваным]' рыхл1целям1,

Пададзены тры заяук! на вынаходнщтва.

Ступень выкарыстання: вынш даследаванняу па выбару параметрау I распрацоуцы канструктыунай дакументацьп выкары-ствваны ААТ «Лщсемаш» пры распрацоуцы эксперыментальнага и трох сярыйных узорау ун1 версальнай камбшаванай глеабапрацо-унай машыны-грэбнестварацеля са сменным! працоунымг органам!. Тэхналоги вытворчасц! бульбы з прымяненнем навучных распрацо-вак укаранена у вучгасе ¡мя Фрунзе.

Вобласць выкарыстання - аргашзацьн и прадпрыемствы М!нсельгасхарча.

ABSTRACT

OF GAN-LOVKIS INNA ZENONOVNA

A DEVELOPEMENT OF THE POTATO DRILL CULTIVATION EFFICACY BASING ON AN ENGINEERING AND ADAPTATION OF THE VOLUMETRICAL RIPPERS

Key words: experimtntal researches, volumetrical rippers, potato drills cultivation, optimum aspects, technological operations, biological productivity.

Research objects: technological operations of the soil cultivation, potato drill formation and attendance, special expedients of the potato drill voluminous cultivation, technical means.

Work aim: a development of the biological potato and the tubers quality productivity by means of the agroecological soil and potato drill aspects qualities improvement.

Research methods and hardware: methods of the theoretical, experimental and experiment-theoretical investigation, elevation, du-rometer, hydrophylous soil canal, tensiometer, an intensive and enroling hardware^

The results and their novelty: The technological process of the volumétrica) potato drill cultivation is firstly found, carrying its optimum arguments (profile, dencity, moisture, aeration). A construction of the volumetrical rippers with spring elements and its work regime is also ground. Through the developement of the logic calculation and volumétrica] rippers engineering, experimental strenuous and kinematic aspects of the spring elements are founded and a mathimetical model of the rational regime combine machine with the offered rippers work is composed.

An extent of using: A construct document is developed, an experimental and three serial universal combine soilcultivated machinedrill former with changeable working members are made, fild experiences are hold.

Adaptation area: organizations and undertakings ministry of agriculture and food-stuffs.

n

■ÁUA I.-

O