автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности обработки почвыи посева зерновых культур при использованииперспективных машинно-тракторных агрегатов

На правах рукописи

РГб^Г

БЕЛЯЕВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ; В Ж

Повышение эффективности обработки почвы и посева зерновых культур при использовании перспективных машинно-тракторных агрегатов

Специальность : 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства.

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Барнаул - 2000

Работа выполнена в Алтайском государственном аграрном университете

Научный консультант Заслуженный работник Высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор B.C. Красовских.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Павлюк А. С.

доктор технических наук, профессор ДокинБ.Д.

доктор технических наук, профессор Мяленко В.И.

Ведущая организация: ОАО «Алттрак», г. Рубцовск

Защита диссертации состоится 28 декабря 2000 г. в 10-00 час. на заседании диссертационного совета Д.064.29.03. Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова по адресу : 656099, г. Барнаул, пр-т Ленина 46, ауд. 426г.к.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета.

Автореферат разослан 27'ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

кандидат технических наук. проф<

Порошенко А.Г.

1

поп,/- !/ь,г,д

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем современного растениеводства является совершенствование технологических процессов обработки почвы и посева зерновых культур, конструкций машинно-тракторных агрегатов (МТА) и повышение эффективности отдачи гектара пашни путем обоснования рациональных параметров и режимов их работы.

В настоящее время отсутствуют достоверные методы расчетов, позволяющие оперативно устанавливать рациональные приемы обработки почвы, параметры и режимы работы агрегатов применительно к конкретным условиям отдельного поля и выполнять оценку их эффективности в целом для региона эксплуатации с учетом влияния на конечный результат производства - урожайность сельскохозяйственных культур.

Поэтому комплексное исследование взаимосвязей элементов системы «почва - орудие - трактор» и влияния отдельных составляющих на урожай в условиях функционирования МТА. разработка методов совершенствования конструкций агрегатов, обоснование рациональных параметров и режимов работы, является важным аспектом снижения затрат на обработку почвы и увеличения производства зерна.

Цель исследовании - повышение эффективности отдачи гектара пашни за счет рационального воздействия на почву почвообрабатывающих и посевных агрегатов.

Объект исследования - процессы взаимодействия элементов системы «почва - орудие - трактор» и их влияние на формирование урожая при выполнении основных видов полевых работ.

Научная новизна исследования - заключается в выборе рациональных приемов воздействия на почву МТА с учетом вероятностно-статистических оценок взаимосвязей характеристик ее состояния, агротехнических, энергетических, технико-экономических показателей агрегатов и структуры урожая зерновых культур.

На защиту выносятся: -вероятностно-статистическая математическая модель почвообрабатывающего агрегата как элемента системы «почва - орудие - трактор»; -обобщенный метод расчета эксплуатационных показателей тяговых

агрегатов и оптимизации их параметров применительно к условиям функционирования;

-результаты экспериментальных исследований по оценке вероятностно-статистических характеристик показателей обрабатываемой среды и их взаимосвязей, влиянию параметров и режимов работы МТА на агрофизические свойства почвы и составляющие урожая зерновых культур;

-комплекс теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию основных эксплуатационных параметров тракторов, машин-орудий и режимов воздействия их на почву в зависимости от характеристик обрабатываемой среды.

Практический значимость работы состоит:

- в разработке обобщенной математической модели, позволяющей на стадии проектирования обосновывать рациональные параметры тракторов, машин-орудий, режимы их эксплуатации применительно к конкретным природно-климатическим условиям отдельного поля и их совокупности для заданного региона использования;

- в оперативной энергетической, агротехнической и технико-экономической оценке перспективных моделей тракторов и машин-орудий в составе тяговых агрегатов с разработкой рекомендаций по их совершенствованию, что позволит значительно сократить затраты средств на испытания МТА;

- в установлении рациональных воздействий МТА на почву в зависимости от ее исходного состояния, что обеспечивает существенное повышение эффективности отдачи гектара пашни.

Реализация результатов исследований.

Теоретические разработки использованы при совершенствовании двигателей ОАО «Алтайцизсль», параметров тракторов ОАО «Алтт-рак», почвообрабатывающего посевного комплекса ППК-12,4 производства ОАО «Рубцовский машиностроительный завод» и обосновании режимов работы агрегатов на базе перспективных моделей Т-250 и Т-Ш4 при выполнении основных технологических операций обработки почвы и посева. Разработаны практические рекомендации по рациональному комплектованию агрегатов, используемые ПО «Алтайсель-машхолдинг» при обосновании системы машин для обработки почвы. В раде хозяйств края внедрены рациональные энергоресурсосберегающие приемы обработки почвы, составы и режимы ра-

боты почвообрабатывающих и посевных агрегатов.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических и научно-практических конференциях в НПО ВИСХОМ (г. Москва) в 1987 г., НПО НАТИ (г. Москва) в 1987 г., СО ВАСХНИЛ (г. Новосибирск) в 1989 г., на региональной научно-технической конференции в АГУ (г. Барнаул) в 1987г., на научно-технических конференциях АГАУ (г. Барнаул) в 1983-1999 гг., Ленинградского СХИ (г. Пушкин) в 1985, 1988 г., в ЧИМЭСХ (г. Челябинск) в 1985.1986 г., на заседаниях научно-технических советов, секций и на семинарах : НПО НАТИ (г. Москва) в 1988г., ОАО «Атгтрак» (г. Рубцовск) 1983-1990гг. ОАО «Алтайдизель» (г. Барнаул) 1985-1990 гг.,Алтайской МИС (р.п. Поспслиха) в 1986-1988 гг, краевых научно-практических конференциях (г. Барнаул) в 1998-2000гг., международном семинаре по почвозащитным обработкам почвы (г. Астана) в 1999г., 11 международной конференции по совершенствованию систем автомобилей, тракторов и агрегатов (г. Барнаул) в 2000г., международной научно - практической конференции по энерго - ресурсосбережению в земледелии аридных территорий (АНИИЗиС, г.Барнаул) в 2000г.

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 43 научных статьях и монографии, получен патент.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, шесть глав, выводы и рекомендации, список используемой литературы го 183 наименований, в т.ч. 17 иностранных источников. Работа изложена на 277 страницах машинописного текста, включает 92 рисунка и 25 таблиц. Приложения составляют 115 страниц.

В первой главе «Состояние проблемы и задачи исследований» дан анализ условий ведения земледелия в Алтайском крае. Приведена оценка влияния природно-климатических, производственных и экономических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур.

На основании анализа систем земледелия края и зарубежного опыта выявлена высокая значимость обработки почвы в формировании урожая возделываемых культур.

Созданию теоретических основ функционирования машинно-тракторных агрегатов посвящены труды В.П. Горячкина и его после-

дователсй JI.E Агеева, В.Н, Болтинского, Н.С. Ждановского, В. А. Же-лиговского. С.А. Иофинова. В.В. Кадыгина. Ю.К. Киртбая, И.И. Киселеву, B.C. Красовских. И.П. Ксеневича, Г.М. Кутькова, А.Б. Лурье, В.Ф. Скробача, B.C. Шкрабака, А.К. Юлдашева и других ученых.

Вопросам совершенствования конструкций сельскохозяйственных машин, оптимизации параметров их рабочих органов и режимов функционирования МТА посвящены труды Л.Е. Агеева, Г.В. Веденякина. В.И, Виноградова, Б.Г. Волкова, А.П. Грибановского, Л.В. Гячева, Б.Д. Докина, Ф.С. Завалишина, А.А. Зангиева, С.А. Иофинова, В.В. Кацы-гина, Ю.ККиртбая, В.С.Красовских, В.Н.Кычева, А.И. Любимова, А.Б.Лурье, В.И. Мининзона, В.И. Мяленко, А.С. Павдюка. В.Д. Сакла-кова, В.Ф. Семенова. А.В. Николаенко, В.И. Фортуры, Р.Ш. Хабатова и других исследователей.

Важный вклад в решении вопросов создания посевных и почвообрабатывающих машин, внедрении почвозащитного земледелия в Казахстане и Западной Сибири принадлежит А.И. Бараеву и Т. С. Мальцеву.

Выполненный анализ исследований позволяет заключить, что недостаточно внимания уделяется согласованию параметров тракторов и машин-орудий, режимов их эксплуатации с позиций улучшения качественных показателей почвообработки и повышения урожайностей возделываемых культур применительно к зональным условиям работы МТА.

В качестве научной гипотезы исследований по изысканию путей повышения эффективности обработки почвы выдвигается следующая: «При воздействии тракторов, машин-орудий и режимов их функционирования формируется определенная структура обрабатываемого горизонта почвы, которая обуславливает изменения водно-воздушного, теплового режима, направленность и мобилизацию элементов питания растений. В результате влияния указанных факторрв происходит формирование урожая сельскохозяйственных культур различной величины. На основании этого рациональные параметры и режимы работы агрегатов должны обосновываться не только с позиций повышения производительности и снижения энергозатрат, но и с учетом сохранения и улучшения плодородия почв, создания наиболее благоприятных условий для роста и развития культурных растений в зависимости от исходного состояния почвы на конкретном поле».

В этом случае, возможно, значительно повысить эффективность отдачи гектара пашни (на 15-20%). То есть проблема повышения эффективности обработки почвы посредством обоснования рациональных параметров и режимов работы МТА с позиций влияния на фор-

различными машинами - орудиями выражаем уравнением второго порядка:

РкР=Р0[1+ е0(Ур2 -У0 2 )], (5)

где Рк;1. Р0 - соответственно значения тягового усилия на крюке трактора при скоростях движения Ур и У„;

с0 - коэффициент, учитывающий прирост тягового сопротивления при увеличении рабочей скорости движения МТА.

Рабочая скорость движения агрегата определяется из нелинейной системы уравнений, представляющей детерминированные зависимости вида:

Мг= (Р, + / ^ Л, / (1Ф тьр) + £ Мн;

»¡= п!(1)-{[МгМ1(1)1 ИО-пД+Щ/^М^НО-М^)]};

СТ1=^(1)-{|МгМ;(1)]|СТ1(1)-0Т1(И-1)/[М1(1+1)-М1(1)};

VI = 0,105 Як п; Г)5; / Ц ;

Ли = А0 + А, (Р/С,) + А2 (1 ;

Р1гаа,/С3>Р/Сэ,

(6)

где М;. п,. О., - параметры характеристики тракторного двигателя, задаваемые в виде кусочно-линейной функции;

/, Сэ - соответственно коэффициент сопротивления перекатыванию и эксплуатационный вес трактора;

Ьр, Лтр- соответственно передаточное число и к. п.д. трансмиссии;

С, -коэффициент, учитывающий потери на холостую прокрутку трансмиссии;

-динамический радиус колеса трактора;

Г)«, А0. А,. А2 -к.п.д. буксования движителей и коэффициенты

аппроксимации для его определения.

Тогда, совместное решение уравнения ( 5 ) и системы ( б ) будет определять взаимосвязь текущих значений выходных показателей. Решение выполняем итерационным методом, поскольку в явном виде это затруднительно и в результате приходим к трансцендентному уравнению.

При движении агрегата с постоянной скоростью вероятность того, что приведенное тяговое усилие на крюке трактора Р0 примет значение Р( в интервале варьирования определяем следующим образом:

п

Лг^/2 (7)

¡=1

где Б, - путь, проходимый агрегатом за время ^ с нагрузкой Р01,

Вероятность же того, что случайная величина действительного тягового усилия Р; примет значение Р„ в соответствующем интервале изменения запишется :

п п

1-1 ¿=1 В результате преобразования выражений (б) и (7) получаем функциональную связь меаду вероятностями попадания в определенный интервал приведенного и действительного тяговых усилий на крюке трактора:

и

/1=(/0,/У;)/( £ /оЛи (9)

1=1

На рис.1 приведена графическая интерпретация совместного решения уравнений (5) и (б), зависимости характера распределения плотностей вероятностей тягового усилия на крюке трактора при приведенной У0 и действительной V,, скоростях движения агрегата на отдельной передаче.

Определив вероятности работы агрегата в диапазонах изменения тяговых усилий на крюке, вычисляем математические ожидания выходных показателей по передачам согласно зависимостей:

математическое ожидание тягового усилия на крюке трактора:

л

Ркр=Е Ркр,/,: (Ю)

1=1

математическое ожидание буксования движителей :

5=2 б,/,; (11)

математическое ожидание рабочей скорости движения:

п

Ур=<Х /ЛУ; (12)

)=1

■ %-Р..Ч

Рис.1.Графическая интерпретация решения системы уравнений (5) и(6)

математическое ожидание тяговой мощности трактора:

й,=Кр.,,РК[)УР; (13)

математическое ожидание секундного расхода топлива двигателя :

(14)

/-1

математическое ожидание крутящего момента на коленчатом валу двигателя:

»

М,/г. (15)

г=1

математическое ожидание частоты вращения коленчатого вала двигателя:

п= {(1-8) £ /¡/[щ (1-5)]} (16)

¡=1

математическое ожидание эффективной мощности двигателя: Й=Км.„Мп; (17)

На рис.2 приведена теоретическая эксплуатационная тяговая характеристика трактора, показаны схема определения текущих значений математических ожиданий выходных показателей на отдельной рабочей передаче и принцип перехода с .¡'-той на (|+1)-ук> передачу.

— О - ^ о—

8.

/ ./ /

/

Ж

Рис. 2. Характер распределения нагрузки на крюке трактора при приведенной и действительной скоростях движения и принцип перехода с .¡-ой наО+1) передачу.

При агрегатировании трактора в различных условиях эксплуатации возникает необходимость оценки выходных показателей агрегатов во

всем рабочем диапазоне загрузки по тяге, определяемом не только изменчивостью агрофизических свойств почв по полям региона эксплуатации, но и параметрами машин-орудкй и режимами почвообработки.

Анализ многочисленных результатов тензометрирования машин-орудий с тракторами различных тяговых классов позволил выявить общие закономерности изменения энергетических характеристик МТА. На основании исследований предлагается в качестве основного оценочного показателя работы агрегатов использовать математическое ожидание секундного расхода топлива тракторного двигателя.

Установлено, что применительно к любым условиям эксплуатации расход топлива двигателей тракторов в составе МТА является функцией связи от ширины захвата машины-орудия, глубины обработки почвы и рабочей скорости движения. Уравнение аппроксимации имеет вид:

б^+Е^ЗрЬУр2, (18)

где бго - математическое ожидание затрат топлива на самопередвижение агрегата;

Е0 - коэффициент, учитывающий влияние состояния почвы и типа рабочих органов машин-орудий на интенсивность прироста расхода топлива двигателя от увеличения рабочей ширины захвата ( Вр), глубины обработки почвы (1\) и рабочей скорости движения (Ур).

Правая часть уравнения (18) включает непроизводительные затраты топлива (мощности) на перемещение агрегата по полю - первая составляющая. и затраты, обусловленные выполнением рабочего процесса - вторая составляющая.

Затраты топлива на самопередвижение агрегата при выполнении конкретного вида полевых работ пропорциональны эксплуатационной массе трактора и машины - орудия, а на различных технологических операциях зависят от конструктивных особенностей машин-орудий и режимов воздействия на почву:

СЗго = с0 ^(Сэ + Ом), (19)

где с 0 - коэффициент, учитывающий влияние веса агрегата на затраты топлива на его передвижение;

Га - коэффициент сопротивления качению агрегата;

См - эксплуатационный вес машины - орудия.

После преобразования полученного выражения (18) применительно к обрабатываемой среде имеем:

5т = с0 +Е0РУп/т„, (20)

где га а - эксплуатационная масса агрегата;

Р - усилие, затрачиваемое на обработку почвы;

V,,, т„ - соответственно объем и масса обрабатываемой почвы.

Математические ожидания рабочей скорости движения трактора в зависимости от коэффициента использования сцепного веса и других параметров с высокой степенью точности можно определить путем аппроксимации эксплуатационных значений скоростей движения по передачам (рис.2).После обобщения полученное выражение будет иметь вид:

УР=НВ Т}тр(А0+А,ф +А2 ф2)/( а (ф+ Г)), (21)

где Кн. Ху - соответственно номинальная мощность тракторного двигателя и коэффициент ее использования в эксплуатации;

Т) ф - кп.д. трансмиссии трактора;

ф - математическое ожидание коэффициента использования

сцепного веса трактора;

й-, - эксплуатационный вес трактора;

Г - коэффициент сопротивления качению трактора,

Величина математического ожидания секундного расхода топлива двигателя в рабочем диапазоне загрузки трактора по тяге на совокупности рабочих передач определится как:

вт = Х-от. (22)

где Ста, Лот - соответственно номинальный расход топлива тракторного двигателя и коэффициент его использования в эксплуатации.

Связь между номинальным расходом топлива двигателя и его номинальной мощностью представим в виде:

ота= н,.

(23)

где |>еН - удельный расход топлива двигателя при номинальной мощности.

Тогда, совместное решение уравнений (18-23) и будет представлять обобщенную характеристику МТА применительно к заданным условиям эксплуатации.

На рис.3 приведена обобщенная эксплуатационная тяговая характеристика трактора.

% Сг

% В

Рабочая ширина захвата машины - орудия для агрегатирования с трактором определится согласно:

ВР = - бтеУСЕо'Ь УРММ 2). (24)

Анализ уравнения свидетельствует, что ее величина прямо пропорциональна затратам топлива на совершение агрегатом полезной работы и обратно пропорциональна коэффициенту интенсивности прироста расхода топлива, глубине обработки почвы и квадрату рабочей скорости движения МТА.

Тогда получим выражение для определения математического ожидания чистой производительности агрегата в виде:

Р«Р

Рис.3. Обобщенная эксплуатационная тяговая характеристика трактора.

= (Сг - 5то)/(Е0 Ь Ур). (25)

А расход топлива агрегата на единицу обработанной площади вычисляем согласно:

=С„/(Вр \>р) + Е0 Ь \>р. (26)

На рис.4 приведена совмещенная эксплуатационная характеристика машинно-тракторного агрегата.

%

\кн Яга

Рис.4. Обобщенная эксплуатационная характеристика машинно-тракторного агрегата.

Из уравнений (24-26) следует, что приоритетными путями повышения производительности и снижения расхода топлива на единицу обработанной площади являются уменьшение затрат топлива на самопередвижение агрегата, глубины обработки почвы и степени активности поверхности рабочих органов машин-орудий, а также увеличение загрузки тракторов по тяге посредством увеличения ширины захвата при снижении рабочих скоростей движения агрегатов.

Используя полученные зависимости, представляется возможным выполнить анализ эффективности использования тяговых агрегатов на базе тракторов с различными параметрами при выполнении обработки почвы и посева применительно к реальным условиям эксплуатации,

оценить степень совершенства конструкций машин-орудий и тракторов, разработать практические рекомендации по их использованию и наметить перспективные направления развития техники.

В главе 3 приведены результаты моделирования эксплуатационных параметров и режимов работы МТА на основных, технологических операциях обработки почвы,

Используя ранее полученные функции связи, на первом этапе исследований оценивалось влияние выбора рабочих передач трактора (1тр.О, их структуры (с^), коэффициента вариации приведенного тягового сопротивления (Уо) и коэффициента пропорциональности «тяга- скорость» (£о) на математические ожидания рациональных и допускаемых режимов загрузки по тяге. Расчеты выполнялись на примере трактора Т-250 с использованием вычислительных методов планирования экспериментов. В результате реализации центрального композиционного плана второго порядка получены следующие высоко значимые уравнения связи:

А)р1ф„ас=0ЛЗ+0,0291тв-2,02Уо+1,72Ео+1.5бУ0; (27)

^„¡п = 1,54 + 0,0181^ -1,40(1 -0,88Уо - 0,40ео + 0,28^, (28)

где Яркрми, Ар*]»™ - соответственно математические ожидания максимально допускаемой загрузки трактора по тяге на передаче и минимальной рациональной с учетом структуры ряда передач.

Их анализ показывает, что рациональные и допускаемые режимы загрузки трактора по тяге на передачах существенно зависят от всех исследуемых факторов. Причем верхняя и нижняя границы загрузки на отдельной передаче прямо пропорциональны выбору передаточного числа трансмиссии и снижаются с ростом вариации нагрузки на крюке. Увеличение же интенсивности прироста тягового сопротивления с возрастанием рабочей скорости движения приводит к росту максимальной и снижению минимальной загрузки по передачам.

На основании полученных зависимостей определялся рабочий диапазон математических ожиданий загрузки трактора по передачам, и оценивалась эффективность использования мощности двигателя в зависимости от количества рабочих передач и их структуры. Расчеты показывают, что с увеличением количества рабочих передач от 4 до б возрастание коэффициента использования номинальной мощности двигателя трактора Т-250 в эксплуатации составляет 3% . Поэтому

дальнейшее усложнение коробки передач при отсутствии систем автоматического управления трансмиссией является не целесообразным.

К числу основных параметров трактора относятся эксплуатационная масса и номинальная мощность двигателя. От правильности их выбора существенно зависят выходные показатели почвообрабатывающих агрегатов. На основании разработанной математической модели проведен расчет изменения эксплуатационных показателей МТА при выполнении основной плоскорсзной обработки почвы ( рабочие органы КПШ и ПГ ) и отвальной вспашке (рабочие органы типа ПЛЖ-31) на базе перспективных гусеничных тракторов ОАО «Алтграк» имеющих различную массу и номинальную мощность двигателя.

Их анализ показывает, что при пропорциональном увеличении мощности двигателя и массы трактора за счет правильного выбора ширины захвата машины-орудия, возможно, получить близкий к линейному прирост производительности с увеличением коэффициента использования сцепного веса. Увеличение же мощности двигателя при неизменной массе трактора приводит к реализации ее за счет увеличения рабочих скоростей движения МТА, что обуславливает рост энергоемкости процесса почвообработки во второй степени, а, следовательно, даже при рациональном комплектовании агрегата темп прироста производительности с возрастанием загрузки трактора снижается.

Исследуя уравнение (25) на экстремум приходим к выводу, что максимум производительности МТА может быть получен при непроизводительных затратах топлива равных нулю и реализации потенциальных возможностей трактора за счет увеличения рабочей ширины захвата, чего невозможно достичь практически.

Минимум же расхода топлива на единицу обработанной площади выражается зависимостью:

§!а =тт при б7 = 2<3ТО, (29)

Учитывая, что расход топлива двигателя определяется согласно (18), получаем выражение для оптимального уровня энергонасыщенности трактора:

Эот = 2С0 /(Я*™&н). (30)

Величина коэффициента пропорциональности с0 зависит от условий эксплуатации агрегатов, параметров тракторов и режимов работы МТА. Диапазон его изменения в опытах составляет от 0.02 до 0.06 г/(кНс).

Значение коэффициента использования номинального расхода топлива двигателя определяется параметрами его характеристики, конструкцией трансмиссии и структурой ряда передач. Численные значения находятся в пределах от 0,85 до 1,00.

С учетом этого оптимальный уровень энергонасыщенности трактора в зависимости от выполняемых технологических операций изменяется в широких пределах: от 0,59 до 2,08 при средней величине 1,33. Причем, чем более энергоемкая операция, тем выше оптимальное значение энергонасыщенности трактора при условии рационального комплектования агрегатов.

На рис.5, приведены зависимости рациональной мощности двигателей тракторов ОАО «Алттрак» при выполнении основной обработки почвы в функции от коэффициента использования сцепного веса.

1,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Коэффициент использования сцепного веса трактора ^

Рис.5. Зависимость рациональной мощности двигателей от коэффициента использования сцепного веса тракторов

Соответствующие значения ширины захвата плоскорезов - глубоко-рыхлителей, чистой производительности агрегатов и расхода топлива на единицу обработанной площади представлены на рис.б.

110 135 1(0 169

Л/н,к6т

Рис.6. Зависимость выходных показателей плоскорезных МТА от уровня мощности двигателя при различной загрузке трактора по тяге (на примере Т-404).

Анализ графиков указывает на необходимость выпуска тракторов и машин-орудий нескольких уровней мощности и ширины захвата, позволяющих рационально использовать МТА во всем рабочем диапазоне загрузки по тяге на различных полях заданного региона эксплуатации.

Одним из путей снижения уровня энергозатрат при обработке почвы является повышение коэффициента использования номинального рас-

хода топлива двигателя, В этом плане предпочтительным является применение двигателей постоянной мощности с большим запасом по крутящему моменту, обеспечивающим в широком диапазоне загрузки

трактора Асы = 1,00.

В зависимости от условий эксплуатации и энергоемкости рабочих органов машин- орудий эффективность применения МТА в эксплуатации будет различна. Так, при изменении коэффициента пропорциональности Е0 от 0,5 до 1,5 гс/м4 ( что соответствует рабочим органам орудий от КПШ до ПТК) рациональная ширина захвата агрегатов и чистая производительность снижаются в 3,0 раза при соответствующем возрастании расхода топлива на единицу обработанной площади.

Если же агрегатировать тракторы на основных видах полевых работ с двумя вариантами ширины захвата машин-орудий на различных полях края, то эффективность обработки почвы значительно возрастает, диапазоны загрузки тракторов по тяге и рабочих скоростей движения будут находиться пределах требований агротехники ( таблица 1).

Таким образом, предлагаемые методы расчетов позволяют выполнять оценку целесообразности применения МТА в заданных условиях эксплуатации с энергетической точки зрения и с учетом предъявляемых требований по рабочим скоростям движения агрегатов. Для окончательного заключения и обоснования их параметров и режимов работы важно установить влияние агрегатов на агрофизические свойства почвы и урожайность зерновых культур опытным путем.

В главе 4 «Методика экспериментальных исследований» представлена общая программа и частные методики экспериментов, выполнено описание информационно-измерительной аппаратуры, применяемой при проведении опытов, и совокупности оценочных показателей работы МТА.

Задачами экспериментальных исследований являлись проверка правильности основных теоретических положений, выявление характера и структуры взаимосвязей элементов многомерной системы взаимодействий « почва - орудие - трактор», влияния на урожай отдельных составляющих при выполнении технологических операций обработки почвы и посева зерновых культур.

Испытания проводились на базе серийных (ДТ-75М, Т-4А Т-150К, К-701) и опытных моделей тракторов (Т-4М, Т-404, Т-250) при выполнении основных видов полевых работ (отвальная вспашка, плоскорезные обработки КПГ и КПШ, культивация, боронование и посев зерновых культур) с 1983 по 1999 год в условиях умеренно-засушливой

степной зоны Алтайского края.

Таблица 1

Технико-экономические показатели агрегатов на базе тракторов ОАО «Алтграк» для основной обработки почвы в Алтайском крае

Марка Кол- Вр, Ко, Ркр, V?, Бга,

трак- во м кН/м кН км/ч га/ч кг/га

тора корп.

лап

Отвальная вспашка, плуг типа ПТК

Т-402 б 2,1 11,5-16,7 29,1-38,4 9,1-7,2 1,92-1,51 12,5-15,9

9 3,1 6,2-11,5 25,3-39,3 10,3-7,1 3,24-2.22 7,4-10,8

Т-404 8 2,8 11,5-16,7 28,8-46,0 9,0-6,0 2,52-1.68 9,5-14,2

И 3,8 6.2-11,5 35,7-48,2 7,5-5,8 2,90-2,22 8,3-10,8

Т-250 10 3,5 11,5-16,7 48,3-63.9 9,1-7,1 3,18-2.47 12,6-16,2

14 4,9 6.2-11.5 40,0-62.2 10,7-7,2 5,22-3,55 7,7-11,3

Основная плоскорезная обработка почвы, плоско-

рез- глубокорыхлигель типа ПГ

Т-402 3 3,1 7,6-10,9 28,1-36,9 9,4-7,5 2,92-2,31 8,2-10.4

5 5,1 4,3-7,6 26,7-41,1 9,9-6,8 5,04-3,45 4,8-6.7

Т-404 4 4,1 7.6-10,9 34.5-46,1 7,7-6,0 3,18-2,47 7,6-9,7

6 6,1 4,3-7.6 30,2-47,6 8,7-5,8 5,29-3,56 4,5-6,7

Т-250 5 5,1 7.6-10,9 46,5-60,7 9,4-7,4 4,79-3,78 8,3-10,6

7 7.1 4.3-7,6 39,1-53,9 10,8-7,6 7,70-5.36 5,2-7,4

Мелкая плоскорезная обработка, культиватор плос-

корез типа КПП!

Т-402 7 6,3 7.6-10.9 31,1-38,3 8.7-7.5 5.47454 4,4-5,3

9 8.1 4,3-7,6 28.5-38,2 9,3-7,2 7,56-5,87 3,2-4.1

Т-404 9 8,1 7,6-10,9 38,1-47,6 7,1-5,8 5,76-4.72 4,2-5,1

11 9,9 4,3-7.6 33.5-45,2 8,0-6,1 7,88-6,05 3,0-4,0

Т-250 11 9,9 7.6-10,9 49,1-60,3 8,9-7,4 8,86-7.34 4,5-5.4

13 11,7 4.3-7,6 42.5-56,3 10.1-7.9 11,8-9.25 3.4-4.3

В работе использовались следующие методы исследований: лабораторные, лабораторно-полевые и эксплуатационные испытания МТА, полевые опыты, планирование экспериментов. Общая схема экспериментальных исследований приведена на рис, 9.

Рис.9, Общая схема экспериментальных исследований МТА

При проведении испытаний агрегатов определялись следующие показатели: тяговое усилие трактора, крутящий момент двигателя и на ведущих полуосях трактора, ход рейки топливного насоса, частота вращения коленчатого вала, пройденный путь, рабочая ширина захвата и глубина обработки почвы, гребнистость поверхности поля после обработки, сохранность стерни, агрегатный состав почвы, ее плотность и влажность по слоям горизонта в динамике, уплотнение почвы движителями тракторов, засоренность посевов и составляющие урожая зерновых культур в период уборки.

Обработка данных выполнялась на персональном компьютере по программе «Статистика».

В главе 5 «Результаты экспериментальных исследований» приведены многочисленные данные комплексной оценки МТА при выполне-

нии различных видов полевых работ.

Опыт показывает, что статистические характеристики показателей работы трактора в составе МТА зависят существенным образом от режимов работы, продолжительности реализации процесса и регистрируемого спектра частот колебаний внешней нагрузки. Испытаниями пахотного (Т-250+ПТК-9-35) и плоскорезного (Т-250+2КПГ-2,2) агрегатов установлено, что с увеличением длины реализации процесса обработки почвы от 80 до 540м происходит возрастание дисперсии внешних воздействий и степени тесноты связей законов распределения нагрузки на крюке с 0,90 до 0,98, причем начиная с 300м различия практически несущественны. Шаг дискретизации процесса является менее значимым фактором: при его уменьшении с 1с до 0,08с коэффициенты корреляции законов распределения внешней нагрузки находятся в пределах 0,98-0,99. Таким образом, при оценке статистик МТА продолжительность опытов должна быть не менее 300м. В этом случае имеем приближенно эргодический и стационарный процесс колебаний тягового сопротивления и для его оценки приемлемы вероятностно-статистические методы. Определяющими частотами, несущими до 80% мощности энергетического спектра, являются колебания до 2,5Гц.

Причем увеличение рабочей скорости движения агрегатов посредством перехода на повышенную передачу приводит с росту коэффициента вариации нагрузки на крюке до тех пор, пока двигатель работает на регуляторной ветви характеристики. С выходом на корректорный участок наблюдается снижение рассеяния текущих значений нагрузки, хотя математические ожидания при этом возрастают.

Для выявления взаимосвязей показателей исследуемой системы взаимодействий: тяговое усилие на крюке трактора - суммарный момент на ведущих полуосях - крутящий момент двигателя - частота вращения коленчатого вала - ход рейки топливного насоса, проводился корреляционно-спектральный анализ записей процессов при различных режимах нагружения. Анализ данных свидетельствует, что по мере увеличения загрузки двигателя при переходе на повышенную рабочую передачу возрастают дисперсии оцениваемых показателей, р усиливается степень тесноты их связей. С выходом на корректорный участок дисперсии силовых показателей снижаются, а частоты вращения коленчатого вала и хода рейки топливного насоса возрастают. В результате происходит нарушение взаимосвязей отдельных параметров системы и увеличивается их фазовый сдвиг.

При реализации второй серии опытов, когда рост загрузки двигателя достигался посредством увеличением глубины обработки почвы и ши-

рины захвата МТА при работе на отдельной рабочей передаче трактора, установлено, что имеется устойчивая связь показателей процессов при работе на регуляторной ветви характеристики. Различия дисперсий также не существенны, в отличие от значений на корректорном участке.

Полученные результаты дают основания считать, что при постоянной рабочей скорости движения МТА характер и структура взаимосвязей показателей остаются неизменными, а рассогласование работы элементов системы происходит вследствие нелинейности характеристики тракторного двигателя. Данный факт подтверждает справедливость предпосылок в расчетах о влиянии нелинейности параметров характеристики тракторного двигателя и непостоянства рабочей скорости движения на статистики и выходные показатели трактора.

При исследовании процессов работы МТА важно установить не только взаимосвязь текущих значений показателей, но и их математических ожиданий за опыт. С этой целью выполнялся анализ серий экспериментов, где в качестве варьируемого фактора принята рабочая скорость движения на различных видах полевых работ, а функциями отклика являлись статистики тягового сопротивления: математические ожидания, стандартные отклонения и коэффициенты вариации. Ширина захвата машин-орудий и средняя глубина обработки почвы на каждом из видов работ оставались неизменными. По результатам опытов выявлена высоко значимая квадратичная зависимость удельного сопротивления от рабочей скорости движения МТА (рис.10).

К 21-:-—----

1.6 ге го гг г.« г.в

Рябочия скорость двюяиия МТА. м/с *р

Рис.10. Зависимость удельного тягового сопротивления пахотного агрегата Т-250+ПТК-9-35 от рабочей скорости движения (И=25-27см)

В исследуемом диапазоне скоростей движения 1,39-2,65м/с для па'

хотного и 1,39-3,07м/с для плоскорезного агрегатов величина коэффициента пропорциональности е0 составляла соответственно 0,038 и 0,054с /м"\ Коэффициент вариации низкочастотной составляющей тягового сопротивления при этом увеличивался с 0,05 до 0,12. Высоко значимого же различия статистик при приведенной рабочей скорости движения агрегатов выявлено не было (при работе двигателя в режиме значительной недогрузки только на регуляторной ветви характеристики).

С целью проверки правильности разработанных в модели положений проводились тяговые испытания трактора Т-250 на стерневом фоне при нагружении плугом ПТК-9-35 и тягово-загрузочным устройством. Предварительно выполнялось торможение двигателя трактора на стенде через задний вал отбора мощности.

На рис.11 приведены графические зависимости параметров теоретической эксплуатационной тяговой характеристики трактора на передаче 2-2 и результаты опытов.

ки трактора Т-250 при нагружении плугом ПТК-9-35(2) и тягово-загрузочным устройством (3):(1 - V = 0; 2 - у = 0,05,««о-опытныс данные; 2 - = 0,12. опытные данные)

Проведенный анализ указывает на высокую статистическую связь экспериментальных данных и расчетных согласно модели. Коэффициенты парной корреляции средних значений часового расхода топлива двигателя, частоты вращения коленчатого вала и рабочей скорости движения находятся в пределах 0,95-0,98.

Взаимодействие рабочих органов машин-орудий с почвой приводит к формированию различной структуры обрабатываемого горизонта, тем самым создаются различные условия для развития культурных растений. Для установления статистических характеристик показателей почвенной среды под воздействием различных МТА и выявления количественных зависимостей проводились отборы проб почвы и составляющих урожая зерновых культур по различным приемам обработки (Опыт реализован в 1986-89гг. под руководством к.б.н. Красов-ских Ю.П. - 12вариантов, включая отвальную вспашку ПТК-9-35, плоскорсзную обработку ПГ-3-5 и КПШ-11, лущение ЛДГ-10, боронование БМШ-15 и др.) на поле племсовхоза «Обь» Калманского района.

В результате, по состоянию на период посева, получена следующая зависимость максимальной твердости почвы от ее плотности и влажности в слое 0-40см:

Тмакс = -14.8 + 24,бр - 0.26р \У, 11=0,83 (30)

где Тмакс, р. XV - соответственно твердость, плотность и влажность почвы по слоям горизонта.

Поверхность отклика имеет вид (рис. 12).

Анализ показывает, что твердость почвы прямо пропорциональна се плотности и обратно пропорциональна массе воды в единице объема. Причем ее стандартное отклонение в слое 0-10см максимально и составляет 3,8кг/см", в то время как в слоях 10-40см находится в пределах 2.5-2.7кг/см". Минимум же стандартного отклонения влажности почвы по слоям горизонта соответствует значению \У = 18-22% при средней плотности 1,07-1,28г/см3 и твердости 9.9-11,8кг/см2.

Исследование динамики влажности почвы по слоям горизонта в метровом слое в течение вегетационного периода свидетельствует, что минимум стандартного отклонения влажности соответствует слою горизонта 50-60см, причем абсолютная его величина от посева до уборки снижается с 2.5 до 1,0%. В тоже время, данный слой почвы имеют низкую корреляционную связь, как с выше - так и с нижележащими слоями. Наиболее высоко значимая связь существует между слоями 0-50см

(ЯИ),68-0,93) и 60-100см. (11=0,80-0,97) К уборке же усиливается связь слоев 80-100см со всеми выше лежащими слоями (11=0.62-0,96). То есть восстановление капиллярных связей между слоями горизонта в метровом слое происходит под воздействием корневой системы растений только к уборке.

га з,зо7 ЕЗ 4,614 СЭ 5,321 СЗ 7,229 □ 8,536 а 9,844 СО 11,151 Е23 12,458 ЕЛ 13,766 ЕЗ 15,073 Ю ЭЬоуэ

Рис.12. Зависимость максимальной твердости почвы от плотности и влажности в слое 040см

На момент созревания пшеницы отбирались пробы урожая по сравниваемым вариантам и оценивались следующие составляющие и их статистики: масса зерна в колосе, количество зерен в колосе, количество продуктивных стеблей, биологическая урожайность. При этом установлено, что масса ЮОО зерен линейно снижается с 31,0 до 19,9г с ростом количества стеблей на единице площади от 310 до бОЗшг/м2. Урожайность пшеницы с увеличением количества стеблей возрастает до определенного предела (20,1ц/га при Кст=405шт/м2), а затем снижается. Характер зависимости квадратичный.

Очевидно, данные зависимости следует учитывать при обосновании приемов воздействия на почву с целью достижения минимума энергозатрат при обработке и создания оптимальных характеристик ее состояния для культурных растений.

Реализация следующего этапа исследований предусматривала выяв-

лсние влияния параметров и режимов работы машинно-тракторных агрегатов на энергетические, агротехнические показатели почвообра-ботки и урожай пшеницы. Проводились сравнительные испытания тракторов ДТ-75М, Т-4А, Т-150К, К-701 в агрегате плоскорезами - глу-бокорыхлителями КПГ-250, КПГ-3-100, КПГ-4-100, ПГ-3-5. Исследования выполнялись комплексно, с применением методов планирования. Тип почвы - чернозем обыкновенный среднесуглинистого состава. В качестве варьируемых факторов для каждого из агрегатов приняты ширина захвата машины-орудия и глубина обработки почвы (по два уровня) (Таблица 2).

Таблица2

Факторы и их уровни

№ Марка трактора Ширина захвата МТА, Вр, м Глубина обработки почвы. Ь. см

1 2 1 2

1. ДТ-75М 2,1 3,1 20-22 25-27

2. Т-4А 3,1 4Д 20-22 25-27

3. Т-150К 2.1 3,1 20-22 25-27

4, К-701 4.1 5.1 20-22 25-27

Опытное поле разбивалось на 16 делянок, после чего, в соответствии с планом, проводилась их обработка при каждом из сочетаний факторов на рабочих передачах тракторов, способных обеспечить максимальные скорости движения МТА.

В результате обработки данных на компьютере получено следующее высоко значимое уравнение связи для определения среднего расхода топлива двигателей тракторов от сочетаний переменных:

5Т = 0.045СЭ + 0,97ВГ11УР:, (31)

Тогда, совместное решение уравнений (20) и (31) и будет определять рациональные режимы использования агрегатов с позиций реализации энергетических возможностей тракторов. Для условий эксперимента произведен расчет максимальных значений производительности агрегатов и соответствующего расхода топлива на единицу обработанной площади.

Установлено, что при. одних и тех же сочетаниях ширины захвата и глубины обработки, производительность МТА на базе К-701 в среднем

в 2,25 раза, а удельный расход топлива в 1.37 раза выше, чем у ДТ-75М. Соответствующие показатели на базе других тракторов в сравнении с ДТ-75М составляют: Т-150К- в 1,77 и в 1,05 раза, Т-4А - в 1,39 и в 1,06 раза,

Применение более энергонасыщенных тракторов при неизменной ширине захвата машин-орудий ведет к росту рабочих скоростей движения, а, следовательно, непроизводительных энергозатрат на обработку. В результате уменьшается сохранность стерни, растет ее стандартное отклонение. Средняя урожайность пшеницы в диапазоне рабочих скоростей движения 1,45-3,16м/с снижалась до 23%. С увеличением средней глубины обработки от 21см до 26см снижение урожая достигало 26%.

При сравнении результатов опытов по делянкам, обработанным колесными и гусеничными тракторами установлено, что применение последних обусловило прибавку урожая среднем на 1,6ц/га.

Поэтому рациональные параметры и режимы работы МТА следует выбирать с учетом влияния на агротехнические показатели и урожай.

Дальнейшие исследования были направлены на изучение влияния типа рабочих органов плоскорезов -глубокорыхлителей на агрофизические свойства почвы и урожай.

Согласно схемы эксперимента реализовывались опыты в составе агрегата К-701+ПГ-3-5 с рабочими органами типа ПГ и КПП в виде

двух блочных планов типа 3 2. В качестве варьируемых факторов приняты рабочая скорость движения МТА (1,3; 2,3; 3,3м/с) и глубина обработки почвы (0,19; 0,24; 0.28м).

По результатам энергооценки МТА выявлена высокая эффективность применения рабочих органов типа КПП, особенно на высоких скоростях. Так при Ур=3,3м/с в диапазоне глубины обработки 0.19-0,28м снижение секундного расхода топлива двигателя в сравнении с ПГ составляет от 0,49 до 0,70 г/с при уменьшении расхода топлива на единицу обработанной площади на 0.14-0,16г/м2.

С увеличением рабочих скоростей движения агрегатов наблюдается ухудшение устойчивости хода орудия по глубине, сохранность стерни при этом снижается, уменьшается высота гребней и их стандартное отклонение. С возрастанием глубины обработки почвы растет ее стандартное отклонение и сохранность стерни, Данный характер зависимостей справедлив для обоих рабочих органов, хотя количественные оценки отличаются. Так с точки зрения допускаемой сохранности стерни агрегат с рабочими органами ПГ не должен использоваться на скоростях движения свыше 1.5м/с, а КПП-2,0м/с. Требования по вели-

чине отклонения глубины обработки не выдержаны как рабочими органами ПГ, так и КПП. а по величине гребней на стыке проходов лап соблюдены только на минимальных скоростях при максимальной глубине обработки.

Тип рабочего органа оказывает существенное влияние на объемную массу почвы после обработки. При обработке рабочими органами ПГ в сравнении с КПП средняя плотность почвы в исследуемом диапазоне Ур и И ниже в слое 0-10см на 0.08г/см3, в слое 10-20см- на 0,0бг/см3, в слое 20-30см- на 0,03г/см3. В результате по состоянию на весенний период наблюдаются различия во влагонакоплении по зачетным делянкам. Применение рабочих органов КПП. уменьшение глубины обработки и рабочих скоростей движения приводит к увеличению запасов продуктивной влаги от 5,8 до 19,7%.

Полученная урожайность для сравниваемых рабочих органов существенно зависит от сочетаний рабочей скорости движения и глубины обработки почвы. При малых скоростях движения увеличение глубины обработки ведет к резкому снижению урожая (до 21-29%). При средних и высоких скоростях это различие составляет 15-18%. Осрсднен-ные данные структуры урожая при обработке почвы рабочими органами ПГ и КПП приведены на рис.14.

40

32

1 24

* 16

I

а-

31,5

Рабочие органы КП Рабочие органы ПГ

Кет/10, шт/м2 М1000, г Кэ/к, ил У, ц/га

Элементы структуры урожая пшеницы

Рис. 14. Элементы структуры урожая при плоскорезной обработке почвы рабочими органами КПГ и КПП

37,8

35,2

13,9

|2.б

Анализ показывает, что применение рабочих органов типа КПП на основной плоскорезной обработке почвы позволяет не только снизить затраты на почвообработку. но и получить прибавку урожая от 5,7 до 11,7%.

При реализации технологий возделывания зерновых культур важное значение принадлежит уплотнению почвы движителями тракторов. Для оценки величины энергозатрат при воздействии движителей различных тракторов на почву и формирование урожая пшеницы проводился специальный эксперимент.

По состоянию на период посева на опытном поле выделялось 4 зачетных делянки. Три из них укатывались след в след движителями тракторов Т-4М, Т-250 и К-700А. Затем проводилась предпосевная обработка почвы агрегатами из сцепки СП-11 и двух культиваторов КПЭ-3,8 на базе соответствующих тракторов при скоростях движения 1,6-2,1м/с. Четвертая делянка была контрольной и обрабатывалась агрегатом Т-4А+К1ТЭ-3,8 без предварительного уплотнения. Посев проводился на всех делянках агрегатом Т-4А+СП-11+ЗСЗП-3,6.

На основании обработки данных установлены следующие значимые уравнения связи:

(Зт = 0,040, + 0,055Яр, 11=0,97 (32)

К = 6,51 + 0.23 Гг (Вуш./Вр) Куд, 11=0,92 (33)

где Ыкр- среднее значение тяговой мощности трактора, кВт; К - удельное тяговое сопротивление агрегата. кН/м; Ь - средняя глубина обработки почвы, м; Вупл, Вр - соответственно ширина уплотняемого участка и захвата машины-орудия, м;

Куд - удельное давление движителей трактора на почву, кН/м2.

Расчеты показывают, что среднее увеличение удельного тягового сопротивления агрегатов при полном уплотнении обрабатываемой площади составляет от 0,9 кН/м (Т-4М) до 1,6кН/м (К-700А). Увеличение расхода топлива на единицу обработанной площади при этом равно 7-11%.

Ввиду того, что значительная часть топлива двигателя затрачивается на передвижение трактора и пропорциональна его массе, применение тракторов Т-250 и К-700А в сравнении с Т-4М ведет к возрастанию удельного расхода топлива (по площади) на 20-22 и 22-26% соответст-

венно (по неуплотненной и уплотненной поверхности).

Различия в интенсивности уплотнения почвы движителями тракторов обусловили формирование различной структуры урожая. В первую очередь количества стеблей пшеницы на единице площади, которое изменялось от ЗЗОшт/и" на неуплотненном участке до 676нгг/м2 при уплотнении движителем трактора Т-250. Пропорционально увеличению количества стеблей снижалась масса сорняков и масса 1000 зерен (соответственно с 4,7ц/га до 2.4ц/га и с 29,7г до 21,1г). Зависимость же урожая от количества стеблей квадратичная и ее максимум 17,6ц/га получен при Кст=469шт/м::.

Последействие влияния уплотнения проявилось и при определении урожая следующего года, когда участки обрабатывались по типовой технологии. В результате по итогам двух лет максимум средней урожайности составил 22,5ц/га на делянке без уплотнения. Соответствующие значения урожая при уплотнении почвы движителями тракторов Т-4М, Т-250 и К-700А составили 21,2ц/га, 20,1ц/га и 19,2ц/га, Одним из перспективных направлений совершенствования технологий возделывания зерновых культур является применение почвообрабатывающих посевных агрегатов, позволяющих за один рабочий проход выполнять до 5 технологических операций, включая предпосевную культивацию, посев, внесение удобрений, боронование, прикатывание. В настоящее время Рубцовский машиностроительный завод выпускает такой комплекс ППК-12,4. С целью выявления эффективности его применения в степной зоне края проводилась энергетическая и агротехническая оценки агрегата в составе К-701+ППК-12,4.

Установлено, что агрегат обладает достаточно высокой энергоемкостью, его удельное тяговое сопротивление (при 80% загрузке бункера семян и удобрений) при использовании с трактором К-701 составляет 3,0-6,ОкН/м на средних скоростях движения 3.25-1,82м/с и глубинах обработки почвы 2,0-8,0см. Поэтому с точки зрения соблюдения требований качества обработки почвы комплексом и заданного в технической характеристике диапазона рабочих скоростей движения средняя глубина обработки не должна превышать 4.0-5.0см. а по предельно допускаемому буксованию движителей - 6,0см.

Сравнение данных плотности почвы по слоям горизонта при проходе агрегата К-701+ППК-12.4 свидетельствует о существенном ее уплотнении. особенно в местах прохода след в след колес трактора и бункера : увеличение средней плотности в слое 0-40см составляет от 0,13 до а.20г/см\(/>«?./б).

Наибольшее абсолютное значение плотности получено в слое 20-ЗОси на всех сравниваемых вариантах, а максимальная относительная величина уплотнения имеет место в слое 10-20см.

§ 1.2 X

Е Ё

1,1

Вне следа

ППК-12,4

К-701+ППК-12.4

1,39

1,29 :

1,25

1,2

1,1 :

1,05 !

1,43

. 1.3

1,31

1,35

1,29 I

1,21 I

0-10 10-20 20-30

Слой почвенного горизонта, см

30-40

5

Рис. ^Гистограммы плотности почвы по слоям горизонта по следу агрегата К-701+ППК-12,4 и вне при посеве

В результате избыточного уплотнения почвы снижение урожая пшеницы в местах прохода колес К-701 и семенного бункера след в след составляет 25%.

Анализ структуры почвы после обработки свидетельствует, что как по следу движителей агрегатов, так и вне, в распределениях преобладают фракции размером менее 0,5мм, 1,0-2,Омм и более 10мм. Почвенные агрегаты размером 0,5-1,0, 2.0-3,0, 3,0-5,0, 5,0-7,0, 7,0-10,Омм составляют незначительную часть в общей массе - от 2,9 до 5,8%.

В целом, по содержанию мелких фракций опытное поле можно отнести к эрозионно-опасным ( 62,5-52,4% на нем составляют частицы менее 1,0мм в поверхностном слое). Это диктует необходимость в проведении почвозащитных мероприятий. Применение почвообрабатывающего посевного комплекса способствует увеличению водопрочных микроагрегатов, что является благоприятным в плане структурообра-зования почвы.

Исследование структуры урожая при различных вариантах комплектования агрегата К-701+ППК-12.4 (с катками и боронами) позволяет заключить, что при посеве агрегатом К-701+ППК-12.4 по обработан-

ному с осени полю применение катков дает среднюю прибавку урожая 1,5 ц/га в сравнении с боронами, главным образом за счет увеличения продуктивной кустистости растений и количества зерен в колосе.

Выводы п рекомендации

1.Анализ процессов работы МТА с учетом системы взаимодействий «почва - орудие - трактор» и применение вероятностно - статистических методов оценки входных и выходных переменных позволили получить уравнения связи их изменения в эксплуатации не только на отдельном поле, но и на их совокупности зоны использования в виде математической модели.

Проверка адекватности модели выполнена по результатам испытаний почвообрабатывающих и посевных агрегатов на основных видах полевых работ. Обоснование параметров и режимов работы МТА проводилось на основе полученной математической модели с позиций минимизации воздействия агрегатов на почву, соблюдения требований качества ее подготовки и влияния на урожай зерновых культур, выявленных опытным путем за счет широкой постановки экспериментальных исследований.

2. С использованием разработанной обобщенной вероятностно- статистической математической модели решен комплекс задач по обоснованию и внедрению рациональных параметров и режимов работы МТА на основе энерго - ресурсосбережения, сохранения почвенного плодородия и повышения урожая. Проведенные расчеты указывают на необходимость проектирования параметров тракторов и машин - орудий с учетом принципа зональности.

Ввиду значительной изменчивости обрабатываемой среды и применяемых машин - орудий следует предусматривать возможность выпуска тракторов с различными уровнями мощности двигателей. Рациональный диапазон мощности двигателей для тракторов ОАО «Алтт-рак» при использовании на основных видах полевых работ составляет: Т-402- 130-160 кВт, Т-404 - 147-180 кВт, Т-250 - 182-221 кВт.

3. Существующие конструкции машин- орудий и их рабочих органов не обеспечивают требуемого качества обработки почвы и посева на скоростях движения более 2,3м/с. Дальнейшее увеличение рабочих скоростей приводит к нарушению рациональных соотношений различных почвенных фракций при обработке вследствие разрушения почвы после значительного смятия. Для согласования рабочих диапазонов скоростей движения современных тракторов и машин - орудий с целью

обеспечения эффективного их использования возникает потребность проектирования широкозахватных агрегатов, а это предъявляет повышенные требования к выравненности полей.

Наиболее эффективное использование тракторов ОАО «Алттрак» будет достигнуто при агрегатировании с ними машин и орудий, позволяющих ступенчато изменять рабочую ширину захвата. Это позволит обеспечить рациональное комплектование МТА при выполнении полевых работ в различных условиях эксплуатации, существенно повысить производительность и снизить расход топлива на единицу обработанной площади (Таблица 1).

4. В условиях умеренно - засушливой степи Алтайского края перспективным направлением обработки почвы является ее минимизация с применением рабочих органов ПГ, КПШ и КПП. Применение отвальной вспашки хотя и позволяет снизить засоренность, но при этом создает излишне рыхлое сложение пахотного горизонта, а систематическое проведение мелких поверхностных обработок переуплотняет почву и увеличивает засоренность полей. В том и другом случае наблюдается снижение урожая на 11-18%.

5. Рабочая скорость движения плоскорезных агрегатов и глубина обработки почвы оказывают высокозначимое влияние на энергетические, агротехнические показатели , агрофизические свойства почвы и урожай зерновых культур. При средней влажности почвы 12-14% наибольший эффект от применения рабочих органов ПГ достигнут на скоростях движения Ур= 1.5-2,2м/с и 1г=18-20см, рабочими органами КПП и КПШ при Ур=1,5-2,5м/с иЬ=14-16см.

Влияние скорости движения посевных агрегатов на базе сеялок СЗП-З.б на отдельные составляющие структуры урожая несколько различается. Так максимум массы ЮООзерсн получен при Ур=1,5-1.7м/с. количества зерен в колосе при \ф=1,9-2,1м/с, а биологической урожайности пшеницы при Ур=2,1-2,3м/с. Поэтому скорость движения посевных агрегатов должна находиться в пределах 1,5-2,3м/с при влажности почвы 18-24% и плотности 1,15-1.25г/см3.

Внедрение рациональных приемов обработки почвы, параметров и режимов работы агрегатов на базе серийных тракторов ДТ-75М, Т-4А, К-701 в рамках энерго - ресурсосберегающей почвозащитной системы земледелия позволило в племсовхозе «Обь» Калманского района повысить качество обработки почвы и посева, снизить на 12-18% затраты на ГСМ, увеличить урожайность пшеницы на 9-14%, что обеспечило снижение себестоимости производства зерна на 11 -16%. 6. Использование технологии возделывания зерновых культур с при-

менением почвообрабатывающего посевного комплекса ППК-12,4 в зоне умеренно - засушливой степи края позволило получить экономический эффект в размере 355,1 тыс. рублей при годовой выработке агрегата 1500га. Применение комплекса было оправданным при получении прибавки урожая более 10% в сравнении с базовой технологией. 7. Внедрения разработанных рекомендаций по обоснованию параметров и режимов работы почвообрабатывающих и посевных агрегатов на базе перспективных тракторов ОАО «Алттрак» Т-250, Т-404 и Т-402 в условиях умеренно - засушливой степи Алтайского края позволило повысить производительность МТА и снизить величину погектарного расхода топлива на 7-34 % . снижение эксплуатационных затрат при этом составит 4-17 %.

Современные тракторы последнего поколения, согласно принятой системе машин, рассчитаны на выполнение полевых работ в диапазоне рабочих скоростей движения 2,5-4,2м/с. Учитывая это, а также результаты проведенных исследований, при обосновании параметров и режимов почвообрабатывающих и посевных агрегатов возникает необходимость учитывать агротехнические требования по скоростям движения МТА и ширине захвата машин - орудий с позиций рационального воздействия на почву и формирования урожая.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Беляев В.И. Теоретические предпосылки к обоснованию передаточных чисел трансмиссии гусеничного трактора класса 5,- Молодые ученые и специалисты Алтая в борьбе за ускорение научно-технического прогресса: Тез. докл. к конференции. - Барнаул, 1985.-С.56-57.

2. Красовских B.C., Беляев В.И., Щеглов С.П. и др. Влияние режимов работы трактора на характер и структуру взаимосвязей его параметров. -Резервы повышения эксплуатационных качеств сельскохозяйственных тракторов: Сб. Научн. Тр. ЧИМЭСХ,- Челябинск, 1986,- С,44-49.

3. Беляев В.И. Влияние вероятностно-статистических характеристик эксплуатационных показателей трактора на производительность и топливную экономичность МТА, - Молодые ученые и специалисты Алтая -народному хозяйству: Тез. докл. к конференции,- Барнаул, 1986,-С.27-29.

4. Беляев В.И., Щеглов С.П.. Сальников Г.В. Оптимизация режимов работы сельскохозяйственного гусеничного трактора класса 5 на основной обработке почвы. - Повышение эффективности эксплуатации и

ремонта машинно-тракторного парка: Сб. научн. тр. Алтайского СХИ,-Барнаул, 1987.- С.99-103.

5. Красовских B.C., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Пути повышения эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов на основной плоскорезной обработке почвы. - Вклад молодых биологов в решение вопросов продовольственной программы и окружающей среды: Тез. докл. к конференции,-Улан-Уде, 1987,-С.151-152.

6. Беляев В.И. Обоснование эксплуатационных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов. - Повышение эффективности эксплуатации и ремонта машинно-тракторного парка: Сб. научн. тр. Алтайского СХИ,- Барнаул, 1987,-С.46-53.

7. Беляев В.И. Повышение эффективности МТА совершенствованием параметров ступенчатой трансмиссии трактора.- Автореферат диссертации канд.техн.наук,- Ленинград- Пушкин, 1987.-16с.

8. Красовских B.C., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Сравнительные технико-экономические показатели тракторов общего назначения на основной плоскорезной обработке почвы в степных районах края,- Роль Алтайского края в решении продовольственной программы: тез. докл. к конференции,- Барнаул, 1987,- С.47-49.

9. Красовских B.C., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Экспериментально-расчетный метод определения эксплуатационных показателей машинно-тракторных агрегатов. - Роль энергетики и агрегатирования в повышении технического уровня сельскохозяйственных машин: Тез. докл. Всесоюзной научн.-техн. конференции,-Москва, 1987,- С.40-42.

10. Беляев В.И. Моделирование эксплуатационных показателей трактора с учетом системы взаимодействий «почва- орудие- трансмиссия-двигатель»,- Повышение эффективности ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники: Сб. научн. тр. Алтайского СХИ,- Барнаул, 1988.- С.35-42.

П.Беляев В.И., Коваль И.Н. Обоснование эффективности использования почвообрабатывающих агрегатов. - Повышение эффективности ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники: Сб. научн. тр. Алтайского СХИ,- Барнаул, 1988,- С.46-55.

12. Красовских B.C., Беляев В.И., Красовских Ю.П., Павлюченко Г.В. Влияние режимов работы плоскорезных агрегатов на агрофизические свойства почвы и урожай. - Проблемы экологии и рационального при-родоиспользования: Тез. докл. Всесоюзной научн. практ. конференции,- Барнаул, 1989,-С.137-138.

13. Красовских Ю.П.., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Минимальная обработка почвы на черноземах обыкновенных колочной степи Алтай-

ского края. - Проблемы экологии и рационального природоиспользова-ния: Тез. докл. Всесоюзной научн. техн. конференции. - Барнаул, 1989.-С.138-140.

14. Красовских B.C.. Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Сравнительный анализ показателей обработки почвы плоскорезами глубокорыхлителями с тракторами тяговых классов 3-5. -Механизация и автоматизация технологических процессов в агропромышленном комплексе: Тез. докл. Всесоюзной наун. пракг. конференции,- Москва,

1989,- С.14-15.

15. Беляев В.И., Сериков В.Н. Зависимость составляющих урожая пшеницы от параметров агрегатов для основной обработки почвы. -Рациональное использование и ремонт сельскохозяйственной техники: Сб. научн. тр. Алтайского СХИ. - Барнаул, 1990,- С. 15-19.

16. Беляев В.И. Основы оптимизации системы машин для обработки почвы в растениеводстве. - Рациональное использование и ремонт сельскохозяйственной техники: Сб. научн. гр. Алтайского СХИ,- Барнаул, 1990,- С.23-27,

17. Красовских B.C., Беляев В.И. Оценка тяговых энергозатрат пахотных агрегатов. - Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. -

1990,-№3,- С.87-91.

18. Беляев В.И. Влияние приемов основной обработки почвы на эффективность использования почвообрабатывающих агрегатов. - Проблемы АПК в условиях рыночной экономики: Тез. докл. юбил. научн. практ. конференции. - Новосибирск, 1996,- С.213-214.

19. Красовских B.C., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Результаты энергооценки почвообрабатывающих агрегатов при уплотнении почвы движителями тракторов. - Проблемы АПК в условиях рыночной экономики: Тез. докл. юбил. научн. практ. конференции. - Новосибирск, 1996,-С.221-222.

20. Беляев В.И. Комплексная оценка эффективности применения различных типов рабочих органов плоскорезов - глубокорыхлителей в составе МТА. - Механизация технологических процессов в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности: Сб. научн. тр. АГАУ. - Барнаул, 1997. - С. 123-129,

21. Беляев В.И. Влияние параметров тракторов и режимов основной плоскорезной обработки почвы на агрофизические свойства почвы и урожай. - Механизация технологических процессов в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности: Сб, научн. тр. АГАУ. -Барнаул. 1997,-С.129-132.

22. Красовских B.C.. Беляев В.И.. Соколов В.В. и др. Конструкция

плуга для агрегатирования с трактором Т-250. - Алтайский центр научно-технической информации. - Барнаул, 1998,-№188,-4с.

23. Красовских B.C., Беляев В.И., Соколов В.В. и др. Конструкция плоскореза- глубокорыхлителя для агрегатирования с трактором Т-250. - Алтайский центр научно-технической информации. - Барнаул, 1988,-№186,-4с.

24. Красовских B.C., Беляев В.И., Соколов В.В. и др. Конструкция культиватора- плоскореза для агрегатирования с трактором Т-250,-Алтайский центр научно-технической информации. - Барнаул, 1998.-№187.-4с.

25. Беляев В.И., Красовских B.C., Соколов В.В. и др. Пути повышения эффективности обработки почвы. - Производство продукции сельского хозяйства в Алтайском крае в современных условиях: проблемы и решения. Мат. per. научн. практ. конференции. - Барнаул, 1998,- С.314-318.41.

26 Беляев В.И., Павлюченко Г.В., Соколов В.В. Обоснование приемов основной обработки почвы в условиях степных и лесостепных районов Алтайского края. - Производство продукции сельского хозяйства в Алтайском крае в современных условиях: проблемы и решения. Мат. per. научн. практ. конференции.- Барнаул, 1998,- С.284-285.42.

27. Беляев В.И. Моделирование работы машинно-тракторных агрегатов в эксплуатации. - Производство продукции сельского хозяйства в Алтайском крае в современных условиях: проблемы и решения. Мат. Per. научн. практ. конференции. - Барнаул, 1998.-С.288-291.Ч2.

28. Красовских B.C., Соколов В.В., Беляев В.И. К вопросу о создании на базе Алтайского государственного аграрного университета центра совершенствования конструкций, испытаний и маркетинга тракторов и сельскохозяйственных машин,- Совершенствование технологий и технических средств в АПК.- Мат. юбил. научн. практ. конференции.-Барнаул, 1999,- С, 1-5. 42.

29. Беляев В.И., Веретенников П.Д., Савилов A.A. и др. Сравнительная энергооценка агрегатов для основной обработки почвы,- Совершенствование технологий и технических средств в АПК.- Мат. юбил. научн. практ. конференции,-Барнаул, 1999,- С. 13-18.42.

30. Веретенников П.Д., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Влияние параметров и режимов работы пахотного и посевного агрегатов на агрофизические свойства почвы и урожайность яровой пшеницы,- Совершенствование технологий и технических средств в АПК,- Мат. юбил, научн. практ. конференции,-Барнаул, 1999,-С. 18-20.

31. Савилов A.A.. Беляев В.И., Щербинин В.В. Анализ агротехниче-

ских и технико - экономических показателей агрегатов на мелкой плоскорезной обработке почвы,- Совершенствование технологий и технических средств в АПК,- Мат. юбил. научн. практ. конфсренции,-Барнаул, 1999,- С.20-24. 42.

32. Сухотерин Е.В., Беляев В.И., Павлюченко Г.В. Оценка эффективности применения тракторов Т-250 и Т-404 на основной обработке почвы,- Совершенствование технологий и технических средств в АПК.- Мат. юбил. научн. практ. конференции.- Барнаул, 1999,- С.24-27. 42.

33. Беляев В.И. Обоснование мощности двигателей ОАО «Алтайди-зель» для тракторов ОАО «Алттрак» при работе в составе МТА на основных видах полевых работ,- Наука - городу Барнаулу,- Тез. докл. науч.-практ. конференции,-Барнаул, 1999.-С.62-63.

34. Беляев В.И., Демин В.А., Костров П.И. Патент RU № 2141183 С1 6А 01 В35/25. Рабочий орган культиватора.-1999.

35. Беляев В.И. Совершенствование технологий производства зерна в степных районах Алтайского края.-Почвозащитная обработка почвы: жизнеспособный вариант устойчивого земледелия в странах СНГ,-Мат. Междунар, семинара,-Астана, 1999.-С.57-61.

36. Беляев В.И. Возможности минимизации обработки почвы в Алтайском крае, - Междунар. инф. бюллетень.- Луцк. 2000.-С,9.

37.Беляев В.И., Красовских B.C., Комаров А. А. и др. Посевной почвообрабатывающий комплекс - основной элемент в реализации энергосберегающих технологий. - Повышение устойчивости АПК Алтайского края. - Мат. третьей научно - практической конференции. - Барнаул, 2000. - С.160-162.

38. Беляев В.И., Морковкин Г.Г., Зуборев А.А. и др. Обоснование нормы высева семян пшеницы в степной зоне Алтайского края - Алтайский центр научно-технической информации. - Барнаул. 2000,- №186,-4с,

39. Беляев В.И.. Морковкин Г.Г., Зуборев А.А. и др. Результаты энергетической и агротехнической оценки почвообрабатывающего посевного комплекса ППК-12,4 в степной зоне Алтайского края. - Алтайский центр научно-технической информации. - Барнаул, 2000,- №186,- 4с.

40. Беляев В.И. Теоретические предпосылки к оптимизации параметров и режимов работы машинно - тракторных агрегатов. -Совершенствование систем автомобилей, тракторов и агрегатов. - Мат. 11 Междунар. конф,- Барнаул. 2000.-С. 124-127.

41.Беляев В.И., Красовских B.C. Основные направления, совершенствования почвообрабатывающей посевной техники для реализации тех-

нологий энергоресурсосбережения в Алтайском крае. - Энсрго- и ресурсосбережение в земледелии аридных территорий,- Мат. Междунар. конф.- Барнаул., 2000.-С. 15-20,

42.Беляев В.И. К вопросу рационального использования почвообрабатывающей техники. -Алтай: село и город.-2000,-№12,- С. 13.

43. Беляев В.И, Основы оптимизации параметров и режимов работы почвообрабатывающих и посевных агрегатов. - Технологическая политика в современном земледелии. - Мат. научн.-практ. конф. По общему земледелию. - Барнаул, 2000.-С.7-9.

44. Беляев В.И. Почвообрабатывающий посевной комплекс ППК-12,4 -результаты и перспективы эффективного использования в степной зоне Алтайского края. - Барнаул.: АГАУ, 2000,- 87с.