автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы агрегата для полосного подсева трав в дернину путём оптимизации параметров и режимов работы активного дискового рабочего органа

На правах рукописи

Юнин Вячеслав Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АГРЕГАТА ДЛЯ ПОЛОСНОГО ПОДСЕВА ТРАВ В ДЕРНИНУ ПУТЁМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ АКТИВНОГО ДИСКОВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА

Специальность 05.20.01 - "Технологии и средства механизации сельского хозяйства"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - Павловск, 2004

Работа выполнена в Северо-Западном научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (СЗНИИМЭСХ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент Россельхозакадемии, Попов Владимир Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

заслуженный деятель науки и техники РФ академик Международной Академии аграрного образования Сечкин Василий Семенович;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Клейн Вячеслав Федорович.

Ведущая организация - Северо-Западная МИС

Защита диссертации состоится "4" ноября 2004г. в 900 часов на заседании диссертационного совета К 006.054.01 в Северо-Западном научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу: 196625, Санкт-Петербург- Павловск, п.о. Тярлево, ул. Фильтровское шоссе д. 3 ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СЗНИИМЭСХ. Автореферат разослан "2" октября 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Черей Н.Н.

ттт

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Низкий уровень продуктивности значительной части сельскохозяйственных угодий, занятых под кормовыми культурами, и сокращение их площадей обусловлено плохим культуртехническим состоянием и недостаточным комплексом технических средств по уходу за лугами и пастбищами. С целью создания благоприятных условий для роста и развития трав, необходимо своевременно проводить обработку дернины лугов и пастбищ и вводить в травостой ценные кормовые травы с применением более эффективной почвообрабатывающей техники, позволяющей обрабатывать дернину за минимальное количество проходов машинно-тракторных агрегатов по полю.

Обработка почвы - наиболее трудоемкая операция при коренном улучшении выродившихся сенокосов и пастбищ, поэтому экономически выгоднее применение агротехнических приемов и технологических средств, позволяющих продлить срок продуктивной эксплуатации естественных сенокосов и пастбищ без перезалужения.

Значительное улучшение агрофизических свойств почвы возможно при обработке ее без оборота пласта с заделкой дернины в верхнем (0...100 мм) слое. При заделке измельченной дернины в верхнем слое не образуется почвенной корки, благодаря чему улучшается водопроницаемость и воздухообмен, накапливается больше влаги и почва разуплотняется, увеличивается содержание органического вещества в верхнем слое почвы, улучшается структура, что обуславливает повышение плодородия почвы.

Наиболее эффективным при улучшении кормовых угодий является фрезерная обработка задернелых почв. Процесс рыхления почвы сопровождается упругими и пластическими деформациями сжатия, сдвига, разрыва, а также перемещением отдельных частиц с трением друг о друга и, о рабочие органы.

Применение подсева семян трав в дернину комбинированными сельскохозяйственными агрегатами, особенно бобовых, позволяет увеличить продуктивность угодий и сбалансированность получаемых кормов по белку при снижении расхода топлива, металла, затрат труда, количества вносимых азотных удобрений и переуплотнения почвы из-за выполнения ими нескольких технологических операций за один проход.

Цель исследования. Повышение эффективности работы агрегата для полосного подсева трав в дернину путём оптимизации параметров и режимов работы активного дискового рабочего органа.

В соответствии с поставленной целью выдвигаются следующие основные задачи исследования:

1. Обосновать тип рабочих органов в комбинированном агрегате для обработки задернелых почв в условиях Северо-Запада;

2. Определить параметры и режимы! ГЯ^Т^Ц^и^^ЙШдЫкжЯП органа;

! ъ^Рш

4. Определить удельную энергоемкость обработки почвы дисковым ротационным рабочим органом.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является активный дисковый рабочий орган для обработки задернелых почв и почв засоренных камнями.

Методология и методы проведенного исследования. Теоретические исследования проведены с применением методов теоретической механики и прикладной математики. Экспериментальные исследования проведены на специально изготовленной лабораторно-полевой установке в полевых условиях с использованием методов математического моделирования, планирования многофакторного эксперимента. Результаты экспериментов обработаны методами математической статистики.

Достоверность технологических режимов и параметров рабочих органов, обеспечивающих выполнение агротехнических требований, проверены в производственных условиях на экспериментальной установке.

Сбор первичной информации, планирование наблюдений и обработку экспериментов осуществляли в соответствии с ГОСТ 20915-75, ОСТ 70.4.2-80 и другими нормативными документами.

Научная новизна. Получены математические модели:

- взаимосвязи угловой скорости вращения ротора, междискового расстояния и угла наклона диска на энергоемкость и качество обработки почвы;

- воздействия почвы на дисковый рабочий орган и предложена методика расчета параметров диска.

Определены параметры и режимы работы дискового рабочего органа в зависимости от свойств почвы.

Практическая значимость полученных результатов. На основании проведенных исследований обосновано применение и определены оптимальные параметры активных дисковых рабочих органов для обработки задерне-лых почв, обеспечивающих минимальную энергоемкость процесса и необходимые качественные показатели работы.

Результаты исследований могут быть использованы конструкторскими бюро при заводах выпускающих сельскохозяйственную технику, для создания конкурентно способных почвообрабатывающе-посевных агрегатов к тракторам различного класса и существенно снизить ресурсопотребление при поч-вообработке.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на четвёртом международном Санкт-Петербургском коллоквиуме 1ЛМРЕ по теме «Полевые эксперименты - для устойчивого развития сельской местности», сделаны выступления на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов в СПбГАУ в 2002 и 2003 гг.

Публикации. По результатам исследований опубликовано семь печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Содержит 158 страниц, в том числе 129 страницы основного текста, 51 рисунок, 6 таблиц. Список литературы включает 105 наименований, в том числе 5 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы и общая характеристика работы.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» проведен анализ основных приемов улучшения кормовых угодий Северо-Западного региона. Отражено состояние кормопроизводства и причины, сдерживающие его. Описаны технологии перезалужения лугов и пастбищ, приведены их достоинства и недостатки. Выполнен анализ основных исследований по полосному подсеву семян трав в дернину, обоснованию параметров рабочих органов и режимов работы почвообрабатывающих орудий с активными рабочими органами таких ученых как: Горячкина В. П., Азаренко В. В., Бахтина П. У., Вайнруба В. И., Вершинина В. Н., Геркулесова Ю. Л., Далина А. Д., Жука А. Ф., Клейна В. Ф., Кормановского Л. П., Кормщикова А. Д., Марченко О.С., Павлова П. В., Панова И. М., Серебровой И. В., Сечкина В. С, Синеокова Г. Н., Смелова С. П., Сысуева В. А., Циммермана М. 3., Черея Н. Н., Яцука Е. П., и многих других, связанных с разработкой ресурсосберегающих технологий и созданием новых технических средств для перезалужения сенокосов и пастбищ. Недостаточное внимание к проведению работ по уходу за лугами и пастбищами, отсутствие необходимого комплекса машин для их выполнения -основные причины низкой продуктивности значительной части сельскохозяйственных угодий и сокращение их площадей. Описаны технологические требования к обработке почв и посеву семян трав. Рассмотрены основные типы задернелых почв, и описаны их физико-механические свойства, такие как твердость, плотность, механический состав, влажность и коэффициент трения. Выделены основные виды трав и травосмесей, рекомендуемых для посева в дернину на лугах и пастбищах.

Сделан анализ результатов исследований по обоснованию параметров и режимов работы почвообрабатывающих рабочих органов комбинированных ротационных машин. Обосновано использование ротационных рабочих органов в комбинированном агрегате для обработки задернелых почв. Определена конструктивно-технологическая схема комбинированного агрегата для ротационной обработки задернелых почв при полосном посеве семян трав в дернину. Выявлены особенности технологического процесса, выполняемого активными рабочими органами, определено влияние конструктивных и технологических параметров ротационных рабочих органов на энергоемкость обработки почвы, рассмотрены различные типы дисковых роторов. Проанализированы способы обработки дернины и рабочие органы. Дан анализ развития

технических средств и сравнительные характеристики фрезерных и дисковых рабочих органов. В результате анализа установлено, что наиболее рациональным для условий Северо-Запада с содержанием камней в почве 45 % целесообразно применение дисковых рабочих органов.

Во ВТОРОЙ главе «Теоретические исследования» даны теоретические исследования технологического процесса обработки почвы ротационными рабочими органами.

В данном способе обработки предлагается использовать дисковые рабочие органы, которые будут обрабатывать почвенный пласт.

В качестве рабочих органов используются диски, расположенные на горизонтальном валу под определенным углом наклона к оси вращения, с приводом от ВОМ трактора. При вращении вала, когда поступательная скорость агрегата равна нулю, каждая точка диска движется по круговой траектории. Плоскости траекторий всех точек диска параллельны между собой, и их центр вращения находится на осевой линии ротора.

Основные конструктивные параметры ротора (рис. 1): диаметр дисков междисковое расстояние и угол атаки дисков

Расстояние £является подачей на один оборот диска: сг _ К _ 2к-У,

па, 0)

где Vn - поступательная скорость движения агрегата, м/с; п - частота вращения ротора, мин"1; со - угловая скорость вращения ротора, с'1.

Подача - один из основных технологических параметров, определяющих степень крошения обработанной почвы. За один оборот вала лезвие диска дважды прорежет почву, отделив при этом стружку. Каждая точка лезвия описывает одинаковые кривые, смещенные относительно друг друга на величину подачи 5, и формирует стружку переменного сечения.

Основные кинематические закономерности, полученные для фрезерных рабочих органов с горизонтальной осью вращения, справедливы и для диска, расположенного наклонно к оси вращения.

Из выражения (2) определим, с какой максимальной подачей может работать рабочий орган:

_2 - яг - A h2_

3 . Ah-, - R • cos a —n - arcsin —i-

(2)

где R- радиус диска, мм;

высота гребней, допустимая агротехническими требованиями,

мм.

Максимальную толщину стружки вычислим по упрощенной зависимости с учетом величины минимального радиуса вращения точек лезвия диска:

Л • cos а V R ■ cos a,

(3)

Основным факто-

Vn

ром, влияющим на качество выполняемого процесса, является угловая скорость вращения ротора со. От угловой скорости вращения ротора зависит качество крошения почвы К, которое определяется

О,

клона диска к оси вращения ротора, следует учесть, чтобы обеспечить условия гарантированно-

го ОСТ 70.4.2-80.

Определяя угол на-

Рис.1 Схема ротора

го скольжения почвы относительно активных рабочих органов, угол скольжения диска ротора т должен быть больше в 2... 2,5 раза средних значений угла трения о них почвы рср и хотя бы в 1,5.. .2,0 раза выше максимального (Рша, то есть:

На почвах среднего и тяжелого механического состава, где применяются фрезерные машины, угол трения почвы о сталь колеблется от 14° до 42е, его среднее значение составляет <рср= 28", а максимальное (ртах= 42е.

Подставив эти величины в выражение (4), получим:

56...70° <т< 63...84° или в среднем 63° <г< 73,5°, так как угол атаки дисков а—90° - г, то 16,5° <т<27° или округленно 17° < я <27°.

Угол наклона дисков А к оси вращения ротора выражается через угол а, как /7=90° - а, поэтому можно принять, что 63° < < 73° или =63...73° (рис.1.).

Величина междискового расстояния М влияет как на качество обработки почвы, так и на ее энергоемкость. При малых значениях М рабочие зоны смежных дисков перекрываются, обуславливая хорошее измельчение почвы, но тогда увеличивается количество дисков на единицу ширины захвата ротора, что дает повышенную энергоемкость процесса.

Проведя теоретические исследования, установили, что при увеличении междискового расстояния М более (В$та) удет резко возрастать длина разрыва, а соответственно и площадь разрыва почвенной ленты по глубине обработки. Дополнительно к этому увеличивается и площадь отрыва стружки от

{2...2,5)-<РсР^т<(1,5..2,0)-<ршх

(4)

дна борозды. Поэтому, можно предположить, что междисковое расстояние М не должно превышать (£) д/«а).

Вектор скорости резания величина переменная и в зависимости от угла поворота диска в относительном движении меняет свою величину и направление. В верхней точке траектории вектор результирующей скорости ра-

V = V +У

вен сумме векторов окружной и поступательной скорости ю 0 а в

нижней - разности Уеп = ~ (рис. 2).

Для предотвращения забивания и сгруживания почвы перед ротором необходимо соблюдать условие, чтобы проекция скорости резания на ось X была направлена против движения или равна нулю. Граничное условие, определяющее забиваемость рабочего органа:

* (5)

у - у а-Л-ятМ

VI1 + 'сох2шг)5 ^

При таких условиях работы диски будут захватывать частицы почвы и отбрасывать их назад. В противном случае при^>0 частицы почвы будут сдвигаться вперед и произойдет сгруживание почвы перед дисками, что потребует повышенных затрат на привод ротора.

бш сЛ =-- <х&ал = —

Подставив выражения Я ; V V я ) в уравнение

(6), получим критическую угловую скорость а^ для заданного диаметра ротора и заданной глубины обработки:

^ х, Ь

(7)

где Ир- глубина обработки ротором, мм. При угловой скорости со < вгкр будет происходить сгруживание почвы перед ротором, но этого можно избежать если:

-диаметр дисков ротора и угловая скорость вращения будут выше критической;

-уменьшить глубину обработки ротора; -уменьшить поступательную скорость движения машины. Сгруживание почвы, прежде всего, следует ожидать при максимальных глубинах обработки и скоростях движения. Если максимальную глубину обработки ротором принять Лл»к=160 мм, а наибольшую скорость движения У„= 2 м/с, при Д=200 мм, то сотт= 52,6 с"1.

Рис. 2 Схема к определению минимальной угловой скорости вращения ротора

ляют при скорости движения 1 ...2 м/с:

я = 2*-Г.=2-3.14-(1Д-.2,0) мм>

70,0

Дня обеспечения требуемой степени крошения, обработку задернелых почв с предварительным подрезанием почвенного пласта необходимо проводить при окружных скоростях ротора 14 м/с. Учиты-

-ч

вая, что « , найдем необходимую угловую скорость вращения ротора при Д=200 мм, со= 70 с"1.

Рациональные значения подачи за один оборот ротора Б и кинематического параметра Л состав-

Я =

со 2 it-R

= 7... 14

На сильнозадернелых почвах, подачу на нож у фрезерных машин следует принимать в пределах 60...80 мм. Для обеспечения подачи 120... 160 мм на один оборот дискового ротора машины при скорости движения У„= 1,5 м/с необходимо, чтобы угловая скорость была в пределах со=59...78,5 с*1.

С целью обоснования конструктивных параметров рабочего диска определяли действующее на него боковое усилие. Рассматривая силы, приложенные к диску составили уравнения для определения бокового усилия и изгибающего момента:

-0-У).

мл =

180

•sin а +

+

R'<

я ■ (arceos • (l - ц/)) . уЛ -*-i—T-íí- - sin (2 arceos • (1 - у/ )) j ■

(В)

■qc • cos( arctgf ))-cos a где Mh- изгибающий момент на диске;

у- коэффициент заглубления (отношение глубины обработки к радиусу диска);

f- коэффициент трения,/=0,25...0,9;

р0- удельное сопротивление почвы резанию лезвием, р„ =1,62 кН/м. - удельное усилие на сжатие почвы, ^=5...30 Н/см2.

Данное выражение позволяет рассчитать при любых заданных параметрах рабочего органа и агротехнических условиях максимальное значение изгибающего момента, по которому можно определить как материал, из которого необходимо изготавливать диск так и его толщину.

По результатам теоретических исследований была разработана методика, позволяющая рассчитать удельную мощность, требуемую для обработки почвы данным типом дискового рабочего органа.

В третьей главе «Методика проведения экспериментальных исследований» описана программа и методика проведения экспериментальных исследований. Объектом исследований являются лабораторно-полевая и экспериментальная установка, с изменяемыми параметрами рабочих органов, обеспечивающая регулировку отдельных рабочих органов в большом диапазоне и экспериментальная установка.

В соответствии с поставленной целью программа исследования предусматривала:

1. Разработать конструкцию и изготовить лабораторно-полевую установку с набором сменных рабочих органов.

2. Определить характер и степень влияния угловой скорости вращения ротора <а, междискового расстояния М и утла установки диска на валу на энергоемкость и качество измельчения почвы.

3. Определить усилия воспринимаемые диском при работе.

4. Изготовить экспериментальный образец комбинированного агрегата с оптимальными конструктивными параметрами дисковых рабочих органов и провести сравнительную агротехническую оценку работы макета с серийными машинами.

5. Определить удельную мощность, требуемую для работы комбинированного агрегата.

Для проведения экспериментов была изготовлена лабораторно-полевая установка, оснащенная тензодатчиками для определения усилий в тягах механизма навески, датчиком оборотов, тензометрическим карданом для определения крутящего момента. Трактор был оборудован прибором для определения расхода топлива, усиливающей и записывающей аппаратурой размещенной в кабине трактора.

Данные, полученные в ходе проведения опытов, обрабатывались статистическими методами на компьютере (с использованием программ Microsoft Excel и STATGRAPHICS Plus for Windows).

Полевая установка, предназначенная для проведения экспериментальных исследований, представляет собой полунавесную машину, агрегатируе-мую с тракторами тяговым классом от 14 кН (рис. 3).

Она состоит из рамы 1, на которой установлен, активный рабочий орган 2. В рабочем положении рама опирается на четыре опорных колеса 3. Все колеса, регулируемые по высоте, и служат для установки необходимой глубины

обработки-почвы. В транспортное, положение экспериментальная установка переводятся посредством гидравлического цилиндра 4 и пневматических колес 3, или при помощи навески трактора.

Привод активного рабочего органа осуществляется от ВОМ трактора через карданную передачу 5, коробку перемены передач 6, конический редуктор 7 и цепную передачу 8.

Активный рабочий орган представляет собой набор плоских косо поставленных на валу дисков. Комплект сменных втулок обеспечивает воз-Рис. 3 Схематический вид лабораторно-полевой можность изменения установки междискового расстоя-

ния М от 30 до 150 мм, и угла наклона диска а от 0 до 24°.

При работе лабораторно-полевой установки почвенный пласт измельчается дисковым ротором 2, на котором установлены наклонные дисковые ножи 9. Диски измельчают почвенный пласт на необходимую глубину, разрезая его на зигзагообразные ленты, разрушая их боковыми гранями диска по линиям слабых связей.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» описаны результаты, полученные при полевых исследованиях, на лабораторно-полевой и экспериментальной установках.

Для определения рациональных значений конструктивных параметров ротора проведены однофакторные и многофакторные эксперименты. При проведении однофакторных экспериментов выбирали необходимый параметр, изменяя его, добивались наилучшего результата. Опыты проводили в типовых условиях, для уменьшения разброса исследуемых величин, из полученных данных выбирали рациональные.

Анализ результатов позволяет сделать вывод, что работа дисковых рабочих органов не эффективна при скоростях движения менее 1 м/с, т.к. это вызывает повышение энегрозатрат на обработку почвы.

Увеличение междискового расстояния М свыше 120 мм значительно ухудшает качество крошения почвы. Минимальная энергоемкость процесса обработки почвы соответствует междисковому расстоянию 100... 10 мм при качестве крошения почвы 85% (рис. 4, 5). При уменьшении междискового

40

20

10

64

82 М,мм

120

132

-уу=50, с-1

■N¥=84,0-1

Рис. 4 Влияние междискового расстояния М на энергоемкость процесса фрезерования при обработке почвы (я=16°, А=150 мм, со-65 с"1)

расстояния возрастает площадь срезов почвы, и поэтому возрастает

энергоемкость. Увеличение междискового расстояния более 110 мм увеличивает затраты мощности, так как уменьшается взаимодействие между

соседними дисками, и каждый диск работает в сплошной среде. Увеличение угла наклона диска ротора а способствует, улучшению качества крошения К, м с увеличением угла наклона, затраты мощности на фрезерование несколько уменьшаются (рис. 6, 7). Увеличение угла наклона диска ас 10° до 20° дает снижение мощности фрезерования на 10%. При увеличении угла наклона диска увеличивается

взаимодействие между

соседними дисками, что приводит к снижению энергоемкости и

повышению качества

крошения почвы.

Увеличение угловой скорости вращения ротора при постоянной

поступательной скорости уменьшает подачу, что ведет к улучшению качества крошения почвы. Угловые скорости вращения диска со более 90 с"1 приводят к увеличению мощности, затрачиваемой на привод ротора, но уменьшают приводной момент, а более низкая угловая скорость к уменьшению мощности затрачиваемой на привод ротора, но увеличению приводного момента (рис. 8,

9).

Многофакторные эксперименты проводились при следующих условиях: скорость движения экспериментальной установки 1... 2 м/с; диаметр дисков Б=400 мм.

Многофакторные эксперименты проводились при следующих условиях: скорость движения экспериментальной установки Уп-1 м/с; диаметр дисков

45 40

_ 35

I »

I" Z 20

15

10

-w=50 c-1, Vn=l,5, м/с -w=50 c-1, Vn=l,0, м/с

25

- w=84 c-1, Vn=l,5, м/с -w=84 c-1, Vir=l,0, м/с

Рис. 6 Влияние угла наклона диска а на энергоемкость процесса фрезерования Ыф при обработке почвы (М= 100 мм, А=150 мм,<а=65 с"1)

£>=400 мм, глубина обработки й=150 мм.

После реализации плана эксперимента были получены зависимости энергоемкости процесса N и качество крошения К от рассматриваемых факто-роз:

X! междисковое расстояние М; Х2 угол наклона диска ротора к оси вращения а; Х3 угловая скорость вращения ротора со.

После обработки экспериментальных данных и исключения всех незначимых коэффициентов, были получены следующие уравнения регрессии: Y{= З038+Ц5-Х,-9,0.Х2+5ЯЗ-Х3 + 96

Y2 = 84,2 - 6,3 ■ Хх + 4,4 • Х2 + 4,4 • X, -. ^=0.98

После раскодирования уравнений (9) и (10) имеем:

Mv = 92,5 - 3,15М + 7,8а + 4,88<и + 0,04Мг -

- 0.012Ма + 0,073Мсо - 0,056«г

К = 40 ,8 + 0,142 • М + 0,875 • а + + 0.658 а - 0.005 Мао

(9) (10)

(И) (12)

- w=50 c-1, Vn=l,5, м/с -w=50 c-1, Vn=I,0, м/с

- w=84 с-1, Уп=1Д м/с -w=84c-l,Vn=l,0, м/с

Рис. 7 Влияние угла наклона диска а на качество крошения почвы К (М=100 мм, А=150 мм, <м=65 с"1)

Анализ полученных результатов проводили статистическими методами. Рассматривая уравнения (9 и 12) можно сделать выводы, что наибольшее влияние на крутящий момент на ВОМ трактора Мпр,, и качество крошения А" почвы оказывает междисковое расстояние М и угловая скорость ротора со. Бы-

г-1

-Уп=1,0 м/с

- Уп=1,5 м/с

Рис. 8 Влияние угловой скорости вращения ротора <и на энергоемкость процесса Иф при обработке почвы (А£=100 мм, а=16°, А=150 мм)

ли построены двумерные сечения поверхности отклика, представляющие собой систему контурных кривых с равными значениями приводного момента Мпр и степени крошения почвы К (рис. 10, 11, 12). Анализ двумерных сечений поверхности отклика, характеризующих приводной момент, позволил установить, что увеличение междискового расстояния М более 100 мм ведет к повышению энергоемкости, а уменьшение менее 50 мм также вызывает повышенную энергоемкость, в связи с увеличением количества дисков при той же ширине обработки и чрезмерным измельчением почвы.

Повышенное количество резаний и отбрасывания почвы ведет к непроизводительным затратам энергии.

Приводной момент увеличивается при снижении угловой скорости ротора ниже 65 с"1 вследствие незначительных сил инерции ротора и значительных сил резания почвы. Увеличение угловой скорости выше 65 с' 1 приводит к уменьшению

ж, с-1

■Уп=1,0 м/с

■Уп=1,5 м/с

Рис. 9 Влияние угловой скорости вращения ротора ю на качество крошения почвы К (Л*=100 мм, а=16°, /г=150 мм)

приводного момента на ВОМе трактора.

Уменьшение междискового расстояния М приводит к повышенному измельчению почвы. Рекомендуемый угол наклона дисков а находится в пределах 16°...20°. Угловая скорость ротора со, обеспечивающая наиболее эффективное измельчение почвы, находится в пределах 60...70 с"1.

Как показали результаты экспериментов, качество крошения К в основном определяется двумя факторами: междисковым расстоянием М и угловой

Г5 35.45 'ч.УЛ й.З

М'-.М^

ис.10 Зависимость приводного момента Мпр и качества крошения почвы К от междискового расстояния М и у ла наклона дисков а.

55.« 53.325 Э1.2 23.Г5 9«,55 «4.33 В2.7 ЗС.Г5

| 40

Рис. 11 Зависимость приводного момента М„р и качества крошения почвы К от междискового расстояния М и угловой скорости вращения ротора ю.

скоростью ротора (а, а в меньшей степени определяется углом наклона дисков а. Установлено, что для обеспечения необходимого качества крошения почвы К междисковое расстояние М не рекомендуется увеличивать более чем В$1па.

Исходя из полученных значений определены рациональные конструктивные параметры ротора при скорости движения м/с,

глубине обработки й= 150 мм и диаметре дисков Е>=400 мм: • междисковое расстояние 100

• угол наклона дисков к оси вращения ротора 19°;

• угловая скорость ротора 75 с*.

Было определено боковое усилие на диске, исходя из которого, можно увидеть, что параметры дискового ротора обеспечивали необходимые качественные и агротехнические показатели работы.

В ходе экспериментов было установлено, что при обработке почвы

комбинированным агрегатом с рациональными параметрами рабочих органов удельная мощность требуемая для предпосевной обработки составляет 19,5 кВ/м.

В результате экспериментальных исследований были получены:

1. Зависимость энергоемкости обработки и качества крошения почвы от угловой скорости

вращения ротора а, междискового расстояния М и угла установки диска на валу а.

2. Определены усилия воспринимаемые диском.

3. Определена удельная мощность, требуемая для работы комбинированного агрегата.

В пятой главе «Экономическая эффективность использования комбинированного агрегата для полосного посева семян трав в дернину». Определена эффективность использования комбинированного почвообрабатывающего посевного агрегата с дисковыми рабочими органами в сравнении с серийным комбинированным агрегатом СДКП-2,8.

Расчет экономической эффективности использования комбинированного агрегата проведен в соответствии с общепринятой методикой оценки результатов научно-исследовательских работ. Экономический эффект получен в основном путем снижения эксплуатационных затрат, достигнутый за счет уменьшения расхода топлива на 10 % и повышения производительности труда на единицу продукции по базовой и новой технике.

Использование комбинированного агрегата с дисковыми рабочими органами при полосном посеве семян трав в дернину в сравнении с серийно вы-

Рис. 12 Зависимость приводного момента М и качества крошения почвы К от угла наклона дисков а и угловой скорости вращения ротора©

пускающейся сеялкой СДКП-2,8 приводит к уменьшению затрат труда на 1,27 чел.ч./га и топлива на 1 кг/га.

При лимитной цене 273,7 тыс. руб. годовой экономический эффект от использования комбинированного агрегата в сравнении с СДКП-2,8 составляет 76608,53 руб. При этом годовая экономия затрат труда равна 191 чел.ч.

ВЫВОДЫ

1. В результате анализа было определено, что наиболее эффективным по энергоемкости и надежности работы является применение дисковых рабочих органов для обработки задернелых каменистых почв в условиях Северо-Запада.

2. Определены оптимальные конструктивные параметры ротора:

- при обработке сильнозадернелых почв - диаметр дисков -400 мм, расстояние между смежными дисками ротора - 90 мм, угол наклона дисков к оси ротора - 68°;

- при обработке слабозадернелых и старопахотных почв -диаметр дисков - 400 мм, расстояние между смежными дискам —106 мм, угол наклона дисков к оси ротора - 73°.

3. Угловая скорость вращения ротора при обработке сильно задернелых почв - 70 с-1, с поступательной скоростью движения машины - 1,0 м/с, при обработке слабозадернелых и старопахотных почв - 85 с"1, с поступательной скоростью движения машины - 1,7 м/с.

4. Удельная энергоемкость процесса обработки задернелых почв комбинированным агрегатом с дисковым рабочим органом и оптимальными конструктивными параметрами ротора при скорости движения

м/с и глубине обработки h= 150 мм составляет 19,5 кВт/м.

5. Применение машин с новыми рабочими органами обеспечивает в сравнении с базовыми комплексами машин СДКП-2,8 уменьшение затрат труда на 1,27 чел.ч/га, экономию топлива на 1 кг/га, снижение приведенных затрат на 729,6 руб/га. Годовой экономический эффект от применения комбинированного агрегата с ротационными рабочими органами и трактором МТЗ-80/82 составит 76608,53 руб.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1.Тюкалов Ю.А., Ерёмин М.А., Юнин В.А. Критерии оценки технологий поверхностного улучшения пастбищ и естественных кормовых угодий. // Материалы 3-й науч.-практич. конференции «Экология и сельскохозяйственная техника». СПб-Павловск, 2000. - Т. 2. С. 232-237.

2. Попов В. Д., Юнин В. А. Теоретическое обоснование параметров дисковых рабочих органов агрегата для полосного посева семян трав в дернину. // Технологии и технические средства механизированного

производства продукции растениеводства и животноводства в СевероЗападной зоне России: Сб. науч. тр. СПб., 2002. Вып. 73. - С 63-71.

3.Вершинин В.Н., Попов В. Д., Юнин В. А. Методика проведения полевых исследований комбинированного агрегата для посева семян трав в дернину. // Труды четвертого международного Санкт-Петербургского коллоквиума (IAMFE). «Полевые эксперименты - для устойчивого развития сельской местности». СПб., 2002. - С 99-105.

4. Юнин В. А. Выбор рабочих органов при обработке задернелых почв и почв засоренных камнями. // Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК: Сб. науч. тр. Ч. 3. -Ярославль, 2003. - С 150-155.

5. Юнин В. А., Вершинин В. Н. Влияние основных параметров дискового рабочего органа на качество обработки почвы. // Совершенствование механизированного производства сельскохозяйственной продукции и научного обеспечения учебного процесса. Сб. науч. тр. факультета механизации сельского хозяйства ВГМХА им. Н. В. Верещагина. Вологда-Молочное, 2003. Вып. 2. -С 55-58.

6. Юнин В. А., Вершинин В. Н. Методика определение энергоемкости процесса обработки почвы дисковыми рабочими органами. // Совершенствование механизированного производства сельскохозяйственной продукции и научного обеспечения учебного процесса. Сб. науч. тр. факультета механизации сельского хозяйства ВГМХА им. Н. В. Верещагина. Вологда-Молочное, 2003. Вып. 2. -С 59-64.

7. Юнин В. А. Методика определения междискового расстояния у комбинированного агрегата для полосного посева семян трав в дернину. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Северо-Западной зоне России. Сб. науч. тр. Санкт-Петербург, 2003. Вып. 74. - С 47-53.

Подписано к печати 28.09.2004 г. Объем 1 печ.л. Тираж 75 экз. Заказ № 157 Отпечатано на ризографе ГНУ СЗНИИМЭСХ

И 8 2 7 9

РНБ Русский фонд

2005-4 13816

Аннотация.

Основные условные обозначения.

Введение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Характеристика основных приемов улучшения кормовых угодий Северо-Западного региона. т 1.2. Анализ технологий и технических средств перезалужения сенокосов и пастбищ.

1.3. Технологические требования к обработке почв и посеву семян трав.

1.3.1. Основные свойства задернелых почв.

1^3.2. Виды трав и травосмесей рекомендуемых для посева в дернину на лугах и пастбищах.

1.4. Анализ результатов исследований почвообрабатывающих рабочих органов комбинированных ротационных машин.

1.4.1. Влияние конструктивных и технологических параметров ротационных рабочих органов на энергоемкость обработки почвы.

1.4.2. Типы дисковых роторов.

1.5. Ротационный способ обработки почвы и рабочие органы для его л выполнения.

1.6. Анализ технических средств.

1.7. Выводы по главе и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Обоснование применения активных дисковых рабочих органов для обработки задернелых почв.

2.1.1. Теоретическое обоснование взаимодействия дисков ротора с

• почвой.

2.1.2. Кинематика ротационного рабочего органа.

2.2. Определение оптимальных параметров дисковых рабочих органов.

2.2.1. Методика определения угла наклона диска к оси вращения ротора.

2.2.2. Определение междискового расстояния.

2.2.3. Определение энергоемкости процесса обработки почвы.

2.3. Определение режимов работы ротационных дисковых рабочих органов.

2.3.1. Определение поступательной скорости движения.

2.3.2. Определение угловой скорости ротора.

2.4. Методика определения изгибающего момента на диске.

2.5. Методика определение конструктивно-технологической схемы машины и ее основных параметров.

2.6. Выводы.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Средства исследований.

3.3. Общая методика исследований.

3.3.1. Определение условий проведения экспериментальных исследований.

3.3.2. Методика определения рациональных конструктивных

Ф параметров и режимов работы рабочих органов.

3.4. Тарировка измерительных приборов.

3.5. Расчет и обработка основных показателей по результатам экспериментов с определением погрешности измерений.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Условия проведения экспериментальных исследований и проверки работоспособности установки.

4.2. Влияние основных параметров дискового рабочего органа на качество обработки почвы и энергоемкость процесса.

4.3. Обоснование конструктивных параметров агрегата.

4.4. Экспериментальное обоснование влияния рабочих органов и режимов работы на качество обработки почвы.

4.5. Рекомендации по применению комбинированного агрегата в условиях Северо-Западного региона России.

4.6. Выводы по главе.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ПОЛОСНОГО ПОСЕВА СЕМЯН

Щ ТРАВ В ДЕРНИНУ.

Низкий уровень продуктивности значительной части сельскохозяйственных угодий, занятых под кормовыми культурами, и сокращение их площадей обусловлено плохим культуртехническим состоянием и недостаточным комплексом технических средств по уходу за лугами и пастбищами. С целью создания благоприятных условий для роста и развития трав, необходимо своевременно проводить обработку дернины лугов и пастбищ и вводить в травостой ценные кормовые травы с применением более эффективной почвообрабатывающей техники, позволяющей обрабатывать дернину за минимальное количество проходов машинно-тракторных агрегатов по полю.

Обработка почвы - наиболее трудоемкая операция при коренном улучшении выродившихся сенокосов и пастбищ, поэтому экономически выгоднее применение агротехнических приемов и технологических средств, позволяющих продлить срок продуктивной эксплуатации естественных сенокосов и пастбищ без перезалужения.

Значительное улучшение агрофизических свойств почвы возможно при обработке ее без оборота пласта с заделкой дернины в верхнем (0.100 мм) слое. При заделке измельченной дернины в верхнем слое не образуется почвенной корки, благодаря чему улучшается водопроницаемость и воздухообмен, накапливается больше влаги и почва разуплотняется, увеличивается содержание органического вещества в верхнем слое почвы, улучшается структура, что обуславливает повышение плодородия почвы.

Наиболее эффективным при улучшении кормовых угодий является фрезерная обработка задернелых почв. Процесс рыхления почвы сопровождается упругими и пластическими деформациями сжатия, сдвига, разрыва, а также перемещением отдельных частиц с трением друг о друга и, о рабочие органы.

Применение подсева семян трав в дернину комбинированными сельскохозяйственными агрегатами, особенно бобовых, позволяет увеличить продуктивность угодий и сбалансированность получаемых кормов по белку при снижении расхода топлива, металла, затрат труда, количества вносимых азотных удобрений и переуплотнения почвы из-за выполнения ими нескольких технологических операций за один проход.

Целью данной работы является повышение эффективности работы агрегата для полосного подсева трав в дернину путём оптимизации параметров и режимов работы активного дискового рабочего органа.

Работа выполнена в лаборатории 8.2 «Технологии и технические средства производства кормов» СЗНИИМЭСХ по теме 02.01.05 (32) «Разработать научные основы и методику проектирования адаптивных технологий и формирования комплексов технических средств (КТС) для создания и использования культурных пастбищ и естественных кормовых угодий». и

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. В результате анализа было определено, что наиболее эффективным по энергоемкости и надежности работы является применение дисковых рабочих органов для обработки задернелых каменистых почв в условиях Северо-Запада.

2. Определены рациональные конструктивные параметры ротора:

- при обработке сильнозадернелых почв - диаметр дисков -400 мм, расстояние между смежными дисками ротора — 90 мм, угол наклона дисков к оси ротора - 68°;

- при обработке слабозадернелых и старопахотных почв -диаметр дисков - 400 мм, расстояние между смежными дискам —106 мм, угол наклона дисков к оси ротора - 73°.

3. Угловая скорость вращения ротора при обработке сильнозадернелых почв - 70 с"!, с поступательной скоростью движения машины - 1,0 м/с, при обработке слабозадернелых и старопахотных почв - 85 с"1, с поступательной скоростью движения машины - 1,7 м/с.

4. Удельная энергоемкость процесса обработки задернелых почв комбинированным агрегатом с дисковым рабочим органом и оптимальными конструктивными параметрами ротора при скорости движения Vn=l,5 м/с и глубине обработки h= 150 мм составляет 19,5 кВт/м.

5. Применение машин с новыми рабочими органами обеспечивает в сравнении с базовыми комплексами машин СДКП-2,8 уменьшение затрат труда на 1,27 чел.ч/га, экономию топлива на 1 кг/га, снижение приведенных затрат на 729,6 руб/га. Годовой экономический эффект от применения комбинированного агрегата с ротационными рабочими органами и трактором МТЗ-80/82 составит 76608,53 руб.