автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества заделки лука-севка дисковым заделывающим органом лукопосадочной машины

На правах рукописи

Сибирёв Алексей Викторович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗАДЕЛКИ ЛУКА-СЕВКА ДИСКОВЫМ ЗАДЕЛЫВАЮЩИМ ОРГАНОМ ЛУКОПОСАДОЧНОЙ МАШИНЫ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Пенза-2014

6 НОЯ 2014

005554211

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА»)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Емельянов Павел Александрович

Официальные оппоненты Протасов Андрей Анатольевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова», профессор кафедры «Процессы и сельскохозяйственные машины в АПК»

Зыкин Евгений Сергеевич

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П. А. Столыпина», доцент кафедры «БЖД и энергетика»

Ведущая организация Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства овощных культур Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ «ВНИИССОК Россельхо-закадемии»)

Защита состоится 19 декабря 2014 года в 10 ш часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 на базе ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30, ауд. 1246.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» и на сайте http: // ngsha. penza. net /.

Автореферат разослан «23» октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кухарев О. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лук - ценная продовольственная культура. Высокая ценность лука обусловлена его химическим составом, вкусовыми и лечебными свойствами. Самым распространенным и наиболее освоенным способом, применяемым в средней полосе России, а также в северной части европейских стран, является выращивание лука-репки из севка. По прогнозам МСХ РФ, к 2015 г валовой сбор лука-репки в России должен превысить 5,7 млн. т. Наиболее ответственной операцией при возделывании луковичных культур является посадка луковиц, так как при этом необходимо обеспечить равномерность распределения луковиц вдоль рядка и ориентированную подачу их в почву донцем вниз с последующим сохранением этого положения при заделке почвой. В настоящее время разработаны устройства для ориентированной подачи луковицы в борозду донцем вниз с последующей заделкой луковицы почвой. Однако, в результате взаимодействия луковицы с заделывающими органами до 50% луковиц теряют заданное положение донцем вниз, что ведет к снижению урожайности луковичных культур в 1,5-2 раза. Поэтому исследования и разработка технических средств для качественной заделки луковиц лука-севка остается актуальной и практически значимой задачей при возделывании лука.

Степень разработанности темы. К заделывающим рабочим органам сеялок и сажалок относятся катки, загортачи, шлейфы, боронки и диски различных конструкций. Основным недостатком заделывающих органов в форме катков является то, что ход таких рабочих органов нестабилен и они не обеспечивают равномерности заделки семян по глубине и равномерности уплотнения почвы. К основным недостаткам за-гортачей различной формы следует отнести то, что они не обеспечивают равномерной заделки семян по глубине на различных почвах. К недостаткам заделывающих органов в форме шлейфов относится то, что заделка семян приповерхностным слоем почвы выполняется некачественно, что приводит к снижению урожайности. Боронки нарушают равномерность заделки семян по глубине и равномерность распределения семян вдоль борозды. К основным недостаткам дисковых заделывающих органов следует отнести неравномерность распределения семян вдоль борозды.

Таким образом, современные заделывающие органы посевных и посадочных машин нарушают первоначальное положение посадочного материала после укладки его в борозде за счет сил, действующих на него в продольном направлении.

Однако исключить воздействие сил, действующих на посевной материал в продольном направлении, возможно за счет изменения взаимодействия заделывающего органа с почвой, воздействующей на посевной материал только в поперечном и вертикальном направлениях, тем самым сохраняя его исходное положение. В наибольшей степени для выполнения указанного взаимодействия подходят дисковые заделывающие органы.

Поэтому разработка дискового заделывающего органа для заделки лука-севка после посадки в почву с целью сохранения его исходного положения и улучшения равномерности распределения вдоль борозды требует дальнейших теоретических и экспериментальных исследований. Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» на 2010 - 2013 гг., тема № II «Разработка рабочих органов машин для ресурсосберегающей технологии производства сельскохозяйственных культур».

Цель исследований - повышение качества заделки лука-севка дисковым заделывающим органом лукопосадочной машины.

Задачи исследований:

1. Разработать конструкцию дискового заделывающего органа с почвонаправителями лукопосадочной машины для качественной заделки луковиц лука-севка в борозде.

2. Выполнить теоретические исследования процесса заделки луковиц лука-севка в борозде дисковым заделывающим органом с почвонаправителями для определения конструктивных и технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями.

3. Выполнить лабораторные исследования по определению оптимальных технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями.

4. Провести лабораторно-полевые исследования опытного образца лукопосадочной машины, оснащенной дисковым заделывающим органом с почвонаправителями, определить технико-экономическую оценку её использования.

Объект исследований. Процесс заделки луковиц лука-севка почвой дисковым заделывающим органом лукопосадочной машины.

Предмет исследований. Показатели, характеризующие качество заделки луковиц лука-севка дисковым заделывающим органом лукопосадочной машины.

Научная новизна:

- конструкция дискового заделывающего органа с почвонаправителями для заделки луковиц лука-севка в борозде;

- теоретические зависимости по определению конструктивных (количество почвонаправителей, длина почвонаправителей, ширина почвонаправителей, радиус кривизны поверхности почвонаправителей) и технологических (угла атаки, межосевого расстояния между дисками заделывающего органа и его поступательной скорости) параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями;

- оптимальные технологические параметры дискового заделывающего органа с почвонаправителями для заделки луковиц лука-севка в борозде после их посадки по показателям качества заделки (количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз, и равномерность распределения их вдоль рядка).

Новизна технического решения подтверждается патентом РФ на изобретение № 2490851 «Устройство дискового типа для заделки луковиц в борозде».

Практическая значимость работы. Использование лукопосадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями, позволяет повысить качество заделки лука-севка, а следовательно, и урожайность лука-репки за счет увеличения количества луковиц, заделанных почвой донцем вниз на 20% и улучшения их равномерного распределения вдоль рядка на 19%, по сравнению с лукопосадочной машиной, оснащенной заделывающими органами в виде конических прикатывающих катков.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- конструкция дискового заделывающего органа с почвонаправителями для заделки луковиц лука-севка в борозде;

- уравнения траектории движения частиц почвы по поверхности почвонаправи-теля и теоретические зависимости для определения угла атаки диска дискового заделывающего органа с почвонаправителями, межосевого расстояния между дисками заделывающего органа и поступательной скорости дискового заделывающего органа;

- оптимальные значения технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями;

- числовые значения показателей, характеризующие качество заделки луковиц лука-севка лукопосадочной машиной, оснащенной дисковым заделывающим органом с почвонаправителями.

Реализация результатов исследований. Дисковый заделывающий орган с почвонаправителями лукопосадочной машины прошел производственную проверку в ООО «Новый урожай» Пензенской области в 2012 -2013 гг.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается применением общепризнанных научных положений в области земледельческой и теоретической механики, использованием современных технических средств измерения, стандартных методик исследований.

Основные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (2011...2014 гг.), на международной научно-технической конференции ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н. И. Вавилова» (2013 г.), ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА» (2014 г.). Диссертационная работа выполнялась при поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, в рамках научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К.» (договор № 9/17249 от 05.04.2013 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 печатные работы (четыре без соавторов), в т. ч. 10 статей опубликованы в рецензируемых изданиях. Получен патент на изобретение. Общий объем публикаций составляет 2,45 п. л., из них автору принадлежит 1,3 п. л.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 136 наименований и приложения на 15 с. Диссертация изложена на 174 е., содержит 22 таблицы и 59 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первом разделе «Современное состояние вопроса заделки луковиц лука-севка. Цель и задачи исследований» приведен анализ существующих способов и технических средств для заделки посадочного материала, представлены основные конструкции заделывающих органов, их преимущества и недостатки, уточнена классификация чад слипающих органов посевных и посадочных машин. Механизацией производства лука-севка в разное время занимались А. Г. Аксенов, П. А. Емельянов, Ф. В. Кутейников, В. К. Кутеницын, Б. Н. Ким, О. Н. Кухарев, Н. П. Ларюшин, А. А. Протасов. Этими авторами были разработаны и обоснованы различные типы высаживающих аппаратов, созданы экспериментальные образцы машин для посева лука-севка и уборки лука. Однако, процесс работы заделывающих органов, влияние их конструктивных и технологических параметров на качество заделки лука-севка почвой вышеприведенными учеными не исследовался. Значительный эмпирический материал, накопленный по технологическому процессу работы заделывающих органов, влияния их конструктивных и технологических параметров на качество заделки посевного и посадочного материала остается еще недостаточно изученным. В исследовании данного вопроса значительный вклад внесли ученые: А. С. Абашкин, X. С. Гайнанов, В. Г. Гниломедов, Е. С. Зыкин, С. Г. Ломакин, А. Б. Лурье, Н. И. Лю-бушко, С. А. Ма, П. И. Пахарь, С. И. Сочинев, Ю. И. Трофимченко, В. Е. Хорунжен-

ко, В. П. Чичкин, В. В. Юдкин и другие. Анализ известных заделывающих органов, применяемых на посевных и посадочных машинах, показал, что существующие конструкции заделывающих органов посевных и посадочных машин не в полной мере обеспечивают качественные показатели заделки посевного и посадочного материала, в частности нарушается исходное первоначальное положение посевного и посадочного материала. Следовательно, при посадке луковиц лука-севка с целью увеличения урожайности лука-репки операция заделки луковиц является актуальной и требует разработки новых заделывающих органов.

Во втором разделе «Теоретические исследования процесса заделки луковиц лука-севка в борозде дисковым заделывающим органом с почвонаправителями» разработана и обоснована конструкция дискового заделывающего органа с почвонаправителями, определены параметры движения частицы почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа, определена дальность полета частицы почвы после отрыва от поверхности почвонаправителя, получены теоретические зависимости для определения конструктивных и технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями. В связи с тем, что современные заделывающие органы посевных и посадочных машин нарушают первоначальное положение посадочного материала после укладки его в борозде, за счет сил. действующих на луковицу в продольном направлении, разработан дисковый заделывающий орган с почвонаправителями, обеспечивающий сохранение исходного положения луковиц в борозде после заделки их почвой, воздействующий на луковицу вертикально сверху. Каждая пара дисков, установленных вразвал, образует гребень (рисунок 1). Дисковый заделывающий орган (рисунок 2) состоит из сферического диска 1 и почвонаправителей 2. Диск имеет режущую кромку 3. и расположенные на рабочей поверхности диска круглые отверстия 4, которые способствуют дополнительному рыхлению почвы и предотвращают зали-пание диска почвой. Работа по заделке луковиц в борозде дисковым заделывающим органом с почвонаправителями осуществляется следующим образом. При движении дискового заделывающего органа, установленного на лукопосадочной машине, нижняя часть каждого диска с почвонаправи телями заглубляется в почву и входит с ней в зацепление. Почвонаправитель 2 поднимает (рисунок 1), перемещает и направляет захваченную порцию почвы сверху в борозду. Причем каждый последующий почвонаправитель 2 занимает место предыдущего за период времени, когда предыдущий поч-

Рисунок 1 - Процесс заделки луковиц в борозде дисковым заделывающим органом с почвонаправителями: 1 — диск сферический; 2 — почвонаправитель; 3 — луковица; 4 - донце; 5 — борозда

Рисунок 2 - Устройство дискового заделывающего органа с почвонаправителями: I - диск сферический; 2 - почвонаправитель; 3 - кромка режущая: 4 - отверстия круглые

вонаправитель поднимет, переместит и сбросит почву в борозду. Таким образом, заделка луковиц при их посадке в борозде осуществляется за счет изменения взаимодействия дискового заделывающего органа с почвой, воздействующей на луковицу только в поперечном и вертикальном направлениях, исключающей воздействие на луковицу в продольном направлении, тем самым сохраняя ее исходное положение.

Для определения влияния конструктивных и технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями, на основании поисковых исследований и отсеивающих экспериментов были выбраны факторы, влияющие на качество заделки луковиц лука-севка, к числу которых следует отнести:

-угол а между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска (угол атаки);

- межосевое расстояние Б между дисками заделывающего органа;

- поступательная скорость уд дискового заделывающего органа.

Во время работы дискового заделывающего органа с почвонаправителями, частица В почвы, расположенная на почвонаправителе (рисунок 3), под действием приложенных к ней сил, совершает сложное движение: вместе с дисковым заделывающим органом совершает вращательное движение - переносное движение частицы почвы и одновременно частица почвы движется вдоль поверхности почвонаправителя - относительное движение. Для определения движения частиц почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа, воспользуемся дифференциальными уравнениями Лагранжа второго рода, решением которых определим искомые уравнения движения частиц почвы. Для механической системы, находящейся в потенциальном силовом поле, активная обобщенная сила соответствующая (— й обобщенной координате равна:

313 ЭП

где I) = иСЯх. Ч2 •■•Чы) ~ силовая функция, характеризующая свойства силового поля, Н; П = Г1 (я!, яг — Ям) — потенциальная энергия, Дж; дц\ - частная производная по обобщенной координате ц,.

Гак как в нашем случае, механическая система находится в потенциальном силовом поле, то на частицу почвы действуют только потенциальные силы, следовательно, уравнения Лагранжа второго рода запишутся в виде: с! /дТ\ дТ _ дП __

ОТ

где 1 - число степеней свободы механической системы. I = 1.2,3...Б;--частные

Зсн

ат

производные кинетической энергии по обобщенным скоростям —--частные

ащ

производные кинетической энергии по обобщенным координатам qi.

качестве обобщенных координат выберем перемещение вдоль оси х, (рисунок 3), определяющее положение частицы почвы в зависимости от радиуса кривизны почвонаправителя р. перемещение вдоль оси уг, определяющее положение частицы почвы в зависимости от изменения угла а между плоскостью вращения диска и направлением поступательною движения диска (угол атаки), также перемещение вдоль оси г]( фиксирующее положение частицы почвы в зависимости от изменения

угла Р, наклона дискового заделывающего органа к вертикали. При этом обобщенные координаты xt> у, и z1 связаны с системой координат OXYZ соотношением: ¡X = х1(

у = у! cos ф + гг sin ср, (3)

Z = Z1 Sin ф — Zj cos ф, где ф — угол поворота точки почвонаправителя, рад.

Ф = cot, (4)

где со — угловая скорость дискового заделывающего органа, рад/с; t — время поворота точки, с.

Для определения обобщенных сил системы, рассмотрим активные силы (рисунок 3), действующие на частицу почвы в точке В, в промежуточном положении. Единственной активной силой является сила тяжести G частицы почвы. Силовая функция представляет собой потенциальную энергию системы и определяется выражением:

mg an ut

Рисунок 3 - Расчетная схема к выводу уравнения движения частицы почвы, движущейся по рабочей поверхности почвонаправителя

U = mgz = — mg(yi sin cot — ъх cos cot), (5)

где m — масса частицы почвы, кг; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Дадим системе три независимых обобщенных возможных перемещения Sxl5 6yt

dU дП

Qi =

dx,

= 0.

dX]

dU ЭП Q2 = — =--— = —mgsin cot. ду1 дуг

ди an

Q3 =-— = -—- = mg cos cot. oz1 dzj

Кинетическая энергия системы:

T =

mVBa

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

где уВг — относительная скорость частицы В почвы, м/с; уВе — переносная скорость частицы В почвы, м/с; ах — угол между векторами уВг и уВе. 1-рад. Скорость относительного движения:

уВг = х} + у1 + г\, (И)

где хг — обобщенная скорость по координате х1; м/с; уг — обобщенная скорости по координате уг, м/с; — обобщенная скорость по координате м/с.

где уВа — абсолютная скорость частицы В почвы, м/с. Абсолютная скорость точки В:

vBa = J Ver + v|e + 2vbrvbecos<xv

Переносная скорость частицы почвы:

уве = М(у! + г?). (12)

Абсолютная скорость частицы почвы:

ува = ^х2 + у,2 + 7.1 + ы2у2 + ш2г2 + 2ыу,2г - . (13)

Гаким образом, уравнение кинетической энергии:

т - + У? + М + + ^ + 2ыу1г1 - 2ш^) 1 _--(14)

После вычисления кинетической энергии Т частицы почвы по обобщенным скоростям уЛ и гг, обобщенным координатам и 7.г, подставив результаты вычислений в выражения (7), (8) получаем искомые уравнения движения частицы почвы по поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа в плоскости ОХ, У Г/л в проекции на координатные оси:

х, =

»2

gt¿

У i = —z0 sin cot + — COS Wt - Z0<D tcos cot, (IS)

gt2

Zj = z0 COS (Ot + —Sin cot - Z0ü)tsiriü)t,

где z0 - координата, определяющая положение частицы почвы на оси z-y в момент времени t = 0, м; р - радиус кривизны поверхности почвонаправителя, м; а - угол между плоскостью вращения диска и направлением его поступательного движения, град.

Координата z0, определяющая положение частицы почвы на оси г, в момент времени t = 0:

z0 = -psinoc. (16)

Для изучения движения частицы В почвы после схода с почвонаправителя, воспользуемся теорией полета тела, брошенного под углом у к горизонту (рисунок 4), и пренебрегая силой сопротивления воздуха, запишем уравнение движения частицы В почвы в плоскости XOZ:

(X = vBo cosyt,

„ gt2 (17)

z = vBo sm yt ——, v '

гДе vbo ~ начал],пая скорость полета частицы В почвы в момент времени t = 0. м/с: у — угол наклона скорости vBo к горизонту, град.

Начальная скорость vBo полета частицы В почвы в момент времени t = 0 определяется из выражения:

vBo = У? + ¿i2 + v| + 2удх1( (18)

где Уд — поступательная скорость дискового заделывающего органа, м/с.

Так как окружную скорость vBe точки В. согласно рисунку 5. можно представить в виде:

vBe = Уд cos a, (19)

то поступательная скорость ул дискового заделывающего органа:

VBe

THlR

V/I--— -1

M cosa 30 eos a где n — частота вращения вала дискового заделывающего органа, мин" дискового заделывающего органа, м.

С учетом выражения (20), выражение (18) запишется в виде:

(20) R — радиус

vBo

1*1 + П + ¿í +

V о

L —-

н е r/ Va

в"

X у /// /// У,Г. Y// /// /// , /// /// ////% '/ /// /// /// , '/У/ЬУ/ ^с/у /71/ //

lltox

/ ттК \ ( тгпК \

1зо^) (21)

Для определения уравнения траектории движения частицы В почвы, исключим из первого выражения системы уравнений (17) время Г и подставим его во второе выражение системы уравнений (17), в результате имеем: х

(22)

vBo cosy

-X2 + tgyx. (23)

Рисунок 4 — К определению дальности полета

частииы почвы ъ —__

2у|0со5'у

Для обеспечения качественной заделки почвой луковиц лука-севка необходимо, определить наибольшую высоту подъема Н частицы В почвы в точке А - вершине образованного гребня (рисунок 5), так как данная величина оказывает определяющее воздействие на время появления всходов луковиц лука-севка (больший объем почвы над луковицей приводит к более позднему появлению всходов луковиц лука-севка). Максимальную величину подъема частицы почвы найдем из условия г = шах: да.

= УВо эту-^ = 0. (24)

Из уравнения (24) определим время ^ полета частицы почвы до точки А (рисунок 5):

уво эту

При этом, координаты вершины гребня в точке А плоскости ZOY (рисунок 5) равны:

Ь

(26)

Ширина гребня Ь определится как сторона треугольника ВАВ, при известной медиане Н и угле ?;:

2Н

(27)

где ^ — угол естественного откоса почвы, ¡; =40...45, град.

Подставляя значение^ (25) в выражение (23) и преобразовав его, получим наибольшую величину подъема частицы почвы, которая представляет собой высоту гребня Н:

УА = 2' 2А = н-

Н

vi,

sin2 у 2g~'

(28)

Vs» Д Vfci »N I ¡»fe

Дальность полета частицы почвы в горизонтальной плоскости (рисунок 4) определим из уравнения траектории движения частицы почвы (23) при г = 0:

0 =

2v|0cos2y

x¿ + tgyx.

(29)

Из выражения (29) определим максимальное и минимальное значение дальности полета

частицы почвы, соответственно Ln хи = Lmin = 0.

2 sin 2у

, и L„

х12 ~ Величина

vBo"

g

(30)

(31)

Рисунок 5 - К определению движения частицы почвы после отрыва от поверхности почвонаправителя дискового заделывающего оогана

хи = Цтп соответствует начальному моменту полета частицы почвы, а величина х12 = Ьтах определяет величину дальности полета частицы почвы по горизонтали. Угол атаки дискового заделывающего органа определим из выражения (28). которое позволяет определить наибольшую высоту подъема частицы почвы Н, подставив в (28) выражение (21) и решив его относительно а: ттК/

/ю

N

(32)

(im2

Isin2 у)

(У! + ¿i)

Межосевое расстояние S между дисками заделывающего органа, исходя из рисунка 5. определяется следующим выражением:

S = b — 2(R — kh) sin а, (33)

где k — отношение диаметра сферического диска (D) к глубине заделки (h): h - глубина заделки луковиц лука-севка (глубина заглубления диска). h=0,02...0,03 м. С учетом выражения (27), выражение (33) запишется в виде: 2Н

5 = —- — 2(R - kh) sin а. (34)

tgí

Диаметр сферического диска:

D = kh. (35)

Толщина сферического диска:

6 = 0,01D. (36) Радиус сферы (кривизны) диска:

гсф = D/2 sin <plf (37)

где <Pj - центральный угол дуги окружности, образуемый в результате сечения диска экваториальной плоскостью, град.

Радиус кривизны р поверхности почвонаправителя (рисунок 6):

р = аф2, (38)

где а — шаг спирали Архимеда, м; <р2 - угол поворота радиус-вектора спирали Архимеда, град.

Рисунок б - К определению радиуса кривизны р поверхности почвонаправителя дискового заделывающего органа

Vm

Шаг спирали имеет вид: а = ctgpj, (39)

где - угол между поверхностью почвонаправителя и касательной m - m к почвонапра-вителю, град.

Кривизна К, поверхности почвонаправителя:

Необходимое количество почвонаправителей дискового заделывающего органа z2 найдем как отношение объема почвы V,, для сплошной заделки борозды к объему почвы Vin перемещаемым одним почвонаправителем:

(41)

0,95bfi hLfi - n,

2"(52 - sinô2)bn

ширина борозды, м; L6 - длина борозды, м; п, - количество луковиц, ширина почвонаправителя, м; 62 - центральный

где Ь6

шт; Ry, — радиус луковицы, м; Ьп угол дуги окружности, град.

Q L

1 >7: / /

,, i /

/ у

У Л /

М[ Ьп

Длина почвонаправителя 1П дисковог о заделывающего органа: In > h.

Ширина почвонаправителя bn:

V;n Sr

V,

- (S2 - sin S2)

где Sr

(42)

(43)

почвонаправи-

Рисунок 7 - Схема для о пределе ния объема почвы перемещав мым одним почвонаправителем

^м _ площадь сегмента теля, м2.

Расчетные конструктивные параметры дискового заделывающего органа с почвонаправигелями равны: диаметр сферического диска 1>=0,Пм. толщина сферического диска 5=0.0011м, радиус сферы диска гсф =0.161 м. количество почвонаправителем т.г =6 шт, длина почвонаправителей 1п = 0 05 м ширина почвонаправителей Ьп = 0,014 м. кривизна поверхности почвонаправитечя К, -0.036 м. Расчетные технологические параметры дискового заделывающего органа с почвонаправителями равны: поступательная скорость дискового заделывающего органа - 1,03 м/с. угол а между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска (угол атаки) а= 32 град, межосевое расстояние между дисками заделывающего органа 8= 0.094 м.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследовании заделки луковиц почвой» описана программа и методика исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями в лабораторных и лаборагорно-полевых условиях, приведены методика и результаты исследований физико-

механических свойств луковиц лука-севка, а также методика и результаты исследований физико-механических свойств почвы.

Программа экспериментальных исследований включала:

- проведение лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями для заделки луковиц в борозде почвой после их посадки;

- проведение лабораторно-полевых исследований опытного образца лукопоса-дочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями.

ШДля проведения поисковых исследований по заделке луковиц лука-севка в борозде, а также определения частоты вращения дискового заделывающего органа и величины объема почвы, необходимой для качественной заделки луковиц в борозде, была разработана и изготовлена передвижная лабораторная установка (рисунок 8), позволяющая проводить исследования заделывающих рабочих органов на различных почвах.

Экспериментальные исследования по определению частоты вращения дискового заделывающего органа с почвонаправителями проводили изменяя угол атаки дисков а пределах от 5 до 30°, с интервалом варьирования в 5 градусов, а также поступательную скорость дискового заделывающего органа уд от 0,4 до 1,2 м/с, с интервалом варьирования 0,2 м/с. Частоту вращения дискового заделывающего органа определяли тахометром механическим ТЧ 10 ГОСТ 14915 - 69. Расстояние между луковицами определяли линейкой ЛМП-300 ГОСТ 17435-72. Лабораторные исследования были проведены на лабораторной установке (рисунок 9) и предусматривали определение оптимальных технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями. влияющих на качество заделки почвой луковиц лука-севка.

Рисунок 8 - Схема лабораторной установки для определения частоты вращения дискового заделывающего органа:

1 - дисковый заделывающий орган;

2 - тележка приводная; 3 - канал почвенный; 4 — тахометр

6>

Рисунок 9 Общий вид: а) лабораторной установки; б) дискового заделывающего органа: I - канап почвенный; 2 - тележка приводная; 3 - дисковый заделывающий орган; 4 - электродвигатель; 5 - связь гибкая канатная

Показателями качества заделки луковиц лука-севка являются количество луковиц заделанных почвой донцем вниз (К) и равномерность распределения их вдоль рядка (Р), которые определяли по формулам;

к = N90145 х1()а

где М90±45 - число луковиц, заделанных почвой донцем вниз, шт; луковиц, заделанных почвой, шт.

Ь„

Р =

-х 100,

где Ьч

+ ЬУВ + 1Н

количество нормальных интервалов между луковицами, шт

(44)

общее число

(45)

; и

- количество увеличенных

ство уменьшенных интервалов между луковицами, шт; ЬУВ интервалов между луковицами, шт.

В качестве критерия оптимизации технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями принято количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз, выраженное в процентах. Луковицы лука-севка, имеющие глубину заделки почвой менее 2,5 см и более 3 см, а также уменьшенный (Ьум < М ± 0,5М, где М - расстояние между луковицами но агротехническим требованиям, М=0,1 м) или увеличенный (Ц.в > М ± 0,5М) интервал между соседними луковицами лука-севка в результатах исследований не учитывались. Лабораторно-полевые исследования дискового заделывающего органа с почвонаправителями лукопоеадочной машины проводились на полях ООО «Новый урожай» Пензенской области в 2012-2013 годах на посадке лука-севка сорта «Бессоновский местный», в соответствии с СТО АИСТ 5.6-2010 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины высадкопоса-дочные. Методы оценки функциональных показателей».

Дня проведения исследований был выбран ровный однородный участок, на котором в дни проведения посева в трех местах определялись физико-

механические свойства почвы (среднесу-глинистый чернозем). Предпосевная обработка почвы заключалась в предпосевной культивации на глубину 6-8 см с одновременным боронованием. Для проведения лабораторно-нолевых исследований дисковые заделывающие органы с почвонаправителями устанавливались на луко-посадочную машину (рисунок 10). Нижняя граница интервала варьирования поступательной скорости Уд равнялась 0.8 м/с и далее изменялась с шагом 0,2 м/с до предельного значения, равному 1.2 м/с. Угол атаки дисков а изменялся в пределах от 5 до 30°, с интервалом варьирования в 5 градусов. Время движения лукопоеадочной машины, оснащенной дисковыми

Рисунок 10 - Общий вид лукопоеадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями: ! - рама; 2 - опорно-приводное колесо; 3 - бункер; 4 - семяпровод с сошником; 5 - дисковые заделывающие органы с почвонаправителями

заделывающими органами с почвонаправителями измеряли секундомером ГОСТ 5072-79, а пройденное расстояние рулеткой ТУ 17 -25 - 7622 - 79.

Площадь посева лука-севка была разделена на две учетные делянки, на каждой из которых производился посев лука-севка лукопосадочной машиной, с последовательной установкой на нее дисковых заделывающих органов с почвонаправителями и конических прикатывающих катков.

Урожайность лука-репки определялась методом сплошного учета урожая, когда весь урожай лука-репки с каждой учетной делянки взвешивался в поле на весах ВТ -8908 - 200 Г ОСТ 29329 - 92 сразу после уборки.

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями и их анализ» приведены и проанализированы результаты лабораторных и лабораторно-полевых исследований. Данные проведенных исследований подвергались обработке на персональной ЭВМ применением программ: «Microsoft Excel», «STAT1STICA-6.0», «MathCAD 2001» и представлены в виде графиков на рисунках 11 и 12, которые наилучшим образом отражают перспективность дальнейших исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями как рабочего органа, обеспечивающего наиболее качественную заделку луковиц лука-севка. Изучение поверхности отклика проводили с помощью двухмерных сечений, которые представлены на рисунке 11.

Угол между плоскостью вращения диска Угол между плоскостью вращения диска и направлением поступательного дви- и направлением поступательного движения диска а гпад жения диска а гпад а) б)

Рисунок 11 - Двухмерные сечения поверхности отклика, характеризующие зависимость количества луковиц, заделанных почвой донцем вниз от: а) межосевого расстояния между дисками заделывающего органа (м) и угла между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска (град); б) поступательной скорости дискового заделывающего органа (м/с) и угла между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска (град)

После обработки результатов многофакторного эксперимента получено уравнение регрессии второго порядка, описывающее зависимость количества луковиц, заделанных почвой донцем вниз, от выбранных факторов К=Г (Уд.а.Я) в закодированном виде:

У = 92,53 - 8,1 зхг - 1,78х2 + 2,37х3 - 15,12х2 + 2,32x1 - 2,85x1 + 1,97хгх2 -4,75X4X3 - 0,000009х2х3. (46)

Раскодированное уравнение регрессии (46) примет вид:

У = -482,817 + 32,13а + 499,515 + 308,95уд - 0,6а2 - 1536,6752 - 71,35уд2 + 9,03а5 - 4,75аУд - 259,095уд. (47)

Рассмотрение двухмерных сечений показывает, что оптимальные значения исследуемых факторов находятся в следующих пределах: угол между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска а=20...25 град, межосевое расстояние между дисками заделывающего органа 8=0,1...0,15 м, а поступательная скорость дискового заделывающего органа Уд -0,95... 1,15 м/с. В результате проведения лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвона-правителями установлено, что количество луковиц, расположенных донцем вниз, после заделки их почвой в борозде на оптимальных режимах составляет 85...90 %. Анализируя график (рисунок 12), можно сказать, что наибольшее количество луковиц, расположенных донцем вниз после заделки почвой - 85 %, достигается при поступательной скорости движения лукопосадочной машины равной 0,95 м/с. Наилучшие показатели равномерности распределения заделанных почвой луковиц вдоль рядка -89%, достигаются при поступательной скорости движения лукопосадочной машины равной 1,05 м/с.

I ^

3 Ьй

с!

о

о

Ы

О. )Я

£ о

■а с

о л

х х

О. X

о

X

Поступательная скорость движения лукопосадочной машины уд, м/с Рисунок 12 - Зависимость количества луковиц, заделанных почвой донцем вниз К, % и равномерности распределения луковиц заделанных почвой вдоль рядка Р, % от поступательной скорости движения лукопосадочной машины

В пятом разделе «Экономическая эффективность применения дискового заделывающего органа с почвонаправителями лукопосадочной машины на посадке луковиц лука-севка» приведены расчеты показателей экономической эффективности применения лукопосадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями и коническими прикатывающими катками. На основании проведенного расчета экономической эффективности применения лукопосадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями установлено, что годовой экономический эффект составляет 39966 рублей, который достигается качественной заделкой лука-севка почвой, и как следствие, повышением урожайности лука-репки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана, обоснована и запатентована конструкция дискового заделывающего органа с почвонаправителями лукопосадочной машины для качественной заделки луковиц лука-севка в борозде.

2. Проведены теоретические исследования взаимодействия с почвой дискового заделывающего органа с почвонаправителями по заделке луковиц лука-севка в борозде, получены уравнения траектории движения частиц почвы по поверхности почво-направителя и теоретические зависимости для определения конструктивных и технологических параметров дискового заделывающего органа с почвонаправителями: поступательной скорости дискового заделывающего органа с почвонаправителями, угла атаки дискового заделывающего органа с почвонаправителями, межосевого расстояния между дисками заделывающего органа, а также диаметра диска дискового заделывающего органа, толщины сферического диска, радиуса сферы диска, кривизны, длины, ширины и количества почвонаправителей.

Расчетные конструктивные параметры дискового заделывающего органа с почвонаправителями равны: диаметр сферического диска 0=0,11 м, толщина сферического диска 5=0,0011м, радиус сферы диска гСф =0,161 м, количество почвонаправителей ъг =6 шт, длина почвонаправителей 1п = 0,05 м, ширина почвонаправителей Ьп = 0,014 м, кривизна поверхности почвонаправителя Кг =0,036 м.

Расчетные технологические параметры дискового заделывающего органа с почвонаправителями равны: поступательная скорость дискового заделывающего органа Уд = 1,03 м/с, угол между плоскостью вращения диска и направлением поступательного движения диска (угол атаки) а= 32 град, межосевое расстояние между дисками заделывающего органа Б= 0,094 м.

3. Лабораторные исследования дискового заделывающего органа с почвонаправителями проводились согласно разработанной методике и позволили установить интервалы нахождения оптимальных значений исследуемых параметров, при качественной заделке луковиц лука-севка почвой в борозде. Максимальное количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз (85 - 90%) достигается при угле атаки дискового заделывающего органа с почвонаправителями 20...25 град, межосевого расстояния между дисками заделывающего органа 0,1...0,15 м, поступательной скорости движения дискового заделывающего органа 0,95... 1,15 м/с, частоте вращения дискового заделывающего органа 168...180 мин-1.

4. По результатам лабораторно-полевых исследований установлено, что наибольшее количество луковиц, заделанных почвой донцем вниз составило 85%, при этом на боку располагалось 13 %, донцем вверх - 2 % луковиц, а равномерность распределения вдоль рядка составила 89 % при значении поступательной скорости лукопосадочной машины 0,95 - 1,15 м/с. По сравнению с лукопосадочной машиной, оснащенной в качестве заделывающих органов коническими прикатывающими катками, повысилось количество луковиц заделанных почвой донцем вниз на 20%, а равномерность распределения луковиц вдоль рядка на 19%. В результате урожайность лука-репки увеличилась в 1,35 раза. Годовой экономический эффект использования лукопосадочной машины, оснащенной дисковыми заделывающими органами с почвонаправителями, составляет 39966 рублей за счет повышения урожайности лука-репки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в рецензируемых гаданиях

1. Емельянов, П. А. Классификация средств механизации заделывающих органов семенного материала посевных и посадочных машин / П. А. Емельянов, А. В. Сиби-рёв, А. Г. Аксенов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2012. - К» 11 -С. 28-30.

2. Емельянов, П. А. Теоретические предпосылки процесса заделки луковиц в борозде / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Нива Поволжья. - 2012 -№ 3 (24).-С. 33-36.

3. Емельянов, П. А. Исследование силовой характеристики дискового заделывающего органа луковой сеялки / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Нива Поволжья. - 2013. - № 1 (26). - С. 40 - 46.

4. Емельянов, П. А. Передвижной почвенный канал / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2013 - № 6 -С. 7 - 9.

5. Емельянов, П. А. Экспериментальные лабораторные исследования дискового заделывающего органа для заделки луковиц лука-севка / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв // Вестник Ульяновской ГСХА. - 2013. -№ 2,- С. 29-30.

6. Емельянов, П. А. Эффективность применения передвижного почвенного канала при проведении лабораторных исследований / Г1. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Вестник Красноярского ГАУ. - 2013. -№ 10. - С. 216 - 219.

7. Емельянов, П. А. Экспериментальные исследования по определению количества почвы для качественной заделки луковиц лука-севка в борозде / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Тракторы и сельскохозяйственные машины - 2014 -№1,- С. 25 -27.

8. Емельянов, П. А. Теоретические исследования конструкционных параметров дискового заделывающего органа машины для посадки лука-севка / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2014 - N° 5 -С. 29 -32. " '

9. Емельянов, П. А. Теоретические исследования технологического процесса заделки луковиц лука-севка в борозде дисковым заделывающим органом с ночвонапра-вителями / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв // Нива Поволжья. - 2014 - №2 -С. 51-58. " "

10. Емельянов, П. А. Устройство для заделки луковиц в борозде / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Сельский механизатор. - 2014 - № 7 -С. 13-14.

Патенты РФ на изобретение

11. Патент № 2490851 Россия, МПК А01 С5/00. Устройство дискового типа для заделки луковиц в борозде / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов -№2490851; Заяв. 6.04.2012; Опубл. 27.08.2013, Бюл.№24.

В сборниках научных трудов и материалах конференций

12. Сибирёв, А. В. Разработка устройства для заделки лука-севка / А. В. Сибирёв // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том III - Пенза- РИО ПГСХА, 2012.-С. 97-99. "

13. Сибирёв, А. В. Анализ заделывающих органов семенного материала посевных и посадочных машин / А. В. Сибирёв // Инновационные идеи молодых исследо-вателеи для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том III. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 103-106.

14. Сибирёв, А. В. Установка для проведения лабораторных исследований по заделке луковиц в борозде после их посадки / А. В. Сибирёв И Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том II. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 147 - 149.

15. Сибирёв, А. В. Разработка устройства для заделки луковиц луковичных культур / А. В. Сибирёв // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том И. -Пенза: РИО ПГСХА, 2012.-С. 149- 151.

16. Сибирёв, А. В. Методика проведения поисковых опытов по заделке луковиц в борозде / А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов // Вклад молодых учёных в инновационное развитие АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том И. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 151 - 153.

17. Пухликов, А. Ю. Элементы теории заделки луковиц луковичных культур в борозде при их посадке / А. Ю. Пухликов, А. В. Сибирёв // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том III. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С. 96 - 98.

18. Аксенов, А. Г. Согласование работы высаживающего аппарата и заделывающих органов на посадке луковиц лука-севка / А. Г. Аксенов, А. В. Сибирёв // Новые технологии и технические средства в АПК: сборник материалов международной конференции, посвященной 105 - летию со дня рождения профессора Красникова Владимира Васильевича. - Саратов: Издательство «КУБиК», 2013. - С. 3 - 6.

19. Сибирёв, А. В. Лабораторная установка для определения оптимальных конструктивных и технологических параметров дискового заделывающего органа с поч-вонаправителями / А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов, А. Ю. Дунюшкин // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том III. - Пенза: РИО ПГСХА,

2013.-С. 178- 180.

20. Сибирёв, А. В. Методика экспериментального определения частоты вращения дискового заделывающего органа с почвонаправителями / А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов, А. Ю. Дунюшкин // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. -Том III. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - С. 195 - 197.

21. Сибирёв, А. В. Методика проведения лабораторных исследований дискового заделывающего органа с почвонаправителями по определению глубины заделки луковиц в борозде / А. В. Сибирёв, А. Г. Аксенов, А. Ю. Дунюшкин // Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Том II. - Пенза: РИО ПГСХА,

2014. - С. 215 - 217.

22. Емельянов, П. А. Экспериментальные полевые исследования дискового заделывающего органа с почвонаправителями для заделки луковиц лука-севка / П. А. Емельянов, А. В. Сибирёв II Инновационные направления развития АПК и повышение конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов — вклад молодых ученых: сборник научных трудов по материалам XVII международной научно-практической конференции. - Ярославль: ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА», 2014. -С. 13-16.

Подписано в печать 20.10. 2014 г. Формат 60х84/16. Объем 1 п.л. Тираж 100. Заказ № 325 Отпечатано с готового оригинал-макета в Пензенской мини-типографии Свидетельство № 5551 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74