автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка энергосберегающего технологического процесса основной отвальной обработки почвы с обоснованием параметров рабочих органов

На правах рукописи

Бобков Сергей Александрович

Разработка энергосберегающего технологического процесса основной отвальной обработки почвы с обоснованием параметров рабочих органов

Специальность: 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова».

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник Бойков Василий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Емелин Борис Николаевич кандидат технических наук, доцент Волосевич Петр Николаевич

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Поволжский научно-исследовательский институт селекции и семеноводства» Самарская область, Кинельский район, пос Усть-Кинельский

Защита диссертации состоится 29 апреля 2005 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220 061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н И.Вавилова» по адресу: 410056, г Саратов, ул Советская д 60, ауд. 325

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «13 » ^л^^й 2005 г

Ученый секретарь [\

диссертационного совета Н П Волосевич

нгъо>

ш ъот

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сокращение машинно-тракторного парка агропромышленного комплекса России привело к уменьшению посевных площадей, использованию упрощенных технологий, увеличению агротехнических сроков полевых работ. Поля необрабатываемые по несколько лет переходят в естественное залужение На заброшенных полях происходит массовое размножение не только различных высоко и низко стебельных сорняков но и формирование кустарниково - древесных формаций По оценке В В Коломейченко и Г.И. Дурнева площадь «бросовых» земель достигла к настоящему времени 15-20 млн га. Однако, более точную цифру привел президент Российской Федерации - 33 млн. га

Технология освоения целинных и залежных земель реализуемая лемешно-отвальными плугами, созданными в 50-60 годы прошлого столетия базировалась на агроприемах ввода крепких залежей, то есть в последних стадиях залужения Результаты исследований этой технологии показали, что применяемые технические средства для вспашки заброшенных полей имеют высокую энергоемкость и низкое качество обработки почвы

В связи с этим исследования, направленные на разработку энергосберегающего технологического процесса основной обработки почвы, обеспечивающего ввод в севооборот заброшенных земель, а также старопахотных почв, является актуальным и имеют важное хозяйственное значение.

Исследования выполнены в соответствии с программой «Концепции развития сельскохозяйственного машиностроения в регионах ассоциации «Большая Волга (Растениеводство)», утвержденной решением Совета ассоциации «Большая Волга» № 2 от 27 января 1999 года и в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им НИ Вавилова» по теме № 4 «Разработка технологического обеспечения аграрных технологий», раздел 4 2 «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин для основной обработки почвы».

3» 'ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 1 I библиотека .1

Цель работы. Снижение энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы, за счет применения плугов с новыми рабочими органами, обеспечивающих ввод в севооборот заброшенных земель и старопахотных почв

Объект исследований. Технологический процесс основной отвальной обработки почвы, выполняемый плугами с новыми рабочими органами.

Методика исследований. Методика исследований включает в себя разработку теоретических положений работы по совершенствованию и расширению технологических возможностей процесса основной отвальной обработки почвы, с обоснованием основных параметров нового рабочего органа и плуга для реализации предложенной технологии Теоретические исследования проводились на основе известных законов земледельческой механики и математического анализа Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях на основе методик, изложенных в государственных и отраслевых стандартах, а также руководящих документах на испытания сельскохозяйственной техники с использованием математической статистики и методов многофакторного эксперимента

Научная новизна. Аналитически обоснована схема выполнения технологического процесса основной отвальной обработки почвы, обеспечивающая заделку высокостебельных растительных остатков. Получены теоретические зависимости, обосновывающие параметры новой конструктивно-технологической схемы рабочего органа плуга для реализации энергосберегающего процесса основной отвальной обработки почвы

Научные положения, выносимые на защиту:

- обоснование энергосберегающего способа основной отвальной обработки почвы;

- теоретическое обоснование технологического процесса обработки почвы заброшенных земель, выполняемого новыми рабочими органами,

- теоретическое обоснование основных параметров новых рабочих органов плугов для реализации энергосберегающей технологии;

- результаты лабораторно-полевых исследований новых рабочих органов;

- результаты производственных проверки плугов с новыми рабочими органами в сравнении с известными плугами и технико-экономической оценки их применения.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований разработан технологический процесс основной отвальной обработки заброшенных земель и старопахотных почв, обеспечивающий заделку высокорослого растительного покрова и стерни высокостебельных растений Результаты исследований приняты за основу при создании новых рабочих органов - комбинированных корпусов КБК-80 и его модификаций, рабочей шириной захвата 700-800 мм

Реализация предлагаемого технологического процесса основной отвальной обработки почвы обеспечило снижение энергоемкости на 5,8. 12,0%.

Реализация результатов исследований. Опытные образцы корпуса КБК-80 и его модификации испытаны в ФГУ «Поволжская МИС» (протокол № 08-131-2000). По результатам испытаний по модификации корпуса - КБК-80С1 рекомендован выпуск опытной партии

Опытные образцы плугов ПБК-3 и ПБК-5, оснащенные корпусами КБК-80С1 проходили государственные приемочные испытания в ФГУ «Поволжская зональная машиноиспытательная станция» (протоколы № 08-100-2000 и № 08-109-2000) По результатам испытаний рекомендован выпуск опытной партии плугов ПБК-3 и ПБК-5

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им Н И Вавилова» и Самарской ГСХА в 2001-2005 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ общим объемом 1,86 печатных листов, из них лично автору принадлежит 1,22 печатных листов, в том числе описание двух патентов на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 6 глав, выводы, библиографический список и приложения Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 47 рисунков и 10 приложений Список литературы содержит 108 источников, в том числе 2 на иностранных языках

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность и изложены основные научные положения, выносимые на защиту

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» рассмотрены существующие способы основной отвальной обработки почвы, которой были посвящены работы В.П Горячкина, Г H Синеокова, И.М Панова, НП Бур-ченко, А С Кушнарева, А А Князева, В А Сакуна и других ученых Анализу причин и процесса появления заброшенных земель посвящены работы Бурякова А Т , Коломейченко В В , Кутузовой А А и других авторов

Проанализированы схемы технологических процессов отвальной обработки почвы и агротехнические требования (АТТ), предъявляемые к рабочим органам известных плугов

На основании анализа технологий освоения целинных и залежных земель, которые в середине прошлого столетия базировались на агроприемах ввода крепких залежей и реализо-вывались лемешно-отвальными плугами, было установлено, что они малоэффективны на обработке заброшенных земель с высокостебельной растительностью, имеют высокую энергоемкость и низкое качество обработки почвы

Исходя из этого, и в соответствии с поставленной целью работы определены следующие задачи исследований'

1 Провести анализ работы известных плугов и определить направление совершенствования технологического процесса основной отвальной обработки почвы

2 Теоретически обосновать снижение энергозатрат на пахоте заброшенных полей и почв с высокостебельной растительностью

\

3. Разработать и обосновать основные конструктивно-технологические параметры рабочих органов плуга для выполнения энергосберегающей технологии.

4 Провести лабораторно-полевые исследования энергосберегающей технологии обработки почвы, выполняемой новыми рабочими органами.

5 В хозяйственных условиях провести производственную проверку плугов с новыми рабочими органами в сравнении с известными плугами и дать технико-экономическую оценку их применения

Во второй главе «Теоретические предпосылки совершенствования технологического процесса основной отвальной обработки почвы с разработкой и обоснованием основных параметров новых рабочих органов и плугов» оценка энергоемкости технологического процесса основной отвальной обработки почвы была выполнена на основе удельных показателей, характеризующих работу пахотного агрегата

Сравнительный анализ работы известных плугов представлен на столбиковых диаграммах рис. 1. Из которого следует, что минимальную материалоемкость и низкие удельные энергозатраты имеет комбинированный плуг ПРНС-5+Г10-50. Улучшение показателей этого плуга достигается за счет первоначального безотвального рыхления пахотного слоя, сдвига и перемещения части разрыхленного пласта почвы, исключения из технологического процесса основной отвальной обработки почвы дополнительной силы сопротивления' силы трения, возникающей вследствие взаимодействия полевой доски со стенкой борозды На основании технологического процесса, выполняемого плугом ПРНС-5+ПО-50 возможно провести совершенствование технологического процесса вспашки заброшенных земель в направлении снижения энергоемкости обработки почвы с заделкой высокостебельной растительности.

Энергосберегающий технологический процесс основной отвальной обработки почвы, обеспечивающий полную заделку высокостебельных растительных остатков представлен на рис 2

Рме, 300 кВт ч/га 200

100 о

-¿а.

ПТК-9-35

qyд,

кг/га

60 50 40 30 20 10 о

Плуг с пов оротными стойками

#31

^ 33.2

РЯС-1,4

ПРН-40

ПТК-9-35

Плуг с поворотными стойками

РЯС-1,4

— - — — ша — —

19,е

ПРН-40

Чт. 2000 кг/м 1500 1000 500 О

4

860 820 Щ щ — Ш1| —

ПТК-9-35

Плуге поворотными стойками

РЯС-1,4

Ш

В

ПРН-40

к 6 5 4 3 2 1 О

ПТК-9-35

га

Т7Я-

Плуг с поворотными стойками

РЯС-1,4

ПРН-40

Рис 1 Показатели работы пахотных агрегатов с различными плугами А - удельные энергозатраты Б - погектарного расхода топлива g%л , В - удельной материалоемкости gm, Г - соотношение ширины захвата корпуса плуга к глубине обработки К

ЧУ ПУШУ

а)

Рис 2 Схема выполнения энергосберегающего технологического процесса

основной отвальной обработки почвы а - рыхление пласта почвы Б, б - перемещение 0,5Р из положения 1 в положение 2, в - перемещение высокостебельных растительных остатков 4 в борозду 3 и сечений 0,5Р, и 0,5Р2 в борозду 3, г - перемещение части сечения 0,5?! в положение 5 и сечения 0,5Р2 в положение 6, д - перемещение растительных остатков сечений пластов 0,5 Р, и 0,5Р4 в положение 8, 7 - гребень на дне пахотного слоя

На первом этапе производится рыхление пласта почвы сечением ах б? На втором этапе (Рис 2.6) разрыхленный пласт делится пополам, то есть 0,5Р] и часть пласта сечением 0,5Р[ из положения 1 перемещается в положение 2 Затем в обра-

зующуюся борозду 3 перемещаются, одновременно, половины сечений пластов F2 и Fi и высокостебельные растительные остатки (4) этих сечений, в последовательности - сначала 0,5Fi в положение 5, затем 0,5F2 в положение 6 (Рис 2,г).

Далее процесс повторяется. Очевидно, что разделение первоначально разрыхленного объема на две части и наличие гребней 7 (Рис.2,д), находящихся на дне обрабатываемого пахотного слоя будут обеспечивать лучший оборот обрабатываемого пахотного слоя и позволит увеличить ширину захвата плуга. Величину основания гребня определяем по выражению

В = 2Hc1g\p, (1)

где Н- высота гребней на дне пахотного слоя допускаемая по АТТ, м, принимаем Н= 0,05м , у- угол скола почвы, град, принимаем у = 45°.

Конструктивно-технологическая схема рабочего органа представлена на рис.3

Рис 3 Новый рабочий орган для перемещения всего сечения разрыхленного пахотного слоя 1 - наральник, 2 - отвал, 3 - стойка

Существенное влияние на энергоемкость пахоты оказывает форма поверхности наральника.

Известно, что за счет реализации напряженно-деформированного состояния пахотного слоя, который образуется в результате чистого сдвига, можно снизить тяговое сопротивление рабочего органа Это состояние пахотного слоя возникает при взаимодействии конической рабочей поверхности с пахотным слоем, то есть рабочая поверхность корпуса плуга, которая взаимодействует с пахотным слоем, должна иметь форму конической поверхности.

Согласно исходным требованиям основным технологическим показателем является глубина обработки почвы. Принимаем, что глубина обработки почЁы новым рабочим органом находится в пределах от 16 до 30 см, а ширину захвата наральника нового рабочего органа в = 0,5 м

По закону распределения давления рациональная форма режущей части наральника должна иметь не прямолинейную форму, а параболическую (Рис 4)

д

у у

А

ОС/8/

Ь

гГ

->

Рис 4 Форма рабочей поверхности нового рабочего органа и его основные параметры

Принимаем' задний угол установки наральника е = 10°, угол подъема рабочей поверхности наральника а = 25° Высоту наральника h (Рис 4) определяем по следующему выражению'

h = / ftga - tge) , (2)

где / - длина наральника, м , принимаем / в 2.

Тогда радиус кривизны рабочей поверхности наральника можно вычислить по выражению.

R = в: ~ 4 [ 1 (tga-tge)] 2 8 [I (tga-tgs) / , (3) где в - ширина захвата наральника, м.

Радиус кривизны отвала (Рис 3) принимаем такой же, как и корпуса плуга общего назначения - R i = 300 мм

Минимальную длину отвала // (Рис 3) определяем по выражению:

I, = нту (в + 2Hctgif/) 1 0,2в , (4)

где у- угол постановки отвала к направлению движения рабочего органа, град, принимаем у = 40° 45°.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложена программа экспериментальных исследований с описанием оборудования, применяемого в лабораторно-полевых исследованиях, дано описание объектов исследований и экспериментальных установок Программой предусматривалось' выполнить проверку энергосберегающего технологического процесса основной отвальной обработки почвы, выполняемого новыми рабочими органами; определение в лабораторно-полевых условиях энергетических и качественных показателей работы плугов с новыми рабочими органами, в хозяйственных условиях провести экспериментальные исследования по определению эксплуатационно-технологических показателей работы плугов с новыми рабочими органами в сравнении с известными плугами При проведении лабораторно-полевых исследований руководствовались методиками, изложенными в ОСТ 10 4 1-2001 и ОСТ 10 2 2-2002 «Испытания сельскохозяйственной техники».

В четвертой главе «Результаты и анализ экспериментальных исследований» представлены основные результаты лабораторно-полевых исследований и дан их анализ

Для выявления формы рабочего органа, отвечающего требованиям обработки заброшенных полей и энергосбережению, проведены иссле-дования корпуса КБК-80 и его модификаций (КБК-80-01, КБК-80М, КБК-80С, КБК-80С1, КБК-80 (безотвальный) Оценка работоспособности новых корпусов проведена при их поочередной установке на раму плуга ПБ-5 Плуг агрегатировался с трактором Т-150К Глубина обработки устанавливалась до 35см При этом влажность почвы составляла 24,3-36,4%, а твердость 0,6-1,6 МПа Анализ полученных данных сравнительной оценки показывает, что глубина обработки по ходу корпусов находилась в пределах 29,0-32,6 см Среднее квадратичное отклонение глубины обработки у всех корпусов удовлетворяло требованиям АТТ (не более 2 см) Оценивая профиль борозды, с точки зрения их заполнения рыхлой почвой выявлено - наименьшее ее количество остается в борозде корпуса КБК-80, а наибольшее - корпуса КБК-80С При испытаниях установлено, что технологический процесс обработки почвы экспериментальными рабочими органами (в условиях закрытой борозды) выполняется по способу комбинированного воздействия на пласт' сочетанием безотвального и отвального рыхления При этом разделение пласта производится после его рыхления за зоной действия наральника При движении каждого корпуса в условиях закрытой борозды оценка энергетических показателей сравниваемых корпусов проводилась одновременно с агротехнической оценкой

Анализ зависимостей удельного тягового сопротивления от скорости движения (Рис 5) показывает, что изменение формы и параметров наральника существенно влияет на энергоемкость вспашки Из графика видно, что наибольшее сдельное тяговое сопротивление имеет корпус КБК-80М, за счет удлинения носовой части наральника, выполняющего функцию долота, с целью лучшей заглубляемости в почву

f

Рис 5 Зависимость удельного тягового сопротивления новых рабочих органов от скорости движения V 1 - КБК-80, 2 - КБК-80-01, 3 - КБК-80М

При исследованиях этих рабочих органов на почвах высокой влажности было установлено, что вогнутые отвалы корпусов интенсивно залипались почвой, поэтому форма отвала была изменена на выпуклую (Рис.6).

Из зависимостей удельного тягового сопротивления рабочего органа с выпуклой формой отвала и различной высотой установки относительно наральника от скорости движения агрегата (Рис 7.) видно, что минимальную энергоемкость имеет корпус КБК-8ОС1 Параметр С\= 100мм (Рис 6)

Г—^ о

о 1

0.9)

Рис 6 Новый рабочий орган с выпуклой формой отвала 1-наральник, 2-отвал, 3-стойка

КУД н/см2 13,0

12,0

11,0

10,0 9,0 8,0

2 ИМ

3

ТА

1 /

/ / \ 2

□ > У о

А

о

<3, N1

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

V, м/с

Рис 7 Зависимость удельного тягового сопротивления К„ от скорости движения V 1 - КБК-80С (безотвальный), 2 - КБК-80С, 3 - КБК-80С1 Анализ результатов исследований по определению рационального угла (уО установки отвала КБК-80С1 относительно стенки борозды выявили, что увеличение угла с 41° до 45° приводит к увеличению тягового сопротивления на 8 . 12% (Рис 8) То есть, угол установки отвала (41°) для увлажненных почв является предельным, так как его увеличение приводит к появлению эффекта сгруживания почвы.

На основании исследований установлено, что у корпуса КБК-80С1 получены лучшие качественные показатели обработки почвы Корпус КБК-80С1 полностью выполняет технологический процесс по схеме на рис 2

Куд

Рис 8 Зависимость удельного тягового сопротивления от скорости движения V при различном угле установки отвала 1 - 45°, 2 - 43°, 3-41°

В пятой главе «Результаты хозяйственных исследований плугов с новыми рабочими органами» представлены данные экспериментальных исследований плугов ПО-4М, НПО-6М, ПБК-3 и ПБК-5 в сравнении с лемешно-отвальными плугами общего назначения, приведены в таблицах 1,2 Анализ результатов показывает, что ПБК-5 с корпусами КБК-80М, у которого отвал имеет вогнутую форму и ПБК-3 с корпусом КБК-80С1, у которого отвал имеет выпуклую форму по эксплуатационно-технологическим показателям превосходят серийные плуги ПЛН-5-35, ПНИ-8-40 Так снижение удельных энергозатрат пахотного агрегата оснащенного плугом ПБК-3 в сравнении с ПЛН-5-35 составило 21,7 % , погектарного расхода топлива на 10,0 %, при этом часовая производительность пахотного агрегата возросла на 11,1 %, а качество заделки стерни увеличилось на 14,0%.

Таблица 1

Эксплуатационно-технологические показатели плугов ПБК-5 и ПНИ-8-40

Показатель Значение показателя

ПБК-5 ПНИ-8-40

Влажность почвы, % 31,5-32,5 31,5-32,5

Твердость почвы, МПа 0,7-1,0 0,7-1,0

Высота пожнивных остатков, см 47,6 47,6

Глубина обработки, см 28,9 28,7

Ширина захвата, м 3,3 3,5

Скорость движения, км/ч 9,3 9,4

Среднее квадратическое отклонение, ±см 1,5 1,5

Гребнистость поверхности поля, см 11,4 12,8

Степень заделки стерни, % 96,3 90,8

Тяговое сопротивление, кН 53,1 60,2

Удельное тяговое сопротивление, Н/см2 5,57 5,99

Удельные энергозатраты, кВт-ч/га 59,06 58,27

Производительность за 1 ч, га

- основного времени 2,2 2,3

Погектарный расход топлива, кг/га 16,8 17,0

Таблица 2

Эксплуатационно-технологические показатели плугов ПБК-3 и ПЛН-5-35

Показатель Значение показателя

ПБК-3 ПЛН-5-35

Влажность почвы, % 32,3-35,9 32,3-35,9

Твердость почвы, МПа 0,7-1,3 0,7-1,3

Высота пожнивных остатков, см 27,0 27,0

Глубина обработки, см 26,6 25,5

Ширина захвата, м 2,2 1,9

Скорость движения, км/ч 8,2 7,8

Среднее квадратическое отклонение глубины, ±см 1,2 1,8

Крошение почвы, а/о, размеры фракций до 50 мм 85,6 89,6

Степень заделки стерни, % 98,9 85,0

Глубина заделки стерни, см 7,4 12,6

Тяговое сопротивление, кН 21,4 20,6

Удельное тяговое сопротивление, Н/см2 4,15 4,19

Удельные энергозатраты, кВт-ч/га -> *7 :>:>, / 43,0

Производительность за 1 ч, га 1,8 1,6

- основного времени 1,8 1,6

Погектарный расход топлива, кг/га 13,5 15,0

В шестой главе «Расчет экономической эффективности применения плугов с новыми рабочими органами» приводится экономический расчет на примере использования пахотного агрегата

Т-150К+ПБК-3 в сравнении с агрегатом Т-150К+ПЛН-5-35 Результаты расчетов показывают, что себестоимость полевых механизированных работ снижается на 10,71 % При этом годовой экономический эффект по приведенным затратам составляет 9299,44 руб

Общие выводы

1 Анализ известных технических средств, реализующих различные технологические процессы основной отвальной обработки почвы показал, что энергетические затраты в них определяются геометрическими параметрами и составными элементами корпуса плуга.

2 Технологический процесс, выполняемый плугом ПРНС-5+ГЮ-50 с комбинированными рабочими органами, имеет меньшую энергоемкость вследствие первоначального безотвального рыхления пахотного слоя, а затем сдвига и перемещения разрыхленной верхней части пахотного слоя и исключения из процесса дополнительной силы сопротивления -силы трения, возникающей при взаимодействии полевой доски со стенкой борозды

3 На основе технологического процесса, выполняемого плугом ПРНС-5 + П0-50 обоснован энергосберегающий технологический процесс, обеспечивающий первоначально безотвальное рыхление пахотного слоя, затем разделение разрыхленного пласта почвы на две части с поочередным оборотом и перемещением каждой части с высокостебельной растительностью в открытую борозду

4 Разработаны и обоснованы новые рабочие органы для выполнения энергосберегающего технологического процесса, состоящие из наральника имеющего форму части конической поверхности с выпуклостью вверх, за которым устанавливается отвал с выпуклой или вогнутой рабочей поверхностью, а их полевой обрез расположен по оси симметрии наральника

5 Лабораторно-полевыми исследованиями установлено, что минимальные энергозатраты обеспечивает новый рабочий орган КБК-80С1 с шириной захвата наральника 0,54 м, углом установки выпуклого отвала к направлению движения 41°, расстоянием от вершины наральника до нижней кромки отвала 0,1 м

6. Производственной проверкой проведенной в хозяйственных условиях в сравнении с известными плугами установлено, что за счет применения плугов с новыми рабочими органами достигается снижение удельных энергозатрат на 21,7%,

погектарного расхода топлива на 10,0 %, при увеличении производительности на 11,1 % и качества заделки высокостебельной растительности на 14,0 %

7 Применение плугов с новыми рабочими органами снизило себестоимость механизированных работ на 10,71%, что способствовало получению годового экономического эффекта в размере 9299,44 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1 Бобков С А Новая почвообрабатывающая техника // Агро-Информ. 2000 г № 23-24 С 18-19.(0,32/0,32)

2 Бойков В.М Исследование работы комбинированных плужных корпусов КБК-80 и его модификации КБК-80С1./ Бойков В М , Бобков С А. // Актуальные агроинженерные проблемы АПК. сб науч тр Поволжской межвузовской конференции/СГСХА-Самара, 2001. - С 149-151 (0,45/0,4)

3 Бойков В М. Результаты полевых испытаний безотвального плуга-рыхлителя с новыми рабочими органами / Бойков В М , Гниломедов В Г , Бобков С А., Мезенцев Ю А. // Актуальные агроинженерные проблемы АПК сб науч тр Поволжской межвузовской конференции / СГСХА - Самара, 2001. - С. 98-102 (0,42/0,34)

4. Пат 2169998 Россия, МКИ 7 А 01 В 15/00 Корпус плуга. Бойков В.М, Беднов А Н , Старцев С В , Бобков С А (Россия) -2000110961/13; Заявлено 28 04.2000, Опубл 10 07 01 Бюл № 19.-4 с ил.

5 Пат 2195093 Россия, МКИ 7 А 01 В 15/00 Многокорпусный плуг Бойков В М., Беднов А Н , Старцев С В , Уфаев АГ, Бобков CA., Плешков ЕН (Россия) - 2000130411/13; Заявлено 04 12 2000, Опубл 27 12 02 Бюл № 36 - 6 с. ил

6. Бойков В М Корпус плуга ПБК / Бойков В М, Старцев С В , Бобков С А, Бойкова ЕВ// Информационный лист №42005 Саратов, ЦНТИ. 4 с (0,17/0,07).

7 Бойков В М ГТБК-3 - плуг для нвоой технологии вспашки / Бойков В М, Старцев С В , Бобков С А , Бойкова ЕВ// Информационный лист № 5 - 2005 Саратов, ЦНТИ, 4 с (0,17/0,07).

Для заметок

Подписано в печать 22 03 05 Формат 60/84 V,о Б\ мага офсетная Гарнитл pa Times Псч л 1,0 Тираж 100 Заказ 313/249

Федеральное гос\ дарственное образовательное \-чреждение высшего профессионального образования «Саратовский гос\ дарственный аграрный \ ниверситет им Н И Вавилова» 410600 Саратов Театральная пл 1

F ? ов

РНБ Русский фонд

20ЩИ: 4239

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований.

1.1. Агротехнические требования, предъявляемые к технологическому процессу отвальной обработки почвы.

1.2. Плуги, применяемые для выполнения технологического процесса основной отвальной обработки почвы.

1.2.1. Плуги общего назначения.

1.2.2. Оборотные плуги.

1.2.3. Плуги с поворотными стойками для гладкой пахоты.

1.2.4. Фронтальные плуги.

1.2.5. Ярусные плуги.

1.2.6. Комбинированные плуги.

1.3. Результаты исследований плугов, применяемых для выполнения технологического процесса основной обработки почвы и их анализ.

1.3.1. Плуги общего назначения.

1.3.2. Оборотные плуги.

1.3.3. Плуги с поворотными стойками для гладкой пахоты.

1.3.4. Фронтальные плуги.

1.3.5. Ярусные плуги.

1.3.6. Комбинированные плуги.

1.4. Выводы по разделу.

1.5. Цель и задачи исследований.

2. Теоретические предпосылки совершенствования технологического процесса основной отвальной обработки почвы с разработкой и обоснованием основных параметров новых рабочих органов и плугов.

2.1. Удельные показатели, характеризующие работу пахотного агрегата.

2.2. Сравнительный анализ работы плугов, применяемых для выполнения технологических процессов основной отвальной обработки почвы.

2.3. Сравнительный анализ технологических процессов работы отвального корпуса плугов общего назначения и комбинированного корпуса плуга ПРНС-5+ПО-50.

2.4. Обоснование энергосберегающего технологического процесса основной отвальной обработки почвы.

2.5. Разработка и обоснование основных параметров новых рабочих органов и плугов для выполнения предложенного технологического процесса основной отвальной обработки почвы.

2.6. Выводы по разделу.

3. Программа и методика экспериментальных исследований.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Объект исследования.

3.3. Технические средства, используемые для экспериментальных исследований.

3.4. Методика проведения лабораторно-полевых исследований новых рабочих органов.

3.5. Методика лабораторно-полевых исследований технологического процесса, выполняемого плугами с предлагаемыми рабочими органами.

3.5.1. Определение качественных показателей технологического процесса, выполняемого плугами с новыми рабочими органами.

3.5.2. Определение энергетических показателей технологического процесса, выполняемого плугами с новыми рабочими органами.

3.5.3. Эксплуатационная оценка плугов с новым рабочим органом.

3.5.4. Оценка надежности плугов с новыми рабочими органами.

3.6. Методика обработки результатов исследований.

4. Результаты и анализ экспериментальных исследований.

4.1. Результаты и анализ лабораторно-полевых исследований новых рабочих органов.

4.2. Выводы по разделу.

5. Результаты хозяйственных испытаний плугов с разработанными рабочими органами.

5.1. Результаты и анализ испытаний плуга ПО-4М.

5.2. Результаты и анализ испытаний плуга НПО-6М.

5.3. Результаты и анализ испытаний плуга ПБК-3.

5.4. Результаты и анализ испытаний плуга ПБК-5.

5.5. Выводы по разделу.

6. Расчет экономической эффективности плуга ПБК-3.

6.1. Определение показателей экономической эффективности.

6.2. Экономические показатели, формирующие основные параметры эффективности.

6.3. Границы эффективного использования новой техники.

6.4. Экономическая оценка универсальных агрегатов.

6.5. Выводы по разделу.

Неудачное реформирование привело экономику сельскохозяйственного производства России к тяжелейшему кризису. Валовая продукция уменьшилась в 1,5 раза, а сборы зерна в 2,4 раза. Сокращены поставки тракторов в 24 раза. Из-за этого хозяйства вынуждены были сократить посевные площади, использовать упрощенные технологии, растягивать агротехнические сроки полевых работ. Все это привело к «вынужденному залужению пашни» [13] .

По оценке В.В.Коломейченко и Г.И.Дурнева площадь «бросовых» земель достигает 15-20 млн. га [36]. Однако, более точную цифру привел президент Российской Федерации - 33 млн. га. По Самарской области «брошенных полей» (выведенных из оборота) составляет более 10% (350 тыс. га.) [98].

На заброшенных полях происходит массовое размножение различных высоко и низко стебельных сорняков, формирование кустарно - древесных формаций. [37] Технология освоения целинных и залежных земель в 50-60 годы прошлого столетия базировались на агроприемах ввода крепких залежей, то есть последних стадиях залужения [87]. Анализ результатов исследований этой технологии, реализуемой лемешно-отвальными плугами, созданными в 50-60 годы и современными не применима для ввода в севооборот заброшенных полей, вследствие низких качественных и энергетических показателей применяемых технических средств [91, 92].

Заброшенные поля — начальная стадия залужения, с той лишь разницей, что в залежь вводятся плодородные почвы, характерная особенность которых - появление высокорослых растений - пионеров [103].

Поэтому необходимо рассмотреть какие требования предъявляются в настоящее время к технологическому процессу основной обработки почвы, в какой мере эти требования выполняются современными плугами, какие при этом энергозатраты и возможности применения этих плугов для обработки заброшенных полей [47].

Очевидно, что технологическое обоснование процесса обработки заброшенных полей должно базироваться на глубокой отвальной обработке почвы [17, 41, 86, 88]. При этом сокращение энергозатрат должно быть достигнуто за счет сокращения проходов (до одного) [26, 105, 107], а также увеличения ширины захвата плужного корпуса [32].

В связи с этим цель настоящей работы - снижение энергоемкости технологического процесса основной обработки почвы, за счет применения плугов с новыми рабочими органами, обеспечивающих ввод в севооборот заброшенных земель и старопахотных почв.

На защиту выносятся следующие научные положения:

• обоснование энергосберегающего способа основной отвальной обработки почвы;

• теоретическое обоснование технологического процесса для обработки почвы заброшенных земель, выполняемых новыми рабочими органами;

• теоретическое обоснование основных параметров новых рабочих органов плугов для реализации энергосберегающей технологии;

• результаты лабораторно-полевых исследований новых рабочих органов;

• результаты производственной проверки плугов с новыми рабочими органами в сравнении с известными плугами и технико-экономической оценки их применения.

Работа выполнена в соответствие с программой «Концепции развития сельскохозяйственного машиностроения в регионах ассоциации «Большая Волга. (Растениеводство)», утвержденной решением Совета Ассоциации «Большая Волга» № 2 от 27 января 1999 года. [38] и планом НИР ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова» по теме № 4 «Разработка технологического обеспечения аграрных технологий», раздел 4.2 «Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин для основной обработки почвы».

Общие выводы.

1. Анализ известных технических средств, реализующих различные технологические процессы основной отвальной обработки почвы показал, что энергетические затраты в них определяются геометрическими параметрами и составными элементами корпуса плуга.

2. Технологический процесс, выполняемый плугом ПРНС-5 + П0-50 с комбинированными рабочими органами, имеет меньшую энергоемкость вследствие первоначального безотвального рыхления пахотного слоя, а затем сдвига и перемещения разрыхленной верхней части пахотного слоя и исключения из процесса дополнительной силы сопротивления — силы трения, возникающей при взаимодействии полевой доски со стенкой борозды.

3. На основе технологического процесса, выполняемого плугом ПРНС-5 + П0-50 обоснован энергосберегающий технологический процесс, обеспечивающий первоначально безотвальное рыхление пахотного слоя, затем разделение разрыхленного пласта почвы на две части с поочередным оборотом и перемещением каждой части с высокостебельной растительностью в открытую борозду.

4. Разработаны и обоснованы новые рабочие органы для выполнения энергосберегающего технологического процесса, состоящие из наральника имеющего форму части конической поверхности выпуклой вверх, за которым устанавливается отвал с выпуклой или вогнутой рабочей поверхностью, а их полевой обрез расположен по оси симметрии наральника.

5. Лабораторно-полевыми исследованиями установлено, что минимальные энергозатраты обеспечивает новый рабочий орган КБК-80С1 с шириной захвата наральника 0,56 м, углом установки выпклого отвала к направлению движения 41°, расстоянием от вершины наральника до нижней кромки отвала 0,1 м.

6. Производственной проверкой, проведенной в хозяйственных условиях в сравнении с известными плугами установлено, что за счет применения плугов с новыми рабочими органами достигается снижение удельных энергозатрат на 21,7%, погектарного расхода топлива на 10,0%, при увеличении производительности на 11,1% и качества заделки высокостебельной растительности на 14,0%.

7. Применение плугов с новыми рабочими органами снизило себестоимость механизированных работ на 10,71%, что способствовало получению годового экономического эффекта в размере 9299,44 руб.

1. Агротехнические требования на корпусы с винтовыми отвалами к серийным плугам общего назначения. Том XI с. 71-73.

2. Афонин Е.Д., Фрибус В.Ф. К вопросу оптимальной расстановки плужных корпусов с углоснимами // В кн.: «Машины почвообрабатывающие, посевные и для внесения удобрений». Выпуск 2.-М.1978, с. 10-12.

3. Бабаев М., Гасанов Н. Влияние скорости движения на агротехнические показатели плуга ПЯ-3-35. // Техника в сельском хозяйстве. 1975, № 8 с. 71-72.

4. Бидлингмайер Р.В. К вопросу о направлении перемещения почвы по поверхности ножа плоскорезного рабочего органа // В кн.: «Механизация возделывания зерновых культур на почвах подверженных ветровой эрозии». — Алма-Ата: «Кайнар» 1971 с. 69-75.

5. Бледных В. В., Леванидов В.В., Свечников П.Г. Процесс формирования пласта почвы рабочим органом. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1986, № 4 с. 18-20.

6. Бледных В. В. Технологические основы определения параметров рабочих органов почвообрабатывающих машин. // В кн.: «Машины почвообрабатывающие, посевные и для внесения удобрений». Выпуск 2.-М.1978, с. 3-4.

7. Бобков С.А., Лапушкин В.А., Прокопенко В.А. Новая техника для полевых работ // Агро-информ, 2001, № 28 с. 26-29.

8. Бойков В.М. Новые способы и технические средства основной обработки почвы. Издательство Саратовского университета. 1998. 53 с.

9. Буров Д.И. Обработка почвы как фактор улучшения структурных качеств и строения пахотного слоя черноземных почв Заволжья. // В кн.: «Теоретические вопросы обработки почв» Ленинград, Гидрометеоиздат, 1968, с. 19-24.

10. Бурченко П.Н. Механико-технологические основы почвообрабатывающих машин нового поколения. Монография. М. 2002-211 с.

11. Бурченко П.Н., Кузнецов Ю.Н., Кашаев Б.А. Подготовка почвы для возделывания зерновых культур. // Техника в сельском хозяйстве, 1986, № 2, с. 3-8.

12. Бурченко П.Н. Основные технологические параметры почвообрабатывающих машин нового поколения. // В кн.: «Теория и расчет почвообрабатывающих машин». Том 120. М, 1989, с. 12-43.

13. Буряков А.Т., Просвирин В.Г. Прогрессивные машины и технологии -основа высокоэффективного сельскохозяйственного производства. // Земледелие, 2001 № 1 с. 2-4.

14. Васильковский С.М., Клюев В.В. Исследование сопротивления почвы движению культиваторной лапы. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, № 4 с. 37-39.

15. Вопросы земледельческой механики. Т V под редакцией Мацепуро М.Е.-Минск, 1960 с. 152-178.

16. Вериго С.А., Разумова П. А. Почвенная влага, Ленинград. Гидрометеоиздат, 1973 с. 215-224.

17. Воробьев С.А. Земледелие. М. 1991, с. 271-306.

18. Горячкин В.П. Собрание сочинений Т 2 — М; Колос, 1965 459 с.

19. ГОСТ 18509-88 Метрологическое обеспечение оборудования и приборов для испытания и контроля.

20. ГОСТ 20915-88. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний.

21. ГОСТ 24057-88 Техника сельскохозяйственная. Методы эксплуатационно-технологической оценки машин на этапе испытаний.

22. ГОСТ 26677-85. Плуги общего назначения. Общие технические требования.

23. Гуреев Н.Н. Энергоемкость обработки почвы // Техника в сельском хозяйстве. 1988 № 3, с. 22-26.

24. Дьяков В.П. Усилие вертикального резания почвы. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, № 4 с. 34-37.

25. Дьяков В.П. Сопротивление почвы деформации клином. // Техника в сельском хозяйстве. 1988 № 3, с. 26-28.

26. Жук З.Я., Победоносцев А.Ю. Концепция и возможные направления развития технологий и техники сельскохозяйственного производства будущего. //Тракторы и сельхозмашины, 1992 № 1, с. 1-6.

27. Зенкевич Е.И. К вопросу влияния формы и параметров отвальной поверхности корпуса плуга на перемещение пласта. Труды научной конференции 1959 г. Минск, 1961 с. 205-214.

28. Зеленин А.И., Баловнев В.Н., Керов И.П. Машины для земляных работ. М. Машиностроение, 1975 с. 94-97.

29. Иофинов С.А., Лышко Г.П. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М,: Колос, 1984-351 с.

30. Кенжаев О.Р. К определению площади разрыхленной части подпахотного горизонта (слоя) при полосном способе разуплотнения почвы. //Материалы НТБ ВИМ, 1988, вып. 72 с. 7-8.

31. Кирдин В.Ф. Развитие системы основной обработки почвы. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1988 № 1 с. 13-14.