автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия

На правах рукописи

00501о/и«

ВАФИН НИЯЗ ФОАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

РАБОЧЕГО ОРГАНА РЫХЛИТЕЛЯ ПОЧВЫ РОТАЦИОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 МДР 2012

Чебоксары - 2012

005015706

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет» на кафедре эксплуатации машин и оборудования

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Матяшин Александр Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Медведев Владимир Иванович «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»

доктор технических наук, профессор Курбанов Рустам Файзулхакович «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»

Ведущая организация - ГНУ Северо-западный научно-исследовательский

институт механизации и электрификации сельского хозяйства россельхозакадемии (СЗНИИМЭСХ)

Защита состоится 16 марта 2012 года в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 220.070.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 428003, г. Чебоксары, ул.Карла Маркса, д.29, ауд.222.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия».

Автореферат разослан евраля 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Алатырев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных особенностей земледелия во многих регионах страны, в том числе и в Республике Татарстан является необходимость защиты почвы от водной эрозии.

Анализ известных машин и технологий для защиты почв от водной эрозии позволил выявить ряд существенных недостатков. Существующие технические средства не обеспечивают формирование достаточно полного комплекса почвозащитных агротехнических мероприятий для возделывания сельскохозяйственных культур на склонах в условиях водной эрозии почв. Также использование известных почвозащитных приемов на склонах весьма ограничено вследствие малой глубины пахотного горизонта дерново-подзолистых и серых лесных почв, склонности их к заплыванию, образованию плужной подошвы и других факторов. Установлено, что на склоновых почвах почвообрабатывающие агрегаты работают не устойчиво, приводя иногда к травматизму.

Поэтому необходима разработка новых почвозащитных технологических операций и технических средств при возделывании сельскохозяйственных культур на склонах в условиях эрозии почв с учетом зональных особенностей и обеспечивающих безопасность работы.

Настоящая работа посвящена разработке и обоснованию параметров и режимов работы рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

Цель работы - повышение эффективности процесса безотвальной обработки почвы путем разработки рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия и обоснование параметров и режимов работы, его теоретическое и экспериментальное исследования, создание и испытание конструкции.

Объекты исследования. Технологические процессы безотвальной обработки почвы, рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

Предмет исследования. Закономерности изменения качественных показателей работы и энергопотребления рабочим органом рыхлителя почвы ротацион-но-колебательного действия от их конструктивных и режимных параметров.

Методика исследований. При выполнении теоретических и экспериментальных исследований использовали разработанные специальные методики с применением общей теории ротационных почвообрабатывающих машин, элементов высшей математики, теоретической механики, теории механизмов и машин для определения основных конструктивных параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия:

- кинематические характеристики работы рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия проводились графоаналитическими способами с использованием траектографа ТГМ-1;

- для определения параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия был разработан алгоритм расчета;

- для определения режимов работы и уточнения параметров была изготовлена экспериментальная установка;

- энергетическая оценка исследуемых рабочих органов проводилась в лабораторных и полевых условиях;

- применена новая методика энергетической эффективности технологического процесса безотвальной обработки почвы.

Научная новизна:

- разработан рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- получены аналитические зависимости, которые позволили обосновать основные конструктивные параметры и режимы работы рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- разработан алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- выявлен характер работы созданного рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия в зависимости от скорости движения, его заглубления и подачи;

- новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезную модель № 80649 и №112582.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований создан рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия для безотвальной обработки почвы. Результаты работы могут быть использованы проект-но-конструкторскими организациями, научно-исследовательскими и учебными учреждениями при создании и проектировании новых конструкций почвообрабатывающих машин для безотвальной обработки почвы, в частности, разработанный алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия и аналитические зависимости.

Реализация результатов исследований. Работа выполнена согласно плану научно-исследовательских работ Казанского ГАУ (гос.рег. №01201153966) и Всероссийской научно-технической программой: «Разработка системы технологиза-ции и инженерно-технического обеспечения агропромышленного производства как основы стабилизации АПК субъектов РФ на 2005 - 2010 гг.». По результатам исследований разработан, изготовлен и испытан в лабораторно-полевых и производственных условиях опытный образец секции рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия. Отдельные результаты исследований используются в учебном процессе и дипломном проектировании студентами института механизации и технического сервиса Казанского ГАУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Казанского ГАУ в 2005...2010 г.г. Опытный образец секции рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия демонстрировался на выставках: «АГРОКОМПЛЕКС: Интерагро. Анимед. Фермер Поволжья», которые проводились в г. Казань на выставочном центре ОАО «Казанская ярмарка».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в их числе 4 - в центральных изданиях, рекомендуемых ВАК, патенты РФ на полезную модель № 80649 и №112582.

На защиту выносятся следующие положения:

- конструктивно-технологическая схема рыхлителя почвы с рабочими органами ротационно-колебательного действия;

- зависимости для определения траекторий движения, скоростей и ускорений характерных точек рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- обоснование формы исполнительного рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- анализ сил, приложенных к основным звеньям рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- зависимости расхода энергии на обработку почвы от скорости движения, подачи и глубины обработки;

- результаты сравнительной оценки агротехнических, энергетических и технико-экономических показателей работы экспериментальной и базовой установок в полевых условиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 18 таблицы, 37 рисунков, 27 приложений.

Список использованной литературы включает 120 наименований, из них 7 на иностранном языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлены: актуальность работы, цель, объект, предмет и методика исследований; научная новизна, практическая ценность и апробация работы; реализация и внедрение результатов исследований; изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние и перспективы развития механизации безотвальной обработки почвы» приведен анализ конструкций машин и результатов исследований в этой области, определены цель и задачи исследований.

В результате анализа установлено, что необходима безотвальная обработка почвы склоновых земель, которая в настоящее время выполняется кротованием, щелеванием и безотвальной обработкой (плоскорезная, чизелевание) в направлении поперек склона. По данным различных авторов щелевание многолетних трав и пастбищ уменьшает сток запасов влаги со склонов от 8... 10 мм до 20...22 мм. Нарезка щелей снижает смыв почвы в 4 раза, повышая запас влаги на 25,8 мм.

В настоящее время по существу почти вся техника не в полной мере отвечает агротребованиям по выполнению операций на склонах.

Общим свойством всех способов обработки эрозионно-опасных почв является то, что механическое воздействие осуществляется в основном горизонтально установленными рабочими органами в направлении параллельном поверхности почвы, что увеличивает водную эрозию.

Значительный вклад в исследования безотвальной обработки почвы внесли А.П. Акимов, А.И. Бараев, М.Н. Заславский, А.Н. Каштанов, А.Д. Кормщиков,

А.Д. Краснощеков, Т.С. Мальцев, ИМ. Максимов, П.И. Макаров, Ю.И. Матяшин, С.Н. Мардарьев, В.И. Медведев, И.Б. Ревут, Ф.Х. Шакиров и др. Вопросами применения рычажно-шарнирных механизмов для привода исполнительных рабочих органов сельскохозяйственных машин занимались С.С. Алатырев, Ш.Р. Галиул-лин, В.И. Медведев, А.В. Матяшин и др.

Этими исследованиями охватываются многие вопросы безотвальной обработки почвы. Вместе с тем, отсутствуют способы и средства механизации для обработки склоновых почв рабочими органами, которые воздействуют в перпендикулярном направлении к поверхности почвы.

Исходя, из анализа конструкций и результатов исследований и в соответствии с поставленной целью предусматривалось решение следующих задач:

- теоретически исследовать кинематические параметры рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия для безотвальной обработки почвы;

- обосновать технологические характеристики и конструктивные параметры рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- разработать алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- определить расход энергии на обработку почвы в зависимости от скорости движения, подачи и глубины обработки;

- провести сравнительную оценку агротехнических, энергетических и технико-экономических показателей работы экспериментальной и базовой установок в полевых условиях.

Во втором разделе «Теоретические исследования по обоснованию технологических и конструктивных параметров рабочего органа рыхлителя почвы рота-ционно-колебательного действия» приведены результаты по обоснованию технологических и конструктивных параметров.

Рыхлитель почвы с рабочими органами ротационно-колебательного действия включает ведущее звено - кривошип АВ, шатун ВС, коромысло ДС и исполнительный рабочий орган СЕ, т.е. основу его составляет рабочий орган ротационно-колебательного действия (рисунок 1). При работе (т. В) кривошипа АВ за один оборот совершает сложное движение по удлиненной циклоиде (трохоиде) - траектория I (т. 1, 2, 3, 4, 5). Коромысло (т. С) движется по траектории II (т. Г, 2', 3', 4', 5') и рабочий орган рыхлителя (т. Е) - по траектории III (1", 2", 3", 4", 5"). Координаты т. В (хк, ук) рассчитывают по уравнению:

х. =>"„(«/Я + sin а) и yK=rK(l-coscc). (1)

где rk, а - радиус и угол поворота кривошипа, X = V0 / V„ - отношение окружной скорости (V0) к поступательной (Vn). На основе расчетов по уравнению (1) построены траектории движения кривошипа (т. В).

Траектории движения коромысла (т. С) и конца рабочего органа (т. Е) определяем графически. Для построения траектории движения коромысла (т. С) делят подачу (S) на 4...8 равных частей на линии движения (т. Д) совпадающем с направлением движения трактора. Из соответствующих точек 1, 2, 3, 4, 5 радиусом

коромысла ДС проводим дуги до соответствующих пересечений с длиной шатуна ВС и получаем траекторию движения коромысла (т. С).

Траекторию конца рабочего органа рыхлителя почвы ротаци-онно-колебательного действия (т. Е) получаем путем откладывания на соответствущих линиях 1-1', 22', 3-3', 4-4', 5-5' длину рабочего органа рыхлителя почвы ротаци-онно-колебательного действия СЕ и получаем точки траектории 1", 2", 3", 4", 5". Для получения траекторий движения за второй оборот откладываем подачу на один рабочий орган (S) и проводим траектории I', II', III'.

Участки траекторий 1, 2, 3; 1', 2', 3'; 1", 2", 3" соответствуют заглублению рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия в почву, а 3, 4, 5; 3', 4', 5'; 3", 4", 5" - вы-глублению его из почвы. Сплошными линиями указаны траектории за первый оборот кривошипа, а штриховыми за второй оборот кривошипа. Уравнения (1) позволили также решить ряд задач, связанных с обоснованием параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательно-го действия и в частности определить скорость и ускорение обуславливающих процесс безотвальной обработки почвы. Абсолютная скорость (Va) кривошипа равна геометрической сумме окружной V0 и поступательной (Vn) и найдена через производные уравнения (1):

(2)

где Vx = dx / dt = rtcoK (1 / Л - cos a>j), Vy = dy / dt = r coK sin a>J. Подставим эти производные в уравнение (1) получим:

Va/Vo + + (2¡Á)cosa . (3)

При проведении кинематического анализа были определены основные параметры рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

Рисунок 1 - Схема траектории движения характерных точек рабочего

органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия

Радиус кривошипа принимаем равным половине максимальной глубины обработки hmax, т.е. rK=hmax/2.

Размеры других звеньев рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия длину шатуна и коромысла Скор выбраны из условия существования кривошипа, т.е. сумма длин наибольшего и наименьшего звеньев должна быть меньше или равна сумме двух других звеньев. Тогда условием полной проворачиваемости звеньев будут служить неравенства:

АВ<СД<ВС; ВС+СД >АД> СД+АВ. (4)

Из этого условия выбирают геометрические параметры звеньев: гк = 0,15 м, 1Ш= 4тк = 0,6 м, £кор = 2 гЕ = 0,3м, 1Ад= 0,7 м.

Подставив эти значения параметров звеньев в неравенства (4), получаем 0,75м>АД>0,45 м, т.е. звено АД может иметь длину от 0,75 м до 0,45 м.

При таких соотношениях звеньев рабочего органа рыхлителя почвы ротаци-онно-колебательного действия соблюдается условие существования кривошипа, обеспечивается минимальный путь рабочего органа в почве, а следовательно и наименьшие энергозатраты при обработке почвы.

Определены скорости и ускорения точек В, С, Е, а также угловые скорости и ускорения шатуна коромысла и рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия. Скорость коромысла (т. С) равна геометрической сумме скоростей Vв и Vc/B:

V = V +V

'с ' в ' ' в/с■ (5)

Силовой анализ работы одной секции рабочего органа рыхлителя почвы ро-тационно-колебательного действия позволил определить силы, моменты в основных звеньях рабочего органа (рисунок 2). При работе на секцию рабочего органа рыхлителя почвы действуют следующие силы: Р0 - окружное усилие на валу кривошипа, Ro - равнодействующая сил Ry и Rx; RyB, Rye Rye - вертикальные составляющие; соответственно в т. В кривошипа RyB, т. С - коромысла Ryc и реакции почвы в точке контакта рабочего органа т. Е RyE; RXB, Rxc, Rxe- горизонтальные составляющие в указанных точках.

Указанные силы изменяются по величине и направлению. Угол наклона равнодействующей определяют по известным Ry и Rx и она зависит от скоростного режима работы, глубины обработки и состояния почвы.

Кривошип вращается под воздействием ведущего момента Мв = Р0тк. Момент Сопротивления Вращению КрИВОШИПа Mj = RycHyc = RyEHyE = R'yc "¿кор. Мощность, подводимая к кривошипу NB=MBcoK, складывается из мощности сопротивления вращению MiC0K и мощности, передаваемой остову машины N2=RxcHxcfflc (здесь <DK сос - угловая скорость кривошипа и коромысла соответственно).

Баланс мощности:

NBK =NC+N6, где Nc = Rycvc. (6)

При равномерном движении (vn =const) момент инерции:

N6 = М6мк = m 'гк2юк/2 (7)

где т' - масса кривошипа.

При неравномерном движении:

Мвга„ = (М, + М2 + Мб ± М;) со. Толкающая сила при равномерном движении:

Кхе = (Мв-М,-М6)/Нхе.

\ / V

'5" г-5"

Рисунок 2 - Схема сил, действующих в рабочем органе рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия

(8) (9)

Рассмотрены также силы, действующие на рабочий орган. В качестве кривошипов использованы коленчатый вал шейки которого соединены с шатунами. Исполнительные рабочие органы рыхлителя (вильчатые) укреплены на шатунах жестко. Привод на коленчатый вал осуществляется от вала отбора мощности (ВОМ) трактора через конический редуктор с двумя выходами на каждую половину ширины захвата. Поэтому, число рабочих органов рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия (т) устанавливают четным от 4 до 10. Причем каждый соседний кривошип имеет угловое смещение ау = (360° : т)-2. Например, при т = 6 ау = 120°, т = 8, а = 90°. В этом случае порядок входа рабочего органа рыхлителя в почву попарно на левом и правом коленвалах по углу поворота будет такой: 1-6, 2-5,3-4; 18, 2 - 7, 3 - 6, 4 - 5. Это делается для более равномерного (безударного) вхождения рабочих органов рыхлителя в почву и избежания так называемых «мертвых зон». Сумма моментов относительно продольной оси агрегата попарно работающих рабочих органов рыхлителя левого и правого коленва-лов будут равны , т.е. 1МЛ = 1МП.

Ведущий момент на коленвалу:

М'в =Р0гкт| (10)

где Ш] - число рабочих органов

рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия одновременно входящих в почву).

Момент сопротивления вращению коленвала:

М,' = ЯукНУЕШ = ЯусНуст, = БГус^орт,. (11)

Мощность подводимая к коленвалу при равномерном движении агрегата:

=N'1 +N'2; М'всок В=М' 1 юс + М'2сос> (12)

где М'2 = ЯхсНст,, (сокв- угловая скорость коленвала).

Баланс мощности:

а) при равномерном движении vn =const:

N'B = N't+N'e, (13)

где N'6 = мбюк = m'rK2co2KB/2.

б) при неравномерном движении:

М'всокв = (М', +М'2+М'6 ±Mj) шкв, (14)

где Mj - приведенный к коленвалу инерционный момент. Толкающая агрегат сила при v = const:

R'xe = (М'в-М'гМ'6)/Нхе. (15)

Мощность на BOM трактора:

NB0M = 6,28 Мвом nB0M • 10"3, (16)

где Мвом— крутящий момент на ВОМ, Н-м; пВом- частота вращения ВОМ, с"';

Мвом=М'Лрг|кр, (17)

где iKp = nB0M/nKB- передаточное отношение конического редуктора, пкв - частота вращения коленвала, с"1; т|кр - КПД конического редуктора. Тяговая мощность трактора:

NT = Rxcvc = Rxeve (18)

где Nx - тяговая мощность.

Коэффициент полезного действия:

09,

е

где Ne- эффективная мощность двигателя трактора, кВт.

Результаты теоретических исследований позволили разработать методику, алгоритм расчета основных параметров рабочего органа рыхлителя почвы рота-ционно-колебательного действия. Расчетом получены 42 параметра рабочего органа рыхлителя для заданных условий, которые затем проверялись экспериментально.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлены программа и методика экспериментальных исследований. Программой исследований предусмотрено получение в лабораторных условиях необходимых данных для выбора параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия, обоснование его формы. Для кинематического анализа использовали траектограф ТГМ-1.

В полевых условиях определены крутящий момент, тяговое сопротивление и расход мощности на привод одной секции рабочего органа рыхлителя почвы ро-тационно-колебательного действия на разных режимах работы и различных агрофонах, а также при обработке плоскорезной лапой.

Проведено агротехническая и энергетическая оценка секции с рабочим органом рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия в сравнении с плоскорезной лапой, принятой в качестве базового варианта. Полевые исследования проводились в учебно-опытном хозяйстве Казанского ГАУ. Условия работы и агротехнические показатели оценивали в соответствии с ГОСТ 70.4.2-80.

При определении энергетических показателей проводили тензометрирова-ние и динамометрирование. В ходе экспериментов определяли следующие показатели: крутящий момент на BOM М вом , частоту вращения ВОМ П вом , тяговое сопротивление, скорость движения агрегата и время.

Предельная относительная ошибка энергетических показателей составила 3...8 %. Экспериментальные данные обрабатывали по общепринятой методике. Для выполнения полевых опытов была изготовлена экспериментальная установка секции рабочего органа рыхлителя почвы (рисунок 3).

Рисунок 3 - Экспериментальная установка секции рабочего органа рыхлителя почвы: а-общий вид; б-схема секции рабочего органа рыхлителя почвы: 1 - рама; 2 - редуктор конический; 3 - кривошип; 4 - шатун; 5 - коромысло; 6 - рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

7 - колесо (для регулировки глубины обработки)

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» приведены результаты исследований, проведенных в лабораторных и полевых условиях.

В лабораторно-полевых условиях изучали зависимость усилия вхождения в почву Р рабочих органов разной формы (4 вида по форме профиля зуба, т.е. квадратного, клиновидного, ножевидного и цилиндрического сечений).

Установлено, что наиболее энергоемким оказался зуб квадратного сечения 15x15 мм, для которого среднее усилие составило Рср = 240.. .270 Н на трех агрофонах, а максимальные Ртах — 500...600 Н. Наименее энергоемким оказался зуб цилиндрической формы 0 20 мм для которого Рср= 190.. .200 Н, а Ртах= 310...445 Н, что на 30.. .35 % меньше, чем у квадратного.

Сравнивая характер изменения сил, действующих в рабочем органе рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия с экспериментальными данными, нетрудно убедиться в их идентичности.

Об эффективности сравниваемых зубьев можно судить по удельным нагрузкам, т.е. отношениям усилия входа зуба в почву (Р) к объему углубления, образуемого этим зубом (V). Для цилиндрического зуба этот показатель составил 3,6-10-3 Н/мм3, а для квадратного - 5,5- 10"3 НУмм3, что на 30...35 % меньше. Таким образом, по результатам опыта по обоснованию формы рабочего органа рыхлите-

ля почвы ротационно-колебательного действия был выбран цилиндрический зуб диаметром 20 мм и длиной 0,3 м.

Для обоснования количества зубьев в одной секции в полевых условиях исследовался рабочий орган с цилиндрическими зубьями, который состоял из трех, четырех и пяти зубьев с регулируемым расстоянием между ними.

Ширина захвата одной секции была принята равной 0,3 м. Хотя ширина захвата одинаковая, усилие входа зубьев оказалось различным. Наиболее энергоемкой оказалась пятизубовая секция, для которой Ртах= 1100... 1800 Н в зависимости от подачи Б = 0,1...0,3 м. Трехзубовая секция оказалась менее энергоемкой (Ршах=800...1500 Н). Таким образом увеличение усилия входа в почву непропорционально количеству зубьев в секции. С уменьшением количества зубьев в секции или с увеличением расстояния между зубьями удельное значение усилия возрастает в среднем на 25%.

Агротехническая оценка рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия на безотвальной обработке почвы проводилась по следующим показателям: плотность и влажность почвы (в динамике), сохранение стерни, крошение почвы, глубина обработки, водопроницаемость, общий запас воды в почве.

Установлено, что в течение лета влажность почвы была наибольшей на участках, обработанных экспериментальным рабочим органом рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия. Это сказалось, в конечном счете, на запасах воды в почве, ко-300 _______| А торый составил в среднем 900 м3/га. На уча-

Нк, Нм 500

Ш

200-

д

i □ — 3

о X

> г О < -

4 И 3 gj VГ

Мкцй Нн/см

2

стке многолетних трав, обработанных плоскорезом запас воды составил 750 м3/га, а на контроле (необработанный участок) 600 м3/га. Таким образом, безотвальная обработка разработанным рабочим органом рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия увеличил запас воды на 41...50%. Объясняется это различием водного режима почвы при использовании разных способов обработки. Кроме того рабочий орган рыхлителя обеспечивает от 200 до 900 тысяч углублений на одном гектаре, с общим объемом 20...50 м3/га.

Однако темп увеличение Мк отстает от темпа увеличения подачи (рисунок 4). При этом удельные затраты Мк.уд с возрастанием подачи уменьшаются на 20...37%. Такое снижение вызвано тем, что с увеличениием подачи уменьшается число углублений в единице объема обрабатываемой почвы, т.е. количество углублений на одном погонном метре.

0

0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 S. м Рисунок 4 - Зависимости крутящего момента кривошипа Мк и удельного значения Мк.уД. от подачи S на один рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия: 1,2,3,4 -Мк= f(S) соответственно при заглублении рабочего органа (h): 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 м; ^г'.З'/-Мк уд. = f(S) при тех же значениях h

В полевых условиях изучалась зависимость крутящего момента на кривошипе (Мк) и удельного его значения (Мк уд) от подачи (S) на один рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия. Изменения подачи на один рабочий орган рыхлителя достигалось изменением скорости агрегата. Частота вращения коленвала была постоянной (пкв=5с"'). Результаты опыта показали, что крутящий момент Мк возрастает с увеличением подачи на один рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия или поступательной скорости, а удельные значения убывают.

Влияние заглубления рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия на затраты энергии, проводилось на разных агрофонах: дернине луговой, суглинке, многолетних травах. Из результатов опытов следует, что окружное усилие, крутящий момент на кривошипе с поворотом его от 0° до 180°, т.е. при заглублении рабочего органа рыхлителя в почву усилия возрастают, достигая максимума, а затем убывают при ак = 150°... 180° до минимальной величины при ак = 180° (h = 300 мм). При повороте кривошипа на угол ак = 180°...360°, т.е. при выглублении рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия из почвы (h = 300...0 мм) крутящий момент Мк резко возрастает при ак = 200°( h = 280 мм), a затем резко снижается и при ак = 270° равен нулю (рисунок 5). Такое возрастание крутящего момента при ак= 200° объясняется процессом отрыва пласта от монолита который соответствует пределу временного сопротивления почвы.

Этому режиму соответствует и изменение угла входа рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия а также характер траектории рабочего органа в диапазоне ак = 180°...240° (при этом рабочий орган рыхлителя сдвигает пласт назад отрывая его от монолита).

В этом диапазоне изменения угла поворота кривошипа увеличивается и его скорость. Характер изменения зависимости окружного усилия Рк на кривошипе от угла поворота кривошипа (ак) аналогичен теоретической зависимости Рк= f(aK).

Изучались также зависимости окружного усилия и крутящего момента на валу кривошипа от угла установки рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия к поверхности почвы. В результате опытов определен оптимальный по наименьшему усилию угол входа рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия в почву, который равен 28. ..30°. При других

Р/С

0.05 0.1 0,15 0.20 0.25 0,30 Д м Рисунок 5 - Зависимость окружного усилия Рк от угла поворота кривошипа

аки глубины обработки почвы Ь: 1,2, 3 - Рк= ^акЬ) экспериментальные зависимости; 4, 5,6 - Рк= Я^ОцЬ) теоретические зависимости соответственно при подаче 8, равной 10, 20, 30см

значениях этого угла происходит сминание почвы рабочим органом рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия и возрастают усилия.

Поскольку характер крошения почвы существенно отличается при работе разработанного рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия и плоскорезного рабочих органов, то для сравнительной оценки работы был применен метод Риттингера, который позволяет определить энергозатраты и качество крошения почвы.

В полевых условиях установлено, что степень крошения почвы рабочим органом рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия на 27% выше, а удельные затраты энергии на 30% меньше, чем у плоскорезной лапы.

В пятом разделе «Экономическая и энергетическая эффективность машин для безотвальной обработки почвы» приведены результаты расчетов технико-экономических и энергетических показателей разработанного рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ существующих способов обработки склонных к эрозии почв показал, что основным недостатком является механическое воздействие, осуществляемое горизонтально установленными рабочими органами в направлении, параллельном поверхности почвы, что увеличивает водную эрозию.

2. В ходе теоретических исследований предложены аналитические выражения для определения траекторий движения характерных точек рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия, а также скорости и ускорения точек его звеньев (уравнения 1, 2, 3); определено условие существования рабочего органа рыхлителя (неравенства 4).

Для определения параметров рабочего органа рыхлителя разработан алгоритм расчета. Рекомендуется использовать рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия вильчатой формы с количеством зубьев 3, 4 и 5 цилиндрической формы диаметром сечения 20 мм и длиной зубьев 300 мм; шириной захвата секции 0,3 м, расстоянием между зубьями 0,075; 0,10 и 0,15 м; радиусом кривошипа гк = 0,15 м, длиной шатуна 1Ш = 0,60 м; подачей на один рабочий орган S=0,1...0,3 м; режимом работы Х= 5...10, максимальной глубиной обработки 0,25 м.

3. В результате экспериментальных исследований установлено, что окружное усилие и потребная мощность на кривошипе возрастают с увеличением глубины обработки и скорости поступательного движения при повороте его от 0° до 180°, достигая максимума при ак = 130... 150°. Причем характер изменения указанных параметров аналогичен диаграмме сил, действующих на рабочий орган рыхлителя, определенных теоретически. Полученны значения крутящего момента Мк, окружного усилия Рк и мощности NK, которые составили, в расчете на один метр ширины захвата соответственно 350...650 Нм, 2,4...4,5 кН, 15...20 кВт. Расчеты позволили обосновать максимальную ширину захвата рыхлителя 1,8...2,4 м и скомплектовать агрегат с трактором класса 1,4 кН, и ширину захвата 2,4...3,6 м с трактором класса 30 кН, в зависимости от агрофона.

4. Агротехническая оценка работы рыхлителя почвы показала, что сохранение стерни, крошение почвы, запас воды в почве, влагопроницаемость удовлетворяет требованиям агротехники. Так сохранение стерни оказалось на уровне 85 - 95 %, что имеет важное значение в предотвращение водной эрозии. Рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия делает от 200 до 900 тысяч углублений на одном гектаре, в которых аккумулируется почвенная влага в объеме 20...50 м3/га.

5. Проведенные исследования позволили разработать рабочий орган (патенты РФ на полезную модель №80649 и №112582), обеспечивающий высокое качество безотвальной обработки почвы и снижение энергоемкости процесса. Применение рабочего органа позволит снизить в среднем затраты труда на 20...25 %, эксплуатационные издержки на 19,8 %, энергозатраты на 60% при обработке почвы в сравнении с существующей технологией. Ожидаемый народнохозяйственный эффект от использования рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия составит 95100 руб. в год (в ценах 2010 г.) и до 500 руб./га за счет повышения урожайности и экономии топлива.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

а) в изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Вафин, Н.Ф. Аэратор - удобритель кормовых угодий / Вафин Н.Ф. // Механизация и электрификация сельского хозяйства 2009., №1. - С. 18-19.

2. Матяшин, Ю.И. Агротехническая оценка рыхлителя для безотвальной обработки почвы с ротационно-колебательными рабочими органами / Матяшин Ю.И., Сафин Р.И., Вафин Н.Ф. // Вестник Казанского ГАУ, 2010., №2 (16). - С. 109-113.

3. Вафин, Н.Ф. Обоснование параметров аэратора-удобрителя кормовых угодий / Вафин Н.Ф. // Вестник Казанского ГАУ, 2011., №1 (19). - С. 98-100.

4. Вафин, Н.Ф. Порядок расчета параметров рыхлителя для безотвальной обработки почвы с ротационно-колебательными рабочими органами / Вафин Н.Ф., Матяшин A.B., Салахов И.М. // Вестник Казанского ГАУ, 2011., №2. - С. 95-96.

б) в материалах международных, всероссийских конференций и других изданий:

5. Вафин, Н.Ф. Обзор рабочих органов и машин для поверхностного улучшения кормовых угодий / Вафин Н.Ф. // Труды инженерных факультетов казанского государственного университета, посвященные 55-летию ФМСХ. - Казань: Изд. Казанского ГАУ, 2006.-Т.73. - С. 89-96.

6. Матяшин, Ю.И. К обоснованию формы исполнительных рабочих органов в машинах для безотвальной обработки почвы / Матяшин Ю.И., Матяшин A.B., Вафин Н.Ф., Салахов И.М. // Труды инженерных факультетов казанского государственного университета, посвященные 55-летию ФМСХ. -Казань: Изд. Казанского ГАУ, 2006.-Т.73. - С. 74-83.

7. Вафин, Н.Ф. К обоснованию параметров машины для улучшения кормовых угодий / Вафин Н.Ф., Салахов И.М. // Современные технические вопросы агропромышленного комплекса. - Казань: Изд. Казанского ГАУ, 2008,- Т.75. Ч 4. - С. 16-19.

? .1 'І

8. Вафин, Н.Ф. Расчет кинематических параметров кривошипа рыхлителя с ротационно-колебательными рабочими органами / Вафин Н.Ф., Матяшин A.B., Салахов И.М. // Инновационное развитие агропромышленного комплекса. - Казань: Изд. Казанского ГАУ, 2011.- Т. 78. Ч 2. - С. 179-183.

в) изобретения и полезные модели:

9. Патент № 80649 РФ, МПК АО 1С 23/00. Аэратор-удобритель (описание полезной модели) / Ю.И. Матяшин, A.B. Матяшин, Н.Ф. Вафин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет». -№ 2008124784/22; заявл. 17.06.2008; - 0публ.20.02.2009. Бюл. №5. - 3 с.

10. Патент №112582 РФ, МПК А01В 11/00 Почвообрабатывающее орудие для безотвальной обработки почвы (описание полезной модели) / Ю.И. Матяшин, А.Р. Валиев, A.B. Матяшин, Н.Ф. Вафин, И.М. Салахов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский государственный аграрный университет». - № 2011129458/13; заявл. 15.07.2011; - 0публ.20.01.2012. Бюл. №.2.-3 с.

Формат 60x84/16 Тираж 100 Подписан к печати 15.02.2012 г. Печать офсетная. Усл.п.л. 1,00 Заказ 11

Издательство Казанского ГАУ / 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д.65 Лицензия на издательскую деятельность код 221 ИД №06342 от 28.11.2001 г. Отпечатано в типографии Казанского ГАУ 420015 г. Казань, ул. К. Маркса, д.65. Казанский государственный аграрный университет

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРЕСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕХАНИЗАЦИИ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ.

1.1 Основные виды безотвальной обработки почвы.

1.2 Машины и рабочие органы для безотвальной обработки почвы.

1.2.1 Классификация сельскохозяйственных машин для защиты почвы от водной эрозии.

1.2.2 Обзор конструкций рабочих органов и машин для безотвальной обработки почвы.

1.3 Цель и задачи исследований.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА РЫХЛИТЕЛЯ ПОЧВЫ РОТАЦИОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ.

2.1 Обоснование технологических параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

2.1.1 Уравнение для расчета координат траекторий движения.

2.1.2 Скорости и ускорения характерных точек звеньев ротационно-колебательного механизма.

2.1.3 Режим работы рабочего органа рыхлителя почвы ротационноколебательного действия.

2.2 Обоснование конструктивных параметров рыхлителя почвы с рабочими органами ротационно-колебательного действия.

2.2.1 Обоснование формы и параметров рабочего органа ротационно-колебательного действия.

2.2.2 Анализ сил, приложенных к звеньям рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

2.2.2.1 Зависимость угла входа рабочего органа и глубины обработки от угла поворота кривошипа.

2.2.3 Алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа исследований.

3.2 Методика лабораторно-полевых исследований.

3.2.1 Методика графоаналитических исследований.

3.2.2 Методика по обоснованию формы вильчатого рабочего органа.

3.3 Методика полевых исследований.

З.ЗЛМетодика энергетической и агротехнической оценки.

3.3.2 Методика обработки экспериментальных данных и определение погрешностей измерений.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ.

4.1 Обоснование формы вильчатого рабочего органа рыхлителя почвы.

4.2 Обоснование параметров секции с рабочим органом ротационноколебательного действия.

4.3 Агротехническая оценка секции с вильчатым рабочим органом ротационно-колебательного действия и плоскорезной лапой.

4.4 Результаты экспериментальных исследований по обоснованию параметров вильчатого рабочего органа рыхлителя.

4.4. Зависимость крутящего момента и мощности на кривошипе от подачи на один рабочий орган.

4.4.2 Влияние глубины обработки рабочего органа на энергоемкость.

4.4.3 Исследование зависимости окружного усилия и крутящего момента на валу кривошипа от угла установки вильчатого рабочего органа.

4.4.4 Сравнительная оценка показателей работы секции с рабочим органом ротационно-колебательного действия и плоскорезной лапы.

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАШИН ДЛЯ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ.

5.1 Энергетическая оценка и сравнение разработанного рыхлителя почвы с рабочим органом ротационно-колебательного действия.

5.2 Технико-экономическая оценка показателей машин для безотвальной обработки почвы.

Актуальность темы. Одной из основных особенностей земледелия во многих регионах страны является необходимость защиты почв от ветровой, водной и других видов эрозии. Эрозионная обстановка на сельскохозяйственных угодьях России из года в год ухудшается. Несмотря на определенные меры по защите почв от эрозии, принимаемые в отдельных регионах страны, площади эрозионно-опасных и подверженных эрозии сельскохозяйственных угодий и пашни постоянно растут и достигли к настоящему времени 124 млн. га. Ежегодная потеря только почвенного гумуса доходит до 1.2 т/га; за последние 20.25 лет содержание гумуса в верхних горизонтах почвы снизилось в среднем на 8%. Потери мелкозема в среднем по стране составляют от 0,6 до 4.5 т/га. Недобор урожая зерновых культур на эрозионно-опасных землях составляет 0,3. .0,4 т/га.

Действовавшая система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства предусматривала не более 15 наименований, приспособлений для защиты почв от водной эрозии.

Анализ серийных машин для защиты почв от водной эрозии, материалов исследований и практического использования этих машин на склонах позволил выявить ряд существенных недостатков: а) указанные технические средства не обеспечивают формирования достаточно полного комплекса почвозащитных мероприятий для возделывания сельскохозяйственных культур на склонах в условиях водной эрозии почв. Рекомендуемый комплекс базируется, в основном, на машинах и приспособлениях для образования на поверхности противоэрозионного рельефа (лунок, прерывистых борозд, микролиманов, валов-террас и т.п.). Однако использование указанных почвозащитных приемов на склонах, очень ограничено вследствие малой глубины пахотного горизонта дерновоподзолистых и серых лесных почв, склонности их к заплыванию, образованию «плужной подошвы» и других факторов; б) серийные машины требуют разработки теоретических положений и новых технических средств для повышения устойчивости движения сельскохозяйственных машин на склонах, т. к. снижение устойчивости движения приводит к ухудшению качества выполнения технологических операций и уменьшению урожайности сельскохозяйственных культур; в) недостаточно уделяется внимания теоретическим положениям и техническим разработкам по совершенствованию и оптимизации режимов работы сельскохозяйственных машин на склонах в условиях водной эрозии почв [33, 34, 35,36].

Учитывая важность вышеперечисленного необходима разработка новых почвозащитных технологических процессов и технических средств для возделывания сельскохозяйственных культур на склонах в условиях эрозии почв с учетом зональных условий. Противоэрозионную направленность должны иметь любые технологические операции по возделыванию сельскохозяйственных культур.

Объекты исследования. Технологические процессы безотвальной обработки почвы, рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия.

Предмет исследования. Закономерности изменения качественных показателей работы и энергопотребления рабочим органом рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия от их конструктивных и режимных параметров.

Методика исследований. При выполнении теоретических и экспериментальных исследований использовали разработанные специальные методики с применением общей теории ротационных почвообрабатывающих машин, элементов высшей математики, теоретической механики, теории механизмов и машин для определения основных конструктивных параметров рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия:

- кинематические характеристики работы рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия проводились графоаналитическими способами с использованием траектографа ТГМ-1;

- для определения параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия был разработан алгоритм расчета;

- для определения режимов работы и уточнения параметров была изготовлена экспериментальная установка;

- энергетическая оценка исследуемых рабочих органов проводилась в лабораторных и полевых условиях; применена новая методика энергетической эффективности технологического процесса безотвальной обработки почвы.

Научная новизна:

- разработан рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- получены аналитические зависимости, которые позволили обосновать основные конструктивные параметры и режимы работы рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- разработан алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- выявлен характер работы созданного рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия в зависимости от скорости движения, его заглубления и подачи;

- новизна технических решений подтверждена патентами РФ на полезную модель № 80649 и №112582.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований создан рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия для безотвальной обработки почвы. Результаты работы могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями, научно-исследовательскими и учебными учреждениями при создании и проектировании новых конструкций почвообрабатывающих машин для безотвальной обработки почвы, в частности, разработанный алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия и аналитические зависимости.

На защиту выносятся следующие положения:

- конструктивно-технологическая схема рыхлителя почвы с рабочими органами ротационно-колебательного действия;

- зависимости для определения траекторий движения, скоростей и ускорений характерных точек рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- алгоритм расчета параметров рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- обоснование формы исполнительного рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- анализ сил, приложенных к основным звеньям рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия;

- зависимости расхода энергии на обработку почвы от скорости движения, подачи и глубины обработки;

- результаты сравнительной оценки агротехнических, энергетических и технико-экономических показателей работы экспериментальной и базовой установок в полевых условиях.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава: Казанского ГАУ в 2005.2010 г.г. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ. Получены патенты РФ на полезную модель № 80649 и №112582. Разработанный рыхлитель почвы с ротационно-колебательным рабочим органом для безотвальной обработки почвы был представлен на 9ой,

10ой, 11ой международных специализированных выставках «АГРОКОМПЛЕКС: Интерагро. Анимед. Фермер Поволжья», которые проводились в г. Казани на выставочном центре ОАО «Казанская ярмарка».

1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕХАНИЗАЦИИ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ существующих способов обработки склонных к эрозии почв показал, что основным недостатком является механическое воздействие, осуществляемое горизонтально установленными рабочими органами в направлении, параллельном поверхности почвы, что увеличивает водную эрозию.

2. В ходе теоретических исследований предложены аналитические выражения для определения траекторий движения характерных точек рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия, а также скорости и ускорения точек его звеньев (уравнения 2,5; 2,6; 2,9); определено условие существования рабочего органа рыхлителя (неравенства 2,46).

Для определения параметров рабочего органа рыхлителя разработан алгоритм расчета. Рекомендуется использовать рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия вильчатой формы с количеством зубьев 3, 4 и 5 цилиндрической формы диаметром сечения 20 мм и длиной зубьев 300 мм; шириной захвата секции 0,3 м, расстоянием между зубьями 0,075; 0,10 и 0,15 м; радиусом кривошипа гк= 0,15 м, длиной шатуна £ш= 0,60 м; подачей на один рабочий орган S=0,1.0,3 м; режимом работы X = 5. 10, максимальной глубиной обработки 0,25 м.

3. В результате экспериментальных исследований установлено, что окружное усилие и потребная мощность на кривошипе возрастают с увеличением глубины обработки и скорости поступательного движения при повороте его от 0° до 180°, достигая максимума при ак= 130.150°. Причем характер изменения указанных параметров аналогичен диаграмме сил, действующих на рабочий орган рыхлителя, определенных теоретически. Полученны значения крутящего момента Мк, окружного усилия Рк и мощности NK, которые составили, в расчете на один метр ширины захвата соответственно 350.650 Нм, 2,4.4,5 кН, 15.20 кВт. Расчеты позволили обосновать максимальную ширину захвата рыхлителя 1,8.2,4 м и скомплектовать агрегат с трактором класса 1,4 кН, и ширину захвата 2,4.3,6 м с трактором класса 30 кН, в зависимости от агрофона.

4. Агротехническая оценка работы рыхлителя почвы показала, что сохранение стерни, крошение почвы, запас воды в почве, влагопроницаемость удовлетворяет требованиям агротехники. Так сохранение стерни оказалось на уровне 85 - 95 %, что имеет важное значение в предотвращение водной эрозии. Рабочий орган рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия делает от 200 до 900 тысяч углублений на одном гектаре, в которых аккумулируется почвенная влага в объеме 20.50 м3/га.

5. Проведенные исследования позволили разработать рабочий орган (патенты РФ на полезную модель №80649 и №112582), обеспечивающий высокое качество безотвальной обработки почвы и снижение энергоемкости процесса. Применение рабочего органа позволит снизить в среднем затраты труда на 20.25 %, эксплуатационные издержки на 19,8 %, энергозатраты на 60% при обработке почвы в сравнении с существующей технологией. Ожидаемый народнохозяйственный эффект от использования рабочего органа рыхлителя почвы ротационно-колебательного действия составит 95100 руб. в год (в ценах 2010 г.) и до 500 руб./га за счет повышения урожайности и экономии топлива.

1. Акимов, А.П. Ротационные рабочие органы - движители / А.П. Акимов, В .И. Медведев изд-во МГОУ М:- 2004.- 233 с.

2. Андреев, С.И. Борьба с эрозией почв / С.И. Андреев. Чебоксары: Чувашское кн. изд-во, 1968 -112 с.

3. Андреев, С.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых / С.Е. Андреев, В.А. Перов, В.В. Зверевич М.: Недра, 1980 415 с.

4. Барабанов, В.Н. Эрозия почв и борьба с ней / В.Н Барабанов и др. -Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1969. с.

5. Бараев А. И., Зайцева А. Д., Госсен Э. Ф. Борьба с ветровой эрозией почвы. Алма-Ата: Казсельхозиздат, 1963.

6. Бараев, А.И. Почвозащитное земледелие / А.И. Бараев. М.: Колос, 1975. - 304 с.

7. Бараев А.И., Ветровая эрозия почв и борьба с ней в азиатской части СССР / А.И. Бараев, Э.Ф. Госсен. Эрозия почв и борьба с ней. М.: Колос, 1980.

8. Басс С. В. Внутризональные особенности весеннего поверхностного стока в лесной зоне. М.: Изд-во АН СССР, 1963. -107 с.

9. Бахтин П.У. Исследования физико-механических и технологических свойств основных типов почв СССР. М.: Колос, 1969. - 271 с.

10. Беляев В.А. Борьба с водной эрозией почв в Нечерноземной зоне. М.: Россельхозиздат, 1976. - 158 с.

11. Буряков A.C. и др. Совершенствование существующих и создание новых почвообрабатывающих машин и орудий противоэрозионного комплекса // Ветровая эрозия и плодородие почв. М.: Колос, 1976.

12. Ванин Д.Е., Рожков А.Г., Грызлов Е.В. Эрозия почв и борьба с ней в районах с преобладанием стока ливневых вод // Эрозия почв и борьба с ней. -М.: Колос, 1980.

13. Вафин, Н.Ф. К обоснованию параметров машины для улучшения кормовых угодий / Вафин Н.Ф., Салахов И.М. // Современные технические вопросы агропромышленного комплекса. Казань: Изд. Казанского ГАУ, 2008.-Т.75. 4 4.-С. 16-19.

14. Вафин, Н.Ф. Аэратор удобритель кормовых угодий / Вафин Н.Ф. // Механизация и электрификация сельского хозяйства 2009., №1. - С. 18-19.

15. Вафин, Н.Ф. Обоснование параметров аэратора-удобрителя кормовых угодий / Вафин Н.Ф. // Вестник Казанского ГАУ, 2011., №1. С. 98100.

16. Вафин, Н.Ф. Порядок расчета параметров рыхлителя для безотвальной обработки почвы с ротационно-колебательными рабочими органами / Вафин Н.Ф., Матяшин A.B., Салахов И.М., // Вестник Казанского ГАУ, 2011.,№2.-С. 95-96.

17. Воронова Н.Т., Абрашин Ю.И. Безотвальная обработка почвы в Северном Зауралье // Минимализация обработки почвы. М.: Колос, 1984.

18. Временная методика энергетического анализа в сельском хозяйстве. Минск, 1991.

19. Гудзон Н. Охрана почвы и борьба с эрозией. М.: Колос, 1974.304 с.

20. ГОСТ 23728 ГОСТ 23730 - Техника сельского хозяйства.

21. Долотин И. И. Проблемы системы обработки почвы в Татарстане. Казань; 2001,-150с.

22. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М.: Колос. - 1985.351 с.

23. Заславский М.Н. Эрозиоведение. Основы противоэрозионного земледелия. М.: Высшая школа, 1987. - 376 с.

24. Захаров П.С. Эрозия почв и меры борьбы с ней. М.: Колос, 1971. - 191 с.

25. Защита почв от водной и ветровой эрозии на Урале, в Башкирской и Татарской АССР: Рекомендации. М.: Россельхозиздат, 1979. - 40 с.

26. Каштанов А. Н., Журавлева Г. В., Мусохранов В. Е. Продуктивность и почвозащитные свойства основных полевых культур на склоновых землях Алтайского Приобья: Научно-технический бюллетень по проблеме -Защита почв от эрозии. Курс*: 1975.

27. Каштанов А. А., Заславский М. Н. Почвоохранное земледелие. -М.: Россельхозиздат. 1984. - 462 с.

28. Каштанов А.Н. Защита почв от ветровой и водной эрозии. М.: Россельхозиздат, 1974. - 207 с.

29. Каштанов А.Н., Мусохранов В.Е. Совместное проявление ветровой и водной эрозии почв и борьба с ней // Эрозия почв и борьба с ней. М.: Колос, 1980.

30. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1980. - 671 с.

31. Кормщиков А.Д. Механизация обработки почвы на склонах. Чебоксары: Чувашское книжное изд-во, 1981. 128 с.

32. Кормщиков А.Д. Особенности использования сельскохозяйственной техники при возделывании зерновых культур по интенсивной технологии // Интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур: Рекомендации: Киров, 1987.

33. Кормщиков А.Д., Ильин В.А. Машины для защиты почв от водной эрозии. Чебоксары: Чувашское кн.изд-во, 1975. - 71 с.

34. Кормщиков А.Д. Техника и технологии для склоновых земель. Теория, технологический расчет, развитие. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2003.-298 с.

35. Комплекс противоэрозионных машин (устройство, регулировки, эксплуатация) / А.П. Грибановский, Р.В. Бидлингмайер, E.JI. Ревякин и др. -М.: Агропромиздат, 1989. 152 е.: ил.

36. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. М: Машиностроение, 1983.

37. Краснощекое Н.В. Механика почвозащитного земледелия. Новосибирск: Наука, 1984. - 201 с.

38. Кречетов М.В. Особенности посева зерновых культур на склонах до 10° // Механизация работ по защите почв от водной эрозии. М.: Колос, 1969.

39. Лысак Г. Н. Эрозия почв и борьба с ней Башкнигоиздат, 1970.

40. Лыков А. М., Туликов А. М. Практикум по земледелию с основами почвоведения. -М.: Агропромиздат. 1985.

41. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. М. - Л.: Гос-сельхозиздат, 1955. - 764 с.

42. Максимов, И.И. Квопросу обоснования некоторых параметров дисковых рабочих органов / Максимов И.И., Смирнов П.А. // Труды ЧГСХА, Чебоксары , 2000. Т.14 - С. 49-52.

43. Мардарьев, С.Н. Обоснование параметров и режимов работы пахотных агрегатов по изолиниям твердости почвы / С.Н. Мардарьев, П.В. Мишин // Труды ЧГСХА, Чебоксары , 2001. Т. 15.

44. Матяшин, Ю.И. Техническое обеспечение инновационных технологий в растениеводстве / Ю.И. Матяшин, Б.Г. Зиганшин, А.Р. Валиев, A.M. Назипов, Н.Ю. Матяшин, А.В. Матяшин, Н.И. Семушкин. Казань: Изд-во Казанского ГАУ, 2009. 220 с.

45. Матяшин Ю.И. Гринчук И.М. Егоров Г.М. Расчет и проектирование ротационных почвообрабатывающих машин. Москва: ВО Агропромиз-дат, 1988.

46. Матяшин Ю.И., Матяшин Н.Ю. Ротационные почвообрабатывающие машины (теория, расчет, эксплуатация), Казань 2008.

47. Матяшин Ю.И. Повышение экономичности работы МТА при совмещении технологических операций обработки почвы. Казань, 1994.

48. Матяшин, Ю.И. Агротехническая оценка рыхлителя для безотвальной обработки почвы с ротационно-колебательными рабочими органами / Матяшин Ю.И., Сафин Р.И., Вафин Н.Ф. // Научный журнал Вестник Казанского ГАУ, 2010., №3 С. 109-113.

49. Макаров, П.И. Комбинированное почвообрабатывающее орудие / П.И. Макаров, А.Р. Валиев, Р.Х. Марданов // Проблемы механизации сельского хозяйства: Труды КГСХА.-Казань. Мастер Лайн, 2002.-Т.71.-С. 170174.

50. Мазитов, Н.К. Комбинированный противоэрозионный почвообрабатывающий агрегат / Н.К. Мазитов, М.Н. Мазитов, С.М. Шарафиева и др. // Нива Татарстана. 2000. № 5-6. - С. 36.

51. Мальцев Т. С. О методах обработки почвы и посева, способствующих получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур. М.: 1954.

52. Мальцев Т. С. Против шаблона в земледелии II Избранное. М.: Агропромиздат. - 1985.

53. Мартьянов А.П. Теория и расчет конструктивной надежности сельскохозяйственной деятельности /Мартьянов А.П., Мартьянов С.А., Яхин С.М. // Казань, 2010 210с.

54. Малкин И.Г. Теория устойчивости движения. M.-JL: Гостехтеор-издат, 1952.

55. Марков М. В. Растительность Татарии. Казань: Тат Госиздат.1948.

56. Медведев В.И. Выбор оптимальных параметров почвообрабатывающей техники с использованием методов вибрологии и многокритериальной оценки. Чебоксары-2000.

57. Моргун Ф. Т., Шикула Н. К. Почвозащитное бесплужное земледелие. М.: Издательство «Колос», 1984.

58. Мосолов В. П. Борьба с эрозией: Агротехника, М.; Госиздат, сельхоз литературы, 1952.

59. Муха В. Д. Эрозия почв и почвоводоохранное земледелие. Учебное пособие. Курск: Изд-во КГСХА, 2000. 173 с.

60. Медведев В.И. Энергетика машинных агрегатов с рабочими органами-движителями. Чебоксары: Чувашское кн. изд-во, 1972.

61. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. М.: ВИМ, 1995. - 96 с.

62. Методические указания по производственному испытанию агротехнических приемов защиты почв от водной эрозии. М.: Колос, 1976.-34 с.

63. Методические рекомендации по определению показателей энергоемкости производства сельскохозяйственной продукции. М.: ВИЭСХ, 1990.

64. Механизация зашиты почв от водной эрозии в Нечерноземной полосе. JL: Колос, 1977. - 272 с.

65. Нарциссов В. П. Научные основы систем земледелия. М„: Колос, 1976. - 367 с.

66. Операционная технология механизированных работ на эрозионно опасных землях. М.: Россельхозиздат, 1979. - 270 с.

67. Орлов А. Д. Водная эрозия почв Новосибирского Приобья. Новосибирск: 1971.- 175 с.

68. Пацукевич З.В., Кирюхина З.П., Козловская М.Э. Эрозия на пашне как источник загрязнения водоемов (количественные оценки) // Экологические проблемы эрозии почв и русловых процессов. М.: Изд- во МГУ, 1992.

69. Почвозащитное земледелие на склоновых землях Нечерноземной зоны РСФСР: Рекомендации. М.: Россельхозиздат, 1984. - 40 с.

70. Преснякова Г. А. Борьба с эрозией дерново-подзолистых почв // Защита почв от эрозии. М.: Колос, 1964.

71. Пупонин А.И. Обработка почвы в интенсивном земледелии Нечерноземной зоны. М.: Колос, 1984. - 184 с.

72. Пухачев А. П., Бухараева Л. Г. Почвам надежную защиту. Казань, Таткнигоиэдат, 1984. - 69 с.

73. Ревут И.Б., Масленкова Г.А., Романов И.А. Химические способы воздействия на испарение и эрозию почв. Гидрометеоиздат, 1973.

74. Рекомендации по повышению плодородия почв, увеличению производства зерна, кормов в Волго-Вятском экономическом районе. Киров, 1978.-68 с.

75. Роде А. А. Водный режим почв и его регулирование: Поверхностный сток-М.: 1963.-119 с.

76. Рюбензам Э., Рауэ К. Земледелие. /Перевод с немецкого Лыкова А. Н./-М.: Колос, 1969.-52 с.

77. Самоследов А. Т. Почвозащитная технология Н Земледелие.1975.

78. Скачков И.А. Трегубов П.С. Эффективность агротехнических приемов на склонах в системе докучаевских лесополос // Борьба с эрозией почв. М.: Россельхозиздат, 1968.

79. Соболев С.С. Защита почв от эрозии и повышение их плодородия. М.: Сельхозиздат, 1961. - 232 с.

80. Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. Л.: Гидроиздат, 1976.

81. Сысуев В.А., Алешкин А.В., Кормщиков А.Д. Методы механики в сельскохозяйственной технике. Киров, 1997. - 218 с.

82. Соболев С. С. Методика полевого опыта по борьбе с водной эрозией почв. М., 1970.

83. Струков М. Т. Задержание снега и талых вод на полях. М.: Огиз, 1947.-31 с.

84. Сурмач Г. П., Барабанов А. Т. О стокорегулирующей и противо-эрозионной роли микрорельефа зяби // Земледелие. 1977.

85. Сучеккс А.А., Афанасьев В.Н. Энергетический анализ в сельском хозяйстве. Кишинев: Штиинца, 1988.

86. Синеоков Г.Н. Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин-М.: Машиностроение, 1977.

87. Теория, конструкция и расчет сельскохозяйственных машин: Учебник для ВУЗов сельскохозяйственного машиностроения / Е.С. Босой, О.В. Верняев, И.И. Смирнов, Е.Г. Султан-Шах. М.: Машиностроение, 1977. -568 с.

88. Трегубое П.С. Зверхановский Н.В. Борьба с эрозией почв в Нечерноземье. Л.: Колос, 1981. - 160 с.

89. Указания по проектированию противоэрозионных мероприятий. -М.: Колос, 1970. 49 с.

90. Хачатрян Х.А. Стабильность работы почвообрабатывающих агрегатов. М.: Машиностроение, 1974. - 205 с.

91. Цыганов М.С. Пути повышения плодородия почвы. Воронеж: Воронежское кн. изд-во, 1960. - 82 с.

92. Шакиров Ф.Х. Принципы дифференцированного земледелия в противоэрозионной защите: Дифференцированное земледелие. Казань:1970.

93. Шакиров Ф.Х. Агротехническое обоснование и конструкция про-тивоэрозионного пахотного агрегата и рабочих органов для обработки междурядий пропашных культур // Механизация работ по защите почв от водной эрозии. М.: Колос, 1969.

94. Шикула Н. К. Размещение культур и агрофонов: Борьба с эрозией и земледелие на склонах. Донецк, 1968.

95. Шитиков Б.В. Основы теории механизмов. Учебное пособие. Выпуск 7, Казань 1971

96. Щеклеин C.JI. Стационарные наблюдения над стоком поверхностных талых и дождевых вод и смывом почвы под городом Кировом // Борьба с эрозией почв в СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1938.

97. Щеклеин C.JI. Эрозия почв и борьба с ней. Киров: Кн. изд-во, 1963.-44 с.

98. Юнусов Г.С., Максимов И.И., Михеев A.B., Смирнов H.H. "Сельскохозяйственные машины: учебное пособие / Map. Гос. Ун-т: Йошкар-Ола. 2009.-152 с.

99. Яхин С.М., Мартьянов А.П., Мартьянов С.А. О колебаниях и затратах энергии пружинных и сплошных / Яхин С.М., Мартьянов А.П., Мартьянов С.А. // Международный научно-экономический журнал МСХ РФ, М. 2008 №3

100. Яцук Е.П., Панов И.М., Ефимов Д.Н., Марченко О.С., Черненков А.Д. Ротационные почвообрабатывающие машины. М.: Машиностроение,1971.-255 с.

101. Matyashin Y.I., Naumov L.G., Matyashin N.Y. Arbeitswerteberechnung der Rotormashinen fur die pfluglose Bodenbearbeitung. Kazan-Frankfurt -2001.

102. Fullen M.A. Compaction, hydrological processes and soil erosion on loamy sands in east Shropshire, England // Soil Tillage Res, 1985. V.6. - № 1,- P. 17-29.

103. Hall G.F., Logan J., Young K.K. Criteria for determining tolerable erosion rates // Soil erosion and crop productivity. 1985. - P.481-503.

104. Evans R., Nortcliffs. Soil erosion in north Norfiok. J of agricultural Science, 1978.-v.90.-Nl.-P. 185-192.

105. Holy Milos, Vrana Karel. The in fevense of the vegetative cover on the changes in texture of the topsoil layer during erosion processes. «Int Water Eros. Symp. Proc. vol. 2» Praga, 1970. P. 17-23.

106. Luca A.L. Tcndinta dc cvoJutia a fertilitatii unor soluri erodate in Po-disu Central Moldovenesci din dirge. Stinta solului, 1972. - v 10. -N4. - P. 35-45.

107. Evans R., Nortcliffs. Soil erosion in north Norfiok. J of agricultural Science, 1978.-v.90.-Nl.-P. 185-192.

108. Патент 485711 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы на склонах /А.Д. Кормщиков. 0публ.30.09.75. Бюл. № 36.

109. Патент 604526 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы на склонах /А.Д. Кормщиков, В.Ю. Блау 0публ.30.04.78. Бюл. № 16.

110. Патент 938772 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы /В.Ю. Блау, А.Д. Кормщиков, И.И. Максимов 0публ.30.06.82. Бюл. №24.

111. Патент 1066472 СССР. Орудие для противоэрозионной обработки почвы на склонах / А.Д. Кормщиков. Опубл. 15.01.84. Бюл. № 2.

112. Патент 1069650 СССР. Почвообрабатывающее орудие /А.Д. Кормщиков. 0публ.30.01.84. Бюл. № 4.

113. Патент 1074429 СССР. Почвообрабатывающее орудие /А.Д. Кормщиков, Б.П. Мальцев. Опубл.23.02.84. Бюл. № 7.

114. Патент 1110390 СССР. Почвообрабатывающее орудие /А.Д. Кормщиков. 0публ.30.08.84. Бюл. № 32.

115. Патент 2321195 РФ. МПК А01В 11/00 (2006.01). Почвообрабатывающее орудие для безотвальной обработки почвы / Ю.И. Матяшин, A.B. Матяшин, И.М. Салахов, Н.Ю. Матяшин, Л.Г. Наумов // Заявлено 20.04.2007. Опубл. 10.04.2008. Бюл. №10.