автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка схемы и обоснование параметров модернизированного снегопаха

На правах рукописи

Шишкин Владимир Иванович

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО СНЕГОПАХА

Специальность 0S.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Оренбург - 2006

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Константинов Михаил Маерович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Путрин Александр Сергеевич

кандидат технических наук Бежин Александр Иванович

Ведущая организация: ФГОУ ДПО «Оренбургский региональный институт переподготовки и повышения квалификации руководящих кадров и специалистов АПК»

Защита состоится « 7 » июля 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.051.02 при Оренбургском государственном аграрном университете.

Адрес: 460795, ГПС, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ОГАУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «6» июня 2006 г.

Учбный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Засушливый климат зоны Южного Урала обуславливает снижение урожайности сельскохозяйственных культур из-за отсутствия достаточного количества влаги. Одной из мер уменьшения негативного действия засухи является рациональное использование выпадающих в зимний период запасов влаги. Однако анализ осадков в различные периоды года показывает, что низка эффективность использования влаги осадков в виде снега. Это связано с выносом их с поверхности полей за счет действия ветра. Учитывая значимость зимних осадков (в зависимости от года до 40%), проведение снегозадержания позволяет повысить урожайность

сельскохозяйственных культур.

Согласно исследованиям, задержание снега имеет большое значение в борьбе с засухой. Расход воды на формирование урожая из весенних запасов влаги в почве составляет большую часть, чем из осадков вегетационного периода. Снегонакопление создает благоприятные условия для проведения посева яровых культур, так как задержанная в почве влага позволяет удлинить благоприятный вегетационный период, который в засушливых районах чрезвычайно краток, и обеспечить сохранность озимых от промерзания.

В настоящее время различают мероприятия по накоплению снега, предотвращению его переноса и регулированию его таяния, среди которых первоочередной и определяющей эффективность остальных мер является механизированное снегонакопление за счет формирования преград на поверхности поля снегопахами.

При проектировании средств механизации недостаточное внимание уделяется непосредственно формированию и исследованию зависимости параметров преград от конструкции и параметров рабочих органов снегопахов.

В связи с этим, возникает необходимость оптимизации конструкции и параметров рабочих органов снегопахов на основе исследования особенностей процесса формирования преграды.

Цель исследования. Совершенствование конструкции орудия для механизированного снегонакопления и обоснование его параметров, обеспечивающих увеличение количества накапливаемого снега и снижение энергетических затрат.

Объект исследования. Процесс формирования снегопахом преград из снега.

Предмет исследования. Закономерности функционирования снегонакопительного орудия.

Научная новизна В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель процесса функционирования снегопаха (формирования преград), на

основе которой предложена схема модернизации орудия для снегонакопления и обоснованы его параметры.

Практическая значимость работы

Разработан модернизированный снегопах, применение которого обеспечивает формирование преград увеличенной высоты, что позволяет увеличить накопление снега на полях, влаги в почве и урожайность сельскохозяйственных культур.

Внедрение. Опытные образцы орудия в 2004...2006 гг. использованы для накопления снега в ООО «Затонное» Илекского района, ОПХ «Экспериментальное» Оренбургского района.

Апробация. Основные положения диссертационной работы представлены, доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях факультета механизации ОГАУ (2002-2006 гг.), на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию ОГАУ (Оренбург, 2005 гг.), на межвузовской научно-практической конференции «Решение проблем стабилизации сельскохозяйственного производства» (Оренбург, 2005 г.).

Результаты научных исследований по диссертации отмечены серебряной медалью Российской Агропромышленной выставки «Золотая осень» (Москва «ВВЦ», 2005 г.)

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 8 работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка использованных источников (136 наименований) и приложений. Работа содержит 130 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 30 рисунков и 7 приложений.

Содержание работы

Введение посвящено обоснованию актуальности выбранной темы, её практической значимости для растениеводства а также положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ исследований технологий и средств механизации снегонакопления» приведен анализ существующих способов и средств механизации накопления снега на полях, их влияния на накопление снега и урожайность сельскохозяйственных культур, обзор проведенных исследований по рассматриваемой тематике.

Значительный вклад в исследования и разработку технологий и орудий для задержания снега на полях внесли А.П. Грибановский, B.C. Громов, Н.Г. Деев, В.А. Демин, А.К. Кострицын, М.К. Кузнецова, Н.В. Краснощекое, В.Е. Ковтунов, Е.Ю. Терпиловский, П.П. Нужное, Л.И. Пучкова, Б.И. Резников, А.П. Спирин, H.A. Уфиркин, Н.И. Фольмер, М.Е. Черепанов и др.

Результаты анализа свидетельствуют о важной роли накопления снега на полях для накопления влаги в почве и, следовательно, повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Это все

требует проведения дальнейших исследований процесса накопления и переноса снега с целью совершенствования способов накопления снега и разработки орудий для их осуществления.

Проведенный анализ существующих технологий (способов) снегонакопления позволяет представить комплекс мероприятий по использованию снега для накопления влаги на полях следующим образом (рис. 1).

Рисунок 1 — Комплекс мероприятий по рациональному использованию снега

В представленной схеме очевидна существенная роль в повышении эффективности влагонакопления за счет снегозадержания, поскольку оно определяет эффективность последующих операций.

Проведенный анализ орудий для накопления снега на полях позволил установить следующее:

во-первых, существующая схема формирования преграды из снега не обеспечивает достаточную высоту преград даже при наличии снега;

во-вторых, неприспособленность орудий к изменяющейся толщине снежного покрова приводит либо к формированию преград малой высоты, что резко снижает эффективность снегозадержания и энергетические показатели машин, либо к сгруживанию снега орудием и последующему «забиванию» орудия снежной массой. Следует отметить, что каждый процент увеличения неравномерности тягового сопротивления машины вызывает падение эффективной мощности двигателя в среднем на 0,8% при соответствующем увеличении расхода топлива. Большие колебания нагрузки на крюке трактора приводят к неустойчивой работе двигателя и снижению эффективной мощности на величину до 20-30%.

в третьих, попытка сформировать снежные преграды из пластов снега, установив их в вертикальное положение, при котором они опираются друг на друга, не всегда приводит к желаемому результату, поскольку технически и технологически сложно обеспечить их устойчивость.

Для устранения выявленных недостатков предлагается усовершенствовать конструкцию снегопаха для обеспечения формирования преград необходимой высоты.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- исследовать процесс формирования снежных валов орудиями для снегозадержания;

- получить зависимости параметров преград от параметров орудия и свойств снежного покрова;

- разработать конструкцию рабочих органов орудия и обосновать его параметры;

- провести испытания и определить технико-экономические показатели работы предлагаемого орудия.

Во второй главе «Теоретическое обоснование параметров и режимов работы снегопаха с регулируемым вапоформирователем» на основе исследования процесса накопления снега и функционирования орудия для снегонакопления получена математическая модель формирования преград, обоснована схема модернизации орудия для снегонакопления; определены и обоснованы параметры отдельных конструктивных элементов орудия и разработана модель его функционирования.

Исследованиями баланса снега и влаги, доказано, что механизированное снегозадержание в виде формирования преград является наиболее действенной мерой по накоплению влаги. Регулирование таяния снега в форме уплотнения снега будет эффективно только при достаточном количестве накопленного снега.

Проведенные исследования позволили установить, что преграду из снега максимальной высоты можно получить в том случае, если поперечный профиль её представляет собой равнобедренный треугольник с углом у основания равным углу осыпания снежной массы (рисунок 2а). В реальных же условиях существующие конструкции орудий не способны обеспечить требуемый профиль. Он, как правило, близок к трапеции, что приводит к уменьшению высоты преграды < АТв (рисунок 26).

а) б)

Используя для описания процесса формирования преграды основные положения механики сплошной среды, а именно уравнения неразрывности и уравнения движения, получили зависимость для определения параметров преграды максимальной высоты для данной глубины хода отвалов снегопаха:

Кеор = л/(2• ¿отв • К„ ■ ыпаотв + Ь, ■ Иси)■ 1ёаос (1)

где Ьотв - длина отвала снегопаха;

Лсн - глубина хода отвалов снегопаха; ССотв - угол установки отвала к направлению движения; Ь3 - ширина валоформирующего просвета орудия; аос - угол естественного осыпания снежной массы.

Отсюда можно сделать вывод - чем ближе высота преграды к теоретической Атеор, тем выше эффективность работы снегопаха. В

реальных условиях в силу особенностей работы существующих орудий высота преград значительно ниже, что и приводит к снижению эффективности снегозадержания.

Для устранения выявленных недостатков предлагается модернизация снегопаха, сущность которого заключается в следующем: во-первых, в установке с внутренней стороны валоформирующей части отвалов направляющих пластин, позволяющих приблизить профиль формируемой преграды к профилю равнобедренного треугольника с углом у основания равным углу естественного осыпания снега;

во-вторых, в том, что отвал выполнен из двух частей основной и дополнительной (так называемого удлинителя), соединенных друг с другом шарнирно.

Схема экспериментального отвала представлена на рисунке 3. Отвал при этом состоит из двух частей: основной 1 и дополнительной -удлинителя 2, шарнирно установленного на основном отвале 1. Кроме того, на отвале установлена направляющая пластина 3.

Рисунок 3 Схема экспериментального отвала (вид с внутренней стороны)

В соответствии с предлагаемой схемой возникла необходимость обосновать длину удлинителя отвала, длину направляющей пластины, угол и место установки направляющей пластины.

Длину удлинителя отвала определяет диапазон толщины снега, в пределах которого снегопах работоспособен. При этом максимальная длина отвала соответствует минимальной толщине снежного покрова, а минимальная - максимальной толщине снега.

где Ьмакс - максимальная длина отвала, для работы при минимальной толщине снега на поле;

Ьмин - минимальная длина отвала для работы при максимальной толщине снега.

Подставляя в формулу (2) выражения для Ьмакс и Ьмин получим зависимость, которая позволяет определить длину удлинителя, шарнирно закрепленного на основной части отвала, способную формировать преграды требуемой высоты при различной толщине снега:

1

Исходя из этого, длина удлинителя отвала определится из

формулы:

(2)

j _He-{be+bH)-{h™-h™n)

^удлин .min, ma* У }

4-k ■ sinаотв -hCH hCH

где Нв - высота преграды;

be - ширина верхней валоформирующей части орудия;

Ьн - ширина нижней валоформирующей части орудия;

к - коэффициент, зависящий от глубины снега и размеров валоформирующей части;

A max I min _

сн > "си " максимальная и минимальная расчетная глубина хода отвалов.

Направляющие пластины, устанавливаемые с внутренней стороны отвалов, служат для формирования требуемого профиля преграды (равнобедренный треугольник с углом у основания, равным углу осыпания снега). Существующие же орудия формируют преграду, поперечный профиль которой близок к трапеции, за счет чего высота преграды намного меньше теоретической.

Анализ процесса формирования снежной преграды показал, что направляющие пластины должны быть установлены в месте соединения двух снежных призм, сходящих с отвалов (рисунок 4). Следовательно, направляющая пластина должна начинать оказывать действие на участке (начиная с точки В, расположенной на отвале) соответствующем точке С. Для определения координат точки В приравняем площадь снежного профиля в сечении, проходящем через точку С, перпендикулярно к направлению движения и площадь естественного снежного покрова, из которого формируется профиль.

St23=Secm (4)

Площадь естественного снежного покрова, из которого формируется преграда отвалом длиной 16, определится следующим образом:

Secm = Ки • h • sin аотв ( (5)

где - толщина естественного снежного покрова;

аотв . угол установки отвала к направлению движения.

А-А

L

Рисунок 4 - Схема к определению точки расположения направляющей пластины (1, 2 — отвалы снегопаха; 3 — «призмы» снега, формируемые отвалами; 4 — сформированная преграда)

формуле:

Площадь поперечного сечения призмы определяется по

S -(-^--l -sina tgCC°c

2 6 Smaome) j

(6)

где Вор - ширина захвата орудия;

аос - угол осыпания снежной массы.

Приравняем левые части зависимостей (5) и (6).

> г • ¡^ор г • ,.2 *Еаос

Асн -16 -51паотв =(-^--1б -втаотв)

(7)

'А 2

Преобразовав равенство (7) получим квадратное уравнение

В В ^

sin2 "от» • tg<*oc - ¡6 (-ir' sin аотв ■ tgaoc + hc„ • sin аотд ) + • • tga^ = О

(8)

Решение полученного уравнения позволяет определить место установки направляющей пластины на отвал и её длину:

, V sin2 аот, ■ (0,5 Вор • tgcíoc + hCHf- 2 • sin2 aome • Bop2 ■ 1&га<х - sin«ome (0,5 Bop • +

'e =-1—П- W

2-sin aom,-tgaM

Поскольку одним из основных уравнений механики сплошной среды является уравнение неразрывности, используем его для решения задачи определения угла установки направляющих пластин. Используем утверждение, что угол установки должен быть не меньше угла между верхним ребром снежной призмы и горизонтальной плоскостью.

Запишем в общем виде уравнение неразрывности:

Мсечпр = Мест у (Ю)

где Мест и Мсечпр соответственно масса снега на входе и выходе из снегопаха (M = S-Y-t-p).

Отсюда: Sce4np = Secm где Scewp,Secm - площади поперечного сечения

Составляющие уравнения неразрывности соответственно определятся следующим образом:

(И)

К

^ 2-^аос (12)

Исн - глубина хода отвалов; ¿>3^ - ширина захвата отвала;

- высота призмы снега; аж - угол осыпания снега.

Приравняв представленные зависимости получим:

к1р = 2 • Кн ' Ьзах • *8аос (13)

Откуда следует

Шнп = ----(14)

'отв

Полученная зависимость позволяет определить угол установки направляющей пластины на отвале.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены основные положения и условия проведения экспериментов, описана экспериментальная установка, приведены

планы экспериментов, техника измерений и методики обработки результатов экспериментов.

Программой исследований предусмотрено следующее:

1. Проверка результатов теоретических положений зависимости параметров преград от конструктивных параметров орудия;

2. Проектирование и изготовление модернизированного снегопаха.

3. Определение энергетических показателей экспериментального орудия.

4. Определение параметров преград, сформированных экспериментальным орудием.

5. Проведение сравнительных испытаний с серийным агрегатом с целью выявления агротехнической и экономической эффективности.

6. Влияние накопления снега экспериментальным орудием на накопление влаги и урожайность сельскохозяйственных культур.

Первая часть экспериментальных исследований заключается в установлении зависимостей между параметрами снегопаха и геометрическими показателями преград — в нашем случае это высота преграды в месте наибольшей её высоты и ширина преграды у основания.

Варьируемыми факторами являлись глубина хода отвалов и ширина заднего просвета орудия.

Опыты представляли собой эксперименты, проводимые в реальных полевых условиях с использованием снегопаха с регулируемым расстоянием между отвалами.

Область значений глубины хода отвалов находилась в диапазоне 0,05 — 0,18 м. Точное регулирование производилось после предварительного определения средней толщины снежного покрова на экспериментальном участке.

Второй частью экспериментальных исследований было определение оптимальных параметров предлагаемого

модернизированного снегопаха. Под оптимальными следует понимать значения параметров, при которых формируется преграда максимальной высоты для данного количества снега.

Наличие значительного количества факторов, влияющих на процесс, и тесные связи между ними потребовали проведения многофакторного эксперимента.

Планирование осуществляется на основе существующего математического аппарата. Оно обусловливает повышение производительности труда экспериментатора, надежность результатов эксперимента, снижение числа вариантов опытов, оптимальные решения. Как правило, по оптимальному плану выполняются многофакторные эксперименты по определению математической модели, связывающей параметр оптимизации с действующими факторами.

Исходя из проведенных теоретических исследований и анализа литературных источников, наибольшее влияние на процесс накопления снега при механизированном снегозадержании оказывает высота преграды. В связи с этим, за параметр оптимизации многофакторного эксперимента была принята высота сформированной преграды.

На основании проведенных теоретических исследований, поисковых экспериментов, а также требований, предъявляемых к факторам, при планировании эксперимента были выбраны следующие факторы:

- длина направляющей пластины снегопаха;

- угол установки направляющей пластины снегопаха;

- ширина направляющей пластины снегопаха.

При выборе области эксперимента учитывались границы изменения факторов, с учетом ограничений, связанных с технико-экономическими, энергетическими соображениями и с условиями проведения работ. При этом также использовалась априорная информация.

При планировании эксперимента принимали два уровня варьирования факторов и обозначали за нижний уровень -1, за верхний уровень +1. Основной уровень выбирается в центре области определения факторов. Интервал варьирования не может быть меньше той ошибки, с которой фиксируется уровень фактора, и не может быть настолько большим, чтобы верхний и нижний уровни оказались за пределами области определения.

С целью определения энергетической характеристики экспериментального орудия были предусмотрены опыты по определению тягового сопротивления с помощью тензометрирования. Основанием для разработки методики являлся ОСТ 10.2.2-86.

Обработка результатов опыта включает определение фактической скорости движения агрегатов, тягового сопротивления и удельного тягового сопротивления.

Экспериментальная установка представляет собой предлагаемый снегопах, агрегатируемый с трактором Т-4А. Для регистрации и измерения исследуемых параметров применялась тензометрическая лаборатория, включающая тензометрическую навеску, аналогово-цифровой преобразователь, персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением.

Результаты измерений обрабатывались методами вариационной статистики и теории вероятностей с использованием электронных таблиц Microsoft Excel 2003 из пакета Microsoft Office 2003.

В четвёртой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлен анализ результатов проведенных экспериментальных исследований.

Из анализа проведенных исследований и в результате собственных теоретических исследований было установлено, что количество накопленного снега в значительной степени определяется параметрами валов, сформированных при снегозадержании. Параметры преград, в свою очередь, определяются параметрами орудия для снегонакопления.

Для установления этих закономерностей были проведены эксперименты по определению зависимости высоты вала от параметров валоформирующей части.

В результате выполненных экспериментальных исследований, установлено что:

- высота преграды из снега зависит от глубины хода отвалов;

- при ширине валоформирующего просвета 0,8 м и глубине хода отвалов выше 0,18 м происходит сгруживание снега, последующее заклинивание снежной массы в отвалах снегопаха и буксование трактора;

Таблица 1 Высота преград в зависимости от параметров орудия

При ширине валоформирующего просвета 0,9 м

Глубина хода отвалов, м 0,05 0,10 0,15 0,18

Высота преграды, м 0,21 0,25 0,29

При ширине валоформирующего просвета 1,1

Глубина хода отвалов, м 0,05 0,10 0,15 0,18

Высота преграды, м 0,21 0,24 0,29 0,36

- при малой глубине хода отвалов профиль снежной преграды отличается от профиля треугольной призмы, что подтверждает предположения, полученные при теоретических исследованиях.

Увеличение валоформирующего просвета на величину до 0,9 и 1,1 м следующим образом отразилось на результатах эксперимента. На малой глубине хода отвалов высота преграды не изменяется. Это обусловлено тем, что профиль преграды представляет собой двойную треугольную призму. Высота каждой из двух призм определяется только шириной захвата отвала. Увеличение валоформирующего просвета при увеличении глубины хода отвалов позволяет предотвратить сгруживание снежной массы в отвалах снегопаха, что значительно улучшает эксплуатационные качества агрегата.

Таким образом, установлено, что снегопах для эффективной работы должен иметь регулируемый валоформирующий просвет, что позволяет расширить диапазон работоспособности орудия по толщине снега и повысить эксплуатационные качества орудия.

Для определения влияния параметров снегопаха на формирование преград и его энергетические показатели, был проведен многофакторный эксперимент.

Проведение эксперимента заключалось в формировании преград с настроенным согласно плана эксперимента снегопахом и определении параметров преграды.

Для обработки результатов эксперимента использовались электронные таблицы Microsoft Excel ХР из пакета Microsoft Office ХР.

Полученное после обработки результатов эксперимента уравнение описывает зависимость высоты преграды от варьируемых факторов:

V =41,7 + 14,7*. +16,8*, +10,2*, +11,5*,*, -

(15)

—4,8*,*3 -3,8*2*з —4,2*f -4,2*2 -З,9*3\ где Xi - длина направляющей пластины снегопаха, х2 - угол установки направляющей пластины снегопаха, х3 - ширина направляющей пластины снегопаха.

Проверка модели на адекватность проводилась с помощью F-критерия. Расчётное значение критерия Фишера {FpaC4=6,7) меньше табличного (Fmafi/1 = 19,30) при 5% уровне значимости, что свидетельствует об адекватности полученной модели.

Исследование полученного уравнения регрессии и поверхности отклика (рисунок 6) показывает:

- установка направляющих пластин на отвалы снегопаха с целью создания снежного вала оптимального профиля оказывает положительное влияние на высоту преграды;

- с уменьшением длины направляющей пластины в пределах интервала варьирования высота преграды сначала увеличивается, затем начинает снижаться;

- увеличение угла установки оказывает аналогичное влияние на высоту преграды - при увеличении до 28° высота преграды увеличивается, что связано с равномерным распределением снежной массы по высоте, затем рост прекращается;

Рисунок 7 — Геометрические параметры валов сформированных модернизированным и серийным снегопахом

- изменение ширины направляющей пластины вызывает увеличение высоты преграды, при определенном значении ширины пластины и дальнейшем её увеличении высота преграды остается постоянной, что объясняется сгруживанием снега направляющими пластинами.

Ьои, м

* Серийный ■ Модернизированный

Рисунок 8 — Результаты энергетической оценки снегопахов

Производственные эксперименты в сравнении с серийным снегопахом позволили установить эффективность работы модернизированного орудия. На рисунке 7 представлены значения высоты Нв и ширины Вв сформированных разными снегопахами валов.

Результаты энергетической оценки модернизированного снегопаха (рисунок 8) в сравнении с серийным свидетельствуют о меньшем тяговом сопротивлении снегопаха при глубине хода отвалов более 0,16 м.

Полученные результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о целесообразности использования

модернизированного снегопаха.

В пятой главе «Экономическая эффективность применения орудия для снегонакопления» приведён расчёт экономической эффективности разработанного орудия в сравнении с серийным снегопахом.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения экспериментального орудия составляет 125136 рублей на одну машину

за счет увеличения накопления снега и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, срок окупаемости 2,8 года.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ состояния вопроса механизации накопления снега на полях показывает, что:

- количество накопленного снега и эффективность работы снегопахов определяется высотой сформированного вала;

- наиболее оптимальным профилем преграды является равнобедренный треугольник с углом у основания, равным углу осыпания снега;

- существующие снегопахи не обеспечивают формирование снежного вала в виде равнобедренного треугольника

2. На основе выполненного анализа закономерностей формирования снегопахом снежного вала определено направление его модернизации. Установлено, что конструкция снегопаха должна обеспечивать профиль снежной массы в валоформирователе в виде равнобедренного треугольника с углом у основания равным углу осыпания снега.

3. Установлено, что для реализации обоснованных требований к конструкции необходимо отвал снегопаха снабдить шарнирно установленным удлинителем, позволяющим регулировать ширину валоформирователя, и кроме того, с внутренней стороны отвалов установить направляющие пластины, для распределения снега в валоформирователе.

4. В процессе теоретического исследования получены аналитические зависимости, устанавливающие влияние параметров удлинителя и направляющих пластин на размеры формируемой преграды. Указанные зависимости позволили обосновать конструктивные параметры снегопаха.

5. Исследования работы снегопаха на основе многофакторного эксперимента позволили установить, что длина удлинителя отвала должна составлять 0,8...0,95 м, длина направляющих пластин 1,1...1,3 м, а угол их установки 28 градусов.

6. Энергетическая оценка модернизированного снегопаха показала, что установка направляющих пластин вызывает незначительное увеличение тягового сопротивления снегопаха, но предотвращает сгруживание снега и . связанный с ним рост энергетических затрат. Диапазон тягового сопротивления при глубине хода отвалов 0,10...0,15 м составляет 3,22...3,34 кН.

7. Производственные и сравнительные испытания снегопаха в полевых условиях показали, что применение модернизированного снегопаха обеспечивает повышение урожайности на 1,1 ц/га по сравнению с

/и?

применением серийного агрегата. При этом годовой экономический эффект от внедрения составляет около 125136 рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Константинов М.М., Терпиловский Е.Ю., Шишкин В.И. Проблемы совершенствования механизированной технологии накопления зимних осадков. В сб. докладов международной научно-технической конференции. Труды Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии. Выпуск 6, Оренбург 2005 г. с. 1.. .7.

2. Константинов М.М., Терпиловский Е.Ю., Шишкин В.И. Обоснование параметров и режимов работы отвальных снегопахов. В сб. докладов международной научно-технической конференции. Труды Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии. Выпуск 6, Оренбург2005 г. с. 8... 13.

3. Гапиев Р.Э., Шишкин В.И. Направления совершенствования средств механизации снегозадержания. В сб. докладов международной научно-технической конференции. Труды Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии. Выпуск б, Оренбург 2005 г. с. 21. ..25.

4. Константинов М.М., Терпиловский Е.Ю., Шишкин В.И. Параметры орудий для снегозадержания. Материалы региональной научно-практической конференции «Инновационные процессы в растениеводстве» Оренбургский региональный институт АПК, Оренбург, 2005, с 224.. .229.

5. Терпиловский Е.Ю., Шишкин В.И. Совершенствование орудий для накопления зимних осадков. Материалы региональной научно-практической конференции «Инновационные процессы в растениеводстве». Оренбургский региональный институт АПК, Оренбург, 2005, с. 229...233.

6. Константинов М.М., Галиев Р.Э., Шишкин В.И. Рекомендации по накоплению снега на полях и рациональному использованию влаги при его таянии. Оренбург 2005 г. Изд. центр ОГАУ. 11с.

7. Константинов М.М., Галиев Р.Э., Шишкин В.И. Методика определения основных параметров снегопаха. Методические рекомендации к лабораторно-практическим занятиям для студентов факультета механизации сельского хозяйства ОГАУ. Оренбург 2006 г. 10с.

8. Шишкин В.И. Результаты энергетической оценки модернизированного снегопаха СВУ-2.6М-ОГАУ. Труды Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии. Выпуск 7, Оренбург, 2006, с. 236-239.

Печ. Листов 1. Тираж 100 экз. Заказ №27 Формат 60x90/16 Издат. Центр ВНИИМС. 460000, г. Оренбург, ул. 9 января, 29

Введение

1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ 6 МЕХАНИЗАЦИИ СНЕГОЗАДЕРЖАНИЯ:

1.1 Влияние снегозадержания на накопление влаги и урожайность сельскохозяйственных культур.

1.2 Существующиеособы задержанияега при возделываниих. культур.

1.3 Средства механизации задержания снега на полях.

1.4 Цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СНЕГОПАХА С РЕГУЛИРУЕМЫМ ВАЛОФОРМИРОВАТЕЛЕМ.

2.1 Обоснование необходимости совершенствования снегопахов.

2.2 Обоснование схемы снегопаха с регулируемым валоформирователем

2.3 Определение параметров экспериментального снегопаха.

2.3.1 Определение длины удлинителя отвала.

2.3.2 Определение параметров направляющих пластин.

2.3.2.1 Обоснование длины направляющей пластины.

2.3.2.2 Определение угла установки направляющей пластины.

2.4 Определение тягового сопротивления модернизированного снегопаха

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Общие положения экспериментальных исследований.

3.2 Методика определения параметров преград, формируемых экспериментальным орудием.

3.3 Планирование многофакторного эксперимента при определении оптимальных параметров снегопаха.

3.3.1 Общие положения.

3.3.2 Выбор параметра оптимизации.

3.3.3 Обоснование варьируемых факторов в многофакторном эксперименте.

3.3.4 Порядок обработки результатов многофакторного эксперимента

3.4 Методика энергетической оценки снегопаха.

3.5 Методика тарировки измерительной установки для определения тягового сопротивления.

3.6 Методика определения влияния работы орудия на урожайность зерновых.

3.7 Методика обработки результатов экспериментальных исследований.

3.8 Оценка погрешностей измерений.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Методика определения параметров преград, формируемых снегопахом.

4.2 Результаты многофакторного эксперимента при определении оптимальных параметров снегопаха.

4.3 Результаты энергетической оценки экспериментального снегопаха.

4.4 Сравнительные испытания снегопаха.

4.5 Результаты производственных испытаний экспериментального снегопаха.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ В Ю

ПРОИЗВОДСТВО МОДЕРНИЗИРОВАННОГО СНЕГОПАХА.

В условиях Оренбургской области эффективность производства продукции растениеводства, в частности урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется наличием почвенной влаги. Согласно исследованиям многих ученых, грунтовые воды в формировании водного баланса в почве практически не участвуют, так как в этом регионе они находятся на большой глубине. Таким образом, атмосферные осадки являются основной приходной составляющей почвенной влаги.

В комплексе мероприятий по накоплению и рациональному использованию влаги существенная роль принадлежит такой операции как снегозадержание. Следует отметить, что доля осадков в виде снега в общем балансе составляет 30-40% от общегодового количества.

Основу современной технологии механизированного снегозадержания составляет формирование снежных валов поперек господствующего направления ветра. Однако, следует признать, что использование несовершенных технологий снегонакопления и соответственно средств механизации зачастую приводит к снижению эффективности, а иногда и к убыточности этой операции. Такое положение дел приводит к отказу сельских товаропроизводителей от проведения этой операции.

Одной из причин низкой эффективности средств механизации является недостаточное внимание к энергетическим показателям орудий, непосредственному функционированию рабочих органов машин.

В связи с этим в условиях, когда сельское хозяйство начинает получать новую технику, внедряет прогрессивные технологии, следует обратить внимание и на накопление влаги за счет снегозадержания, поскольку эффективность её бесспорна и доказана исследованиями многих ученых.

Учитывая актуальность поставленной проблемы, целью работы является совершенствование орудия для снегонакопления и обоснование его параметров, обеспечивающих увеличение количества накопленного снега и снижение энергетических затрат.

В качестве объекта исследования принят процесс формирования преград из снега при механизированном накоплении.

Предмет исследования: Закономерности функционирования снегонакопительного орудия.

Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель процесса функционирования снегопаха (формирования преград), на основе которой предложена схема модернизации орудия для снегонакопления и обоснованы его параметры.

Практическая значимость.

Разработан модернизированный снегопах, применение которого обеспечивает формирование преград увеличенной высоты, что позволяет увеличить накопление снега на полях, влаги в почве и урожайность сельскохозяйственных культур.

Внедрение.

Опытные образцы орудия в 2003.2006 гг. использованы для накопления снега в ООО «Затонное» Илекского района, ОПХ «Экспериментальное»

Оренбургского района.

Апробация результатов исследования.

Основные положения диссертационной работы представлены, доложены и одобрены на ежегодных научных конференциях факультета механизации ОГАУ (2002-2006 гг.), на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию ОГАУ (Оренбург, 2005 гг.), на межвузовской научно-практической конференции «Решение проблем стабилизации сельскохозяйственного производства» (Оренбург, 2005 г.).

Результаты научных исследований по диссертации отмечены серебряной медалью Российской Агропромышленной выставки «Золотая осень»

Москва «ВВЦ», 2005 г.)

Публикации

По результатам исследования опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы (136 наименований) и приложений. Работа изложена на 130 страницах и включает 13 таблиц, 30 рисунков и 7 приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ состояния вопроса механизации накопления снега на полях показывает, что:

- количество накопленного снега и эффективность работы снегопахов определяется высотой сформированного вала;

- наиболее оптимальным профилем преграды является равнобедренный треугольник с углом у основания, равным углу осыпания снега;

- существующие снегопахи не обеспечивают формирование снежного вала в виде равнобедренного треугольника

2. На основе выполненного анализа закономерностей формирования снегопахом снежного вала определено направление его модернизации. Установлено, что конструкция снегопаха должна обеспечивать профиль снежной массы в валоформирователе в виде равнобедренного треугольника с углом у основания равным ушу осыпания снега.

3. Установлено, что для реализации обоснованных требований к конструкции необходимо отвал снегопаха снабдить шарнирно установленным удлинителем, позволяющим регулировать ширину валоформирователя, и кроме того, с внутренней стороны отвалов установить направляющие пластины, для распределения снега в валоформирователе.

4. В процессе теоретического исследования получены аналитические зависимости, устанавливающие влияние параметров удлинителя и направляющих пластин на размеры формируемой преграды. Указанные зависимости позволили обосновать конструктивные параметры снегопаха.

5. Исследования работы снегопаха на основе многофакторного эксперимента позволили установить, что длина удлинителя отвала должна составлять 0,8.0,95 м, длина направляющих пластин 1,1. 1,3 м, а угол их установки 28 градусов.

6. Энергетическая оценка модернизированного снегопаха показала, что установка направляющих пластин вызывает незначительное увеличение тягового сопротивления снегопаха, но предотвращает сгруживание снега и связанный с ним рост энергетических затрат. Диапазон тягового сопротивления при глубине хода отвалов 0,10.0,15 м составляет 3,22.3,34

7. Производственные и сравнительные испытания снегопаха в полевых условиях показали, что применение модернизированного снегопаха обеспечивает повышение урожайности на 1,1 ц/га по сравнению с применением серийного агрегата. При этом годовой экономический эффект от внедрения составляет около 125136 рублей. кН.

1. А.с.1575957 СССР, МКИ А01В 13/16 Снешпахотный агрегат./Соавторы: А.Ф.Таушканов, Г.П.Кузьмин, А.А.Яненко, В.Э. Болендер и А.Х.Акчурин. БИЛ 990,-№25.

2. А.с.1595356 СССР, МКИ А01В 13/16 Снегопахотный агрегат. /Соавторы: А.А.Фролов, А.Ф.Таушканов, А.Ю.Терпиловский. БИ 1990,- №36

3. А.с.1741625 СССР, МКИ А01В 13/16 Способ снежной мелиорации./Соавторы: А.Ю.Терпиловский, В.Л.Астафьев. БИ 1992,-№23

4. А.с. № 1635912. Агрегат для снегозадержания на полях. /Авт. изобрет. И.П. Слобоняник/

5. А.с. № 605565. Агрегат для образования снежных валиков, /авт. изобрет. Г.И. Шарин, Н.И. Ермоленко, В.Ф.Кириенко, И.И.Майоров/

6. А.с. № 1209045. Способ снегозадержания и устройство для его осуществления, /авт. изобрет. Н.Г. Деев, В.А. Демин/

7. А.с. № 1715218. Способ снежной мелиорации, /авт. изобрет. В.Е. Горяев, П.И. Костров/

8. А.с. № 431832. Орудие для задержания снега на поверхности поля. /авт. изобрет. В.Е. Ковтунов, Н.В. Краснощекое

9. А.с. № 1613008. Орудие для снегозадержания, /авт. изобрет. /А.К. Кострицын, Н.А. Уфиркин, А.П. Спирин, Б.И. Резников/

10. А.с. № 793429. Агрегат для образования снежных валиков, /авт. изобрет. П.И. Костров, В.А. Демин/

11. А.с. № 1650019. Снегопах, /авт. изобрет. Н.А. Уфиркин, А.К. Кострицын, А.П. Спирин, Б.И. Резников, Е.З. Маркман/

12. А.с. № 919615. Система снегозадержания на полях, /авт. изобрет.

13. Н.Н. Дюкарев, А.В. Ларин и др./

14. А.с. № 1605940. Способ снежной мелиорации, /авт. изобрет. В.Е. Горяев, П.И. Костров, В.А. Демин/

15. А.с. № 416026. Способ механизированного снегозадержания, /авт. изобрет. В.Е. Ковтунов, Н.В. Краснощеков/

16. А.с. № 565641. Снегопах, /авт. изобрет. П.П. Нужнов, Л.И. Пучкова и др./

17. Агроклиматические ресурсы Оренбургской области./Отв.ред. В.Н. Бодрикова.- Л.: Гидрометеоиздат, 1971.-120 с.

18. Агротехническая эффективность снегозадержания: Лекция. Н.Е. Черепанов, Н.И. Фольмер, В.Е. Ковтунов, А.Р. Макаров.-Омск: 1977.-20 с.

19. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Программированное введение в планирование эксперимента. -М.: Наука, 1971.-283 с.

20. А.с. 1489590 .А 01 В 13/16. Способ регулирования снеготаяния./Н.М. Круглов. //

21. А.с. 1475496. А 01В 13/16 . Способ регулирования снегозадержания мульчированием снега. В.Е. Горяев и др. // БИ 1989 №16.

22. Бакаев Н.М., Васько И. А.Снегозадержание повышает урожай.//Кормопроизводство, 1986,-№ 1.

23. Белоппазов Е.А. Динамика расхода воды и питательных веществ культурами полевых севооборотов на типичном черноземе Саратовской области: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. с.-х. наук. Воронеж, 1981

24. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов. Изд 2-ое, -М.:Наука, 1967.

25. Бурматов И.М. Влияние снегозадержания на тепловой режим и продуктивность осушаемых болот Барабы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. с.-х. наук. -Иркутск, 1970

26. Васильев А.В., Раппопорт Д.М. Тензометрирование и его применение в исследованиях тракторов. М.: Машгиз, 1963. -339 с.

27. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработка опытных данных. М.: Колос, 1973. -199 с.

28. Воейков А.Н. Избранные сочинения. Сельскохозяйственная метеорология. JL, Гидрометеоиздат, 1957 г., 259 с.

29. Вольф В.Г. Статистическая обработка опытных данных.-М.: Колос, 1966, с.254.

30. Волков А.Е., Янкин М.В., Цуцоев В.И. Особенности эксплуатации тракторов зимой. М.: «Колос», 1975,-127с.

31. Высоцкий А.А. Динамометрирование сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1968. - 291 с.

32. Галиев Р.Э. Ковриков И.Т. Принципы эффективного снегонакопления.//Труды сотрудников и преподавателей факультета механизации сельского хозяйства. Том 1.- Оренбург, 1997.-С. 21-22.

33. Галиев Р.Э. Определение оптимальных параметров орудия для снегонакопления. // Тезисы докладов региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбуржья (часть I). Оренбург: Издательство ОГУ, 1999. - С. 36-37.

34. Галиев Р.Э., Ковриков И.Т. Свально-отвальный снегопах. / Информ. листок № 105-97. Оренбург, 1997. 4 с.34