Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 10
1.1. Агротехнические требования, предъявляемые к пахотным агрегатам... 10
1.2. Аналитический обзор направлений совершенствования технологий и приемов вспашки, развития конструкций отвальных плугов и способов их агрегатирования с тракторами 13
1.3. Основные направления совершенствования конструкций плужных корпусов 25
1.4. Плужные вспомогательные рабочие органы для заделки в почву растительных остатков и рыхления подпахотного горизонта 30
1.5. Аналитический обзор исследований работы отвальных плугов 36
Выводы 44
Задачи исследований 45
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА И СНИЖЕНИЮ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ОТВАЛЬНОЙ ВСПАШКИ ПУТЁМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПЛУГА 46
2.1. Идентификация взаимосвязи конструкций и параметров отвальных плугов с выходными показателями качества работы и энергетических затрат пахотных агрегатов 46
2.2. Разработка новых технологических схем вспашки и конструкций рабочих органов плугов 50
2.3. Теоретическое обоснование основных параметров технологического процесса вспашки почв с оборотом пласта плужными корпусами с углоснимами 67
2.4. Аналитическое определение перемещений частиц пласта почвы движущимся комбинированным клином 73
Выводы
3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 95
3.1. Программа экспериментальных исследований 95
3.2. Общая методика экспериментальных исследований 95
3.3. Определение показателей качества работы пахотных агрегатов 99
3.4. Эксплуатационно-технологическая оценка пахотных агрегатов 103
3.5. Энергетическая оценка пахотных агрегатов 104
3.6. Методика исследований влияния высоты навески плуга на энегетические и эксплуатационно-технологические показатели работы пахотных агрегатов 105
3.7. Определение погрешности измерений 113
3.8. Экономическая оценка плугов и пахотных агрегатов 114
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 115
4.1. Экспериментальные исследования плужных корпусов различных типов с культурной, полувинтовой и винтовой формой лемешно-отвалъной поверхности 115
4.2. Результаты сравнительных исследований плужных корпусов общего назначения культурного и полувинтового типов с цельными и пластинчатыми отвалами 119
4.3. Экспериментальные исследования по оптимизации формы рабочей поверхности углоснима 137
4.4. Результаты исследований влияния высоты навески плуга на энергетические и эксплуатационно-технологические показатели работы пахотного агрегата 145
4.5. Результаты государственный приемочных испытаний плугов-рыхлителей ПРК-7-40, ПРК-5-40, ПРК-4-40 147
4.6. Результаты государственных приёмочных испытаний плуга-рыхлителя ПРУН-5(4)-45 153
4.7. Результаты государственных приёмочных испытаний плуга-рыхлителя универсального навесного ПРУН-8-45 161 Выводы 169
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 171
Методика и результаты исследований по определению экономической эффективности применения плугов-рыхлителей семейства ПРУН 171
Выводы 177
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 178
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 181
ПРИЛОЖЕНИЯ 1
Введение к работе
Получение стабильно высоких валовых объемов продукции растениеводства неразрывно связано с качеством обработки почвы. Доля влияния этого фактора на урожайность сльскохозяйственных культур по разным оценкам составляет 25...40 % [1, 2].
Популярные в настоящее время и широко применяемые в хозяйствах ресурсосберегающие минимальные и нулевая обработки почвы, невозможны без массированного использования химических средств защиты растений и минеральных удобрений. Однако умение ориентироваться в широкой номенклатуре пестицидов с учетом узкой избирательности действия и многих других факторов их результативного применения - проблема для подавляющего большинства агрономов-практиков, а разбросное внесение и заделка в поверхностный слой почвы основных доз минеральных удобрений зачастую не окупаются урожаем.
Поэтому на сегодня периодический оборот пласта почвы не имеет альтернативы в вопросах улучшения ее фитосанитарного состояния, заделки минеральных и органических удобрений, особенно в части экологически безопасной утилизации навоза, которая представляет серьезную проблему в странах с развитым животноводством.
По мнению экспертов, отмена дотирования крестьян в странах ВТО делает нерентабельным интенсивное использование химических средств и обуславливает возврат к широкому применению механических обработок почвы.
Изменение экономических и экологических условий определяет развитие механической обработки почв, направленное на конкретное дифференцированное решение широкого круга агротехнических задач в зависимости от почвен-но-климатических факторов, биологических особенностей возделываемой культуры и предшественников, засоренности почвы сорняками, вредителями и болезнями растений, системы удобрений и прочих элементов, составляющих системы земледелия. Трансформирование задач основной обработки почвы в современных условиях обуславливает соответствующую адаптацию к ним конструкций предлагаемых промышленностью почвообрабатывающих орудий, в которой отчётливо прослеживаются следующие устойчивые тенденции:
задача улучшения качества оборота пласта в широком диапазоне глубины обработки почвы с целью заделки в почву её верхнего слоя с семенами сорняков, вредителями, возбудителями болезней и удобрениями решается посредством применения вспомогательного оборудования к традиционным плужным корпусам; это разнообразные предплужники, углоснимы, полевые и бороздные ножи; при этом диапазон глубины обработки почвы с выраженным оборотом пласта составляет от 6... 10 см у плуга Kverneland Ecomat и до 60 см у плуга Rabe Super-Albatros 180/N;
проблемы уплотнения почвы движителями тяжелой сельскохозяйственной техники и образования «плужной подошвы» решают с помощью орудий для периодического безотвального рыхления почв, увеличивая его глубину до 50...80 см, а также расширением технологических возможностей плугов в направлении комбинаций отвальных обработок почвы с рыхлением ее нижних слоев дополнительными приспособлениями.
Однако конструкции применяемых в настоящее время плугов не в полной мере соответствуют современным требованиям агротехники по параметрам качества обработки почвы, по эксплуатационно-технологическим и экономическим показателям. Качество обработки и энергетические затраты на вспашку в значительной мере определяются конструкцией и параметрами плужных рабочих органов. Орудия для вспашки с оборотом пласта почвы непрерывно совершенствуются, однако принцип работы лемешно-отвального плужного корпуса на протяжении многих лет остается практически неизменным. Поэтому в настоящее время возможности повышения качества отвальной обработки почв известными способами и снижения ее энергоемкости практически исчерпаны: ведущие мировые производители плугов предлагают потребителю широкий набор корпусов, отличающихся только размерами и формой лемешно-отвальной поверхности, а также обширную номенклатуру вспомогательных рабочих органов [4, 5].
Стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 года, разработанной ведущими учеными Россельхозакадемии, предусмотрено развитие производства плугов с универсальными рабочими органами, адаптированными к различным почвенным условиям, с активным оборотом и крошением пласта, осуществляющими вспашку и тяжелых пересохших, и переувлажнённых почв [6].
Решение поставленных задач до настоящего времени не реализовано в полной мере и требует разработки новых эффективных технологических схем обработки почвы, дальнейшего развития теории взаимодействия с почвой плужных рабочих органов, совершенствования их конструкций и оптимизации параметров.
На основании изложенного можно заключить, что изыскание методов и средств повышения эффективности использования пахотных агрегатов при отвальной вспашке, обеспечивающих улучшение качества обработки почвы при существенном снижении затрат энергии на основе совершенствования способов обработки и конструкций рабочих органов плугов является актуальной научной задачей, имеющей важное хозяйственное значение.
Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИИТиН) в соответствии с заданиями Россельхозакадемии 04.02.04. «Разработать методы адаптации машинно-тракторных агрегатов и новых энергетических средств к изменяющимся условиям их использования в технологиях производства сельскохозяйственных культур» на 2004-2006 годы и 09.03.05 «Разработать технологии и типовые проекты эффективного использования техники и оборудования в сельском хозяйстве и в сфере производственно-технологических услуг» на 2007...2010 годы. Цель работы - повышение качества и снижение энергоемкости вспашки почвы путём совершенствования рабочих органов плугов.
Объект исследований - технологические процессы обработки почвы пахотными агрегатами с плугами, оснащенными новыми рабочими органами.
Предмет исследований - закономерности изменения технологических процессов обработки почвы пахотными агрегатами, их взаимосвязи с критериями качества работы и энергетических затрат при вспашке.
Научную новизну диссертационной работы составляют:
- идентификация взаимосвязей конструкционно-технологических параметров плугов с выходными показателями качества работы и энергетических затрат пахотных агрегатов при вспашке;
- аналитические зависимости по обоснованию основных параметров новых технологических процессов вспашки и конструкций плужных корпусов с уг-лоснимами и рыхлителями подпахотного горизонта;
- математические методы расчета относительных траекторий перемещения частиц почвенного пласта по развёртывающейся поверхности комбинированного криволинейного клина, контуров развертки элементов поверхности комбинированного криволинейного клина.
Практическая значимость:
- разработаны исходные требования на проектирование универсальных плугов семейства ПРК, ПРУН, техническая и технологическая документация;
- новый способ вспашки (а.с. 1076010А) и новые технические решения конструкций плужных корпусов (ах. 1085524, 1340404, 1470200, 1169548, 1662365 и 1473725, пат. РФ 2074592, 2080754 и 2074591, патент Норвегии NO306371B1) позволяют: снизить энергоемкость на 20...25 % при увеличении производительности агрегатов на отвальной вспашке на 15...20 % по сравнению с известными плугами, улучшить качество работ по основным оценочным показателям, обеспечить разуплотнение подпахотного горизонта почвы;
- результаты проведенных исследований внедрены ЗАО «Петербургский тракторный завод» и ЗАО «Завод «Севзапмашстрой» в серийное производство плугов-рыхлителей ПРК и ПРУН;
- технические решения реализованы фирмой «Квернеланд» (Норвегия) в серийном производстве плугов модели «Экомат».
Научные положения и результаты исследований, вынесенные на защиту:
- новый способ вспашки, конструкционно-технологические параметры плугов и их рабочих органов;
- аналитические зависимости по обоснованию основных параметров новых технологических схем вспашки и конструкций плужных корпусов с углос-нимами и рыхлителями подпахотного горизонта;
- математические методы расчета относительных траекторий перемещения частиц почвенного пласта по развёртывающейся поверхности комбинированного криволинейного клина, контуров развертки элементов поверхности комбинированного криволинейного клина. - результаты экспериментальных исследований плугов и их рабочих органов в лабораторно-полевых и производственных условиях с целью установления рациональных конструкционно-технологических параметров.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы доложены и обсуждены: на заседании Бюро отделения механизации, электрификации и автоматизации РАСХН (2004, 2006 гг.); на заседаниях Ученого Совета ГНУ ВИИТиН; на международных научно-практических конференциях ГНУ ВИМ, ГНУ ВИИТиН, Самарская ГСХА, МичГАУ (2004...2007 гг.); на заседаниях научно-технических советов ЗАО «Петербургский тракторный завод», ЗАО «Завод «Севзапмашстрой». Плуги-рыхлители ПРК-7-40, ПРУН-5-45, ПРУН-8-40 экспонировались на международных выставках «Сельхозтехника - 90», «Сельхозтехника - 95», «Золотая осень» (Москва, ВВЦ, 2005 и 2006), всероссийской выставке «Агро-97», Губернская выставка достижений в области сельскохозяйственного производства (Самара, 1998 - 2006), «День российского поля» (Саранск, 2006 и Ростов-на-Дону, 2007), отмечены медалью и дипломами.
Публикации. Основные материалы исследований обобщены и изложены в 28 работах, в т. ч. изданиях, рекомендуемых ВАК - 4, описаниях авторских свидетельств и патентов (8 авторских свидетельств и 3 патента РФ, патент Норвегии на изобретение). Общий объем публикаций составляет 8,0 п.л., из них лично автору принадлежит 2,2 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 270 стр. машинописного текста, состоит из введения, пяти разделов, общих выводов по работе, списка литературы и 25 приложений на 73 страницах. Содержит 17 таблиц и 76 рисунков. Список используемой литературы включает в себя 213 наименований, из них 30 на иностранном языке.
