Содержание к диссертации
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯпттмммпипіїиттмінмтпіпнмтміпатшманмммімм 11
ПОЧВЕВДО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВОЗДЕЛЬШАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СУХОСТЕПНЫХ РЕГИОНАХ ЮЖНОГО УРАЛА И ЗАВОЛЖЬЯ 11
ПАХОТНЫЕ И ПОДПАХОТНЫЕ ГОРИЗОНТЫ, ИХ ФОРМИРОВАНИЕ И ВЛИЯНИЕ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ 16
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗАСУШЛИВЫХ РЕГИОНАХ ЮЖНОГО УРАЛА И ЗАВОЛЖЬЯ 31
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ С ПОЧВОЙ ПАХОТНОГО ИПОДПАХОТНОГО ГОРИЗОНТОВ 38
РАВНОВЕСИЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН И УСТОЙЧИВОСТЬ ИХ ХОДА 47
ВЫВОДЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 51
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ
МАШИНЫ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ОСНОВНОЙ
ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ...........м.«...<...мМ..».м...«»..«.ммм....м.мнн..м.ммэ5
анализ и обоснование технологии комбинированной основной обработки почвы 55
Разработка схемы плуга-рыхлителя-разуплотнителя 58
обоснование параметров джойнтера 63
анализ и математическое моделирование процесса подпахотной обработки почвы 69
2.4.1 Условия работы разуплотнгапеля. 69
Математическая модель процесса разуплотнения подпахотного горизонта 72
Оптимизация параметров универсального разуплотнителя 77
2.5 Обоснование основных параметров плуга-
РЫХЛИТЕЛЯ-РАЗУПГОТНИТЕЛЯ 85
2.5. J Построение модели работы плуга-рыхлителя-
разуплотнителя 85
2.5.2 Уравнения движения системы 88
Математическая модель работы орудия в продольно-вертикальной плоскости 88
Математическая модель движения машины в горизонтальной плоскости 97
2.5.3 Условия работы и обоснование основных
параметров плуга-рыхлителя-разуплотнителя 99
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 104
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 104
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И ОБОРУДОВАНИЕ 106
ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛУГА-РЫХЛИТЕЛЯ-РАЗУПЛОТНИТЕЛЯ 114
ОБРАБОТКА ОШТНЫХ ДАННЫХ И ОЦЕНКА ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ 122
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
4.1 ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТЮВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ
ПЛУГА-РЫХЛИТЕЛЯ-РАЗУГОЮТНИТЕЛЯ 127
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТГОВПЛУГА-РЫХЛИТЕЛЯ-РАЗУПЛОТНИТЕЛЯ НА ЕГО ТЯГОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. 134
ИСІІШАНИЯІШУГА-РЬІХЛИТЕЛЯ-Р^
Агротехнические показатели работы 138
Энергетические показатели работы 141
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ПЛУГА-РЫХЛИТЕЛЯ-
РАЗУПЛОТНИТЕЛЯ 144
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 156
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 158
ПРИЛОЖЕНИЯ 172
Введение к работе
В современных условиях обработка почвы остается важнейшим элементом зональных систем земледелия, обеспечивающим не только регулирование продуктивности пашни, энергетических затрат, но и сохранение верхнего слоя почвы от эрозии, улучшение влагонакопления, повышение плодородия почвы, эффективное использование удобрений и освоение новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур.
Основная обработка почвы является наиболее важным агротехническим приёмом в земледелии.
Почвы сухостепных регионов Южного Урала и Заволжья имеют малый запас гумуса Стандартные плуги с отвальными корпусами, обрабатывая почву, выносят на поверхность поля нижние малоплодородные слои, верхний же, более плодородный слой, заделывают на дно борозды. Это обуславливает медленное развитие культурных растений, особенно в начальный период вегетации, что резко снижает урожайность, особенно зерновых культур. В связи с этим необходимо верхний слой пахотного горизонта до 16 см обрабатывать отвально без перемещения его на дно основной борозды, а нижний - рыхлить без оборота
Такая обработка, сохраняя достоинства отвальной вспашки, менее энергоёмка, и обеспечивает лучшую водопроницаемость почвы. Она обеспечивает наиболее благоприятные условия для произрастания культурных растений, накопления гумуса, а также, вследствие мульчирования, эрозионную устойчивость дневной поверхности поля.
Подобную ярусную основную обработку почвы можно выполнить различными почвообрабатывающими орудиями. В этой
связи очевидна целесообразность разработки комбинированной машины.
Определяющим фактором повышения урожайности зерновых культур в сухостепных регионах Южного Урала и Заволжья является продуктивная влага в почве.
Однако в связи с применением тяжелой техники и многократного воздействия ее на почву происходит уплотнение почвы, ухудшение её физических свойств, снижение водопоглащающей способности и ухудшение плодородия.
В дополнение к этому, почвы Южного Урала и Заволжья на протяжении многих лет обрабатываются на одну и ту же глубину, в связи с чем, формируется уплотненный подпахотный горизонт (плужная подошва), который не дает возможности влаге проникать в более глубокие слои и там аккумулироваться. Кроме того, этот слой обуславливает засоление пахотного горизонта, чем и объясняется большое количество солонцов и солончаков в этих регионах. Все это приводит к резкому снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Поэтому разуплотнение подпахотного горизонта играет огромную роль в устранении выше указанных недостатков.
В связи с выше изложенным, тема создания машины для комбинированной основной послойной обработки почвы и разуплотнения подпахотного горизонта является актуальной и имеет важное народнохозяйственное и практическое значение.
Учитывая актуальность поставленной проблемы, её связь с повышением плодородия почв, охраной окружающей среды и экономической эффективностью, перед диссертационной работой поставлена цель исследования: совершенствование технологического процесса основной обработки почвы, разработка схемы и обоснование конструктивно-технологических параметров комбинированного
орудия - іілуга-рьіхлителя-разуїшотнителя, обеспечивающих улучшение качества обработки пахотного и подпахотного горизонтов почвы и снижение энергетических затрат.
В качестве объекта исследования принят процесс комбинированной основной послойной обработки почвы с одновременным разуплотнением подпахотного горизонта и плуг-рыхлитель-разуплотнитель для его осуществления.
Предмет исследования. Получение математической модели комбинированной машины для основной послойной обработки почвы с одновременным разуплотнением подпахотного горизонта.
Научная новизна работы.
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана конструктивная схема и модель функционирования комбинированной почвообрабатывающей машины - плуга-рыхлителя-разуплотнителя, на основе которой определены оптимальные её параметры.
Получена математическая модель процесса разуплотнения подпахотного горизонта» обуславливающая возможность выбора оптимальных конструктивных параметров и режимов работы универсального разуплотняющего рабочего органа, обеспечивающих минимальную энергоёмкость процесса требуемого качества в зависимости от свойств почвы;
Получен основной закон построения лемешно-отвальной поверхности джойнтера представленной в виде направляющей кривой и тангенциальной зависимости движения прямолинейной образующей по направляющей, обуславливающей минимальную энергоёмкость отвальной обработки верхнего слоя пахотного горизонта;
Практическая ценность,
Разработана технология основной послойной обработки почвы и разуплотнения подпахотного горизонта, применение которой обеспечивает повышение плодородия, улучшение влагонакоп-ления почвы и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур;
Для выполнения предлагаемой технологии создан плуг-рыхлитель-разуплотнитель, агрегатируемый с тракторами тяговых классов 3-4 (патент на изобретение РФ № 2131653);
Разработана конструктивная схема комбинированного пяуга-рыхлотеля-разуплотнителя и определены оптимальные его параметры обеспечивающие улучшение качества обработки почвы и снижение энергетических затрат при выполнении основной обработки почвы;
Разработанный универсальный разуплотняющий рабочий орган обеспечивает минимальную энергоёмкость процесса подпахотного рыхления требуемого качества в зависимости от свойств почвы;
Отвальная обработка верхнего слоя пахотного горизонта почвы джойнтером, с разработанной лемешно-отвальной поверхностью, удовлетворяет агротехническим требованиям и обуславливает минимальную энергоёмкость;
Разработан комплекс дополнительных устройств для присоединения рабочих органов к раме плуга (патент на изобретение РФ № 2120708), который обеспечивает возможность их крепления в различных позициях в зависимости от выполняемого орудием варианта основной обработки почвы;
IInyr-рыхлитель-разуплотнитель является универсальным почвообрабатывающим орудием, позволяющим в соответствии с агротехническими требованиями по девяти различным ва-
риантам дифференцированно вести обработку почв, различных по механическому составу, твердости, влажности и засоренности, согласно сложившимся климатическим условиям.
Внедрение. Опытные образцы плуга-рыхлителя-разуплотнителя были изготовлены и в 1998... 1999 гг. использованы для основной обработки почвы в агросоюзе «Куюргазинский» Ку-юргазинского района Республики Башкортостан, в Сельхозартели (СХА) (колхозе) «Озёрный» Светлинского района Оренбургской области и в Учебном хозяйстве Оренбургского государственного аграрного университета.
Документация на плуг-рыхлитель-разуплотнитель передана на завод «Оренбургсельхозремонт» для промышленного его производства в соответствии с договором № 17-ПР.
Апробация. Основные положения диссертационной работы представлены и доложены на заседании кафедры «ЭМТП и ОТ» ОГАУ (1996-1999 гг.), на ежегодных научных конференциях сотрудников и преподавателей факультета механизации сельского хозяйства ОГАУ (1997-1999 гг.), на региональной конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1997-1999 гг.), на межвузовской научно-практической конференции «Решение проблем стабилизации сельскохозяйственного производства на современном этапе развития» (Оренбург, 1999 г.).
Материалы диссертации были представлены на областном конкурсе им. А. Д. Сахарова на лучшую научно-исследовательскую работу среди молодых учёных и специалистов (1998-99 гг.) и отмечены дипломами П и Ш степени (приложение А) (Оренб(ург, 1998-99 гг.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 10 работ, в т.ч. два патента на изобретение РФ (приложение А).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обпщх выводов и предложений, списка использованных источников (129 наименований) и приложений. Работа изложена на 171 странице и включает 20 таблиц, 33 рисунка и 7 приложений.
