Науково-технологічні основи обґрунтування складу та параметрів комбінованих ґрунтообробних знарядь

Агрегатний склад ґрунту, обробленого грунторозпушувачем, обладнаним додатково голчастими котками і гребінками, також в середньому виявився дрібнішим. Так, відсотковий вміст грудок розміром до 50 мм в загальному об'ємі обробленого ґрунту, при одноярусній схемі розташування лап, збільшився до 65ч68 %, а при двох'ярусній - майже до 81%. Також суттєво зменшилися максимальні розміри грудок, які зустрічалися.

Порівняльна оцінка різних варіантів обробітку ґрунту з точки зору затрат енергії показала, що при досягненні близьких за значенням якісних показників кришення ґрунту різними наборами робочих органів, які відповідають агротехнічним вимогам, меншою енергоємністю характеризується варіант, в якому використані тільки плоскорізні робочі органи, розміщені в два яруси.

Загальний аналіз результатів проведених досліджень свідчить про те, що двох'ярусне розташування плоскорізних робочих органів в порівнянні з одноярусним здатне підвищити ступінь подрібнення грунту на 15ч20%.

У п'ятому розділі наведені практичні рекомендації по формуванню складу і параметрів робочих органів комбінованих грунтообробних знарядь, результати польової перевірки їх працездатності, та вірогідності застосування розробленої методики диференціації на основі розрахунку загального показника подрібнення ґрунту сукупно діючими робочими органами вказаних знарядь.

Визначення раціонального набору робочих органів в складі комбінованих ґрунтообробних знарядь стосовно до основних типів ґрунтів здійснювалося за показником подрібнення ґрунту С, числове значення якого було розраховане згідно з рівняннями (15, 17, 19, 20). Для зручності вирішення даної задачі було розроблено програмне забезпечення на базі Маthcad в основу якого покладені математичні вирази для визначення числових значень показників подрібнення грунту окремо основними та додатковим робочими органами, а також алгоритм визначення раціонального набору робочих органів в складі комбінованих знарядь для виконання основного безвідвального обробітку грунту.

Реалізація поставлених задач здійснювалася при припущенні того, що глибисті і крупногрудкуваті агрегати грунту, що формуються на поверхні поля після проходу основних плоскорізних робочих органів, повинні бути розпушені в результаті проходу одного додаткового робочого органу певного типу. Для цього питомий тиск з боку цих робочих органів на грунт має бути більшим за граничний опір грунту руйнуванню стисненням.

Раціональним набором робочих органів вважався той, який забезпечує мінімальне, але більше за передбачене агротехнічними вимогами числове значення показника подрібнення грунту С.

Розроблені метод і алгоритм, втілені в програмне забезпечення, дозволили сформувати на базі розглянутих робочих органів раціональний склад комбінованих знарядь (табл. 1) для обробітку грунтів різного механічного складу, на різну глибину з досягненням необхідного показника подрібнення С при найбільш несприятливих для обробітку фізико-механічних властивостях, коли значення абсолютної вологості знижується до 8%, а щільність грунту становить 1,5…1,8 г/см².

Розрахунок раціональної відстані L_mах між робочими органами по довжині гряділя при ярусній схемі роботи виконувався за виразом (23) уточненим за результатами експериментальних досліджень.

Таблиця 1 Орієнтовний, розрахунковий набір робочих органів в складі ярусного комбінованого ґрунтообробного знаряддя, адаптованого для роботи на заданих типах ґрунтів

Прийнявши твердість, як узагальнюючий показник стану різних за механічним складом грунтів та скориставшись характерними значеннями Т для гранично можливих умов виконання обробітку на різних типах грунтів були розраховані максимальні величини L_max=Х_П (табл. 2) встановлено, що відстань між робочими органами для різних типів ґрунтів повинна знаходиться в межах від 21 до 35 см.

Таблиця 2 Рекомендована орієнтовна максимальна відстань розташування плоскорізних робочих органів по довжині гряділя при роботі на грунтах різних типів

Конструктивні особливості плоскорізних робочих органів верхнього ярусу, як то зміна кута кришення по довжині крила, ширини крила з віддаленням від центру робочого органу, форми та параметрів стояка, впливають на формування різних значень "дальності польоту" скиби грунту Х_П по ширині захвату робочого органу, а отже таким чином задають значення окремих конструктивних параметрів характерних для робочих органів нижніх ярусів. Практично реалізувати задачу обґрунтування окремих конструктивних параметрів даних робочих органів також можна скориставшись рівнянням (23).

Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень були покладені в основу розробки сімейства комбінованих грунтообробних знарядь для безвідвального основного обробітку ґрунту.

Більшість знарядь успішно пройшли державні приймальні випробування, впроваджені в виробництво і випускаються машинобудівними підприємствами України, а деякі проходять польові господарські випробування.

Експериментальні дослідження ряду зразків розроблених знарядь з різними наборами робочих органів підтвердили їх працездатність і придатність розробленої методики розрахунку числового значення показника подрібнення грунту на основі якого проводилася диференціація складу комбінованих знарядь стосовно грунтово-кліматичних умов їх застосування. Так розбіжність між показниками подрібнення грунту, отриманими розрахунковим та експериментальним шляхом не перевищувала 6,3%.

У шостому розділі проведена оцінка економічної ефективності використання розробленого комбінованого ґрунтообробного знаряддя марки ГРН-3,9 з подібними за призначенням знаряддями АКШ-3,6 та АКГ-4, які серійно випускаються. Порівняння проводилися на основі даних про якісні та енергетичні показники роботи, отриманих при проходженні знаряддями державних випробувань в однакових ґрунтових умовах. Проведена техніко-економічна оцінка свідчить про можливість отримання річного економічного ефекту від використання знаряддя адаптованого до ґрунтових умов в порівнянні з приведеними базовими в розрахунку на одну машину в розмірі 17553 грн, а на загальний річний обсяг робіт (15% земельних угідь), що виконуються в Україні комбінованими ґрунтообробними знаряддями - 134338775грн.

ґрунтообробний ґрунт агротехнічний

Основні висновки та пропозиції

У роботі запропоновані науково-технологічні підходи до вирішення важливої науково-технічної проблеми забезпечення заданого агрегатного складу ґрунту в процесі його основного обробітку. В основу досліджень покладена якість обробітку з мінімальними затратами енергії та негативним впливом на структуру ґрунту. Досягнуто це шляхом обґрунтування складу та параметрів комбінованих ґрунтообробних знарядь з урахуванням ґрунтово-кліматичних умов їх використання. При вирішенні даної проблеми отримані результати теоретичних та експериментальних досліджень, основний зміст яких полягає в наступному:

1. Перспективними за якісними та енергетичними показниками виконання технологічного процесу основного обробітку грунту є комбіновані знаряддя, обладнані безвідвальними ярусно розташованими робочими органами. Широке впровадження і адаптація даних знарядь до умов експлуатації стримується відсутністю науково-технологічних основ диференціації їх складу та обмеженістю систематизованих даних про зміни механіко-технологічних властивостей різних типів ґрунтів в природних умовах.

2. Основою диференціації складу комбінованих ґрунтообробних знарядь є розроблені математичні моделі (15, 17, 19, 20) взаємодії різних типів робочих органів з ґрунтом, в яких встановлено зв'язок між конструктивно-технологічними параметрами даних робочих органів, механіко-технологічним властивостями ґрунтів та показниками їх подрібнення.

3. Розподіл напружень в ґрунті при взаємодії з робочими органами має експоненціальний характер і зменшується при віддаленні від поверхні контакту. Відповідно до цього змінюється і показник якості подрібнення ґрунту.

4. При розгляді моделі ґрунту як суцільного пружно-пластичного середовища, яке складається з окремих, різних за розмірами та формою агрегатів для кількісної оцінки його механіко-технологічних властивостей найбільш відповідними є: граничний опір окремих агрегатів ґрунту руйнуванню стисненням, (у); відносний показник лінійних пластичних деформацій, (н) та твердість ґрунту, (Т). Середні значення цих показників за найбільш несприятливих умов проведення обробітку для глини важкої, глини середньої, суглинку важкого та суглинку середнього становлять відповідно:

- у = 187, 63, 47, 24 Н/см²;

- н = 4,3; 3,8; 3,3; 3,2%;

- Т = 5,42; 4,47; 2,17; 1,26 МПа.

5. При безвідвальному обробітку ґрунту закономірність зміни показника якості подрібнення в залежності від глибини ходу робочого органу носить екстремальний характер. Максимум показника якості припадає на 9…12 см глибини обробітку з тенденцією її збільшення при зменшенні вмісту в ґрунтах фізичної глини.

6. Встановлено, що найбільші за розмірами агрегати формуються на поверхні обробленого поля. Величина цих агрегатів при застосуванні тільки одного робочого органу пропорційна вибраній глибині обробітку. Для забезпечення рівномірного подрібнення по всій глибині доцільно застосовувати в цьому випадку додатковий обробіток на глибину 5…10 см.

7. Затрати енергії на переміщення в ґрунті ярусно розміщених робочих органів значною мірою залежать від їх взаємного розташування. Мінімальні затрати досягаються при відстані між плоскорізними робочими органами по довжині гряділя в межах 21…35 см.

8. Встановлено, що зі збільшенням глибини ходу робочих органів з 12 до 25 см різниця в затратах енергії між одноярусним і багатоярусним обробітком знижується з 18 до 7 %. Це свідчить про підвищення ефективності застосування пошарового обробітку на глибинах понад 20…25 см.

9. При ярусному розташуванні конструктивні параметри робочих органів нижніх ярусів суттєво залежать від параметрів верхніх та механіко-технологічних властивостей ґрунтів. Так, кут розхилу крил збільшується, а відстань між плоскорізними робочими органами по довжині гряділя для одного типу грунтів зменшується. Як приклад, для суглинку середнього при кутові розхилу крил робочого органу верхнього ярусу г₁=65⁰, кут розхилу для другого ярусу становить г₂=109⁰ і третього ярусу г₃=147⁰. Відстань між робочими органами першого та другого ярусу становить L₁=24 см, а між другим і третім L₂ = 22 см.

10. За результатами проведених досліджень розроблено сімейство комбінованих ґрунтообробних знарядь з диференційованим стосовно умов їх використання складом робочих органів, випуск яких налагоджено на ВО “Агромаш” (м. Київ), ВАТ “Червона Зірка”, ТОВ “НіАЛ”, ЗАТ "Кіровоградлітмаш" (м. Кіровоград). Очікуваний річний економічний ефект від впровадження їх в виробництво може складати понад 134 млн. грн.

Список опублікованих праць

1. Сисолін П.В., Сало В.М., Кропівний В.М. Сільськогосподарські машини: теоретичні основи, конструкція, проектування: Підручник для студ. вищ. навч. закл. зі спец. “Машини та обладнання с.-г. виробн.” Кн.1: Машини для рільництва. - К.: Урожай, 2001.- 384 c. (Здобувачем приведена інформація про експериментальні комбіновані знаряддя та робочі органи і отримані дослідним шляхом показники їх роботи).

2. Сисолін П.В., Хроліков В.М., Сало В.М., Мачок Ю.В. Машини для пошарового розпушування грунтів // Зб. наук. пр. інституту електрифікації та механізації сільського господарства.- Глеваха, 1995.- С. 28-29. (Здобувачем проведене обгрунтування можливих варіантів розташування робочих органів).

3. Сисолін П.В., Сало В. М. Про комплексний напрямок зниження втрат зерна і енергії при вирощуванні та збиранні зернових колосових культур // Зб. наук. пр. „Проблеми конструювання, виробництва, та експлуатації сільськогосподарської техніки”- Кіровоград: КІСМ, 1997.- С. 103-106. (Здобувачем проведений аналіз шляхів зниження енергоємності при обробітку грунту).

4. Сисолін П.В., Сало В.М. Не плуг і не плоскоріз // Сільськогоподарська техніка України.- 1997.- № 1.- С. 14-15. (Здобувачем розглянутий можливий варіант підвищення ефективності основного обробітку грунту).

5. Черновол М.І., Сало В.М. Обґрунтування перспективного напрямку в розробці ґрунтообробних машин // Вісник інженерної академії України. -К.:, 1998.- С. 72-75. (Здобувачем проведений аналіз перспективності застосування різних способів обробітку грунту).

6. Сисолін П.В., Сало В.М., Кошеленко І.І. Передумови виникнення та перспективи впровадження нових агротехнічних прийомів основного безполицевого обробітку ґрунту. // Зб. наук. пр. / Кіровоградський ін-т с.-г. машинобудування.- Вип. 2.- Кіровоград, 1998.- С. 206-211. (Здобувачем проведене обгрунтування необхідності в застосуванні пошарового безвідвального обробітку грунту).

7. Сисолін П.В. Сало В.М. Про один з напрямків поліпшення безполицевого обробітку грунту // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. - Вип. 27.- Кіровоград, 1999.- С. 19-23 (Здобувачем проаналізовані традиційні способи обробітку грунту і запропоновані шляхи їх усунення).

8. Сало В.М. Експериментальна оцінка ефективності обробітку ґрунту комбінованими знаряддями при використанні різних наборів робочих органів // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.-техн. зб. - Кіровоград: КДТУ, 1999.- Вип. 28.- С. 164-167

9. Сало В.М. Аналіз інтенсивності кришення ґрунту при основному безполицевому обробітку // Вісник Тернопільського державного технічного університету.-Т. 5.- Тернопіль, 2000.-С. 59-62

10. Сало В.М. Експериментальне дослідження пошарового розпушування ґрунту важкими культиваторними лапами // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства „Меха-нізація сільського господарства”.- Вип. 1.- Харків: 2000.- С. 309-314.

11. Сало В.М. Експериментальне визначення залежності твердості різних за механічним складом ґрунтів від їх фізико-механічних властивостей // Праці Таврійської державної агротехнічної академії.- Вип. 1; Т. 22.- Мелітополь, 2001.- С. 56-61.

12. Сало В. М., Середа Л.І., Бойко А.І. Інтенсивність безполицевого обробітку грунту // Вісник аграрної науки Причорномор'я. Миколаївський державний аграрний університет. Спеціальний випуск №4.- Т.1.- Миколаїв, 2002.- С. 88-102. (Здобувачем запропонована модель кришення грунту, як стохастичного процесу зміни його станів в часі і просторі).

13. Сало В.М., Середа Л.І. Структуризація ґрунту при безполицевому обробітку // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства.- Вип. 29 “Механізація с.-г. виробництва”.- Харків, 2004.-С. 162-166. (Здобувачем запропоно-вані основи визначення аналітичним шляхом показника кришення грунту).

14. Сисолін П.В., Сало В.М. Уніфіковані грунторозпушувачі для захисних систем землеробства // Техніка АПК.- 2000.- №2.- С. 12-15. (Здобувачем запропоновано ряд конструкцій ярусних комбінованих знарядь).

15. Сисолін П.В., Сало В.М., Місків В.З. Экологические проблемы присущие традиционным приемам обработки почв и отдельные пути их решения // Prezent si viitor in domeniul mecanizarii si elektrificarii agrikulturii.- Chisinau, 2000.- Z. 121-124. (Здобувачем запропоновані технічні та технологічні схеми для зниження екологічно негативних явищ, які супроводжують обробіток грунту).

16. Сало В.М. Вивчення залежності пластичної деформації ґрунтів від їх фізико-механічних властивостей // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. - Кіровоград: КДТУ, 2001.- Вип. 30.- С.47

17. Сало В.М., Середа Л.І., Бойко А.І. Формалізація процесу безполицевого обробітку грунту // Зб. наук. пр. НАУ "Механізація сільсь-когосподарського виробництва".- Т. ХIV.- К., 2003.- С. 449-454. (Здобувачем запропонована модель зміни стану ґрунту, як імовірнісного процесу з урахуванням його фізико-механічних властивостей, конструктивних параметрів робочих органів і експлуатаційних режимів протікання технологічного процесу).

18. Сало В.М., Середа Л.І. Ступінь подрібнення ґрунту при комбінованому обробітку // Техніка в с.-г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоград. нац. техн. ун-ту. - Кіровоград: КНТУ, 2005.- Вип. 16.- С. 13-15 (Здобувачем запропоновано методику для визначення показника кришення грунту при послідовній дії ряду робочих органів).

19. Сало В.М., Гончаров В.В. Теоретичний аналіз ефективності додаткового поверхневого обробітку грунту зубовими боронами в складі комбінованого знаряддя // Техніка в с.-г. виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація: Зб. наук. пр. Кіровоград. нац. техн. ун-ту.- Кіровоград: КНТУ, 2006.- Вип.17.- С. 70. (Здобувачем запропо-нований спосіб оцінки теоретичним шляхом якісного показника роботи різних типів зубових борін в складі комбінованих знарядь).

20. Сало В. М., Гончаров В.В. Оцінка ефективності додаткового кришення поверхневих шарів грунту голчастим котком при роботі в складі комбінованого знаряддя // Праці / Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 41. - Мелітополь: ТДАТА, 2006. - С. 232. (Здобувачем розглянуті варіанти взаємодії елементів голчастого котка з грунтовими агрегатами, від яких залежить показник кришення).

21. Сало В.М., Гончаров В.В. Оцінка ефективності кришення грунту голчастим котком з горизонтальними перемичками при роботі в складі комбінованого знаряддя // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка.- Вип. 44; “Механізація сільськогосподарського виробництва”- Т. 2.- Харків, 2006.- С. 172-183. (Здобувачем проведений аналіз процесу взаємодії елементів робочого органу з грунтом з урахуванням його механіко-технологічних властивостей).

22. Сало В.М. Оцінка показника кришення грунту при основному безполицевому обробітку // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: Загальнодерж. міжвідомч. наук.- техн. зб. - Кіровоград: КНТУ, 2006.- Вип. 36.- С. 35-40.

23. Сало В.М., Середа Л.І. Енергетична оцінка якості безполицевого обробітку грунту // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Зб. наук. пр. / Укр. НДІ прогнозування та випробування техніки і технологій для с.-г . виробництва ім. Леоніда Погорілого; Редкол: В.В.Іванішин (голов. ред.) та ін.- Дослідницьке, 2006.- Вип. 9 (23); Кн. 1.-С. 314. (Здобувачем запропонована математична модель для визначення залежностей показника кришення грунту віряду впливових факторів).

24. Сало В.М., Обґрунтування взаємного розташування плоскорізних робочих органів по довжині гряділя при пошаровому обробітку ґрунту, Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин / КНТУ, 2007, Вип. 37.- С. 49-56.

25. Сало В.М. Експериментальні дослідження процесу переміщення скиби грунту під дією плоскорізного робочого органу // Техніка АПК.- 2007.- №10.- С. 29-32.

26. Сисолін П.В., Сало В.М.Український комплекс нових грунтообробних машин для гнучких ґрунтозахисних технологій. - Кіровоград: ПП Лисенко В.Ф., ISBN 978-966-8264-84-9.- 2007.- 58 с. (Здобувачем представлена інформація про окремі результати теоретичних та експериментальних досліджень повязаних з проблемами основного безвідвального обробітку грунту).

27. Сисолін П.В., Сало В.М., Середа Л.І. та інші. Технологічні основи та технічне забезпечення основного безполицевого пошарового обробітку ґрунту: Звіт з НДР / Кіровоградський інститут сільськогосподарського машинобудування; № ДР 0100?003146, ДО 0202V000674- Кіровоград, 2001.- 116 с. (Здобувачем представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень по обгрунтуванню складу комбінованих знарядь та показників їх роботи).

28. Сисолін П.В., Сало В.М. Підготовка та передача конструкторської документації для виготовлення грунторозпушувача ГРН-1,6А та його модифікацій: Звіт з НДР / Кіровоградський державний технічний університет; № ДР 0101?006771, ДО 0202?000672.- Кіровоград, 2002.- 31 с. (Здобувачем запропонована схема взаємного розташування ярусних робочих органів).

29. Пат. 54602А, Україна, МКП А01В37/00. Спосіб комбінованого безполичкового пошарового обробітку грунту та грунторозпушувач для його здійснення / Сисолін П.В., Сало В.М.- №2000127439; Заявл. 22.12.2000; Опубл. 17.03.2003. Бюл. № 3.- 2 с.

30. Пат. 19027А, Україна, А01В3/00, А01В13/14. Спосіб комбінованого безполицевого обробітку грунту і пристрій для його здійснення/ Сисолін П.В., Хроліков В.М., Сало В.М., Мачок Ю.В., Дейкун В.А.- №96051987; Заявл. 21.05.96; Опубл. 25.12.1997, Бюл. №6.- 6 с.

31. Пат. 77568 Україна, МПК А01В 33/00. Культиватор причіпний комбінований / Сало В.М., Савицький М.І.- №2005001733; Заявл. 25.02.2005; Опубл. 15.12.2006, Бюл. №12.- 2 с.

32. Пат. 78354 Україна, МПК А01В 33/00, А01В 23/00 Зубова борона / Сало В.М., Савицький М.І.- №200501734; Заявл. 25.02.2005; Опубл. 15.03.2007, Бюл. №3.- 2 с.

33. Деклараційний патент на винахід №34592. Україна, МПК 6 А01В29/04,. А01В29/06 Грунторозпушувальний голчастий коток. Сисолін П.В., Сало В.М. Осипов І.М. №98042119; Заявл. 28.04.1998; Опубл.15.03.2001, Бюл. № 2.- 2 с.

34. Деклараційний патент на корисну модель №8911. Україна, МКИ 7 А01В29/04,. А01В29/06 Голчастий коток для додаткового розпушування грунту / Сисолін П.В., Сало В.М. Місків В.З., Сисоліна І.П. №u200502817; Заявл. 28.03.2005; Опубл. 15.08.2005, Бюл. № 8.- 2 с.

Размещено на Allbest.ru